WO2007026461A1 - 縦横小角ｘ線散乱装置及び小角ｘ線散乱の測定方法 - Google Patents

縦横小角ｘ線散乱装置及び小角ｘ線散乱の測定方法 Download PDF

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ray
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ray scattering
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Yoshio Iwasaki
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Rigaku Corporation
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/201—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials by measuring small-angle scattering

Definitions

  • the present invention relates to a small-angle X-ray scattering apparatus for analyzing and evaluating various substance structures using small-angle scattering by X-rays, and in particular, the X-ray incident angle is set to be vertical or horizontal depending on a measurement sample.
  • the present invention relates to a variable vertical and horizontal small-angle X-ray scattering apparatus, and further relates to a method for measuring small-angle X-ray scattering on a thin film sample.
  • a small-angle X-ray scattering device a so-called vertical structure in which an X-ray source, a slit or a pinhole, a sample, a vacuum X-ray path, a two-dimensional X-ray detector, etc. are arranged in a horizontal direction.
  • a small-angle X-ray scattering apparatus for a liquid sample or the like that has a vertical structure is already known. That is, X-rays in the vertical direction, such as the X-ray source force provided at the bottom of the apparatus, are irradiated vertically to a sample placed in the horizontal direction, and a vacuum X-ray path placed above the sample. It passes through the 2D X-ray detector.
  • an X-ray transparent material force is also configured in order to analyze and evaluate the crystal structure of the protein.
  • a large number of crystallization plates are formed in the sample holder, and the diffracted X-rays are detected by irradiating X-rays from above or below to the crystals of the crystals produced in these crystallization plates.
  • the integrated intensity of diffraction X-rays by a crystal sample is obtained without rotating the sample holder, that is, reflection X-rays from crystals of proteins distributed in a spherical shape.
  • the X-ray irradiation means and the X-ray detection means are connected to the above sample so that a plurality of cross-sectional force peak intensities can be obtained. Adopting a structure that rotates with respect to the holder.
  • Patent Document 1 US Patent Publication No. 2004Z0223586
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-20397
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 7-140096
  • the vertical type is also known and the vertical type known in Patent Document 1 is known.
  • the structure's small-angle X-ray scattering device allows analysis of scattered X-rays formed by irradiating X-rays perpendicularly to a liquid sample (ie, transmission small-angle X-ray diffraction).
  • transmission small-angle X-ray diffraction ie, transmission small-angle X-ray diffraction
  • the force is applied while adopting a configuration in which the X-ray irradiation means and the X-ray detection means are rotated with respect to the sample holder.
  • the small-angle X-ray scattering apparatus Is to enable multifaceted detection of protein crystals distributed in a spherical shape, which can be realized by the small-angle X-ray scattering apparatus according to the present invention, transmission small-angle X-ray diffraction measurement, reflection small-angle X-ray diffraction measurement, It is not configured to enable multiple small-angle X-ray scattering, such as in-plane small-angle X-ray diffraction measurement.
  • the Lang camera known from the above-mentioned Patent Document 3 is still not powerful enough to realize a plurality of small-angle X-ray scattering.
  • a small-angle X-ray scattering device that can perform multiple X-ray diffraction measurements, such as transmission small-angle X-ray diffraction, reflection small-angle X-ray diffraction, in-plane small-angle X-ray diffraction, etc.
  • the objective is to provide a method for measuring small-angle X-ray scattering on thin film samples that can be realized with a powerful apparatus.
  • an X-ray generator that generates X-rays and an optical that forms X-rays from the X-ray generator into a predetermined X-ray incident beam
  • a system a sample holder that mounts the sample to be measured and irradiates the sample with the X-ray incident beam, a small-angle scattered X-ray from the sample on the sample holder, and a scatter from the sample
  • a small-angle X-ray scattering apparatus including an X-ray detector that detects small-angle scattered X-rays that have passed through the vacuum path, the X-ray generation apparatus,
  • the optical system, the vacuum path, and the X-ray detector are mounted on a bench, and the bench can be rotated around the sample holder, thereby enabling a plurality of small-angle X-ray scattering measurements.
  • a vertical and horizontal small-angle X-ray scattering apparatus is provided.
  • the X-ray generation apparatus in the vertical and horizontal small-angle X-ray scattering apparatus described above, the X-ray generation apparatus, the optical system, the vacuum path, and the bench on which the X-ray detector is attached
  • the sample holder can be rotated to a substantially vertical position and a substantially horizontal position, or the sample holding unit is integrally provided with a rotation shaft, and the X-ray generator, the optical system, the vacuum path,
  • the bench to which the X-ray detector is attached is mounted so as to be rotatable about the rotation axis, and the sample holding unit further adjusts the vertical position of the mounted sample.
  • U preferring to have a mechanism.
  • X-rays are generated by an X-ray generator, and X-rays generated from the X-ray generator are incident on a predetermined X-ray by an optical system.
  • Small-angle X-ray scattering that is formed on a beam, irradiates the formed X-ray incident beam onto a measurement sample mounted on the sample holder, and detects small-angle scattered X-rays from the sample force using an X-ray detector
  • the X-ray incident beam has a negative angle with respect to the surface of the thin film sample from the side end surface of the sample formed in a thin film on the plate-like substrate surface.
  • the small-angle X-ray scattering measurement method described above includes a CMF mirror in a part of the optical system, and the X-ray generated from the X-ray generator. It is preferable to condense the line and make it monochromatic.
  • FIG. 1 shows an example centering on the structure of a so-called bench 100 which is a fixing base for fixing each element of a small-angle X-ray scattering apparatus described below.
  • the bench 100 includes a pair of rotation support bases 110 and 110 having a substantially triangular outer shape, and a bottom side (not shown) of these support bases is disposed and fixed on a floor surface of a laboratory or the like, for example.
  • the bench 100 is a plate-like member 130, 130 which is a fixing base for fixing each optical element constituting the small-angle X-ray scattering apparatus, the details of which will be described below. Further, on both sides of these plate-like members, plate-like members 130, 130 are mechanically supported, and support frames 140, 140 for rotatably supporting them are attached. In other words, each of the support frames 140 and 140 is substantially in the substantially central portion in the longitudinal direction. Circular convex portions 141 and 141 are formed, and shaft insertion holes 142 and 142 into which a pair of rotating shafts 121 and 121 formed extending from the sample holding portion 120 are inserted are formed at the center thereof. Is formed.
  • the plate-like members 130 and 130 as the fixing base can be rotated around the rotation support bases 110 and 110 (rotation shafts) of the sample holder 120 together with the support frames 140 and 140.
  • reference numerals 143 and 143 denote strength reinforcing beams attached to the support frames 140 and 140
  • reference numerals 144 and 144 denote the support frames 140 and 140 and the plate.
  • fixing members such as bolts and nuts for fixing the shaped members 130 and 130 together are shown.
  • FIG. 2 attached herewith shows a perspective view including a detailed force section of the sample holder 120 described above.
  • the sample holding unit 120 is composed of a substantially disc-shaped or cylindrical main body 122 and a cylindrical sample mounting base 123 that can move up and down at the center.
