JPH0843325A - Ｘ線評価装置 - Google Patents
Ｘ線評価装置Info
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- JPH0843325A JPH0843325A JP6182474A JP18247494A JPH0843325A JP H0843325 A JPH0843325 A JP H0843325A JP 6182474 A JP6182474 A JP 6182474A JP 18247494 A JP18247494 A JP 18247494A JP H0843325 A JPH0843325 A JP H0843325A
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- ray
- spectroscope
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- rays
- giar
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- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】１００ｍｅＶ以下の分解能を有するＸ線分光器
と高感度なＸ線検出器を用いて有機・無機の結晶やアモ
ルファス物質の原子・電子構造等を評価することができ
るＸ線評価装置を提供する。 【構成】本発明ではＸ線評価装置を、Ｘ線を分光するた
めのすれすれ入射反射防止膜（ＧＩＡＲ膜）５ａを用い
たＸ線分光器４と、試料７を保持すると共に相対的に移
動させるマニピュレータ６と、試料７を通過又は反射し
たＸ線を検出するＸ線検出器８と、Ｘ線分光器４とマニ
ピュレータ６とＸ線検出器８を内蔵した真空チャンバー
１とにより構成した。 【効果】ＧＩＡＲ膜を用いたＸ線分光器と試料用マニピ
ュレータ及びＸ線検出器を高真空中に配置して用いたこ
とにより、１００ｍｅＶ以下の高分解能Ｘ線が得られ、
かつそれを検出することができる。
と高感度なＸ線検出器を用いて有機・無機の結晶やアモ
ルファス物質の原子・電子構造等を評価することができ
るＸ線評価装置を提供する。 【構成】本発明ではＸ線評価装置を、Ｘ線を分光するた
めのすれすれ入射反射防止膜（ＧＩＡＲ膜）５ａを用い
たＸ線分光器４と、試料７を保持すると共に相対的に移
動させるマニピュレータ６と、試料７を通過又は反射し
たＸ線を検出するＸ線検出器８と、Ｘ線分光器４とマニ
ピュレータ６とＸ線検出器８を内蔵した真空チャンバー
１とにより構成した。 【効果】ＧＩＡＲ膜を用いたＸ線分光器と試料用マニピ
ュレータ及びＸ線検出器を高真空中に配置して用いたこ
とにより、１００ｍｅＶ以下の高分解能Ｘ線が得られ、
かつそれを検出することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、１００ｍｅＶ以下の分
解能を有するＸ線分光器を用いて有機・無機の結晶やア
モルファス物質の原子・電子構造等を評価するためのＸ
線評価装置に関する。
解能を有するＸ線分光器を用いて有機・無機の結晶やア
モルファス物質の原子・電子構造等を評価するためのＸ
線評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、物質の原子・電子構造解析には、
主たる手段としてＸ線が用いられてきた。これは、物質
中をＸ線が透過すると電子や電子の集合体としての原子
と相互作用し、構造情報を持って出射してくるから、Ｘ
線のエネルギー毎の強度を計測すると物質の原子・電子
構造の解析が可能であった。また、Ｘ線回折によって結
晶の原子座標や熱振動の大きさが求められるし、Ｘ線散
乱法を用いれば非晶質の原子間距離や電子密度分布が、
ＸＡＦＳ法では原子間距離以外に原子の価数や電子状態
の評価が可能である。さらに、Ｘ線を用いて有機・無機
の結晶やアモルファス物質の原子・電子構造等を評価す
るための手法としては、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 Ｐhotoe
lectron Ｓpectroscopy）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線解析法または拡張Ｘ線吸収微細構造
法（ＥＸＡＦＳ：Ｅxtended Ｘ-ray Ａbsorption Ｆine
Ｓtructure）等がある。これらのＸ線を用いる評価装置
では、Ｘ線は空気中でも吸収、散乱が殆どないものであ
るため、大気中での解析も可能であるが、Ｘ線の内で軟
Ｘ線と称される波長が数十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ーを使うことが多い。
主たる手段としてＸ線が用いられてきた。これは、物質
中をＸ線が透過すると電子や電子の集合体としての原子
と相互作用し、構造情報を持って出射してくるから、Ｘ
線のエネルギー毎の強度を計測すると物質の原子・電子
構造の解析が可能であった。また、Ｘ線回折によって結
晶の原子座標や熱振動の大きさが求められるし、Ｘ線散
乱法を用いれば非晶質の原子間距離や電子密度分布が、
