JP3049313B2 - X-ray imaging analysis method and apparatus - Google Patents

X-ray imaging analysis method and apparatus

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JP3049313B2
JP3049313B2 JP22918098A JP22918098A JP3049313B2 JP 3049313 B2 JP3049313 B2 JP 3049313B2 JP 22918098 A JP22918098 A JP 22918098A JP 22918098 A JP22918098 A JP 22918098A JP 3049313 B2 JP3049313 B2 JP 3049313B2
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detector
ray
rays
substance
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健次 桜井
宏美 江場
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科学技術庁金属材料技術研究所長
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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】この出願の発明は、X線撮像
分析方法および装置に関するものである。さらに詳しく
は、この出願の発明は、物質の表面や薄膜の界面などに
存在するさまざまな元素の位置的分布を高精度、且つ短
時間で撮像することのできる、新しいX線撮像分析方法
および装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an X-ray imaging analysis method and apparatus. More specifically, the invention of this application provides a new X-ray imaging analysis method and apparatus capable of imaging the positional distribution of various elements existing on the surface of a substance, the interface of a thin film, and the like with high accuracy and in a short time. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術とその課題】従来より、X線を用いて物質
表面の分析を行なう方法としては、たとえば全反射蛍光
X線分析法が知られている。この全反射蛍光X線分析法
は、X線の物質への侵入を極度に抑制し、その物質の表
面近傍に存在する元素からの蛍光X線を半導体検出器に
より測定して、物質表面の分析を行なう方法である。高
感度な表面分析法として知られ、半導体ウェハの汚染評
価に用いられているほか、各種工業材料や環境、生物試
料など、様々な対象に適用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of analyzing a material surface using X-rays, for example, a total reflection X-ray fluorescence analysis method is known. In this total reflection X-ray fluorescence analysis, the penetration of X-rays into a substance is extremely suppressed, and X-ray fluorescence from an element present near the surface of the substance is measured by a semiconductor detector to analyze the substance surface. It is a method of performing. Known as a highly sensitive surface analysis method, it is used for evaluation of contamination of semiconductor wafers, and is applied to various objects such as various industrial materials, environment, and biological samples.

【0003】しかしながら、このような全反射蛍光X線
分析法では、X線を1〜10mradの浅い角度で物質
に入射させるため、物質上の照射面積、特にX線光軸方
向については、照射面積が広くなってしまうといった問
題があった。すなわち、たとえば、入射X線を物質の直
前において40μm幅のスリットにより制限して、2m
radで入射させたとき、物質表面上では20mm幅に
も広がってしまう。通常、全反射実験で扱われる試料の
大きさは10〜30mm程度であり、この場合では、少
なくとも光軸方向については物質表面上の広い面積にX
線が照射されるため、その蛍光X線の測定結果は物質表
面の平均情報を与えるだけとなる。もとより蛍光X線は
全方向に放射される発散光であるため、このように照射
面積が広いと、物質表面の元素の位置的な分布を分析す
ることが困難であった。
However, in such a total reflection X-ray fluorescence analysis, in order to be incident X-rays to material at a shallow angle of 1~10Mrad, irradiation area on the substance, in particular X-ray optical axis, the irradiation area There was a problem that it became wide. That is, for example, the incident X-ray is limited by a 40 μm wide slit immediately before
When incident at rad, it spreads as wide as 20 mm on the material surface. Usually, the size of a sample handled in the total reflection experiment is about 10 to 30 mm, and in this case, at least in the optical axis direction, a large area on the material surface is X.
Since the radiation is applied, the measurement result of the fluorescent X-ray only gives the average information of the material surface. Naturally, since fluorescent X-rays are divergent light emitted in all directions, it is difficult to analyze the positional distribution of elements on the material surface if the irradiation area is large as described above.

【0004】そこで、蛍光X線の検出により物質表面上
の元素の位置的な分布を得るためには、試料上の限られ
た場所だけを照射し、試料を走査することが考えられて
いる。上述の全反射蛍光X線分析法では、入射させる角
度が非常に浅いため、このような走査型の撮像を行なう
ことができないが、類似の表面分析法が従来から用いら
れてきている。
Therefore, in order to obtain a positional distribution of elements on the surface of a substance by detecting fluorescent X-rays, it has been considered to irradiate only a limited place on the sample and scan the sample. In the above-described total reflection X-ray fluorescence spectroscopy, such a scanning type imaging cannot be performed because the incident angle is very small, but a similar surface analysis method has been conventionally used.

