JPH07140093A - X-ray evaluation equipment - Google Patents

X-ray evaluation equipment

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Publication number
JPH07140093A
JPH07140093A JP5287156A JP28715693A JPH07140093A JP H07140093 A JPH07140093 A JP H07140093A JP 5287156 A JP5287156 A JP 5287156A JP 28715693 A JP28715693 A JP 28715693A JP H07140093 A JPH07140093 A JP H07140093A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ray
rays
sample
spectroscope
detector
Prior art date
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Pending
Application number
JP5287156A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadao Katsuragawa
忠雄 桂川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP5287156A priority Critical patent/JPH07140093A/en
Publication of JPH07140093A publication Critical patent/JPH07140093A/en
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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

PURPOSE:To perform structural analysis easily and accurately by carrying out measurements such as XANES (X-ray absorption fine structure method) or XPS (photoelectron spectroscopy), etc., as well as other measurements at the same time. CONSTITUTION:An X-ray evaluation equipment includes within a vacuum chamber 2, an X-ray source 4, an X-ray spectroscope 7 for separating the X-ray generated by the X-ray source 4, a hollow quartz fiber 16 having flexibility that partly separates and extracts the X-ray that is separated by the spectroscope 7 and goes straight, a manipulator 9 for holding a specimen 8 and moving it relatively, a first detector 13 that detects the X-ray that is separated by the spectroscope 7, goes straight and then reflected on the specimen 8, and a second detector 18 that detects the X-ray that is bent by the fiber 16 after it is separated by the spectroscope 7 and is transmitted through the specimen 8. Further, it is constructed in a manner that multiple information will be obtained at the same the while evaluating one specimen 8.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、X線を用いて有機・無
機各種の物質の原子・電子構造を評価するためのX線評
価装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an X-ray evaluation apparatus for evaluating the atomic and electronic structures of various organic and inorganic substances using X-rays.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年にあっては、新規な機能を持たせた
デバイス材料の研究・開発が盛んであり、材料表面の組
成ないしは構造分析等が重要となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, research and development of device materials having new functions have been actively conducted, and composition or structure analysis of material surfaces has become important.

【0003】このような物質の表面原子・電子構造を評
価する手法として、電子線、X線、中性子線、イオン線
等をプローブ(励起源)として用いたものが多数ある。
例えば、電子線によるものとしては、検出量を透過電子
として原子配列、欠陥構造、界面構造等を解析する透過
顕微鏡(TEM)とか、検出量を反射電子として表面原
子構造等を解析する反射顕微鏡(REM)等がある。ま
た、X線によるものとしては、検出量を電子(エネルギ
ースペクトル)としてバンド構造、状態密度分布、化学
結合状態等を解析する光電子分光法(XPS=X-ray
PhotoelectronSpectroscopy) とか、検出量をX線
(回折、定在波、吸収微細構造)及び蛍光X線(エネル
ギースペクトル)として結晶構造、局所的原子構造(原
子間距離)を解析するX線解析法又は拡張X線吸収微細
構造法(EXAFS=Extended X-ray Absorption
Fine Structure) 等がある。
As a method for evaluating the surface atomic / electronic structure of such a substance, there are many methods using an electron beam, an X-ray, a neutron beam, an ion beam or the like as a probe (excitation source).
For example, as an electron beam, a transmission microscope (TEM) that analyzes an atomic arrangement, a defect structure, an interface structure or the like by using a detected amount as a transmitted electron, or a reflection microscope that analyzes a surface atomic structure or the like by using a detected amount as a reflected electron ( REM). In addition, as X-ray analysis, photoelectron spectroscopy (XPS = X-ray) is used to analyze band structure, density of states distribution, chemical bond state, etc., using the detected amount as electrons (energy spectrum).
Photoelectron Spectroscopy) or X-ray analysis method or extension to analyze the crystal structure or local atomic structure (interatomic distance) by detecting X-rays (diffraction, standing wave, absorption fine structure) and fluorescent X-rays (energy spectrum). X-ray absorption fine structure method (EXAFS = Extended X-ray Absorption)
Fine Structure) etc.

【0004】これらのプローブの内、X線以外の電子
線、中性子線、イオン線等は、概して空気中で吸収・散
乱されやすい欠点を有する。このため、これらのX線以
外のものでは、真空中に試料を設置して評価するものが
多い。この点、X線は空気中でも吸収・散乱が殆どない
ものであり、有望といえる。もっとも、X線の内でも、
軟X線と称される数十Å以上のX線は、空気中では吸収
・散乱されやすいために、XPS法に採用されているよ
うに真空チャンバを使うことが多い。
Of these probes, electron beams other than X-rays, neutron beams, ion beams, etc. generally have the drawback of being easily absorbed and scattered in air. Therefore, in many cases other than these X-rays, the sample is placed in a vacuum for evaluation. In this respect, X-rays are promising because they are hardly absorbed or scattered even in air. However, even in the X-ray,
X-rays of several tens of liters or more, which are called soft X-rays, are easily absorbed and scattered in the air, and therefore a vacuum chamber is often used as used in the XPS method.

