JPH06109897A - X線用集光素子およびx線分析装置 - Google Patents

X線用集光素子およびx線分析装置

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JPH06109897A
JPH06109897A JP28096392A JP28096392A JPH06109897A JP H06109897 A JPH06109897 A JP H06109897A JP 28096392 A JP28096392 A JP 28096392A JP 28096392 A JP28096392 A JP 28096392A JP H06109897 A JPH06109897 A JP H06109897A
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rays
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料の微小部分に短波長のX線をも集光させ
て、X線分析の分析精度を向上させる。 【構成】 集光素子4は、全反射ミラー1の表面1aを
互いに離間させて対向させることにより構成されてい
る。これにより、この集光素子4は、X線B1を入射口
4aから出射口4bへ通過させるとともに、X線B1を
全反射ミラー1の表面1aで全反射させてX線B1,B
2を集光させる。かかる集光素子4において、本発明は
全反射ミラー1の表面1aが人工多層膜格子で形成され
ていることを特徴とし、これにより、短波長のX線B3
を回折させて集光効果を高めている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、X線を集光させるX
線用集光素子およびこの素子を用いたX線分析装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】X線分析装置は、X線を試料に照射し
て、試料からのX線に基づいて試料の分析を行うもので
ある。かかるX線分析装置においては、試料の特定の微
小部分(数μm〜数百μm程度の範囲)を分析したい場
合がある。このような場合には、試料に入射するX線の
強度が小さくなるので、これを補うために、X線源と試
料との間の光路にX線用集光素子を配設して、試料に入
射するX線の強度を高めることがなされている。この種
のX線用集光素子の一例を図9に示す。
【0003】図9において、X線用集光素子50は、角
筒状のガラスパイプからなり、その内面が鏡面状態とさ
れている。つまり、X線用集光素子50は、全反射ミラ
ー51の表面52が互いに離間して対向している。上記
X線用集光素子50は、図示しないX線源からのX線B
1を、入射口53から出射口54へ通過させて試料61
に照射させるとともに、全反射ミラー51の表面52に
入射したX線B1の一部を一点鎖線のように全反射させ
て全反射X線B2を試料61に照射する。これにより、
試料61にはX線B1の他に全反射X線B2が照射され
て、X線が集光し、試料61に照射されるX線の強度が
大きくなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ここで、X線B1が全
反射する臨界角θcは、X線B1の波長が短いほど小さ
くなるので、短波長のX線B1は、全反射されにくい。
そのため、エネルギーの大きい短波長のX線B1の一部
は、全反射ミラー51に入射して吸収等されるから、試
料61に照射されず、したがって、今一つX線を集光さ
せることができない。その結果、分析精度も今一つ向上
しない。
【0005】この発明は、上記従来の問題に鑑みてなさ
れたもので、その目的の一つは、微小部に短波長のX線
をも集光させることができるX線用集光素子を提供する
ことである。また、この発明の他の目的は、このX線用
集光素子を用いて、X線分析装置の分析精度を向上させ
ることである。
【0006】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、請求項1のX線用集光素子は、全反射ミ
ラーの表面が人工多層膜格子で形成されている。請求項
1のX線用集光素子によれば、全反射ミラーに入射した
