JPH0361840A - Ｘ線吸収スペクトル測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はＸ線を用いて、Ｅ　Ｘ　Ａ　Ｆ　Ｓ　（Ｅｘ
ｔｅｎｄ−ｅｄ　Ｘ−ｒａｙ　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　
Ｆｉｎｅ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ）　　、　　ＸＡＮＥ　
Ｓ　（Ｘ−ｒａｙ　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｎｅａｒ　
Ｅｄｇｅ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ）等の解析を行うＸ線吸
収スペクトル測定装置、特に電子線励起によるＸ線源を
用いる装置に関するものである。

［従来の技術］ Ｘ線を用いる物質の構造解析を行う方法としては、従来
からＸ線回折法が広く行われている。このＸ線回折法は
原子配列に従うＸ線の回折現象を利用するものであり、
それ故測定対象が結晶性のある物質に限定されてしまう
という欠点がある。

これに対し、近年物質の構造解析を行う方法としてＸ線
吸収スペクトルを測定する方法が行われるようになって
きている。

このＸ線吸収スペクトルを測定する方法としては、 ■物質のＸ線吸収端のエネルギー値から、数１０ｅＶの
範囲内で現れるＫｏｓｓｅｌ構造〔以下、これをＸ　Ａ
　Ｎ　Ｅ　Ｓ　（Ｘ−ｒａｙ　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　
ＮｅａｒＥｄｇｅ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ）と言う〕を調
べ、主に吸収端位置での微妙なスペクトルの相違から物
質の状態分析を行う方法。

■物質のＸ線吸収端から更に高エネルギー側１０００ｅ
Ｖまでの範囲内で現れるＸ線吸収連続微細構造〔以下、
これをＥ　Ｘ　Ａ　Ｆ　Ｓ　（ＥｘｔｅｎｄｅｄＸ−ｒ
ａｙ　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｆｉｎｅ　５ｔｒｕｃｔ
ｕｒｅ）と言う）を調べ、物質の状態分析や構造解析を
行う方法。

の二つに大別される。

Ｘ線吸収スペクトル測定方法は、物質の原子とＸ線との
励起現象に基づく、Ｘ線のエネルギー吸収に関するもの
であるため、結晶性物質に限定されることはなく、非結
晶性物質の測定にも有効であり、特にＥＸＡＦＳ解析に
より、・結晶性、非結晶性の金属１合金、絶縁物、半導
体などの固体内の電子状態の解析や構造解析を行えるこ
とが実証されている。

上記のようなＥＸＡＦＳやＸＡＮＥＳなどの解析を行う
従来の装置としては、第７図に示すものがあった。第７
図は従来のＸ線吸収スペクトル測定装置の構成の概略を
示す図で、図において（６）ハ薄Ｊｌｉ　ｆ）試料、（
ｌＯ）ハＸ線、（４１）はＸ線源、（４２）はＸ線分光
検出器である。

従来のＸ線吸収スペクトル測定装置は第７図に示すよう
に、Ｘ線管球を用いたＸ線源（４１）からＸ線（１０）
を放射し、試料（６）へ照射して、試料（６）を透過し
たＸ線（１０〉をＸ線分光検出器（４２〉で検出するよ
うになっている。

