JP2000147199A - Multilayer film spectral element for x-ray fluorescence analysis of beryllium - Google Patents

Multilayer film spectral element for x-ray fluorescence analysis of beryllium

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JP2000147199A
JP2000147199A JP10323633A JP32363398A JP2000147199A JP 2000147199 A JP2000147199 A JP 2000147199A JP 10323633 A JP10323633 A JP 10323633A JP 32363398 A JP32363398 A JP 32363398A JP 2000147199 A JP2000147199 A JP 2000147199A
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beryllium
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multilayer
multilayer film
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Kazuaki Shimizu
一明 清水
Naoki Kawahara
直樹 河原
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Rigaku Industrial Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make accurately analyzable in a short time by multiply layering on a substrate using ruthenium on a reflection layer and beryllium on a spacer layer and constituting with a specific periodic length and a layer number. SOLUTION: A layer body consisting of a reflection layer 31 and a spacer layer 32 is multiply layering in constitution on a substrate 7 such as silicon wafer. For the reflection layer 31, ruthenium is used, for the spacer layer 32, beryllium is used and a film is made by ion beam sputtering method, for example. The periodic length (d) is desired to be 7 to 10 nm from a theoretical calculation and experience for gaining a constant reflection intensity and reducing the background. The layer number is obtained from the theoretical calculation corresponding to the periodic length (d) and desired to be 20 to 40. However, the periodic length (d) and the layer number is desired to be selected and used according to the purpose and usage. For example, when the periodic length (d) is 7 nm, 10 nm and 15 nm, the layer number corresponding to the periodic numbers (d) to be 30 to 50 layers, 25 to 40 layers and 20 to 40 layers are used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、反射層とスペーサ
層からなる層対を基板上に多数積層して構成され、ベリ
リウムの蛍光X線分析に使用される多層膜分光素子に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multilayer spectroscopic element which is formed by laminating a large number of layer pairs consisting of a reflective layer and a spacer layer on a substrate and is used for X-ray fluorescence analysis of beryllium.

【0002】[0002]

【従来の技術】ベリリウム(Be)の蛍光X線を含むい
わゆる軟X線領域においては、その波長が10nm以上
と非常に長いために、ブラッグ反射を利用し得る適当な
分光結晶が天然には存在せず、軟X線分光分野の大きな
課題となっていた。これに対し、近年の真空蒸着による
成膜技術の進歩に伴って、異なる物質を反射層とスペー
サ層として交互に積層して成る多層膜素子が軟X線分光
素子として非常に有用であることが見出され、現在では
硬X線を含めた広い領域にわたってその実用化が試みら
れている。
2. Description of the Related Art In the so-called soft X-ray region including fluorescent X-rays of beryllium (Be), since the wavelength is as long as 10 nm or more, an appropriate spectral crystal that can utilize Bragg reflection naturally exists. Without this, it has been a major issue in the field of soft X-ray spectroscopy. On the other hand, with the recent progress in film forming technology by vacuum deposition, a multilayer film element in which different materials are alternately laminated as a reflective layer and a spacer layer is very useful as a soft X-ray spectroscopic element. It has been found, and its practical use has been attempted over a wide area including hard X-rays.

【0003】上記の多層膜分光素子を用いた蛍光X線分
析装置の一例を図9に示す。同図において、X線管1か
らの1次X線B1を試料2に照射し、この試料2で発生
する蛍光(2次)X線B2を多層膜分光素子3により、
ブラッグの式(1)を満足する所定の波長λの蛍光X線
B2のみを入射角θと同一の反射角θでブラッグ反射さ
せる。その他の蛍光X線B2は、多層膜分光素子3から
ほとんど反射されない。 2d・sinθ=nλ (1) (但し、dは周期長、nは反射の次数1,2,3,…) そして、この多層膜分光素子3からの反射X線B3を検
出器4に入射させ、分析器6で分析対象のX線の反射ピ
ークプロファイルを得る。なお、ソーラスリット5はX
線を平行光にするためである。
FIG. 9 shows an example of an X-ray fluorescence analyzer using the above-mentioned multilayer film spectroscopic element. In the figure, a sample 2 is irradiated with a primary X-ray B1 from an X-ray tube 1, and a fluorescent (secondary) X-ray B2 generated in the sample 2 is
Only the fluorescent X-ray B2 having a predetermined wavelength λ that satisfies the Bragg equation (1) is Bragg reflected at the same reflection angle θ as the incident angle θ. The other fluorescent X-rays B <b> 2 are hardly reflected from the multilayer spectral element 3. 2d · sin θ = nλ (1) (where d is the cycle length, n is the order of reflection 1, 2, 3,...) Then, the reflected X-rays B3 from the multilayer film spectral element 3 are made incident on the detector 4. The analyzer 6 obtains a reflection peak profile of an X-ray to be analyzed. The solar slit 5 is X
This is to make the lines parallel light.

【0004】対象とするX線領域において、優れた分光
特性を有する多層膜分光素子を得るための要件として
は、以下の(イ)〜(ハ)が知られている。 (イ)多層膜を構成する物質が、対象X線領域において
適切な光学定数を有していること。 (ロ)上記構成物質が、0.1nm単位で平坦かつ連続
な極薄膜を形成し得ること。 (ハ)上記構成物質が、積層界面において相互に拡散せ
ず、急峻な界面を形成し得ること。
The following requirements (a) to (c) are known as requirements for obtaining a multilayer spectral device having excellent spectral characteristics in the target X-ray region. (A) The material constituting the multilayer film has an appropriate optical constant in the target X-ray region. (B) The constituent material can form a flat and continuous ultrathin film in units of 0.1 nm. (C) The constituent materials can form a steep interface without being mutually diffused at the lamination interface.

