(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線吸収分光を実施するための方法であって、
原子元素の吸収端に対応するエネルギーよりも０．１％高く且つ前記エネルギーを含むエネルギー帯域幅を有するＸ線ビームを用いて、対象物を照射することと、
単結晶分光計を用いて、３ｅＶよりも高い第１のエネルギー分解能で、前記吸収端を含む第１のエネルギー帯域幅に亘って、前記対象物から第１のＸ線吸収スペクトルを取得することと、
モザイク結晶分光計を用いて、前記第１のエネルギー分解能よりも低い第２のエネルギー分解能で、前記第１のエネルギー帯域幅よりも広い第２のエネルギー帯域幅に亘って、前記対象物から第２のＸ線吸収スペクトルを取得することと、
前記第１のＸ線吸収スペクトルおよび前記第２のＸ線吸収スペクトルを処理することによって、第３のＸ線吸収スペクトルを生成することとを含み、前記第１のＸ線吸収スペクトルに対応する前記第１のエネルギー帯域幅内の前記第２のＸ線吸収スペクトルは、前記第１のＸ線吸収スペクトルを用いて精密化される、方法。
【請求項２】
少なくとも１つの反射Ｘ線集光キャピラリレンズを用いて、前記Ｘ線ビームを前記対象物に集光させることをさらに含み、
前記Ｘ線ビームの前記エネルギー帯域幅は、前記吸収端を含み、前記吸収端よりも１００ｅＶ高いエネルギーを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記単結晶分光計は、少なくとも分散面で湾曲した単結晶を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のＸ線吸収スペクトルを取得することは、前記対象物、前記単結晶および空間分解検出装置をオフローランド円形状に配置すると共に、前記空間分解検出装置を用いて、前記単結晶によって分散されたＸ線を検出することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記モザイク結晶分光計は、少なくとも矢状方向に湾曲したモザイク結晶を含み、
前記第２のＸ線吸収スペクトルを取得することは、前記モザイク結晶および空間分解検出装置をＶｏｎ  Ｈａｍｏｓ形状に配置すると共に、前記空間分解検出装置を用いて、前記モザイク結晶によって分散されたＸ線を検出することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
Ｘ線吸収分光を実施するためのシステムであって、
Ｘ線源と、
検査される対象物を支持するように構成された支持台と、
前記Ｘ線源からの、前記対象物から検出される原子元素の吸収端に対応するＸ線エネルギーよりも０．１％高いエネルギー帯域幅を有するＸ線を収集するように構成された少なくとも１つのＸ線集光レンズとを備え、前記エネルギー帯域幅は、前記吸収端に対応する前記Ｘ線エネルギーを含み、前記少なくとも１つのＸ線集光レンズは、前記収集されたＸ線の一部を、５００μｍ未満の集光サイズを有する前記対象物上の集光スポットに集光させるようにさらに構成され、
３ｅＶよりも高いエネルギー分解能を有する少なくとも１つの単結晶分光計を備え、
前記少なくとも１つの単結晶分光計は、
少なくとも分散方向に湾曲した少なくとも１つの単結晶解析装置と、
前記対象物を透過したＸ線を検出するように構成された少なくとも１つの空間分解Ｘ線検出装置とを含み、
前記集光スポット、前記少なくとも１つの単結晶解析装置および前記少なくとも１つの空間分解Ｘ線検出装置は、オフローランド円形状に配置される、システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのＸ線集光レンズは、内側反射面を有するＸ線キャピラリレンズを含み、
前記内側反射面の少なくとも一部は、二次曲面の一部である、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つのＸ線集光レンズの反射面は、多層コーティングを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記Ｘ線源は、複数のＸ線ターゲット材料と、電子ビームを発生し、前記電子ビームを用いて前記複数のＸ線ターゲット材料から選択されたＸ線ターゲット材料を照射するように構成された電子ビーム発生装置とを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
Ｘ線吸収分光を実施するためのシステムであって、
Ｘ線源と、
検査される対象物を支持するように構成された支持台と、
前記Ｘ線源からのＸ線を収集し、収集された前記Ｘ線の少なくとも一部を、前記対象物上の５００μｍ未満の集光サイズを有する集光スポットに集光させるように構成された少なくとも１つのＸ線集光レンズと、
少なくとも１つの空間分解Ｘ線検出装置と、
少なくとも分散方向に湾曲した少なくとも１つの単結晶とを備え、前記集光スポット、前記少なくとも１つの単結晶および前記少なくとも１つの空間分解Ｘ線検出装置は、オフローランド円形状に配置されるように構成され、
少なくとも矢状方向に湾曲した少なくとも１つのモザイク結晶を備え、前記集光スポット、前記少なくとも１つのモザイク結晶およびおよび前記少なくとも１つの空間分解Ｘ線検出装置は、Ｖｏｎ  Ｈａｍｏｓ形状に配置されるように構成され、
前記単結晶を用いて得られた単結晶Ｘ線吸収スペクトルおよび前記モザイク結晶を用いて得られたモザイク結晶Ｘ線吸収スペクトルを正規化および調整することによって、複合のＸ線吸収スペクトルを生成するように構成された処理システムを備え、
前記単結晶Ｘ線吸収スペクトルに対応するエネルギー帯域幅内の前記モザイク結晶Ｘ線吸収スペクトルは、前記単結晶Ｘ線吸収スペクトルを用いて精密化される、Ｘ線吸収分光システム。
【請求項１１】
前記単結晶Ｘ線吸収スペクトルは、１０ｅＶ〜１００ｅＶのエネルギー帯域幅で３ｅＶよりも高いエネルギー分解能を有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記モザイク結晶Ｘ線吸収スペクトルは、１００ｅＶを超えるエネルギー帯域幅で３ｅＶよりも低いエネルギー分解能を有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのＸ線集光レンズは、前記Ｘ線源から、所定の原子元素の吸収端よりも０．１％高く且つ前記所定の原子元素の前記吸収端を含むエネルギー帯域幅を有するＸ線を収集するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのＸ線集光レンズは、内側反射面を有するＸ線キャピラリレンズを含み、
前記内側反射面の少なくとも一部は、二次曲面の一部である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記内側反射面の前記一部は、２６よりも大きい原子番号を有する材料でコーティングされ、軸対称である、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記対象物を透過したＸ線を選択的に通過させ、前記対象物からの蛍光Ｘ線を通過させないように構成された絞りをさらに備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
前記Ｘ線源は、複数のＸ線ターゲット材料と、電子ビームを発生し、前記電子ビームを用いて前記複数のＸ線ターゲット材料から選択されたＸ線ターゲット材料を照射するように構成された電子ビーム発生装置とを含む請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
前記集光スポット、前記単結晶および前記少なくとも１つの空間分解Ｘ線検出装置は、前記集光スポットと前記単結晶との間の距離を変更することによって、前記単結晶Ｘ線吸収スペクトルの前記エネルギー帯域幅を選択するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１のＸ線吸収スペクトルは、Ｘ線吸収端近傍構造（ＸＡＮＥＳ）スペクトルの少なくとも一部を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２のＸ線吸収スペクトルは、少なくとも拡張Ｘ線吸収微細構造（ＥＸＡＦＳ）データを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本特許出願は、２０１７年３月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／４７５２１３号の優先権を主張し、２０１６年９月１９日に出願され、現在米国特許第９５７０２６５号として発行された米国特許出願第１５／２６９８５５号の一部継続出願である、２０１７年２月１４日に出願された米国特許出願第１５／４３１７８６号の一部継続出願であり且つ２０１６年５月２７日に出願された米国特許出願第１５／１６６２７４号の一部継続出願であり、これらの出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。また、米国特許出願第１５／２６９８５５号は、２０１３年１２月５日に出願された米国仮特許出願第６１／９１２４７８号、２０１３年１２月５日に出願された米国仮特許出願第６１／９１２４８６号、２０１４年２月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／９４６４７５号、および２０１４年６月６日に出願された米国仮特許出願第６２／００８８５６号の利益を主張しており、２０１４年１２月５日に出願され、現在米国特許第９４４９７８１号として発行された米国特許出願第１４／５４４１９１号の一部継続出願であり、これらの出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。さらに、米国特許出願第１５／２６９８５５号は、２０１４年６月６日に出願された米国仮特許出願第６２／００８８５６号、２０１４年１２月１日に出願された米国仮特許出願第６２／０８６１３２号、および２０１５年２月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／１１７０６２号の利益を主張しており、２０１５年３月３日に出願され、現在米国特許第９４４８１９０号として発行された米国特許出願第１４／６３６９９４号の一部継続出願であり、これらの出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