Ｘ線吸収スペクトルを測定するためには大容量のＸ線強
度を必要とするため、Ｘ線源（４１）には大出力のＸ線
管球が用いられる。

また近年では大容量のＸ線強度を確保するため、粒子加
速器を用いることによる、あるいは線形加速器と電子蓄
積リングとを用いることによる、シンクロトロン放射光
（高速電子が磁場中で円運動を行うときに放出する光で
、可視光からＸ線までの広い範囲の連続スペクトルを持
つ）をＸ線吸収スペクトル測定装置のＸ線源として利用
することが試みられている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来のＸ線吸収スペクトル測定装置は以上
のように構成されているので、Ｘ線源としてＸ線管球を
使用する装置においては、Ｘ線管球から広範囲に拡散さ
れるＸ線の広がりと、試料とＸ線発生源とを接近させる
ことが困難であるという理由により、大容量のＸ線管球
を使用しても試料に照射される単位面積当たりのＸ線強
度を十分に確保することが難しく、精度のよい測定デー
タを得るためには数日から数週間かかることがある。ま
たＸ１！照射領域の拡大により、試料サイズを大きくせ
ざるを得なく、且つ試料を透過したＸ線を分光する分光
結晶のサイズも大きくせざるを得ない、更に長時間Ｘ線
源を安定させておくことが難しいため装置の自動運転を
行うことが困難である。

またシンクロトロン放射光をＸ線源として利用する場合
には、美大な費用と設置スペースとが必要となる等の問
題点があった。

この発明はかかる課題を解決するためになされたもので
、小型、安価で、自動運転により精度のよい測定データ
を得ることができるＸ線吸収スベクトル測定装置を提供
することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明にかかるＸ線吸収スペクトル測定装置は、電子
線励起によるＸ線源を利用し、電子線発生部とＸ線源と
試料とＸ線分光結晶と検出器とを、同一真空体内に配設
することとした。

［作用］ この発明においては、電子線励起によるＸ線源を利用し
、電子線発生部とＸ線源と試料とＸ線分光結晶と検出器
とを、同一真空体内に配設することとしたので、Ｘ線発
生源と試料とを接近させることが可能となり、Ｘ線の拡
散による広がりを防止し、Ｘ線源や試料の制御を容易に
して、自動運転に適した装置とすることが可能となる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面を用いて説明する。第１
図はこの発明の一実施例であるＸ線吸収スペクトル測定
装置の構成の概略を示す断面図で、この装置は大別して
（１）の電子線を発生させる電子線発生部と、電子線発
生部（１）で発生させた電子線をターゲットに照射して
Ｘ線を発生させる（２〉のＸ線発生部と、試料を透過し
たＸ線を分光して検出する（３）のＸ線分光検出部と、
装置全体を制御する（４）の制御部とから構成されてお
り、（５）は真空排気装置、（６〉は薄膜の試料、（７
）は電子銃、（８）は細く絞られた電子線、（９）はＸ
線発生用のターゲット、（ｌＯ）は発生したＸ線、（１
１）はターゲット設置台、（１２）は電子線遮蔽フィル
タ、（１３）は試料台、（１４〉はＸ線分光結晶、（１
５）は分光結晶駆動ユニット、（１６）はスリット、（
１７〉はＸ線検出器、（１８）はＸ線検出器駆動ユニッ
ト、（１９〉は分光結晶駆動ユニット（１５）を制御す
るための制御回路１、（２０）はＸ線検出器駆動ユニッ
ト（１８）を制御するための制御回路２、（２１）はＸ
線計測回路、（２２）はＣＰＵやインタフェースで構成
された処理装置、（２３）は表示部である。

この発明によるＸ線吸収スペクトル測定装置は第１図に
示すように、電子線発生部（１）とＸ線発生部（２）と
試料（６）とＸ線分光検出部（３）とが同一体内に配設
されており、真空排気装置（５）を駆動して同時に同じ
真空状態が確保されるようになっている。

次に動作について説明する。電子銃（７〉により発生し
た電子線（８〉は電磁レンズ（図示せず）により数μｍ
以下に細く絞られ、Ｘ線発生用のターゲット（９）へ照
射される。電子線（８）が照射されることにより、電子
線励起によりターゲット（９）からはＸ線（１０）が発
生し、発生したＸ線（１０）は電子線遮蔽フィルタ（１
２）を介し試料（６〉に照射される。