【0005】分析対象のBe−Kα線(波長:11.4
nm)近傍の波長において、高い反射性能を有する多層
膜素子としては、上記要件(イ)の観点から、そのスペ
ーサ層物質としてBeを使用するのが理論計算上最適で
あることが知られているが、Beは特定化学物質にも指
定されている毒性物質であり、その取扱いには十分な安
全管理を要する。したがって、現在までに実際に作製評
価されているBeを用いた多層膜素子としては、W/B
e,Ti/Be,Ge/Be,Al/Be等の極く限ら
れた組合せについての報告があるのみであったが、最近
になって、Mo/Be多層膜が該波長付近において非常
に高い実測反射率を示すことが報告されており、Beス
ペーサ層の有用性があらためて確認されるに至ってい
る。
The Be-Kα ray to be analyzed (wavelength: 11.4)
From the viewpoint of the above requirement (a), it is known that the use of Be as the spacer layer material is theoretically optimal for a multilayer film element having high reflection performance at a wavelength near (nm). However, Be is a toxic substance also specified as a specific chemical substance, and its handling requires sufficient safety management. Therefore, as a multilayer element using Be that has been actually manufactured and evaluated up to now, W / B
e, Ti / Be, Ge / Be, Al / Be, etc., but there have been reports only on very limited combinations, but recently, the Mo / Be multilayer film is very high around the wavelength. It has been reported that the measured reflectivity is exhibited, and the usefulness of the Be spacer layer has been confirmed again.

【0006】また、要件(イ)を満たしても、実際に多
層膜構造に積層すると、その構造の不完全性のために理
論計算通りの性能が得られない場合がほとんどであり、
その主要因たる要件(ロ)および(ハ)に関する、いわ
ゆる「界面ラフネス」に関する調査も行われている。こ
れは、例えば実際に多層膜を作製し、そのX線反射率を
測定することで評価が行われている。すなわち、当該多
層膜の理想的構造(界面ラフネス=0)における理論予
測反射率をI0 ,また実際の多層膜における実測反射率
をI,界面ラフネスをσ,周期長をdとした場合、近似
的に次式(2)で表される。ここで反射率とは、多層膜
における入射2次X線B2の強度に対する反射X線B3
の強度(以下、反射強度という)の比をいう。 I=I0 ・exp〔−(2πσ/d)2 〕 (2)
Further, even if the requirement (a) is satisfied, the performance according to the theoretical calculation cannot be obtained in most cases due to the imperfection of the structure when the multilayer structure is actually laminated.
Investigations on so-called "interface roughness" regarding the main factors (b) and (c) are also being conducted. This is evaluated, for example, by actually fabricating a multilayer film and measuring the X-ray reflectance. That is, when the theoretically predicted reflectance of the ideal structure of the multilayer film (interface roughness = 0) is I 0 , the measured reflectance of the actual multilayer film is I, the interface roughness is σ, and the period length is d, approximation is performed. It is expressed by the following equation (2). Here, the reflectance refers to the reflected X-ray B3 with respect to the intensity of the incident secondary X-ray B2 in the multilayer film.
(Hereinafter referred to as reflection intensity). I = I 0 · exp [− (2πσ / d) 2 ] (2)

【0007】式(2)に基づいて、理論予測反射率I0
を理論計算から求め、実測反射率Iおよび周期長dを実
験的に求めることにより、界面ラフネスσを得ることが
できる。その結果、ほとんどの多層膜において、約0.
3nm以上の界面ラフネスσが存在していることが明ら
かになっている。
Based on the equation (2), the theoretical predicted reflectance I 0
Is obtained by theoretical calculation, and the measured reflectance I and the period length d are experimentally obtained, whereby the interface roughness σ can be obtained. As a result, in most multilayer films, about 0.1.
It is clear that an interface roughness σ of 3 nm or more exists.

【0008】一方、ベリリウム(Be)の蛍光X線分析
に使用する比較的良好な分光性能を有する多層膜素子と
しては、モリブデン(Mo)と炭化ホウ素(B4 C)を
組み合わせた多層膜素子が有用であることが見出されて
おり、現在、Mo/B4 C多層膜が主流的に使用されて
いる。
On the other hand, as a multilayer film element having relatively good spectral performance for use in X-ray fluorescence analysis of beryllium (Be), a multilayer film element combining molybdenum (Mo) and boron carbide (B 4 C) is known. has been found to be useful, currently, Mo / B 4 C multilayer film is used mainstream manner.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のベリリ
ウム用多層膜分光素子に使用されているMo/B4 C多
層膜は、スペーサ層の物質としてB4 Cを用いているた
め、適切な光学定数を有することとした要件(イ)の観
点から十分であるとは言えない。
[0006] However, the conventional beryllium multilayer film spectral element Mo / B 4 C multilayer film which are used, the use of the B 4 C as a material of the spacer layer, a suitable optical It cannot be said that it is sufficient from the viewpoint of the requirement (a) of having a constant.