背景
発明の分野
本明細書に開示された本発明の実施形態は、Ｘ線分光を実施するための方法およびＸ線分光システムに関する。Ｘ線分光システムは、Ｘ線照射システムを備え、Ｘ線照射システムは、１０ｅＶよりも高いエネルギー帯域幅を有するＸ線集光レンズを含む。Ｘ線集光レンズは、実験室線源からのＸ線を収集し、収集されたＸ線の一部を、対象物上の５００μｍ未満の集光サイズを有する集光スポットまたはその近くに集光させる。多くの実施形態において、集光スポットは、１０〜２０μｍ以下である。様々な実施形態の分光計は、様々なＸ線分光用途に適した様々な範囲のＸ線帯域幅を提供するために、様々なＸ線材料および光学素子を有することができる。
【背景技術】
【０００３】
背景技術の検討
１  序論
材料のＸ線吸収特性、特にイオン化エネルギー付近のＸ線吸収特性の測定は、材料の組成および化学状態に関する情報を示すことができる。Ｘ線吸収分光（ＸＡＳ）は、化学分析用の高輝度シンクロトロン光源の場合に一般的に採用される技術であるが、取得時間が長くおよび実験システムのスペクトル分解能が低いため、実験室の応用が制限されている。したがって、重要な革新を用いて、特定のエネルギーのＸ線量を増加させ、高スペクトル分解能を達成することによって、吸収端に関連する吸収微細構造のより良い分析を可能にする実験室ＸＡＳシステムを説明する。
【０００４】
実験室Ｘ線源を用いてこのようなことを達成するために、Ｘ線吸収分光を実施するための新しい手法が必要である。
１．１  Ｘ線源
通常、実験室線源のＸ線は、真空環境において電位（ｋｅＶ）によって加速された電子を用いて、選択されたＸ線発生材料を含む陽極ターゲットを照射することによって生成される。電子が材料に衝突すると、熱およびＸ線の生成を含むいくつかのエネルギー伝達メカニズムが発生する。Ｘ線スペクトルは、元の電子エネルギー（この例では約５０ＫｅＶ）までのＸ線エネルギーを用いて生成され、制動放射線と呼ばれる特性Ｘ線および連続スペクトルを含む。Ｘ線源の輝度を上げる方法は、加速電圧を上げることによって電子のエネルギーを増加すること、より大きな原子番号Ｚを有するターゲット材料を使用すること、および／または材料を照射する電子の密度を増加することである。しかしながら、このような方法は、一般に、材料が溶融または損傷することなくエネルギーを吸収する能力によって制限される。したがって、最新の電子照射Ｘ線源は、高融点および高熱伝導率などの良好な熱特性を有する単一のＸ線放射材料で構成されている。また、ターゲット材料は、Ｘ線発生材料から熱を効率的に伝導する特性を有する基板上に搭載されるまたは埋め込まれるため、Ｘ線発生材料の厚さは、電子浸透深度によって制限される。
１．２  Ｘ線集光レンズ
電子ビーム照射により生成されたＸ線は、一般にあらゆる方向に放射する。試料上の所定の分析領域のＸ線密度は、光学レンズを使用することによって増加させることができる。ＸＡＳ測定の場合、集光レンズは、エネルギー帯域幅で機能する必要がある。これまでに開発されたＸＡＳの実施形態において、一般にＸ線光学レンズを使用せず、その代わりに、マイクロフォーカスＸ線源を使用する。
１．３  Ｘ線吸収分光計
Ｘ線吸収分光（ＸＡＳ）は、典型的には、１０ｅＶよりも高いエネルギー分解能で、対象物内の元素の吸収端を含む所定のエネルギー範囲に亘って、対象物によって吸収されたＸ線の部分をＸ線エネルギーの関数として測定する。シンクロトロン光源は、高輝度が高く且つエネルギーの調整が簡単であるため、しばしばＸ線吸収分光に使用される。小型の実験室Ｘ線吸収分光システムの利用および制御が簡単であるが、実験室ＸＡＳシステムの性能は、実験室Ｘ線源の制動放射の低輝度、高屈折率反射に関連する結晶解析装置の低回折効率、および分光計の非最適設計を含む多くの要因によって大きく制限される。これらの制限によって、取得時間が非常に長くなり（最大数十時間）および／またはエネルギー分解能が低くなる。その結果、実験室システムは、殆ど使用されていない。
【０００５】
最近開発された実験室システムは、球状に湾曲した結晶解析装置を用いて、ＸＡＮＥＳ測定に必要な十分に高いエネルギー分解能を達成している（Seidler, G. T., et al. "A modern laboratory XAFS cookbook" Journal of Physics: Conference Series. Vol. 712. No. 1. IOP Publishing, 2016）。しかしながら、このシステムは、いくつかの制限がある。例えば、線源と対象物との間に集光レンズがないため、対象物上のＸ線密度が低い。対象物上で十分なＸ線量を得るために大きな照射領域が必要である。照射領域が大きくなると、適切なエネルギー分解能を達成するために、結晶解析装置が大きいブラッグ角で動作する必要がある。大きいブラッグ角で動作する結晶解析装置のＸ線エネルギー範囲は、通常、狭い動作エネルギー範囲に制限されるため、十分に広いエネルギー帯域幅で動作するために、分光器は、多数の結晶解析装置を必要とする。大きいブラッグ角で動作する結晶解析装置は、通常、ＸＡＳ測定に必要なエネルギー分解能よりも著しく狭いエネルギー帯域幅を反射するため、測定スループットの大幅な損失をもたらす。さらに、ＸＡＳ測定は、通常、Ｘ線エネルギーをポイントごとにスキャンすることによって実施される。
【０００６】
したがって、従来の実験室ＸＡＳシステムの制限を回避しながら、高スループットを有する実験室Ｘ線吸収分光システムが必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の簡単な概要
本願は、高スループット、高空間分解能および高スペクトル分解能で透過Ｘ線を測定するために、Ｘ線吸収分光測定を実行するための方法およびシステム並びにＸ線吸収分光計を提供する。
【０００８】
装置
開示されたＸ線吸収分光計は、実験室Ｘ線源と、１０ｅＶよりも高いエネルギー帯域幅に亘ってＸ線源から出射されたＸ線を、５００μｍ未満の集光サイズで検査される対象物上またはその近くに集光させるための光学レンズ列とを備える。光学レンズ列の利点は、試料上の高Ｘ線量、小さな領域を分析するための小さな照射スポット（高空間分解能）、低ブラッグ角の結晶解析装置の使用による高スループット、分光計の小型化を含む。さらに、光学レンズ列は、Ｘ線の所定の高エネルギーカットオフを備えたローパスフィルタとして機能する。ローパス集光反射鏡として機能することを可能にする特性を備えた光学レンズ列を使用する利点は、Ｘ線源の電子照射エネルギーを大幅に高くすることによって、Ｘ線源のＸ線生成効率を高めることができることである。
【０００９】
レンズ系内のＸ線光学素子は、放物面、楕円面またはウォルター型（例えば、放物面形状および双曲面形状）などの二次関数の１つ以上の部分に対応する反射面を有するＸ線キャピラリレンズを含むことができる。光学素子は、外部全反射に基づくＸ線光学レンズ列を含むがこれに限定されない。角度θで原子番号Ｚを有する材料の表面に入射するＸ線の場合、反射率は、かすめ角付近（例えば、θ≒０°）ではほぼ１００％であり、材料依存およびＸ線エネルギー依存の臨界角θｃよりも大きい角度の場合減小する。臨界角は、通常２°より小さいため、殆どのＸ線光学システムの許容角度を制限する。
【００１０】
狭いエネルギー帯域幅がＸＡＳ測定に十分であるいくつかの場合に、Montelレンズなどの多層集光レンズを使用することができる。
【００１１】
いくつかの実施形態において、高輝度の小型Ｘ線源は、電子ビーム照射によってＸ線を生成するための新規のＸ線ターゲットを使用することによって部分的に達成される。これらのＸ線ターゲットは、Ｘ線発生材料から熱をより効率的に除去するように、熱伝導率が高い基板と密接に熱接触する（例えば、嵌入または埋入）ように、１つまたは複数のＸ線発生材料から製造された多数の微細構造を含むことができる。これによって、より高い密度および／またはより高いエネルギーの電子を用いて、Ｘ線発生材料を照射することができるため、Ｘ線の輝度が高くなり、Ｘ線量が大きくなる。
【００１２】
検査される対象物は、集光Ｘ線ビームの経路に配置され、絞り部は、集光スポットにまたはその近くに配置され、広く放射する蛍光Ｘ線を制限しながら透過Ｘ線を選択的に通過させることができる。Ｘ線ビームに対して垂直な平面内で対象物を平行移動して、２Ｄ「マップ」の透過スペクトルを収集するまたは平行移動しながらもしくは平行移動せず２Ｄ「マップ」の透過スペクトルを、その軸を中心にして回転させることによって、３Ｄトモグラフィの透過スペクトルを収集することができる。
【００１３】