【0005】この表面分析法は、相反定理による光路の
可逆性に着目して、垂直入射で微小領域を照射して斜出
射の配置で物質表面からの蛍光X線を検出する方法であ
る。しかしながら、この方法では、X線ビームに対して
試料を走査することにより元素のイメージを得ることは
可能であるものの、走査に半日〜1日と非常に多大な時
間を要し、その割にはあまり解像度も画素数も稼ぐこと
ができず、また、全反射条件での別の重要な情報である
鏡面反射率などを、同時に測定することができないとい
った問題点があった。
This surface analysis method is a method of irradiating a minute area at normal incidence and detecting fluorescent X-rays from the material surface in an oblique emission arrangement, focusing on the reversibility of the optical path by the reciprocity theorem. However, in this method, although it is possible to obtain an image of an element by scanning a sample with an X-ray beam, it takes a very long time of half a day to one day for scanning, and for that, There is a problem in that it is not possible to obtain much resolution and the number of pixels, and it is not possible to simultaneously measure another important information such as a mirror reflectance under total reflection conditions.

【0006】この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑
みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、
物質の表面や薄膜に存在するさまざまな元素の位置的な
分布を高精度、且つ短時間で撮像し、分析することので
きる、新しいX線撮像分析方法および装置を提供するこ
とを目的としている。
The invention of this application has been made in view of the above circumstances, and solves the problems of the prior art.
It is an object of the present invention to provide a new X-ray imaging analysis method and apparatus capable of imaging and analyzing the positional distribution of various elements existing on the surface of a substance or a thin film with high accuracy and in a short time.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、物質の元素から放出され
る蛍光X線を検出器により撮像し、元素の位置的な分布
を得るX線撮像分析方法であって、蛍光X線の角度発散
を、物質と検出器との間においた角度発散制限手段を用
いて制限し、且つ検出器および角度発散制限手段を物質
にできる限り近接させることを特徴とするX線撮像分析
方法(請求項1)を提供し、その方法において、X線を
全反射臨界角近傍の浅い角度で物質表面に入射させた場
合に物質の元素から放出される蛍光X線を撮像すること
(請求項2)や粒子線を浅い角度で物質表面に入射させ
た場合に物質の元素から放出される蛍光X線を撮像する
こと(請求項3)や、ラジオアイソトープを物質表面に
吸着もしくはラベルさせた場合に該ラジオアイソトー
プから放出される蛍光X線を撮像し、当該ラジオアイソ
トープの位置的な分布を得ること(請求項4)や、角度
発散制限手段として微細管集合体を用いること(請求項
5)や、検出器として一次元検出器または二次元検出器
を用いること(請求項6)などもその態様として提供す
る。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of this application is directed to X-rays that obtain a positional distribution of an element by imaging a fluorescent X-ray emitted from a substance element with a detector. A line imaging analysis method, wherein the angular divergence of fluorescent X-rays is limited using an angle divergence restricting means placed between a substance and a detector, and the detector and the angle divergence restricting means are brought as close as possible to the substance. An X-ray imaging analysis method (Claim 1) characterized in that X-rays are emitted from an element of a substance when the X-ray is incident on the substance surface at a shallow angle near the critical angle of total reflection. Imaging fluorescent X-rays (claim 2), imaging fluorescent X-rays emitted from a substance element when a particle beam is incident on a material surface at a shallow angle (claim 3), and a radioisotope Adsorb or label Capturing the fluorescent X-rays emitted from this the radioisotope when is, to obtain the positional distribution of the radioisotope (claim 4) or, using a fine tube assembly as angular divergence limiting means ( Claim 5), the use of a one-dimensional detector or a two-dimensional detector as a detector (claim 6), and the like are also provided as such aspects.

【0008】また、この出願の発明は、物質の元素から
放出される蛍光X線を検出器により撮像し、元素の位置
的な分布を得るX線撮像分析装置であって、物質と検出
器との間に角度発散制限手段が備えられることにより蛍
光X線の角度発散が制限され、且つ検出器および角度発
散制限手段が物質にできる限り近接して配されている
ことを特徴とするX線撮像分析装置(請求項7)をも提
供し、X線が全反射臨界角近傍の浅い角度で物質表面に
入射された場合に物質から放出される蛍光X線を撮像す
る(請求項8)や、粒子線が浅い角度で物質表面に入射
された場合に物質から放出される蛍光X線を撮像するこ
と(請求項9)や、ラジオアイソトープが物質表面に吸
着もしくはラベルされた場合に該ラジオアイソトープ
から放出される蛍光X線を撮像し、当該ラジオアイソト
ープの位置的な分布を得ること(請求項10)や、角度
発散制限手段として微細管集合体が備えられていること
(請求項11)や、検出器として一次元検出器または二
次元検出器が備えられている(請求項12)などをその
態様としている。
Further, the invention of this application is an X-ray imaging analyzer for imaging a fluorescent X-ray emitted from an element of a substance by a detector to obtain a positional distribution of the element. X-rays by the angular divergence limiting means provided is restricted angular divergence of the X-ray fluorescence, and detector and angular divergence limiting means is characterized in that it is placed as close as possible to the substance during the An imaging analyzer (claim 7) is also provided to image fluorescent X-rays emitted from a substance when X-rays are incident on the surface of the substance at a shallow angle near the critical angle of total reflection (claim 8). , imaging the fluorescent X-rays emitted from the material when it is incident on the material surface at a shallow angle particle beam (claim 9) and those the radio when the radioisotope is adsorbed or label material surface Fireflies emitted from isotopes Capturing the X-ray, primary to obtain positional distribution of the radioisotope or (Claim 10), the fine tube assembly as angular divergence limiting means are provided and (Claim 11), as a detector In this case, an original detector or a two-dimensional detector is provided (claim 12).

