JPH09236697A - Ｘ線分光器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子ビームの大きなスキャン幅に対しても充
分な分光強度を得て良好な分布測定を行うことができる
Ｘ線分光器を提供する。 【解決手段】 ローランド円１１に沿って配置したＸ線
光源と分光結晶３と検出器４とを備えるＸ線分光器にお
いて、分光結晶３をＸ線光源の位置（Ａ，Ｂ，Ｃ）に応
じて、分光結晶３に対するＸ線１０の入射角度θが許容
角度範囲内に保持されるよう連動して移動する構成と
し、これによって、大きなスキャン幅で電子ビーム９が
スキャンしてＸ線光源の位置がずれた場合でも該位置ず
れに応じて分光結晶３を連動して回転や平行移動させ
て、分光条件を満足させて検出器４に回折Ｘ線を入射さ
せ、充分な分光強度を保持させ良好な分布測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線マイクロア
ナライザ等のＸ線分析装置に使用するＸ線分光器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線分析装置では、電子ビーム等の照射
によって試料面から放出される特性Ｘ線を検出して成分
元素の分布等の測定を行っている。図７は従来のＸ線分
析装置における試料，Ｘ線分光器，および検出器の位置
関係を説明するための図である。図７において、電子ビ
ーム９を試料に照射して試料面８から特性Ｘ線１０を放
出させ、該特性Ｘ線を分光結晶３等を含むＸ線分光器で
分光し、Ｘ線分光器の分光波長によって選択された回折
Ｘ線を検出器４で検出し成分元素等の分布測定を行って
いる。また、分光結晶３および検出器４をリンク機構等
の手段によってローランド円１１上を移動させて回折Ｘ
線の分光波長を走査することによって、元素の特定を行
う。

【０００３】従来、試料面上におけるＸ線分光強度の分
布を求めて面観察を行う場合には、ＸＹステージによっ
て試料を移動させたり、あるいは試料面上で電子ビーム
をスキャンさせることによって行っている。図８は電子
ビームのスキャン動作を説明するための図である。電子
ビームのスキャン動作では、ローランド円１１上の点
（図中の点Ｂ）の近傍で電子ビーム走査手段２によって
Ｘ方向およびＹ方向に電子ビーム９をスキャンさせ、こ
れによって、試料面上の面走査を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＸＹステージによる試
料の移動によって面観察を行う場合には、ＸＹステージ
の移動速度が遅いため迅速な観察が困難であるという問
題点がある。また、試料面上で電子ビームをスキャンし
て面観察を行う場合には、スキャン幅を大きくすると良
好な分布測定を行うことが困難となるという問題点があ
る。図９は従来のスキャンにおける回折を説明するため
の図である。図８に示すように試料面８上においてＸ軸
方向に電子ビーム９をスキャンさせると、スキャン点は
図９に示すようにローランド円上の点Ｂからずれた点
（点Ａあるいは点Ｃ等）に移動する。分光器で分光され
て得られる分光強度は、図１０に示すように分光結晶３
に対するＸ線１０の入射角に応じて変化し、分光条件の
角度θに対してΔθの角度範囲の強度分布を形成する。

【０００５】したがって、電子ビーム９のスキャン幅が
大きな場合には、ローランド円１１から外れた点Ｃ（あ
るいは点Ａ）から放出されたＸ線（図９中の破線）は、
分光結晶３に対する入射角が分光条件を満足しなくな
り、充分な分光強度を得ることができず良好な分布測定
を行うことが困難となる。

【０００６】図９において、ローランド円半径Ｒ，入射
角θ，Ｘ線の取り出し角α，分光結晶の回折角度幅Δ
θ，およびスキャン幅ＡＣとの間には、以下の式（１）
の関係がある。 ２Ｒｓｉｎθ・Δθ／ｓｉｎα＝ＡＣ …（１） 式（１）において、例えば、Ｒ＝１０１．６ｍｍ、θ＝
２０°、α＝５０°、Δθ＝０．０５°とすると、スキ
ャン幅ＡＣは約０．０８ｍｍとなる。このスキャン幅Ａ
Ｃを越えてスキャン動作を行う場合には、図９中の点Ｃ
において∠ＢＰＣを表すδはδ＞Δθ／２となって分光
条件を満足しなくなり、充分な分光強度を得ることがで
きない。