【0010】また、Be−Kα線の反射強度は比較的小
さいため、上記のMo/B4 C多層膜で、ベリリウム
(Be)成分の定量分析を高精度で行うためには、その
分析時間を非常に長くする必要があり、より高強度の反
射性能を有する多層膜分光素子の実用化が望まれてい
る。
In addition, since the reflection intensity of Be-Kα ray is relatively small, in order to perform the quantitative analysis of beryllium (Be) component with high accuracy in the Mo / B 4 C multilayer film, the analysis time is required. It needs to be very long, and there is a demand for the practical use of a multilayer spectroscopic element having higher intensity reflection performance.

【0011】さらに、試料2中に、例えば、亜鉛(Z
n)や銅(Cu)のような遷移金属等が含まれている場
合、その蛍光X線であるZn−Kα線やCu−Kα線
は、Be−Kα線よりも波長が2桁程度短いことから、
図7(b)の多層膜3Aを通過し、基板7の表面(切出
面)7aに達する。表面7aに達したZn−Kα線やC
u−Kα線は、基板7の結晶の格子面7cにおいて破線
で示すように回折され、分析元素Beのスペクトルに対
して妨害スペクトルとなる元素の回折X線B4として検
出器4(図9)に入射し、図6(b)のように、Be−
Kα線と重なる。この結果、ベリリウム(Be)成分の
分析精度の低下を招いていた。
Further, for example, zinc (Z
n) When a transition metal such as copper (Cu) or the like is contained, the fluorescent X-rays such as Zn-Kα ray and Cu-Kα ray have wavelengths that are about two orders of magnitude shorter than Be-Kα rays. From
It passes through the multilayer film 3A of FIG. 7B and reaches the surface (cut surface) 7a of the substrate 7. Zn-Kα ray or C reaching surface 7a
The u-Kα ray is diffracted as indicated by a broken line on the lattice plane 7c of the crystal of the substrate 7 and is transmitted to the detector 4 (FIG. 9) as a diffracted X-ray B4 of an element which becomes an interference spectrum with respect to the spectrum of the analysis element Be. Incident, and as shown in FIG.
It overlaps with the Kα ray. As a result, the analysis accuracy of the beryllium (Be) component was reduced.

【0012】本発明は上記の問題点を解決して、高精度
かつ短時間のベリリウム(Be)の蛍光X線分析が可能
なベリリウム蛍光X線分析用多層膜分光素子を提供する
ことを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to provide a beryllium fluorescent X-ray analysis multilayer film spectroscopic element capable of high-accuracy and short-time fluorescent X-ray analysis of beryllium (Be). I have.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、反射層とスペーサ層からなる層対
を基板上に多数積層して構成され、試料中に含まれるベ
リリウム(Be)の蛍光X線分析に使用される多層膜分
光素子であって、前記反射層にルテニウム(Ru)を、
前記スペーサ層にベリリウム(Be)を使用して、周期
長を7nm以上、かつ層対数を20層対以上としてい
る。
According to the present invention, there is provided, according to the present invention, a structure in which a plurality of layer pairs each including a reflective layer and a spacer layer are laminated on a substrate, and the beryllium ( Be) A multilayer spectroscopy element used for the fluorescent X-ray analysis of Be), wherein ruthenium (Ru) is contained in the reflection layer;
Beryllium (Be) is used for the spacer layer, the period length is 7 nm or more, and the number of layer pairs is 20 or more.

【0014】上記構成によれば、ベリリウム蛍光X線の
反射強度が、従来のMo/B4 C多層膜分光素子に比べ
て約2倍以上増大し、より高精度,短時間でのベリリウ
ム蛍光X線分析が可能となる。
According to the above configuration, the reflection intensity of the beryllium fluorescent X-ray is increased about twice or more as compared with the conventional Mo / B 4 C multilayer spectroscopic element, and the beryllium fluorescent X-ray can be obtained with higher accuracy and in a shorter time. Line analysis becomes possible.

【0015】好ましくは、前記基板は、分析元素である
ベリリウム(Be)のスペクトルに対して妨害スペクト
ルとなる試料中に含まれる他の元素の回折X線が検出器
に入射しないように、前記回折X線を反射させる結晶の
格子面を、基板の表面に対して傾斜させた結晶性基板も
しくは非晶質性基板からなる。従って、試料中に遷移金
属等が含まれる場合、遷移金属等からの妨害となる回折
X線の影響を受けることなく、さらに高精度のベリリウ
ム蛍光X線分析が可能となる。
Preferably, the substrate is provided with the diffraction element so that diffraction X-rays of another element contained in the sample, which becomes an interference spectrum with respect to the spectrum of beryllium (Be) as an analysis element, do not enter the detector. It is composed of a crystalline substrate or an amorphous substrate in which the lattice plane of the crystal that reflects X-rays is inclined with respect to the surface of the substrate. Therefore, when a transition metal or the like is contained in the sample, beryllium fluorescent X-ray analysis can be performed with higher accuracy without being affected by diffracted X-rays that interfere with the transition metal or the like.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態によ
るベリリウム蛍光X線分析用多層膜分光素子3の構造を
示す縦断面図である。この多層膜分光素子3は、反射層
31とスペーサ層32とからなる層対をシリコン(S
i)ウエハのような基板7上に多数積層して構成されて
おり、反射層31として反射率に優れているルテニウム
(Ru)、スペーサ層32にベリリウム(Be)を用い
ている。この多層膜分光素子3は、例えばイオンビーム
スパッタリング法により成膜される。こうして、反射率
に優れた多層膜分光素子3が得られる。上記多層膜分光
素子3は、試料中に含まれるベリリウム(Be)の蛍光
X線B2を回折して回折X線B3を発生させる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a structure of a multilayer spectroscopic element 3 for beryllium fluorescent X-ray analysis according to one embodiment of the present invention. In this multilayer film spectroscopic element 3, a layer pair composed of the reflective layer 31 and the spacer layer 32 is formed of silicon (S
i) Ruthenium (Ru), which is formed by laminating a large number on a substrate 7 such as a wafer and has excellent reflectivity as the reflective layer 31, and beryllium (Be) as the spacer layer 32. The multilayer spectroscopic element 3 is formed by, for example, an ion beam sputtering method. Thus, a multilayer spectroscopic element 3 having excellent reflectivity is obtained. The multilayer spectroscopic element 3 generates a diffracted X-ray B3 by diffracting the fluorescent X-ray B2 of beryllium (Be) contained in the sample.

