(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に多層膜を堆積させたＸ線分光素子において、
直交座標ｘｙｚについて、ｘ２  ／ａ２  −ｙ２  ／ｂ２  ＝１で表される２葉の双曲柱面の一方における焦点を囲う側の一部を回折面とし、
多層膜の周期長が、回折面上の任意の点において、前記２葉の双曲柱面のｚ方向に延びる線状の２焦点のうち前記回折面が属する双曲柱面に囲われる一方の焦点からｚ方向に垂直に出射した回折すべき波長のＸ線を、回折面で回折して、他方の焦点からｚ方向に垂直に出射したように発散させるよう設定されていることを特徴とするＸ線分光素子。
【請求項２】
基板上に多層膜を堆積させたＸ線分光素子において、
直交座標ｘｙｚについて、ｘ２  ／ａ２  −ｙ２  ／ｂ２  −ｚ２  ／ｂ２  ＝１で表される２葉の回転双曲面の一方における焦点を囲う側の一部を回折面とし、
多層膜の周期長が、回折面上の任意の点において、前記２葉の回転双曲面の点状の２焦点のうち前記回折面が属する回転双曲面に囲われる一方の焦点から出射した回折すべき波長のＸ線を、回折面で回折して、他方の焦点から出射したように発散させるよう設定されていることを特徴とするＸ線分光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発散Ｘ線を生成できるＸ線分光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｘ線回折分析においては、図２に示すように、線状のＸ線源（Ｘ線管のターゲット上の線状焦点）２０から広がって出射されるＸ線を、発散スリット２２を用いて発散角γを絞って、試料２３の試料面２３ａにできるだけ広く照射するように制限している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、発散角γは例えば１度程度の微小な角度であり、Ｘ線源２０から出射されるＸ線のごく一部２１しか利用しないので、試料面２３ａに照射されるＸ線２１の強度が、正確な分析にはいまひとつ不十分となる場合がある。かといって、発散角γを大きくすると、試料面２３ａに照射されるＸ線２１の平行性が薄れ、分析が不正確となる。
【０００４】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、微小な発散角でかつ強度も十分な発散Ｘ線を生成できるＸ線分光素子を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１のＸ線分光素子は、基板上に多層膜を堆積させたＸ線分光素子において、まず、直交座標ｘｙｚについて、ｘ２  ／ａ２  −ｙ２  ／ｂ２  ＝１で表される２葉の双曲柱面の一方における焦点を囲う側の一部を回折面とする。そして、多層膜の周期長が、回折面上の任意の点において、前記２葉の双曲柱面のｚ方向に延びる線状の２焦点のうち前記回折面が属する双曲柱面に囲われる一方の焦点からｚ方向に垂直に出射した回折すべき波長のＸ線を、回折面で回折して、他方の焦点からｚ方向に垂直に出射したように発散させるよう設定されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項１のＸ線分光素子によれば、一方の焦点に置かれた線状のＸ線源から出射し例えば２度ないし５度程度の発散角に絞られたＸ線を受けて回折し、他方の焦点から１度程度の発散角で出射したように発散させるので、微小な発散角でかつ強度も十分な発散Ｘ線を生成できる。
【０００７】
請求項２のＸ線分光素子は、基板上に多層膜を堆積させたＸ線分光素子において、まず、直交座標ｘｙｚについて、ｘ２  ／ａ２  −ｙ２  ／ｂ２  −ｚ２  ／ｂ２  ＝１で表される２葉の回転双曲面の一方における焦点を囲う側の一部を回折面とする。