【０００７】そこで、本発明は前記した従来のＸ線分光
器の問題点を解決し、電子ビームの大きなスキャン幅に
対しても充分な分光強度を得て良好な分布測定を行うこ
とができるＸ線分光器を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ローランド円
に沿って配置したＸ線光源と分光結晶と検出器とを備え
るＸ線分光器において、分光結晶をＸ線光源の位置に応
じて、分光結晶に対するＸ線の入射角度が許容角度範囲
内に保持されるよう連動して移動する構成とし、これに
よって、大きなスキャン幅で電子ビームがスキャンして
Ｘ線光源の位置がずれた場合でも、該位置ずれに応じて
分光結晶を連動して回転や平行移動させて、分光条件を
満足させて検出器に回折Ｘ線を入射させ、充分な分光強
度を保持させ良好な分布測定を行う。

【０００９】電子ビームをスキャンさせると、Ｘ線光源
の位置はローランド円上からずれ、分光結晶に対するＸ
線の入射角度も変化する。本発明のＸ線分光器は、Ｘ線
光源の位置に応じて分光結晶を連動して移動させ、分光
結晶に対するＸ線の入射角度を許容角度範囲内に保持す
る。この分光結晶の動きによって、電子ビームがスキャ
ンしても分光条件は満足され、充分な分光強度によって
良好な分布測定を行うことができる。Ｘ線光源の位置
は、例えば電子ビーム走査手段における電子ビームの電
界や磁界による偏向によって行うことができ、偏向方向
の制御によって試料上を２次元的に走査することができ
る。

【００１０】本発明の第１の実施態様は、分光結晶を、
分光結晶のローランド円上の点を通りローランド円が形
成する面に垂直な軸を回転中心とし、Ｘ線光源の位置に
応じて回転可能とする構成とし、分光結晶に対するＸ線
の入射角度が許容角度範囲内となるよう分光結晶を回転
させるものであり、これによって、分光条件を一定に保
持することができる。本発明の第２の実施態様は、分光
結晶を、ローランド円が形成する面上で、該面と試料面
との交差線の方向に平行移動可能とする構成とし、Ｘ線
光源を常にローランド円上とし、分光結晶に対するＸ線
の入射角度が許容角度範囲内となるよう分光結晶を平行
移動させるものであり、これによって、分光条件を一定
に保持することができ、また、平行移動に伴って収差は
発生しないため、スキャン幅を大きくとることができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の形態の構
成例について、図１を用いて説明する。図１は本発明の
Ｘ線分光器の一実施形態を説明する概略図である。図１
において、Ｘ線光源Ｂと分光結晶３と検出器４とが、ロ
ーランド円１１に沿って互いに等間隔となるよう配置さ
れ、Ｘ線光源Ｂから放出されるＸ線１０（図１中の実
線）は分光結晶３のローランド円上の点Ｐにおいて分光
条件を満たす角度θで入射して分光され、検出器４のロ
ーランド円上の焦点Ｆで検出される。このとき、点Ｐ以
外の分光結晶３上の点において、Ｘ線の入射角度が許容
角度範囲内となるようＸ線分光器の各寸法をあらかじめ
設定しておく。

【００１２】ここで、Ｘ線光源Ｂは、ローランド円１１
上のＸ線光源であり、電子ビーム９を試料面８上でスキ
ャンすると、Ｘ線光源はローランド円１１から外れた点
Ａや点Ｃとなる。このとき、点Ａや点ＣのようにＸ線光
源がローランド円１１上にない場合には、Ｘ線（図１中
の破線）の入射角は角度（θ＋δ）あるいは角度（θ−
δ）となり、分光条件を満たす角度θからずれることに
なる。

