JP3903184B2 - X線反射率測定装置およびx線反射率測定方法 - Google Patents
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Description
ところが、X線反射率測定装置を製品の生産現場での品質管理に用いるためには、1件あたりの測定時間を1〜2分、長くても数分程度に短縮する必要があるため、やむを得ず非常に限られたごく一部の角度領域だけのX線反射率を測定するにとどめているのが実状である。
桜井健次およびL. Ortega、"全反射現象および微小角入射配置を用いたX線回折・散乱分析法"、ぶんせき、1998年3月号、p.164-174 W. E. WallanceおよびW. L. Wu、"A novel method for determining thin film density by energy-dispersive x-ray reflectivity"、Applied Physics Letters、Vol. 67、p.1203-1205、1995
部もしくは全体を動かすことなく、しかも角度走査を行う場合と同等の情報を従来よりも格段に迅速に測定することが可能な、新しいX線反射率測定装置およびX線反射率測定方法を提供することを課題としている。
回転対陰極型のX線源を用いることを特徴とするX線反射率測定方法を提供する。
込み角度を調整する見込み角度調整機構と、一次元または二次元の位置敏感型X線検出器とを備え、X線源から出射されたX線をモノクロメータにより単色化した後、見込み角度調整機構により見込み角度が調整された単色X線とし、その単色X線を測定試料に入射し、測定試料で反射された反射X線の強度を位置敏感型X線検出器により測定することを大きな特徴としている。
大気の吸収により失われるためであり、真空パスの利用することでそのようなことを防ぐことができるのである。
。封入管式または回転対陰極型のX線源(3)は、特性X線だけでなく、白色X線(連続X線)も含んでいるため、分光結晶などのモノクロメータ(4)を用いて単色化を行う必要がある。なお図1においては、モノクロメータ(4)としてX線源(3)の長手方向には湾曲していない分光結晶を用い、X線源(3)の長手方向とモノクロメータ(4)の回転軸を一致させるようにしてモノクロメータ(4)においてブラッグ反射を生じさせると、モノクロメータ(4)での反射により回転軸方向の角度発散は極めて狭いものになるが、その回転軸に直交方向の角度発散は元のまま保存される。
そのX線源(3)の焦点(2)を見込むとその見込み角度φは、ArcTan(L1/R1)であり、たとえば、L1=8mm、R1=160mmであれば、φは約3°(50mrad)になり、X線反射率測定装置(1)を用いて測定しようとする全角度領域をいっぺんに見込んでいることになる。使用するX線のエネルギーを高いものを用いると、臨界角を含め、実質的に同じプロファイルがより浅い角度領域に現れるので、このような場合にはさらに少ない見込み角度たとえば1〜2°でも十分である。
φ=L1/R1)と同じかそれ以上必要であり、またX線反射率の角度プロファイルの最小分解能はArcTan(l2/R2)になる。
グプレートや位置敏感型ガス比例計数管を用いた場合、l2が0.01mm程度の画素が
得られるCCDカメラと同じ分解能を得るためには、イメージングプレートや位置敏感型ガス比例計数管などの測定試料からの距離R2を5倍程度長くするように変えるようにす
る必要がある。たとえばもし約0.003°(0.05mrad)の分解能が必要であれば、上記の数字を用いるとl2が0.01mm程度の画素が得られるCCDカメラの場合
R2を200mmとし、l2が0.05mm程度になるイメージングプレートや位置敏感型ガス比例計数管の場合R2を1000mmとすればよい。またφが約3°ならば、L2は上記のR2に対応して、それぞれ10mm、50mmである。実際に使用されている標準的
なCCDカメラやイメージングプレートや位置敏感型ガス比例計数管の大きさは、ちょうどこれらを満足しており、この出願の発明のX線反射率測定装置に用いることができる。