  • the pair of rotating shafts 121 and 121 are formed to extend from the opposing side surfaces of the disk-shaped or cylindrical main body 121, and the inner peripheral surface thereof has a spiral (screw). Grooves are formed.
  • a screw (groove) groove is also formed on the outer peripheral surface of the cylindrical surface of the sample mounting table 123.
  • notches 125, 125 are formed at the distal ends of the rotating shafts 121, 121 where the opposing side force of the main body 121 extends, and therefore, these distal ends are formed.
  • the sample holder 120 that is, its sample holding surface (specifically, the sample holder 123) is inserted into the shaft insertion holes 111 and 111 formed in the vicinity of the apexes of the rotary supporters 110 and 110.
  • the top mounting surface can be held horizontally.
  • the sample holding unit 120 is not necessarily limited to the structure shown in FIG. 2, but may have a structure shown in FIG. That is, in this sample holding portion 120 ′, as clearly shown in the figure, arm portions 127 are formed on both sides of a rectangular base plate 126 having an X-ray passage hole 124 formed in the substantially central portion thereof. 127 are attached, and the rotary shafts 121 and 121 are fixed to these arm portions, respectively. And one arm An upper and lower stage 128 having a substantially “T” shape is attached to the portion 127 (right side of the figure). This stage 128 also has an X-ray passage hole 124 formed in the substantially central portion thereof. And a sample table 129 arranged in parallel.
  • this stage can be moved up and down by a slide groove formed on the arm portion, so that the upper surface of the sample table coincides with the axis of the rotary shafts 121 and 121.
  • the structure is adjustable. Further, on the upper surface of the lower base 126 of the sample holder 120 ′, for example, a stage that can be rotated or moved is arranged on each axis shown in the figure, and the measurement of the reflection in-plane and the replacement of the sample are performed. It is also possible to measure at a small angle.
  • the rotatable bench 100 whose detailed structure has been described above further includes a rotation mechanism 150 for rotating the bench 100, and the bench.
  • a detection unit RS that detects a rotation angle of 100 is attached.
  • a spur gear 151 is attached to the outer surface of the circular convex portion 141 formed at the substantially central portion in the longitudinal direction of one support frame 140.
  • a worm gear 153 attached to a rotating shaft 152 of a pulse motor ⁇ is attached to the spur gear.
  • the rotating mechanism 150 is configured so that the angle of the bench 100 can be automatically varied by being rotated by a Norse motor ⁇ ⁇ ⁇ with a powerful configuration.
  • the rotation angle sensor RS is attached to the other circular convex portion 141, for example, to detect the tilt angle of the movable bench 100.
  • the control unit 200 generates a control signal for controlling the pulse motor ⁇ on the basis of the rotation angle signal from the rotation angle sensor RS, and the pulse motor ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ via the driver circuit 210. Control the rotation of Then, for example, by inputting the desired inclination angle of the control computer 300 of the apparatus to the control unit 200, the bench 100 can be automatically inclined at the desired angle. Alternatively, the detected tilt angle of the bench 100 can be displayed on the display of the computer 300.
  • FIG. 5 attached herewith shows a modified example of the bench 100 shown as an example in FIG.
  • the bench 100 according to this modified example basically has the same configuration as that shown in FIG.
  • the structure of this modification For example, a fixing base for fixing each optical element constituting the small-angle X-ray scattering apparatus is formed by a single plate-like member 130 ′.
  • the plate members 130, 130 attached to both sides of the plate member 130 ' have increased in height, so that even if the bench 100 rotates, one sheet The plate member 130 ′ does not come into contact with the sample holder 120.
  • FIG. 6 attached herewith is a block diagram schematically showing the optical elements of the small-angle X-ray scattering apparatus mounted on the rotatable bench 100 whose detailed structure is described above.
  • the X-ray generator 11 including the X-ray generation source, the CMF mirror 12, for example, the first slit 13 and the second slit 14 are arranged on the bench 100 in order of the left side force in the figure.
  • a three-slit pinhole optical system 16 having a third slit 15 force is also arranged. That is, as a result, the X-rays from the X-ray generator 11 become a desired X-ray incident beam by the CMF mirror 12 and the pinhole optical system 16 and become above the sample holder 120.
  • the sample mounted on can be irradiated at a desired incident angle.
  • a small angle X-ray scattering L (small angle X-ray scattering) from the sample passes through a vacuum path 17 coaxially arranged with the X-ray incident beam to the two-dimensional X-ray detector 18.
  • the sample is analyzed.
  • FIG. 6 shows a side view of the vertical and horizontal small-angle X-ray scattering apparatus of the present invention in a state where the bench 100 is set horizontally, that is, substantially horizontal (inclination angle 0 degree).
  • FIG. 7 attached herewith shows a side view of the apparatus in a state where the bench 100 is set to be vertical, that is, substantially vertical (tilt angle + 90 degrees or tilt angle ⁇ 90 degrees).
  • FIG. 7 (a) the bench 100 is set in a state in which the bench 100 is rotated and upright in a substantially vertical direction (inclination angle +90 degrees), that is, the X-ray generator 11 is positioned upward.
  • a side view of the device in the state is shown.
  • the support base 110 having a substantially triangular outer shape is indicated by a broken line.
  • the analysis operation by small-angle scattered X-rays of the sample is that X-rays scattered by the sample pass through the X-ray opened at the center (along the rotation axis) of the sample mounting base 123 of the sample holder 120. Except for passing through the hole 124, this is the same as FIG. Further, in FIG.
  • the bench 100 is set in a state in which the bench 100 is rotated in the opposite direction to stand upright in a substantially vertical direction (inclination angle ⁇ 90 degrees), that is, the X-ray generator 11 is positioned below. Indicates the state.
  • the X-ray detector 18 may be mounted on a slide mechanism so that the X-ray incident beam can be moved in the front-rear direction.
  • the detailed structure of the optical element constituting the small-angle X-ray scattering apparatus attached to the upper surface of the member 130 will be described with reference to FIG.
  • the X-ray generator 11 in the figure is a 4-axis stage 11-1 for adjusting the X-ray tube position.
  • This stage can be manually operated in the X-axis direction (left and right), Y-axis direction (front and back), It can be moved and adjusted in the Z-axis direction (up and down) and ⁇ -axis direction (rotated in the horizontal direction around the X-ray source), and the X-ray tube 11 is attached to the top.
  • the CMF mirror 12 is also mounted on a CMF mirror fixing column 12-1 equipped with an X-ray and horizontal tilt adjustment mechanism.
  • the first slit 13, the second slit 14, and the third slit 15 are slit fixing struts 13-1, each having an adjustment mechanism in the Y-axis direction (front and rear) and the Z-axis direction (up and down), respectively.
  • the vacuum slit boxes 13-2, 14-2, 15-2, mounted on 14-1, 15-1 are placed inside, and between these boxes, there is a vacuum inside.
  • a pipe 16-1 forming the path is installed. In other words, this forms a vacuum path on the X-ray incident side.
  • the vacuum path 17 on the detector side is also fixed on a fixing column 17-1, and on the emission side (right side in the figure), a direct beam stopper box 17-2 is interposed.
