JP2010139482A

JP2010139482A - Ｘ線ビームの断面強度分布を測定するための方法

Info

Publication number: JP2010139482A
Application number: JP2008318696A
Authority: JP
Inventors: Ryohei Tanuma; 良平田沼
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2028-12-15
Also published as: JP5246548B2

Abstract

【課題】従来のナイフエッジスキャン法よりも作製が容易な遮蔽板を用い、かつ、遮蔽板の位置調整をより簡便にした、簡便で信頼性の高いＸ線ビームの断面強度分布測定方法を提供すること。
【解決手段】反射体２は、面粗さＲａがナノメータオーダである反射面３を有している必要があり、反射面３を入射Ｘ線ビーム１に対して全反射臨界角以下の角度ωだけ傾斜させて配置する。そうすると全反射であるため、反射Ｘ線ビーム６が反射体に侵入する侵入領域８の深さ、侵入深さδは数ナノメータとなり、したがって、通過Ｘ線ビーム７の遮蔽端のボケｃも数ナノメータとなる。反射Ｘ線ビーム６の端のボケもほぼδであり同様である。よって反射体２を、矢印Ａで示す入射Ｘ線ビーム１に直交する方向に移動させて通過Ｘ線ビーム７の強度を測定し、その変化を微分処理することにより、理想的なナイフエッジスキャンを行うことができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、Ｘ線ビームの断面強度分布を測定するための方法に関し、より詳細には、放射光Ｘ線に最適なＸ線マイクロビームの断面強度分布を測定するための方法に関する。

Ｘ線は、透過力が高く非破壊測定が可能であることから、Ｘ線回折、蛍光測定、Ｘ線吸収微細構造（ＸＡＦＳ）等の構造解析に広く用いられている。特に、放射光Ｘ線の出現により直径がミクロン又はサブミクロンレベルのいわゆる「マイクロビーム」の発生が可能となり、高空間分解能でのＸ線回折やＸＡＦＳ測定に利用されるようになった。

このようなＸ線マイクロビームの利用にあたって重要なことは、ビームの断面形状や強度分布を正確に計測することである。このために従来から行われている簡便な方法として、ナイフエッジスキャン法がある（特許文献１参照）。この方法は、図１に示すようにビームを、ナイフエッジを有する遮蔽板１０１で遮り、その遮蔽板１０１をビームに直交する方向に平行移動する。遮蔽板１０１の平行移動により遮蔽板１０１の端から漏れ出るビームの強度を測定していくことで、強度分布Ｉが得られる。図１の横軸は、遮蔽板１０１のナイフエッジの位置である。強度分布Ｉは図１に示すように変化し、この微分ｄＩ／ｄｘから近似的なビームプロファイル形状が求まる。

特開平１０−３１９１９６号公報

従来のナイフエッジスキャン法の問題は、遮蔽板の作製および位置調整に困難を伴う点である。図２にナイフエッジスキャンに用いる遮蔽板の断面の一例を示す。Ｘ線は透過力が強いため、通常遮蔽板１０１の厚みは１ｍｍ程度にする必要がある。また、サブミクロンビームを評価するためには端面１０２の面粗さＲａを数十ｎｍにする必要があり、さらに、遮蔽板１０１の傾斜によるボケｂを１μｍ以下にするためには、Ｘ線ビーム１０３と端面１０２との平行度を１ｍｒａｄ（０．０６°）以内とする必要がある。しかしながら、このような面粗さＲａを１ｍｍ程度の厚みにわたり通常の機械加工で実現するのは困難である上に、遮蔽板１０１の端面１０２の角度調整をこの精度で行うためには大掛かりな調節機構が必要になる。よって従来のナイフエッジスキャン法のＸ線マイクロビームへの適用は実際には困難である場合が多い。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来のナイフエッジスキャン法よりも作製が容易な遮蔽板を用い、かつ、遮蔽板の位置調整をより簡便にした、簡便で信頼性の高いＸ線ビームの断面強度分布を測定するための方法を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、Ｘ線ビームの断面強度分布を測定するための方法であって、前記Ｘ線ビームを、反射体に全反射条件を満たす視射角で入射する入射ステップと、前記反射体を前記Ｘ線ビームに直交する少なくとも１つの方向に移動する反射体移動ステップと、前記反射体で反射する反射Ｘ線ビーム及び前記反射体で反射せずに通過する通過Ｘ線ビームのいずれかの強度を、前記反射体を移動させながら測定する強度測定ステップと、測定された前記強度の変化を微分する微分ステップとを含むことを特徴とする。