X線が人工多層膜格子により回折される。
【0007】さらに請求項2のX線用集光素子は、人工
多層膜格子で形成された全反射ミラーの表面が、入射口
から出射口に近づくに従い互いに近接している。請求項
2のX線用集光素子によれば、大きな入射口でX線を入
射させ、小さな出射口からX線を出射させて、X線を集
光させる。
【0008】一方、請求項3のX線用集光素子は、人工
多層膜格子の格子面間隔の周期が出射口に近づくに従い
大きく設定されている。請求項4のX線分析装置は、請
求項1ないし3のX線用集光素子を用いて、X線源から
のX線を試料の微小部分に照射し、試料の分析を行う。
【0009】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に従って説明
する。図1は第1実施例を示す。図1において、X線源
2は試料3に向ってX線B1を出射する。上記X線源2
と試料3との間の光路には、X線用集光素子4が設けら
れており、X線B1を試料3の微小部分(たとえば、1
0μm〜100μm程度の範囲)に集光させて照射す
る。
【0010】図2は上記集光素子4を拡大して示す。こ
の図において、集光素子4は、全反射ミラー1の表面1
aを互いに離間させて対向させることにより構成されて
いる。全反射ミラー1は、この実施例の場合、角筒状に
なっているが、円筒状でもよく、少なくとも一対が対向
していればよい。上記全反射ミラー1の表面1aは、X
線源2(図1)に近い入射口4aから試料3に近接した
出射口4bに近づくに従い互いに近接している。つま
り、集光素子4の光路空間Sは、末窄まりになってい
る。
【0011】上記全反射ミラー1の表面1aは、人工多
層膜格子で形成されている。この人工多層膜格子の格子
面間隔の周期dは、X線源2(図1)から遠ざかるに従
い、つまり、出射口4bに近づくに従い、表面1aに沿
って連続的にリニアに大きくなるように設定されてい
る。
【0012】上記出射口4bの大きさは、たとえば10
μm〜100μm角程度に設定されており、一方、入射
口4aの大きさは、たとえば1mm角程度に設定されて
いる。上記集光素子4の光軸方向Aの長さLは、たとえ
ば50mm程度に設定されており、したがって、X線源
2(図1)からのX線B1は、その一部が入射口4aか
ら出射口4bを通過して、試料3の表面3aに入射し、
他の一部は、小さな角度で全反射ミラー1の表面1aに
入射して、一点鎖線で示すように全反射され、試料3の
表面3aに集光する。なお、上記出射口4bから試料3
の表面3aまでの距離は、たとえば3mm程度に設定さ
れている。
【0013】上記構成においては、人工多層膜格子を全
反射ミラー1の表面1aに形成しているので、周知のよ
うに、全反射ミラー1に入射したX線B1のうち一部の
X線B1は、二点鎖線のように回折されて、回折X線B
3が試料3の表面3aに照射される。したがって、試料
3に照射されるX線には、X線源2(図1)から試料3
に直接入射するX線B1と、全反射X線B2の他に回折
X線B3が加わるので、その強度が大きくなる。
【0014】上記試料3の表面3aに照射されたX線B
1,B2,B3は、図1の試料3の原子を励起し、試料
3に含まれる元素固有の蛍光X線B4を発生させる。こ
の蛍光X線B4は、分光素子5に入射して分光され、X
線検出器6に入射する。入射した蛍光X線B4に基づ
き、元素分析がなされる。
【0015】ところで、X線の回折条件は周知のように
下記のブラッグの式で与えられる。 2d・sinθ=nλ θ:入射角、回折角 λ:X線の波長 n:反射の次数
【0016】ここで、図2の全反射ミラー1として、鏡
面に仕上げた単結晶を用いると、格子面間隔の周期dが
小さくなるので、上記ブラッグの式から分るように、回
折角θが大きくなる。そのため、回折角θが上記全反射
X線B2の生じる角度よりも大きくなりすぎるので、小
さな角度(1°〜2°程度)で入射するX線B1のうち
波長の短いX線は、回折されない。
【0017】これに対し、この集光素子4は、全反射ミ
ラー1の表面1aに人工多層膜格子を形成しており、こ
の人工多層膜格子は単結晶よりも格子面間隔の周期dが
大きいので、回折角θが比較的小さくなる。たとえば、