  • the two-dimensional X-ray detector 18 is attached. Similarly, this detector 18 is also mounted on a fixing column 18-1.
  • This is especially effective for liquid samples, and the upward force of sample S is also perpendicularly irradiated with an X-ray incident beam to measure small-angle X-ray scattering of the sample force.
  • FIG. 9 (a) shows a measurement method using a normal small-angle transmission method
  • FIG. 9 (b) and ( In c) a measurement method that is possible by using the vertical and horizontal small-angle X-ray scattering apparatus according to the present invention is shown.
  • X-rays can be emitted at an angle that satisfies the diffraction surface normal of the sample. It becomes possible to enter.
  • the diffraction angle ⁇ can be calculated from the Bragg equation by the following equation.
  • the vertical and horizontal small-angle X-ray scattering device is set almost horizontally, that is, the bench 100 is set almost horizontal (see Fig. 6 above), and a small incident angle (tilt angle) with respect to the sample S
  • a small incident angle tilt angle
  • the surface position of the sample S can be adjusted to the height of the X-ray beam by adjusting the sample mounting table 123 that can move up and down in the sample holding unit 120.
  • the vertical and horizontal small angle X-ray scattering device is set almost horizontally, that is, the bench 100 is set almost horizontal (see Fig. 6 above).
  • FIG. 11 (a) is a side view
  • FIG. 11 (b) is a top view thereof.
  • the incident side path L1 and the reflection side path L2 Is as follows.
  • the incident angle ex may be reduced.
  • the total reflection of incident X-rays on the sample surface is increased, and at the same time, the scattered radiation is further reduced.
  • the amount absorbed in the sample increases, and the scattering intensity in the in-plane direction decreases.
  • a thin film sample S is used.
  • a method of measuring small-angle X-ray scattering is proposed in which X-rays irradiated in this way are incident at an incident angle (1a) having a negative angle with respect to the surface.
  • X-rays are irradiated from the side end face of the thin film sample S.
  • the distance L through which the incident X-rays pass through the sample S can be easily obtained as follows only by the thickness “t” of the sample and the incident angle (one ⁇ ).
  • the incident angle (one) can be set simply by the optimum transmission distance and the film thickness “t” of the sample.
  • the thin-film sample S is placed on the upper surface thereof.
  • FIG. 13 (a) shows a small-angle X-ray using a so-called CMF mirror 12, which is an artificial multilayer X-ray optical element having a force-graded plane interval, which will be described in detail below.
  • the overall structure of the scattering device is shown with its optical system at the center. That is, in this optical system, the divergent X-ray beam generated from the X-ray source 11 is collected by, for example, the CMF mirror 12 to be monochromatic.
  • this CMF mirror is a multi-layer (artificial multilayer) X-ray mirror.
  • FIG. 13 (b) shows an example of the divergence angle of incident X-rays obtained by the slits S1 and S2 in the above optical system. According to this, the divergence angle is It is obtained as follows.
  • S1 is the pinhole diameter of the first slit 13
  • S2 is the pin Honore diameter of the second slit 14
  • L2 is the first slit 13 and the second slit 13. The distances between the slits 14 are shown.
  • the obtained divergence angle is approximately 0.02 °.
  • the strength is high in the vicinity of the sample, and Since thin incident X-rays can be obtained, it is particularly possible to perform good measurement by thin-angle X-ray scattering of thin film samples.
  • FIG. 1 In addition to the various measurement methods described above, according to the vertical and horizontal small-angle X-ray scattering apparatus, for example, FIG.
  • the vertical position of sample S is adjusted so that the X-ray beam is in the half position. This means the position where the incident X-ray beam is blocked by and the intensity of the incident X-ray beam (detector output) is halved.
  • the bench 100 is set horizontally, that is, horizontally with respect to the surface of the sample S (see FIG. 6 above) and can be moved up and down by irradiating an incident X-ray beam.
  • the sample mounting base 123 By adjusting the sample mounting base 123, the sample can be set to the half position.
  • the optical system can be freely adjusted in the horizontal and vertical directions for reflection and in-plane measurement, it is possible to carry out with simple work without changing the sample.
  • the measurement system can be performed by changing the incident angle to the sample without stirring the sample.
  • the optical system can be adjusted sideways, the optical system can be easily adjusted. In particular, for a thin film sample S, good small angle resolution can be obtained even for a thin film sample by making X-rays incident from the side end face.
  • FIG. 1 is a developed perspective view showing an example of the overall configuration of a vertical and horizontal small-angle X-ray scattering apparatus according to an embodiment of the present invention, particularly with a pivotable bench structure as a center.
  • FIG. 2 is a perspective view including a partial cross section showing a detailed structure of a sample holder in a rotatable bench of the above-mentioned vertical and horizontal small angle X-ray scattering apparatus.
  • FIG. 3 is a partially enlarged perspective view showing a modified example of the sample holding unit in the vertical and horizontal small-angle X-ray scattering apparatus.
  • FIG. 4 is a partially enlarged perspective view showing a detailed structure of a rotation mechanism in the vertical and horizontal small-angle X-ray scattering apparatus.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing another modified example of the bench in the above-mentioned vertical and horizontal small-angle X-ray scattering apparatus. It is.
  • FIG. 6 is a side view showing each element mounted on a rotatable bench constituting the vertical / horizontal small-angle X-ray scattering apparatus, in particular, a state where the bench is set horizontally.
  • FIG. 7 is a side view showing a state where the bench is set vertically in the vertical and horizontal small-angle X-ray scattering apparatus.
  • FIG. 8 is a side view showing a detailed structure of an optical element arranged on a bench constituting the vertical and horizontal small-angle X-ray scattering apparatus.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the principle of performing measurement with a small transmission angle using the small vertical and horizontal X-ray scattering apparatus.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the principle of performing a measurement with a small reflection angle using the small vertical and horizontal X-ray scattering apparatus.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the principle of performing in-plane small-angle measurement using the small vertical and horizontal X-ray scattering apparatus.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the principle of the method for measuring small-angle X-ray scattering according to the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of an optical system suitable for the method for measuring small-angle X-ray scattering according to the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the principle of adjustment (half position) using the vertical and horizontal small angle X-ray scattering apparatus.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining problems in a conventional method for measuring small-angle X-ray scattering.