【0005】ここに、これらの何れのプローブ(光・電
子)による場合も、試料面にすれすれに光・電子を入射
させて表面最上層の情報を得ようとする手法が各種研究
・開発されている。例えば、全反射蛍光X線分析法等が
ある。この内、上記のように有望視されているX線を用
いた表面分析法としては、表面蛍光EXAFS法とか全
反射X線計測法等がある。これらは、何れもX線を試料
面に対してすれすれの低入射角で入射させて、試料表面
の原子・電子構造や、表面・界面粗さ、密度、膜厚等を
評価しようとするものである。この場合、従来にあって
は、主として数Å以下の波長の硬X線を用いるものとさ
れている。
[0005] Here, in the case of using any of these probes (light / electrons), various researches and developments have been made on a method of making light / electrons incident on the surface of the sample in a grazing manner to obtain information on the uppermost surface layer. There is. For example, there is a total reflection X-ray fluorescence analysis method. Among these, surface analysis methods using X-rays, which are considered promising as described above, include surface fluorescence EXAFS method and total reflection X-ray measurement method. All of these are intended to evaluate the atomic / electronic structure of the sample surface, surface / interface roughness, density, film thickness, etc. by making X-rays incident on the sample surface at a grazing low incident angle. is there. In this case, conventionally, hard X-rays having a wavelength of several Å or less are mainly used.

【0006】ところで、有機膜を作るC,N,O等の元
素の内殻準位から空準位への遷移は、300〜700e
V程度の軟X線領域にある。これらの遷移による軟X線
吸収スペクトルには様々な構造が現れるが、吸収端付近
から吸収端の上、数十eVまでに現れるX線吸収端微細
構造法(XANES=X-ray Absorption Near-Edge
Structure) が膜中に存在する官能基の同定や分子配
向の分析に有効である。
By the way, the transition from the core level to the vacant level of elements such as C, N and O which form the organic film is 300 to 700e.
It is in the soft X-ray region of about V. Various structures appear in the soft X-ray absorption spectrum due to these transitions, but the X-ray absorption edge fine structure method (XANES = X-ray Absorption Near-Edge) appears from near the absorption edge to above several tens of eV.
Structure) is effective for identifying functional groups existing in the film and analyzing molecular orientation.

【0007】このようなXANESの測定光源として
は、実質的には、シンクロトロンからの放射光(SO
R)を単色化して用いるしかないものである。また、放
射光は優れた偏光であるので、吸収の異方性を測定する
こともできる。これ以外にも、軟X線を用いる構造解析
手法として代表的なものに前述したような光電子分光法
XPS等がある。
As a measurement light source for such XANES, the synchrotron radiation (SO
R) is used only as a single color. Moreover, since the emitted light is an excellent polarized light, the anisotropy of absorption can also be measured. In addition to this, as a typical structural analysis method using soft X-rays, there is the photoelectron spectroscopy XPS as described above.

【0008】ここに、放射光は、実験室で用いるターゲ
ット方式等に比べ、1000〜10000倍も強力であ
り、かつ、偏光も扱えることから、従来にあっては、上
記のように、軟X線領域のXANES測定には、唯一用
いられていた。この点、本発明者らによれば、軟X線に
高度な検出器を用いて長時間に渡って測定すれば実験室
系装置においても、充分に測定を行えることや、偏光も
軟X線であれば多層膜反射鏡を用いることにより実験室
系装置においても充分に扱えることが見出され、それを
実施するためのX線評価装置の発明が提案されている。
Here, the emitted light is 1000 to 10000 times stronger than the target method used in the laboratory and can handle polarized light. Therefore, in the conventional case, as described above, the soft X It was the only one used for XANES measurements in the linear region. In this respect, according to the present inventors, it is possible to perform sufficient measurement even in a laboratory system by measuring a soft X-ray with a high-level detector for a long time, and to measure the polarization of the soft X-ray. In such a case, it has been found that even a laboratory system device can be sufficiently handled by using a multi-layer film reflecting mirror, and an invention of an X-ray evaluation device for implementing it has been proposed.

