JP2000275193A

JP2000275193A - 表面密度の測定方法および測定装置

Info

Publication number: JP2000275193A
Application number: JP11081737A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Takada; 一広高田; Takashi Noma; 敬野間
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】微小領域における表面密度を非破壊的に測定
する。【解決手段】試料３は、試料回転機構を有するゴニオ
メータ１４上に保持されており、これによりＸ線源１０
からの一次Ｘ線４の入射角度αが設定される。試料３で
回折及び散乱した回折／散乱Ｘ線５は、Ｘ線検出器６で
その強度が測定される。算出部１３は、Ｘ線検出器６で
測定された回折／散乱Ｘ線５の強度分布から回折角度2
θを検出すると同時に、出射角度βが規定される。入射
角度αと回折角度２θのデータ、あるいは出射角度βと
回折角度２θのデータから、Ｘ線の屈折効果による回折
角度の変化量を求め、それに基づいて試料３の表面を構
成する物質の密度を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多結晶性試料の表
面密度の測定方法、及びその測定装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】対象物質の密度を知りたいという要請に
は、しばしば遭遇する。とりわけ、多結晶性の薄膜は、
近年、種々のデバイス材料に用いられており、その密度
を知ることは非常に重要である。しかしながら、どのよ
うな材料に対しても容易に表面密度が測定可能な手法は
少ない。

【０００３】表面密度を求める代表的な手法として、Ｘ
線反射率測定が挙げられる。Ｘ線を用いた評価手法は、
測定雰囲気を自由に制御できることや、非破壊で測定で
きることなどの利点を有している。Ｘ線反射率測定は、
測定の対象となる試料の表面に対するＸ線の入射角度を
数度以下にして、対称反射によるＸ線を検出する。

【０００４】Ｘ線反射率の測定では、密度以外に、膜厚
や表面粗さ等を求めることができる。また層構造を有す
る薄膜に適用した場合には、各層の厚さ、各層の密度、
各界面のラフネス等を求めることができる非常に有効な
手法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
Ｘ線反射率の手法では、試料表面に対するＸ線の入射角
度が数度以下に設定されているため、試料表面でのＸ線
の照射面積が大きくなってしまう。例えば、実験室系の
Ｘ線源において、強力な回転対陰極のＸ線源を用いた場
合、５０μｍ程度のスリットを用いて試料への照射領域
を制限したとしても、試料上のＸ線照射領域のサイズは
数ｃｍにもなってしまう。また、放射光等の高輝度光源
を用いてマイクロビームを形成したとしても、試料上の
Ｘ線照射領域のサイズは、数ｍｍ程度の領域が限度であ
る。

【０００６】特に、多結晶薄膜材料のように、数μｍか
ら数百μｍの領域で構造が変化し、それに対応した機能
を発現しているような場合に、個々の領域における密度
を測定しようとしても、それは事実上不可能であった。
また、薄膜の結晶構造の情報は反射率測定からは得られ
ないので、結晶構造を調べるには、別の測定手段が必要
であった。

【０００７】そこで本発明は、上述の課題を解消するた
めになされたものであって、試料の表面密度、とりわけ
微小領域における表面密度を、結晶構造情報と同時に、
非破壊的に測定するための測定方法及び、測定装置を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の表面密度の測定方法は、試料にＸ線を照射した
ときに前記試料によって回折されて前記試料から出射す
る回折Ｘ線の回折角度を測定することにより前記試料の
表面の密度を求める表面密度の測定方法であって、前記
試料の表面に対する、入射Ｘ線の入射角度または前記回
折Ｘ線の出射角度を５°以下に設定し、設定された前記
入射角度または出射角度における前記回折Ｘ線の強度分
布を測定する強度分布測定工程と、測定された前記回折
Ｘ線の強度分布から前記回折角度を検出する回折角度検
出工程と、前記入射角度または出射角度と前記回折角度
のデータから、前記試料の表面でのＸ線の屈折による回
折角度の変化量を求め、求められた変化量に基づき、前
記試料の表面を構成する物質の密度を算出する算出工程
とを有する。