Ｘ線吸収分光システムは、少なくとも１つの空間分解Ｘ線検出装置を含む。結晶解析装置は、対象物を透過したＸ線を受け取り、空間分解検出装置上に回折させるように配置され、検出装置の異なるピクセルが異なるＸ線波長に対応するように調整される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るＸ線分光計の要素を示す概略断面図である。
【図２】本発明のいくつかの実施形態に使用され得るＸ線発生材料の単一ブロックを含むターゲットの一部を示す図である（図示のように、Ｘ線１４８８は、表面に対してゼロの出射角で出射するが、非ゼロ度の出射角を使用する他の構成も同様に可能である）。
【図３】複数の線状微細構造を有するターゲットを示す上面図である。
【図４】本発明のいくつかの実施形態に使用され得るＸ線発生材料からなるいくつかの微細構造を含むターゲットの一部を示す図である。
【図５Ａ】本発明のいくつかの実施形態に使用され得るＸ線を生成するためのＸ線ターゲットを示す断面概略図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＸ線ターゲットおよびＸ線の出射を示す概略斜視図である。
【図５Ｃ】図５ＡのＸ線ターゲットおよびＸ線の出射をより詳細に示す断面概略図である。
【図６】本発明のいくつかの実施形態に使用され得る異なるＸ線発生材料からなる２組の微細構造を含むターゲットの一部を示す図である。
【図７】本発明のいくつかの実施形態に使用され得る異なるＸ線発生材料をそれぞれ有する３つのＸ線発生構造を含むターゲットの一部を示す図である。
【図８Ａ】本発明のいくつかの実施形態に使用され得るＸ線源および楕円光学素子を含む光学レンズ列を示す断面概略図である。
【図８Ｂ】Ｘ線源および光学レンズ列の一部を示す概略斜視図である。
【図９Ａ】Ｘ線源および一対の放物面光学素子を含む光学レンズ列を示す断面概略図である。
【図９Ｂ】Ｘ線源および光学レンズ列の一部を示す概略斜視図である。
【図１０】１つの分析結晶を備えた分光システムを示す断面概略図である。
【図１１】分光計の一部を示す断面概略図である。
【図１２】関連するローランド円を示すように配置された分光計を示す概略図である。
【図１３Ａ】開示された分光計を示す概略図である。
【図１３Ｂ】開示された分光計を示す概略図である。
【図１３Ｃ】開示された分光計を示す概略図である。
【図１３Ｄ】開示された分光計を示す概略図である。
【図１４】Ｘ線源、光学レンズ列、絞りおよび分析結晶を備えた分光システムを示す概略斜視図である。
【図１５】Ｘ線吸収分光情報を取得する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態の詳細な説明
１  本発明の基本的な実施形態
図１は、Ｘ線分光システム２００の一実施形態を示す。このＸ線分光システム２００は、Ｘ線源８０と、透過Ｘ線によって検査され、当業者に試料として呼ばれる対象物２４０を含むＸ線光学システム３０００と、検出装置２９０および結晶２９１を含む分光計３７００と、信号処理電子装置２９２と、ディスプレイ２９８を備えた分析システム２９５とを含む。以下、検査される対象物２４０は、試料とも呼ばれる。
【００１６】
線源８０は、一般に密閉の真空室２０または能動的ポンピングによって維持されている真空環境（典型的には１０−６トル以上）を備え、真空室２０外側の高電圧電源１０の正端子および負端子を真空室２０内側の様々な素子に接続するための密閉電気導線２１および２２を含むように製造される。通常、電源８０は、真空室２０をハウジング５０に固定するための支持台３０を含み、ハウジング５０は、線源８０からＸ線を望まない方向に放射することを防ぐために、鉛などの遮蔽材料をさらに含む。
【００１７】
真空室２０の内部には、電子エミッタ１１が設けられている。電子エミッタ１１は、導線２１を介して高電圧電源１０の負端子に接続され、カソードとして機能して、電子ビーム１１１を生成する。電子ビームの生成を行うためのいくつかの従来技術、例えば、熱電子放出、電界放出、ショットキー放出（カーボンナノチューブなどのナノ構造を含むエミッタ）、および強誘電体材料の使用は、本明細書に開示される本発明の実施形態に使用されてもよい。
【００１８】
ターゲット１１００は、ターゲット基板１０００と、１つ以上のＸ線発生材料を含む１つ以上のＸ線発生構造７００とを含み、反対側の接地されるまたは電子エミッタ１１に対して正の電圧を有する高電圧導線２２およびターゲット支持体３２に電気的に接続され、アノードとして機能する。電子１１１は、ターゲット１１００に向かって加速され、高エネルギーでターゲット１１００に衝突する。電子のエネルギーは、加速する電圧の大きさによって依存する。電子１１１がターゲット１１００に衝突することは、Ｘ線８８８の放射を含むいくつかの効果を誘発する。Ｘ線８８８の一部は、Ｘ線を透過させる窓４０を透過して、真空室２０から離れる。
【００１９】
本発明のいくつかの例において、電子制御機構７０を設けてもよい。電子制御機構７０は、追加の導線２７を介して制御装置１０−１によって制御され、電子エミッタ１１によって提供される電子線量および電圧を調整するための静電レンズシステムまたは他の電子レンズシステムであってもよい。したがって、基板１０００と密接に熱接触するように製造された１つ以上のＸ線発生構造７００を備えるターゲット１１００に、電子ビーム１１１をスキャン（scan）、フォーカス（focus）またはデフォーカス（de-focus）することができ、さもなければ向かわせることができる。
【００２０】
Ｘ線８８８がＸ線源８０から離れると、Ｘ線の一部は、典型的には１つ以上の光学レンズ列８４０を含む光学システム３０００によって収集される。いくつかの実施形態において、光学レンズ列は、キャピラリレンズなどの軸対称のＸ線レンズ素子を含む。光学レンズ列８４０のレンズ素子は、かすめ角でＸ線を反射することによって、Ｘ線の一部８８７を集光スポットに集光させる。多くの場合、１つ以上の絞り２７２を有する絞り素子２７０は、集光スポットに一致して配置される。検査される対象物２４０は、通常、支持台２４４によって支持され、絞り２７２の直前に配置される。支持台は、制御装置２４６によって制御され、対象物２４０を平行移動および／または回転させることができる。したがって、収束Ｘ線８８７は、対象物２４０の異なる部分を照射することができる。これによって、スキャン中に、対象物２４０の様々な位置を照射することができまたはいくつかの入射角から照射することができる。光学レンズ列の軸に沿って伝播するＸ線は、収集および集光されず、ビームストップ８５０によってブロックされてもよい。
【００２１】
Ｘ線８８７の集光部分が対象物２４０に収束した後、透過Ｘ線８８８−Ｔは、分光計３７００によって収集される。分光計３７００は、典型的に、少なくとも１つのＸ線分散結晶２９１と、Ｘ線検出装置２９０とを含む。場合によって、試料上の見かけＸ線源と少なくとも１つの分析結晶との間の距離は、２ｍ未満である。検出装置２９０は、通常、分散Ｘ線の強度を位置の関数として記録するように配置されたアレイ検出装置である。追加の信号処理電子装置２９２および分析システム２９５は、信号強度を対応のＸ線エネルギーに相関させる。分析システム２９５は、ディスプレイ２９８をさらに備えてもよい。検出装置２９０は、対象物２４０から出てくる蛍光Ｘ線光子の数およびそれらのエネルギーの両方を分析するＸ線分光計として機能するセンサおよび電子装置を備えてもよい。
【００２２】
Ｘ線光学レンズ列は、Ｘ線源の下流に配置され、Ｘ線源によって生成されたＸ線の一部を収集して集光させる。Ｘ線光学レンズは、カットオフエネルギーを有する。カットオフエネルギーを超えるＸ線反射は、３０％以下に低減される。このような光学レンズを使用することによって、Ｘ線源は、より高い加速電圧で動作することができ、制動放射の効率的な生成を大幅に向上させる。従来技術において、実験室Ｘ線源は、多次回折による潜在的な汚染によって、検査される目的元素の特性エネルギーの２倍未満で動作するように制限されてあった。場合によって、Ｘ線光学レンズ列は、放物面、楕円面またはウォルター型（例えば、放物面形状および双曲面形状）などの二次関数の１つ以上の部分に対応する反射面形状を有する１つ以上のＸ線キャピラリレンズを含む。場合によって、Ｘ線光学レンズ列は、当業者に知られているMontelレンズまたは他のＸ線光学レンズであってもよい。いくつかの例において、光学レンズは、多層コーティングもしくは（例えば、２６よりも大きい原子番号を有する）高原子番号元素またはその合金、例えばプラチナによって被覆されてもよい。
【００２３】
Ｘ線光学レンズ列の焦点は、１つ以上の結晶を含む分光計の二次光源として機能する。このような分光計は、本明細書に記載されており、少なくとも１つのＸ線結晶と１つのＸ線検出装置とを備える。
２  Ｘ線源スペクトル
図１に示したように、Ｘ線源８０は、一般に窓４０を有する。この窓４０は、低エネルギーＸ線を減衰させることができる。この窓および／または光学レンズ列は、低エネルギーＸ線をさらに減衰させるためのフィルタ、例えば、アルミニウムシートまたはアルミニウム層をさらに備えてもよい。
【００２４】
光学レンズ列が１つ以上のＸ線光学素子を含み且つＸ線がかすめ角付近の角度（例えば、数度以下の角度）で素子の内面に照射する場合、臨界角を超える高エネルギーＸ線は、反射されない。したがって、このような光学レンズは、反射の高エネルギーカットオフを有する。高エネルギーカットオフは、特定の材料および臨界角に対して明確に定義される。高エネルギーＸ線の減衰によって、（例えば、２倍のエネルギーを有する）高調波からの偽信号が下流で分光計に観察されることが防止される。しかしながら、一部の材料を用いて、高エネルギーで光反射スペクトル内の追加構造を観察することができる。一部のＸ線反射レンズの反射率は、カットオフエネルギーの１．２倍を超える全てのエネルギーに対して２５％未満に設計されてもよい。一部のＸ線線反射レンズの反射率は、カットオフエネルギーの１．２倍を超える全てのエネルギーに対して１０％未満に設計されてもよい。