【0009】その一つとして、例えば、特願平4−24
9331号によれば、X線源と、このX線源からのX線
を分光するX線分光器と、試料を保持するマニピュレー
タと、前記X線分光器からのX線を前記試料に対して入
射させる入射角可変自在な全反射ミラーと、前記試料か
ら出射されるX線及び電子線を検出する2次元検出器
と、これらのX線源とX線分光器と試料とマニピュレー
タと全反射ミラーと2次元検出器とを内蔵した真空チャ
ンバとにより構成したX線評価装置が提案されている。
One of them is, for example, Japanese Patent Application No. 4-24.
According to No. 9331, an X-ray source, an X-ray spectroscope that disperses X-rays from the X-ray source, a manipulator that holds a sample, and an X-ray from the X-ray spectroscope with respect to the sample. Total reflection mirror with variable incident angle, two-dimensional detector for detecting X-ray and electron beam emitted from the sample, X-ray source, X-ray spectroscope, sample, manipulator, and total reflection mirror. An X-ray evaluation apparatus has been proposed which is composed of a vacuum chamber having a built-in detector and a two-dimensional detector.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】この提案例に示される
ようなX線を用いた評価装置を含め、従来によるもの
は、X線源から出たX線は、分光する場合も分光しない
場合も、1つの光束として試料へ入射し、反射又は吸収
・回折して、原子や電子の構造情報を得るというもので
ある。
In the conventional apparatus including the evaluation apparatus using X-rays as shown in this proposal example, the X-rays emitted from the X-ray source may or may not be dispersed. The light is incident on the sample as one light beam and is reflected or absorbed / diffracted to obtain structural information of atoms and electrons.

【0011】即ち、単一の目的を持ち、単一の評価を行
うものでしかない。
That is, it has only a single purpose and a single evaluation.

【0012】このような単一の目的及び評価だけでも、
これ自体は欠点ではない。しかし、今後の薄膜材料にお
いて、原子・電子構造をデザインし新規な機能を設計
し、作製し、或いはその場で作製しながら評価し、解析
結果をフィードバックして、構造を制御しながら作製し
ていくことを可能とするのが重要になってきている点を
考えると、従来のような単一評価では不十分である。
Even with such a single purpose and evaluation,
This in itself is not a drawback. However, in future thin film materials, we will design atomic and electronic structures, design and create new functions, or make evaluations while making them on the spot, and feed back the analysis results to make them while controlling the structure. Given that it is becoming more important to be able to move forward, conventional single evaluation is not enough.

【0013】即ち、ある材料のある条件下での構造は、
複雑であり、より多くの多元情報が得られれば、構造解
析が容易となり、正確となり高速化できる。また、多元
情報はそれだけに留まらず、2つ以上の情報の較正を行
える効果が得られるものとなる。例えば、X線回折から
得られる原子座標情報とX線吸収(例えば、EXAF)
から得られる原子座標情報とを同時に得ることにより、
各々の情報の長短を比較したり、相互に修正することが
できる。また、表面反射利用により材料の表面から情報
を得ると同時に、膜を透過させることにより材料の平均
値からの情報も得ることができる。このような機能を持
ち得るX線評価装置によれば、構造解析が容易かつ正確
となるため、その提案が待たれている。
That is, the structure of a material under certain conditions is
If it is complicated and more multi-dimensional information can be obtained, structural analysis will be easier, accurate and faster. In addition, the multi-dimensional information is not limited to that, and an effect of calibrating two or more pieces of information can be obtained. For example, atomic coordinate information obtained from X-ray diffraction and X-ray absorption (for example, EXAF)
By simultaneously obtaining atomic coordinate information obtained from
The length of each piece of information can be compared and mutually corrected. Further, it is possible to obtain information from the surface of the material by utilizing the surface reflection and at the same time obtain information from the average value of the material by transmitting the information through the film. According to the X-ray evaluation apparatus capable of having such a function, structural analysis becomes easy and accurate, and therefore its proposal is awaited.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、X線源と、このX線源からのX線を分光するX線分
光器と、このX線分光器により分光されて直進するX線
の一部を分離して取出す可撓性を有する中空石英ファイ
バと、試料を保持するとともに相対的に移動させるマニ
ピュレータと、前記X線分光器により分光され直進して
前記試料により反射されたX線を検出する第1検出器
と、前記X線分光器により分光され前記中空石英ファイ
バにより屈曲されて前記試料を透過したX線を検出する
第2検出器と、これらのX線源とX線分光器と中空石英
ファイバと試料とマニピュレータと第1検出器と第2検
出器とを内蔵した真空チャンバとにより構成した。
According to a first aspect of the present invention, an X-ray source, an X-ray spectroscope that disperses the X-rays from the X-ray source, and the X-ray spectroscope disperses light to go straight. A flexible hollow quartz fiber that separates and extracts a part of X-rays, a manipulator that holds and relatively moves a sample, and the X-ray spectroscope disperses the light into a straight line and reflects the sample. A first detector that detects X-rays, a second detector that detects X-rays that are separated by the X-ray spectroscope, bent by the hollow quartz fiber, and transmitted through the sample, and these X-ray sources and X-rays. It is composed of a line spectrometer, a hollow quartz fiber, a sample, a manipulator, a vacuum chamber containing a first detector and a second detector.