【０００９】また、本発明の表面密度の測定装置は、試
料にＸ線を照射したときに前記試料によって回折されて
前記試料から出射する回折Ｘ線の回折角度を測定するこ
とにより前記試料の表面の密度を求める表面密度の測定
装置であって、試料に向けてＸ線を照射するＸ線源と、
前記回折Ｘ線の強度を測定するＸ線測定手段と、前記試
料の表面に対する、前記Ｘ線源から前記試料に入射する
入射Ｘ線の入射角度または前記回折Ｘ線の出射角度を設
定する角度設定手段と、前記照射Ｘ線の入射角度、また
は前記試料の表面に対する前記回折Ｘ線の出射角度が５
°以下の条件で、前記Ｘ線測定手段で測定された前記回
折Ｘ線の強度分布から前記回折角度を検出し、前記入射
角度または出射角度と前記回折角度のデータから、前記
試料の表面でのＸ線の屈折による回折角度の変化量を求
め、求められた変化量に基づき、前記試料の表面を構成
する物質の密度を算出する算出手段とを有する。

【００１０】本発明の表面密度の測定方法及び測定装置
によれば、Ｘ線の反射率の測定ではなく回折Ｘ線を用い
ているので、試料に対する入射側と出射側では、Ｘ線は
非対称反射の配置となる。その結果、入射角度が微小で
あってもＸ線の取り込み領域を決定することができるの
で、微小領域の評価が可能となる。また、回折Ｘ線を用
いているので、試料の少なくとも表面近傍が結晶構造を
有する場合には、その結晶構造に関する情報も得ること
が可能である。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１２】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態である、試料の表面密度測定装置の概略構成
図である。

【００１３】本実施形態では、基板２上に薄膜１が形成
された試料３を測定の対象として、薄膜１の表面密度を
測定するものである。

【００１４】図１において、Ｘ線源１０は単一波長の一
次Ｘ線４を放射するものであり、Ｘ線源１０から放射さ
れた一次Ｘ線４は薄膜１上に照射される。一次Ｘ線４
の、試料３の表面に対する入射角度αは微小な角度に設
定されるが、そのためには一次Ｘ線４がほぼ平行ビーム
であることが必要であり、ビームの発散角が０．５°以
下であることが好ましい。そのために、Ｘ線源１０と試
料３の間に平行ビーム形成手段８が挿入されている。平
行ビーム形成手段８としては、一つまたは複数のスリッ
トからなるスリットシステム、一つまたは複数のＸ線反
射鏡からなる光学系、各種コリメーター、キャピラリー
を利用したＸ線導管などを使用することができる。Ｘ線
源１０としては、各種Ｘ線管の他、単色化されたシンク
ロトロン放射光を用いることができる。

【００１５】試料３は、回転機構が装備されたゴニオメ
ーター１４の試料ホルダ１４ａ上に保持されている。試
料ホルダ１４ａは、上記回転機構により回転駆動が可能
であり、この回転機構を用いることで、試料３の表面に
対する一次Ｘ線４の入射角度αを自由に設定できるよう
になっている。

【００１６】平行ビーム形成手段８を透過した一次Ｘ線
４は、薄膜１の結晶格子面７で回折及び散乱されて回折
／散乱Ｘ線５となって出射する。そして、この回折／散
乱Ｘ線５は、出射角度制限手段９を透過し、その強度が
Ｘ線検出器６で検出される構成となっている。出射角度
制限手段９は、Ｘ線検出器６へ余計な散乱Ｘ線や蛍光Ｘ
線を入射させないため、及び、回折／散乱Ｘ線５の取り
込む領域を制限するために設置されている。その手段と
しては、複数のスリット系などが用いられる。ここで用
いられる出射角度制限手段９によって、測定の分解能と
分析領域が決定されるので、目的に応じて適宜設定を行
う。

【００１７】また、Ｘ線検出器６としては、シンチレー
ションカウンター、比例計数管等を用いることができ
る。通常は、Ｘ線検出器６として、シンチレーションカ
ウンターが用いられる。

【００１８】本実施形態では、出射角度制限手段９とＸ
線検出器６とは一体になっており、ゴニオメーターによ
る試料３の回転軸回りに試料３の回転と連動して旋回す
るように設置してある。また、Ｘ線検出器６を上記回転
機構から外し、回転機構を用いなければ、Ｘ線検出器６
としては、位置敏感型比例計数管（ＰＳＰＣ：Position
Sensitive Proportional Counter）、イメージングプ
レート等を用いることも可能である。

【００１９】算出部１３は、ゴニオメータ１４の回転機
構からの出力とＸ線検出器６からの出力とに基づき、以
下に述べる手順に従って試料３の表面の密度を算出する
ものである。