【００１３】本発明のＸ線分光器の一実施形態では、ロ
ーランド円１１上にある分光結晶３の点Ｐを通りローラ
ンド円１１が形成する面に垂直な軸を回転軸とし、Ｘ線
光源の位置に応じて回転可能とする構成を備える。試料
面８上で電子ビーム９がスキャンしてＸ線光源の位置が
ローランド円１１上の点Ｂから点Ｃに移動すると、分光
結晶３はＸ線光源の移動に対応して回転し、図１中の破
線で示す位置に回転移動する。この分光結晶３の回転に
よって、Ｘ線（図１中の長い破線）が分光結晶３（図１
中の破線）に入射する角度を、（θ＋δ）から分光条件
を満たす角度θに変更する。また、Ｘ線光源を図１中の
点Ａへ移動する場合には、分光結晶３を点Ｃの場合と逆
方向に回転させ、Ｘ線（図１中の短い破線）が分光結晶
３に対する入射する角度を（θ−δ）から分光条件を満
たす角度θに変更する。

【００１４】図２は本発明のＸ線分光器の一実施形態の
構成を説明するブロック図であり、Ｘ線分光器を分光結
晶３に設けた分光結晶駆動手段６と制御手段７によって
構成するものである。図２において、制御手段７は、電
子ビーム走査手段２と分光結晶駆動手段６の制御を行う
手段であり、電子ビーム走査手段２を制御して電子ビー
ム９を試料面８上でスキャンさせるとともに、分光結晶
駆動手段６を制御して電子ビーム９の動きと連動した回
転移動を行う。

【００１５】分光結晶駆動手段６は、分光結晶３をロー
ランド円上の点で回転可能に支持する軸部（図２中の一
点鎖線）と、ピエゾ素子等の駆動部とによって構成する
ことができる。制御手段７は、図２中のＸ軸方向で示さ
れる電子ビーム９の移動に連動して分光結晶駆動手段６
を制御し、Ｘ線光源の移動量に応じた回転角で分光結晶
３を回転させる。制御手段によるＸ線光源の位置と分光
結晶の連動は、電子ビーム９の偏向角と試料面８上の移
動量の関係や、試料面８上の移動量と分光結晶３の回転
角度の関係をあらかじめ制御手段７中に格納しておき、
電子ビーム走査手段２と分光結晶駆動手段６に対応する
制御信号を送ることによって行うことができる。

【００１６】次に、本発明のＸ線分光器の一実施形態の
動作、および試料面上のＸ線光源の位置と分光結晶の回
転角度との関係について図３を用いて説明する。図３に
おいて、Ｘ線光源は電子ビーム９の試料面上の照射位置
であり、電子ビーム９のスキャン動作によって移動す
る。なお、図中にはＸ線光源として点Ｂ，点Ｃのみを示
しその他の点は示していないが、点ＢＣ間およびその延
長上においても電子ビーム９のスキャン動作によりＸ線
光源となる。

【００１７】Ｘ線光源が点Ｂにある場合には、角度α
（Ｘ線の取り出し角）で放出されたＸ線は、図中の実線
で示される分光結晶３によって分光され検出器４で検出
される。このとき、Ｘ線光源の点Ｂと分光結晶３の点Ｐ
と検出器４の点Ｆは、図中の実線で示されるローランド
円１１上に配置され、分光結晶３におけるＸ線の入射角
はθである。これに対して、電子ビーム９がスキャンし
て図中の破線で示す位置に移動すると、Ｘ線光源は点Ｃ
の位置になる。本発明のＸ線分光器は、点ＰにおけるＸ
線の入射角θが変化しないように、Ｘ線光源の位置に応
じて分光結晶３を点Ｐを中心として角度δだけ回転させ
る。図３中の破線で示す分光結晶３は角度δだけ回転さ
せた位置を示している。ここで、Ｘ線光源の変位量ＢＣ
と分光結晶の回転角δとの関係は、図３中の三角形ＢＰ
Ｃから以下の式（２）によって近似することができる。 δ＝（ＢＣｓｉｎα）／（２Ｒｓｉｎθ） …（２） 分光結晶を角度δ回転させると、ローランド円１２は図
３中の破線で示される位置となり、Ｘ線光源ＣからのＸ
線の分光結晶３への入射角はθとなり、検出器４の焦点
はＦ’となる。分光結晶３の回転によって焦点Ｆ’は回
転前の焦点ＦからＦＦ’だけずれる。しかしながら、こ
のずれ量は電子ビームのスキャン幅と同程度あるいはそ
れ以下であり、また、通常検出器４の検出窓の窓幅はス
キャン幅より充分大きく数├であるため、回転後の回折
Ｘ線についても検出器４を移動することなく検出可能で
ある。