そして、多層膜の周期長が、回折面上の任意の点において、前記２葉の回転双曲面の点状の２焦点のうち前記回折面が属する回転双曲面に囲われる一方の焦点から出射した回折すべき波長のＸ線を、回折面で回折して、他方の焦点から出射したように発散させるよう設定されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２のＸ線分光素子によれば、一方の焦点に置かれた点状のＸ線源から出射し例えば２度ないし５度程度の発散角に絞られたＸ線を受けて回折し、他方の焦点から１度程度の発散角で出射したように発散させるので、微小な発散角でかつ強度も十分な発散Ｘ線を生成できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態であるＸ線分光素子を説明する。図１に示すように、このＸ線分光素子１は、基板２上に多層膜３を堆積させたＸ線分光素子１において、まず、直交座標ｘｙｚ（ｚ軸は原点Ｏを通り、紙面垂直手前向き）について、ｘ２  ／ａ２  −ｙ２  ／ｂ２  ＝１で表される紙面垂直方向に延びる２葉の双曲柱面Ｈ１  ，Ｈ２  の一方Ｈ１  における焦点Ｆ１  を囲う側の一部を回折面１ａとする。そして、多層膜３の周期長ｄ０  が、回折面１ａ上の任意の点において、前記２葉の双曲柱面Ｈ１  ，Ｈ２  のｚ方向に延びる線状の２焦点Ｆ１  ，Ｆ２  のうち前記回折面１ａが属する双曲柱面Ｈ１  に囲われる一方の焦点Ｆ１  からｚ方向に垂直に（例えば紙面に沿って）出射した回折すべき波長のＸ線４Ａ，４Ｂを、回折面１ａで回折して、他方の焦点Ｆ２  からｚ方向に垂直に出射したように発散させるよう設定されている。このような人工多層膜３は、たとえばタングステン層とシリコン層とを交互に蒸着することにより、形成でき、１組のタングステン層およびシリコン層の厚さの和が、多層膜３の周期長ｄ０  となる。なお、図１においては、図示の容易のため、多層膜３のうち３組の層のみ示している。
【００１０】
すなわち、多層膜３は、双曲柱面Ｈ１  の一部をなす回折面１ａ上の任意の点において、一方の焦点Ｆ１  に置かれた線状のＸ線源から出射した波長λのＸ線４を、入射角θで受けて同じ角度の反射角θで回折、反射するよう設定されている。ここで、回折面１ａの形状、焦点Ｆ１  の位置は既知であるから、回折面１ａ上の任意の点それぞれにおいて入射角（反射角）θは幾何学的に一義的に決まり、また、回折すべきＸ線４の波長λも既知であるから、多層膜３の周期長を特徴付けるいわゆるｄ値は、次式（１）のブラッグの条件を満たす。
【００１１】
２ｄ  ｓｉｎθ＝ｎλ    （ｎは回折次数で正整数）                …（１）
【００１２】
式（１）中の  ｓｉｎθは、回折面１ａの形状を示す前記双曲柱面の式から導出され、これを式（１）に代入してｎ＝１とすると、ｄ値は、回折面上の任意の点Ｐ（ｘ１  ，ｙ１  ，ｚ１  ）において、次式（２）で表される。
【００１３】
ｄ＝λ（ｘ１２＋ｙ１２−ａ２  ＋ｂ２  ）１／２  ／２ｂ                  …（２）
【００１４】
ｄ値は、基板２上に多層膜３を形成する際の蒸着時間やマスキング等の条件を変えて制御することができるので、第１実施形態のＸ線分光素子１は、前述した焦点Ｆ１  から出射した波長λのＸ線４を回折するという回折現象を起こすような多層膜３の形成条件を見出して調整することにより、作製することができる。
【００１５】
ただし、このｄ値は、Ｘ線の屈折現象により、厳密には多層膜３の実際の周期長ｄ０  とは一致せず、次式（３）の関係があることが知られている。
【００１６】
ｄ＝ｄ０  ［１−（２δ−δ２  ）／  ｓｉｎ２  θ］１／２                  …（３）
【００１７】
すなわち、前述したように所望の回折現象を起こすように多層膜３の形成条件を調整して、第１実施形態のＸ線分光素子１を作製すれば、その実際の多層膜３の周期長ｄ０  は、式（３）を満たすものとなる。なお、式（３）中のδは、多層膜３の組成等から決まる屈折率である。
【００１８】
第１実施形態のＸ線分光素子１によれば、図１に示すように、一方の焦点Ｆ１  に置かれた線状のＸ線源から出射し例えば２度ないし５度程度の発散角ψに絞られたＸ線４を受けて回折し、他方の焦点Ｆ２  から１度程度の発散角γで出射したように発散させることができる。すなわち、例えば１度程度の発散角γのＸ線を試料に照射するのに、Ｘ線源から出射したＸ線を絞る角度は、１度でなく例えば２度ないし５度程度でよく、Ｘ線源から出射したＸ線を、従来の２倍ないし５倍程度の効率で利用できる。したがって、微小な発散角γでかつ強度も十分な発散Ｘ線を生成できる。