３  構造化されたＸ線源
当業者に知られている多くのＸ線源、例えば市販のマイクロフォーカス線源または回転アノード線源を使用することができる。いくつかの好ましい実施形態において、使用されたＸ線源は、熱伝導性基板と密接に熱接触するＸ線材料の複数の「線状」ターゲットを含む。これは、当技術分野で知られている任意の方法、例えば、複数の材料を基板上にスパッタリングまたはろう付けすることによって達成することができる。異なるターゲット材料を照射することによって異なるスペクトルを生成するように、電子ビームとターゲットとを互いに対して移動することができる。いくつかの実施形態において、Ｘ線発生材料は、微細構造化されている。
【００２５】
Ｘ線源の追加の実施形態は、線形蓄積を使用したＸ線源と題された米国特許出願（２０１４年９月１９日に出願され、現在米国特許第９３９０８８１号として発行された米国特許出願１４／４９０６７２号）、線形蓄積を使用したＸ線源と題された米国特許出願（２０１６年４月１日に出願され、現在米国特許第９５４３１０９号として発行された米国特許出願１４／９９９１４７号）、および線形累積を使用した分散Ｘ線源と題された米国特許出願（２０１６年５月２７日に出願された米国特許出願第１５／１６６２７４号）に記載されている。これらの特許および同時係属中の特許出願が利益を主張する特許出願は、仮出願と共に、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００２６】
上記の参照特許および特許出願に開示されたターゲットおよび／または線源の設計および構成のいずれは、本明細書に開示された方法またはシステムのいずれかまたは全てにおいて、構成要素として使用されてもよい。このような変形例は、熱を除去するためにターゲットの近くまたは中に液体を運ぶチャネルを含む能動冷却システムを備えてもよい。なお、これらの例示は、本技術に対する理解を促進するために提示されており、図面において、様々な素子（微細構造、表面層、冷却チャネルなど）は、縮尺通りに描かれていない。
【００２７】
また、上述したように、本技術の様々な実施形態に使用されるＸ線源は、電子を用いて固体アノードターゲットまたは基板上に堆積された金属層からなるターゲットを照射するマイクロフォーカス線源であってもよい。ターゲットは、基板上にスパッタリングされた材料のストライプまたはろう付けされたワイヤなどの複数のＸ線発生材料を備えてもよく、および／または溶融または液体のＸ線発生材料を含む領域をさらに含んでもよい。さらに、Ｘ線源は、液体金属（例えば、ガリウム液体金属噴射流）をアノードとして使用するように設計された他の多くのＸ線源のいずれか１つであってもよい。Ｘ線源ターゲット材料は、好ましくは、目的元素の吸収端よりもわずかに大きいエネルギーを有するＸ線の生成を最適化するように選択される。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態に使用され得るターゲットの一部は、図２に示される。図２において、単一の微細構造７００を含むＸ線発生領域が、基板１０００の端部付近の任意の凹みシェルフ１００２の凹み端部１００３でまたはその近くで、基板１０００に埋め込まれるように構成されている。Ｘ線発生微細構造７００は、基板１０００に埋め込まれる任意の幅Ｗ、長さＬおよび深さまたは厚さＤを有する長方形の棒材に形成され、電子１１１によって照射されるとＸ線１４８８を生成することができる。（ターゲットの表面法線に沿った）棒材の厚さＤは、入射電子エネルギーでＸ線生成材料の電子浸透深度の１／３〜２／３の間に選択される。理想的には、ターゲットに使用されたＸ線発生材料は、良好な熱特性を有する必要がある。さらに、（原子番号に比例する）Ｘ線生成効率を含む良好なＸ線生成特性を得るために、場合によって、特定の目標スペクトルを生成するために、Ｘ線生成材料を選択する必要がある。基板１０００の材料は、高い熱伝導率を有するように、典型的には室温で１００Ｗ／（ｍ℃）よりも高い熱伝導率を有するように選択されてもよい。
【００２９】
場合によって、基板は、１つ以上の高アスペクト比の（線状）微細構造を含んでもよい。図３は、複数の線状微細構造を有するターゲットを示す上面図である。ターゲット２５０は、線状微細構造３２０および基板３１０を含む。微細構造３２０間の間隔は、電子ビームが１つのターゲット微細構造に衝突するときに隣接するターゲットからＸ線を生成することを回避するための下限値であってもよい。微細構造３２０は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｗ、Ｐｔ、ＡｇおよびＡｕなどの複数の金属または合金のいずれかで形成されてもよく、各微細構造は、他の微細構造と異なる材料で形成されてもよい。これによって、各ワイヤ３２０は、異なるスペクトルのＸ線を生成することができる。場合によって、同一材料からなる複数のワイヤを本発明のシステムに実装することによって、システムの使用時間または寿命をより長くすることができる。基板３１０は、任意の高熱伝導性材料、例えばダイヤモンドまたは銅で形成されてもよい。
【００３０】
微細構造の間の間隔の幅Ｗｃは、１５μｍ（ミクロン）以上であってもよい。線状微細構造の幅Ｗｓは、２５０または３００μｍ（ミクロン）以下であってもよい。基板は、図３に示すように１つ以上の微細構造よりも長く延在してもよいく、１つ以上の微細構造と同じ長さおよび同じ高さを有してもよい。場合によって、線状微細構造３２０は、基板１０００に埋め込まれてもよい。埋め込まれたワイヤは、長方形断面、曲線断面、円形断面、正方形断面、または他の形状の断面を有することができる。場合によって、ターゲットは、複数の表面実装型線状微細構造を有することができる。
【００３１】
いくつかの実施形態において、微細構造と基板との間に１つ以上の層を設けることができる。これらの層は、拡散を防止するための材料（例たば、Ｔａ）および／または微細構造と基板との間の熱伝導率を改善するための材料（例えば、Ｃｕとダイヤモンドとの間のＣｒ）を含むことがある。
【００３２】
少なくとも１つの寸法が１ｍｍよりも小さいまたはナノ規模（すなわち、１０ｎｍよりも大きい）の小さい寸法を有するＸ線発生構造は、本明細書に使用された場合、様々な実施形態に記載の線源のサブサイズおよび格子ピッチの幾何要素と一致する特性を有する限り、「マイクロ構造」という用語で記載することもできる。一部の微細構造の１つの寸法（例えばＬ）は、数ｍｍであってまたは１ｃｍを超えてもよく、他の寸法は、例えば２５０μｍ未満であってもよい。
【００３３】
電子ビームは、アノードを移動してまたは電子制御機構を用いて、電子ビームを異なるターゲット材料に向けることができる。Ｘ線源の窓は、Ｘ線の出射角が３０度未満になるように調整される。
【００３４】
代替の方法は、Ｘ線発生材料を基板に分布させることである。本技術の実施形態に使用され得る代替ターゲットの一部は、図４に示される。このターゲットにおいて、微細構造７１１〜７１７を有するＸ線発生領域７１０は、ターゲット基板１０００のシェルフ１００２上の凹み端部１００３またはその近くに配置され、電子１１１によって照射されるとＸ線１７８８を生成するように構成されている。
【００３５】
棒材は、（図示のように）基板に埋め込まれてもよく、基板上に配置されてもよい。
上記で引用された米国特許出願第１４／４６５８１６号に記載されているように、本発明の実施形態に使用され得る他の構成のターゲットは、複数のＸ線発生材料を含む微細構造、Ｘ線発生材料の合金を含む微細構造、拡散防止層または接着層を堆積した微細構造、熱伝導性保護層を備えた微細構造、熱伝導性および導電性保護層を備えた微細構造、基板に埋め込まれた微細構造などであってもよい。
【００３６】
図５Ａ〜５Ｃは、図４に示すターゲットと同様に、Ｘ線発生材料からなり、基板１０００に埋め込まれた微細構造７１１、７１２…７１７のセット７１０を含むターゲット１１００−Ｔの一例を示している。Ｘ線発生材料は、真空室内で電子１１１によって照射されると、Ｘ線８８８を生成する。
【００３７】
図示されたターゲットの場合、（光線８８−Ｔによって示された）下流のＸ線ビームを形成するために、所定の出射方向がさらに存在する。この出射方向は、ローカル表面に対して角度θＴを有する。
【００３８】
図５Ａ〜５Ｃに示すように、出射角θＴを中心にして所定の円錐角のセットが、定義される。円錐の最も内側の部分に沿って伝播する光線は、出射角に対して角度θ１を形成し、円錐の最も外側の部分に沿って伝播する光線は、出射角に対して角度θ２を形成する。これらの円錐角は、通常非常に小さく（５０ｍｒａｄ未満）、出射角は、通常０°〜６°（０〜１０５ｍｒａｄ）の間であるが、状況によって１１．５°（約２００ｍｒａｄ）であってもよい。
【００３９】
図６は、代替的な実施形態に使用され得るＸ線発生材料からなる２組の微細構造を有するターゲットの一部を示す。この場合、前述のように、第１組の微細構造７１０は、Ｘ線スペクトル放射特性のために選択された任意の材料からなる７つの微細構造７１１〜７１７を含む。
【００４０】