【0015】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
発明におけるX線分光器を、チャネルカットした結晶を
(+,+)配置させて連動するモノクロメータとした。
According to a second aspect of the invention, the X-ray spectroscope according to the first aspect of the invention is a monochromator in which channel-cut crystals are arranged (+, +) in an interlocking manner.

【0016】[0016]

【作用】請求項1記載の発明においては、1つのX線源
から出たX線をX線分光器で分光した後、可撓性を有す
る中空石英ファイバを用いて一部を取出すことにより、
直進的に試料に向かうX線と中空石英ファイバを経て屈
曲されて試料に向かうX線とに分離するため、1つの試
料の評価において同時に多元情報を得ることができ、構
造解析が容易かつ正確となり、測定評価の速度を向上さ
せ得るとともに、複数情報の相互確認を、同一試料で同
時に行えるものとなる。この際、中空石英ファイバによ
り光路を曲げ得るX線の波長は通常のX線に比べて長い
ものであり、軟X線に適用可能となるため、中空石英フ
ァイバを通して試料へ入射させるX線は軟X線に限られ
るが、X線源から直進的に試料に入射するX線に関して
は、試料入射後に分光して硬X線と称される約10Å以
下の波長のものとを同時に用いて解析・評価することも
可能となる。
According to the invention of claim 1, X-rays emitted from one X-ray source are separated by an X-ray spectroscope, and then a part is taken out by using a flexible hollow quartz fiber.
Since it is separated into the X-ray that goes straight to the sample and the X-ray that goes through the hollow silica fiber and is bent toward the sample, multiple information can be obtained at the same time in the evaluation of one sample, and the structural analysis becomes easy and accurate. In addition, the speed of measurement and evaluation can be improved, and mutual confirmation of a plurality of information can be simultaneously performed on the same sample. At this time, the wavelength of X-rays that can bend the optical path by the hollow quartz fiber is longer than that of normal X-rays, and it is applicable to soft X-rays. Therefore, X-rays incident on the sample through the hollow quartz fiber are soft X-rays. Although it is limited to X-rays, X-rays that enter the sample straight from the X-ray source are analyzed and evaluated by simultaneously using a hard X-ray with a wavelength of about 10 Å or less that is spectrally dispersed after the sample is incident. It is also possible to do.

【0017】ここに、X線分光器が、平板モノクロメー
タ1枚又は2枚によるものではX線の発散性を防げず、
実験室では平行性のよいX線が得られない。ちなみに、
SORでは平行性が得られ分光性はよいものの、チャネ
ルカットモノクロメータ1個では光路が変化(即ち、移
動)してしまう。この点、請求項2記載の発明において
は、X線分光器が、チャネルカットした結晶を(+,
+)配置させて連動するモノクロメータによるため、X
線の発散が少なくて平行性のよいものとなり、かつ、連
続分光も可能でエネルギー分解能のよいものとなる。
If the X-ray spectroscope has one or two flat plate monochromators, the divergence of X-rays cannot be prevented.
X-rays with good parallelism cannot be obtained in the laboratory. By the way,
In SOR, parallelism is obtained and the spectral property is good, but the optical path changes (that is, moves) with one channel cut monochromator. In this respect, in the invention according to claim 2, the X-ray spectroscope analyzes the channel-cut crystal into (+,
+) Because it is arranged and interlocked with the monochromator, X
Line divergence is small and parallelism is good, and continuous spectroscopy is possible and energy resolution is good.

【0018】[0018]

【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。まず、真空排気装置1に連通されて内部が高真空状
態とされる真空チャンバ2が設けられている。この真空
チャンバ2は厚さ200Åのダイヤモンド窓3a,3b
により仕切られたX線源4領域と、分光領域とを連設し
たもので、分光領域中にはスリット(目的によっては、
ピンホールでもよい)5とともに分光用チャンバ6が内
蔵され、分光用チャンバ6内にはX線分光器となるチャ
ネルカットモノクロメータ7が内蔵されている。本来の
真空チャンバ2内では、測定対象となる試料8が回転可
能なマニピュレータ9により下向きに保持されていると
ともに、前記チャネルカットモノクロメータ7で分光さ
れてダイヤモンド窓3bを通して出射するX線を前記試
料8表面に向けて低入射角で入射させる全反射ミラー1
0が設けられている。この全反射ミラー10は回転軸1
1を中心に回動自在とされ、試料8に対する入射角を可
変し得るように設定されている。また、全反射ミラー1
0・試料8間の光路上には試料8に対する入射X線強度
を計測するための小型のイオンチャンバ12が介在され
ている。さらに、前記試料8からの出射側光路上には2
次元検出器(第1検出器)13が配設されている。加え
て、本実施例では成膜中の分析を可能とするため、前記
試料8の下方に位置させて成膜装置であるKセル14が
設けられている。15はそのシャッタである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a vacuum chamber 2 that communicates with the vacuum exhaust device 1 and has a high vacuum state inside is provided. This vacuum chamber 2 has diamond windows 3a and 3b with a thickness of 200 liters.
The X-ray source 4 region partitioned by and the spectral region are connected in series, and a slit (depending on the purpose, depending on the purpose,
A spectroscopic chamber 6 is built in together with the pinhole 5), and a channel cut monochromator 7 serving as an X-ray spectroscope is built in the spectroscopic chamber 6. In the original vacuum chamber 2, a sample 8 to be measured is held downward by a rotatable manipulator 9, and X-rays which are spectrally separated by the channel cut monochromator 7 and emitted through a diamond window 3b are sampled. 8 Total reflection mirror 1 that makes a low incidence angle incident on the surface 1
0 is provided. This total reflection mirror 10 has a rotating shaft 1
It is rotatable about 1, and is set so that the incident angle with respect to the sample 8 can be changed. Also, a total reflection mirror 1
A small ion chamber 12 for measuring the intensity of incident X-rays on the sample 8 is provided on the optical path between 0 and the sample 8. Furthermore, there is 2 in the optical path on the exit side from the sample 8.
A dimension detector (first detector) 13 is provided. In addition, in this embodiment, in order to enable analysis during film formation, a K cell 14 as a film forming device is provided below the sample 8. Reference numeral 15 is the shutter.