てある角度領域に発散を拡大することである。この機能をモノクロメータ(13)に付与させたり、またはそのような機能を持つミラーなどの付加光学系に用いることが必要であり、この場合ミラーを見込み角度調整機構(14)として用いている。なお、この場合においても測定試料(12)は手動で測定試料(12)の角度や位置を微調整するための測定試料位置調整機構(15)上に配置されている。
の場合、二次元の位置敏感型X線検出器)により測定される。
図3のグラフの挿入図(a)に示すX線反射率測定装置(17)を用いて、シリコン基板上に銅を蒸着した試料のX線反射率の測定を行った結果を図3(b)に示す。回折用の封入管式X線源(18)(6度方向取り出し、実効サイズ0.04mm×8mm)から出射されるCuKα1線をSi(111)チャンネルカットモノクロメータ(19)により
取り出し、さらにスリット(20)を通過させて、測定試料(21)上方に設けた見込み角度調整機構としてのX線遮断体(22)により見込み角度を制限し、測定試料(21)より反射されたX線を真空パス(23)中を通過させ、位置敏感型X線検出器(24)として位置敏感ガス比例計数管を用いてそのX線反射率を測定した。この場合においても測定試料(21)は手動で測定試料(21)の角度や位置を微調整するための測定試料位置調整機構(25)上に配置されている。
、測定試料(21)と位置敏感型X線検出器(24)の間の距離R2=約1090mmと
した。
2 焦点
3,11,18 X線源
4,13,19 モノクロメータ
5,20 スリット
6,12,21 測定試料
7,14 見込み角度調整機構
8,15,25 測定試料位置調整機構
9,16,24 位置敏感型X線検出装置
22 遮蔽体
23 真空パス
Claims (16)
- X線を測定試料に入射し測定試料で反射されたX線の反射率を測定するX線反射率測定装置であって、少なくとも、X線を発生させ出射するX線源と、X線を単色化させるモノクロメータと、測定試料上の特定の点からX線源の焦点を見込む角度でありかつその見込む方向が試料表面に対して垂直な面内にある見込み角度を調整する見込み角度調整機構と、一次元または二次元の位置敏感型X線検出器とを備え、X線源と試料と位置敏感型X線検出器の位置関係は固定した状態で、X線源から出射されたX線をモノクロメータにより単色化した後、見込み角度調整機構により見込み角度の範囲を設定し、その範囲の角度発散を持つ単色X線を同時に測定試料に入射させ、測定試料によりそれぞれ異なる角度で反射された反射X線の強度を位置敏感型X線検出器により同時に測定することを特徴とするX線反射率測定装置。
- X線源が、試料の回転軸と直交する方向に延びた形状の焦点を持ち、モノクロメータが、X線源からのX線を単色化するために試料の回転軸と直交する方向に回転軸を持ち、見込み角度調整機構が、測定試料上の特定の点からX線源の長手方向の焦点を見込む角度でありかつその見込む方向が試料表面に対して垂直な面内にある見込み角度を調整し、一次元の位置敏感型X線検出器として、試料の回転軸と直交する方向に延びた形状を有することを特徴とする請求項1に記載のX線反射率測定装置。
- X線源が、試料の回転軸と直交する方向に延びた形状の焦点を持ち、モノクロメータが、X線源からのX線を単色化するために試料の回転軸と直交する方向に回転軸を持ち、見込み角度調整機構が、測定試料上の特定の点からX線源の長手方向の焦点を見込む角度でありかつその見込む方向が試料表面に対して垂直な面内にある見込み角度を調整し、二次元の位置敏感型X線検出器を用いることを特徴とする請求項1に記載のX線反射率測定装置。
- X線源が、封入管式または回転対陰極型のX線源であることを特徴とする請求項1ないし3いずれかに記載のX線反射率測定装置。
- 見込み角度調整機構が、X線源と測定試料との間に配置された、傾斜した2枚の板、傾斜のついたコリメータ、ウェーブガイド、または長さの異なる複数のスリットであること
を特徴とする請求項1ないし4いずれかに記載のX線反射率測定装置。 - 見込み角度調整機構が、測定試料上方または正面に配置されたX線遮蔽体であることを特徴とする請求項1ないし5いずれかに記載のX線反射率測定装置。
- 一次元または二次元の位置敏感型X線検出器として、イメージングプレート、位置敏感型比例計数管、CCDカメラ、フォトダイオードアレイおよびCMOSイメージセンサーのうちのいずれかを用いることを特徴とする請求項1ないし6いずれかに記載のX線反射率測定装置。
