(57)【要約】【課題】  ２種類の波長を切り換えてＸ線を分光するときに、試料もＸ線源も移動させる必要がなく、かつ、１種類の多層膜ミラーだけで足りるようにする。【解決手段】  第１波長のＸ線と第２波長のＸ線が同じ焦点Ｆから取り出されるＸ線源を使う。多層膜ミラー１０２の曲率を変更可能にする。第１波長を平行Ｘ線ビームとして取り出すには、多層膜ミラー１０２の反射面を第１放物線９８に沿うように湾曲させ、その焦点位置にＸ線源の焦点Ｆを配置する。第２波長を取り出すには、多層膜ミラー１０２の反射面を第２放物線１００に沿うように湾曲させ、その焦点位置にＸ線源の焦点Ｆを配置する。上述の２種類の分光段階において、Ｘ線源の位置及び姿勢は同じであり、多層膜ミラー１０２の位置と姿勢は変化するが出射スリット１０４の位置は同じである。これにより、二つの分光段階で、同じ位置と方向に平行Ｘ線ビームが取り出される。【選択図】  図１３
2010117369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の（ａ）〜（ｄ）の各段階を備えるＸ線分光方法。
（ａ）第１波長のＸ線と第２波長のＸ線が同じ焦点から取り出されるＸ線源を準備する段階。
（ｂ）傾斜格子面間隔の多層膜からなる湾曲反射面を有する多層膜ミラーを準備する段階。
（ｃ）前記第１波長に基づく第１放物線の焦点位置に前記Ｘ線源の焦点を配置するとともに、この第１放物線に沿うように前記湾曲反射面を配置して、前記Ｘ線源で発生した第１波長のＸ線を前記湾曲反射面で反射させて平行Ｘ線ビームを作り、この平行Ｘ線ビームを出射スリットから取り出す第１分光段階。
（ｄ）前記第２波長に基づく第２放物線の焦点位置に前記Ｘ線源の焦点を配置するとともに、この第２放物線に沿うように前記湾曲反射面を配置して、前記Ｘ線源で発生した第２波長のＸ線を前記湾曲反射面で反射させて平行Ｘ線ビームを作り、この平行Ｘ線ビームを前記出射スリットから取り出す第２分光段階であって、前記Ｘ線源の位置及び姿勢が前記第１分光段階と同じであり、前記湾曲反射面の位置と姿勢と曲率が前記第１分光段階から変化していて、前記出射スリットの位置が第１分光段階と同じであり、前記第１分光段階と同じ位置及び方向に平行Ｘ線ビームが取り出される第２分光段階。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線分光方法において、前記多層膜ミラーは、ミラーを構成する基板の一端を固定して先端を自由端とする形式のものであり、前記自由端に荷重をかけて基板を湾曲させることで前記湾曲反射面の曲率を変えることができて、かつ、前記基板の外形曲線は、前記自由端に荷重をかけることで前記基板の少なくとも反射領域が前記第１放物線に沿うように湾曲するような形状に定められていることを特徴とするＸ線分光方法。
【請求項３】
次の（ａ）〜（ｄ）を備えるＸ線分光装置。
（ａ）第１波長のＸ線と第２波長のＸ線が同じ焦点から取り出されるＸ線源。
（ｂ）傾斜格子面間隔の多層膜からなる湾曲反射面を有する多層膜ミラーであって、前記第１波長に基づき前記第１焦点を焦点位置とする第１放物線に沿う第１位置及び第１姿勢と、前記第２波長に基づき前記第２焦点を焦点位置とする第２放物線に沿う第２位置及び第２姿勢とに選択的に配置可能な多層膜ミラー。
（ｃ）前記湾曲反射面の曲率を変更するための曲率変更手段。
（ｄ）前記湾曲反射面から出てくる平行Ｘ線ビームの取り出し範囲を制限する出射スリットであって、前記第１波長の平行Ｘ線ビームと前記第２波長の平行Ｘ線ビームとを同じ位置で取り出すようにした出射スリット。
【請求項４】
請求項３に記載のＸ線分光装置において、前記多層膜ミラーは、ミラーを構成する基板の一端を固定して先端を自由端とする形式のものであり、前記自由端に荷重をかけて基板を湾曲させることで前記湾曲反射面の曲率を変えることができて、かつ、前記基板の外形曲線は、前記自由端に荷重をかけることで前記基板の少なくとも反射領域が前記第１放物線に沿うように湾曲するような形状に定められていることを特徴とするＸ線分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は湾曲反射面を有する多層膜ミラーを用いて平行Ｘ線ビームを取り出すＸ線分光方法に関し、また、そのためのＸ線分光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１５（ａ）は２種類の波長のＸ線ビームを用いて薄膜試料のＸ線回折測定をするための従来のＸ線分光方法を示す平面図である。１台のゴニオメータ１０に対して、第１のＸ線分光装置１２と第２のＸ線分光装置１４を準備している。