また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記反射体移動ステップにおいて移動する前記少なくとも１つの方向は、互いに直交する２つの方向であることを特徴とする。

また、本発明の第３の態様は、第１または第２の態様において、前記Ｘ線ビームと前記反射体の反射面との間の角度をスキャンして前記反射体の前記反射面で反射した反射Ｘ線ビームの強度を測定することにより、前記Ｘ線ビームの前記反射面に対する全反射臨界角を決定し、前記全反射条件を満たすように前記反射体を配置するステップをさらに含むことを特徴とする。

また、本発明の第４の態様は、第１から第３のいずれかの態様において、前記反射体が半導体単結晶ウエハであることを特徴とする。

また、本発明の第３の態様は、第４の態様において、前記半導体単結晶ウエハがシリコンウエハであることを特徴とする。

本発明によれば、Ｘ線ビームを反射体に全反射条件を満たす視射角で入射することにより、簡便で信頼性の高いＸ線ビームの断面強度分布を測定するための方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図面中、同一の構成要素には同一の符号を付す。

図３は、本発明によるＸ線ビームの断面強度分布測定方法を実施するための装置を示す図である。放射光Ｘ線発生装置（図示せず）から導かれたＸ線ビーム１０が、４象限スリット１１で例えば直径約２０μｍのＸ線ビーム（以下「入射Ｘ線ビーム１」と呼ぶ。）に成形される。４象限スリット１１を通過した入射Ｘ線ビーム１は、その一部が反射体２で全反射され、残りの部分がそのまま通過する。反射体２としては、シリコンウエハ等を用いることができる。反射光６を遮断するために、４象限スリット１１と平行に、間に反射体２を挟む形で、４象限スリット１３を配置する。４象限スリット１３の開口径は入射Ｘ線ビームの径より大きく、かつ反射光６を遮断できる大きさとする。すなわち以下で述べる視射角ωにおいて、入射Ｘ線ビーム１と反射光６との角度は２ωであるから、反射体２から４象限スリット１１までの距離をｂとすると、４象限スリット１３の開口径は４象限スリット１１の開口径より大きく、かつ２ｂ×ｔａｎ２ωより小さくすればよい。反射体２において全反射せずにそのまま直進した入射Ｘ線ビーム１を、４象限スリット１３の背後に配置したＰＩＮダイオード等のＸ線強度検出器１２で検出する。反射体２を、入射Ｘ線ビーム１に直交する方向に移動しながら、反射体２において全反射せずにそのまま通過した入射Ｘ線ビーム１の強度を測定していくことで、強度分布が得られる。この強度分布を微分器１４で微分することにより、入射Ｘ線ビームの断面強度分布を測定することができる。

図４を参照して、本発明によるＸ線ビームの断面強度分布測定方法で用いる反射体についてさらに説明する。反射体２は、面粗さＲａがナノメータオーダである反射面３を有している必要があり、シリコンウエハ等の半導体単結晶ウエハを用いることができる。半導体単結晶ウエハは安価に入手できる上に、へき開により精密な切断面が得られる。入射Ｘ線ビームに対して下流側に位置する切断面４は、例えばへき開によって形成されたものでナノメータオーダの直線性を有している。したがって、反射面３と切断面４とで形成される角（ｃｏｒｎｅｒ）５は鋭利である。

反射体２は、反射面３を入射Ｘ線ビーム１に対して全反射臨界角以下の角度ωだけ傾斜させて配置する。そうすると全反射であるため、反射Ｘ線ビーム６が反射体に侵入する侵入領域８の深さ、侵入深さδは数ナノメータとなり，したがって、通過Ｘ線ビーム７の遮蔽端のボケｃも数ナノメータとなる。反射Ｘ線ビーム６の端のボケもほぼδであり同様である。よって反射体２を、矢印Ａで示す入射Ｘ線ビーム１に直交する方向に移動させて通過Ｘ線ビーム７の強度を測定し、その変化を微分処理することにより、理想的なナイフエッジスキャンを行うことができる。

