(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源から放射されたＸ線を微小点に集光するＸ線集光装置において、
前記Ｘ線源から放射されたＸ線を平行Ｘ線ビームに成形する平行ビーム形成手段と、
Ｘ線の進行方向に関して前記平行ビーム形成手段の下流側に配設されていてＸ線透過帯とＸ線遮蔽帯とを交互に配列して成るゾーンプレートと、
前記平行ビーム形成手段と前記ゾーンプレートとの間に設けられていて複数の異なった波長成分を含むＸ線から特定波長のＸ線を取り出すことのできる分光結晶と、
を有することを特徴とするＸ線集光装置。
【請求項２】
請求項１において、前記平行ビーム形成手段は、放物面を利用して発散ビームを縦方向又は横方向に関して平行ビームに形成する放物面平行ビーム形成手段であることを特徴とするＸ線集光装置。
【請求項３】
請求項１において、前記平行ビーム形成手段は、放物面を利用して発散ビームを縦方向及び横方向の両方向に関して平行ビームに形成する放物面平行ビーム形成手段であることを特徴とするＸ線集光装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３において、前記平行ビーム形成手段は、放物面によってＸ線を反射可能な放物面反射鏡又は放物面状に形成した多層膜によってＸ線を回折可能な放物面多層膜鏡であることを特徴とするＸ線集光装置。
【請求項５】
請求項３において、前記Ｘ線源は縦幅と横幅がほぼ等しい寸法のＸ線焦点形状を有するポイントフォーカスのＸ線源であることを特徴とするＸ線集光装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１つにおいて、前記平行ビーム形成手段から前記ゾーンプレートまでの範囲を気密に包囲するケーシングと、該ケーシング内の空気を外部へ排出する排気手段とを有することを特徴とするＸ線集光装置。
【請求項７】
Ｘ線を放射するＸ線源と、該Ｘ線源から放射されたＸ線を試料の微小点又は微小試料に集光するＸ線集光装置と、該試料から出射するＸ線を検出するＸ線検出手段とを有するＸ線装置において、
前記Ｘ線集光装置は、請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のＸ線集光装置によって構成されることを特徴とするＸ線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小部Ｘ線回折装置やＸ線顕微鏡等のようにＸ線を試料の微小領域又は微小試料に照射してＸ線回折測定を行う装置に好適に用いられ、Ｘ線源から発散して進行するＸ線を微小点に集光するＸ線集光装置に関する。また、本発明は、そのＸ線集光装置を用いて構成されるＸ線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微小部Ｘ線回折装置では、試料の微小領域等に微小断面径のＸ線ビームを照射して、そのＸ線照射野に在る試料からのＸ線情報、例えば回折Ｘ線情報をＸ線検出器によって測定する。また、Ｘ線顕微鏡では、試料の被測定領域を微小断面径のＸ線ビームで走査しながら個々の位置で試料を透過するＸ線の強度をＸ線検出器によって検出することによって当該位置における試料によるＸ線の吸収値を測定する。
【０００３】