第１のＸ線分光装置１２は、第１波長の平行Ｘ線ビームを取り出すものであり、第１波長のＸ線を発生する第１Ｘ線源１６と、湾曲反射面を有する第１の多層膜ミラー１８とを備えている。湾曲反射面は傾斜格子面間隔の多層膜で形成されていて、その断面形状は第１放物線に沿う形状をしている。この第１放物線の焦点位置に第１Ｘ線源１６が配置されている。第１Ｘ線源１６で発生した第１波長のＸ線２０は第１の多層膜ミラー１８の湾曲反射面で反射して、互いに平行なＸ線束からなる第１の平行Ｘ線ビーム２２となる。この第１の平行Ｘ線ビーム２２を薄膜試料２４に低角度で入射して、そこからの回折Ｘ線をソーラースリット２６を通してＸ線検出器２８で検出する。薄膜試料２４を静止させたままで、Ｘ線検出器２８を薄膜試料２４の周りに回転させながら回折Ｘ線の強度を測定すると薄膜試料２４の回折パターンを得ることができる。
【０００３】
次に、第２波長のＸ線で薄膜試料２４のＸ線回折測定をするには、ゴニオメータ１０を第２のＸ線分光装置１４のところまで平行移動する。そして、第２Ｘ線源３０で発生する第２波長のＸ線を第２の多層膜ミラー３２で反射させて第２の平行Ｘ線ビーム３４を得て、これを薄膜試料２４に照射する。
【０００４】
例えば、第１のＸ線分光装置１２では、第１Ｘ線源１６のターゲット材質としてＣｕ（銅）を用いて、その特性Ｘ線のＣｕＫαを回折測定に用いることができる。一方、第２のＸ線分光装置１４では、第２Ｘ線源３０のターゲット材質としてＣｒ（クロム）を用いて、その特性Ｘ線のＣｒＫαを回折測定に用いることができる。このような場合に、第１の多層膜ミラー１８はＣｕＫα用に作られた専用のものである必要があり、第２の多層膜ミラー３２はＣｒＫα用に作られた専用のものである必要がある。
【０００５】
図１５（ｂ）は２種類の波長のＸ線ビームを用いて薄膜試料のＸ線回折測定をするための従来の別のＸ線分光方法を示す平面図である。この従来例では、２種類の波長のＸ線を発生することのできるＸ線源３６を用いる。そして、２種類の波長に応じて２種類の多層膜ミラー１８、３２のいずれかを選択する。いずれの波長を用いる場合でも、ゴニオメータ１０は同じ位置のままでよい。２種類の波長のＸ線を発生するＸ線源３６としては、例えば、円筒状のターゲットの外周面に２種類の金属を交互に配置した回転対陰極（いわゆる、ゼブラ型のターゲット）を有するＸ線管を用いることができる。このＸ線源を用いると、２種類の金属に起因する特性Ｘ線が同時に発生するが、取り出したい波長に応じて２種類の多層膜ミラー１８、３２のいずれかを選択することにより、所望の波長の特性Ｘ線だけを取り出すことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１５（ａ）に示す従来のＸ線分光方法は、測定に使うＸ線の波長を切り換えるためにはゴニオメータを平行移動させる必要があり、また、Ｘ線分光装置を２セット準備しなければならない。一方、図１５（ｂ）に示すＸ線分光方法は、ゴニオメータは平行移動させなくてもよいが、測定に使う２種類の波長に応じて、その波長専用に作られた多層膜ミラーを別個に準備しなければならない。
【０００７】
この発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、２種類の波長を切り換えるときに試料もＸ線源も移動させる必要がなく、かつ、１種類の多層膜ミラーだけで足りるようなＸ線分光方法を提供することにあり、また、その方法を実施するＸ線分光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明のＸ線分光方法は、単焦点型のＸ線源を使うものであって、次の（ａ）〜（ｄ）の各段階を備えている。（ａ）第１波長のＸ線と第２波長のＸ線が同じ焦点から取り出されるＸ線源を準備する段階。（ｂ）傾斜格子面間隔の多層膜からなる湾曲反射面を有する多層膜ミラーを準備する段階。（ｃ）前記第１波長に基づく第１放物線の焦点位置に前記Ｘ線源の焦点を配置するとともに、この第１放物線に沿うように前記湾曲反射面を配置して、前記Ｘ線源で発生した第１波長のＸ線を前記湾曲反射面で反射させて平行Ｘ線ビームを作り、この平行Ｘ線ビームを出射スリットから取り出す第１分光段階。（ｄ）前記第２波長に基づく第２放物線の焦点位置に前記Ｘ線源の焦点を配置するとともに、この第２放物線に沿うように前記湾曲反射面を配置して、前記Ｘ線源で発生した第２波長のＸ線を前記湾曲反射面で反射させて平行Ｘ線ビームを作り、この平行Ｘ線ビームを出射スリットから取り出す第２分光段階であって、前記Ｘ線源の位置及び姿勢が前記第１分光段階と同じであり、前記湾曲反射面の位置と姿勢と曲率が前記第１分光段階から変化していて、前記出射スリットの位置が第１分光段階と同じであり、前記第１分光段階と同じ位置及び方向に平行Ｘ線ビームが取り出される第２分光段階。このＸ線分光方法は、２種類の波長が接近している場合に有効な方法である。２種類の波長が比較的離れていると、共通の出射スリットから２種類の波長を取り出すことができなくなるので、適用不可能になる。