【００２０】次に、図１に示した配置における、試料３
に形成された薄膜１の表面密度の測定手順について図２
のフローチャートを参照しつつ説明する。

【００２１】以下に示す例では、試料３の表面に対する
一次Ｘ線４の入射角度αを後述する範囲内で変化させな
がら、それぞれの入射角度αに応じて試料３によって回
折されて試料３から出射する回折Ｘ線の回折角度の変化
を測定していく。

【００２２】まず、一次Ｘ線４の試料３の表面に対する
入射角度αを微小な角度αｉに設定する（ステップ１０
１）。αｉの設定値は０〜５°の範囲で選択するが、そ
の中でも一次Ｘ線４の薄膜１に対する全反射臨界角に近
い角度を選択するのが好ましい。

【００２３】次に、入射角度αｉにおける回折線プロフ
ァイル、すなわち回折／散乱Ｘ線５の強度分布を測定す
る（ステップ１０２）。続いて、測定された回折線プロ
ファイルから、回折角度２θｉを求める（ステップ１０
３）。この方法としては、回折線ピークをガウス関数で
フィッティングする方法、回折ピークの重心から求める
方法などを用いることができる。入射角度αｉが上記の
範囲のように小さい場合には、回折／散乱Ｘ線５は薄膜
１の表面で屈折され、回折角度がシフトし、回折角度２
θｉは入射角度αｉに応じて変化する。

【００２４】ここで、回折角度２θは、一次Ｘ線４と回
折／散乱Ｘ線５とがなす角度を表わしている。

【００２５】入射角度αｉに対応する回折角度２θｉを
求めたら、他の入射角度αｉでも同様の測定を行う。こ
の操作は、後述するが最低２ヶ所以上で行うことが解析
の精度上好ましく、その回数は必要に応じて設定すれば
よい。その際には、別の入射角度αｉでも測定を行うか
否かを判断し（ステップ１０４）、行う場合には、入射
角度αｉを変化させて（ステップ１０５）、以上の測定
を繰り返す。

【００２６】この測定を必要な数だけ繰り返すと、（α
ｉ，Δ２θｉ）のデータの組が得られる。ここで、Δ２
θｉは、上記方法で得られた回折角度と、屈折の影響が
ないときの回折角度（文献値等）との差、すなわちＸ線
の屈折効果による回折角度の変化量である。このとき、
αｉの値は上記の角度範囲に設定されているので、Ｘ線
の屈折の効果を検知し易く、短時間で高い精度の解析を
行うことができる。

【００２７】そして、（αｉ，Δ２θｉ）のデータの組
が得られたら、入射角度αを独立変数としたΔ２θの関
数、すなわちＸ線の屈折効果による回折角度の入射角度
依存性を、例えばカーブフィッティングにより求め、こ
の関数に基づいて試料３の表面密度を計算する（ステッ
プ１０６）。

【００２８】ここで、Ｘ線の屈折効果による回折角度の
変化量Δ２θｉと入射角度αｉとによる表面密度の計算
について説明する。

【００２９】αｉの変化に伴い、屈折の効果によりΔ２
θｉが以下の式（１）に従って変化する。

【００３０】

【数１】ここで、δ、βは、Ｘ線の薄膜１に対する複素屈折率
（ｎ）の実数部分と虚数部分であり、ｎ＝１−δ−ｉβ
である。また、全反射臨界角θ_Cとδとの間には、

【００３１】

【数２】なる関係があるので、式（１）から明らかなように、シ
フト量は、入射角度αが薄膜１の全反射臨界角θ_Cに等
しくなるときに最大となり、以下、入射角度αが大きく
なるにつれて、シフト量が小さくなり、最終的には、シ
フト量は０になる。

【００３２】よって、ピークシフト量の入射角度による
依存性を式（１）で最小２乗最適化することで、式
（１）内のパラメータを決定できることになる。通常、
薄膜１のβの値は１０^-6程度あるいはそれ以下と小さ
く、第１近似としては、式（１）内のβに依存する項を
無視することが可能であり、その際には、式（１）に含
まれる未知変数はδのみとなり、任意の１つの入射角度
におけるΔ２θの値を求めればよい。しかしながら、実
際の測定においては、入射角度αの値を精確に決定する
ことは難しいために、１つの入射角度で最適化を行うこ
とは困難である。従って上述のように、（αｉ，Δ２θ
ｉ）の組を、複数組求め、実験値と式（１）の最適化を
行うことが望ましい。