【００１８】なお、この分光結晶３の回転によってＸ線
光源Ｃはローランド円１２からずれるため収差が発生す
る。ここで、図４を用いて収差について説明する。Δを
回転後のローランド円１２と点Ｃを通るローランド円１
３との間の収差、Ｌを分光結晶３の長さ、Ｒをローラン
ド円１２の半径、Ｒ’（＝Ｒ＋ｒ）をローランド円１３
の半径、ＢＣをＸ線光源の変位量、θを入射角、αをＸ
線の取り出し角とし、以下の式（３）の関係を用いる
と、 １／Ｒ’≒（１／Ｒ）・（１−ｒ／Ｒ） …（３） 収差Δは、 Δ＝（Ｌ／４Ｒ−Ｌ／４Ｒ’） ＝（Ｌ／２Ｒ）・（ｒ／２Ｒ） …（４） となり、さらに、ローランド円の半径の差ｒは以下の式
（５）で表されるため、 ｒ＝（ＢＣ／２ｓｉｎθ）・ｃｏｓα …（５） 収差は以下の式（６）によって表される。 Δ＝（Ｌ／２Ｒ）・（ＢＣ／４Ｒｓｉｎθ）・ｃｏｓα …（６） ここで、ＢＣ＝０．１ｍｍ、Ｌ＝３８ｍｍ、Ｒ＝１０
１．６ｍｍ、θ＝２０°、α＝５０°の場合について、
上記式（６）を用いて収差Δを求めると、０．００５°
程度となる。この程度の収差はＸ線分光器の通常の収差
と比較しても充分小さなものであるため、分光結晶の回
転により発生する収差は充分許容範囲内にあるとするこ
とができる。

【００１９】次に、本発明のＸ線分光器の他の実施形態
について説明する。他の実施形態は分光結晶をローラン
ド円が形成する面上で該面と試料面との交差線の方向に
平行移動可能とする構成とし、Ｘ線光源を常にローラン
ド円上とし、分光結晶に対するＸ線の入射角度が許容角
度範囲内となるよう分光結晶を平行移動させるものであ
る。

【００２０】図５は本発明のＸ線分光器の他の実施形態
の構成を説明するブロック図であり、図２に示す実施形
態と同様に分光結晶３に設けた分光結晶駆動手段６と制
御手段７によって構成する。図５において、制御手段７
は、電子ビーム走査手段２と分光結晶駆動手段６の制御
を行う手段であり、電子ビーム走査手段２を制御して電
子ビーム９を試料面８上でスキャンさせるとともに、分
光結晶駆動手段６を制御して電子ビーム９の動きと連動
した平行移動を行う。

【００２１】分光結晶駆動手段６は、分光結晶３を平行
移動するピエゾ素子等の駆動部を備え、制御手段７は、
図５中のＸ軸方向で示される電子ビーム９の移動に連動
して分光結晶駆動手段６を制御し、Ｘ線光源の移動量と
同じ量だけ分光結晶３を平行移動させる。制御手段７に
よるＸ線光源の位置と分光結晶の連動は、電子ビーム９
の偏向角と試料面８上の移動量の関係や、試料面８上の
移動量と分光結晶３の移動量の関係をあらかじめ制御手
段７中の格納しておき、電子ビーム走査手段２と分光結
晶駆動手段６に対応した制御信号を送ることによって行
うことができる。