【0019】このような構成は前述した本出願人既提案
によるものと同等であるが、本実施例にあっては、前記
チャネルカットモノクロメータ7で分光されて直進する
X線の一部を前記全反射ミラー10に入射させずに、取
出して前記試料8に屈曲させて入射させることによりこ
の試料8を透過させる可撓性を有する中空石英ファイバ
16が設けられている。このような中空石英ファイバ1
6は、例えば、文献「光学」(第15巻第2号198
6)中の「中空石英ファイバの軟X線透過特性および透
過率の限界」(p.235〜240)に示されているよ
うに、約25〜75Åなる波長の光を90°曲げて導く
ことが可能なものである。具体的には、内径0.2m
m、長さ200mmのものとされている。このような中
空石英ファイバ16の入り口にも、入射X線強度を計測
するための小型のイオンチャンバ17が介在されてい
る。さらに、前記試料8からの透過側光路上には中空石
英ファイバ16の出口に対応させて2次元検出器(第2
検出器)18が配設されている。
Although such a configuration is equivalent to that proposed by the present applicant described above, in the present embodiment, a part of the X-ray that is split by the channel cut monochromator 7 and goes straight is described above. There is provided a flexible hollow quartz fiber 16 that allows the sample 8 to pass through without being incident on the total reflection mirror 10 and by being extracted and bent and incident on the sample 8. Such a hollow quartz fiber 1
6 is, for example, the document “Optics” (Vol. 15, No. 2, 198).
As shown in “Limitation of Soft X-ray Transmission Characteristics and Transmittance of Hollow Quartz Fiber” (p. 235 to 240) in 6), bend light with a wavelength of about 25 to 75Å by 90 ° and guide it. Is possible. Specifically, inner diameter 0.2m
The length is 200 m and the length is 200 mm. A small ion chamber 17 for measuring the intensity of incident X-rays is also provided at the entrance of such a hollow quartz fiber 16. Further, on the transmission side optical path from the sample 8, a two-dimensional detector (second
A detector) 18 is provided.

【0020】ここで、各部について説明する。まず、X
線源4は主として実験室用に多用されるロータターゲッ
トを用いるのがよいが、プラズマX線源やレーザX線源
と称されるものでもよく、さらには、封入管タイプのも
のでもよい。もっとも、簡便性、使いやすさを考える
と、W(タングステン)、Mo(モリブデン)、Ag
(銀)、Al(アルミニウム)等をターゲットとし、電
子線を照射することにより発生する白色X線を用いるロ
ータターゲットがよい。本実施例では、例えばMoをタ
ーゲットとするロータターゲットとされている。
Here, each part will be described. First, X
As the radiation source 4, it is preferable to use a rotor target mainly used in a laboratory, but a source called a plasma X-ray source or a laser X-ray source, or a sealed tube type may be used. However, considering simplicity and ease of use, W (tungsten), Mo (molybdenum), Ag
A rotor target using (silver), Al (aluminum) or the like and using white X-rays generated by irradiating an electron beam is preferable. In the present embodiment, for example, a rotor target that targets Mo is used.

【0021】真空チャンバ2内の真空度は10~6Torr
以上、好ましくは10~9Torr 以上の高真空、より好ま
しくは10~10Torr以上の超高真空がよい。一方、分光
チャンバ6内の真空度は10~4Torr 以上とされてい
る。
The degree of vacuum in the vacuum chamber 2 is 10 to 6 Torr.
As described above, a high vacuum of 10 to 9 Torr or more is preferable, and an ultrahigh vacuum of 10 to 10 Torr or more is more preferable. On the other hand, the degree of vacuum in the spectroscopic chamber 6 is set to 10 4 Torr or more.