しかしながら、図６のターゲットは、第１のＸ線発生材料とは異なる第２のＸ線発生材料からなる７つの微細構造７２１〜７２７を含む第２組の微細構造７２０をさらに含む。ターゲットを並進移動するまたは電子ビームを移動することによって、電子１１１が第２組の微細構造を照射することによって、第２組のＸ線１８８８を生成する。図示のように、Ｘ線１８８８は、表面に対して０度の出射角で出射するが、任意の非ゼロの出射角で出射されてもよい。第１組の材料７１０および第２組の材料７２０が異なる場合、電子照射によって生成された対応のＸ線１７８８および１８８８も、異なるスペクトル特性を有するであろう。
【００４１】
図７に示すように、異なるＸ線発生材料からなる複数の固体構造７４０、７５０および７６０は、同様にアノードターゲットに使用されてもよい。
【００４２】
電子ビームに照射されながらターゲットを物理的に並進移動することによって、一組のＸ線光学レンズと整列しながらビームを発生すると共に、一方の材料から他方の材料に「切り替える」ことができるが、他の実施形態において、単純に電子ビームを一方の材料から他方の材料に照射することもできる。これは、異なるＸ線生成材料が異なるＸ線光学レンズと整列され、各光学レンズが各材料に対応するＸ線放射スペクトルに一致するように調整されている場合に、有用である。光学レンズ列のカットオフエネルギーがターゲット材料の強い特性線を超え、光学レンズが選択された特性線の反射を最適化するように設計されている場合、ターゲット材料と光学システムは、「一致する」と見なされる。
４  Ｘ線光学システム
一旦Ｘ線が高輝度のＸ線源から生成されると、Ｘ線の一部は、光学レンズ列により収集され、Ｘ線の吸収および透過を測定するために、対象物に平行化されおよび／または集光されてもよい。多くの場合、この光学システムは、目標のＸ線エネルギーよりも０．１％大きい帯域幅のＸ線エネルギーを収集して集光するＸ線反射装置を備えている。
【００４３】
本明細書に開示された本発明の実施形態に使用され得る光学レンズ列は、高線量および高線量密度を有するＸ線照射装置と題された米国特許出願（２０１７年２月１４日に出願された米国特許出願第１５／４３１７８６号）およびその親出願（２０１６年９月１６日に出願され、現在米国特許第９５７０２６５号として発行された米国特許出願第１５／２６９８５５号および２０１４年１２月５日に出願され、米国特許第９４４９７８１号として発行された米国特許出願第１４／５４４１９１号）に詳細に記載されている。これらの出願は、利益を主張する仮出願と共に、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００４４】
再び図１の例示を参照して、生成されたＸ線は、一般に、Ｘ線源８０から発散する。１つ以上のＸ線光学素子を含む光学レンズ列３０００は、Ｘ線の一部を収集し、その伝播経路を変更する。
【００４５】
光学レンズ列３０００は、中空管（例えば、毛細管）のトポロジーを有する１つの簡単なＸ線反射光学素子であってもよく、またはより複雑なＸ線光学レンズセットであってもよい。この光学レンズ列３０００は、発散するＸ線８８８の一部が内面から反射するように、最も明るい照射軸に沿って整列させられてもよい。内面の曲率は、いくつかの幾何形状を有してもよいが、いくつかの光学素子にとって非常に有用な幾何形状は、二次曲面である。例示として、反射面の形状は、楕円面、放物面、双曲面、楕円筒、円筒、円錐形（または上記の３Ｄ形状の２Ｄ表示）の１つ以上の部分に対応する。
【００４６】
本明細書に記載の実施形態において、光学レンズ列は、Ｘ線ビームを集光する。いくつかの実施形態において、散乱Ｘ線からの背景を低減することによって、システムの信号対背景比を改善するために、焦点面と同じ平面に任意の絞り２７２を配置することができる。検査対象物２４０を収束Ｘ線８８７によって照射される位置に配置することによって、透過した発散Ｘ線波面８８８−Ｔが焦点面の反対側に生成され、その後分光計によって分析される。
【００４７】
なお、様々な光学レンズ列を示す図面は、縮尺通りではなく、動作原理をより明確に示すように描かれている。
４．１  楕円形光学レンズ
図８Ａは、光学レンズ列に使用される楕円形の可能な光学構成を示す断面図である。楕円形キャピラリレンズは、２つの焦点Ｆ１およびＦ２を有する。したがって、一方の焦点から出射された光子は、反射され、他方の焦点に収束する。
【００４８】
図８Ａおよび８Ｂは、このような楕円反射装置３０１０を利用する本発明の実施形態の一部を示している。Ｘ線源は、発散Ｘ線８８８を生成する。このＸ線８８８は、楕円光学素子３０１０に進入する。Ｘ線の一部は、管状光学素子３０１０の内側楕円面による外部全反射によって、検査対象物２５０を通過して集光スポットに到達する集光Ｘ線８８７になる。絞り素子２７０の絞り２７２は、焦点面と一致して配置される。
【００４９】
図８Ａは、電子ビーム１１１を微細構造１７００に照射することによって生成されたＸ線８８８を示す。Ｘ線８８８は、微細構造１７００上の一点から出射するとして示されているが、微細構造の異なる部分および／または全体から出射してもよい。図８Ａおよび他の図面において一点から出射するとして示されていることは、例示を単純化するためであって、限定することを意図していない。いくつかの実施形態において、図８Ａおよび対応する斜視図８Ｂに示すように、軸方向のＸ線は、ビームストップ１８５０によってブロックされてもよい。いくつかの例において、図８Ａのシステムおよび本明細書に開示された他のシステムおよび構成のビームストップ１８５０は、光学素子３０１０のビームの入射側または他の場所（例えば出射側）に配置されてもよい。
【００５０】
本明細書に記載されたシステムの光学素子は、１つ以上のターゲット材料にマッチングされた１つ以上の反射装置を含んでもよい。このマッチングは、線源から可能な限り多くのＸ線を収集する幾何形状、サイズおよび表面コーティングを備えた光学レンズを選択して、ターゲットからの特定のＸ線エネルギーの臨界反射角を満たす角度に配置することによって実現できる。場合によって、マッチングは、特定のＸ線エネルギーに応じて、光学レンズ列の絞りの数（ＮＡ）を最大化することに基づいている。光学素子は、ビームを集光または平行化するように構成されてもよい。
【００５１】
なお、本明細書に提示された図面は、縮尺通りに示されていないが、本発明の製造および使用をより適切に示すために作成されている。
４．２  放物面光学レンズ
いくつかの例において、光学レンズ列に使用される別の可能な光学構成は、２つの放物線の形状を有する。放物線は、１つの焦点Ｆｐを有することができる。したがって、焦点から放射された光子は、反射され、（平行化された）平行ビームを形成する。
【００５２】
図９Ａおよび９Ｂは、放物面反射装置３０２０を利用する本発明の実施形態の一部を示している。Ｘ線源を提供するために、電子ビーム１１１は、（図示のように）ほぼゼロの角度または６°という浅い角度でターゲット１０００を照射する。Ｘ線源は、発散Ｘ線８８８を生成して、このＸ線８８８は、第１の放物面光学素子３０２０に入る。Ｘ線の一部は、管状光学素子３０２０の内側放物面による外部全反射によって、平行Ｘ光線８８９になる。
【００５３】
一旦平行化されると、図９Ａおよび９Ｂに示されるように、管状のトポロジーおよび放物状の内側表面を有する第２の光学素子３０２２は、平行Ｘ線８８９が表面の臨界角よりも小さい角度で第２の光学素子３０２２の内面に入射するように、第１の光学素子３０２０の光軸に沿って整列される。いくつかの実施形態において、第２の光学素子は、別個の構成素子ではなく、第１の光学素子とは異なるプロファイルを有し、同じ毛管内に含まれる。反射されたＸ線は、集光Ｘ線８８７になる。集光Ｘ線８８７は、検査対象物２４０を通過した後に焦点に収束する。任意の絞り２７２は、第２の光学素子の焦点面に配置される。
【００５４】
第２の放物面光学素子３０２２は、第１の放物面光学素子３０２０と同じサイズおよび形状を有すると図示されているが、これらの素子は、同じ寸法を有する必要がなく、異なる曲率および異なる焦点位置を有してもよい。
【００５５】
いくつかの実施形態において、図９Ａおよび対応する斜視図９Ｂに示すように、軸方向のＸ線は、ビームストップ１８５２によってブロックされてもよい。このビームストップは、２つの放物面光学素子の間に配置されていると図示されているが、第１の光学素子３０２０の入射側または第２の光学素子３０２２の出射側を含み、光学レンズ列の異なる位置に配置されてもよい。
４．３  他のＸ線光学レンズ
他のＸ線光学システム、例えば、ウォルターＩ型光学レンズ、円錐形キャピラリレンズ、ポリキャピラリレンズ、Kirkpatrick-Baezレンズ、Montelレンズを光学レンズ列の構成素子として使用することができる。フィルタおよび追加のビームストップなどを含むシステムを使用することもできる。
【００５６】
上述の光学素子は、ガラス、シリカ、石英、ＢＫ７、シリコン（Ｓｉ）、超低膨張ガラス（ＵＬＥ（登録商標））、Zerodur（登録商標）または他の基本材料を含む任意の光学材料で製造できる。
【００５７】
臨界角よりも小さい入射角の全外部反射を利用するために、上述の本発明の実施形態に使用された様々な光学素子の反射コーティングは、単一の基本材料であってもよく、好ましく高い質量密度（２．５ｇ／ｃｍ３を超える）の材料を用いて、少なくとも２５ｎｍ厚さにコーティングされてもよい。金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、プラチナ（Ｐｔ）などの材料を用いて、これらの光学素子上に単一コーティングを形成することができる。
【００５８】