以上のような微小部Ｘ線回折装置、Ｘ線顕微鏡等といったＸ線装置では、Ｘ線源から放射されて発散するＸ線を試料の微小領域等へ照射、できれば集束状態で照射させる必要があり、そのためにＸ線集光装置が用いられる。このＸ線集光装置として、従来、特開平８−１２８９７０号公報に開示されているように、円筒内面をＸ線反射鏡とすると共に、その円筒内面を湾曲させることによってＸ線を微小点へ集束させるという構造のものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のＸ線集光装置は構造が非常に簡単であり、しかも比較的強度の強いＸ線を微小点へ集束できるという効果を達成することができるものの、集光点の大きさを小さくすることに限界があり、例えば集光点を直径１０μｍ以下に絞ることが非常に難しかった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、Ｘ線の集光点を極めて小さくすることのできるＸ線集光装置を提供することを目的とする。また、本発明は、試料の極微小部へのＸ線照射を可能とすることにより、空間分解能が非常に高い測定を行うことのできるＸ線装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）  上記の目的を達成するため、本発明に係るＸ線集光装置は、Ｘ線源から放射されたＸ線を微小点に集光するＸ線集光装置において、前記Ｘ線源から放射されたＸ線を平行Ｘ線ビームに成形する平行ビーム形成手段と、Ｘ線の進行方向に関して前記平行ビーム形成手段の下流側に配設されていてＸ線透過帯とＸ線遮蔽帯とを交互に配列して成るゾーンプレートと、前記平行ビーム形成手段と前記ゾーンプレートとの間に設けられていて複数の異なった波長成分を含むＸ線から特定波長のＸ線を取り出すことのできる分光結晶とを有することを特徴とする。
【０００７】
上記ゾーンプレートは、それに平行Ｘ線ビームが入射したときにその平行Ｘ線ビームを固有の焦点距離だけ離れた点に集束させるという性質を有するＸ線光学要素である。従って、上記平行ビーム形成手段によって平行Ｘ線ビームを形成した上で、その平行Ｘ線ビームをゾーンプレートに入射させれば、極めて小さな微小点、例えば、従来のＸ線集光装置では不可能であった直径１０μｍ以下の微小点にＸ線を集束させることができる。
【０００８】
上記ゾーンプレートは、例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に符号１１で示すように、Ｘ線を透過できるＸ線透過帯１２とＸ線を透過させないＸ線遮蔽帯１３とを交互に配列することによって形成される。図では、Ｘ線透過帯１２及びＸ線遮蔽帯１３が共に輪帯として形成されている。このゾーンプレート１１は、適宜のパターニング法、例えばフォトリソグラフィー法を用いて基板１４上に所定パターンのＸ線遮蔽帯１３を形成することによって作製できる。この場合、Ｘ線透過帯１２は、隣り合うＸ線遮蔽帯１３の間に存在する部分の基板１４によって形成される。
【０００９】
基板１４は、例えばＳＩ3Ｎ4（窒化シリコン）、ＢＮ（ボロンナイトライド）等によって形成される。また、Ｘ線遮蔽帯１３は、例えばＡｕ、Ｔａ（タンタル）、Ｎｉ等によって形成される。また、一対のＸ線透過帯とＸ線遮蔽帯とによって形成されるゾーンの数は、例えば３００〜４００程度に設定される。
【００１０】
Ｘ線領域にある電磁波は屈折率が１に近いため、可視光の場合のようにレンズを使って結像させることはできない。その代わりに用いられるのがゾーンプレートである。ゾーンプレートは、例えば円形の回折格子であり、これによりＸ線を結像させることができる。ゾーン数が１００以上の場合には、屈折光学で用いるレンズとほとんど同じとして扱うことができる。
【００１１】
図４（ｂ）において、Ｘ線源Ｆから放射されたＸ線Ｒ０は、Ｘ線透過帯１２を通って集光点Ｐに達する。ｍ番目のＸ線透過帯と（ｍ＋１）番目のＸ線透過帯を通るＸ線は、光路長が波長だけずれるようにＸ線透過帯及びＸ線遮蔽帯の帯幅が設定され、このため集光点Ｐに到達するＸ線は全て強めあい、ちょうどレンズの焦点の役割を果たす。
【００１２】