【００３３】薄膜１の表面密度と、上記の回折角度のシ
フト量は、δ値を介して以下の関係式（３）で結ばれて
いる。

【００３４】

【数３】ここで、Ａ＝２．７０１９×１０¹⁰、λは使用する一次
Ｘ線４の波長、Ｍは原子量、Ｚは原子番号、ｆ’は原子
散乱因子に対する異常分散による補正項の実数部、ρが
密度である。よって、最終的に実験値を式（１）で最適
化して上記複素屈折率の実数部分を求めれば、式（３）
から薄膜１の表面密度が求められることになる。

【００３５】また、表面密度の測定に回折／散乱Ｘ線５
を用いているので、回折／散乱Ｘ線５の回折ピーク値を
求めることによって、表面密度と同時に、薄膜１の結晶
構造に関する情報を得ることもできる。

【００３６】なお、本手法では、Ｘ線の入射角度αは通
常の反射率測定法と近い値に設定されているが、出射側
については、反射率測定で採用されている対称反射の配
置ではなく非対称反射の配置を採用しているため、Ｘ線
の入射角度αは、微小であるが、出射角度制限手段９を
用いて試料３からのＸ線の取り込み領域が決定できるの
で、微小領域の評価が可能となる。

【００３７】（第２の実施形態）図３は、本発明の第２
の実施形態である、試料の表面密度測定装置の概略構成
図である。本実施形態は、試料３の表面へのＸ線の入射
と出射との関係が第１の実施形態と入れ替っただけで、
装置の構成要素は第１の実施形態とほぼ同様であるの
で、第１の実施形態と同様のものについては図１と同一
の符号を用いて説明する。

【００３８】Ｘ線源１０から放射された単一波長の一次
Ｘ線４は、基板２上に形成された薄膜１に照射される。
一次Ｘ線４の試料３の表面に対する入射角度αは適当な
角度に設定することが可能であるが、第１の実施形態と
同様に、一次Ｘ線４がほぼ平行ビームである方が望まし
く、ビームの発散角が０．５°以下であることが好まし
い。そのために、必要に応じて、平行ビーム形成手段
（不図示）が設置される。

【００３９】Ｘ線源１０と試料３との間には、照射領域
制限手段１１が挿入されている。照射領域制限手段１１
としては、通常のスリット、一つまたは複数のＸ線反射
集光光学系、キャピラリーを利用したＸ線導管などを使
用することが可能であり、一次Ｘ線４の、試料３への照
射領域の大きさは、これらの手段を適宜使用すること
で、数μｍ〜数ｍｍ程度の範囲で選択が可能である。Ｘ
線源１０としては、各種Ｘ線管の他、単色化されたシン
クロトロン放射光を用いることができる。

【００４０】試料３は、試料回転機構が装備されたゴニ
オメーター１４の試料ホルダ１４ａの上に保持されてお
り、この回転機構を用いることで、試料３の表面に対す
る一次Ｘ線４の入射角度α、ひいては試料３の表面に対
する回折／散乱Ｘ線５の出射角度βを自由に設定できる
ようになっている。

【００４１】試料３上で、回折／散乱された回折／散乱
Ｘ線５は、出射角度制限手段９を透過し、Ｘ線検出器６
で検出される。出射角度制限手段９の目的は、測定の分
解能を決定するために用いられ、その手段としては、１
つ又は複数のスリット系などが用いられる。また、Ｘ線
検出器６としては、シンチレーションカウンター、比例
計数管等を用いることができる。通常は、Ｘ線検出器６
として、シンチレーションカウンターが設置されてい
る。

【００４２】出射角度制限手段９とＸ線検出器６は一体
になっており、ゴニオメータ１４による試料３の回転軸
回りに試料３の回転と連動して旋回するように設置して
ある。なお、Ｘ線検出器６を上記回転機構から外し、回
転機構を用いなければ、Ｘ線検出器６としては、ＰＳＰ
Ｃ（位置敏感型比例計数管）、イメージングプレート等
を用いることも可能である。

【００４３】算出部１３は、ゴニオメータ１４の回転機
構からの出力とＸ線検出器６からの出力とに基づき、以
下に述べる手順に従って試料３の表面の密度を算出する
ものである。