【０００９】
第２の発明のＸ線分光方法は、第１の発明における多層膜ミラーを具体化したものである。すなわち、前記多層膜ミラーは、ミラーを構成する基板の一端を固定して先端を自由端とする形式のものであり、前記自由端に荷重をかけて基板を湾曲させることで前記湾曲反射面の曲率を変えることができて、かつ、前記基板の外形曲線は、前記自由端に荷重をかけることで前記基板の少なくとも反射領域が前記第１放物線に沿うように湾曲するような形状に定められている。
【００１０】
第３の発明のＸ線分光装置は、第１の発明のＸ線分光方法を実施するための装置であって、次の（ａ）〜（ｄ）を備えている。（ａ）第１波長のＸ線と第２波長のＸ線が同じ焦点から取り出されるＸ線源。（ｂ）傾斜格子面間隔の多層膜からなる湾曲反射面を有する多層膜ミラーであって、前記第１波長に基づき前記第１焦点を焦点位置とする第１放物線に沿う第１位置及び第１姿勢と、前記第２波長に基づき前記第２焦点を焦点位置とする第２放物線に沿う第２位置及び第２姿勢とに選択的に配置可能な多層膜ミラー。（ｃ）前記湾曲反射面の曲率を変更するための曲率変更手段。（ｄ）前記湾曲反射面から出てくる平行Ｘ線ビームの取り出し範囲を制限する出射スリットであって、前記第１波長の平行Ｘ線ビームと前記第２波長の平行Ｘ線ビームとを同じ位置で取り出すようにした出射スリット。
【００１１】
第２の発明のＸ線分光方法は、第１の発明における多層膜ミラーを具体化したものである。すなわち、前記多層膜ミラーは、ミラーを構成する基板の一端を固定して先端を自由端とする形式のものであり、前記自由端に荷重をかけて基板を湾曲させることで前記湾曲反射面の曲率を変えることができて、かつ、前記基板の外形曲線は、前記自由端に荷重をかけることで前記基板の少なくとも反射領域が前記第１放物線に沿うように湾曲するような形状に定められている。
【発明の効果】
【００１２】
この発明のＸ線分光方法及び装置は、２種類の波長を切り換えるときに試料もＸ線源も移動させる必要がなく、かつ、１種類の多層膜ミラーだけで足りる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１はこの発明で使用する多層膜ミラーの断面図である。
【図２】図２は二つの波長のＸ線を選別して取り出すためのＸ線光学系を示す説明図である。
【図３】図３は複焦点型のＸ線源を使って二つの波長のＸ線を別個に取り出すためのＸ線分光方法を示す説明図である。
【図４】図４は図１０に示す多層膜ミラーを所望の放物線に沿わせるように湾曲させる作業を示す説明図である。
【図５】図５は従来のゼブラ型の回転対陰極の斜視図である。
【図６】図６は外周面に環状の溝を複数個並列に設けた回転対陰極の一部を破断して示した斜視図である。
【図７】図７は外周面にらせん状の溝を設けた回転対陰極の一部を破断して示した斜視図である。
【図８】図８の（ａ）は図６の回転対陰極の部分断面側面図、（ｂ）は図６の回転対陰極の焦点形状、（ｃ）は図７の回転対陰極の部分断面側面図、（ｄ）は図７の回転対陰極の焦点形状である。
【図９】図９は複焦点型の回転対陰極の別の例の平面断面図、側面断面図及び焦点形状である。
【図１０】図１０はこの発明で使用する多層膜ミラーの平面図である。
【図１１】図１１は多層膜ミラーの曲率を変更するための機構の一例を示す斜視図である。
【図１２】図１２は二つの波長に対して同一の多層膜ミラーを使う場合の角度誤差を示すグラフである。
【図１３】図１３は単焦点型のＸ線源を使うタイプのＸ線分光方法の原理を示す説明図である。
【図１４】図１４は図１３のＸ線分光装置の分光特性を示すグラフである。
【図１５】図１５は２種類の波長のＸ線ビームを用いて薄膜試料のＸ線回折測定をするための従来のＸ線分光方法を示す平面図である。
【図１６】図１６は多層膜ミラーの外形曲線を示す数式と曲率半径を求める数式である。