なお、ゾーンプレートには位相ゾーンプレートと呼ばれるものがあり、本発明ではこの位相ゾーンプレートを用いることもできる。通常のゾーンプレートは、Ｘ線透過帯を通ってきたＸ線が干渉して強めあい、焦点を結ぶことを利用している。一方、Ｘ線が通らないＸ線遮蔽帯の厚さを薄くして、Ｘ線が通るけれどもその位相が半波長ずれるように設定すると、そのＸ線遮蔽帯を通ったＸ線とＸ線透過帯を透過したＸ線が干渉して強め合い、これにより、出射されるＸ線の強度を高めることができる。このようなゾーンプレートが位相ゾーンプレートと呼ばれるものである。
【００１３】
（２）  上記（１）記載のＸ線集光装置においては、前記平行ビーム形成手段と前記ゾーンプレートとの間に、複数の異なった波長成分を含むＸ線から特定波長のＸ線を取り出すことのできる分光手段を設けることが望ましい。
【００１４】
ゾーンプレートに関しては、一般に、色収差の問題がある。つまり、ゾーンプレートに入射する平行Ｘ線が波長の異なるＸ線成分を含む場合には、その波長差に対応してＸ線の集光点にボケが発生して、断面形状が際立っている明確な微小Ｘ線ビームを形成することが難しくなる。これに対し、上記分光手段の働きによってゾーンプレートに入射するＸ線を単色化すれば、色収差を小さくすることによってＸ線集光点にボケが生じることを防止できる。
【００１５】
なお、上記分光手段は一般的には特定の分光装置や特定構造の物質に限定されるものではないが、本発明では分光結晶によって構成される。
【００１６】
（３）  上記（１）項又は上記（２）項記載のＸ線集光装置において、前記平行ビーム形成手段は、放物面を利用して発散ビームを縦方向又は横方向に関して平行ビームに形成する放物面平行ビーム形成手段とすることができる。放物面を利用すれば、簡単な構造によって正確な平行Ｘ線ビームを形成することができる。
【００１７】
（４）  上記（１）項又は上記（２）項記載のＸ線集光装置において、前記平行ビーム形成手段は、放物面を利用して発散ビームを縦方向及び横方向の両方向に関して平行ビームに形成する放物面平行ビーム形成手段とすることができる。縦方向と横方向の両方向に関して放物面を利用して平行Ｘ線ビームを形成するようにすれば、いずれか１方向だけに関して平行Ｘ線ビームを形成するようにした上記（３）項記載の構成に比べて、より一層強度の強い断面矩形状の平行Ｘ線ビームを形成することができる。
【００１８】
（５）  上記（３）項又は上記（４）項記載のＸ線集光装置において、前記平行ビーム形成手段は、放物面によってＸ線を反射可能な放物面反射鏡又は放物面状に形成した多層膜によってＸ線を回折によって反射可能な放物面多層膜鏡によって構成することができる。
【００１９】
放物面反射鏡は、例えば、図２（ａ）に符号１ａで示すように、Ｘ線を反射可能な材料、例えばガラス、金属によって形成された部材２の表面を放物面Ｈに形成し、さらにその放物面Ｈを滑らかな鏡面に仕上げることによって形成できる。なお、放物面Ｈは、図２（ａ）の紙面垂直方向に適宜の幅をもって延びている。
【００２０】
また、放物面反射鏡は、例えば、図２（ｂ）に符号１ｂで示すように、適宜の材料、例えばガラス、金属、樹脂等によって形成された基台３の表面を滑らかな鏡面状の放物面Ｈに形成し、その放物面Ｈに金属反射膜４を成膜することによって形成できる。この場合、金属反射膜４の材質としては、例えばＡｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）等が考えられる。また、金属反射膜４の形成方法としては周知の成膜法、例えば蒸着法、スパッタリング法を用いることができる。なお、放物面Ｈは、図２（ｂ）の紙面垂直方向へ適宜の幅を持って延びている。
【００２１】
図２（ａ）の放物面反射鏡１ａ及び図２（ｂ）の放物面反射鏡１ｂにおいて、Ｘ線源Ｆは、放物面反射鏡１ａ及び１ｂの反射面、すなわち放物面Ｈの焦点位置に配置されており、よって、Ｘ線源Ｆから出て発散するＸ線Ｒ０が放物面反射鏡１ａ及び１ｂの反射面に当たると、そのＸ線は放物面Ｈで反射、より詳しくは全反射することによって平行Ｘ線ビームＲ１とされる。