Abstract

　透過小角Ｘ線回折、反射小角Ｘ線回折、インプレーン小角Ｘ線回折などの複数のＸ線回折測定が可能な小角Ｘ線散乱装置を提供する。Ｘ線発生装置１１と、Ｘ線を所定のＸ線入射ビームに形成する光学系１６と、測定する試料を搭載してＸ線入射ビームを照射する試料保持部１２０と、試料からの小角散乱Ｘ線を通過する真空パス１７と、真空パスを通過した小角散乱Ｘ線を検出するＸ線検出器１８とを備え、試料保持部を支持台１１０に固定すると共に、Ｘ線発生装置、光学系、真空パス、Ｘ線検出器をベンチ１００上に取り付け、試料保持部を中心として回動可能となし、もって、複数の小角Ｘ線散乱測定を可能とした縦横小角Ｘ線散乱装置。

Description

明 細 書
縦横小角 X線散乱装置及び小角 X線散乱の測定方法
技術分野
[0001] 本発明は、 X線による小角散乱を利用して種々の物質構造を解析'評価するため の小角 X線散乱装置に関し、特に、測定試料により X線の入射角度を縦又は横方向 に可変な縦横小角 X線散乱装置に関し、更には、薄膜状の試料に対する小角 X線 散乱の測定方法に関する。
背景技術
[0002] 近年、 X線を利用した物質構造を解析'評価は、従来の結晶構造による広角度の X 線回折に限られず、液体試料をも含めた、例えば、ソフトマテリアルやバイオマテリア ル、更には、薄膜状の試料等にも広く利用されてきており、その場合、特に、小角 X 線線散乱の測定を行なう小角 X線散乱装置が利用されることが多くなつている。
[0003] 一般に、力かる小角 X線散乱装置では、 X線源やスリット又はピンホール、試料、真 空 X線パス、 2次元 X線検出器などを水平方向に配置した、所謂、縦型構造が一般 的であるが、例えば、以下の特許文献 1によれば、特に、液体試料等を対象とする小 角 X線散乱装置に関し、縦型の構造を備えたものが既に知られている。即ち、装置の 底部に設けられた X線源力ゝら縦方向の X線は、水平方向に置かれた試料に対して垂 直に照射され、当該試料の上方に配置された真空 X線パスを通って 2次元 X線検出 器へ至って検出される。
[0004] なお、小角 X線散乱装置とは異なるが、例えば、以下の特許文献 2によれば、タン ノ ク質の結晶構造を解析'評価するため、 X線透過性の材料力も構成された試料ホ ルダー内に多数の結晶化プレートを形成し、これら結晶化プレート内で生成したタン ノ ク質の結晶に対して上方又は下方から X線を照射してその回折 X線を検出するも のが既に知られている。ところで、この特許文献 1により知られた結晶評価装置では、 その試料ホルダーを回転させることなく結晶試料による回折 X線の積分強度を求める ため、即ち、球状に分布するタンパク質の結晶からの反射 X線に対して複数の断面 力 ピーク強度が得られるように、その X線照射手段と X線検出手段を、上記の試料 ホルダーに対して回転する構成を採用して 、る。
[0005] また、やはり小角 X線散乱装置とは異なるが、例えば、以下の特許文献 3によれば、 測定対象である大型の単結晶ゥ ーハの着脱及びセッティング作業を容易にするた め、縦方向に、上方位置から順に、 X線源、試料 (大型の単結晶ゥ ーハ）、 X線照射 体 (蛍光板)が配置されたラングカメラにおいて、試料及び蛍光板を一体かつ水平に 保持しながら、これらを水平方向へ往復直線移動が可能な試料ステージを備えたも のが既に知られている。なお、このラングカメラでは、所謂、その Θ回転を可能にする ため、その先端部に X線管を含む X線源を備えた回転アームを備えている。
[0006] 特許文献 1：米国特許公開公報 2004Z0223586号公報
特許文献 2：特開 2004— 20397号公報
特許文献 3 :特開平 7— 140096号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 上述したように、本発明が係る小角 X線散乱装置では、通常の横型構造に加え、縦 型のものも既知ではある力 し力しながら、上記の特許文献 1に知られる縦型構造の 小角 X線散乱装置によれば、その構造から、液体状の試料に対して垂直に X線を照 射して形成される散乱 X線による分析 (即ち、透過小角 X線回折）は可能ではある力 しかしながら、例えば、ガラスやカプトンフィルム等の表面に形成された結晶や蓮膜 の分析に多く利用される反射小角 X線回折やインプレーン小角 X線回折と呼ばれる 測定を行なうことは出来な 、。
[0008] また、上述した特許文献 2により知られる結晶評価装置では、 X線照射手段と X線 検出手段を試料ホルダーに対して回転する構成を採用している力 し力しながら、そ の目的は、球状に分布するタンパク質の結晶を多面的に検出可能にするためであり 、本発明が係る小角 X線散乱装置により実現可能とする、透過小角 X線回折測定、 反射小角 X線回折測定、インプレーン小角 X線回折測定など、複数の小角 X線散乱 を実現可能とする構成とはなっていない。更に、上記特許文献 3により知られるラング カメラも、やはり、複数の小角 X線散乱を実現可能とする構成とはなっていな力つた。
[0009] そこで、本発明では、上述した従来技術における問題点に鑑み、即ち、試料を固定 しながら、当該試料に対応して、透過小角 X線回折、反射小角 X線回折、インプレー ン小角 X線回折などの複数の X線回折測定が可能な小角 X線散乱装置、更には、か 力る装置により実現可能な薄膜状の試料に対する小角 X線散乱の測定方法を提供 することをその目的とする。
課題を解決するための手段
[0010] 上記の目的を達成するため、本発明によれば、まず、 X線を発生する X線発生装置 と、当該 X線発生装置からの X線を所定の X線入射ビームに形成する光学系と、測定 する試料を搭載して前記 X線入射ビームを当該試料に照射する試料保持部と、当該 試料保持部上の試料からの小角散乱 X線を通過する真空パスと、前記試料から散乱 されて前記真空パスを通過した小角散乱 X線を検出する X線検出器とを備えた小角 X線散乱装置であって、前記試料保持部を支持台に固定すると共に、前記 X線発生 装置、前記光学系、前記真空パス、前記 X線検出器をベンチ上に取り付け、当該べ ンチを前記試料保持部を中心として回動可能となし、もって、複数の小角 X線散乱測 定を可能とした縦横小角 X線散乱装置が提供される。
[0011] また、本発明では、前記に記載した縦横小角 X線散乱装置において、前記 X線発 生装置、前記光学系、前記真空パス、前記 X線検出器を取り付けた前記ベンチ上は
、略垂直及び略水平な位置に回動可能であることが好ましぐ又は、前記試料保持 部は回転軸を一体に備えており、前記 X線発生装置、前記光学系、前記真空パス、 前記 X線検出器を取り付けた前記ベンチは、当該回転軸を中心に回動可能に取り付 けられており、更には、前記試料保持部は、更に、搭載した前記試料の上下の位置 を調整する機構を備えて 、ることが好ま U、。