【0017】上記多層膜分光素子3においては、反射層
31にルテニウム(Ru)、スペーサ層32にベリリウ
ム(Be)の組合せを用いているが、以下、この理由に
ついて説明する。
In the multilayer spectroscopy element 3, a combination of ruthenium (Ru) for the reflective layer 31 and a combination of beryllium (Be) for the spacer layer 32 will be described below.

【0018】〔I 〕反射層にRu、スペーサ層にBeの
組合せとした理由 まず、上記の適切な光学定数を有することとした要件
(イ)の観点から、Be−Kα線(波長:11.4n
m)に対する多層膜分光素子における構成物質につい
て、その組合せの最適化の検討を行った。一般に、物質
のX線に対する光学的特性(散乱,吸収)は、原子散乱
因子という物性パラメータによって表されることが知れ
られており、特に軟X線領域での主要元素の上記因子に
ついては、ヘンケ(Henke)等によって詳しく調査
され、また文献として報告されている。さらに、X線が
ある平坦物質表面に入射した際に起こる反射および吸収
現象は、上記因子から計算される複素屈折率を用いて、
フレネルの反射振幅係数として表すことができる。この
係数は、一般に複素数で表される値であり、その実部は
反射強度、虚部は吸収にそれぞれ対応する値になってい
る。
[I] Reason for Combining Ru for Reflective Layer and Be for Spacer Layer First, from the viewpoint of the requirement (a) that the optical layer has an appropriate optical constant, a Be-Kα ray (wavelength: 11. 4n
With respect to the constituent materials in the multilayer spectroscopic element for m), optimization of the combination was examined. In general, it is known that the optical characteristics (scattering and absorption) of a substance with respect to X-rays are represented by a physical property parameter called an atomic scattering factor. (Henke) et al. And reported in the literature. Furthermore, the reflection and absorption phenomena that occur when X-rays are incident on a flat material surface are calculated using the complex refractive index calculated from the above factors.
It can be expressed as a Fresnel reflection amplitude coefficient. This coefficient is a value generally represented by a complex number, and the real part is a value corresponding to the reflection intensity and the imaginary part is a value corresponding to the absorption.

【0019】図2は、波長11.4nmにおける主な元
素のフレネル反射振幅係数を示したものであり、横軸は
実部、縦軸は虚部である。Be,Siは共鳴現象による
透過のため負領域にある。ここで、多層膜構成物質とし
て最適な組合せとしては、各層界面で効率的な反射を起
こさせるために光学的コントラストができるだけ大き
く、かつ、物質中での吸収ロスのできるだけ小さい物質
対が望ましいことが知られている。すなわち、図2にお
いて、互いに横軸方向にできるだけ離れていて、かつ両
物質ともにできるだけ横軸の近くにある物質対が最適で
あるということができる。これらの条件に当てはまる物
質対としては、同図よりRuとBeの組合せであること
がわかる。したがって、反射層にRu、スペーサ層にB
eの組合せが最適である。その他の組合せで、従来から
使用されている例えばMoとB4 Cでは少なくとも光学
定数的には不十分であることが明らかである。
FIG. 2 shows the Fresnel reflection amplitude coefficients of the main elements at a wavelength of 11.4 nm. The horizontal axis represents the real part, and the vertical axis represents the imaginary part. Be and Si are in the negative region due to transmission by the resonance phenomenon. Here, as the most suitable combination as the constituent material of the multilayer film, it is desirable that a material pair having the largest possible optical contrast and the smallest possible absorption loss in the material in order to cause efficient reflection at each layer interface is desirable. Are known. That is, in FIG. 2, it can be said that a substance pair that is as far away from each other as possible in the horizontal axis direction and that both substances are as close as possible to the horizontal axis is optimal. From the figure, it can be seen that a substance pair that meets these conditions is a combination of Ru and Be. Therefore, Ru is used for the reflective layer and B is used for the spacer layer.
The combination of e is optimal. In other combinations, it is clear that conventionally used Mo and B 4 C, for example, are at least insufficient in optical constants.

【0020】また、上記多層膜分光素子3においては、
〔II〕周期長dを7nm以上とし、かつ、〔III 〕層対
数を20層対以上としているが、以下、〔II〕,〔III
〕とした理由について説明する。
In the multilayer film spectroscopic element 3,
[II] The period length d is 7 nm or more, and the number of [III] layer pairs is 20 or more.
] Will be described.