【００１９】
つぎに、本発明の第２実施形態であるＸ線分光素子を説明する。図１に示すように、このＸ線分光素子１１は、基板１２上に多層膜１３を堆積させたＸ線分光素子１１において、まず、直交座標ｘｙｚについて、ｘ２  ／ａ２  −ｙ２  ／ｂ２  −ｚ２  ／ｂ２  ＝１で表される２葉の回転双曲面Ｈ３  ，Ｈ４  の一方における焦点Ｆ３  を囲う側の一部を回折面１１ａとする。すなわち、第２実施形態のＸ線分光素子１１においては、図１に２点鎖線で示された双曲線を、ｘ軸を中心として回転させた回転双曲面Ｈ３  の一部を回折面１１ａとし、図１は断面図となる。そして、多層膜１３の周期長ｄ０  が、回折面上の任意の点において、前記２葉の回転双曲面Ｈ３  ，Ｈ４  の点状の２焦点Ｆ３  ，Ｆ４  のうち前記回折面１１ａが属する回転双曲面Ｈ３  に囲われる一方の焦点Ｆ３  から出射した回折すべき波長のＸ線１４Ａ，１４Ｂを、回折面１１ａで回折して、他方の焦点Ｆ４  から出射したように発散させるよう設定されている。
【００２０】
すなわち、多層膜１３は、回転双曲面Ｈ３  の一部をなす回折面１１ａ上の任意の点において、一方の焦点Ｆ３  に置かれた点状のＸ線源から出射した波長λのＸ線１４を、入射角θで受けて同じ角度の反射角θで回折、反射するよう設定されている。ここで、回折面１１ａの形状、焦点Ｆ３  の位置は既知であるから、回折面１１ａ上の任意の点それぞれにおいて入射角（反射角）θは幾何学的に一義的に決まり、また、回折すべきＸ線１４の波長λも既知であるから、多層膜１３の周期長を特徴付けるいわゆるｄ値は、第１実施形態のＸ線分光素子１と同様に、前式（１）のブラッグの条件を満たす。
【００２１】
式（１）中の  ｓｉｎθは、回折面１１ａの形状を示す前記回転双曲面の式から導出され、これを式（１）に代入してｎ＝１とすると、ｄ値は、回折面上の任意の点Ｐ（ｘ１  ，ｙ１  ，ｚ１  ）において、次式（４）で表される。
【００２２】
ｄ＝λ（ｘ１２＋ｙ１２＋ｚ１２−ａ２  ＋ｂ２  ）１／２  ／２ｂ            …（４）
【００２３】
第２実施形態のＸ線分光素子１１も、焦点Ｆ３  から出射した波長λのＸ線１４を回折するという回折現象を起こすような多層膜１３の形成条件を見出して調整することにより、作製することができる。ただし、第１実施形態のＸ線分光素子１と同様に、ｄ値は、Ｘ線の屈折現象により、厳密には多層膜１３の実際の周期長ｄ０  とは一致せず、前式（３）の関係がある。すなわち、所望の回折現象を起こすように多層膜１３の形成条件を調整して、第２実施形態のＸ線分光素子１１を作製すれば、その実際の多層膜１３の周期長ｄ０  は、式（３）を満たすものとなる。
【００２４】
第２実施形態のＸ線分光素子１１によれば、一方の焦点Ｆ３  に置かれた点状のＸ線源から出射し例えば２度ないし５度程度の発散角ψに絞られたＸ線１４を受けて回折し、他方の焦点Ｆ４  から１度程度の発散角γで出射したように発散させることができる。すなわち、例えば１度程度の発散角γのＸ線を試料に照射するのに、Ｘ線源から出射したＸ線を絞る角度は、１度でなく例えば２度ないし５度程度でよく、Ｘ線源から出射したＸ線を、従来の２倍ないし５倍程度の効率で利用できる。したがって、微小な発散角γでかつ強度も十分な発散Ｘ線を生成できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、微小な発散角でかつ強度も十分な発散Ｘ線を生成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１または第２実施形態であるＸ線分光素子を示す正面図または断面図である。
【図２】従来のＸ線回折分析装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１１…Ｘ線分光素子、１ａ，１１ａ…回折面、２，１２…基板、３，１３…多層膜、４，１４…一方の焦点から出射した回折すべき波長のＸ線、ｄ０  …多層膜の周期長、Ｆ１  ，Ｆ２  …線状の焦点、Ｆ３  ，Ｆ４  …点状の焦点、Ｈ１  ，Ｈ２  …双曲柱面、Ｈ３  ，Ｈ４  …回転双曲面。
【図１】
0003593605.tif 000002
【図２】
0003593605.tif 000003