【００２２】次に、本発明のＸ線分光器の他の実施形態
の動作について図６を用いて説明する。図６において、
Ｘ線光源は電子ビーム９のスキャン動作によって移動す
る。なお、図６にはＸ線光源の代表点として点Ａ，Ｂ，
Ｃのみを示している。Ｘ線光源が点Ｂにある場合には、
角度α（Ｘ線の取り出し角）で放出されたＸ線は、図中
の実線で示される分光結晶３によって分光され検出器４
で検出される。このとき、Ｘ線光源の点Ｂと分光結晶３
の点Ｐｂと検出器４の焦点Ｆは、図中の実線で示される
ローランド円１１上に配置され、分光結晶３におけるＸ
線の入射角はθである。

【００２３】これに対して、電子ビーム９がスキャンし
て図中の破線で示す位置に移動すると、Ｘ線光源は点Ｃ
あるいは点Ａの位置になる。本発明のＸ線分光器は、分
光結晶３におけるＸ線の入射角θが変化しないように、
Ｘ線光源の位置に応じて分光結晶３をＸ線光源の移動に
応じて平行移動させる。図６中の破線で示す分光結晶３
は平行移動した位置を示している。

【００２４】分光結晶３の平行移動によって、ローラン
ド円１２は図６中の破線に示すローランド円１４，１５
となり、Ｘ線光源Ｃ，ＡからのＸ線は分光結晶３の点Ｐ
ｃ，Ｐａに入射角θで入射して分光され、回折Ｘ線の焦
点は検出器４の点Ｆｃ，Ｆａとなる。分光結晶３の平行
移動によって検出器４上の焦点は平行移動前の焦点Ｆｂ
からＦｃあるいはＦａとなってずれが生じる。しかしな
がら、このずれ量は電子ビームのスキャン幅と同程度あ
るいはそれ以下であり、また、通常検出器４の検出窓の
窓幅はスキャン幅より充分大きく数├であるため、平行
移動後に得られる回折Ｘ線は検出器４を移動することな
く検出可能である。

【００２５】また、分光結晶を平行移動させる実施の形
態では、Ｘ線光源と分光結晶と検出器上の焦点はローラ
ンド円上にあるため平行移動による収差は発生しない。
そのため、スキャン幅をより大きくとることができる。
したがって、本発明にＸ線分光器では、試料の面観察の
幅を従来と比較して一辺当たり少なくとも２〜３倍に拡
大することができ、さらにＸＹステージを用いた場合と
比較して動きが一方向であるため、駆動機構をよりシン
プルな構成とすることができる。なお、前記実施の形態
では、分光結晶を駆動する駆動機構としてピエゾ素子を
用いているが、その他の駆動手段を用いることも可能で
ある。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子ビームの大きなスキャン幅に対しても充分な分光強
度を得て良好な分布測定を行うことができるＸ線分光器
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線分光器の一実施形態を説明する概
略図である。

【図２】本発明のＸ線分光器の一実施形態の構成を説明
するブロック図である。

【図３】本発明のＸ線分光器の一実施形態の動作を説明
する概略図である。

【図４】本発明のＸ線分光器の一実施形態の収差を説明
する概略図である。

【図５】本発明のＸ線分光器の他の実施形態の構成を説
明するブロック図である。

【図６】本発明のＸ線分光器の他の実施形態の動作を説
明する概略図である。

【図７】従来のＸ線分析装置における試料，Ｘ線分光
器，および検出器の位置関係を説明するための図であ
る。

【図８】電子ビームのスキャン動作を説明するための図
である。

【図９】従来のスキャンにおける回折状態を説明するた
めの図である。

【図１０】分光結晶へのＸ線の入射角に対する分光強度
の特性を示す図である。

【符号の説明】

１…試料，２…電子ビーム走査手段，３…分光結晶，４
…検出器，５…検出窓６…分光結晶駆動手段，７…制御
手段，８…試料面，９…電子ビーム，１０…Ｘ線，１１
〜１５…ローランド円

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ローランド円に沿って配置したＸ線光源
   と分光結晶と検出器とを備えるＸ線分光器において、前
   記分光結晶はＸ線光源の位置に応じて連動して移動し、
   分光結晶に対するＸ線の入射角度を許容角度範囲内に保
   持することを特徴とするＸ線分光器。