【0021】〔II〕周期長dを7nm以上とした理由 まず、Ru/Be多層膜について、周期長dをやや変え
た場合のBe蛍光X線の反射強度の変化から、上記の式
(2)を用いて、Ru/Be多層膜の界面ラフネスσが
求められる。この結果、Ru/Be多層膜の界面ラフネ
スσは約1nmである。この界面ラフネスσを簡易に求
める方法については後述する。したがって、理想的(界
面ラフネスσ=0)な場合に予測される理論反射強度の
約45%以上で、すなわち従来のMo/B4 C多層膜に
対して少なくとも約2倍以上の反射強度を得るために
は、式(2)の計算から、周期長dを7nm以上とする
必要がある。
[II] Reason for setting the period length d to be 7 nm or more First, for the Ru / Be multilayer film, the change in the reflection intensity of Be fluorescent X-rays when the period length d is slightly changed is obtained from the above equation (2). Is used to determine the interface roughness σ of the Ru / Be multilayer film. As a result, the interface roughness σ of the Ru / Be multilayer film is about 1 nm. A method for easily obtaining the interface roughness σ will be described later. Therefore, a reflection intensity of about 45% or more of the theoretical reflection intensity predicted in an ideal case (interface roughness σ = 0), that is, at least about twice or more of the conventional Mo / B 4 C multilayer film is obtained. Therefore, it is necessary to set the period length d to 7 nm or more from the calculation of the equation (2).

【0022】一方、周期長dの上限は、小さい方が望ま
しい。すなわち、上記ブラッグの式(1)により、周期
長dの小さい方が、入射角θが大きいので、図3(a)
の反射ピークプロファイルのように、波長λが異なる2
つの蛍光X線について、周期長の小さいd1と大きいd
2とでは、周期長の小さいd1の方の反射ピークの分離
が大きくなり、高精度の分析が可能となる。また、図3
(b)のように、多層膜における全反射強度は、入射角
θの大きい方が小さくなるので、反射ピークにこの全反
射強度がバックグラウンドとして重なるから、周期長の
小さい(入射角θの大きい)d1の方がバックグラウン
ドも小さくなり、S/N比が大きくなる。経験的には、
周期長dを約15nm以下とするのが適当である。した
がって、本発明に係る多層膜分光素子3の周期長dの範
囲は7〜15nm、好ましくは7〜10nmである。
On the other hand, it is desirable that the upper limit of the cycle length d be smaller. That is, according to the Bragg equation (1), the smaller the period length d is, the larger the incident angle θ is.
2 having different wavelengths λ like the reflection peak profile of
For one fluorescent X-ray, d1 having a small cycle length and d having a large cycle length
In the case of No. 2, the separation of the reflection peak of d1 having a small cycle length becomes large, and high-precision analysis becomes possible. FIG.
As shown in (b), the total reflection intensity of the multilayer film decreases as the incident angle θ increases, and the total reflection intensity overlaps with the reflection peak as a background. Therefore, the period length is small (the incident angle θ is large). D) The background is smaller and the S / N ratio is larger in d1. Empirically,
It is appropriate that the period length d be about 15 nm or less. Therefore, the range of the period length d of the multilayer film spectral element 3 according to the present invention is 7 to 15 nm, preferably 7 to 10 nm.

【0023】ここで、上記の式(2)を用いて、多層膜
の界面ラフネスσを簡易的に求める方法について説明す
る。図4のように、若干異なる周期長d1,d2を有す
る2つの人工多層膜分光素子を作り、周期長d1の分光
素子の実測反射率をI1 、周期長d2の分光素子の実測
反射率をI2 とすると、上記の式(2)から、次式
(3),(4)が成立する。 I1 /I0 =exp〔−(2πσ/d1)2 〕 (3) I2 /I0 =exp〔−(2πσ/d2)2 〕 (4) 上式(3)と(4)の両辺同士を除算することにより、
次式が得られる。 I1 /I2 =exp〔−(2πσ)2 (1/d12 −1/d22 )〕(5) 式(5)において、2つの実測反射率の比、つまり2つ
の反射強度の比I1 /I2 は実際の測定から簡易に得ら
れ、また、上記ブラッグの式(1)で、入射角θからd
1,d2が得られるので、界面ラフネスσが求められ
る。この結果、本発明に係るRu/Be,Mo/Be多
層膜および従来のMo/B4 C多層膜において、界面ラ
フネスσは約1nmでほぼ同じである。
Here, a method for easily obtaining the interface roughness σ of the multilayer film using the above equation (2) will be described. As shown in FIG. 4, two artificial multilayer spectroscopic elements having slightly different cycle lengths d1 and d2 are formed, and the measured reflectivity of the spectroscopic element having the cycle length d1 is I 1 , and the measured reflectivity of the spectroscopic element having the cycle length d2 is set as If I 2 , the following equations (3) and (4) are established from the above equation (2). I 1 / I 0 = exp [− (2πσ / d1) 2 ] (3) I 2 / I 0 = exp [− (2πσ / d2) 2 ] (4) Both sides of the above equations (3) and (4) By dividing
The following equation is obtained. I 1 / I 2 = exp [− (2πσ) 2 (1 / d1 2 −1 / d2 2 )] (5) In equation (5), the ratio of two measured reflectances, that is, the ratio I of two reflection intensities 1 / I 2 can be easily obtained from an actual measurement. Also, in the Bragg equation (1), d is obtained from the incident angle θ by d.
Since 1 and d2 are obtained, the interface roughness σ is obtained. As a result, in the Ru / Be, Mo / Be multilayer film according to the present invention and the conventional Mo / B 4 C multilayer film, the interface roughness σ is approximately the same at about 1 nm.