【００４４】次に、図３に示した配置における、表面密
度の測定手順について、図４のフローチャートを参照し
つつ説明する。

【００４５】本実施形態では、上述したように試料表面
に対するＸ線の入射角度αと出射角度βとの関係を第１
の実施形態に対して入れ替えたものである。すなわち、
第１の実施形態では、回折Ｘ線の回折角度と入射角度α
とに基づいて表面密度を測定したのに対し、本実施形態
では、回折Ｘ線の回折角度と、その回折Ｘ線の試料の表
面に対する出射角度とに基づいて表面密度を測定する。

【００４６】まず、一次Ｘ線４の入射角度αを変化させ
ることにより、試料３の表面からの回折／散乱Ｘ線５の
出射角度βを微小な角度βｉに設定する（ステップ２０
１）。ここで、後述するステップでＸ線の屈折の効果を
検知し易くするために、出射角度βｉは０〜５°の範囲
で選択される。

【００４７】次に、その出射角度βｉにおける回折線プ
ロファイルを測定する（ステップ２０１）。回折線プロ
ファイルの測定方法としては、（１）常に出射角度一定の回折プロファイルを測定でき
るように、入射角度（実際には試料３の回転量）と出射
角度（実際にはＸ線検出器６の位置）とを同時に変化さ
せながら測定する方法や、（２）１つの入射角度において、出射角度のみを変化さ
せ、種々の出射角度からなる回折プロファイルの測定を
行い、再び、入射角度を微小角だけ変化させ、その入射
角度において、再度出射角度を変化させ、回折プロファ
イルを測定し、得られたデータの組から、出射角度が一
定の回折プロファイルを抽出する方法、などが挙げられ
るが、最終的に、一定の出射角度における回折プロファ
イルが得られれば、いかなる手段を用いても良い。

【００４８】続いて、測定された回折線プロファイルか
ら、第１の実施形態と同様にして回折角度２θｉを求め
る（ステップ２０３）。回折角度２θｉは出射角度βｉ
に応じて変化する。

【００４９】出射角度βｉに対応する回折角度２θｉを
求めたら、他の入射角度βｉでも同様の測定を行う。こ
の操作は、第１の実施形態で説明したように最低２ヶ所
以上で行うことが解析の精度上好ましく、その回数は必
要に応じて設定すればよい。その際には、別の出射角度
βｉで測定を行うか否かを判断し（ステップ２０４）、
行う場合には、出射角度βｉを変化させて（ステップ２
０５）、以上の測定を必要な回数だけ繰り返す。これに
より、（βｉ，Δ２θｉ）のデータの組が得られる。Δ
２θｉは、第１の実施形態と同様、Ｘ線の屈折効果によ
る回折角度の変化量である。

【００５０】そして、（βｉ，Δ２θｉ）のデータの組
が得られたら、出射角度βとΔ２θとの関係、すなわち
Ｘ線の屈折効果による回折角度の出射角度依存性を、例
えばカーブフィッティングにより求め、試料３上の薄膜
１の表面密度を計算する（ステップ２０６）。薄膜１の
表面密度は、第１の実施形態と同様にして、実験値を式
（１）で最適化して式（３）から求めることができる。

【００５１】本実施形態では、照射領域制限手段１１を
用いて試料３へのＸ線照射領域が決定できるので、本実
施形態においても微小領域の評価が可能となる。

【００５２】

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳し
く説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素
の置換や設計変更がなされたものをも包含する。

【００５３】＜実施例１＞本実施例では、図３に示した
配置の表面密度測定装置を用いた。Ｘ線源１０として
は、Ｃｕを対陰極とする回転対陰極Ｘ線管を使用した。
回転対陰極Ｘ線管を管電圧４０ｋＶ、管電流２００ｍＡ
で駆動した。Ｘ線焦点はラインフォーカスとした。本実
施例の配置では、実効焦点の幅は０．０５ｍｍ、長さは
１０ｍｍである。

【００５４】照射領域制限手段１１としては、幅が０．
１５ｍｍのスリットを、Ｘ線源１０から１００ｍｍの位
置に設置した。また、照射領域制限手段１１と試料３と
の距離は８５ｍｍとした。

【００５５】試料３としては、石英からなる基板２上
に、パラジウムからなる薄膜１を真空蒸着で約３０ｎｍ
の膜厚で形成したものを用いた。

【００５６】また、出射角度制限手段９として、幅０．
１５ｍｍのスリットを試料３の中心から１８５ｍｍの位
置に設置し、その直前に、余分な散乱Ｘ線を除去するた
めの、スリットも設置した。出射角度制限手段９の直後
には、Ｘ線検出器６として、シンチレーションカウンタ
ーを設置した。