【００２２】
平行Ｘ線ビームの形成方法としては、スリットやピンホールを利用したコリメータを用いる方法が従来から広く知られているが、この方法では強度が強くて平行度の高い平行Ｘ線ビームを形成することが難しい。これに対し、放物面反射鏡１ａ，１ｂを用いた上記の方法によれば、強度が強くて平行度の高い平行Ｘ線ビームを形成することができる。
【００２３】
次に、放物面多層膜鏡は、例えば、図３に符号６で示すように、基台３の表面を滑らかな鏡面状の放物面Ｈに形成し、その放物面Ｈに多層膜７を成膜することによって形成できる。基台３は、例えばＳｉ（シリコン）単結晶板、ステンレス等によって形成される。
【００２４】
多層膜７は、重元素層８と軽元素層９とを交互に複数回積層することと、Ｘ線源Ｆから発生して発散するＸ線Ｒ０が入射する表面が放物面Ｈとされることを要件として形成されている。各層の成膜は、適宜の成膜法、例えばスパッタリング法を用いて行うことができる。
【００２５】
重元素層８と軽元素層９との積層構造を周期的に複数層繰り返すことにより、特定のＸ線、例えばＣｕＫα線を効率良く回折でき、その結果、出射側に強度の強いＸ線を得ることができる。さらに、多層膜７の表面を放物面Ｈとすることにより、その表面の全面において入射Ｘ線を平行方向へ回折すなわち反射できるようになり、正確な平行ビームを得ることができる。つまり、放物面多層膜鏡６を用いれば、単色化された平行Ｘ線ビームを非常に強度が高い状態で得ることができる。
【００２６】
Ｘ線を全反射させる場合には、Ｘ線を全反射面に対して低角度から入射させなければならないので、つまり見込み角を小さくしなければならないので、集束できるＸ線の強度が低くなることが考えられる。これに対し、Ｘ線を放物面で回折させるようにした多層膜７では、見込み角を大きく設定できるので、強度の強いＸ線を集光点に集めることができる。
【００２７】
なお、各層においてＸ線を回折できるようにするために、一対の重元素層８及び軽元素層９の積層厚さ、すなわち１周期分の積層厚さに関しては、Ｘ線出射側の積層厚さｔ２がＸ線入射側の積層厚さｔ１よりも大きくなっている。例えば、ｔ１≒３０Å、ｔ２≒４０Å程度に設定する。
【００２８】
また、重元素としては、例えば、Ｗ（タングステン）等が考えられ、軽元素としては、例えば、Ｓｉ、Ｃ（炭素）、Ｂ4Ｃ 等が考えられる。なお、積層構造としては、２種類の元素を用いた２重構造や、３種類以上の元素を用いた複数層構造が考えられる。
【００２９】
（６）  上記（４）項のＸ線集光装置、すなわち平行ビーム形成手段によって発散ビームを縦横の両方向に関して平行ビームに形成する構造のＸ線集光装置においては、前記Ｘ線源は縦幅と横幅がほぼ等しい寸法のＸ線焦点形状を有するポイントフォーカスのＸ線源とすることが望ましい。
【００３０】
Ｘ線源としては、上記ポイントフォーカスのＸ線焦点以外に、縦幅及び横幅の一方が他方に対して長い形状のラインフォーカスが考えられる。今考えているように、発散ビームを縦横の両方向に関して平行ビームに形成するという場合に、このラインフォーカスのＸ線源を用いるものとすれば、平行ビームに形成されるものはラインフォーカスのうちの一部分ということになって、ラインフォーカスのその他の部分に対応するＸ線ビームは平行ビームに形成されることなく無駄に消費されることになって効率が悪い。これに対し、ポイントフォーカスのＸ線源を用いる場合には、縦横の両方向に関してＸ線を効率良く平行ビームに形成できるので、無駄がない。
【００３１】
（７）  上記（１）項から上記（６）項記載のＸ線集光装置においては、前記平行ビーム形成手段から前記ゾーンプレートまでの範囲を気密に包囲するケーシングと、該ケーシング内の空気を外部へ排出する排気手段とを設けることが望ましい。
【００３２】