【0022】X線分光器となるチャネルカットモノクロ
メータ7はチャネルカットした結晶、ここでは、ADP
(リン酸二水素アンモニウム=NH42PO4) 結晶を
(+,+)配置させて連動するようにしたものであり、
スリット5により制限されたX線を4個の分光用結晶で
4回反射させることにより分光するものである。分光用
結晶としては、Si(111)や、Ge(440),E
DOP,PET,SiO2 ,InSb,LiF,TA
P,RAP等であってもよい。
The channel-cut monochromator 7 serving as an X-ray spectroscope is a channel-cut crystal, here, ADP.
(Ammonium dihydrogen phosphate = NH 4 H 2 PO 4 ) The crystals are arranged (+, +) so as to interlock with each other.
The X-ray limited by the slit 5 is reflected by four spectroscopic crystals four times to disperse the X-ray. As the crystal for spectroscopy, Si (111), Ge (440), E
DOP, PET, SiO 2 , InSb, LiF, TA
It may be P, RAP or the like.

【0023】全反射ミラー10はX線を全反射させるも
のであり、表面凹凸が15Å以下であることが望まし
い。材料としては、カーボン、BN、SiC等が用いら
れる。本実施例では、例えばカーボン製とされている。
また、凹面鏡形状とすれば、分光されたX線を集光で
き、入射させるX線強度を向上させることができる。こ
のような全反射ミラー10は回転軸11を中心に0.0
01deg 単位で回動し得るものとされ、入射角の微調整
が可能とされている。
The total reflection mirror 10 totally reflects X-rays, and it is desirable that the surface unevenness be 15 Å or less. As the material, carbon, BN, SiC or the like is used. In this embodiment, it is made of carbon, for example.
Further, when the concave mirror shape is used, the separated X-rays can be condensed and the intensity of the incident X-rays can be improved. Such a total reflection mirror 10 has 0.0
It is possible to rotate in increments of 01 deg, and fine adjustment of the incident angle is possible.

【0024】2次元検出器13,18はPSD(半導体
位置検出素子)とマイクロチャネルプレート(MCP)
とのアセンブリよりなるもので、例えば、浜松ホトニク
ス株式会社製のPIAS−TI等のように、直径70n
m、長さ50nm程度の小型のものである。よって、超真
空の真空チャンバ2内の内蔵配置に何ら支障ないものと
なり、かつ、空間分解能だけでなく、時間分解能も10
0psと速いので、成膜中の物質の構造変化等も充分に
評価できるものとなる。
The two-dimensional detectors 13 and 18 are a PSD (semiconductor position detecting element) and a micro channel plate (MCP).
And an assembly having a diameter of 70 n, such as PIAS-TI manufactured by Hamamatsu Photonics KK
It is a small one with m and length of about 50 nm. Therefore, the internal arrangement in the ultra-vacuum vacuum chamber 2 is not hindered, and the spatial resolution as well as the temporal resolution is 10
Since it is as fast as 0 ps, it is possible to sufficiently evaluate the structural change of the substance during film formation.

【0025】このような構成において、例えば、試料8
をKセル14を用いて成膜した後、X線源4からのX線
をこの試料8表面にすれすれなる低入射角(10度以
下)で入射させ、透過XANES、反射XANESを測
定する場合を考える。
In such a structure, for example, the sample 8
After forming a film by using the K cell 14, the X-ray from the X-ray source 4 is made incident on the surface of the sample 8 at a low incident angle (10 degrees or less), and the transmission XANES and the reflection XANES are measured. Think

【0026】まず、X線源4から出射された白色X線は
スリット5で制限された後、チャネルカットモノクロメ
ータ7の4個の結晶で4回反射されることにより分光さ
れる。分光されたX線の一部は全反射ミラー10で全反
射されることで光路が曲げられ、試料8表面に低入射角
で入射する。この際、全反射ミラー10は回動し得るも
のであり、試料8への入射角は調整可能である。
First, the white X-ray emitted from the X-ray source 4 is limited by the slit 5, and then reflected by four crystals of the channel-cut monochromator 7 four times to be dispersed. A part of the separated X-rays are totally reflected by the total reflection mirror 10 to bend the optical path and enter the surface of the sample 8 at a low incident angle. At this time, the total reflection mirror 10 can rotate, and the incident angle on the sample 8 can be adjusted.

【0027】一方、チャネルカットモノクロメータ7で
分光されたX線の残りは、中空石英ファイバ16中に入
り、この中空石英ファイバ16に沿って屈曲されてから
試料8にほぼ垂直状態で入射することによりこの試料8
を透過し、一部減衰されて2次元検出器18に入る。
On the other hand, the rest of the X-rays dispersed by the channel cut monochromator 7 enter the hollow quartz fiber 16, are bent along the hollow quartz fiber 16 and then enter the sample 8 in a substantially vertical state. By this sample 8
To the two-dimensional detector 18 after being partially attenuated.