ＸＡＦＳ法では原子間距離以外に原子の価数や電子状態
の評価が可能である。さらに、Ｘ線を用いて有機・無機
の結晶やアモルファス物質の原子・電子構造等を評価す
るための手法としては、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 Ｐhotoe
lectron Ｓpectroscopy）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線解析法または拡張Ｘ線吸収微細構造
法（ＥＸＡＦＳ：Ｅxtended Ｘ-ray Ａbsorption Ｆine
Ｓtructure）等がある。これらのＸ線を用いる評価装置
では、Ｘ線は空気中でも吸収、散乱が殆どないものであ
るため、大気中での解析も可能であるが、Ｘ線の内で軟
Ｘ線と称される波長が数十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ーを使うことが多い。
【０００３】ところで、有機膜を作るＣ（炭素），Ｎ
（窒素），Ｏ（酸素）等の元素の内殻準位から空準位へ
の遷移は、３００〜７００ｅＶ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ｅ
Ｖまでに現れるＸ線吸収端微細構造（ＸＡＮＥＳ：Ｘ-r
ayＡbsorption 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。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（ＳＯＲ）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。
（窒素），Ｏ（酸素）等の元素の内殻準位から空準位へ
の遷移は、３００〜７００ｅＶ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ｅ
Ｖまでに現れるＸ線吸収端微細構造（ＸＡＮＥＳ：Ｘ-r
ayＡbsorption 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。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（ＳＯＲ）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。
【０００４】ここに、シンクロトロン放射光（ＳＯＲ）
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Ｘ
ＡＮＥＳ測定には、唯一用いられていた。しかし、シン
クロトロン放射光（ＳＯＲ）は通常の実験室等では簡単
に得られない。この点、本発明者らによれば、軟Ｘ線に
高感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、充分に測定を行なえることや、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。その一つとして、例えば、特願平４−２４９３３１
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ーとにより構
成したＸ線評価装置が提案されている。
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Ｘ
ＡＮＥＳ測定には、唯一用いられていた。しかし、シン
クロトロン放射光（ＳＯＲ）は通常の実験室等では簡単
に得られない。この点、本発明者らによれば、軟Ｘ線に
高感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、充分に測定を行なえることや、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。その一つとして、例えば、特願平４−２４９３３１
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ーとにより構
成したＸ線評価装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、Ｘ線
を用いた評価装置では、Ｘ線の物質による回折、吸収、
散乱、透過、反射等を検出して構造情報を得るものであ
ったが、これらのいずれの場合も用いられるＸ線のエネ
ルギーはより単色化されたものの方が結果を解析する場
合、好ましいことであった。すなわち、入射Ｘ線エネル
ギーが単色化されていると、物質の電子エネルギーに対
応した構造評価において特に有利となる。すなわち電子
に関する情報を得ようとする場合には、〜１ｅＶという
高分解能Ｘ線が必要であるが、このような高分解能Ｘ線
を用いることにより、例えば、物質の電子状態を反映す
るＸＡＮＥＳにおいて特に著しい効果が表れる。しかし
ながら、Ｘ線の単色化のためには分光器による分光等が
必要であり、このため、分光の際の散乱、吸収等によ
り、単色化すればする程、強度が落ちることは当然であ
った。このため、ＸＡＮＥＳ法等においては、〜１ｅＶ
という高分解能Ｘ線を得るために、シンクロトロンから
の放射光（ＳＯＲ）を単色化して用いていたが、シンク