排気手段によってケーシング内部を排気してその内部の空気を外部へ排出すれば、平行ビーム形成手段からゾーンプレートを経由して集束されるＸ線が空気散乱によって減衰することを防止でき、その結果、強度の強いＸ線を微小点に集束させることができる。なお、排気手段は、ケーシング内部の空気を吸引してその内部を減圧する装置や、ケーシング内部をヘリウム置換する装置等によって構成できる。
【００３３】
（８）  次に、本発明に係るＸ線装置は、Ｘ線を放射するＸ線源と、該Ｘ線源から放射されたＸ線を試料の微小点又は微小試料に集光するＸ線集光装置と、該試料から出射するＸ線を検出するＸ線検出手段とを有するＸ線装置において、前記Ｘ線集光装置が上記（１）項から上記（７）項に記載のＸ線集光装置によって構成されることを特徴とする。このようなＸ線装置としては、例えば微小部Ｘ線回折装置、Ｘ線顕微鏡等が考えられる。
【００３４】
このＸ線装置によれば、Ｘ線集光装置によって極めて狭い領域、例えば直径１０μｍ以下の狭い領域に強度が強くてボケのないＸ線を集めることができるので、それを試料に照射することにより、極めて空間分解能の高い信頼性の高い測定データを得ることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、本発明に係るＸ線集光装置の一実施形態を示している。このＸ線集光装置１６は、平行ビーム形成手段としての及び放物面平行ビーム形成手段としての並列型放物面反射鏡１７と、分光手段としての分光結晶１８と、そしてゾーンプレート１９と、並列型放物面反射鏡１７からゾーンプレート１９までの範囲を気密に包囲するケーシング２１と、そしてそのケーシング２１の内部から空気を排除する排気装置２２とを有する。
【００３６】
ケーシング２１は、機械的強度及び望ましくは加工容易性を持った構造用材料、例えばステンレス等を用いて形成される。また、ケーシング２１は、図１では鎖線を用いて模式的に示してあるが、実際には、並列型放物面反射鏡１７等といった各光学要素の配置形態に合わせた適宜の形状に形成される。
【００３７】
並列型放物面反射鏡１７は、例えば、図２（ａ）に示す放物面反射鏡１ａ、すなわち適宜の部材２のＸ線反射面を放物面Ｈに仕上げることによって形成された放物面反射鏡１ａを縦横の直交２方向にわたって並べて配置することによって形成されている。この並列型放物面反射鏡１７に発散するＸ線が入射すると、縦方向及び横方向の両方向に関して発散ビームが平行ビームに形成され、その結果、符号Ｒ２で示すように断面矩形状の平行Ｘ線ビームが形成される。
【００３８】
分光結晶１８は、周知の通り、複数の異なった波長のＸ線成分を含むＸ線を受光したときに、その中の特定の波長成分だけを取り出す働きを行う結晶である。この分光結晶１８としてどのような材質の結晶を用いるかは、取り出したい波長に応じて適宜に選定する。
【００３９】
ゾーンプレート１９は、例えば図４に示すような、Ｘ線透過帯１２とＸ線遮光帯１３とを交互に層状に配列して構成され、これに平行Ｘ線ビームが受光されると、そのＸ線ビームが微小な集光点Ｐへ集束する。
【００４０】
本実施形態のＸ線集光装置１６は以上のように構成されているので、排気装置２２によってケーシング２１の内部から空気を排除した状態で、Ｘ線源Ｆから放射されて発散するＸ線Ｒ０がケーシング２１の中に取り込まれる。平行ビーム形成手段として並列型放物面反射鏡１７を用いる本実施形態では、Ｘ線源ＦとしてポイントフォーカスのＸ線源、すなわち縦幅と横幅がほぼ等しい寸法のＸ線焦点からＸ線が放射される構造のＸ線源を用いることが望ましい。
【００４１】
ポイントフォーカスのＸ線源からは直角２方向へほぼ均等に広がるＸ線が放射されるので、そのようなＸ線を並列型放物面反射鏡１７によって効率良く平行Ｘ線ビームに変換できるからである。
【００４２】