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記の通り、
物質の元素から放出される蛍光X線を検出器により撮像
し、元素の位置的な分布を得るものであって、蛍光X線
の角度発散を、物質と検出器との間においた角度発散制
限手段を用いることにより制限し、且つ検出器および角
度発散制限手段を物質にできる限り近接させることを特
徴としたものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention of this application is as described above,
A fluorescent X-ray emitted from an element of a substance is imaged by a detector to obtain a positional distribution of the element, and the angular divergence of the fluorescent X-ray is limited by an angle divergence between the substance and the detector. Means, and the detector and the angle divergence limiting means are as close as possible to the substance.

【0010】撮像対象である蛍光X線は、たとえば、X
線を浅い角度で、典型的には全反射臨界角近傍の角度で
物質表面に入射させた場合、または電子線やイオンビー
ムなどの粒子線をX線の全反射の場合と同じ程度の浅い
角度で物質表面に入射させた場合において、物質の表面
近傍から発生する。さらに、物質表面にラジオアイソト
ープが吸着または意図的にラベルされた場合において
も、そのラジオアイソトープから自発的に蛍光X線が放
出される。
The fluorescent X-rays to be imaged are, for example, X-rays.
When a beam is incident on a material surface at a shallow angle, typically near the critical angle for total reflection, or a particle beam such as an electron beam or ion beam is as shallow as the total reflection of X-rays When the light is made incident on the surface of the substance, it is generated from the vicinity of the surface of the substance. Further, even when the radioisotope is adsorbed or intentionally labeled on the surface of the substance, the radioisotope emits a fluorescent X-ray spontaneously.

【0011】そして、この蛍光X線を、角度発散制限手
段によってその角度発散を制限し、物質にできる限り近
接させた検出器により撮像することによって、上述した
従来の技術よりも短い時間で、且つ精度良く、元素の位
置的な分布を得ることができる。ここで、物質にできる
限り近接させた状態とは、X線もしくは粒子線を物質表
面に照射する場合においては入射ビームと反射ビーム
光路を妨げない範囲で可能な限り近い状態を意味し、ま
た、ラジオアイソトープが吸着またはラベルされている
場合には物質に接触しない範囲で可能な限り近く検出器
および角度発散制限手段が位置した状態を意味する。
The fluorescent X-rays are imaged by a detector whose angle divergence is restricted by an angle divergence restricting means and which is as close to the substance as possible, so that the X-ray fluorescence can be obtained in a shorter time and shorter than the above-mentioned conventional technique. The positional distribution of elements can be obtained with high accuracy. Here, the state as close to the substance as possible means that, when irradiating the surface of the substance with X-rays or particle beams , the state is as close as possible within a range that does not hinder the optical paths of the incident beam and the reflected beam , When the radioisotope is adsorbed or labeled, it means that the detector and the angle divergence restricting means are located as close as possible without contacting the substance.

【0012】したがって、このような状態となれば、高
精度かつ短時間で元素の位置的分布が得られるというこ
の発明の効果を実現させることができるので、物質との
間隔を表す具体的数値自体が限定されるものではない。
物質表面から検出器内部の検出素子までの間隔数値の一
例としては、たとえば、実験室レベルの出力を有するX
線源もしくは粒子線源の場合において約0.5〜5.0
mm程度とすることができる。後述する実施例では、約
5mmの間隔を持って物質試料、微細管集合体およびC
CDカメラが配置された場合を例示している。
Therefore, in such a state, the effect of the present invention that the positional distribution of elements can be obtained with high accuracy and in a short time can be realized, and the concrete numerical value representing the distance from the substance itself can be realized. Is not limited.
An example of the distance value from the material surface to the detection element inside the detector is, for example, X having a laboratory level output.
About 0.5 to 5.0 in the case of a radiation or particle source
mm. In the examples described later, the material sample, the microtubule aggregate and the C
The case where a CD camera is arranged is illustrated.

【0013】ところで、このようにできる限り接近させ
た検出器と物質との間の位置に配置される角度発散制限
手段としては、微細管集合体を用いることができる。こ
の微細管集合体は、たとえば図5に例示したような構造
を有するもの、すなわち、ガラス板に精密に規則正しく
穴あけ加工が施されてなるもの、あるいは微細なガラス
パイプが規則正しく配列され一体化されてなるガラス板
とすることができ、この場合では穴(またはガラスパイ
プ)の内径とガラス板の厚さとの比によって、蛍光X線
の角度発散が制限されることとなる。このような微細管
集合体は、一般にキャピラリプレート(またはコリメー
タ板)と呼ばれている。
By the way, as the angle divergence restricting means disposed at the position between the detector and the substance as close as possible as described above, an aggregate of fine tubes can be used. This fine tube aggregate has, for example, a structure as illustrated in FIG. 5, that is, a structure in which a glass plate is precisely and regularly drilled, or a structure in which fine glass pipes are regularly arranged and integrated. In this case, the angular divergence of the fluorescent X-rays is limited by the ratio between the inner diameter of the hole (or glass pipe) and the thickness of the glass plate. Such a microtubule aggregate is generally called a capillary plate (or a collimator plate).