この電子線遮蔽フィルタ（１２）は、ターゲット（９）
表面から反射した高エネルギーの電子（反射電子）が、
Ｘ線検出器（１７）に入り込むことによる、ノイズの発
生を防止するものであり、実施例ではＸ線を透過し易く
、且つ電子線を遮蔽する遮蔽用薄膜を用いているが、電
子捕獲用の磁石や静電偏向板などを用いてもよく、また
試料（６〉とＸ線分光結晶（１４）との間、あるいはＸ
線分光結晶（１４〉とＸ線検出器（１７）との間に設け
ることとしてもよい。

試料（６）に照射されたＸ線〈１０〉は、試料（６）特
有の吸収を受けてから試料（６）を透過し、Ｘ線分光結
晶（１４）に入射する。Ｘ線分光結晶（１４）ではＢｒ
ａｇｇの回折条件であるｎλ＝２ｄ−ｓｉｎθ（ｎ：反
射次数、λ：Ｘ線の波長、ｄ：分光結晶の面間隔、θ：
Ｘ線の入射角度〉で回折され、分光された後、スリット
（１６）を介してＸ線検出器（１７）に入射され、Ｘ線
検出器（１７）で電気信号に変換されて、Ｘ線計測回路
（２１）によりＸ線強度が計測される。

なお、Ｘ線分光結晶（１４〉は分光結晶駆動ユニット（
１５）で駆動され、制御回路１（１９）によりその駆動
が制御され、またＸ線検出器（１７〉はＸ線検出器駆動
ユニット（１８〉で駆動され、その駆動が制御回路２　
（２０）により制御されるようになっており、各制御回
路（１９）　、　（２０）はそれぞれ処理装置（２２〉
内のＣＰＵからの指令により制御を行っており、種々の
回折条件を自動的に設定できるようになっている。また
Ｘ線計測回路（２１）で計測されるＸ線の強度は、ＣＰ
Ｕを用いてデータ処理が行えるようになっており、装置
全体の自動運転を制御部（４〉により可能にしている。

以上のようにこの発明では、ターゲット（９）に電子線
（８）を照射し電子線〈８〉の励起によりＸ線（１０〉
を発生させることとしたので、サイクロトロン放射光を
利用する場合やＸ線管球を利用する場合に比べてＸ線源
を小型、省エネルギー化することができる。

またＸ線発生部（１）と試料（６）とＸ線分光検出部（
３）とを同一真空体内に設けることができるため、Ｘ線
発生源と試料（６）との距離を１０ｍｍ〜２０ｍｍ以内
の近距離におくことができ、Ｘ線（１０）の拡散による
広がりを防止することができ、試料（６）に照射される
単位面積当たりのＸ線強度を高められ、測定する試料（
６〉を小さくすることができ、更に微少部分の測定も可
能となる。

試料（６）を小さくすることができるので試料（６）の
保持が容易となり、また試料を小さくすることができる
ことは、薄膜試料（６）の厚さを均一にすることが容易
となり、薄膜試料〈６〉に生じゃすいピンホールの発生
を容易に防止できる利点がある。

第２図はこの発明の第２の実施例を示す図で、図におい
て第１図と同一符号は同−又は相当部分を示し、（３０
〉は二次電子検出器、（３１）は発生した二次電子を示
す、第２図に示す実施例では二次電子検出器（３０）を
設け、ターゲット（９〉の表面観察を二次電子像で行う
ようにしたものである。

なお二次電子検出器（３０）の換わりに、反射電子検出
器（図示せず〉を設け、反射電子像により、ターゲット
（９）の表面観察を行うこととしてもよい。

また二次電子検出器（３０）を所定の位置に設け、ター
ゲット設置台（１１）に観察試料を置くことにより、従
来の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の機能を容易に付加する
ことができる。

さらにターゲット設置台〈１１）に観察試料を置いて、
電子線（８）が照射されることによる微少部分から発生
した特性Ｘ線をＸ線分光検出部（４）で分光することに
より、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）と
しての機能も容易に付加することができる。

さらに走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）の機能を付加
すること、および電子線発生部（１）を利用して透過型
電子顕微鏡（ＴＥＭ）としての機能を付加することも可
能となる。