[0012] 更に、本発明によれば、やはり上述した目的を達成するため、 X線発生装置により X 線を発生し、当該 X線発生装置から発生した X線を光学系により所定の X線入射ビー ムに形成し、当該形成した X線入射ビームを、試料保持部に搭載した測定試料に照 射し、当該試料力ゝらの小角散乱 X線を X線検出器により検出する小角 X線散乱の測 定方法において、板状の基板表面に薄膜状に形成された当該試料に対し、前記 X 線入射ビームをその側端面から、当該薄膜状試料の表面に対して負の角度を有す る入射角度で入射する小角 X線散乱の測定方法が提供される。 [0013] なお、本発明では、上記に記載した小角 X線散乱の測定方法にお!、て、前記光学 系の一部には CMFミラーを備えており、当該 X線発生装置から発生した X線を集光 し、かつ、単色化することが好ましい。
発明の効果
[0014] 以上に述べたように、本発明になる縦横小角 X線散乱装置によれば、液体を含む 各種の試料を、上記固定された試料保持部に搭載して固定したまま、簡単な切り替 え作業で、少なくとも、 X線入射ビームを試料に対して略水平又は垂直方向に投射 することが出来ることから、一台の装置により、例えば、透過小角、反射小角、インプ レーン小角を測定することが可能となり、例えば、ソフトマテリアルやバイオマテリアル 等の液体試料をも含めた各種の試料の分析や評価を十分に行うことが可能となり、 かつ、一台の装置で測定することから、設置場所を取らずに経済的であるという、優 れた効果を発揮する。また、本発明になる小角 X線散乱の測定方法によれば、薄膜 状の試料に対しても、良好な小角分解能が得られるという優れた効果を発揮する。 発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、本発明の実施の形態になる縦横小角 X線散乱装置ついて、添付の図面を参 照しながらその詳細を説明する。
[0016] まず、図 1は、以下に説明する小角 X線散乱装置の各要素をその上に固定するた めの固定台である、所謂、ベンチ 100の構造を中心として、その一例を示している。こ のベンチ 100は、外形略三角形の一対の回転支持台 110、 110を備えており、これ ら支持台の図示しない底辺は、例えば、実験室等の床面に配置'固定される。そして
、これら支持台 110、 110の三角形の頂点付近には、それぞれ、後にも詳細に説明 するが、試料保持部 120から延びて形成された一対の回転軸 121、 121の先端が挿 入される軸挿入孔 111、 111が形成されている。
[0017] 一方、このベンチ 100は、その上に、以下にその詳細を説明する小角 X線散乱装 置を構成するの各光学要素を固定するための固定台である板状の部材 130、 130を 備えており、更に、これら板状部材の両側には、板状部材 130、 130を機械的に支持 すると共に、これらを回動可能に支えるための支持枠 140、 140が取り付けられてい る。即ち、これら支持枠 140、 140のそれぞれは、その長手方向の略中央部には略 円形の凸状部 141、 141が形成されており、その中心部には、上記試料保持部 120 から延びて形成された一対の回転軸 121、 121が挿入される軸揷入孔 142、 142が 形成されている。これ〖こより、固定台である板状の部材 130、 130は支持枠 140、 14 0と共に、上記試料保持部 120の回転支持台 110、 110 (回転軸）を中心として、回 動可能になっている。なお、図中の符号 143、 143は、上記支持枠 140、 140に取り 付けられた強度補強用の梁部であり、また、符号 144、 144· ··は、上記支持枠 140、 140と板状部材 130、 130とを一体に固定するための、例えば、ボルトとナットなどの 固定部材を示している。
[0018] 次に、添付の図 2には、上述した試料保持部 120の詳細力 断面を含む斜視図で 示されている。図からも明らかなように、この試料保持部 120は、略円板又は円筒形 状の本体部 122と、その中央部に上下に移動可能な円筒形状の試料搭載台 123と 力 構成されている。なお、円板又は円筒形状の本体部 121の対向する側面からは 、上記一対の回転軸 121、 121がー体に延長して形成されており、かつ、その内周 面には螺旋 (ネジ)溝が形成されている。一方、試料搭載台 123の円筒外周面も螺 旋 (ネジ)溝が形成されており、これにより、試料搭載台 123を回転することにより、試 料搭載台 123 (その上面の搭載面）が本体部 121に対して上下に移動 ·調整可能と なっている。また、図からも明らかなように、この試料搭載台 123の中央部、即ち、そ の回転軸に沿って、 X線の通過孔 124が形成されている。
[0019] なお、上記図 2にも明らかなように、上記本体部 121の対向側面力も延びた回転軸 121、 121の先端部には切欠部 125、 125が形成されており、そのため、これら先端 部を上記回転支持台 110、 110の頂点付近に形成した軸挿入孔 111、 111に挿入 することにより、当該試料保持部 120、即ち、その試料保持面 (具体的には、試料搭 載台 123上面の搭載面)を水平に保持することが出来る。
[0020] し力しながら、上記の試料保持部 120は、必ずしも上記図 2に示した構造に限られ るものではなぐ例えば、添付の図 3に示す構造のものであってもよい。即ち、この試 料保持部 120'では、図からも明ら力 うに、その略中央部に X線の通過孔 124が形 成された矩形板状の下側基台 126の両側に腕部 127、 127が取り付けられ、これら の腕部に上記の回転軸 121、 121が、それぞれ、固定されている。そして、一方の腕 部 127 (図の右側）には、外形が略「T」字状の上下ステージ 128が取り付けられてお り、このステージ 128は、やはり、その略中央部に X線の通過孔 124を形成して平行 に配置された試料台 129を有している。また、このステージは、図示しないが、腕部に 形成したスライド溝などによって、上下に移動可能となっており、これにより、試料台 の上面が上記回転軸 121、 121の軸心と一致するように調整することが可能な構造と なっている。また、上記試料保持部 120'の下側基台 126の上面に、例えば、図示の 各軸に回転又は移動可能なステージを配置し、反射インプレーンの測定及び試料を 置き換えることにより、従来の透過での小角測定も可能となる。
[0021] ここで、再び、上記図 1に戻り、上記にその詳細構造を説明した回動可能なベンチ 100には、更に、当該ベンチ 100を回動するための回動機構 150と、当該ベンチ 10 0の回動角度を検出する検出部 RSとが取り付けられている。なお、この例では、更に は、添付の図 4からも明らかなように、一方の支持枠 140の長手方向略中央部に形 成した円形凸状部 141の外面には、平歯車 151が取り付けられており、この平歯車 には、例えば、パルスモータ ΡΜの回転軸 152に取り付けられたウォームギア 153が 嚙み合って取り付けられている。即ち、力かる構成により、ノ ルスモータ ΡΜにより回 転駆動してベンチ 100の角度を自動的に可変可能にする回動機構 150を構成して いる。
[0022] 一方、他方の円形凸状部 141には、例えば、回転角度センサー RSを取り付けるこ とにより、当該可動可能なベンチ 100の傾斜角度を検出している。力かる構成によれ ば、この回転角度センサー RSからの回転角度信号を基に、制御部 200では上記パ ルスモータ ΡΜを制御するための制御信号を生成し、ドライバ回路 210を介して上記 パルスモータ ΡΜの回転を制御する。そして、当該制御部 200に対し、例えば、装置 の制御用コンピュータ 300等力も所望の傾斜角度を入力することにより、自動的に、 当該ベンチ 100を所望の角度で傾斜することが可能となる。又は、コンピュータ 300 のディスプレイ上に、検出したベンチ 100の傾斜角度を表示することも出来る。