【００５７】石英の基板２上に形成されたパラジウムか
らなる薄膜１は、一次Ｘ線４をＣｕの特性Ｘ線とした場
合に、回折角が４０．１°となる近傍に、（１１１）面
による回折ピークが観測される。また、この場合の薄膜
１上での、全反射臨界角θ_cは、およそ０．４７°とな
る。この条件での、試料３上での一次Ｘ線４の照射領域
は、およそ０．５ｍｍ×１０ｍｍ、出射角度βの分解能
は、０．０５°以下となる。

【００５８】実際の測定は、まず一次Ｘ線４をα＝３８
°で試料３に照射し、検出系（出射角度制限手段９、Ｘ
線検出器６）を３８．０２°から４２．０°まで、０．
０５°刻みで、各点１０秒積算して、回折プロファイル
の測定を行った。続けて、試料３を０．１°回転させ、
再び検出系を走査して回折プロファイルの測定を行っ
た。この操作は、入射角度αが、４０°になるまで、
０．１°刻みで回転させ、測定を行った。測定された回
折プロファイルからは、Ｐｄ（１１１）回折ピークが観
測されることから、この試料３が確かに金属パラジウム
の結晶構造を有していることが確認された。

【００５９】次に、各入射角度における、回折プロファ
イルのデータから、出射角度βが０．３２°となるデー
タを全ての回折プロファイルから、抽出した。以下、
０．０５°刻みで１．５２°までのデータを抽出した。
その後、各出射角度βのデータを、ガウス型関数で最小
２乗最適化を行い、回折角度を求める。

【００６０】ピークシフトΔ２θは、回折角が４０．１
°からの差として縦軸に、出射角度βを横軸として、プ
ロットする。図５に、実験値と、式（１）による、フィ
ッティングを示す。このフィッティングにより、式
（３）を用い、基板１上に形成された薄膜２（パラジウ
ム膜）の表面密度として、１０．２０ｇ／ｃｍ³という
値が得られた。

【００６１】＜実施例２＞本実施例では、図６に示す配
置の表面密度測定装置を用いて、実施例１と同じ構成の
試料３に形成された薄膜１の表面密度を求めた。なお、
図６ではＸ線の光学的配置のみを示し、算出部は省略し
ている。

【００６２】Ｘ線源１０としては、Ｃｕを対陰極とする
回転対陰極Ｘ線管を使用し、管電圧４０ｋＶ、管電流３
００ｍＡで駆動した。Ｘ線焦点はラインフォーカスとし
た。本実施例の配置では、実効焦点の幅は０．０５ｍ
ｍ、長さは１０ｍｍである。

【００６３】Ｘ線源１０から放射された一次Ｘ線４の試
料表面に対する入射角度αを微小な角度に設定する手段
として、幅０．１５ｍｍのスリット１７をＸ線焦点から
１００ｍｍの距離の位置に設置した。Ｘ線源１０からの
一次Ｘ線４であるＣｕ特性Ｘ線は、スリット１７を通過
し、スリット１７から８５ｍｍの位置で試料表面に入射
する。

【００６４】試料３は、試料回転機構であるゴニオメー
ター１４上の試料ホルダー１４ａに保持されている。ゴ
ニオメーター１４の回転中心軸は試料表面内の一次Ｘ線
照射領域の中央に存在する。

【００６５】試料３からの回折／散乱Ｘ線５の試料表面
に対する回折角度を測定する手段としては、一体となっ
て試料回転軸回りを旋回する２つのスリット１５，１６
及びＸ線検出器６を用いた。各スリット１５，１６はそ
れぞれ幅が０．３ｍｍで、試料中心からの距離が、一方
のスリット１５は１８５ｍｍの位置、他方のスリット１
６は２３０ｍｍの位置に配置した。また、Ｘ線検出器６
としてはシンチレーションカウンターを用い、スリット
１６の直後に配置した。このスリットシステムは、試料
３からの回折Ｘ線の試料表面に対する出射角度βを約
０．０７５°の分解能で規定することができる。