【0024】従来は、反射率計で入射強度と反射強度の
比から反射率を求め、界面ラフネスσを求めていたが、
本方法によれば、高価な反射率計を用いることなく、分
光素子の2つの反射強度の比を測定することにより、簡
易的かつ比較的安価に界面ラフネスσを求めることが可
能となる。
Conventionally, the reflectivity was determined from the ratio of the incident intensity to the reflected intensity using a reflectometer, and the interface roughness σ was determined.
According to this method, the interface roughness σ can be obtained simply and relatively inexpensively by measuring the ratio of the two reflection intensities of the spectral element without using an expensive reflectometer.

【0025】〔III 〕層対数を20層対以上とした理由 図5に、Ru/Be多層膜において、周期長dを7nm
とした場合、Be蛍光X線の反射強度の層対数に対する
変化を理論計算により求めた結果を示す。横軸は層対
数、縦軸は飽和状態の反射率を1としてノーマライズし
た規格化反射率である。この図から明らかなように、R
u/Be多層膜は約30層対以上において、ほぼ飽和値
に達しており、この多層膜の十分な反射性能を得るため
には、約30層対以上の層対数であればよい。なお、5
0層対で反射率は飽和する。これと同様に、周期長dを
15nmとした場合、約20層対以上において、ほぼ飽
和値に達する。したがって、本発明に係る多層膜分光素
子3の層対数の範囲は20〜50層対数、好ましくは2
0〜40層対数である。
[III] Reason why the number of layer pairs is 20 or more FIG. 5 shows that the period length d of the Ru / Be multilayer film is 7 nm.
In the case of, the change in the reflection intensity of the Be fluorescent X-ray with respect to the layer logarithm is shown by a theoretical calculation. The horizontal axis represents the number of layers, and the vertical axis represents the normalized reflectance obtained by normalizing the reflectance in a saturated state to 1. As is apparent from FIG.
The u / Be multilayer film has almost reached a saturation value in about 30 layer pairs or more, and in order to obtain sufficient reflection performance of this multilayer film, the number of layer pairs should be about 30 layer pairs or more. In addition, 5
The reflectance is saturated at the zero layer pair. Similarly, when the period length d is 15 nm, the saturation value is almost reached at about 20 layer pairs or more. Therefore, the range of the layer logarithm of the multilayer spectral element 3 according to the present invention is 20 to 50 layer logarithms, preferably 2
The logarithm is 0 to 40 layers.

【0026】上記〔II〕,〔III 〕に基づいて、多層膜
分光素子3の周期長dと層対数は、目的および用途に応
じて適宜選択して用いるのが好ましい。例えば、以下の
ものが選択される。 周期長dが7nmのとき、層対数が30層対以上で50
層対以下 周期長dが10nmのとき、層対数が25層対以上で4
0層対以下 周期長dが15nmのとき、層対数を20層対以上で4
0層対以下
Based on the above [II] and [III], it is preferable that the period length d and the number of layers of the multilayer spectral element 3 are appropriately selected and used according to the purpose and application. For example, the following are selected. When the period length d is 7 nm, the number of layer pairs is 50 when the number of layer pairs is 30 or more.
When the period length d is 10 nm and the number of layer pairs is 25 or more,
0 layer pair or less When the period length d is 15 nm, the number of layer pairs is 4 for 20 layer pairs or more.
0 layer pair or less

【0027】また、Beの他に、例えばZnやCuの遷
移金属等の不純物が含まれている試料を測定対象とする
場合、シリコンウエハのような結晶性基板7の表面(切
出面)7aは、図7(a)に示すように、結晶の格子面
(例えば(100)面)7cに対して、角度αだけ傾斜
している。したがって、多層膜分光素子3の格子面31
aも、結晶の格子面7cに対して、角度αだけ傾斜して
いる。角度αは、分析元素であるBeのスペクトルに対
して妨害スペクトルとなるZnやCuのような遷移金属
等の元素(重元素)の回折X線B4が、図9の検出器4
に入射しない程度に設定すればよく、一般に5°程度に
設定される。なお、遷移金属等が含まれない試料の場合
には、上記のような傾斜を設けなくてよい。
When a sample containing impurities such as a transition metal such as Zn or Cu in addition to Be is to be measured, the surface (cut surface) 7a of the crystalline substrate 7 such as a silicon wafer is As shown in FIG. 7A, the crystal is inclined by an angle α with respect to the lattice plane (for example, (100) plane) 7c of the crystal. Therefore, the lattice plane 31 of the multilayer film spectral element 3
a is also inclined by an angle α with respect to the lattice plane 7c of the crystal. As the angle α, the diffraction X-ray B4 of an element (heavy element) such as a transition metal such as Zn or Cu, which becomes an interference spectrum with respect to the spectrum of Be as an analysis element, is obtained by the detector 4 shown in FIG.
May be set so as not to be incident on the lens, and is generally set to about 5 °. In the case of a sample that does not contain a transition metal or the like, the above-described inclination need not be provided.