Cu−KαX線(1,542Å)を回折させる場合に
は、格子面間隔の周期dを55Åとすると、回折角θは
約1.6°になる。したがって、波長の短いX線B1を
全反射の生じる微小な角度に近い小さな角度で回折し得
る。その結果、波長の短いX線、つまりエネルギの大き
いX線を試料3の表面に照射し得るので、分析精度が向
上する。
【0018】ところで、X線B1の全反射ミラー1への
入射角θは、光軸方向Aに行くに従い小さくなる。ここ
で、この実施例では、格子面間隔の周期dを出射口4b
に行くに従い大きく設定している。したがって、入射角
θが大きい入射口4aから、入射角θが小さい出射口4
bにわたって、同程度の波長のX線B1を回折させるこ
とができるから、単一の波長に近い回折X線B3の強度
が大きくなる。
【0019】また、この実施例では出射口4bに近づく
に従い全反射ミラー1の表面1aを互いに近接させてい
るので、大きな入射口4aでX線B1を取り込んで、小
さな出射口4bからX線B1,B2,B3を出射するこ
とができる。したがって、試料3の微小部分に、X線B
1,B2,B3をより一層集光させることができる。
【0020】つぎに、上述の人工多層膜格子1の製造方
法の一例を図3を用いて説明する。まず、たとえばシリ
コンウエハのような平坦な面を有する基板1bを用意
し、その右端1Rの真下あたりに、タングステンからな
る蒸着用基材6wおよびシリコンからなる蒸着用基材6
siを設置する。つづいて、図3(a)のように、タング
ステンの蒸着用基材6wを真空中で蒸発させ、基材1b
の表面にタングステン薄膜1wを形成させる。ついで、
図3(b)のように、シリコンの蒸着用基材6siを真空
中で蒸発させ、タングステン膜1wの上にシリコン薄膜
1siを真空蒸着させる。このタングステンとシリコンの
蒸着を交互に繰り返すことにより、図3(c)の人工多
層膜格子1が得られる。
【0021】ここで、図3(a),(b)の蒸着用基材
6w,6siは、共に、右端1Rの真下に設置してあるか
ら、各薄膜1w,1siは、右端1Rにおいて厚くなり、
左端1Lにおいて薄くなる。したがって、図3(c)の
ように、右側に行くに従い、格子面間隔の周期dが反射
面1aの表面に沿って連続的に大きくなる。なお、反射
面1aは、若干凸面状になるが、必要に応じて、人工多
層膜格子1を曲げることで、平坦な面または凹面にす
る。
【0022】つぎに、人工多層膜格子1の製造方法の他
の例について図4を用いて説明する。この例は、ケミカ
ルベイパーディポジョンと呼ばれる方法を用いており、
その要点のみを説明する。図4において、シリコンウエ
ハからなる基板1bの下面に微小なスリット7aを有す
るマスク7を水平方向に移動自在に設置する。マスク7
の下方にガリウムGaの化合物と、ひ素Asの化合物の
混合気をガス室8内に密閉する。マスク7を左側へ徐々
に移動させるとともに、ガス室8から排気を行いつつ、
インジウムInの化合物をガス室8に供給する。これに
より、直径が互いに異なる原子から薄膜が形成されると
ともに、基板1bに付着するIn-Ga-As化合物のガリウム
とインジウムの割合が右端1Rから左端1Lに行くに従
い徐々に変化した状態 (InxGa1-XAs) となり、たとえ
ば、右端1Rの格子面間隔の周期dが左端1Lの周期d
よりも大きくなる。
【0023】ところで、上記実施例では、図1の蛍光X
線分析装置にX線用集光素子4を用いた例について説明
したが、この発明は、図5に示すような回折X線分析に
も用いることができる。なお、回折X線分析は、図5の
ように、X線源2からのX線B1を試料3に照射し、試
料3で回折されたX線B5をX線検出器6に入射させ
て、試料3を構成する結晶の構造を分析するものであ
る。
【0024】また、上記実施例では、図2の人工多層膜
格子の格子面間隔の周期dを表面1aに沿って変化させ
たが、図6のように、周期dは一定であってもよい。周
期dを一定とした場合には、回折角θの変化に伴って、
回折X線B3の波長も変化するので、多色X線が得られ
る。
【0025】さらに、上記各実施例では、集光素子4の
出射口4bに行くに従い、全反射ミラー1の表面1aを
互いに近接させたが、図7のように、全反射ミラー1の
表面1aを互いに平行に設定させてもよい。このよう