【００６６】実際の測定は、初めに、入射角度αを０．
３５°に設定し、検出器系（スリット１５，１６、Ｘ線
検出器６）を２θ＝３８〜４１°まで走査し、試料３の
表面に形成された薄膜のＰｄ（１１１）の回折プロファ
イルを測定した。その後、入射角度αを０．４°に設定
し、再び検出器系を走査することで、回折プロファイル
の測定を行った。以下、入射角度を０．０５°刻みで
１．５０°まで変化させて、同様な回折プロファイルの
測定を行った。得られた回折プロファイルは、ガウス関
数で最適化し、回折角度位置を正確に求めた。

【００６７】ピークシフトΔ２θは、回折角度４０．１
°からの差として縦軸に、出射角を横軸としてプロット
する。実施例１と同様の処理を施すことにより、基板上
に形成されたパラジウム膜の表面密度として、１０．２
０ｇ／ｃｍ³という値が得られた。

【００６８】本実施例では、入射角度α、出射角度βの
値を適当に選択することにより、上述の第１の実施形態
による方法と第２の実施形態による方法の両方の測定を
行うことも可能である。

【００６９】＜実施例３＞本実施例では、図１に示した
配置の表面密度測定装置を用いた。また、試料３として
は、石英からなる基板２上に、パラジウムを真空蒸着し
３５０℃で１０分焼成て薄膜１を形成したものを用い
た。この薄膜１は、完全に酸化されておらず、パラジウ
ムと酸化パラジウムの混合膜となっている。

【００７０】測定は、パラジウムに関しては実施例１と
全く同様の条件で、酸化パラジウムに関しては、入射角
度αを３２°から０．１°刻みに、検出器系は、０．０
５°刻みで走査した。

【００７１】測定された回折プロファイルからは、Ｐｄ
（１１１）回折ピーク、ＰｄＯ（１０１）回折ピークが
観測されることから、この試料が確かに金属パラジウ
ム、酸化パラジウムの結晶構造を有していることが確認
された。

【００７２】図７（ａ）に、パラジウムの回折ピークの
出射角度依存性を、図７（ｂ）に、酸化パラジウムの回
折ピークの出射角度依存性を示した。実施例１と同様の
処理を行うことで、パラジウム層の密度として、５．７
６ｇ／ｃｍ³、酸化パラジウム層の密度として、９．６
２ｇ／ｃｍ³という値が得られた。

【００７３】＜実施例４＞本実施例では、実施例１と同
じ配置すなわち図３に示した配置の表面密度測定装置を
用いて、実施例１と同じ構成の試料３に形成された薄膜
１の表面密度を求めた。

【００７４】ただし、本実施例では、図３に示すＸ線検
出器６として、回転機構を用いずに、試料中心から３０
０ｍｍの位置に位置敏感型比例計数管（ＰＳＰＣ）を設
置した。その他の構成及び配置は実施例１と同様であ
る。

【００７５】この配置を用いると、測定を行うために必
要な可動部分は、試料３の回転だけになる。そのため、
１つの回折プロファイルを測定するための時間が、実施
例１よりも短縮された。

【００７６】＜実施例５＞本実施例では、実施例４の構
成に対し、更に、Ｘ線源１０についても変更を加えて、
実施例１と同じ構成の試料３に形成された薄膜１の表面
密度を求めた。

【００７７】すなわち、Ｘ線源１０としては、Ｃｕでは
なくＣｒを対陰極とする回転対陰極Ｘ線管を使用した。
そして、回転対陰極Ｘ線管を管電圧４０ｋＶ、管電流２
００ｍＡで駆動した。Ｘ線焦点はラインフォーカスとし
た。本実施例の配置では実効焦点の幅は、０．０５ｍ
ｍ、長さは１０ｍｍである。Ｘ線検出器６である位置敏
感型比例計数管の検出効率は、Ｃｕの特性Ｘ線を使用し
た場合に３８％程度、Ｃｒの特性Ｘ線を使用した場合に
５４％程度となり、実施例４の場合より、さらに検出効
率が向上したため、測定時間を短縮することができた。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
折Ｘ線を用い、入射側と出射側とで非対称反射の配置を
とっているため、Ｘ線反射率の測定では極めて困難であ
った微小領域の表面密度の測定を行うことができるよう
になる。また、表面密度の解析のために回折Ｘ線を用い
ているので、試料の表面が結晶構造を有する場合には、
同時に結晶構造に関する情報も得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態である、試料の表面密
度測定装置の概略構成図である。