第３図はこの発明の第３の実施例を示す図で、図におい
て第１図と同一符号は同−又は相当部分を示し、（３２
〉はターゲット駆動装置、（３３〉はターゲット駆動ユ
ニットである。第３図に示す実施例では、ターゲット（
９）を真空内で駆動できるようにターゲット駆動装置（
３２）を設けたものであり、このターゲット駆動装置（
３２）はＣＰＵからの指令によりターゲット駆動ユニッ
ト（３３〉で制御されながら、ターゲット（９）を、電
子線（８）の照射方向を２軸とするＸ−Ｙ平面上で適宜
に移動させることができるようになっており、ターゲッ
ト（９〉の表面に電子線（８）が長時間照射されること
によるコンタミネーションの生成によりＸ線発生効率が
低下するのを防止することができる。

第４図、第５図はこの発明の第４の実施例を示す図で、
各図において第１図と同一符号は同−又は相当部分を示
し、（３４〉は試料ステージ、（３５）は試料駆動装置
、（３６）は軸である。この第４の実施例では、ＣＰＵ
で試料駆動装置（３５）を制御して、Ｘ　ＩＩ　（１０
）の−波長（エネルギー）ごとに試料（６）の出し入れ
を、Ｘ線（１０）に対し交互に行うようにしたものであ
り、電子線（８）の変動やターゲット（９）表面に形成
されたコンタミネーションにより、試料（６）に照射さ
れるＸ線（１０）の強度が変動し、設定条件に変動があ
った場合でも、その変動による計測誤差の発生を防止す
るようにしたものである。

即ち、試料（６〉をＸ線（１０）の−波長ごとにＸ線（
１０〉に対して交互に出し入して、試料（６〉を透過し
たＸ線強度（Ｉ＞と、試料（６）がない場合のＸ線強度
（Ｉｏ　）とを交互に測定し、その強度比の自然対数μ
ｘ＝４．（ＩＯ／Ｉ　）を取ることにより、Ｘ線強度の
変動分をキャンセルするようにしたものである。なお、
μはＸ線の線吸収係数、Ｘは試料（６）の厚さを示す。

また第５図に示す（ａ　）　−（ｄ　）は、それぞれ試
料（６）を出し入れする場合の試料ステージク３４）の
構成例を示す図であり、各試料（６）はＸ線（１０）の
透過を妨げることのないように、カーボンペースト等を
用いて試料ステージ〈３４〉に接着している。さらに第
５図（ｂ）〜（ｄ）に示すような二組上の試料（６）を
設置することができる試料ステージ（３４〉を用いるこ
とにより１．同一真空条件。

同−Ｘ線照射条件で二組上の同種の試料（６〉を計測し
、平均値を取る演算を行う等により、誤差のない計測を
可能にしたり、設定１７た真空条件、Ｘ線照射条件を破
壊することなく、二組上の種類の異なる試料（６）を連
続して計測したりすることができる。

第６図はこの発明の第５の実施例を示す図で、図におい
て第１図と同一符号は同−又は相当部分を示し、（３７
）は試料冷却装置、（３８〉は液体窒素挿入管、（３９
〉は液体窒素の挿入量をコントロールするコントロール
バルブ、（４０）は液体窒素を溜めておくボンベである
。

この実施例では、試料（６）自身の過度のドリフトや、
格子振動による影響を減少させるために、液体窒素を用
いて試料（６）を冷却する試料冷却手段を設けている。

尚この発明による装置は、ＣＰＵを内蔵した制御部（４
）により装置全体の動作が自動運転されるようになって
おり、第４図、第５図に示すように試料駆動装置（３５
〉を用いて試料（６）を駆動させた場合のドリフトによ
る影響を回避するため、試料（６〉の駆動後、測定開始
までの間は所定の待機時間を設けたり、分析精度を向上
させるために測定点数やＸ線計測数を増加させるなどの
動作も、制御部（４）により自動運転で行えることは言
うまでもない。