また、反射コーティングは、多層コーティングであってもよい。２つ以上の材料からなる層を周期的に交代することによって、特定のＸ線波長に対して反射の強め合う干渉を提供することができる。反射効率は、Ｘ線の波長および入射角並びに交互層の厚さに依存するため、広帯域反射装置としての使用は、制限されているが、狭いエネルギー帯域が必要な場合に使用され得る。多層反射装置に使用され得る組み合わせは、タングステン／カーボン（Ｗ／Ｃ）、タングステン／シリコン（Ｗ／Ｓｉ）、タングステン／タングステンケイ化物（Ｗ／ＷＳｉ２）、モリブデン／シリコン（Ｍｏ／Ｓｉ）、ニッケル／カーボン（Ｎｉ／Ｃ）、クロム／スカンジウム（Ｃｒ／Ｓｃ）、ランタン／炭化ホウ素（Ｌａ／Ｂ４Ｃ）、タングステン／炭化ホウ素（Ｗ／Ｂ４Ｃ）、およびタンタル／シリコン（Ｔａ／Ｓｉ）を含む。表面は、いくつかの材料の合金または混合物を含む複合コーティングであってもよい。
【００５９】
他のＸ線光学素子、例えば、フレネルゾーンプレート、円筒形ウォルター型光学レンズ、ウォルターＩＩ型またはＩＩＩ型光学レンズ、シュワルツシルト光学レンズ、回折格子、ブラッグ回折を使用した水晶ミラー、ホールアレイレンズ、マルチプリズムまたは「アリゲーター」レンズ、ロール式Ｘ線プリズムレンズ、「ロブスターアイ」光学レンズ、マイクロチャネルプレート光学レンズを用いて、または上述したものと組み合わせることによって、当業者に知られている特定の方法でＸ線を導く本発明の実施形態の複合光学システムを形成することができる。
５  分光計および検出装置
５．１  基本的な分光計
図１０〜１２は、本発明のいくつかの実施形態に使用され得る分光計システムの素子を概略的に示す断面図および斜視図である。図１０において、基板１０００およびＸ線発生材料１７００を含むＸ線ターゲット１１００は、真空中で電子１１１によって照射される。図示のように、Ｘ線８８８は、表面に対して非ゼロの出射角で出射する。
【００６０】
Ｘ線源から発散するＸ線８８８は、真空室の窓４０を通過した後、光学レンズ列によって収集される。図１０〜１２の例において、光学レンズ列は、１つのキャピラリレンズ３０１０と、ビームストップ１８５４とを備えている。この１つのレンズ３０１０は、Ｘ線をかすめ角に近い角度で反射し、焦点に集光させる内側楕円面を有する。絞り２７２を備えた任意の絞り素子２７０は、焦点に配置される。検査対象物２４０は、絞り素子２７０の前に配置され、絞り２７２を通過するＸ線は、対象物２４０を透過したものである。
【００６１】
絞り２７２は、典型的には、Ｘ線光学レンズ列によって生成された集光スポットのサイズに相当する直径を有する小さな穴である。本発明のいくつかの実施形態において、絞りの直径は、典型的に５〜２５μｍであってもよい。本発明のいくつかの実施形態において、絞りは、一般的に水平方向（すなわち、矢状面に平行な方向）に配向されたスリットを含むことができる。絞り素子自体は、光学システムの焦点の深度よりも短い厚さ（例えば、約２０μｍの厚さ）を有する金属片（例えば、モリブデンまたはプラチナ）を含んでもよい。
【００６２】
Ｘ線は、絞り素子２７０の反対側の焦点から発散するＸ線８８８−Ｔとして出射する。形状は、一般に、集光レンズ３０１０によって規定された環形Ｘ線と同様である。図示のように、絞り２７２は、分光計３７００に進入するＸ線の原点として機能する。分光計の内部に、例えば検出装置の前に、追加の絞りを設けることができる。
【００６３】
いくつかの実施形態において、分光計は、当技術分野で知られているパラレル検出分光計である（DB Wittry, 「X-ray crystal spectrometers and monochromators in microanalysis」 Microsc. Microanal. 7, 124-141 2001を参照］。このような分光計において、円錐形の発散Ｘ線８８８−Ｔは、回折分析結晶３７１０の表面に照射する。回折分析結晶３７１０は、異なる波長λ１、λ２、λ３およびλ４などのＸ線（８８７−Ａ、８８７−Ｂ、８８７−Ｃおよび８８７−Ｄなど光線束として示されている）をセンサ２９４を備えた位置検出装置２９０の様々なポイントに回折する。図１０に示され、図１１により詳細に示されたように、結晶解析装置は、ブラッグ回折素子として機能する。回折されていないＸ線８９９は、通常、結晶解析装置を透過し、ビームストップ（図示せず）によって吸収される。
【００６４】
結晶解析装置３７００は、絞り２７２から約２５０ｍｍ離れて配置されてもよく、典型的には約２ｃｍの幅および約５ｃｍの長さを有するが、他の寸法を有してもよい。結晶解析装置３７００は、単一の平面ブラッグ結晶を備えてもよいが、実際には、結晶解析装置は、矢状方向に湾曲した薄い結晶を備えてもよい。これによって、伝播方向に垂直な方向に発散するＸ線を収集し、検出装置２９０に集光させると共に、波長によって伝播方向に沿ったＸ線を回折させることができる。このような配向は、Von Hamos分光計と呼ばれることもある。いくつかの実現例において、結晶は、二重に湾曲されてもよい。いくつかの実現例において、湾曲半径は、５０〜２００ｍｍであってもよい。他の実現例において、パラレル検出分光計は、Schnopper、Birks、Henke、ZaluzecまたはFioriなどによって提案された形状および設計を有するものであってもよい。
【００６５】
本発明のいくつかの実施形態において、（例えば、１１１または２２０面に沿った表面に整列された）単結晶シリコンの薄いウエハから作られた湾曲した結晶解析装置を使用することができる。単結晶シリコン分析装置は、湾曲した基板上に成長させることによってまたは成長させたシリコンウエハをスライスして湾曲することによって得られる。
【００６６】
グラファイトを含む結晶解析装置、特に００２面に沿って整列したグラファイト層、例えば高度に配向した熱分解グラファイト（ＨＯＰＧ）または高度にアニールした熱分解グラファイト（ＨＡＰＧ）を含む結晶解析装置を使用することもできる。場合によって、結晶は、ＨＯＰＧ（００２）およびＨＡＰＧ（００２）を含んでもよい。いくつかの実施形態において、グラファイト層は、湾曲した基板上で１５〜２００μｍの厚さに成長させられる。
【００６７】
発散円錐は、結晶解析装置に対して様々な入射角を有するため、離散を達成することができる。したがって、指定されたＸ線帯域幅内の特定のエネルギーを有するＸ線は、少なくとも一部の入射角で反射される。しかしながら、他の全ての波長は、同じ入射角で回折されず、図１１および１２に示すように、透過Ｘ線８９９として結晶解析装置を通過する。
【００６８】
図１２は、いくつかの実施形態に使用される分光計の形状を示している。分光計３７３０は、モザイク結晶３７３３の形にした結晶解析装置を使用する。モザイク結晶３７３３において、結晶解析装置は、材料の全体に亘って、通常金属から作られた裏材３７３４によって様々な角度で保持された微結晶の集団を含む。各々の微結晶は、数百ｎｍ〜数μｍのサイズを有する。場合によって、モザイク結晶は、少なくとも矢状の非分散方向に湾曲してもよい。表面の微結晶によって回折されなかった透過Ｘ線は、モザイク結晶内のより深い位置にある別の微結晶によって回折される可能性がある。
【００６９】
Ｘ線の原点（Ｘ線光学レンズの焦点）、回折結晶、および検出装置上の収束点は全て、対応する波長のローランド円８０８−Ａおよび８０８−Ｄ上に位置している。モザイク結晶には他の微結晶が存在するが、ローランド円上に位置しており且つ正しい配向を有する微結晶のみは、Ｘ線を回折し、検出装置２９０上の同じ位置に収束する。発散ビーム８８８−Ｔの全体に分布する様々な波長のＸ線は、適切に配置および配向された微結晶に当たる可能性が高くなる。モザイク結晶を使用することによって、単結晶回折素子が生成できるＸ線よりも１００倍のＸ線を収集することができる。なお、「ランダム」配向の微結晶を用いてモザイクの激しい不均一性を示すが、殆どのモザイク結晶は、よく整列している。
【００７０】
図１３Ａは、Johansson形状に湾曲した結晶を備え、ローランド円形状に基づく分光計の設計を示す。場合によって、結晶をJohann形状に湾曲してもよい。結晶は、一カ所で湾曲されてもよい。すなわち、結晶は、分散面のみで湾曲され、矢状面（または垂直面）で平坦である。他の例において、結晶は、二カ所で湾曲されてもよい。すなわち、結晶は、分散面と矢状面の両方で湾曲される。このような二カ所で湾曲した結晶の例は、球状Johann結晶、ドーナツ状Johann結晶、球状Johansson結晶およびWittry結晶を含むが、これらに限定されない。図示のように、試料１０００の後方の見かけ線源は、Johansson結晶３７１０に向かってＸ線を出射する。見かけ線源は、しばしば、前述した光学レンズと共に、実験室Ｘ線源から発生した絞ったＸ線ビームまたは集光Ｘ線ビームによってまたは電子顕微鏡において電子で試料を照射することによって生成される。場合によって、集光Ｘ線ビームの焦点は、試料と一致する。他の場合において、焦点は、試料１０００の後方にあり、絞り（図示せず）と一致する。Ｘ線は、試料を透過し、Johansson結晶３７１０に向かって伝播する。Johansson結晶３７１０は、Ｘ線を空間分解検出装置２９３に集光させる。ローランド円内の見かけ線源の配置は、オフローランド円（off-Rowland circle）形状として知られている。
【００７１】