【0028】ここで、全反射ミラー10により試料8表
面へ入射するX線、及び、中空石英ファイバ16へ入射
するX線の強度は、各々イオンチャンバ12,17によ
り計測される。試料8表面へ入射したX線は、その一部
が吸収されるが、大半は反射されて2次元検出器13に
入る。一方、中空石英ファイバ16で光路が屈曲されて
試料8を透過したX線は別の2次元検出器18に入る。
The intensities of the X-rays incident on the surface of the sample 8 by the total reflection mirror 10 and the X-rays incident on the hollow quartz fiber 16 are measured by the ion chambers 12 and 17, respectively. A part of the X-ray incident on the surface of the sample 8 is absorbed, but most of it is reflected and enters the two-dimensional detector 13. On the other hand, the X-rays whose optical path is bent by the hollow quartz fiber 16 and transmitted through the sample 8 enter another two-dimensional detector 18.

【0029】ただし、透過するX線としては、中空石英
ファイバ16により光路を曲げることが可能な範囲のも
のに限られるため、波長は長めのものとなる。この結
果、透過能力が小さくなるため、試料8に用いる基板は
無いことが理想的となるが、成膜中の物質構造評価にお
いては基板が必須となる。よって、実際的には、100
0Å以下と薄く、かつ、有機膜のように軽い元素で構成
されていることが必要といえる。このため、本実施例で
は、200Å厚さのアモルファスBN膜による基板を用
いるようにしている。
However, since the X-rays that are transmitted are limited to the range in which the optical path can be bent by the hollow quartz fiber 16, the wavelength becomes longer. As a result, the permeability is reduced, so it is ideal that there is no substrate used for sample 8, but a substrate is indispensable for evaluating the material structure during film formation. Therefore, in practice, 100
It can be said that it must be composed of elements as thin as 0 Å or less and as light as an organic film. Therefore, in this embodiment, a substrate made of an amorphous BN film having a thickness of 200Å is used.

【0030】具体的には、このようなアモルファスBN
膜による基板上にp‐ターフェニル膜を形成し、270
〜320eV(波長約40Å)に分光したX線を膜面に
低入射角で照射し、反射法で、XAFSスペクトルを得
た。予め準備した反射データから吸収データへの所定の
変換プログラム(例えば、パリのBud大学でB.Pouml
lec、その他により作製中のJOGGINGII参照)を用
いて評価したところ、図2に示すような吸収スペクトル
が得られたものである。同時に、中空石英ファイバ16
によって膜面にほぼ垂直に入射したX線の吸収スペクト
ルを得たところ、このスペクトルは図2に示したものと
ほぼ同じであり、上記変換プログラムが正しいこと、及
び、1s→π^*遷移の状態を確認することができたも
のである。
Specifically, such amorphous BN
The p-terphenyl film is formed on the substrate by the film, 270
The XAFS spectrum was obtained by a reflection method by irradiating the film surface with X-rays dispersed at 320 eV (wavelength about 40 Å) at a low incident angle. A predetermined conversion program from reflection data to absorption data prepared in advance (for example, B. Pouml at Bud University in Paris)
lec, et al., (see JOGGING II being prepared) was evaluated, and an absorption spectrum as shown in FIG. 2 was obtained. At the same time, the hollow quartz fiber 16
When an absorption spectrum of X-rays incident almost perpendicularly to the film surface was obtained by, the spectrum was almost the same as that shown in FIG. 2, the above conversion program was correct, and the 1s → π ^ * transition I was able to confirm the condition.

【0031】ちなみに、本実施例では軟X線を扱うた
め、全てを真空チャンバ2中に配設したが、例えばSO
Rのような強力なX線を用いる場合は必ずしも真空チャ
ンバ2中に配設せずとも、光路を短くすれば、適応し得
る場合もある。
By the way, in the present embodiment, all are arranged in the vacuum chamber 2 in order to handle soft X-rays.
When a strong X-ray such as R is used, it may not be necessarily arranged in the vacuum chamber 2 but can be adapted by shortening the optical path.