【0028】図7(a)の多層膜3Aを通過した蛍光X
線B2は、結晶の格子面7cにおいて回折される。しか
し、多層膜3Aの格子面31aに対し、結晶の格子面7
cが傾斜しているので、多層膜3Aの格子面3aに対す
る入射角θと、結晶の格子面7cに対する入射角θ1と
が互いに異なっており、そのため、分析X線(Be−K
α線)B3の出射方向と、妨害となる回折X線(Zn−
Kα線,Cu−Kα線)B4の出射方向とが、互いに異
なる。したがって、上記傾斜角αを適当な値に設定する
ことにより、妨害となる回折X線が図9の検出器4に入
射するのを防止できる。
The fluorescent light X passing through the multilayer film 3A shown in FIG.
Line B2 is diffracted at the lattice plane 7c of the crystal. However, the lattice plane 31a of the multilayer film 3A is different from the lattice plane 7a of the crystal.
Since c is inclined, the angle of incidence θ of the multilayer film 3A with respect to the lattice plane 3a and the angle of incidence θ1 with respect to the lattice plane 7c of the crystal are different from each other, so that the analytical X-ray (Be-K
α-ray) The emission direction of B3 and the diffracted X-ray (Zn-
(Kα line, Cu-Kα line) B4 are different from each other. Accordingly, by setting the inclination angle α to an appropriate value, it is possible to prevent the diffracted X-rays that interfere with the detector 4 in FIG. 9 from being incident.

【0029】なお、基板7は、上記のような結晶性基板
ではなく、もともと上記妨害となるZn−Kα線やCu
−Kα線を回折しないアモルファスシリコンやガラス等
からなる非晶質性基板であってもよい。
The substrate 7 is not a crystalline substrate as described above, but a Zn-Kα ray or Cu
An amorphous substrate made of amorphous silicon, glass, or the like that does not diffract -Kα rays may be used.

【0030】さらに、上記重元素以外の軽元素を含むよ
うな試料についてのBe分析において、分析対象のBe
のX線に波長が近い軽元素のX線が主に反射層31で反
射されて、Beの反射ピーク近傍に軽元素の反射X線が
妨害線として出現し、分析精度の劣化の原因となるとい
う問題がある。このため、上記多層膜分光素子3の反射
層31とスペーサ層32の膜厚比は、例えば3次反射線
が妨害線となる場合には、反射層:スペーサ層=1:2
とするのが好ましい。反射層31とスペーサ層32の膜
厚比を1:2にすることにより、妨害となる上記重元素
以外の軽元素の3次反射線について、多層膜分光素子3
の各反射層31で反射する反射X線同士が互いに打ち消
し合う位相となって、この妨害線が除去される。
Further, in the Be analysis of a sample containing a light element other than the heavy element, the Be
X-rays of light elements whose wavelengths are close to the X-rays are mainly reflected by the reflective layer 31, and the reflected X-rays of light elements appear as disturbing lines near the reflection peak of Be, causing deterioration of analysis accuracy. There is a problem. For this reason, the film thickness ratio between the reflective layer 31 and the spacer layer 32 of the multilayer film spectral element 3 is, for example, when the tertiary reflection line becomes an obstruction line, the reflection layer: spacer layer = 1: 2.
It is preferred that By setting the film thickness ratio of the reflective layer 31 and the spacer layer 32 to 1: 2, the multilayer spectroscopic element 3 can be used for the tertiary reflection line of the light element other than the heavy element, which is an obstacle.
The reflected X-rays reflected by each of the reflective layers 31 have a phase in which the reflected X-rays cancel each other, and this disturbing line is removed.

【0031】[0031]

【実施例】図1のように、多層膜分光素子3は、例え
ば、Ruを用いた反射層31とBeを用いたスペーサ層
32とからなる層対をSiウエハの基板7上に多数積層
してなり、周期長dを約9nm、層対数を30層対、反
射層31とスペーサ層32の膜厚比を1:2として構成
されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As shown in FIG. 1, a multilayer film spectroscopic element 3 is formed by laminating a large number of layer pairs composed of, for example, a reflective layer 31 using Ru and a spacer layer 32 using Be on a substrate 7 of a Si wafer. The period length d is about 9 nm, the number of layer pairs is 30, and the thickness ratio between the reflective layer 31 and the spacer layer 32 is 1: 2.

【0032】本発明に係るRu/Be多層膜分光素子、
従来のMo/Be多層膜分光素子、Mo/B4 Cの多層
膜分光素子について、例えば、測定試料をSiウエハ7
上に成膜された厚さ約1(μm)のBe薄膜とした場合
のBe−Kα線の反射ピークプロファイルを測定する。
図8に各多層膜分光素子によるBe−Kα線の反射ピー
クプロファイルを示す。同図において、本発明に係るR
u/Be多層膜分光素子の場合を実線、従来のMo/B
e多層膜分光素子、Mo/B4 C多層膜分光素子の場合
をそれぞれ一点鎖線、破線で示す。各分光素子によって
周期長dが相異なるので、各プロファイルのピーク入射
角は相互に多少ずれている。
A Ru / Be multilayer spectroscopic element according to the present invention,
For the conventional Mo / Be multilayer spectroscopic element and Mo / B 4 C multilayer spectroscopic element, for example, a measurement sample is
The reflection peak profile of Be-Kα ray in the case of a Be thin film having a thickness of about 1 (μm) formed thereon is measured.
FIG. 8 shows a reflection peak profile of Be-Kα ray by each multilayer spectroscopic element. Referring to FIG.
The solid line in the case of the u / Be multilayer spectroscopic element, the conventional Mo / B
The case of the e multilayer film spectral element and the case of the Mo / B 4 C multilayer spectral element are indicated by a dashed line and a broken line, respectively. Since the period length d is different for each spectral element, the peak incident angles of the respective profiles are slightly shifted from each other.