【図１７】図１７は（ａ）はＣｕＫα線とＣｒＫα線の組み合わせを用いるときに使用する回転対陰極の部分断面側面図、（ｂ）は（ａ）のＳ部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、この発明で使用する多層膜ミラーについて説明する。図１（ａ）は多層膜ミラー３８の断面図である。この多層膜ミラー３８は、厚さが０．５ｍｍのＳｉ（シリコン）基板４０の表面に多層膜４２を積層したものである。図１（ｂ）は多層膜４２を模式的に示す断面図である。この多層膜４２は重元素であるＷ（タングステン）４４と軽元素であるＳｉ（シリコン）４６とを交互に２００層ずつ積層したものである。この多層膜４２は１周期の厚さｄが場所によって変化しており、例えばＡ点における１周期の厚さはｄ１であり、Ｂ点における１周期の厚さはｄ２である。Ｘ線回折の観点から言えば、多層膜４２の１周期の厚さｄは結晶の格子面間隔に相当し、上述のように１周期の厚さｄが場所によって変化する多層膜は「傾斜格子面間隔」の多層膜と呼ばれる。放物線形状の湾曲反射面を用いて平行Ｘ線ビームを取り出すときには、このような傾斜格子面間隔の多層膜が必要になる。
【００１５】
この発明で使う多層膜は、一般的に言えば、次のような条件で作ることができる。重元素としてはＷ（タングステン）が代表的である。軽元素としてはＳｉ（シリコン）、Ｃ（炭素）、Ｂ４Ｃ（炭化ホウ素）などが考えられる。重元素と軽元素の積層数（周期数）は１００〜２００層程度とすることができる。１周期の厚さｄは３〜１２ｎｍ程度である。
【００１６】
次に、この発明のＸ線分光方法の原理を説明する。図２は二つの波長のＸ線を選別して取り出すためのＸ線光学系を示す説明図である。第１放物線４８の焦点位置ＦにＣｕターゲットのＸ線源の焦点が配置されている。この第１放物線４８に沿って第１の多層膜ミラー５０が配置されている。この第１の多層膜ミラー５０の湾曲反射面は、第１放物線４８の一部分を第１放物線４８の軸４９に垂直な方向（紙面に垂直な方向）に平行移動したときにできる軌跡からなる放物面である。この湾曲反射面は図１（ｂ）に示すような傾斜格子面間隔の多層膜で形成されている。第１放物線４８はＣｕの特性Ｘ線であるＣｕＫα線を回折させるための放物線となっている。
【００１７】
焦点位置Ｆと軸とを共通にする放物線は無数に存在するが、ＣｕＫα線を回折させるような放物線は、次のようにして求めることができる。図１（ｂ）に示すような多層膜ミラーを使用する場合を考えると、多層膜の周期ｄとＸ線の波長λ（ＣｕＫα線の波長）が決まると、ブラッグの法則に基づいて、回折現象が生じるＸ線入射角θが決まる。そして、多層膜ミラーの最近端（Ｘ線源に一番近い端部。これをＣ点とする）をＸ線源から約８０ｍｍのところに配置すると定めれば、Ｃ点の空間位置が決まる。焦点位置Ｆと軸とＣ点が定まると、第１放物線４８が一義的に定まる。この放物線上におけるＸ線入射角θは距離Ｘ（放物線の頂点からの軸方向の距離）に応じて変化するので、この入射角θの変化に応じて、多層膜ミラー５０の周期ｄを連続的に変化させ、これによって、放物線上のどの位置でもブラッグの法則を満足できるようにする。この実施形態では、多層膜ミラー５０の長さは約４０ｍｍである。
【００１８】
次に、ＣｒターゲットのＸ線源を上述のＣｕターゲットと同じ焦点位置Ｆに置くことを考える。この場合、Ｃｒの特定Ｘ線であるＣｒＫα線の波長は上述のＣｕＫα線の波長とは異なっている。したがって、ブラッグの法則を満足するＸ線入射角が異なるので、第１の放物線４８とは異なる第２の放物線５２を使う必要がある。この第２の放物線５２はＣｒＫα線を回折させるような放物線である。この第２の放物線５２に沿うように第２の多層膜ミラー５４が湾曲している。当然ながら、第１の多層膜ミラー５０と第２の多層膜ミラー５４ではその曲率が異なっている。
【００１９】
図２においてハッチングで示してある領域は、多層膜ミラーへの入射Ｘ線及び多層膜ミラーからの出射Ｘ線が占める領域である。出射Ｘ線は互いに平行なＸ線束からなる平行ビームである。
【００２０】
次に、二つの多層膜ミラー５０、５４を同じ位置に配置するための条件を考える。第１の放物線４８及び第１の多層膜ミラー５０を、Ｃ点とＤ点の間の距離Ｇ（この実施形態ではＧ＝２．２５ｍｍ）だけ上方に移動させると、第１の多層膜ミラー５０の最近端Ｃ点が第２の多層膜ミラー５４の最近端Ｄ点に重なる。移動後の状態を図３に示す。第１放物線４８とその軸４９は破線で示してある。
【００２１】
例えば、第１放物線４８の焦点位置Ｆ１にＣｕターゲットのＸ線源を配置して、かつ、第１放物線４８に沿うように第１の多層膜ミラー５０を配置することで、Ｙ方向の幅が１．１９ｍｍの平行Ｘ線ビームが得られる。また、第２放物線５２の焦点位置Ｆ２にＣｒターゲットのＸ線源を配置して、かつ、第２放物線５２に沿うように第２の多層膜ミラー５４を配置することで、Ｙ方向の幅が１．６９ｍｍの平行Ｘ線ビームが得られる。