【0014】また、このキャピラリプレートと同様な構
造を有し、微細管集合体として利用することができるも
のに、電極構造が作り付けられたマイクロチャンネルプ
レートと呼ばれるものもある。なお、これらのプレート
におけるキャピラリまたはチャンネルの内壁をコーティ
ングしたり、または非球面の形状をなすように加工した
りすることにより、集光または像の拡大を行なうなどの
改良が施されたものも、この発明の効果が得られる限
り、微細管集合体として用いることができることは言う
までもない。もちろん、プレート自体の外形穴の形状も
円形や矩形等のように様々なものとすることができる。
Further, there is a so-called microchannel plate having an electrode structure, which has a structure similar to that of the capillary plate and can be used as a fine tube assembly. In addition, by coating the inner walls of the capillaries or channels in these plates, or by processing them to form an aspherical shape, those that have been improved, such as focusing or enlarging the image, Needless to say, as long as the effects of the present invention can be obtained, it can be used as a microtubule aggregate. Of course, the shape of the outer hole of the plate itself can be various, such as circular or rectangular.

【0015】このように、蛍光X線の角度発散を制限す
るという機能を有しているものであれば、様々な公知の
手段またはその機能を有するように新たに作製された手
段を角度発散手段として用いることができる。一方、検
出器としては、水平方向の位置や高さなどのような一方
向のみの情報を与える一次元検出器、たとえばダイオー
ドアレイ、MOSイメージセンサ、位置敏感型ガス比例
管などを用いることができる。または、XY座標で
表現される位置の情報を与える二次元検出器、たとえば
電荷結合型素子(=CCD)カメラなども用いることが
できる。なお、二次元検出器は、得られた情報を積分す
ることにより一次元検出器としても使用することができ
ることは言うまでもない。撮像の解像度は、検出器自身
の分解能とともに、蛍光X線の角度発散および物質から
検出素子までの距離により支配されるが、本発明では、
後二者を可能な限り小さくすることにより高い解像度を
得ている。
As described above, as long as it has a function of restricting the angular divergence of fluorescent X-rays, various known means or means newly prepared to have the function can be replaced with the angle diverging means. Can be used as On the other hand, the detector, the one-dimensional detector to provide information in only one direction, such as horizontal position and height, for example a diode array, MOS image sensor, position sensitive gas proportional <br/> counting tube Do etc. can be used. Alternatively, a two-dimensional detector that gives information on a position represented by XY coordinates, for example, a charge-coupled device (= CCD) camera can also be used. It goes without saying that the two-dimensional detector can also be used as a one-dimensional detector by integrating the obtained information. The resolution of the imaging is governed by the angular divergence of the fluorescent X-rays and the distance from the substance to the detection element, together with the resolution of the detector itself.
High resolution is obtained by making the latter two as small as possible.

【0016】このようなこの発明のX線撮像分析方法お
よび装置は、以下のような発想に基づいてなされたもの
である。全反射条件では入射X線は物質内部にほとんど
侵入しないため、放出される蛍光X線は、表面近傍の元
素からのものに限定され、したがって、通常の固体分析
における蛍光X線強度と比べて強い強度のものであると
は考えられず、また、角度発散制御手段を通すとさらに
減衰が著しいと考えられることから、全反射条件におけ
るこの出願の発明のような試みはなされていなかった。
The X-ray imaging analysis method and apparatus of the present invention are based on the following idea. Since the incident X-rays hardly penetrate into the substance under the condition of total reflection, the emitted fluorescent X-rays are limited to those from the elements near the surface, and are therefore stronger than the fluorescent X-ray intensity in ordinary solid analysis. No attempt was made as in the invention of this application under total internal reflection conditions, since it is not considered to be of high intensity, and further attenuation is considered to be more remarkable through the angle divergence control means.

【0017】しかしながら、幾何学的な因子を非常に重
要視し、たとえば物質、角度発散制限手段、および検出
器(たとえばCCDカメラの場合ではそのBe窓および
内部素子)それぞれの間の距離を可能な限り短縮するこ
とにより、物質上の任意の位置から全方向に発散する蛍
光X線の角度発散を抑制することができ、試料位置と検
出器との位置に1:1の対応がつくとともに、十分な強
度を確保することができ、よって、物質表面の元素の位
置的な分布を得ることができるようになる。
However, the geometric factors are very important, for example the distance between the substance, the angular divergence limiting means and the detector (eg its Be window and its internal elements in the case of a CCD camera) are possible. By shortening as much as possible, it is possible to suppress the angular divergence of fluorescent X-rays diverging in all directions from any position on the substance, and a 1: 1 correspondence between the sample position and the detector position can be obtained. High strength can be ensured, so that the positional distribution of elements on the material surface can be obtained.