に、全反射ミラー1の表面1aを互いに平行に設定した
場合にも、図8のように、人工多層膜格子の格子面間隔
の周期dを変化させてもよい。
【0026】なお、上記実施例では説明を分り易くする
ために、全反射X線B2および回折X線B3が1回だけ
反射、回折する場合について説明したが、この発明は、
これらのX線B2,B3を2回以上反射、回折させても
よい。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、各請求項の発明に
よれば、X線用集光素子を構成する全反射ミラーの表面
が人工多層膜格子で形成されているから、短い波長のX
線をも回折させて集光させることができる。また、人工
多層膜格子を形成することにより、全反射ミラーの表面
は、鏡面となるので、特に鏡面加工を施す必要もないと
いう利点もある。
【0028】さらに、請求項2の発明によれば、出射口
に近づくに従い全反射ミラーの表面が互いに近接してい
るので、X線をより一層集光させることができる。
【0029】また、請求項3の発明によれば、出射口に
近づくに従い、人工多層膜格子の格子面間隔の周期が大
きく設定されているから、入射口から出射口にわたっ
て、同程度の波長のX線が回折されるので、単一の波長
に近いX線を集光させることができる。
【0030】また、かかるX線用集光素子を用いたX線
分析装置は、試料の微小な部分に入射するX線の強度が
大きくなるとともに、エネルギの大きい短波長のX線も
試料に照射することができるので、分析精度が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例を示す蛍光X線分析装置
の概略構成図である。
【図2】X線用集光素子の構造を示す概念図である。
【図3】人工多層膜格子の製造方法の一例を示す工程図
である。
【図4】人工多層膜格子の他の製造方法を示す正面図で
ある。
【図5】この発明の第2実施例を示す回折X線分析装置
の概略構成図である。
【図6】この発明の第3実施例を示すX線用集光素子の
構造を示す概念図である。
【図7】この発明の第4実施例を示すX線用集光素子の
構造を示す概念図である。
【図8】この発明の第5実施例を示すX線用集光素子の
構造を示す概念図である。
【図9】従来のX線用集光素子を示す概念図である。
【符号の説明】
1…全反射ミラー、1a…表面、2…X線源、3…試
料、4…X線用集光素子、4a…入射口、4b…出射
口、B1…X線、B2…全反射X線、B3…回折X線、
d…周期。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 全反射ミラーの表面を互いに離間させて
    対向させることにより、X線を入射口から出射口へ通過
    させるとともに、X線を上記全反射ミラーの表面で全反
    射させてX線を集光させるX線用集光素子において、 上記全反射ミラーの表面が人工多層膜格子で形成されて
    いることを特徴とするX線用集光素子。
  2. 【請求項2】 請求項1において、上記出射口に近づく
    に従い全反射ミラーの表面が互いに近接しているX線用
    集光素子。
  3. 【請求項3】 請求項1において、上記人工多層膜格子
    の格子面間隔の周期が、上記出射口に近づくに従い大き
    く設定されているX線用集光素子。
  4. 【請求項4】 X線源と試料との間の光路にX線用集光
    素子を設けてX線源からのX線を試料の微小部分に照射
    し、上記試料からのX線に基づいて試料の分析を行うX
    線分析装置において、 X線用集光素子として、請求項1、請求項2または請求
    項3に記載のX線用集光素子を用いたことを特徴とする
    X線分析装置。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0242398A (ja) * 1988-08-02 1990-02-13 Ricoh Co Ltd X線集光器
JPH02271300A (ja) * 1989-04-12 1990-11-06 Toshiba Corp X線集光器

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