［発明の効果］ この発明は以上説明したように、電子線励起によるＸ線
源を利用し、電子線発生部とＸ線源と試料とＸ線分光結
晶と検出器とを同一真空体内に配設することとしたので
、Ｘ線の拡散による広がりを防止し、Ｘ線発生源と試料
とを接近させることができ、分析精度を向上することが
できると共に、装置を小型で安価なものとし、Ｘ線源や
試料の制御を容易にして、コンピュータを用いた自動運
転に適した装置とすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す図、第２図はこの発
明の第２の実施例を示す図、第３図はこの発明の第３の
実施例を示す図、第４図、第５図はそれぞれこの発明の
第４の実施例を示す図、第６図はこの発明の第５の実施
例を示す図、第７図は従来の装置を示す図。 （１）は電子線発生部、（２）はＸ線発生部、（３）は
Ｘ線分光検出部、（４）は制御部、（５）は真空排気装
置、（６〉は試料、（７〉は電子銃、（８）は電子線、
（９）はターゲット、（１０）はＸ線、（１１）はター
ゲット設置台、（１２）は電子線遮蔽フィルタ、（１３
）は試料台、（１４）はＸ線分光結晶、（１５〉は分光
結晶駆動ユニット、（１６）はスリット、（１７）はＸ
線検出器、（１８）はＸ線検出器駆動ユニット、（１９
）は制御回路１、（２０）は制御回路２、（２１）はＸ
線計測回路、（２２）は処理装置、（２３）は表示部、
（３０）は二次電子検出器、（３２）はターゲット駆動
装置、（３３）はターゲット駆動ユニット、（３４〉は
試料ステージ、（３５〉は試料駆動装置、（３６）は軸
、（３７〉は試料冷却装置、（３８）は液体窒素挿入管
、（３９）はコントロールバルブ、（４０）はボンベ。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示すものと
する。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料にＸ線を透過させ、透過したＸ線の強度を検
   出し、該試料のＸ線吸収スペクトルを測定するＸ線吸収
   スペクトル測定装置において、電子線を発生させる電子
   線発生部と、この電子線発生部で発生させた電子線をＸ
   線発生用のターゲットに照射して電子線励起によりＸ線
   を発生させるＸ線源を持つＸ線発生部と、このＸ線発生
   部で発生させたＸ線の照射方向に試料を配置しこの試料
   を透過した該Ｘ線を分光して検出するためのＸ線分光結
   晶と検出器とを持つＸ線分光検出部と、装置全体を制御
   する制御部とを備え、 上記電子線発生部とＸ線源と上記試料と上記Ｘ線分光結
   晶及び検出器とを、同一真空体内に配設することを特徴
   とするＸ線吸収スペクトル測定装置。
2. （２）上記同一真空体内で上記Ｘ線発生用のターゲット
   を駆動するターゲット駆動手段を備えたことを特徴とす
   る請求項第１項記載のＸ線吸収スペクトル測定装置。
3. （３）上記同一真空体内に照射される上記Ｘ線の照射方
   向に上記試料を配置、除去する動作を所定間隔で連続し
   て行う試料駆動手段を備え、 該試料を透過したＸ線の強度をＩ、該試料が除去されて
   いる場合のＸ線強度をＩ＿０とした場合の強度比の自然
   対数μｘ＝ｌ＿ｎ（Ｉ＿０／Ｉ）（μ：Ｘ線の線吸収係
   数、ｘ：試料の厚さ）によりＸ線吸収スペクトルを測定
   することを特徴とする請求項第１項又は第２項記載のＸ
   線吸収スペクトル測定装置。
4. （４）上記同一真空体内に配置される試料は試料冷却手
   段を用いて冷却されることを特徴とする請求項第１項、
   第２項又は第３項記載のＸ線吸収スペクトル測定装置。