【００２２】
次に、二つの多層膜ミラー５０、５４を共通にすることを考える。図３において、第１の多層膜ミラー５０を曲率可変のミラーとすれば、これを第１の放物線４８に沿うように湾曲させることも、第２の放物線５２に沿って湾曲させることもできる。しかし、第１の多層膜ミラー５０の多層膜の周期ｄは、ＣｕＫα線を反射させるように連続的に変化しているので、曲率だけを第２の放物線５２に沿って変化させても、周期ｄがＣｒＫα線を反射するようには変化していないので、厳密には多層膜ミラー５０のすべての地点においてＣｒＫα線についてのブラッグの法則を満足することにはならない。そこで、その誤差を検討する。
【００２３】
第２の放物線５２に沿って理想的な周期ｄとなっているような第２の多層膜ミラー５４における各地点でのＸ線入射角をθ１とする。一方、第１の多層膜ミラー５０を第２の放物線５２に沿うように湾曲させて、この第１の多層膜ミラー５０の各地点の周期ｄに応じてＣｒＫα線が回折するようなＸ線入射角をθ２とする。このθ１とθ２の角度誤差の計算結果を図１２に示す。多層膜ミラーの最近端（距離Ｘ＝８０ｍｍ）から最遠端（距離Ｘ＝１２０ｍｍ）までの範囲での角度誤差は０．００８６〜０．００７７度となった。すなわち、角度誤差は０．０１度未満である。一方で、多層膜ミラーによる反射ピークの半価幅は約０．０５度である。したがって、理想的な入射角度に対して０．０１度未満の角度ずれがあっても、これは多層膜ミラーの半価幅よりもかなり小さいので、この多層膜ミラーによって問題なく反射して、出射ビームを得ることができる。Ｘ線強度についても理想状態に対して９０％程度であって、強度低下もそれほど大きくなく、十分使用可能範囲である。以上のような検討結果に基づいて、ＣｕＫα線用に設計された傾斜周期ｄを有する多層膜ミラーを、曲率を変えるだけで、ＣｒＫα線の多層膜ミラーとしても兼用できることがわかった。
【００２４】
次に、残る問題は、図３に示すように近接した二つの焦点Ｆ１、Ｆ２からＣｕとＣｒの特性Ｘ線を別個に発生させるようなＸ線源を準備することである。以下に、このような複焦点型のＸ線源について説明する。
【００２５】
まず、異なる特性Ｘ線を発生させることのできる従来のＸ線管を説明する。図５は従来のゼブラ型の回転対陰極である。Ｃｕターゲット５６とＣｒターゲット５８を円周方向に沿って交互に配置している。フィラメント６０から電子ビーム６２が回転対陰極６４に照射されると、Ｃｕターゲット５６からのＸ線とＣｒターゲット５８からのＸ線が混じった状態でＸ線ビーム６６として取り出される。この場合は、Ｘ線取り出し方向から見れば同じ焦点位置からＣｕターゲット５６からのＸ線とＣｒターゲット５８からのＸ線が発生していることになる。これでは、図３のような用途には使えない。
【００２６】
次に、参考例で使用する複焦点型の回転対陰極Ｘ線管を説明する。図６は回転対陰極６８の外周面に環状の溝７０を複数個並列に設けたものである。この回転対陰極６８はカップ状のＣｒ製のベース７１（内部は水冷される）の外周面にＣｕ製の外層７２を被覆したものである。そして、外層７２の厚さよりも深く溝７０を加工することで、溝７０の底面にベース７１の材質のＣｒが露出している。外層７２の被覆方法としては拡散接合や蒸着などを用いる。
【００２７】
図８（ａ）は図６の回転対陰極６８の側面図（左半分を断面図にしたもの）である。円筒状の回転対陰極６８の外径は１００ｍｍである。溝７０の深さは図３の距離Ｇと同じにしてあり、２．２５ｍｍである。溝７０の幅は２ｍｍである。図８（ｂ）はＸ線の取り出し方向から見た焦点の形状である。外層７２の表面（Ｃｕ）から発生するＸ線７４と、溝７０の底面（Ｃｒ）から発生するＸ線７６は、距離Ｇだけ離れている。ところで、溝７０は環状になっているので、Ｘ線７４、７６は、その断面の縦方向において、Ｘ線が全く発生しない部分７８が生じてしまう。
【００２８】
そこで、このような欠点をなくすために、図７の回転対陰極６８ａでは溝７０ａをらせん状に形成している。図８（ｃ）は図７の回転対陰極６８ａの側面図（左半分を断面図にしたもの）である。溝７０ａの深さＧは２．２５ｍｍ、幅は２ｍｍである。図８（ｄ）はその場合のＸ線取り出し方向から見た焦点の形状である。この場合は、回転対陰極６８ａが回転することによって、Ｘ線７４ａ、７６ａは、その断面の縦方向において一様なＸ線強度が得られる。
【００２９】
別の製造方法として、図８（ｃ）のような形状に回転対陰極の全体をＣｕで製造し、その後、溝７０ａの底面だけにＣｒを蒸着してもよい。
【００３０】
