JP2921597B2 - 全反射スペクトル測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、測定試料表面の方位を入射Ｘ線光線に対し
連続的に回転させながら全反射スペクトルを同時に測定
する装置に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

拡張Ｘ線吸収微細構造（EXAFS）測定装置は、分光結
晶として曲結晶を用いた実験室系の装置（テクノス社製
等）が実用化されている。光源として放射光を用いる場
合には、１つのチャンネルカット分光結晶を用いた高分
解能装置が得られるが、実験室に入手可能な強力光源
（回転対陰極）を用いる限り、感度を落とさずに高分解
能を達成することは実現していない。

また、全反射を用いた薄膜計測法は、今日の材料デバ
イスで必須な薄膜の構造解析、およびその場観察の技術
として最適のものである。この計測装置においては、薄
膜に入射するＸ線光束のエネルギーを変化させながら、
各エネルギーごとに、基板上の薄膜に対する入射Ｘ線光
束の入射角を連続的に変化させ反射率を測定することに
なる。

しかしながら、従来の方法では、各エネルギーごとに
薄膜方位（θ）を０〜60分程度走査し反射率の測定を行
なうことになり、また次の走査に移る前に初期のθ＝０
に戻さなければならないので、放射光源（シンクロトロ
ン放射）などの高輝度のＸ線源を用いないかぎり、測定
に非常な長時間を必要とするため実現困難である。

本発明はこの点に鑑みなされたもので、回転対陰極Ｘ
線源を用いた実験室系装置で、全反射を用いた薄膜計測
を短時間で測定出来るようにする全反射スペクトル測定
装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明によれば、Ｘ線を基
板上の測定試料表面に照射し、その吸収、反射あるいは
回折スペクトルを測定することにより基板上の測定試料
の構造評価を行なう全反射スペクトル測定装置であっ
て、Ｘ線源から放出された光束を白色光のまま平行光と
して測定試料表面で全反射を起こすように該測定試料表
面に照射させるコリメータ系と、該Ｘ線の入射角と等し
いＸ線取り出し角となるように配置され、測定試料面か
らの反射光束の全エネルギーを各単色光成分ごとに検出
する分光検出手段と、測定試料面のＸ線光束に対する入
射角を連続的に変化させる機構とを有することを特徴と
する全反射スペクトル測定装置が提供される。

〔作用〕

本発明では、Ｘ線源から放出された光束がコリメータ
系により白色光のまま平行光として測定試料面に照射さ
れ、前記機構により測定試料面が傾けられながら、分光
検出手段が測定試料面からの反射光束の全エネルギーを
一挙にマルチチャンネル検出する。したがって、１回の
θ走査で計測が行なえるようになり、測定時間が大幅に
短縮される。

〔実施例〕

以下本発明を実施例により詳細に説明する。

先ず、第２図により、本発明者らが先に提案した全反
射スペクトル測定装置の説明を行なう。同図において１
はＸ線源、２は分光結晶、４は試料系、５は基板、６は
薄膜試料、９は検出器、10はビームストッパー、S1〜S3
はスリット系を示す。Ｘ線源１より射出された白色Ｘ線
は、スリット系S1により整形され、例えばSiなどの完全
に近い単結晶よりなる分光結晶２に入射する。分光結晶
２は、所定の結晶面（例えば、（111））を入射Ｘ線光
束に対し所定の方位にセットされ、分光結晶２により所
定のエネルギーのＸ線がブラッグ反射を起こし射出され
るようになっている。こうして、スリット系S2を通過し
たＸ線光束は単色化される。分光結晶２にはチャンネル
カット結晶や複数の結晶を組み合わせたものが用いられ
る。スリットS2を通過後の単色、平行のＸ線光束は、測
定すべき薄膜試料６表面に入射され、薄膜試料６表面か
らの反射光束がスリット系S3を介して検出器９に入り、
反射Ｘ線強度が測定される。薄膜試料６表面からのＸ線
反射率はＸ線光束の入射角度に依存するので、入射角を
変化させながら測定が行なわれる。すなわち、薄膜試料
６表面へのＸ線光束の入射角がθのとき、検出器９の方
位は２θとなるように、薄膜試料６表面のＸ線光束入射
点（ナイフエッジの位置（第２図の８））を中心に連動
回転を行なう。