ロトロン放射光（ＳＯＲ）は通常の実験室等では簡単に
得られない。
を用いた評価装置では、Ｘ線の物質による回折、吸収、
散乱、透過、反射等を検出して構造情報を得るものであ
ったが、これらのいずれの場合も用いられるＸ線のエネ
ルギーはより単色化されたものの方が結果を解析する場
合、好ましいことであった。すなわち、入射Ｘ線エネル
ギーが単色化されていると、物質の電子エネルギーに対
応した構造評価において特に有利となる。すなわち電子
に関する情報を得ようとする場合には、〜１ｅＶという
高分解能Ｘ線が必要であるが、このような高分解能Ｘ線
を用いることにより、例えば、物質の電子状態を反映す
るＸＡＮＥＳにおいて特に著しい効果が表れる。しかし
ながら、Ｘ線の単色化のためには分光器による分光等が
必要であり、このため、分光の際の散乱、吸収等によ
り、単色化すればする程、強度が落ちることは当然であ
った。このため、ＸＡＮＥＳ法等においては、〜１ｅＶ
という高分解能Ｘ線を得るために、シンクロトロンから
の放射光（ＳＯＲ）を単色化して用いていたが、シンク
ロトロン放射光（ＳＯＲ）は通常の実験室等では簡単に
得られない。
【０００６】そこで、本発明者らによるＸ線評価装置で
は、Ｘ線源とＸ線分光器とマニピュレータと全反射ミラ
ーと２次元検出器とを真空チャンバーに内蔵し、Ｘ線を
真空中で取り扱うようにしたので、特に、軟Ｘ線であっ
ても、吸収、散乱の極力少ないものとすることができ、
通常のロータターゲット等のＸ線源を用いて物質の原子
・電子構造解析を行なえるようにしたものである。しか
しながら、この装置では、Ｘ線の分光に単結晶のブラッ
グ反射を用いているため、１ｅＶ以下の分解能を得るこ
とは困難であり、特に１００ｍｅＶ以下は無理であっ
た。
は、Ｘ線源とＸ線分光器とマニピュレータと全反射ミラ
ーと２次元検出器とを真空チャンバーに内蔵し、Ｘ線を
真空中で取り扱うようにしたので、特に、軟Ｘ線であっ
ても、吸収、散乱の極力少ないものとすることができ、
通常のロータターゲット等のＸ線源を用いて物質の原子
・電子構造解析を行なえるようにしたものである。しか
しながら、この装置では、Ｘ線の分光に単結晶のブラッ
グ反射を用いているため、１ｅＶ以下の分解能を得るこ
とは困難であり、特に１００ｍｅＶ以下は無理であっ
た。
【０００７】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
って、１００ｍｅＶ以下の分解能を有するＸ線分光器と
高感度なＸ線検出器を用いて有機・無機の結晶やアモル
ファス物質の原子・電子構造等を評価することができる
Ｘ線評価装置を提供することを目的としている。
って、１００ｍｅＶ以下の分解能を有するＸ線分光器と
高感度なＸ線検出器を用いて有機・無機の結晶やアモル
ファス物質の原子・電子構造等を評価することができる
Ｘ線評価装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、Ｘ線評価装置を、Ｘ線を
分光するためのすれすれ入射反射防止膜（ＧＩＡＲ膜）
を用いたＸ線分光器と、試料を保持すると共に相対的に
移動させるマニピュレータと、試料を通過又は反射した
Ｘ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線分光器とマニピ
ュレータとＸ線検出器を内蔵した真空チャンバーとによ
り構成した。
め、請求項１記載の発明では、Ｘ線評価装置を、Ｘ線を
分光するためのすれすれ入射反射防止膜（ＧＩＡＲ膜）
を用いたＸ線分光器と、試料を保持すると共に相対的に
移動させるマニピュレータと、試料を通過又は反射した
Ｘ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線分光器とマニピ
ュレータとＸ線検出器を内蔵した真空チャンバーとによ
り構成した。
【０００９】請求項２記載の発明では、上記Ｘ線評価装
置において、Ｘ線源を真空チャンバー内あるいは真空チ
ャンバーに連設して設けた。
置において、Ｘ線源を真空チャンバー内あるいは真空チ
ャンバーに連設して設けた。
【００１０】請求項３記載の発明では、上記Ｘ線評価装
置において、Ｘ線分光器をＧＩＡＲ膜が２枚平行に配置
されて連動するモノクロメータとした。
置において、Ｘ線分光器をＧＩＡＲ膜が２枚平行に配置
されて連動するモノクロメータとした。
【００１１】請求項４記載の発明では、上記Ｘ線評価装
置において、Ｘ線分光器としてＧＩＡＲ膜が２枚平行に
配置されて連動するモノクロメータを２つ配置し、試料
への入射光路が移動しないように構成した。
置において、Ｘ線分光器としてＧＩＡＲ膜が２枚平行に
配置されて連動するモノクロメータを２つ配置し、試料
への入射光路が移動しないように構成した。
【００１２】請求項５記載の発明では、上記Ｘ線評価装
置において、Ｘ線検出器を、半導体位置検出素子とマイ
クロチャネルプレートとのアセンブリによる二次元検出
器とした。
置において、Ｘ線検出器を、半導体位置検出素子とマイ
クロチャネルプレートとのアセンブリによる二次元検出
器とした。
【００１３】
【作用】本発明のＸ線評価装置では、Ｘ線分光器、マニ
ピュレータ、Ｘ線検出器を真空チャンバー内に備えるこ
とで、Ｘ線を真空中で取り扱うため、軟Ｘ線であって