- X線を測定試料に入射し測定試料で反射されたX線の反射率を測定するX線反射率測定装置であって、少なくとも、X線を発生させ出射する蓄積リングよりなるX線源と、そのX線源からのX線を単色化する第1の光学素子と、X線の平行性を変更しかつ試料表面に対して垂直な面内の角度領域であって測定に必要な角度領域に相当する大きさ以上の角度発散を与える第2の光学素子と、一次元または二次元の位置敏感型X線検出器を備え、X線源と測定試料と位置敏感型X線検出器の位置関係は固定した状態で、第1の光学素子と第2のX線源から出射されたX線を第1の光学素子により単色化し、測定に必要な角度領域に相当する角度発散を第2の光学素子により与えて、その範囲の角度発散を持つ単色X線を同時に測定試料に入射させ、測定試料によりそれぞれ異なる角度で反射された反射X線の強度を位置敏感型X線検出器により同時に測定することを特徴とするX線反射率測定装置。
- X線源から出射されたX線をモノクロメータにより単色化した後、測定試料上の特定の点からX線源の焦点を見込む角度でありかつその見込む方向が試料表面に対して垂直な面内にある見込み角度を見込み角度調整機構により調整し、調整された見込み角度の範囲の角度発散を持つ単色X線を同時に測定試料に入射させ、測定試料によりそれぞれ異なる角度で反射された反射X線の強度を同時に一次元または二次元の位置敏感型X線検出器にて測定し、かつその測定をX線源と試料と位置敏感型X線検出器の位置関係を固定した状態で行うことを特徴とするX線反射率測定方法。
- X線源として、試料の回転軸と直交する方向に延びた形状の焦点を持つもの、モノクロメータとして、X線源からのX線を単色化するために試料の回転軸と直交する方向に回転軸を持つもの、見込み角度調整機構として、測定試料上の特定の点からX線源の長手方向の焦点を見込む角度でありかつその見込む方向が試料表面に対して垂直な面内にある見込み角度を調整するもの、一次元の位置敏感型X線検出器として、試料の回転軸と直交する方向に延びた形状を有するものを用いることを特徴とする請求項9に記載のX線反射率測定方法。
- X線源として、試料の回転軸と直交する方向に延びた形状の焦点を持つもの、モノクロメータとして、X線源からのX線を単色化するために試料の回転軸と直交する方向に回転軸を持つもの、見込み角度調整機構として、測定試料上の特定の点からX線源の長手方向の焦点を見込む角度でありかつその見込む方向が試料表面に対して垂直な面内にある見込み角度を調整するもの、二次元の位置敏感型X線検出器を用いることを特徴とする請求項9に記載のX線反射率測定方法。
- X線源として、封入管式または回転対陰極型のX線源を用いることを特徴とする請求項9から11いずれかに記載のX線反射率測定方法。
- 見込み角度調整機構として、X線源と測定試料との間に配置された、傾斜した2枚の板、傾斜のついたコリメータ、ウェーブガイド、または長さの異なる複数のスリットを用い
ることを特徴とする請求項9ないし12いずれかに記載のX線反射率測定方法。 - 見込み角度調整機構として、測定試料上方または正面に配置されたX線遮蔽体を用いることを特徴とする請求項9ないし13いずれかに記載のX線反射率測定方法。
- 一次元または二次元の位置敏感型X線検出器として、イメージングプレート、位置敏感型比例計数管、CCDカメラ、フォトダイオードアレイおよびCMOSイメージセンサーのうちのいずれかを用いることを特徴とする請求項9ないし14いずれかに記載のX線反射率測定方法。
- 蓄積リングよりなるX線源から出射されたX線を第1の光学素子により単色化し、X線の平行性を変更しかつ試料表面に対して垂直な面内の角度領域であって測定に必要な角度領域に相当する角度発散を第2の光学素子により与えて、その範囲の角度発散を持つ単色X線を同時に測定試料に入射させ、測定試料によりそれぞれ異なる角度で反射された反射X線の強度を同時に一次元または二次元の位置敏感型X線検出器にて測定し、かつその測定をX線源と試料と位置敏感型X線検出器の位置関係を固定した状態で行うことを特徴とするX線反射率測定方法。
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