[0023] 更に、添付の図 5には、上記図 1に一例として示したベンチ 100の変形例が示され ている。なお、この変形例になるベンチ 100も、基本的には、上記図 1に示しと同様の 構成を有している。し力しながら、図からも明らかなように、この変形例の構造によれ ば、小角 X線散乱装置を構成するの各光学要素を固定するための固定台を 1枚の板 状部材 130'により形成しており。なお、かかる変形に伴い、この板状部材 130'の両 側に取り付けられる板状部材 130、 130、その高さが大きくなつており、これにより、上 記ベンチ 100が回転しても、 1枚の板状部材 130'が上記の試料保持部 120と当接 することはない。
[0024] 次に、添付の図 6には、上記に詳細構造を説明した回動可能なベンチ 100上に取 り付けられる小角 X線散乱装置の光学要素の概略を、ブロック図で示す。図からも明 らかなように、上記ベンチ 100上には、図の左側力も順に、 X線の発生源を含む X線 発生装置 11、 CMFミラー 12、例えば、第 1スリット 13、第 2スリット 14、第 3スリット 15 力も構成された 3スリットピンホール光学系 16が配置されている。即ち、これにより、上 記 X線発生装置 11からの X線は、上記 CMFミラー 12やピンホール光学系 16によつ て、所望の X線入射ビームとなって、上記試料保持部 120の上に搭載された試料に 対して、所望の入射角度で照射することが出来る。そして、当該試料からの小角 X線 散舌 L (small angle X- ray scattering)は、上記 X線入射ビームと同軸上に配置された 真空パス 17を通って、二次元の X線検出器 18に至り、もって、試料の分析が行なわ れる。
[0025] なお、この図 6には、上記ベンチ 100を横に、即ち、略水平 (傾斜角 0度）に設定し た状態における本発明の縦横小角 X線散乱装置の側面図を示しているが、添付の 図 7には、このベンチ 100を縦に、即ち、略垂直 (傾斜角 + 90度又は傾斜角— 90度 )に設定した状態における装置の側面図を示している。
[0026] 即ち、図 7 (a)には、ベンチ 100を回転して略垂直 (傾斜角 + 90度）に直立させた 状態、即ち、 X線発生装置 11が上方に位置するように設定した状態における装置の 側面図を示している。なお、この図では、外形略三角形の上記支持台 110は、破線 で示されている。但し、試料の小角散乱 X線による分析動作は、試料によって小角散 乱された X線は、上記試料保持部 120の試料搭載台 123の中央（回転軸に沿って） に開口された X線通過孔 124を通過することを除いて、上記図 6と同様である。また、 図 7 (b)には、ベンチ 100を反対方向に回転して略垂直 (傾斜角― 90度）に直立させ た状態、即ち、 X線発生装置 11が下方に位置するように設定した状態を示している。 また、ここで図示しないが、上記 X線検出器 18をスライド機構の上に取り付け、もって 、 X線入射ビームの前後方向に移動可能とすることも可能である。
[0027] 次に、上記のように、その傾斜角を略水平に (傾斜角 =略 0度)又は略垂直 (傾斜 角 = ±略 90度）に設定可能なベンチ 100の固定台である板状部材 130の上面に取 り付けられる、小角 X線散乱装置を構成する光学要素について、更に、その詳細構 造を添付の図 8を参照しながら説明する。まず、図の X線発生装置 11は、 X線管位置 調整用の 4軸ステージ 11— 1であり、このステージは、手動操作により、 X軸方向（左 右）、 Y軸方向（前後）、 Z軸方向（上下）、 Θ軸方向 (X線源を中心に水平方向に回転 )に移動調整することが出来、その上部に X線管 11を取り付けて構成されている。ま た、 CMFミラー 12も、 X線と水平方向の傾き調整機構を備えた CMFミラー固定支柱 12— 1の上に取り付けられている。また、上記第 1スリット 13、第 2スリット 14、第 3スリ ット 15は、それぞれ、 Y軸方向（前後)及び Z軸方向（上下)の調整機構を備えたスリツ ト固定支柱 13— 1、 14- 1, 15— 1の上に取り付けられた真空のスリットボックス 13— 2、 14- 2, 15— 2の内部に配置されており、更に、これらボックスの間には、その内 部に真空パスを形成する管 16— 1が取り付けられている。即ち、これにより、 X線入射 側の真空パスを形成して ヽる。
[0028] 一方、検出器側の上記真空パス 17も、固定用の支柱 17— 1の上に固定されており 、その出射側（図の右側）には、ダイレクトビームストッパーボックス 17— 2を介して、 上記二次元の X線検出器 18が取り付けられている。なお、この検出器 18も、同様に 、固定用の支柱 18— 1の上に取り付けられている。
[0029] 続いて、上記にその構造を説明した本発明になる縦横小角 X線散乱装置を用いた 測定方法について、以下に、具体的に説明する。
(1)透過小角による測定
これは、図 9に示すように、縦横小角 X線散乱装置を縦に、即ち、ベンチ 100を (傾 斜角 =略 ± 90度）に設定して（上記図 7 (a)及び図 7 (b)を参照）、試料 Sからの小角 X線散乱を測定する方法である。特に、液体試料に対して有効であり、試料 Sの上方 力も垂直に X線入射ビームを照射して、試料力もの小角 X線散乱を測定する。
[0030] なお、図 9 (a)には、通常の小角での透過法による測定方法を、また、図 9 (b)及び ( c)には、特に、本発明になる縦横小角 X線散乱装置を用いることにより可能になる測 定方法を示す。まず、透過の小角測定において、膜の間隔 (厚さ）が大きい場合には 、小角領域に回折線が観察されるが（これは、比較的厚い膜内では、以下の角度 Θ だけ傾斜した膜が存在することによる）、しカゝしながら、膜厚が原子レベルの精度で製 作された薄膜では、試料 Sに垂直に X線を入射すると、回折ピークが観測されない。 そこで、この回折ピークを観測するため、本発明のように入射角を変える機構を持つ た小角 X線散乱装置を用 ヽること〖こより、試料の回折面法線を満足する角度で X線を 入射することが可能になる。
[0031] 例えば、膜の間隔 (厚さ）を d (nm)、入射 X線の波長を λ (nm)とすると、回折角 度 Θは、 Braggの式から、以下の式で計算できる。
2dsin θ = λ
ここで Θは入射 X線と回折線がなす角度の半分の角度であり。より具体的には、特に 、図 9 (b)に示すように、上記のベンチ 100を垂直 (傾斜角 =略 + 90度）に設定し、更 に、必要に応じ、本発明の入射角を変える機構を利用して、その傾斜角度を、例え ば、 ±0度〜 3度程度変更することにより、上述した基板上の薄膜試料等について、 有効な測定が可能となる。
[0032] (2)反射小角による測定