【図２】図１に示した配置での、試料の表面密度の測定
手順を示すフローチャートである。

【図３】本発明の第２の実施形態である、試料の表面密
度測定装置の概略構成図である。

【図４】図３に示した配置での、試料の表面密度の測定
手順を示すフローチャートである。

【図５】本発明の実施例１で求められた、回折ピークの
出射角度依存性のグラフである。

【図６】本発明の実施例２で使用した表面密度測定装置
の概略構成図である。

【図７】本発明の実施例３で求められた、回折ピークの
出射角度依存性のグラフであり、（ａ）はパラジウムに
ついて、（ｂ）は酸化パラジウムについて示すものであ
る。

【符号の説明】

１薄膜２基板３試料４一次Ｘ線５回折／散乱Ｘ線６Ｘ線検出器７結晶格子面８平行ビーム形成手段９出射角度制限手段１０Ｘ線源１１照射領域制限手段１３算出部１４ゴニオメータ１４ａ試料ホルダ１５，１６，１７スリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G001 AA01 AA09 BA14 BA18 CA01 DA01 DA02 DA03 DA06 DA07 DA09 EA09 FA01 FA08 FA30 GA13 JA06 JA07 JA11 JA20 KA01 KA08 LA11 MA05 RA03 SA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料にＸ線を照射したときに前記試料に
よって回折されて前記試料から出射する回折Ｘ線の回折
角度を測定することにより前記試料の表面の密度を求め
る表面密度の測定方法であって、前記試料の表面に対する、入射Ｘ線の入射角度または前
記回折Ｘ線の出射角度を５°以下に設定し、設定された
前記入射角度または出射角度における前記回折Ｘ線の強
度分布を測定する強度分布測定工程と、測定された前記回折Ｘ線の強度分布から前記回折角度を
検出する回折角度検出工程と、前記入射角度または出射角度と前記回折角度のデータか
ら、前記試料の表面でのＸ線の屈折による回折角度の変
化量を求め、求められた変化量に基づき、前記試料の表
面を構成する物質の密度を算出する算出工程とを有す
る、表面密度の測定方法。
【請求項２】前記算出工程は、前記入射角度または出射角度と前記回折角度のデータか
ら、前記試料の表面でのＸ線屈折による回折角度の変化
量を、前記入射角度または出射角度を独立変数として表
現する関数を求める工程と、求められた前記関数から、前記試料の表面を構成する物
質の入射Ｘ線に対する複素屈折率の実数部を求める工程
と、前記複素屈折率の実数部から、前記試料の表面を構成す
る物質の密度を求める工程とを有する、表面密度の測定
方法。
【請求項３】試料にＸ線を照射したときに前記試料に
よって回折されて前記試料から出射する回折Ｘ線の回折
角度を測定することにより前記試料の表面の密度を求め
る表面密度の測定装置であって、試料に向けてＸ線を照射するＸ線源と、前記回折Ｘ線の強度を測定するＸ線測定手段と、前記試料の表面に対する、前記Ｘ線源から前記試料に入
射する入射Ｘ線の入射角度または前記回折Ｘ線の出射角
度を設定する角度設定手段と、前記照射Ｘ線の入射角度、または前記試料の表面に対す
る前記回折Ｘ線の出射角度が５°以下の条件で、前記Ｘ
線測定手段で測定された前記回折Ｘ線の強度分布から前
記回折角度を検出し、前記入射角度または出射角度と前
記回折角度のデータから、前記試料の表面でのＸ線の屈
折による回折角度の変化量を求め、求められた変化量に
基づき、前記試料の表面を構成する物質の密度を算出す
る算出手段とを有する、表面密度の測定装置。
【請求項４】前記算出手段は、前記入射角度または出
射角度と前記回折角度のデータから、前記試料の表面で
のＸ線屈折による回折角度の変化量を、前記入射角度ま
たは出射角度を独立変数として表現する関数を求め、求
められた前記関数から、前記試料の表面を構成する物質
の入射Ｘ線に対する複素屈折率の実数部を求め、前記複
素屈折率の実数部から、前記試料の表面を構成する物質
の密度を求める、請求項３に記載の表面密度の測定装
置。
【請求項５】前記試料と前記Ｘ線測定手段との間に、
前記回折Ｘ線の取り込み領域を制限するための出射角度
制限手段が配置されている、請求項３または４に記載の
表面密度の測定装置。