【0018】さらに、全反射条件では、X線の光路が物
質表面とほとんど平行であるという特殊性に着眼し、物
質に対向する空間的なスペースを利用して、そのような
密着配置が実現可能であるとしたことから、本発明がな
されることとなった。このような発想に基づいてなされ
たこの発明により、たとえば数10ミクロンの分解能で
100万画素のイメージを数分程度で得られることがで
き、特に、波長可変な単色X線が得られる放射光を利用
すれば、入射X線のエネルギーを元素の吸収端前後で変
化させるなどの操作により、簡便に元素識別を行なうこ
とができる。
Further, under the condition of total reflection, attention is paid to the special feature that the optical path of the X-ray is almost parallel to the surface of the substance, and such a close contact arrangement can be realized by utilizing the spatial space facing the substance. Therefore, the present invention has been made. According to the present invention based on such an idea, an image of one million pixels can be obtained with a resolution of, for example, several tens of microns in about several minutes. If used, element identification can be easily performed by an operation such as changing the energy of incident X-rays before and after the absorption edge of the element.

【0019】すなわち、前述したような従来の垂直入
射、斜出射の走査型表面分析法に比べ、分解能、画素数
および測定時間、または鏡面反射率等との同時測定の便
利さのいずれの点でも優れており、物質表面近傍に存在
する元素の位置的な分布の分析を非常に高精度、且つ短
時間で実現することができる。もちろん、X線励起によ
る蛍光X線の場合だけでなく、粒子線励起による蛍光X
線やラジオアイソトープによる自発的に放射された蛍光
X線の撮像にも、上述した原理を用いることができる。
That is, as compared with the conventional vertical incidence and oblique emission scanning type surface analysis method as described above, the resolution, the number of pixels and the measurement time, or the convenience of simultaneous measurement with the specular reflectance etc. It is excellent and can analyze the positional distribution of elements existing near the material surface with extremely high accuracy and in a short time. Of course, not only in the case of X-ray fluorescence, but also in X-ray fluorescence
The above-described principle can be used for imaging of fluorescent X-rays spontaneously emitted by a line or a radioisotope.

【0020】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

【0021】[0021]

【実施例】(実施例1) 図1は、この出願の発明のX線撮像分析装置の一実施例
を示した概略図である。たとえばこの図1に例示したX
線撮像分析装置では、角度発散制御手段として、直径6
μmおよび厚さ約1mmのガラス管を集合させて全体で
約10mmの小口径の円盤状にした微細管集合体である
コリメータ板(1)が、試料(3)から約5mmの距離
の直上に設置されているとともに、そのコリメータ板
(1)の背後において、コリメータ板(1)と可能な限
り近い位置に、1画素約12μ角、100万画素の電
荷結合型素子(CCD)カメラ(2)が設置されてい
る。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an X-ray imaging analyzer according to the present invention. For example, X shown in FIG.
In the line imaging analyzer, the angle divergence control means has a diameter of 6 mm.
A collimator plate (1), which is a collection of microtubes having a diameter of about 10 mm and formed into a disc with a small diameter of about 10 mm in total by assembling glass tubes having a thickness of about 1 mm and a thickness of about 1 mm, is placed directly above the sample (3) at a distance of about 5 mm. together are installed in the back of the collimator plates (1), as close as possible with the collimator plates (1), one pixel about 12 [mu m square, 1,000,000 pixels CCD type device (CCD) camera (2 ) Is installed.

【0022】本実施例における試料(3)としては、シ
リコンウェハ上に、銅イオンおよび亜鉛イオンの水溶液
(濃度1000ppm、約5μl)を、図2に例示した
ように滴下、乾燥させたものを用いている。図中の長方
形枠内(白線)において、左側に銅イオン水溶液、右側
に亜鉛イオン水溶液が存在している。また、X線源
(4)としてはシンクロトロン放射光源が備えられ、単
色放射光X線を用いる。
As the sample (3) in this embodiment, an aqueous solution of copper ions and zinc ions (concentration 1000 ppm, about 5 μl) was dropped and dried on a silicon wafer as illustrated in FIG. ing. In the rectangular frame (white line) in the figure, a copper ion aqueous solution is present on the left and a zinc ion aqueous solution is on the right. A synchrotron radiation light source is provided as the X-ray source (4), and monochromatic radiation X-rays are used.