なお、本発明は角５を利用するものであるから、反射体２の長さＬは、例えば２〜３ｃｍ程度に十分大きくすることが可能である。したがっていわゆる半割り操作により、初期状態として入射Ｘ線ビーム１と反射面３とを０．０００１°以下の精度で平行にセットすることが可能である。さらに、角度ωをスキャンして反射Ｘ線ビーム６の強度を測定することにより、全反射臨界角を決定することが可能であるから、確実に全反射条件を実現することが可能である。

また、図３の装置では、通過Ｘ線ビーム７の強度をＸ線強度検出器１２により測定するが、Ｘ線強度検出器１２及び４象限スリット１３の配置を適宜変更して、反射Ｘ線ビーム６の強度を測定することもできる。

実施例
図５及び６に実施例を示す。反射体２には、シリコンウエハを用いた。入射Ｘ線ビーム１の直径は約２０μｍ、エネルギーは１５ｋｅＶとした。図３に示すように、通過Ｘ線ビーム７の強度をＸ線強度検出器１２により測定した。シリコンウエハの１５ｋｅＶにおける全反射臨界角は約０．１２°であるので視射角ωを０．１°として確実に全反射が起きるようにした。

図５は、反射体２を、図３の紙面が鉛直面となるように配置し、反射体２を鉛直方向にスキャンした結果を示している。○印がＸ線強度の変化（左軸）を示し、□印がその微分曲線（右軸）である。微分曲線のピークから入射Ｘ線ビーム１の鉛直方向の半値幅が１６μｍであることが分かる。

図６は、反射体２を、図３の紙面が水平面となるように配置し、反射体２を水平方向にスキャンした結果を示している。反射体２を入射Ｘ線ビーム１の回りに９０°回転すればよい。○印がＸ線強度の変化（左軸）を示し、□印がその微分曲線（右軸）である。この結果から、水平方向の強度分布が半値幅１２μｍのメインピークとサブピークに分離していることが分かる。

図５及び６の結果から、簡便で信頼性の高いＸ線ビームの断面強度分布を測定することができた。直交する２つの方向に反射体を移動させることで、Ｘ線ビームの断面形状をより正確に知ることができる。

従来のナイフエッジスキャン法を説明するための図である。従来のナイフエッジスキャン法に用いる遮蔽板を説明するための図である。本発明によるＸ線ビームの断面強度分布測定方法を実施するための装置を示す図である。本発明によるＸ線ビームの断面強度分布測定方法で用いる反射体を説明するための図である。本発明の実施例を示す図である。本発明の実施例を示す図である。

符号の説明

１入射Ｘ線ビーム
２反射体
３反射面
４切断面
５角
６反射Ｘ線ビーム
７通過Ｘ線ビーム
８Ｘ線侵入領域
１０Ｘ線ビーム
１１、１３４象限スリット
１２Ｘ線強度検出器
１４微分器

Claims

Ｘ線ビームの断面強度分布を測定するための方法であって、
前記Ｘ線ビームを、反射体に全反射条件を満たす視射角で入射する入射ステップと、
前記反射体を前記Ｘ線ビームに直交する少なくとも１つの方向に移動する反射体移動ステップと、
前記反射体で反射する反射Ｘ線ビーム及び前記反射体で反射せずに通過する通過Ｘ線ビームのいずれかの強度を、前記反射体を移動させながら測定する強度測定ステップと、
測定された前記強度の変化を微分する微分ステップと
を含むことを特徴とする方法。
前記反射体移動ステップにおいて移動する前記少なくとも１つの方向は、互いに直交する２つの方向であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記Ｘ線ビームと前記反射体の反射面との間の角度をスキャンして前記反射体の前記反射面で反射した反射Ｘ線ビームの強度を測定することにより、前記Ｘ線ビームの前記反射面に対する全反射臨界角を決定し、前記全反射条件を満たすように前記反射体を配置するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
前記反射体は、半導体単結晶ウエハであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の方法。
前記半導体単結晶ウエハは、シリコンウエハであることを特徴とする請求項４に記載の方法。