図９は複焦点型の回転対陰極の別の例である。図９（ａ）は回転対陰極の製造途中の状態を示す横断面図（回転軸に垂直な断面図）である。この回転対陰極は、まず、カップ状のＣｒ製のベース７１ｂの外周面にＣｕ製の外層７２ｂを被覆する。次に、図９（ｂ）に示すように、周方向の３個所において外周面を加工してＣｒを露出させる。これによって、大径部分７８と小径部分８０が周方向に交互に配置された状態になる。なお、小径部分８０からのＸ線を矢印８２の方向に取り出すときに大径部分７８が邪魔にならないように、大径部分７８の裾８４を接線方向にカットしている。大径部分７８に電子ビームが当たるときはＣｕの特性Ｘ線が発生し、小径部分８０に電子ビームが当たるときはＣｒの特性Ｘ線が発生する。図９（ｃ）は図９（ｂ）の回転対陰極の側面断面図である。大径部分７８と小径部分８０の半径の差はＧであり、これは図８における溝の深さＧと同じである。図９（ｄ）はＸ線の取り出し方向から見た焦点の形状である。図８（ｄ）と同様の焦点形状となる。なお、３等分以外のｎ等分（ｎ＝正の整数）にしても構わない。
【００３１】
図８（ｃ）や図９（ｃ）に示したような複焦点型の回転対陰極Ｘ線管を使うことによって、Ｘ線管の位置及び姿勢を全く変えずに、図３のように、異なる焦点位置から２種類の波長のＸ線を取り出すことが可能となる。
【００３２】
次に、図３で使用している多層膜ミラー５０について詳しく説明する。図１０は多層膜ミラー５０の外形曲線を示す平面図である。この多層膜ミラーは、ミラーを構成する基板の一端（図の左端）を壁面に固定して、先端のＨ点（図の右端）を自由端として、ここに荷重をかけて基板を湾曲させるものである。Ｕは壁（図１０の左端）からの距離、Ｖは基板の幅方向の中心からの距離（幅の２分の１）である。基板の外形曲線８６を図１６の（１）式のようにすると（この点は後述する）、先端に荷重Ｗをかけたときに基板の湾曲面がＣｕＫα線を反射するような放物面となる。
【００３３】
次に、外形曲線８６を求める手順を説明する。まず、ＣｕＫα線を反射させる第１放物線４８（図２を参照）を求めて、その曲率半径Ｒ１（図２の距離Ｘに依存して変化する）を計算する。次に、図１６の（２）式を用いて基板（片持ち梁）の曲率半径を計算する。すなわち、図１６の（２）式において、パラメータａ、ｂ、Ｗを変えて、使用予定の反射領域（４０ｍｍ×２０ｍｍ。図１０のハッチングで示した領域）の各位置での曲率半径を計算する。この曲率半径が上述の曲率半径Ｒ１にできるだけ一致するように、最適なａ、ｂ、Ｗを求める。これにより、各距離Ｕにおけるａの数値が得られる。このａの数値（図１０のＶに相当する）を距離Ｕの５次式の関数で近似すると、図１６の（１）式が得られる。この数式をＮＣ制御の工作機械にセットすれば外形曲線８６を加工することができる。この多層膜ミラーの先端に荷重Ｗをかけると、少なくとも反射領域（４０ｍｍ×２０ｍｍ）の部分は、第１放物線４８に沿うように湾曲する。そのときの平面状態からの先端の変位量は０．２５ｍｍとなる。
【００３４】
なお、上述の曲率Ｒ１をＣｒＫα線用の曲率Ｒ２に変えて、図１６の（１）式に相当する数式を求めれば、ＣｒＫα線用の多層膜ミラーの外形曲線が得られる。これをＣｕＫα線用の外形曲線８６と比較すると、その誤差は最大で約１０μｍであり、これは加工誤差の範囲内である。したがって、ＣｕＫα線用の多層膜ミラーとＣｒＫα線用の多層膜ミラーとで、同じ外形曲線を用いても、実用上の差異はない。
【００３５】
図１１は多層膜ミラーの曲率を変更するための機構の一例を示す斜視図である。多層膜ミラー５０の基端は固定台８８に固定されている。多層膜ミラー５０の先端は押し棒９０で押し上げられるようになっている。押し棒９０に与える荷重を調整する（実際には押し棒９０の変位を調整する）ことで、多層膜ミラー５０の湾曲面（放物面となる）の曲率を変えることができる。図１１において、ミラー５０が湾曲する側（図１１の上側）に多層膜が形成されている。押し棒９０の移動機構と固定台８８は回転台９２に取り付けられている。回転台９２をその中心線９４の周りに回転させると、多層膜ミラー５０のＸ線源に対する姿勢（取り付け角度）を変えることができる。
【００３６】
多層膜ミラーの曲率を変えるための機構は図１１に示すものに限られない。例えば、多層膜ミラーをその長手方向の両端から中心に向かって互いに押して湾曲させる方式や、多層膜ミラーの上面を４本の棒で支持して多層膜ミラーの両端を下から押し棒で押し上げて湾曲させる方式（４点ベンディング法）などを採用してもよい。
【００３７】