ところが、薄膜の全反射スペクトル測定のためには、
このような測定を複数エネルギーのＸ線光束に対して繰
り返す必要がある。第３図には３種類のエネルギーE₁,E
₂,E₃の場合を示してあるが、分解能を更に向上させるた
めにはより多くのエネルギーのＸ線光束について測定を
繰り返さなければならず、これには莫大な時間がかかる
ため改善の余地があった。

第１図はこのような問題を解決する本発明による全反
射スペクトル測定装置の一実施例の概念図である。同図
において、11はＸ線源、12は試料系、13は基板、14は測
定すべき薄膜試料、15は薄膜試料14表面へのＸ線光束入
射点、16はビームストッパ、17は分光結晶、18は位置敏
感型Ｘ線検出器、S11〜S12はスリット系を示す。

動作について説明するとＸ線光源11より射出された白
色Ｘ線はスリット系S11,S12により平行光束に整形され
た後、白色光のまま薄膜試料14表面に入射する。薄膜試
料14表面に対する白色Ｘ線光束の入射角θと反射された
白色Ｘ線光束を検出すべき検出系の方位２θは周知の技
術で容易に構成しうる機構（図示せず）により連動回転
される。なお、実際はθは数十分程度の微小角であるの
で回転させる必要はない場合も多い。薄膜試料14表面よ
り反射された白色Ｘ線光束は、分光結晶17により分光さ
れ、位置敏感型Ｘ線検出器18により受光される。この位
置敏感型Ｘ線検出器18は単色光成分ごとにその各受光部
位（チャンネル）に検出しうる構成となっているため、
全エネルギースペクトルが同時に検出される。したがっ
て、本装置によれば、同時に各エネルギーに対し薄膜試
料14表面よりの反射率を測定していることになるので、
短時間に測定を行なうことが可能となる。

なお、上記実施例では測定試料面からの反射光束の全
エネルギーを各単色光成分ごとに検出する手段として、
分光結晶17と位置敏感型Ｘ線検出器18との組合せを用い
たが、これに代えてエネルギー分解能を有する半導体固
体素子検出器（SSD）を用いることもできる。

また、上記では分光結晶17は透過型（ラウエケース）
の回折を用いているが、反射型（ブラッグケース）の回
折を用いることもできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば前記構成としたので以下のような効果
が得られる。

実験室で利用できるＸ線源を用いて、薄膜表面からの
全反射スペクトルを複数のエネルギーに対して測定する
ことが短時間にできるようになる。従来技術では、莫大
な時間を要することになり、同等のデータを得ることは
事実上不可能であるが、本装置によれば、ただ１回の薄
膜試料方位スキャンにより同時の各エネルギーに対する
反射率データが得られるので、各エネルギーごとにスキ
ャンを繰り返し行なった場合に比べて、角度の誤差が全
く生じない点で優れている。

また、反射スペクトルの各エネルギー成分をそれぞれ
同時に検出することができるので、従来莫大な時間を要
していた反射スペクトルの測定がほとんど瞬時に出来る
ようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全反射スペクトル測定装置の一実施例
の概念図、第２図は本発明者が先に提案した全反射スペ
クトル測定装置の概念図、第３図は従来の全反射スペク
トル測定の説明図である。 11……Ｘ線源 14……薄膜試料 17……分光結晶 18……位置敏感型Ｘ線検出器 S11,S12……スリット系

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｘ線を基板上の測定試料表面に照射し、そ
   の吸収、反射あるいは回折スペクトルを測定することに
   より基板上の測定試料の構造評価を行なう全反射スペク
   トル測定装置であって、 Ｘ線源から放出された光束を白色光のまま平行光として
   測定試料表面で全反射を起こすように該測定試料表面に
   照射させるコリメータ系と、 該Ｘ線の入射角と等しいＸ線取り出し角となるように配
   置され、測定試料面からの反射光束の全エネルギーを各
   単色光成分ごとに検出する分光検出手段と、 測定試料面のＸ線光束に対する入射角を連続的に変化さ
   せる機構とを有することを特徴とする全反射スペクトル
   測定装置。
2. 【請求項２】該分光検出手段は、分光結晶と位置敏感型
   検出器の結合であることを特徴とする請求項１に記載の
   全反射スペクトル測定装置。
3. 【請求項３】該分光検出手段は、エネルギー分解能を有
   する半導体固体素子検出器（SSD）であることを特徴と
   する請求項１に記載の全反射スペクトル測定装置。