も、吸収、散乱の少ないものとなる。また、従来はＸ線
の分光は単結晶のブラッグ反射を用いたため、１ｅＶ以
下の分解能を得ることは困難であり、特に１００ｍｅＶ
以下の分解能を得ることは無理であったが、本発明で
は、Ｘ線分光器にすれすれ入射反射防止膜（ＧＩＡＲ
膜：Ｇrazing-incidence antireflection films)を用い
たことにより１００ｍｅＶ以下の分解能を得ることが可
能となる。近年、すれすれ入射反射防止膜（ＧＩＡＲ
膜）が分光に用いられ、１００ｍｅＶ以下の分解能が得
られることが判り研究が盛んになっているが、これは、
電子反射率を抑制し、良好な核共鳴反射を用いて単色化
するものであり、詳しくは、H.Homma らが最近の成果を
報告している（J.Appl.Phys.,Vol.72,No.12,P.5668-567
5,15 December 1992）。H.Homma らは石英基板上にＰｄ
層とＳｎＯ2 層を設けて達成しており、他の材料も紹介
している。
ピュレータ、Ｘ線検出器を真空チャンバー内に備えるこ
とで、Ｘ線を真空中で取り扱うため、軟Ｘ線であって
も、吸収、散乱の少ないものとなる。また、従来はＸ線
の分光は単結晶のブラッグ反射を用いたため、１ｅＶ以
下の分解能を得ることは困難であり、特に１００ｍｅＶ
以下の分解能を得ることは無理であったが、本発明で
は、Ｘ線分光器にすれすれ入射反射防止膜（ＧＩＡＲ
膜：Ｇrazing-incidence antireflection films)を用い
たことにより１００ｍｅＶ以下の分解能を得ることが可
能となる。近年、すれすれ入射反射防止膜（ＧＩＡＲ
膜）が分光に用いられ、１００ｍｅＶ以下の分解能が得
られることが判り研究が盛んになっているが、これは、
電子反射率を抑制し、良好な核共鳴反射を用いて単色化
するものであり、詳しくは、H.Homma らが最近の成果を
報告している（J.Appl.Phys.,Vol.72,No.12,P.5668-567
5,15 December 1992）。H.Homma らは石英基板上にＰｄ
層とＳｎＯ2 層を設けて達成しており、他の材料も紹介
している。
【００１４】しかし、これらの膜（ＧＩＡＲ）は反射率
向上が難しいために分解能は良いが、強度が得られない
というのが欠点であり、シンクロトロン放射光（ＳＯ
Ｒ）を用いなければ強度が弱く、ロータターゲット等の
Ｘ線源では、従来の例えばイオンチャンバー方式の検出
器では検出が難しく、Ｓ／Ｎの良好なデータは得られな
かった。そこで本発明では、Ｘ線分光器にＧＩＡＲ膜を
用いると共に、Ｘ線検出器の感度を大幅に向上させたも
のである。すなわち、本発明では、Ｘ線検出器を例えば
半導体位置検出素子（ＰＳＤ）とマイクロチャネルプレ
ート（ＭＣＰ）とのアセンブリによる二次元検出器と
し、フォトン１つ１つが数えられる高感度な検出器を用
いることにより、ロータターゲット等のＸ線源でもＧＩ
ＡＲ膜を分光器として使用できるようにし、これによ
り、高分解能Ｘ線を用いた材料評価が可能となった。従
って、本発明では、通常のＸ線源を真空チャンバー内あ
るいは真空チャンバーに連設して設けることができ、更
に、Ｘ線源からＸ線検出器に到る経路を全て真空中とし
たことによって、Ｘ線の散乱・吸収が減少したことも本
発明を有効にした理由である。
向上が難しいために分解能は良いが、強度が得られない
というのが欠点であり、シンクロトロン放射光（ＳＯ
Ｒ）を用いなければ強度が弱く、ロータターゲット等の
Ｘ線源では、従来の例えばイオンチャンバー方式の検出
器では検出が難しく、Ｓ／Ｎの良好なデータは得られな
かった。そこで本発明では、Ｘ線分光器にＧＩＡＲ膜を
用いると共に、Ｘ線検出器の感度を大幅に向上させたも
のである。すなわち、本発明では、Ｘ線検出器を例えば
半導体位置検出素子（ＰＳＤ）とマイクロチャネルプレ
ート（ＭＣＰ）とのアセンブリによる二次元検出器と
し、フォトン１つ１つが数えられる高感度な検出器を用
いることにより、ロータターゲット等のＸ線源でもＧＩ
ＡＲ膜を分光器として使用できるようにし、これによ
り、高分解能Ｘ線を用いた材料評価が可能となった。従
って、本発明では、通常のＸ線源を真空チャンバー内あ
るいは真空チャンバーに連設して設けることができ、更
に、Ｘ線源からＸ線検出器に到る経路を全て真空中とし
たことによって、Ｘ線の散乱・吸収が減少したことも本
発明を有効にした理由である。
【００１５】ところで、ＧＩＡＲ膜により分光を行なう
場合、図２（ａ）に示すような１回反射の場合は入射角
θがθ’に変化すると試料への入射光路（入射角）も変
化するため、ＧＩＡＲ膜反射後のＸ線を試料に照射する
場合、ＧＩＡＲ膜への入射角（＝反射角）の変化に伴っ
て試料を照射面が全く同一となるように移動させねばな
らず、マニピュレータとして精度の良い大掛かりな移動
機構を必要とする。しかしながら図２（ｂ）のように、
Ｘ線分光器をＧＩＡＲ膜が２枚平行に配置されて連動す
るモノクロメータとし、ＧＩＡＲ膜を２回反射させれ
ば、試料は僅かに平行移動するだけで良くなる。さらに
図２（ｃ）のように、ＧＩＡＲ膜が２枚平行に配置され
て連動するモノクロメータを２つ配置し、ＧＩＡＲ膜を
４回反射させて試料への入射光路が移動しないように構