いくつかの他の実装形態において、図１３Ｂに示すように、試料１０００をローランド円上に配置することができる。線源８０は、ローランド円から離れて配置され、Ｘ線源８０と試料１０００との間に配置された任意のＸ線光学レンズと共に、Ｘ線を試料１０００に照射することができる。なお、可能な場合、試料１０００を集光光学システムの焦点の少し前に配置してもよい。試料は、Ｘ線の見かけ線源として機能し、結晶３７１０は、Ｘ線を分散する。Ｘ線検出装置２９３は、特定の角度範囲に亘って、結晶３７１０によって分散された全てのＸ線を同時に検出する。図１３Ａおよび１３Ｂに示す実装例は、パラレル検出と呼ばれることもある。
【００７２】
図１３Ｃに示すように、シリアル検出またはスキャン検出と呼ばれるいくつかの他の実装例において、見かけ線源は、ローランド円上に配置され、Ｘ線８８８をJohann結晶３７１０に導く。Johann結晶３７１０は、Ｘ線を収集して、ローランド円上に配置された試料１０００にＸ線８８７を集光する。Ｘ線検出装置２９３は、試料の後方に配置され、試料を透過した全てのＸ線を収集する。Ｘ線検出装置２９３は、点検出装置、例えば、シリコンドリフト検出装置、気体比例計数管、固体検出装置であってもよいが、これらに限定されない。このような実装例において、パラレル検出Ｘ線分光計と同様に、検出効率は、複数の波長ではなく、単一のＸ線波長（または非常に狭いＸ線帯域幅）のみに対して最適化されている。Ｘ線の原点、結晶体および検出装置の相対的な配置並びにローランド円のパラメータ（例えば、直径）は、１つ以上の素子を移動することによって変更することができる。
【００７３】
拡張Ｘ線吸収微細構造（ＥＸＡＦＳ）よりもＸ線吸収端近傍構造（ＸＡＮＥＳ）を得ることがより重要であるいくつかの実施形態において、これが好ましい。ＸＡＮＥＳは、吸収端前方および吸収端の情報を示し、ＥＸＡＦＳは、吸収端より高い情報を示す。２つのシステムを明確に区別する定義がないが、一般的なガイドラインによって、ＸＡＮＥＳの場合、電位が吸収端から数十ｅＶ（例えば、５０ｅＶ）以内の範囲にあり、ＥＸＡＦＳの場合、電位が通常吸収端よりも２０〜５０ｅＶ高い位置から始まり、吸収端よりも最大１ｋｅＶまで拡張する。
【００７４】
いくつかの実施形態において、試料は、基板上に存在する薄膜または構造であり、基板は、特定のエネルギーを有するＸ線が透過できない厚さを有する。このような実施形態において、反射形状が好ましい。薄膜／基板および／または構造／基板の界面における全反射の条件を満たすように、Ｘ線は、通常非常に浅い入射角、通常数度未満の入射角で試料に入射する。Ｘ線は、対象の薄膜または構造を透過するが、薄膜／基板または構造／基板の界面で反射され、入射ビームと同じ試料側から出射する。これによって、試料を透過するＸ線の量が不十分である問題を回避することができる。この構成は、ＸＡＮＥＳおよびＥＸＡＦＳに使用されてもよい。
５．２  多結晶分光計
本発明のいくつかの実施形態において、分光計は、異なる種類の結晶を用いて、異なる領域のＸ線吸収分光を取得することができる。いくつかの実施形態において、分光計は、少なくとも２種類の異なる結晶、すなわち、少なくとも１つの単結晶および少なくとも１つのモザイク結晶を使用する。いくつかの実施形態において、単結晶は、特定のＸ線波長を測定するように構成された平坦結晶であってもよい。好ましい実施形態において、結晶は、接線方向に湾曲している（例えば、Johann結晶、Johansson結晶）。
【００７５】
単結晶およびＸ線検出装置（典型的には「単結晶分光計」と呼ばれる）を用いて、ＸＡＮＥＳ情報を取得する。見かけＸ線源、結晶および検出装置は、見かけ線源がローランド円上またはローランド円内に位置するように構成される。見かけ試料スポットは、絞りによってまたはＸ線光学レンズ列を用いて試料に直接集光することによって実現される。ローランド円は、試料上の見かけＸ線源、結晶および検出装置を配置して、スペクトル線を検出装置に集光することができる円形の形状である。一部の実施形態において、見かけＸ線源をローランド円内に配置した場合、複数のＸ線エネルギーを検出装置に沿って分散させることができ、エネルギー分散能力を備えたＸ線検出装置を使用することができる。いくつかの実施形態において、検出装置は、十分に速い読み出し速度を有するＣＣＤ検出装置であってもよい。他の実施形態において、検出装置は、エネルギー分散アレイ検出装置であってもよい。いくつかの実施形態において、見かけＸ線源をローランド円上に配置した場合、検出装置は、狭い範囲の波長を検出する。
【００７６】
これらの実装のサブセットにおいて、単結晶をローランド円上に配置することによって、結晶をシリアル検出に使用することができる。これらの実装の他のサブセットにおいて、見かけＸ線源をローランド円内（オフローランド円）に配置することによって、単結晶をパラレル検出に使用することができる。ＸＡＮＥＳスペクトルを取得した後、ビームから試料を除去することによって得られた直接ビームスペクトルによって正規化することができる。使用される単結晶は、Ｓｉ（１１１）、Ｓｉ（２２０）、Ｓｉ（４００）、Ｇｅ（１１１）、Ｇｅ（２２０）、Ｇｅ（４００）およびＧｅ（６２０）を含むことができる。
【００７７】
モザイク結晶および少なくとも１つの空間分解Ｘ線検出装置（「モザイク結晶分光計」と呼ばれる）を用いて、ＥＸＡＦＳ情報を取得する。いくつかの実施形態において、モザイク結晶は、矢状方向に湾曲しており、見かけ線源、モザイク結晶および検出装置は、パラレル検出形状に配置されている。次に、このシステムをＨＯＰＧ結晶などの異なる結晶セットと共に使用して、von Hamosなどのパラレル検出形状の空間分解検出装置にＸ線を集光することによって、ＥＸＡＦＳスペクトルを取得する。異なる結晶セットは、Ｘ線を空間分解検出装置集光するのに適した位置に配置されてもよい。場合によって、結晶は、交換可能であり、電気機械機構を用いて配置されてもよく、または現在選択されている結晶にＸ線を提供する線源が配置されると固定されてもよい。ＥＸＡＦＳスペクトルを取得した後、ビームから試料を除去して、直接ビームスペクトルを取得することによって正規化を行うことができる。
【００７８】
ＸＡＮＥＳおよびＥＸＡＦＳデータは、例えば、信号処理電子装置２９２および分析システム２９５により実装され得るスペクトル処理機構によって処理されてもよい。吸収端付近および吸収端を含む１００〜２００ｅＶのエネルギー範囲でスペクトルを取得することは、ＸＡＮＥＳスペクトルとＥＸＡＦＳスペクトルの両方にとって共通であるが、ＸＡＮＥＳスペクトルは、より高いエネルギー分解能で取得される。適切なオーバーレイ、正規化、相関、および分光法、イメージングなどのいくつかの分野でよく知られている技術を使用したスティッチングおよび処理によって、ＸＡＮＥＳスペクトルを用いてＥＸＡＦＳスペクトルの吸収端付近部分を置換して、独特の方法でＸＡＮＥＳおよびＥＸＡＦＳスペクトルを組み合わせることによって、情報を失うことなく、完全なＸＡＳスペクトルを提供することができる。例えば単結晶分光計によるＸＡＮＥＳスペクトルの処理、および例えばモザイク結晶分光計によるＥＸＡＦＳスペクトルの処理によって、吸収端に最も近いスペクトルがより高いスペクトル分解能で精密化されたＸ線吸収分光データを生成する。この独特の方法は、完全でより精密化されたＸＡＳ分析を提供する。
【００７９】
いくつかの実施形態において、２つの分光計または１つの分光計は、上記の方法に使用することができる。
【００８０】
図１３Ｄは、一方の軸に沿ってスペクトルを分布させ、他方の（矢状）軸にＸ線を集光させる湾曲結晶解析装置を使用したシステムを示す概略斜視図である。前述したように、本明細書に提示された図面は、縮尺通りに示されていないが、本発明の製造および使用をより適切に示すために作成されている。
【００８１】
結晶反射装置または多層反射装置の詳細については、James H. Underwood、Ｘ線データブックレットのセクション４．１「多層および結晶」を参照する。このパンフレットは、xdb.lbl.gov/Section4/Sec_4-1.pdfからダウンロードすることができる。
５．３  検出装置
波長分散構成を使用する実施形態において、検出装置は、任意のＸ線計数検出装置であってもよい。
【００８２】
空間分解検出装置を使用する実施形態において、空間分解検出装置２９０は、２ＤまたはＩＤアレイセンサ２９４を備えてもよい。２Ｄアレイのいくつかの実施形態において、一方の軸は、他方の軸よりも著しく長くてもよい。長軸（分散方向）に沿って少なくとも１２８ピクセルの検出装置が好ましいが、２０４８×２５６ピクセルのアレイを使用することができる。このような実施形態において、好ましくは、長軸は、Ｘ線伝搬方向に沿って整列され、Ｘ線が波長に従って長軸に沿って分散される。短軸は、矢状方向に整列される。完全なサジタル焦点を備えた完全なシステムにおいて、１ピクセル幅の１次元アレイ検出装置を使用できるが、実際に回折されたＸ線が完璧なスポットを形成できないため、複数のピクセルを使用した検出は、より高い収集効率を提供する。
【００８３】
空間分解検出装置２９０は、多数のＸ線アレイ検出装置のうちいずれか１つ、例えば、ＣＣＤアレイ（Ｘ線センサ）、ＣＭＯＳまたはＳ−ＣＭＯＳ検出装置、フラットパネルセンサ、または１Ｄ線形検出装置および２Ｄアレイ検出装置を含み、当技術分野で知られているＸ線強度を電子信号に変換する１つ以上の位置感知型Ｘ線アレイ検出装置であってもよい。位置感知検出装置の例として、線形検出装置、位置感知アレイ検出装置、ＰＩＮダイオード、比例計数管、分光計、フォトダイオード検出装置、シンチレータタイプおよびガス充填アレイ検出装置などを含む。いくつかの実施形態において、比例検出装置およびアバランシェ検出装置またはエネルギー分散素子を含む、Ｘ線を検出するための任意種類の検出装置を含むことができる。
【００８４】