【0023】そして、シンクロトロン放射光源からの単
色放射光X線が、スリット(5)および2結晶モノクロ
メータ(6)を通ったのち、100μm幅のスリット
(7)により水平方向の光路幅が制限され、入射強度検
出器(8)を通って、臨界角以下の微小角で試料(3)
に入射され、試料(3)の表面において全反射されるよ
うになっており、試料(3)の表面近傍から発生する蛍
光X線は、試料(3)に近接配置されたコリメータ板
(1)により角度発散が制限されて(つまり平行化され
て)、CCDカメラ(2)により撮像される。
After the X-ray monochromatic radiation from the synchrotron radiation source passes through the slit (5) and the two-crystal monochromator (6), the optical path width in the horizontal direction is restricted by the slit (7) having a width of 100 μm. The sample (3) passes through the incident intensity detector (8) and passes through a small angle smaller than the critical angle.
And is totally reflected on the surface of the sample (3), and the fluorescent X-rays generated from the vicinity of the surface of the sample (3) are collimated by the collimator plate (1) disposed close to the sample (3). The angular divergence is limited (that is, parallelized) by the camera, and an image is taken by the CCD camera (2).

【0024】このとき、コリメータ板(1)は、上述し
たように、直径6μmおよび厚さ1mmのガラス管が集
合されて成るものであるため、6/1000という蛍光
X線の角度発散制限が行なわれることになる。このよう
なX線撮像分析装置により、9.8keVの単色X線お
おび9.0keVの単色X線を用いた場合それぞれにお
いて、試料(3)からの蛍光X線を撮像した。撮像時間
は5分である。
At this time, as described above, since the collimator plate (1) is formed by assembling glass tubes having a diameter of 6 μm and a thickness of 1 mm, the angle divergence of fluorescent X-rays is limited to 6/1000. Will be. With such an X-ray imaging analyzer, fluorescent X-rays from the sample (3) were imaged in each case using 9.8 keV monochromatic X-rays and 9.0 keV monochromatic X-rays. The imaging time is 5 minutes.

【0025】図3および図4は、各々、9.8keVお
よび9.0keV単色X線の場合の蛍光X線撮像結果を
例示した図面に代わる写真である。9.8keV単色X
線では、銅および亜鉛の両方の蛍光X線が発生するが、
9.0keV単色X線では、銅の蛍光X線のみが発生す
るので、図3および図4を比較することにより、銅と亜
鉛それぞれの像を得ることができる。両図において二つ
の強いスポットの左側が銅、右側が亜鉛の液滴痕である
ことがわかる。すなわち、図2の像とよく対応した結果
を得ることができている。
FIGS. 3 and 4 are photographs instead of drawings illustrating the results of X-ray fluorescence imaging in the case of 9.8 keV and 9.0 keV monochromatic X-rays, respectively. 9.8keV single color X
The line produces both copper and zinc fluorescent X-rays,
In the case of 9.0 keV monochromatic X-rays, only fluorescent X-rays of copper are generated. Therefore, by comparing FIGS. 3 and 4, images of copper and zinc can be obtained. In both figures, it can be seen that the left side of the two strong spots is a copper droplet trace and the right side is a zinc droplet trace. That is, a result that corresponds well to the image in FIG. 2 can be obtained.

【0026】液滴の大きさからここでの空間分解能は約
30ミクロン程度であると判断できる。また、より量の
少ない銅イオン水溶液をシリコンウェハ上に滴下、乾燥
させた場合にも、同様にして銅の蛍光X線を精度良く撮
像することができた。このように、試料(3)の表面近
傍の異種金属を区別してイメージングを行なうことがで
きた。
From the size of the droplet, it can be determined that the spatial resolution here is about 30 microns. Further, even when a smaller amount of a copper ion aqueous solution was dropped on a silicon wafer and dried, a fluorescent X-ray of copper could be similarly imaged with high accuracy. As described above, imaging was performed by distinguishing different kinds of metals near the surface of the sample (3).

【0027】(実施例2) 上述の実施例1ではX線源(4)としてシンクロトロン
放射光源が用いられて放射光X線を入射させているが、
本実施例2では、通常の実験室系のX線源を用いて、蛍
光X線の撮像を行なう。図1に例示したX線撮像分析装
置におけるX線源(4)として、銅回転対陰極X線源
(40kV−80mA、6度方向の焦点サイズ=30μ
m×3mm)が備えられており、チャンネルカットモノ
クロメータにより銅回転対陰極X線源からの銅Kα1線
のみを取り出し、40μm幅のスリット(7)で水平方
向の光路幅を制限し、実施例1と同様に臨界角以下の微
小角で試料(3)に入射させる。
Embodiment 2 In Embodiment 1 described above, a synchrotron radiation light source is used as the X-ray source (4), and radiation X-rays are incident.
In the second embodiment, X-ray fluorescence imaging is performed using an ordinary laboratory X-ray source. X-ray source in the illustrated X-ray IMAGING analyzer in Figure 1 as (4), a copper rotating anode X-ray source (40 kV-80 mA, 6-degree directional focus size = 30.mu.
m × 3 mm), a copper cut α-ray from a copper rotating anti-cathode X-ray source is taken out by a channel cut monochromator, and a horizontal optical path width is restricted by a slit (7) having a width of 40 μm. As in 1, the light is incident on the sample (3) at a small angle smaller than the critical angle.