ケーシング２１の中に取り込まれたＸ線は、並列型放物面反射鏡１７によって断面矩形状の平行Ｘ線ビームＲ２に成形されて分光結晶１８に入射する。分光結晶１８は、これに入射したＸ線を単色化、すなわち特定波長のＸ線だけを取り出してゾーンプレート１９へ向けて出射する。
【００４３】
ゾーンプレート１９は、平行Ｘ線ビームを特定点に集束させる性質を有しているので、このゾーンプレート１９へ入射した単色平行Ｘ線ビームは微小な集光点Ｐへ集束する。この場合、ゾーンプレート１９によって受光されるＸ線は、並列型放物面反射鏡１７によって正確に平行に形成されたＸ線ビームであるので、ゾーンプレート１９によって形成される集光点Ｐの大きさは従来に比べて著しく小さく形成され、例えば従来では不可能であった直径１０μｍ以下に形成できる。
【００４４】
さらに、本実施形態では、並列型放物面反射鏡１７によって形成された平行Ｘ線ビームＲ２を分光結晶１８によって単色化してからゾーンプレート１９へ供給するようにした。ゾーンプレート１９へ入射するＸ線が複数の波長のＸ線成分を含むＸ線、すなわち連続Ｘ線であるとすると、ゾーンプレート１９によって形成される集光点Ｐにおいて色収差に起因するボケが発生して、明確に区画された微小面積の集光点Ｐが得られなくなるおそれがある。これに対し、本実施形態のように、ゾーンプレート１９へ入射する平行Ｘ線ビームを分光結晶１８によって単色化すれば、色収差の影響を低減でき、それ故、明確に区画された極めて微小面積の集光点Ｐを得ることができる。
【００４５】
さらに、本実施形態では、排気装置２２によってケーシング２１の内部を排気して空気を除去しているので、空気散乱によるＸ線の減衰を防止でき、よって、極めて微小面積の集光点Ｐへ強度の強いＸ線を集束させることができる。
【００４６】
図１の実施形態では、平行ビーム形成手段として並列型放物面反射鏡１７、すなわち縦横の２方向に放物面反射鏡１ａを並列に配置した構造体を用いたが、縦方向又は横方向のいずれか一方だけに関して放物面反射鏡１ａを設けるという構造も採用できる。
【００４７】
また、平行ビーム形成手段としては、図２（ａ）に示した放物面反射鏡１ａに限られず、図２（ｂ）に示す放物面反射鏡１ｂ、すなわち基台３の放物面表面に金属反射膜４を成膜した構造の放物面反射鏡１ｂを用いることができる。また、図３に示すような放物面多層膜鏡６、すなわち基台３の放物面表面に多層膜７を成膜した構造の、回折によってＸ線を反射する構造の放物面多層膜鏡６を用いることもできる。
【００４８】
また、図１の実施形態では並列型放物面反射鏡１７とゾーンプレート１９との間に分光手段としての分光結晶１８を設けたが、分光手段は必ずしも必須の要件ではない。また、排気装置２２を用いてＸ線光路のまわりから空気を除去することも、必ずしも必須の要件ではない。また、排気装置２２は空気を除去することが主な目的であり、その目的が達成される限りにおいて種々の構造を採用でき、例えば空気を吸引する減圧装置や、空気雰囲気をヘリウム雰囲気に置換するヘリウム置換装置等といった各種装置が採用できる。
【００４９】
（第２実施形態）
図５は、本発明に係るＸ線集光装置の好適な使用例である微小部Ｘ線回折装置を示している。ここに示す微小部Ｘ線回折装置２３は、試料の微小部又は微小試料にＸ線を照射して該微小部等に発生する回折Ｘ線を検出することによって該微小部の結晶構造を分析するための装置である。
【００５０】
この微小部Ｘ線回折装置２３においては、Ｘ線源Ｆから発生するＸ線の中心軸線すなわちＸ線光軸Ｘ０に一致させてχ（カイ）軸線をとり、そのχ軸線上にχ回転装置２４を配置する。このχ回転装置２４はχ軸線を中心としてχアーム２６を回転駆動する。χアーム２６はω回転装置２７を支持し、そのω回転装置２７はω軸線を中心としてωアーム２８を回転駆動する。ω軸線はχ軸線すなわちＸ線光軸Ｘ０に直交する軸線である。
【００５１】