図４は図１０に示す多層膜ミラーを所望の放物線９６に沿わせるように湾曲させる作業を示す説明図である。多層膜ミラー５０を放物線９６に沿わせるには、まず、多層膜ミラー５０の基端のＪ点を放物線９６の位置に載せる。次に、図１１の回転台９２を回転させることで、多層膜ミラー５０のＪ点における傾斜を放物線９６の傾斜に一致させる。次に、多層膜ミラー５０の先端のＨ点を矢印８２の方向に押して、先端のＨ点が放物線９６の上に来るようにする。これで、多層膜ミラー５０の湾曲面は放物線９６に沿うような放物面となる。多層膜ミラー５０の長さは６５ｍｍであるが、実際に使用する範囲は、Ｘ線源からの距離Ｘが約８０〜１２０ｍｍの範囲である。
【００３８】
次に、このＸ線分光装置の使用方法の一例（参考例）を説明する。図３において、Ｘ線源としては図８（ｃ）に示す複焦点型の回転対陰極６８ａを有するＸ線管を使用する。また、第１の多層膜ミラー５０としては図１０に示す多層膜ミラーを用いる。まず、回転対陰極のＣｕ焦点が焦点位置Ｆ１になるように、かつ、Ｃｒ焦点が焦点位置Ｆ２になるように、Ｘ線管を位置決めする。次に、図４に示した作業手順で、第１の多層膜ミラー５０を第１放物線４８に沿うように湾曲させる。この状態でＸ線管からＸ線を発生させると、焦点位置Ｆ１から発生したＣｕＫα線が第１の多層膜ミラー５０で反射して、平行Ｘ線ビームとなって図３の右方向に取り出される。このＣｕＫα線を用いて、例えば薄膜試料のＸ線回折測定を実施する。焦点位置Ｆ２から発生したＣｒＫα線は第１の多層膜ミラー５０に当たってもブラッグの法則を満足しないので、ＣｒＫα線はこのＸ線分光装置からは出ていかない。
【００３９】
次に、ＣｒＫα線を取り出すようにＸ線分光装置を変更する。Ｘ線管はそのままの位置及び姿勢でよく、第１の多層膜ミラー５０の姿勢（傾斜角）と曲率だけを変更する。すなわち、第１の多層膜ミラー５０を第２放物線５２に沿うように傾斜させ、かつ、湾曲させる。この場合、ＣｒＫα線用の第２の多層膜ミラー５４を使うのではなくて、第１の多層膜ミラー５０をそのまま使って、その傾斜と曲率を第２放物線５２に沿うように変更する。このとき、第１の多層膜ミラー５０の先端（図１０のＨ点）における平面状態からの変位量は０．２８ｍｍである。ところで、ＣｕＫα線用に湾曲させたときは先端における平面状態からの変位量は上述のように０．２５ｍｍであったので、ＣｕＫα線からＣｒＫα線に変更するときに、多層膜ミラーの先端の変位量を０．０３ｍｍだけ増加させることになる。
【００４０】
この場合、本来の第２の多層膜ミラー５４を使う場合と比較して、図１２に示すような角度誤差が生じるが、この角度誤差は上述のように許容範囲内である。この状態でＸ線管からＸ線を発生させると、焦点位置Ｆ２から発生したＣｒＫα線が、第２放物線５２に沿うように湾曲した多層膜ミラーで反射して、平行Ｘ線ビームとなって図３の右方向に取り出される。最初のＣｕＫα線の取り出し位置及び取り出し方向と、次のＣｒＫα線の取り出し位置及び取り出し方向は、試料から見てほぼ同じであるから、試料の位置を変えずに２種類の波長のＸ線を使って測定ができる。
【００４１】
上述の説明では、２種類の波長としてＣｕＫα線とＣｒＫα線の組み合わせを用いているが、別の組み合わせでもかまわない。例えば、ＣｕＫα線とＣｕＫβ線の組み合わせでも適用できる。その場合は、材質をＣｕだけにして複焦点型の回転対陰極を作ればよい。この場合に使用する回転対陰極を図１７に示す。図１７（ａ）はそのような回転対陰極の側面図（左半分を断面図にしたもの）である。溝の幅Ｑは６ｍｍであり、山の幅Ｐも６ｍｍである。図１７（ｂ）は図１７（ａ）のＳ部の拡大図である。溝の深さＧは０．４５ｍｍである。ＣｕＫα線とＣｒＫα線の組み合わせの場合は、図３における距離Ｇを０．４５ｍｍにすることで多層膜ミラーの位置を同じにすることができる。この回転対陰極では、対陰極の厚さｔを、図１７（ｂ）に示すように、山の部分でも溝の部分でも均一にしている。すなわち、どの部分でも厚さｔが２ｍｍになるようにしている。これによって、肉厚をできる限り薄く、かつ、均一にできて、回転対陰極の冷却効率を高めることができる。
【００４２】
また、上述の説明では、ＣｕＫα線用の周期ｄを有する多層膜ミラーを作って、これをＣｒＫα線用の多層膜ミラーとして兼用させているが、ＣｕＫα線用の周期ｄとＣｒＫα線用の周期ｄの中間の周期ｄを有するような多層膜ミラーを作って、これをＣｕＫα線とＣｒＫα線に兼用してもよい。
【００４３】