【0033】この図から明らかなように、従来のMo/
4 C多層膜分光素子を用いた場合に対して、Ru/B
e多層膜分光素子を用いた場合は、Be−Kα線の反射
強度は約2.7倍に増大している。これにより、高精
度,短時間でのベリリウム蛍光X線分析が可能となる。
As is clear from this figure, the conventional Mo /
Ru / B for the case of using a B 4 C multilayer spectroscopic element
When the e-multilayer spectroscopy element is used, the reflection intensity of the Be-Kα ray increases about 2.7 times. As a result, high-accuracy beryllium fluorescent X-ray analysis can be performed in a short time.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明によれば、反射層にルテニウム
(Ru)を、スペーサ層にベリリウム(Be)を使用し
て、周期長を7nm以上、かつ層対数を20層対以上と
しているので、ベリリウム蛍光X線の反射強度が、従来
のMo/B4 C多層膜分光素子に比べて2倍以上増大
し、より高精度,短時間でのベリリウム蛍光X線分析が
可能となる。
According to the present invention, since the reflective layer is made of ruthenium (Ru) and the spacer layer is made of beryllium (Be), the period length is 7 nm or more and the number of layer pairs is 20 or more. The reflection intensity of beryllium fluorescent X-rays is more than doubled as compared with the conventional Mo / B 4 C multilayer spectroscopy element, so that beryllium fluorescent X-ray analysis can be performed with higher accuracy and in a shorter time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係るベリリウム蛍光X線
分析用多層膜分光素子を示す拡大断面図である。
FIG. 1 is an enlarged sectional view showing a multilayer spectroscopic element for beryllium fluorescent X-ray analysis according to an embodiment of the present invention.

【図2】元素のフレネル反射振幅係数の分布を示す特性
図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a distribution of Fresnel reflection amplitude coefficients of elements.

【図3】(a),(b)は蛍光X線反射ピークプロファ
イルを示す特性図である。
FIGS. 3A and 3B are characteristic diagrams showing a fluorescent X-ray reflection peak profile.

【図4】蛍光X線反射ピークプロファイルを示す特性図
である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a fluorescent X-ray reflection peak profile.

【図5】上記多層膜素子の層対数と規格化反射率との関
係を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a layer logarithm of the multilayer element and a normalized reflectance.

【図6】(a)は上記多層膜素子のベリリウム蛍光X線
反射ピークプロファイルを示す特性図、(b)は従来の
多層膜素子の特性図である。
6A is a characteristic diagram showing a beryllium fluorescent X-ray reflection peak profile of the multilayer device, and FIG. 6B is a characteristic diagram of a conventional multilayer device.

【図7】(a)は上記多層膜素子を示す拡大断面図、
(b)は従来の多層膜素子を示す拡大断面図である。
FIG. 7A is an enlarged sectional view showing the multilayer film element,
(B) is an enlarged sectional view showing a conventional multilayer element.

【図8】各多層膜素子のベリリウム(Be)蛍光X線反
射ピークプロファイルを示す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a beryllium (Be) fluorescent X-ray reflection peak profile of each multilayer element.

【図9】多層膜分光素子を用いた蛍光X線分析装置を示
す側面図である。
FIG. 9 is a side view showing an X-ray fluorescence analyzer using a multilayer spectroscopic element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3…多層膜分光素子、7…基板、31…反射層、32…
スペーサ層、B2…蛍光X線、B3…回折X線。
3 ... multilayer spectroscopic element, 7 ... substrate, 31 ... reflective layer, 32 ...
Spacer layer, B2: X-ray fluorescence, B3: X-ray diffraction.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反射層とスペーサ層からなる層対を基板
上に多数積層して構成され、試料中に含まれるベリリウ
ム(Be)の蛍光X線分析に使用される多層膜分光素子
であって、 前記反射層にルテニウム(Ru)を、前記スペーサ層に
ベリリウム(Be)を使用して、周期長を7nm以上、
かつ層対数を20層対以上としているベリリウム蛍光X
線分析用多層膜分光素子。
1. A multilayer spectroscopy element used for X-ray fluorescence analysis of beryllium (Be) contained in a sample, comprising a plurality of layer pairs composed of a reflective layer and a spacer layer laminated on a substrate. Using ruthenium (Ru) for the reflective layer and beryllium (Be) for the spacer layer, and having a period length of 7 nm or more;
Beryllium fluorescence X having 20 or more layer pairs
Multi-layer spectroscopic element for X-ray analysis.
【請求項2】 請求項1において、 前記基板は、分析元素であるベリリウム(Be)のスペ
クトルに対して妨害スペクトルとなる試料中に含まれる
他の元素の回折X線が、検出器に入射しないように、前
記回折X線を反射させる結晶の格子面を、基板の表面に
対して傾斜させた結晶性基板もしくは非晶質性基板から
なるベリリウム蛍光X線分析用多層膜分光素子。
2. The substrate according to claim 1, wherein the substrate does not receive a diffracted X-ray of another element contained in the sample, which becomes an interference spectrum with respect to a spectrum of beryllium (Be) as an analysis element, to the detector. Thus, a beryllium fluorescent X-ray analysis multilayer film spectroscopic element comprising a crystalline substrate or an amorphous substrate in which the lattice plane of the crystal that reflects the diffracted X-rays is inclined with respect to the surface of the substrate.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002039969A (en) * 2000-07-25 2002-02-06 Fujitsu Ltd Method for measuring density of thin film and magnetic disk device
WO2002101368A1 (en) * 2001-06-11 2002-12-19 Rigaku Industrial Corporation Multi-layer film spectroscopic element for boron fluorescence x-ray analysis
CN112638261A (en) * 2018-09-04 2021-04-09 斯格瑞公司 System and method for utilizing filtered x-ray fluorescence

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