【0032】[0032]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、X線源
と、このX線源からのX線を分光するX線分光器と、こ
のX線分光器により分光されて直進するX線の一部を分
離して取出す可撓性を有する中空石英ファイバと、試料
を保持するとともに相対的に移動させるマニピュレータ
と、前記X線分光器により分光され直進して前記試料に
より反射されたX線を検出する第1検出器と、前記X線
分光器により分光され前記中空石英ファイバにより屈曲
されて前記試料を透過したX線を検出する第2検出器
と、これらのX線源とX線分光器と中空石英ファイバと
試料とマニピュレータと第1検出器と第2検出器とを内
蔵した真空チャンバとにより構成し、1つのX線源から
出たX線をX線分光器で分光した後、可撓性を有する中
空石英ファイバを用いて一部を取出すことにより、直進
的に試料に向かうX線と中空石英ファイバを経て屈曲さ
れて試料に向かうX線とに分離するようにしたので、1
つの試料の評価において同時に多元情報を得ることがで
き、構造解析が容易かつ正確となり、測定評価の速度を
向上させ得るとともに、複数情報の相互確認を、同一試
料で同時に行えるものとなる。
According to the first aspect of the present invention, an X-ray source, an X-ray spectroscope that disperses the X-rays from the X-ray source, and an X-ray that is spectroscopically dispersed by the X-ray spectroscope and travels straight. , A flexible hollow quartz fiber for separating and extracting a part of the X-ray, a manipulator for holding and moving the sample relative to each other, and an X-ray spectroscopically separated by the X-ray spectroscope and traveling straight and reflected by the sample. A first detector for detecting X-rays, a second detector for detecting X-rays separated by the X-ray spectroscope, bent by the hollow quartz fiber and transmitted through the sample, X-ray sources and X-ray spectroscopy And a hollow quartz fiber, a sample, a manipulator, a vacuum chamber containing a first detector and a second detector, and X-rays emitted from one X-ray source are separated by an X-ray spectroscope. Uses a flexible hollow quartz fiber By taking out a part, since the bent through an X-ray and hollow silica fiber straight manner towards the sample was set to be separated into the X-ray toward the sample, 1
Multi-dimensional information can be obtained at the same time in the evaluation of one sample, structural analysis can be easily and accurately performed, the speed of measurement and evaluation can be improved, and mutual confirmation of a plurality of information can be simultaneously performed in the same sample.

【0033】この際、請求項2記載の発明によれば、X
線分光器を、チャネルカットした結晶を(+,+)配置
させて連動するモノクロメータとしたので、X線の発散
が少なくて平行性のよいものとなり、かつ、連続分光も
可能でエネルギー分解能のよいものとすることができ
る。
In this case, according to the invention of claim 2, X
Since the line spectroscope is a monochromator that interlocks by arranging (+, +) arrangements of channel-cut crystals, X-ray divergence is small and parallelism is good, and continuous spectroscopy is also possible and energy resolution is high. Can be good.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】吸収スペクトルを示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing an absorption spectrum.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 真空チャンバ 4 X線源 7 モノクロメータ(X線分光器) 8 試料 9 マニピュレータ 13 第1検出器 16 中空石英ファイバ 18 第2検出器 2 vacuum chamber 4 X-ray source 7 monochromator (X-ray spectroscope) 8 sample 9 manipulator 13 first detector 16 hollow silica fiber 18 second detector

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 X線源と、このX線源からのX線を分光
するX線分光器と、このX線分光器により分光されて直
進するX線の一部を分離して取出す可撓性を有する中空
石英ファイバと、試料を保持するとともに相対的に移動
させるマニピュレータと、前記X線分光器により分光さ
れ直進して前記試料により反射されたX線を検出する第
1検出器と、前記X線分光器により分光され前記中空石
英ファイバにより屈曲されて前記試料を透過したX線を
検出する第2検出器と、これらのX線源とX線分光器と
中空石英ファイバと試料とマニピュレータと第1検出器
と第2検出器とを内蔵した真空チャンバとよりなること
を特徴とするX線評価装置。
1. An X-ray source, an X-ray spectroscope that disperses X-rays from the X-ray source, and a flexible portion that separates and extracts a part of the X-rays that are spectroscopically dispersed by the X-ray spectroscope and go straight. Hollow silica fiber, a manipulator for holding a sample and moving it relative to each other, a first detector for detecting the X-rays which have been separated by the X-ray spectroscope and are straight ahead and reflected by the sample, A second detector that detects X-rays that are separated by an X-ray spectroscope and bent by the hollow quartz fiber and transmitted through the sample; an X-ray source, an X-ray spectroscope, a hollow quartz fiber, a sample, and a manipulator. An X-ray evaluation apparatus comprising a vacuum chamber containing a first detector and a second detector.
【請求項2】 X線分光器を、チャネルカットした結晶
を(+,+)配置させて連動するモノクロメータとした
ことを特徴とする請求項1記載のX線評価装置。
2. The X-ray evaluation apparatus according to claim 1, wherein the X-ray spectroscope is a monochromator that interlocks by arranging channel-cut crystals in (+, +) arrangement.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5463909B2 (en) * 2007-04-11 2014-04-09 三菱電機株式会社 Method for detecting Br in resin, resin sorting apparatus, and method for producing recycled resin product
CN112313505A (en) * 2018-04-20 2021-02-02 奥图泰(芬兰)公司 X-ray fluorescence analyzer and method for performing X-ray fluorescence analysis

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