成することにより、Ｘ線の光路が定まり、試料を正確に
移動する必要がなくなるため、装置構成を簡略化でき、
測定精度を向上することができる。また、ＧＩＡＲ膜を
２回あるいは４回反射させて分光を行なう場合はより高
分解能なＸ線が得られるが、強度低下が問題となる。し
かし、本発明では、前述したようにＸ線検出器を半導体
位置検出素子とマイクロチャネルプレートとのアセンブ
リとし、検出感度を大幅に向上させたことにより、この
問題も解消することができ、精度の良い、より高分解能
なＸ線評価装置が実現できる。尚、本発明で真空チャン
バーは測定専用であるが、真空チャンバー内にＫセル等
を設けて膜作成を可能とし、成膜しながら評価できるよ
うにすることも可能である。
場合、図２（ａ）に示すような１回反射の場合は入射角
θがθ’に変化すると試料への入射光路（入射角）も変
化するため、ＧＩＡＲ膜反射後のＸ線を試料に照射する
場合、ＧＩＡＲ膜への入射角（＝反射角）の変化に伴っ
て試料を照射面が全く同一となるように移動させねばな
らず、マニピュレータとして精度の良い大掛かりな移動
機構を必要とする。しかしながら図２（ｂ）のように、
Ｘ線分光器をＧＩＡＲ膜が２枚平行に配置されて連動す
るモノクロメータとし、ＧＩＡＲ膜を２回反射させれ
ば、試料は僅かに平行移動するだけで良くなる。さらに
図２（ｃ）のように、ＧＩＡＲ膜が２枚平行に配置され
て連動するモノクロメータを２つ配置し、ＧＩＡＲ膜を
４回反射させて試料への入射光路が移動しないように構
成することにより、Ｘ線の光路が定まり、試料を正確に
移動する必要がなくなるため、装置構成を簡略化でき、
測定精度を向上することができる。また、ＧＩＡＲ膜を
２回あるいは４回反射させて分光を行なう場合はより高
分解能なＸ線が得られるが、強度低下が問題となる。し
かし、本発明では、前述したようにＸ線検出器を半導体
位置検出素子とマイクロチャネルプレートとのアセンブ
リとし、検出感度を大幅に向上させたことにより、この
問題も解消することができ、精度の良い、より高分解能
なＸ線評価装置が実現できる。尚、本発明で真空チャン
バーは測定専用であるが、真空チャンバー内にＫセル等
を設けて膜作成を可能とし、成膜しながら評価できるよ
うにすることも可能である。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例を示すＸ線評価装置の概
略構成図である。図１において、真空チャンバー１は真
空排気装置２に連通されており、内部が高真空状態に排
気されるようになっている。この真空チャンバー１には
窓１１により仕切られたＸ線分光器４が連設されてお
り、Ｘ線分光器４内も真空チャンバー１側と共にあるい
は独立に真空排気装置により高真空状態に排気されるよ
うになっている。尚、Ｘ線分光器部分を含めて１つの真
空チャンバー内に内蔵することもできる。Ｘ線分光器４
には窓９を介してＸ線源３からのＸ線が入射されるよう
になっている。Ｘ線分光器４中には入射Ｘ線量を制限す
るスリット１０と、分光器となるＧＩＡＲ膜５ａが２枚
平行に配置されて連動するモノクロメータ５が２つ配設
されている。また、真空チャンバー１内には、測定対象
となる試料７が回転可能なマニピュレータ６により下向
きに保持されており、Ｘ線分光器４からのＸ線が試料７
に入射されるようになっている。さらに、試料７からの
出射側光路上にはＸ線検出器８が配設されている。
する。図１は本発明の一実施例を示すＸ線評価装置の概
略構成図である。図１において、真空チャンバー１は真
空排気装置２に連通されており、内部が高真空状態に排
気されるようになっている。この真空チャンバー１には
窓１１により仕切られたＸ線分光器４が連設されてお
り、Ｘ線分光器４内も真空チャンバー１側と共にあるい
は独立に真空排気装置により高真空状態に排気されるよ
うになっている。尚、Ｘ線分光器部分を含めて１つの真
空チャンバー内に内蔵することもできる。Ｘ線分光器４
には窓９を介してＸ線源３からのＸ線が入射されるよう
になっている。Ｘ線分光器４中には入射Ｘ線量を制限す
るスリット１０と、分光器となるＧＩＡＲ膜５ａが２枚
平行に配置されて連動するモノクロメータ５が２つ配設
されている。また、真空チャンバー１内には、測定対象
となる試料７が回転可能なマニピュレータ６により下向
きに保持されており、Ｘ線分光器４からのＸ線が試料７
に入射されるようになっている。さらに、試料７からの
出射側光路上にはＸ線検出器８が配設されている。
【００１７】ここで、各部について説明する。まず、Ｘ
線源３はシンクロトロン放射光（ＳＯＲ）でも良いが、
実験室用に多用されるロータターゲット等を用いてもよ
い。また、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。
最も、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Ｘ線源３を、例えばＭｏをターゲット
とするロータターゲットとしている。
線源３はシンクロトロン放射光（ＳＯＲ）でも良いが、
実験室用に多用されるロータターゲット等を用いてもよ
い。また、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。