図 10に示すように、縦横小角 X線散乱装置をほぼ横に、即ち、ベンチ 100を略水 平に設定して (上記図 6を参照）、試料 Sに対して微小な入射角度 (傾斜角 0度〜 ± 3 度)で X線ビームを照射して、その反射した小角 X線の位置を検出する測定方法であ り、特に、基板上の薄膜試料の分析等に有効な測定方法である。なお、この測定で は、上記試料保持部 120における上下に移動可能な試料搭載台 123を調整するこ とにより、試料 Sの表面位置が X線ビームの高さになるようにすることが出来る。
[0033] (3)インプレーン小角による測定
図 11 (a)及び図 11 (b)に示すように、縦横小角 X線散乱装置をほぼ横に、即ち、ベ ンチ 100を略水平に設定して（上記図 6を参照）、試料 Sに対して微小な入射角度（ 傾斜角 0度〜 ± 3度)で X線ビームを照射して、その反射した小角 X線の位置を検出 する測定方法であり、やはり、基板上の薄膜試料の分析等に有効な測定方法である 。特に、上記（2)の反射小角で測定することの出来ない、例えば、 2 Θ = 0. 5度以下 (q =4 w sin θ / λ = 0. 356nm)の薄膜の小角測定に有効である。なお、この測定 でも、上記上下に移動可能な試料搭載台 123を調整することにより、試料 Sの表面位 置が X線ビームの高さになるようにすることが出来る。なお、ここで、上記の図 11 (a) は側面図、そして、図 11 (b)は、その上面図である。
[0034] なお、ここでは、更に、上述した縦横小角 X線散乱装置により実現可能な、本発明 になる、薄膜状の試料に対する小角 X線散乱の測定方法について、以下に詳細に 説明する。
[0035] 上述したように、薄膜試料の小角 X線散乱を測定する方法は、既に知られている ( 例 ば、 Characterization of Polymer Thin Films with ¾maU- Angle X-ray Scattering under Grazing Incidence (GISAXS)", SYNCHROTRON RADIATION NEWS, Vol.15, No.5, 2002, pp35-42) 0しかしながら、かかる方法では、基本的には入射 X線の反射 小角を測定することによることから、その入射角度が、特に、 0. 4° 以下になると、試 料内を通過する X線のパスが長くなり、試料内での散乱反射 X線が弱ぐその測定が 出来なくなる場合がある。これについて、以下、添付の図 15 (a)及び 15 (b)を参照し ながら説明する。
[0036] なお、この図に示す例では、板状の基板 STの表面に薄膜状の試料 Sを形成し、入 射角を「α」とすると、入射側のパス L1と反射側のパス L2は、以下のようになる。なお 、試料の厚さ（t= : m= 0. 001mm)とし、 CuK a線を使用する。
L丄 =L2=tz sm a、mm)
[0037] 例えば、上記入射角度が 0. 5° の場合、 L1 =L2 = 0. 001/sinO. 5 = 0. 11 (m m)となる。なお、この値は、 CuK o;線が透過する高分子材料の最適の厚さ（lmm前 後）の約 1Z10となる。即ち、入射角度 αが大きい場合には、試料 S内で発生した散 乱線が試料 S内を通過する距離が短くなるが、他方、この入射角度 aが小さい場合 には、散乱線が試料 S内を通過する距離が長くなつて弱くなり、その結果、測定が出 来なくなる。
[0038] 更に、試料からの散乱体積を考慮すると、入射角度 exを小さくすれば良いが、しか しながら、入射 X線の試料表面での全反射が大きくなると同時に、更には、散乱線が 試料内で吸収される量が多くなり、インプレーン方向での散乱強度が低下することと なる。他方、この入射角度《を大きくすれば、試料の散乱体積が小さくなつてしまい、 やはり、散乱強度が弱くなる原因となる。従って、発明者等による種々の実験の結果 によれば、上記の小角 X線散乱の測定方法では、限界があり、特に、 2 Θ =0. 4° 以 下での測定は困難であった。
[0039] そこで、本発明では、上記の図 11 (a)及び 11 (b)、更には、以下の図 12 (a)〜12 ( c)にも示すように、薄膜状の試料 Sに対して照射される X線を、その表面に対して負 の角度を有する入射角度（一 a )で入射する小角 X線散乱の測定方法が提案される 。なお、このことによれば、図 13 (b)や 13 (c)からも明らかなように、 X線を上記薄膜 状の試料 Sの側端面から照射する。その結果、入射 X線が試料 S内を通過する距離 Lは、試料の厚さ「t」と上記入射角度（一 α )だけにより、以下のように、簡単に得られ る。
L=t/ sm a
そのため、散乱強度が一番強い 'L= lを満たす透過距離 Lを簡単に設定すること が出来る（ここで、「 」は、膜材の線吸収係数)。換言すれば、最適な透過距離 と 試料の膜厚「t」とにより、間単に、入射角度（一ひ）を設定することが可能となる。
[0040] なお、上記の図からも明らかなように、本発明の小角 X線散乱の測定方法によれば 、従来の小角 X線散乱の測定方法とは異なり、薄膜状の試料 Sをその上面に形成し た基板 ST表面での反射を伴うことがなぐかつ、入射角度を小さくした場合の全反射 による悪影響を受けることなぐ良好な小角分解能が得られこととなる。例えば、以下 のように、従来の測定方法では不可能であった、 2 0 =0. 4° 以下（但し、 2 Θ =0. 1° まで)の測定が可能であった。
<例 1 > 入射角度の計算
試料厚さ： t=0. OOlmm
透過距離: L= lmm
入射角度： a = sin_ 1 (tZL) =0. 057°
[0041] 更に、以上に詳述した本発明の小角 X線散乱の測定方法では、上述したように、薄 膜状の試料 Sの側端面から X線を照射するが、その場合、当該試料の近傍において 強度の強い、かつ、細い入射 X線を得る必要がある。そこで、以下には、かかる入射 X線を得るための光学系について、添付の図 13 (a)及び 13 (b)を参照しながら詳細 に説明する。
[0042] まず、図 13 (a)には、以下にも詳細に説明する力 傾斜 (graded)面間隔の人工多 層膜 X線光学素子である、所謂、 CMFミラー 12を利用した小角 X線散乱装置の全体 構成が、その光学系を中心に示されている。即ち、この光学系では、 X線源 11から発 生した発散 X線ビームを、例えば、上記 CMFミラー 12により集光し、単色化する。な お、この CMFミラーは、例えば、米国特許第 6, 249, 566号ゃ特開 2001— 35619 7号公報などにも開示されるように、マルチレイヤー (人工多層膜)の X線ミラーを 2個 、互いに、側縁を接して直角に配置して構成された複合モノクロメータであり、所定の 角度で傾斜して配置される（例えば、米国 Osmic社製の Confocal Max-Flux) 0更に、 3つのスリット 13、 14、 15 (図 6を参照）により入射 X線を更に細くすることにより、最適 な小分解能を、選択的に得ることを可能にするものである。なお、図 13 (b)には、上 記の光学系において、特に、スリット S1と S2により得られる入射 X線の発散角度の一 例が示されており、これによれば、発散角度は、以下のようにして得られる。
発散角度 =tan_1{ (Sl + S2)Z(2 X L2) }
ここで、「S1」は、第 1のスリット 13のピンホール径、「S2」は、第 2のスリット 14のピン ホーノレ径を、そして、「L2」は、第 1のスリット 13と第 2のスリット 14との間の距離を、そ れぞれ、示している。