【0028】このとき、コリメータ板(1)を通してC
CDカメラ(2)で撮像されるX線像は、吸収端が銅K
α1線のエネルギーよりも低い元素からの蛍光X線のも
のに限られる。元素の種類が多くなく、分布像に関心が
ある場合には、単純な撮像のみでも十分に高精度の撮像
を得ることができる。また、コリメータ板(1)の直前
に数μm厚の金属フォイル等のフィルターを設置させて
撮像し、フィルターの有無による像の変化を検討するこ
とにより、元素の識別判定を行なうことも可能である。
At this time, C is passed through the collimator plate (1).
The X-ray image picked up by the CD camera (2) has an absorption edge of copper K
It is limited to those of fluorescent X-rays from elements lower than the energy of α1 ray. When there are not many types of elements and the distribution image is of interest, sufficiently simple imaging can be obtained by simple imaging alone. Further, it is also possible to perform element identification determination by placing a filter such as a metal foil having a thickness of several μm or the like immediately before the collimator plate (1) and taking an image, and examining an image change due to the presence or absence of the filter. .

【0029】以上の実施例は、X線を試料(3)の表面
の全反射臨界角近傍の浅い角度で入射させた場合に試料
(3)から放出される蛍光X線の撮像についてのもので
あるが、同様にして、粒子線をX線の全反射と同じ程度
に浅い角度で入射させた場合の蛍光X線や物質表面に吸
着もしくはラベルされたラジオアイソトープからの自発
的な蛍光X線の撮像も、高精度且つ短時間で行ない、物
質表面や薄膜界面に存在する元素の位置的分布やラジオ
アイソトープの位置的分布を優れた精度で、簡便に分析
することができることは言うまでもない。
The above embodiment relates to imaging of fluorescent X-rays emitted from the sample (3) when X-rays are incident at a shallow angle near the critical angle of total reflection on the surface of the sample (3). However, in the same manner, when the particle beam is incident at an angle as shallow as the total reflection of the X-ray, the fluorescent X-ray and the spontaneous fluorescent X-ray from the radioisotope adsorbed or labeled on the material surface are similarly observed. It is needless to say that imaging can be performed with high accuracy and in a short time, and the positional distribution of elements and the radioisotope existing on the surface of a substance or an interface of a thin film can be easily analyzed with excellent accuracy.

【0030】もちろん、この発明は以上の例に限定され
るものではなく、細部については様々な態様が可能であ
る。
Of course, the present invention is not limited to the above examples, and various embodiments are possible in detail.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、物質の表面や薄膜の表面・界面に存在するさまざ
まな元素の位置的な分布を高精度、且つ短時間で撮像し
て、分析することのできる、新しいX線撮像分析方法お
よび装置が提供され、このX線撮像分析方法および装置
によって、分析技術の著しい高度化が達成され、その結
果、製造プロセスの改善を促進し、さまざまな産業にお
いて高品位の工業製品の生産の実現を図ることができ
る。
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to image and analyze the positional distribution of various elements present on the surface of a substance or the surface or interface of a thin film with high accuracy and in a short time. A new X-ray imaging analysis method and apparatus is provided, which enables a significant advancement of analysis technology, thereby promoting the improvement of the manufacturing process and in various industries. It is possible to realize the production of high-quality industrial products.

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

【図1】この発明のX線撮像分析装置の一実施例を例示
した要部構成図である。
FIG. 1 is a main part configuration diagram illustrating an X-ray imaging analyzer according to an embodiment of the present invention;

【図2】試料を例示した図面に代わる写真である。FIG. 2 is a photograph replacing a drawing illustrating a sample.

【図3】9.8keV単色X線により得られたX線像を
例示した図面に代わる写真である。
FIG. 3 is a photograph instead of a drawing illustrating an X-ray image obtained by 9.8 keV monochromatic X-rays.

【図4】9.0keV単色X線により得られたX線像を
例示した図面に代わる写真である。
FIG. 4 is a photograph replacing a drawing illustrating an X-ray image obtained by 9.0 keV monochromatic X-rays.

【図5】キャピラリプレートの一例を示した斜視図であ
る。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a capillary plate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 コリメータ板 2 CCDカメラ 3 試料 4 X線源 5 スリット 6 2結晶モノクロメータ 7 スリット 8 入射強度検出器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Collimator board 2 CCD camera 3 Sample 4 X-ray source 5 Slit 6 2 Crystal monochromator 7 Slit 8 Incident intensity detector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−282243(JP,A) 特開 平1−282452(JP,A) 特開 平7−49316(JP,A) 特開 平8−285798(JP,A) 特開 平6−27056(JP,A) 特開 平7−280753(JP,A) 実開 平3−76200(JP,U) 実開 平6−65809(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 23/00 - 23/227 G01T 7/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-282243 (JP, A) JP-A-1-282452 (JP, A) JP-A-7-49316 (JP, A) JP-A 8-282 285798 (JP, A) JP-A-6-27056 (JP, A) JP-A-7-280753 (JP, A) JP-A-3-76200 (JP, U) JP-A-6-65809 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 23/00-23/227 G01T 7/00