最も、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Ｘ線源３を、例えばＭｏをターゲット
とするロータターゲットとしている。
【００１８】Ｘ線分光器４や真空チャンバー１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
望ましい。また、真空を保ち、かつＸ線を透過させるた
めの窓材９，１１としては、厚さが約２００Åのダイヤ
モンド膜が用いられるが、厚さが約０．１ｍｍのベリリ
ウム窓でもよい。
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
望ましい。また、真空を保ち、かつＸ線を透過させるた
めの窓材９，１１としては、厚さが約２００Åのダイヤ
モンド膜が用いられるが、厚さが約０．１ｍｍのベリリ
ウム窓でもよい。
【００１９】Ｘ線分光器４としては、まず、石英基板上
にスパッタ法を用いて９６３Åの厚さになるようにＰｄ
膜を設け、更にその上に反応スパッタ法を用いてＡｒ＋
Ｏ2ガス中で基板温度を３００℃としてＳｎＯ2 の膜を
１３５Åとなるように設けたすれすれ入射反射防止膜
（ＧＩＡＲ膜）５ａを用いた。これらの膜の表面粗さは
ＳｎＯ2 が１１Å、Ｐｄが６Åで良好であった。次い
で、２枚のＧＩＡＲ膜５ａのＳｎＯ2 側が対向するよう
にして配置しかつ平行性が０．０１°以内となるように
して固定したものを１つのモノクロメータ５として２個
作製した。これを図３に示すように対称に配置して分光
器とした。Ｘ線の入射角θは、図中のＡ，Ｂ点をそれぞ
れ中心として各々逆方向に回転するようになっており、
２個の「ＧＩＡＲ膜ペアー」を回転して変化させる。こ
の回転は、１／１００００度の精度で回転する。
にスパッタ法を用いて９６３Åの厚さになるようにＰｄ
膜を設け、更にその上に反応スパッタ法を用いてＡｒ＋
Ｏ2ガス中で基板温度を３００℃としてＳｎＯ2 の膜を
１３５Åとなるように設けたすれすれ入射反射防止膜
（ＧＩＡＲ膜）５ａを用いた。これらの膜の表面粗さは
ＳｎＯ2 が１１Å、Ｐｄが６Åで良好であった。次い
で、２枚のＧＩＡＲ膜５ａのＳｎＯ2 側が対向するよう
にして配置しかつ平行性が０．０１°以内となるように
して固定したものを１つのモノクロメータ５として２個
作製した。これを図３に示すように対称に配置して分光
器とした。Ｘ線の入射角θは、図中のＡ，Ｂ点をそれぞ
れ中心として各々逆方向に回転するようになっており、
２個の「ＧＩＡＲ膜ペアー」を回転して変化させる。こ
の回転は、１／１００００度の精度で回転する。
【００２０】Ｘ線検出器８は、半導体位置検出素子（Ｐ
ＳＤ）とマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）とのアセ
ンブリよりなる二次元検出器で、入射したＸ線は、Ｃｓ
Ｉを表面に蒸着したＭＣＰにより１０7 倍程度に増倍さ
れ、ＭＣＰから出た電子群は数ＫＶの電界で加速してＰ
ＳＤに入射し、電子衝撃効果によって約１０2 倍に増倍
される。従って、入射Ｘ線のフォトン１個は最終的に約
１０9 個の電子パルスとなってＰＳＤから出力される。
ＰＳＤは周辺に４個の信号出力電極をもつ電荷分割型の
位置検出器であり、ＰＳＤ内部で発生した約１０9 個の
電荷は表面の抵抗層を経て上記４個の電極にその入射位
置に応じて分配される。この結果、ＰＳＤに入射する電
子群の重心位置、すなわち入射フォトンの位置に対応す
る出力信号が得られることになり、二次元検出が可能と
なる。この二次元検出器としては、例えば、浜松ホトニ
クス株式会社製のＰＩＡＳ−ＴＩ等があり、直径７０ｎ
ｍ，長さ５０ｎｍ程度の小型のものである。よって、超
高真空の真空チャンバー１内の内蔵配置に何ら支障のな
いものとなり、かつ、空間分解能だけでなく、時間分解
能も１００ｐｓと速いので、成膜中の物質構造変化等も
充分に評価できるものとなる。この検出器の場合、Ｘ線
エネルギー範囲は１０2〜１０6ｅＶが可能である。従っ
て、フォトン１個１個を検出することができ、かつ０．
０３ｃｐｓ／ｍｍ2 が平均ノイズであるので、実験室系
のようにＸ線源にロータターゲット等を用い、ＧＩＡＲ
膜を用いて分光するとフォトン数が極端にすくなくなる
ような場合でも有効である。
ＳＤ）とマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）とのアセ
ンブリよりなる二次元検出器で、入射したＸ線は、Ｃｓ
Ｉを表面に蒸着したＭＣＰにより１０7 倍程度に増倍さ
れ、ＭＣＰから出た電子群は数ＫＶの電界で加速してＰ
ＳＤに入射し、電子衝撃効果によって約１０2 倍に増倍
される。従って、入射Ｘ線のフォトン１個は最終的に約
１０9 個の電子パルスとなってＰＳＤから出力される。
ＰＳＤは周辺に４個の信号出力電極をもつ電荷分割型の
位置検出器であり、ＰＳＤ内部で発生した約１０9 個の
電荷は表面の抵抗層を経て上記４個の電極にその入射位
置に応じて分配される。この結果、ＰＳＤに入射する電
子群の重心位置、すなわち入射フォトンの位置に対応す
る出力信号が得られることになり、二次元検出が可能と
なる。この二次元検出器としては、例えば、浜松ホトニ
クス株式会社製のＰＩＡＳ−ＴＩ等があり、直径７０ｎ