ωアーム２８はφ回転装置２９を支持し、そのφ回転装置２９はφ軸線を中心として試料Ｓを回転駆動すなわち面内回転駆動する。φ軸線は、Ｘ線光軸Ｘ０を含むと共にω軸線に直交する面に含まれ、さらにω軸線とχ軸線の交点を通る軸線である。試料Ｓは、χ軸線、ω軸線及びφ軸線の各軸線の交点に配置されることにより、Ｘ線Ｒ３の照射位置に配置される。
【００５２】
Ｘ線源Ｆと試料Ｓとの間にはＸ線集光装置３６が配設される。このＸ線集光装置３６は、Ｘ線源Ｆから放射されて発散するＸ線Ｒ０を微小点に集束させる機能を有するＸ線光学要素であり、そのＸ線集光点Ｐが試料Ｓの測定点に一致させられる。このＸ線集光装置３６は、例えば図１に示すＸ線集光装置１６によって構成できる。
【００５３】
図５において、試料Ｓから適宜の距離だけ離れた位置には、Ｘ線検出器としての湾曲ＰＳＰＣ（Position Sensitive Proportional Counter：位置敏感型比例計数管）３１が配置される。このＰＳＰＣ３１は、ＰＣ（比例計数管）の芯線の両端に生じるパルス時間差を検出することにより、ＰＣの芯線方向すなわち直線方向に位置分解能を持たせたＸ線検出器である。図５の場合は、ω軸線と直交する面内で直線方向の位置分解能を持たせてあり、これにより、その直線方向に沿った異なる回折角度のＸ線を同時に検出できる。
【００５４】
以上の構成から成る微小部Ｘ線回折装置では、試料Ｓをχ軸線及びφ軸線のそれぞれを中心として独立して回転させることにより、Ｘ線Ｒ３の照射点に存在する試料Ｓの結晶粒の配向状態をランダマイズ、すなわち平均化又は無秩序化することができ、これにより、試料Ｓの結晶粒からの回折Ｘ線を漏れなくＰＳＰＣ３１によって検出できる。
【００５５】
ω軸線を中心とする試料Ｓの回転は、試料Ｓへ入射するＸ線の入射角度を調節するために行われるものであり、その入射角度が所定値、例えば２０°〜３０°程度に設定された後は、そのω軸線まわりの試料Ｓの位置は固定される。
【００５６】
図５に示す微小部Ｘ線回折装置２３に用いられるＸ線集光装置３６として図１に示す構造のＸ線集光装置１６を用いるようにすれば、図１に関連して説明した通りに、試料Ｓの極めて微小点に鮮明なＸ線集光点Ｐを形成でき、それ故、試料Ｓの微小部分からの回折Ｘ線情報を高空間分解能で得ることができる。
【００５７】
なお、図５の装置では、χ軸線をＸ線光軸Ｘ０に一致するように設定し、さらにχ軸回転系の上にω軸回転系を載せる構造とした。しかしながら微小部Ｘ線回折装置はそのような構造に限られず、ω回転系の上にχ回転系を載せることにより、χ軸線が必ずしもＸ線光軸Ｘ０に一致しない構造とすることもできる。
【００５８】
（第３実施形態）
図６は、本発明に係るＸ線集光装置の他の好適な使用例であるＸ線顕微鏡を示している。ここに示すＸ線顕微鏡３２は、例えば、微小生物等といった微小試料にＸ線を照射して該微小試料によるＸ線吸収値を測定することにより、該微小試料を観察するための装置である。
【００５９】
このＸ線顕微鏡３２は、Ｘ線源Ｆから放射されて発散するＸ線を受光して集光点Ｐへ集束させるＸ線集光装置４６と、ピンホール３３と、試料Ｓを支持するＸＹステージ３４と、Ｘ線検出器としてのＰＣ（比例計数管）３７とを有する。Ｘ線集光装置４６は、例えば図１に示すＸ線集光装置１６によって構成できる。また、Ｘ線集光装置４６及びピンホール３３は、それぞれ、ＸＹＺステージ３８ａ及び３８ｂ、すなわち対象物を直交３軸方向へ平行移動させることのできるステージによって支持される。
【００６０】
Ｘ線源Ｆから放射されて発散するＸ線は、Ｘ線集光装置４６によって集光されると共にピンホール３３によって散乱線等といった不要成分が規制されながら、試料Ｓ上の微小集光点Ｐへ集光される。そして、試料Ｓを透過したＸ線はＰＣ３７によって検出され、この検出結果に基づいてＸ線吸収値が求められる。
【００６１】