本発明の他の実施形態において、他の検出装置の変形を使用することもできる。例えば、対象物と検出装置との間に追加のスペクトルフィルタを設けることによって、検出対象物から出射するＸ線の特定の部分を選択することができる。このことは、対象物からの大量の蛍光Ｘ線が透過Ｘ線によって生成された信号を干渉し得る場合に特に有用である。代替的には、入射Ｘ線の強度を検出するように第２の検出装置を設けることによって、入射Ｘ線強度の変動に従って透過信号を正規化することができる。
【００８５】
また、エネルギー分解ピクセルアレイ検出装置を使用することもできる。これらの検出装置において、各ピクセルは、検出されたＸ線のエネルギー情報を提供し、対象物が大量の蛍光を生成する場合に特に有用である。シリコンＰＩＮフォトダイオード（Ｓｉ−ＰＩＮ）は、簡単で低コストのＥＤＳ分光計であり、一般的に最も低いエネルギー分解能を有する。エネルギー分解ピクセルアレイ分光計は、利用可能であり、本発明のいくつかの実施形態に使用されてもよい。別の種類の検出装置は、微量熱量計型ピクセルアレイ分光計として知られている。場合によって、読み出し速度が十分に速いＣＣＤ検出装置は、エネルギー分解検出装置として機能する。
【００８６】
追加の構成は、ビーム経路に沿って検出装置の前に設けられた追加のフィルタ（例えば、適切な素子を含む薄箔）を含み、これらのフィルタは、分光計に到達する不要なＸ線を優先的に減衰させることによって対象物から散乱したＸ線の検出による背景を低減する、または分光計に入射する総Ｘ線量を減らすことによって飽和を回避する。同一種類の複数の分光計または２種類以上の分光計の組み合わせを同時にまたは交互に使用することによって、各々の強度を個別にまたは集合的に利用することができる。
【００８７】
いくつかの実施形態において、検出装置の前に絞りまたはスリット素子を配置することができる。蛍光Ｘ線を検出するための他の検出装置の構成および配置は、当業者に知られている。Ｘ線検出装置の詳細については、Albert C. Thompson、Ｘ線データブックレットのセクション４．５「Ｘ線検出装置」を参照する。このパンフレットは、xdb.lbl.gov/Section4/Sec_4-5.pdfからダウンロードすることができる。
５．４  付加機能および汎用性
図１４は、多様な付加機能を組み込んだ分光システムを示す概略図である。
【００８８】
ターゲット１１０２は、基板１００２と、２種類（または３種類以上）の異なるＸ線発生材料１７０２および１７０４とを含む。ターゲットを固定するための支持台３４は、電気導線３２および制御装置３６に接続される。制御装置３６は、電子１１１によって照射される材料を選択するために、支持台を横方向に物理的に移動することができる。
【００８９】
また、図１４のシステムは、支持台３０１６に支持された複数の異なる光学レンズ列３０１０−Ａ、３０１０−Ｂおよび３０１０−Ｃを有する。支持台３０１６は、光学レンズ列を横方向に移動することによって、光学レンズ列のいずれかと（異なる材料コーティングおよびフィルタを用いて、異なるＸ線帯域幅を可能にする）Ｘ線発生ターゲット１７０２、１７０４のいずれかとを整列することができる。図示のように、一番右側のＸ線発生材料１７０４は、電子によって照射される。一番左側の光学レンズ列３０１０−Ａは、窓４０を透過したＸ線を収集するように配置されている。Ｘ線光学システムの移動を可能にする支持台によって、Ｘ線源からのＸ線を収集するＸ線光学システムを選択することができる。
【００９０】
前述したように、光学レンズ列から出射する収束Ｘ線８８７は、絞り素子２７０の絞り２７２に集光され、検査対象物２４０を通過する。絞り２７２から発散するＸ線は、分光計３７００によって回折されるＸ線の見かけ線源になる。
【００９１】
しかしながら、絞り素子２７０は、複数の開口、例えば、異なるサイズの円形絞り２７２および２７４または異なるサイズのスリット２７５および２７７を有してもよい。
【００９２】
前述したように、分光計３７３１は、Ｘ線を検出装置２９０のＸ線センサ２９４に分散させるためのモザイク結晶３７３３を備える。しかしながら、一回の照射では波長範囲がスペクトル全体に及ばない場合に、分光器３７３１は、Ｘ線の伝播方向に垂直な軸を中心にして分析結晶３７１０を回転できる支持台３７４０をさらに含む。これによって、単一の検出装置を用いて、広範囲のＸ線分散を測定することができる。
【００９３】
このような多線源／多光学レンズシステムを用いて、一連の帯域（例えば、異なる１ｋｅＶ帯域の組み合わせ）にＸ線スペクトルを収集することができる。軸を中心にして結晶を回転することによって、同一の光源／光学レンズの組み合わせによって収集されるエネルギーの範囲を拡大することができる。
【００９４】
他の変形形態において、様々なビームストップを備えた光学レンズ列を使用することができる。ビームストップは、光学レンズ列の入射側、光学レンズ列の光学素子の出射側、または光学レンズ列の元素の間に配置されてもよい。単一の集光レンズを備えたいくつかの実施形態において、集光レンズの入射側および出射側の両方にビームストップを配置することができ、出射側のビームストップは、入射側のビームストップのサイズの約２／３である。これらのストップは、通過ビームをブロックすると共に、出射側ストップは、集光レンズからの散乱Ｘ線の一部をブロックする。これによって、きれいに反射されたＸ線ビームが得られる。
【００９５】
他の変形例において、多くの遮蔽素子を用いて、不要なＸ線の検出をブロックするまたは不要なＸ線を低減することができる。いくつかの変形例において、蛍光Ｘ線検出装置を用いて、入射Ｘ線を監視するおよび／または試料の元素組成を監視する。他の変形例において、（Ｘ線源だけでなく）システムの全体を真空室に封入することによって、Ｘ線源の周りの真空を維持するための窓４０を省くことができる。同様に、システムの散乱を減らすために、光学レンズ列および分光計にヘリウムガスを流すことができる。
【００９６】
いくつかの変形例において、ＸＡＳ情報の２Ｄマッピングまたは３Ｄトモグラフィを実行するために、分光計に対して試料を移動することができる。
５．４  方法
図１５は、複数の結晶を用いてＸ線吸収分光情報を効率的に取得するための方法を示している。ステップ１５１０において、所定の試料から目的元素を選択する。場合によって、元素は、ユーザから受信した入力に応じて、Ｘ線吸収分光計（ＸＡＳ）システムによって選択されてもよい。次いで、ステップ１５２０において、目標のＸ線吸収端エネルギーを特定することができる。場合によって、吸収端は、本発明のシステムによって受信したユーザ入力に応じて、本発明のシステムによって特定することができる。
【００９７】
ステップ１５３０において、吸収端エネルギーを含むＸ線帯域幅を有するＸ線ビームを用いて、試料を照射することができる。Ｘ線ビームは、マイクロフォーカスＸ線源または他の線源によって生成されてもよい。吸収端は、所定の試料内の目的元素に対するものであってもよい。
【００９８】
ステップ１５４０において、単結晶分光計を用いて、第１の吸収スペクトルをＸＡＮＥＳデータとして取得する。吸収スペクトルは、例えば、選択された吸収端付近であって且つ選択された吸収端を含むＸ線エネルギー帯域幅よりも３ｅＶ高いスペクトル分解能で取得することができる。
【００９９】
ステップ１５５０において、モザイク結晶分光計を用いて、第２の吸収スペクトルをＥＸＡＦＳデータとして取得する。ＥＸＡＦＳデータは、単結晶分光計を用いて取得したＸＡＮＥＳデータ吸収スペクトルよりも低いスペクトル分解能を有することができる。第２のスペクトルは、単結晶分光計を用いて取得したＸ線の帯域幅よりも広いＸ線エネルギー帯域幅で取得される。吸収スペクトルは、吸収端を含むことができる。したがって、モザイクスペクトル分光計を用いて取得した吸収スペクトルデータは、少なくとも拡張Ｘ線吸収微細構造（ＥＸＡＦＳ）データを含む。
【０１００】
ステップ１５６０において、取得されたＸＡＮＥＳスペクトルデータおよびＥＸＡＦＳスペクトルデータを処理することによって、Ｘ線吸収分光データを生成することができる。生成されたＸ線吸収分光データのうち、吸収端に最も近いＸ線吸収分光データは、単結晶分光計によって得られたより高い分解能のスペクトルを用いて精密化される。
【０１０１】
いくつかの実施形態において、単結晶分光計を用いて１つのみの吸収スペクトルをＸＡＮＥＳとして取得してもよく、またはモザイク結晶分光計を用いて１つのみの吸収スペクトルをＥＸＡＦＳとして取得してもよい。解析を精密化するために、結果は、「指紋」として標準ライブラリと比較される。
６  制限および拡張
本願において、発明者が考え出した最良の形態を含む本発明のいくつかの実施形態は、開示されている。注意すべきことは、特定の実施形態を説明するときに、一部の実施形態について詳細に説明された要素が他の実施形態にも適用できることである。また、先行技術にあるとして説明した詳細および様々な要素も、本発明の様々な実施形態に適用され得る。
【０１０２】
本発明および好ましい実施形態を説明するために、特定の材料、設計、構成および製造ステップを記載したが、このような記載は、限定することを意図していない。修正および変更は当業者にとって明らかであり、本発明は添付の特許請求の範囲のみによって限定される。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４】
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【図１５】
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