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 物質の元素から放出される蛍光X線を検
出器により撮像し、元素の位置的な分布を得るX線撮像
分析方法であって、蛍光X線の角度発散を、前記の物質
と検出器との間においた角度発散制限手段を用いて制限
し、且つ前記の検出器および角度発散制限手段を物質に
できる限り近接させることを特徴とするX線撮像分析方
法。
1. An X-ray image analysis method for imaging a fluorescent X-ray emitted from an element of a substance by a detector to obtain a positional distribution of the element, wherein the angular divergence of the fluorescent X-ray is determined by the substance. An X-ray imaging analysis method characterized in that the angle divergence limiting means placed between the detector and the detector is limited, and the detector and the angle divergence limiting means are brought as close as possible to the substance.
【請求項2】 X線を全反射臨界角近傍の浅い角度で物
質表面に入射させた場合に物質の元素から放出される蛍
光X線を撮像する請求項1のX線撮像分析方法。
2. The X-ray imaging analysis method according to claim 1, wherein when X-rays are incident on the surface of the substance at a shallow angle near the critical angle of total reflection, fluorescent X-rays emitted from the element of the substance are imaged.
【請求項3】 粒子線を浅い角度で物質表面に入射させ
た場合に物質の元素から放出される蛍光X線を撮像する
請求項1のX線撮像分析方法。
3. The X-ray imaging analysis method according to claim 1, wherein when the particle beam is incident on the surface of the substance at a shallow angle, the fluorescent X-ray emitted from the element of the substance is imaged.
【請求項4】 ラジオアイソトープを物質表面に吸着も
しくはラベルさせた場合に該ラジオアイソトープから
放出される蛍光X線を撮像し、ラジオアイソトープの位
置的な分布を得る請求項1のX線撮像分析方法。
4. capturing the fluorescent X-rays emitted from this the radioisotope when adsorbed or label radioisotope material surface, X-rays imaging analysis according to claim 1 for obtaining the positional distribution of radioisotope Method.
【請求項5】 角度発散制限手段として微細管集合体を
用いる請求項1ないし4のいずれかのX線撮像分析方
法。
5. The X-ray imaging analysis method according to claim 1, wherein a microtubule aggregate is used as the angle divergence limiting means.
【請求項6】 検出器として一次元検出器または二次元
検出器を用いる請求項1ないし5のいずれかのX線撮像
分析方法。
6. The X-ray imaging analysis method according to claim 1 , wherein a one-dimensional detector or a two-dimensional detector is used as the detector.
【請求項7】 物質の元素から放出される蛍光X線を検
出器により撮像し、元素の位置的な分布を得るX線撮像
分析装置あって、前記の物質と検出器との間に角度発
散制限手段が備えられることにより蛍光X線の角度発散
が制限され、且つ前記の検出器および角度発散制限手段
が物質にできる限り近接して配置されていることを特徴
とするX線撮像分析装置。
7. A fluorescent X-rays emitted from the elements of material captured by the detector, an X-ray imaging spectrometer to obtain a positional distribution of elements, the angle between the detector and the material An X-ray imaging analyzer characterized in that the divergence limiting means is provided to limit the angular divergence of fluorescent X-rays, and the detector and the angle divergence limiting means are arranged as close as possible to the substance. .
【請求項8】 X線が全反射臨界角近傍の浅い角度で物
質表面に入射された場合に物質から放出される蛍光X線
を撮像する請求項7のX線撮像分析装置。
8. The X-ray imaging analyzer according to claim 7, wherein when the X-rays are incident on the surface of the material at a shallow angle near the critical angle of total reflection, the fluorescent X-rays emitted from the material are imaged.
【請求項9】 粒子線が浅い角度で物質表面に入射され
た場合に物質から放出される蛍光X線を撮像する請求項
7のX線撮像分析装置。
9. The X-ray imaging analyzer according to claim 7, wherein when the particle beam is incident on the material surface at a shallow angle, the fluorescent X-ray emitted from the material is imaged.
【請求項10】 ラジオアイソトープが物質表面に吸着
もしくはラベルされた場合に該ラジオアイソトープか
ら放出される蛍光X線を撮像し、ラジオアイソトープの
位置的な分布を得る請求項7のX線撮像分析装置。
10. radioisotope imaging the fluorescent X-rays emitted from this the radioisotope when adsorbed or label material surface, X-rays imaging analysis according to claim 7 to obtain the positional distribution of radioisotope apparatus.
【請求項11】 角度発散制限手段として微細管集合体
が備えられている請求項7ないし10のいずれかのX線
撮像分析装置。
11. The X-ray imaging analyzer according to claim 7, wherein a microtubule aggregate is provided as angle divergence limiting means.
【請求項12】 検出器として一次元検出器または二次
元検出器が備えられている請求項7ないし11のいずれ
かのX線撮像分析装置。
12. The X-ray imaging analyzer according to claim 7, wherein a one-dimensional detector or a two-dimensional detector is provided as the detector.
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