試料ＳはＸＹステージ３４によってＸ線光軸Ｘ０に直交する平面内で移動され、これにより試料Ｓが微小なＸ線ビームで掃引される。このとき、Ｘ線顕微鏡の空間分解能は試料Ｓを掃引するＸ線ビームの大きさに依存するが、本実施形態で用いるＸ線集光装置４６を図１に示したＸ線集光装置１６によって構成すれば、極めて微小な集光点Ｐに強度の強いＸ線を集束できるので、極めて空間分解能の高い顕微鏡測定結果を得ることができる。
【００６２】
（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
【００６３】
例えば、以上の説明では、図１のＸ線集光装置１６を図５の微小部Ｘ線回折装置２３及び図６のＸ線顕微鏡３２に用いる場合を例示したが、本発明に係るＸ線集光装置はその他任意のＸ線利用機器に適用できる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明に係るＸ線集光装置に用いられるゾーンプレートは、それに平行Ｘ線ビームが入射したときにその平行Ｘ線ビームを固有の焦点距離だけ離れた点に集束させるという性質を有する。従って、本発明のように、Ｘ線の進行方向に関して上記ゾーンプレートの上流位置に平行ビーム形成手段を配設し、その平行ビーム形成手段によって平行Ｘ線ビームを形成した上で、その平行Ｘ線ビームをゾーンプレートに入射させれば、極めて小さな微小点、例えば１０μｍ以下の微小点に鮮明なＸ線を集束させることができる。
【００６５】
また、本発明に係るＸ線装置によれば、Ｘ線集光装置によって極めて微小な集光点にＸ線を集めることができるので、試料の微小部や微小試料に強度の強い明確なビームを照射することができ、その結果、空間分解能の高い測定結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線集光装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】平行ビーム形成手段の一例である放物面反射鏡の一実施形態を示す断面図であり、（ａ）はガラス等といったＸ線反射部材だけで形成された放物面反射鏡を示し、（ｂ）は基台上に金属反射膜を成膜して成る放物面反射鏡を示している。
【図３】平行ビーム形成手段の他の一例である放物面多層膜鏡の一実施形態を示す断面図である。
【図４】ゾーンプレートの一実施形態を示す図であり、（ａ）は概略の平面図を示し、（ｂ）はその断面の一部を示している。
【図５】Ｘ線集光装置を用いて構成されるＸ線装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図６】Ｘ線集光装置を用いて構成されるＸ線装置の他の一実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ    放物面反射鏡
２            Ｘ線反射部材
３            基台
４            金属反射膜
６            放物面多層鏡
７            多層膜
８            重元素層
９            軽元素層
１１            ゾーンプレート
１２            Ｘ線透過帯
１３            Ｘ線遮蔽帯
１４            基板
１６            Ｘ線集光装置
１７            並列型放物面反射鏡
１８            分光結晶
１９            ゾーンプレート
２３            微小部Ｘ線回折装置
３２            Ｘ線顕微鏡
３６            Ｘ線集光装置
４６            Ｘ線集光装置
【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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