ｍ，長さ５０ｎｍ程度の小型のものである。よって、超
高真空の真空チャンバー１内の内蔵配置に何ら支障のな
いものとなり、かつ、空間分解能だけでなく、時間分解
能も１００ｐｓと速いので、成膜中の物質構造変化等も
充分に評価できるものとなる。この検出器の場合、Ｘ線
エネルギー範囲は１０2〜１０6ｅＶが可能である。従っ
て、フォトン１個１個を検出することができ、かつ０．
０３ｃｐｓ／ｍｍ2 が平均ノイズであるので、実験室系
のようにＸ線源にロータターゲット等を用い、ＧＩＡＲ
膜を用いて分光するとフォトン数が極端にすくなくなる
ような場合でも有効である。
【００２１】次に、上記構成のＸ線評価装置を用いた測
定例について述べる。図１において、Ｘ線源３から出射
されたＸ線はスリット１０で絞られた後、Ｘ線分光器４
を構成する２段のモノクロメータ５の４枚のＧＩＡＲ膜
５ａにより４回反射されることにより分光される。分光
器４で分光されたＸ線は、内部が高真空状態とされかつ
試料７を保持しかつ回転可能なマニピュレータ６を内蔵
する真空チャンバー１内へ導かれ、試料７に照射され
る。試料７を透過または反射したＸ線は、前記の高感度
Ｘ線検出器８に入射され、検出される。
定例について述べる。図１において、Ｘ線源３から出射
されたＸ線はスリット１０で絞られた後、Ｘ線分光器４
を構成する２段のモノクロメータ５の４枚のＧＩＡＲ膜
５ａにより４回反射されることにより分光される。分光
器４で分光されたＸ線は、内部が高真空状態とされかつ
試料７を保持しかつ回転可能なマニピュレータ６を内蔵
する真空チャンバー１内へ導かれ、試料７に照射され
る。試料７を透過または反射したＸ線は、前記の高感度
Ｘ線検出器８に入射され、検出される。
【００２２】ここで試料７としては、光磁気記録材料と
して検討されているＭｎＳｂ（１：１）のスパッタ膜を
用いた。分光器４からのＸ線を上記試料７の表面に臨界
角で入射させ、ＭｎＳｂ中に添加されたＰｄのＫ吸収端
（〜２４．４ＫｅＶ）のエネルギー近傍で、反射タイプ
のＸＡＮＥＳ測定を実施した。この結果、従来、Ｓｉ，
Ｇｅ，ＳｉＯ2 等の単結晶で分光したＸ線では得られな
かったＰｄの電子状態を反映する吸収ピークを得ること
ができた。また、この時のピーク半値巾は１００ｍｅＶ
以下であり、ＧＩＡＲ膜は１００ｍｅＶ以下の分解能を
有していることが判った。尚、ＸＡＮＥＳ実験において
は、Ｘ線の入射位置が不変のため、Ｘ線のエネルギー変
化（分光器による）に対して試料を移動させる必要がな
かった。また、試料なしの場合に、各エネルギーの入射
Ｘ線の分光特性を評価した。
して検討されているＭｎＳｂ（１：１）のスパッタ膜を
用いた。分光器４からのＸ線を上記試料７の表面に臨界
角で入射させ、ＭｎＳｂ中に添加されたＰｄのＫ吸収端
（〜２４．４ＫｅＶ）のエネルギー近傍で、反射タイプ
のＸＡＮＥＳ測定を実施した。この結果、従来、Ｓｉ，
Ｇｅ，ＳｉＯ2 等の単結晶で分光したＸ線では得られな
かったＰｄの電子状態を反映する吸収ピークを得ること
ができた。また、この時のピーク半値巾は１００ｍｅＶ
以下であり、ＧＩＡＲ膜は１００ｍｅＶ以下の分解能を
有していることが判った。尚、ＸＡＮＥＳ実験において
は、Ｘ線の入射位置が不変のため、Ｘ線のエネルギー変
化（分光器による）に対して試料を移動させる必要がな
かった。また、試料なしの場合に、各エネルギーの入射
Ｘ線の分光特性を評価した。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、すれ
すれ入射反射防止膜（ＧＩＡＲ膜）を用いたＸ線分光器
と試料用マニピュレータ及び高感度Ｘ線検出器を高真空
中に配置して用いたことにより、１００ｍｅＶ以下の高
分解能Ｘ線が得られ、かつそれを検出することができ、
さらにＸ線分光器としてＧＩＡＲ膜を２回，４回と反射
させて用いることにより、試料移動の必要がなくなり、
電子状態に対応する吸収ピーク等、新たな物質構造解析
ができるようになった。従って、本発明によれば、１０
０ｍｅＶ以下の分解能を有するＸ線分光器と高感度なＸ
線検出器を用いて有機・無機の結晶やアモルファス物質
の原子・電子構造等を精度よく評価することができるＸ
線評価装置を提供することができる。
すれ入射反射防止膜（ＧＩＡＲ膜）を用いたＸ線分光器
と試料用マニピュレータ及び高感度Ｘ線検出器を高真空
中に配置して用いたことにより、１００ｍｅＶ以下の高
分解能Ｘ線が得られ、かつそれを検出することができ、
さらにＸ線分光器としてＧＩＡＲ膜を２回，４回と反射
させて用いることにより、試料移動の必要がなくなり、
電子状態に対応する吸収ピーク等、新たな物質構造解析
ができるようになった。従って、本発明によれば、１０
０ｍｅＶ以下の分解能を有するＸ線分光器と高感度なＸ
線検出器を用いて有機・無機の結晶やアモルファス物質
の原子・電子構造等を精度よく評価することができるＸ
線評価装置を提供することができる。
【図１】本発明の一実施例を示すＸ線評価装置の概略構
成図である。
成図である。
【図２】すれすれ入射反射防止膜（ＧＩＡＲ膜）を分光
器に用い、１回反射、２回反射、４回反射させた場合の
分光光路の説明図である。
器に用い、１回反射、２回反射、４回反射させた場合の
分光光路の説明図である。