次に、この発明（単焦点型のＸ線源を使うタイプ）のＸ線分光方法を説明する。図１３は単焦点型のＸ線源を使うタイプのＸ線分光方法の原理を示す説明図である。図３のＸ線分光方法と大きく異なる点は、次の２点である。第１の相違点は、二つの波長のＸ線は同じ焦点位置Ｆから発生することである。第２の相違点は、波長を変更するときに、多層膜ミラーの姿勢（傾斜角）と曲率を変えることに加えて、取り付け位置もシフトさせることである。二つの波長に対して同じ多層膜ミラーを用いる点は図３の場合と同じである。このタイプのＸ線分光方法は、二つの波長が非常に接近している場合に有効である。二つの波長が離れていると、多層膜ミラーから取り出す二つの波長のＸ線ビームの取り出し位置が離れてしまうので、適用することができない。二つの波長が比較的離れている場合は、図３のＸ線分光方法を使うことになる。
【００４４】
図１３において、第１放物線９８はＣｕターゲットの特性Ｘ線のひとつであるＣｕＫα線を反射するような放物線である。第２放物線１００はＣｕターゲットの別の特性Ｘ線であるＣｕＫβ線を反射するような放物線である。多層膜ミラー１０２はＣｕＫα線を反射するように設計されたミラー（図１０に示すもの）であり、これをＣｕＫβ線に対しても共通に使用する。
【００４５】
図１３において、ＣｕＫα線を取り出す場合は、第１放物線９８に沿うように多層膜ミラー１０２を湾曲させる。そして、多層膜ミラー１０２から取り出される平行Ｘ線ビームを出射スリット１０４で絞ってから最終的に取り出すようにする。すなわち、多層膜ミラー１０２から出てくる平行Ｘ線ビームは幅Ｍの範囲となるが、これを出射スリット１０４の開口幅で絞って最終的に取り出すことになる。
【００４６】
次に、ＣｕＫβ線を取り出す場合には、第２放物線１００に載るように多層膜ミラー１０２の最近端をＤ点からＣ点にシフトしてから、この多層膜ミラー１０２を第２放物線１００に沿うように回転させ、かつ、湾曲させる。この場合は、多層膜ミラー１０２から取り出される平行Ｘ線ビームは幅Ｎの範囲となるが、やはり、出射スリット１０４の開口幅で絞って最終的に取り出す。したがって、出射スリット１０４は、ＣｕＫα線の平行Ｘ線ビームとＣｕＫβ線の平行Ｘ線ビームとが互いに重なり合う領域を取り出すように設計されている。この実施形態では出射スリット１０４の開口幅は０．５ｍｍである。この出射スリット１０４を使うことにより、ＣｕＫα線とＣｕＫβ線は、試料から見て、同じ取り出し位置と取り出し方向で取り出されることになる。ゆえに、試料の位置を同じにしたままで、ＣｕＫα線とＣｕＫβ線の両方で別個に測定できる。
【００４７】
図１３において、ＣｕＫα線とＣｕＫβ線を別個に取り出す場合に、Ｘ線源の焦点位置は同じでよいので、通常のＣｕターゲットのＸ線管を用いることができる。このＸ線管の位置と姿勢は常に同じままでよい。
【００４８】
図１４は図１３のＸ線分光装置の分光特性を示すグラフである。このグラフは、図１３のＸ線分光装置を使って取り出した平行Ｘ線ビームを、Ｓｉ（００４）からなる結晶モノクロメータを使って角度分光した回折パターンである。横軸がＳｉ（００４）モノクロメータによる回折角度（２θ）であり、縦軸が回折Ｘ線の強度（単位はｃｐｓ）である。実線で示す曲線は、図１３のＸ線分光装置で取り出したＣｕＫβ線の分光パターンであり、破線で示す曲線はＣｕＫα線の分光パターンである。実線で示す曲線においては、ＣｕＫβ線のピークほかに、わずかにＣｕＫα１、ＣｕＫα２が出ているが、これは実用上無視してもよい程度の強度である。このように、この分光方法によれば、同一の多層膜ミラーを使ってＣｕＫα線とＣｕＫβ線を別個に取り出すことが可能になった。
【００４９】
ＣｕＫα線とＣｕＫβ線を用いてＸ線分析を行う例としては、次のような場合が考えられる。ＣｕＫα線を用いて試料の格子定数を精密に求める場合に、低角反射の測定が必要となるような試料では、ＣｕＫα１線とＣｕＫα２線の波長が重なり合って、その比率が測定角度範囲内で変化する。そのような場合に、正確な格子定数を求めようとすると、高度な技術を要する。このような試料に対しては、低角反射についてはＣｕＫβ線で測定することにより、正確な格子定数の測定が可能になる。この発明によれば、Ｘ線源を移動することなく、かつ、試料の位置も動かすことなく、同一の多層膜ミラーの曲率等を変更するだけで、Ｘ線の波長を切り換えることができるので、迅速に測定ができる。
【符号の説明】
【００５０】
４８  第１放物線
５０  第１の多層膜ミラー
５２  第２放物線
５４  第２の多層膜ミラー
６８  回転対陰極
７０  溝
７１  ベース
７２  外層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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