[0043] <例 2>
例えば、 L2=470mm、 S1 = 0. 2mm、 S2 = 0. 1mmの場合には、得られる発散 角は、略 0. 02° となる。
[0044] 即ち、以上に詳述した本発明の小角 X線散乱の測定方法では、特に、クリスタルモ ノクロメータである CMFミラー 200を利用することにより、当該試料の近傍において強 度の強い、かつ、細い入射 X線が得られることから、特に、薄膜状の試料の小角 X線 散乱による良好な測定が可能になる。
[0045] 上記各種の測定方法に加えて、上記縦横小角 X線散乱装置によれば、例えば、図
14に示すような調整方法にも利用することが出来る。即ち、上記（2)反射小角による 測定や（3)インプレーン小角による測定の際、 X線ビームが半割位置になるように試 料 Sの上下方向の位置を調整することであり、なお、この半割位置とは、試料 Sで入 射 X線ビームを遮り、その入射 X線ビームの強度 (検出器の出力）が半分となる位置 を意味するものである。上記縦横小角 X線散乱装置では、ベンチ 100を横に、即ち、 試料 Sの表面に対して水平に設定して（上記図 6を参照)入射 X線ビームを照射し、 上記上下に移動可能な試料搭載台 123を調整することによって、試料を半割位置に セッ卜することが出来る。
[0046] 以上に詳述したように、本特許になる縦横小角 X線散乱装置によれば、従来は試 料を水平力も垂直に取り付け直さ (付け替え)なければ測定できな力つた透過小角測 定と、反射及びインプレーン測定を、光学系を横及び縦方向に自由に調整すること が出来ることから、試料の付け替え作業を伴うことなく簡単な作業で実施することが可 能となる。また、特に、溶液試料を測定する場合にも、試料を固定したままで、試料を 中心に測定系を回転することが可能であり、即ち、液体試料は試料台上に保持され たままであることから、試料を攪拌することなぐ試料への入射角度を変えて測定する ことが出来ることから好適である。更には、光学系を横にして調整することも出来ること から、光学系の調整も簡単に行なうことが出来る。カロえて、特に、薄膜状の試料 Sに 対しては、その側端面から X線を入射することによって、カゝかる薄膜状の試料に対し ても、良好な小角分解能が得られる。
図面の簡単な説明
[0047] [図 1]本発明の一実施の形態になる縦横小角 X線散乱装置の、特に回動可能なベン チの構造を中心として、その全体構成の一例を示す展開斜視図である。
[図 2]上記縦横小角 X線散乱装置の回動可能なベンチにおける試料保持部の詳細 構造を示す一部断面を含む斜視図である。
[図 3]上記縦横小角 X線散乱装置における試料保持部の変形例を示す一部拡大斜 視図である。
[図 4]上記縦横小角 X線散乱装置における回動機構の詳細構造を示す一部拡大斜 視図である。
[図 5]上記縦横小角 X線散乱装置におけるベンチの他の変形例を示す展開斜視図 である。
[図 6]上記縦横小角 X線散乱装置を構成する、回動可能なベンチ上に取り付けられ る各要素を示し、特に、ベンチを横に設定した状態を示す側面図である。
[図 7]上記縦横小角 X線散乱装置において、上記ベンチを縦に設定した状態を示す 側面図である。
[図 8]上記縦横小角 X線散乱装置を構成するベンチ上に配置される光学要素その詳 細構造を示す側面図である。
[図 9]上記縦横小角 X線散乱装置により透過小角による測定を行なう原理を説明する 図である。
[図 10]上記縦横小角 X線散乱装置により反射小角による測定を行なう原理を説明す る図である。
[図 11]上記縦横小角 X線散乱装置によりインプレーン小角による測定を行なう原理を 説明する図である。
[図 12]本発明になる小角 X線散乱を測定する方法の原理を説明するための説明図 である。
[図 13]上記本発明になる小角 X線散乱を測定する方法に好適な光学系の一例を示 す図である。
[図 14]上記縦横小角 X線散乱装置により調整 (半割位置)を行なう原理を説明する図 である。
[図 15]従来の小角 X線散乱を測定する方法における問題点を説明するための図であ る。
符号の説明
11· ··Χ線発生装置
ラー
13· ··第 1スリット
14…第 2スリット
15· ··第 3スリット
16… 3スリツトピンホール光学系 17··· '真空パス
18··· •X線検出器
100· "ベンチ
110· ··回転支持台
111- ··軸挿入孔
120· ··試料保持部
121· "回転軸
122· ··本体部
123· ··試料搭載台
124· ••X線の通過孔
125· ··切欠部
130· ··板状部材
140· "支持枠
141· ··円形凸状部
142· ··軸挿入孔
S…試料

Claims

請求の範囲
[1] X線を発生する X線発生装置と、当該 X線発生装置からの X線を所定の X線入射ビ ームに形成する光学系と、測定する試料を搭載して前記 X線入射ビームを当該試料 に照射する試料保持部と、当該試料保持部上の試料力ゝらの小角散乱 X線を通過す る真空パスと、前記試料から散乱されて前記真空パスを通過した小角散乱 X線を検 出する X線検出器とを備えた小角 X線散乱装置であって、前記試料保持部を支持台 に固定すると共に、前記 X線発生装置、前記光学系、前記真空パス、前記 X線検出 器をベンチ上に取り付け、当該ベンチを前記試料保持部を中心として回動可能とな し、もって、複数の小角 X線散乱測定を可能としたことを特徴とする縦横小角 X線散 乱装置。
[2] 前記請求項 1に記載した縦横小角 X線散乱装置にお！ヽて、前記 X線発生装置、前 記光学系、前記真空パス、前記 X線検出器を取り付けた前記ベンチ上は、略垂直及 び略水平な位置に回動可能であることを特徴とする縦横小角 X線散乱装置。
[3] 前記請求項 1に記載した縦横小角 X線散乱装置にお！ヽて、前記試料保持部は回 転軸を一体に備えており、前記 X線発生装置、前記光学系、前記真空パス、前記 X 線検出器を取り付けた前記ベンチは、当該回転軸を中心に回動可能に取り付けられ て!、ることを特徴とする縦横小角 X線散乱装置。
[4] 前記請求項 3に記載した縦横小角 X線散乱装置において、前記試料保持部は、更 に、搭載した前記試料の上下の位置を調整する機構を備えて ヽることを特徴とする 縦横小角 X線散乱装置。
[5] X線発生装置により X線を発生し、当該 X線発生装置から発生した X線を光学系に より所定の X線入射ビームに形成し、当該形成した X線入射ビームを、試料保持部に 搭載した測定試料に照射し、当該試料力ゝらの小角散乱 X線を X線検出器により検出 する小角 X線散乱の測定方法において、板状の基板表面に薄膜状に形成された当 該試料に対し、前記 X線入射ビームをその側端面から、当該薄膜状試料の表面に対 して負の角度を有する入射角度で入射することを特徴とする小角 X線散乱の測定方 法。
[6] 前記請求項 5に記載した小角 X線散乱の測定方法において、前記光学系の一部 には CMFミラーを備えており、当該 X線発生装置カゝら発生した X線を集光し、かつ、 単色化することを特徴とする小角 X線散乱の測定方法。
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