【図３】本発明によるＸ線評価装置のＸ線分光器の構成
例を示す図である。
例を示す図である。
１ ：真空チャンバー ２ ：真空排気装置 ３ ：Ｘ線源 ４ ：Ｘ線分光器 ５ ：モノクロメータ ５ａ：すれすれ入射反射防止膜（ＧＩＡＲ膜） ６ ：マニピュレータ ７ ：試料 ８ ：Ｘ線検出器 ９ ：窓 １０：スリット １１：窓
Claims (5)
- 【請求項１】Ｘ線を分光するためのすれすれ入射反射防
止膜（ＧＩＡＲ膜）を用いたＸ線分光器と、試料を保持
すると共に相対的に移動させるマニピュレータと、試料
を通過又は反射したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記
Ｘ線分光器とマニピュレータとＸ線検出器を内蔵した真
空チャンバーとにより構成したことを特徴とするＸ線評
価装置。 - 【請求項２】請求項１記載のＸ線評価装置において、Ｘ
線源を真空チャンバー内あるいは真空チャンバーに連設
して設けたことを特徴とするＸ線評価装置。 - 【請求項３】請求項１，２記載のＸ線評価装置におい
て、Ｘ線分光器をＧＩＡＲ膜が２枚平行に配置されて連
動するモノクロメータとしたことを特徴とするＸ線評価
装置。 - 【請求項４】請求項３記載のＸ線評価装置において、Ｘ
線分光器としてＧＩＡＲ膜が２枚平行に配置されて連動
するモノクロメータを２つ配置し、試料への入射光路が
移動しないように構成したことを特徴とするＸ線評価装
置。 - 【請求項５】請求項１乃至４記載のＸ線評価装置におい
て、Ｘ線検出器を、半導体位置検出素子とマイクロチャ
ネルプレートとのアセンブリによる二次元検出器とした
ことを特徴とするＸ線評価装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6182474A JPH0843325A (ja) | 1994-08-03 | 1994-08-03 | Ｘ線評価装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6182474A JPH0843325A (ja) | 1994-08-03 | 1994-08-03 | Ｘ線評価装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0843325A true JPH0843325A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=16118908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6182474A Pending JPH0843325A (ja) | 1994-08-03 | 1994-08-03 | Ｘ線評価装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0843325A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005095042A1 (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-13 | Nikon Corporation | 有機結晶の加工方法、有機結晶の加工装置、及び有機結晶の観察装置 |
| US7356240B2 (en) | 2003-09-11 | 2008-04-08 | Nikon Corporation | Processing method of polymer crystal, processing system of polymer crystal, and observation system of polymer crystal |
-
1994
- 1994-08-03 JP JP6182474A patent/JPH0843325A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7356240B2 (en) | 2003-09-11 | 2008-04-08 | Nikon Corporation | Processing method of polymer crystal, processing system of polymer crystal, and observation system of polymer crystal |
| WO2005095042A1 (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-13 | Nikon Corporation | 有機結晶の加工方法、有機結晶の加工装置、及び有機結晶の観察装置 |
| US8016940B2 (en) | 2004-03-31 | 2011-09-13 | Nikon Corporation | Processing method for organic crystal, processing device for organic crystal, and observing device for organic crystal |
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