JP5944369B2 - Ｘ線回折装置およびｘ線回折測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、試料にＸ線を照射し、そこで回折するＸ線を検出するＸ線回折装置およびＸ線回折測定方法に関する。

試料の結晶性や結晶構造などを分析する装置の一つとしてＸ線回折装置が知られている。Ｘ線回折装置は、Ｘ線源で発生させたＸ線を試料に照射し、これによって発生する回折Ｘ線を検出器で検出してその強度を測定するものである。

図２７は従来のＸ線回折装置の測定光学系の構成例を示す模式図である。
図２７においては、Ｘ線源１で発生させたＸ線の放射方向に、放物面多層膜ミラー２と、選択スリット３と、入射ソーラスリット４と、長手制限スリット５と、入射スリット６と、が配置されている。これらの構成要素は、試料台７にセットされる試料ＳにＸ線を入射する入射光学系を構成するものである。放物面多層膜ミラー２は、必要に応じて入射光学系に設置される。

一方、試料台７の試料ＳにＸ線を入射したときに発生する回折Ｘ線の出射方向には、前段受光スリット８と、Ｋβフィルター９と、平板スリットアナライザ１０ａと、受光ソーラスリット１０ｂと、後段受光スリット１１と、アッテネーター１２と、検出器１３と、が配置されている。これらの構成要素は、試料台７上の試料Ｓから出射される回折Ｘ線を検出器１３に受光させる受光光学系を構成するものである。平板スリットアナライザ１０ａは、必要に応じて受光光学系に設置される。

上述した入射光学系、試料台７および受光光学系の相対的な位置関係は、図示しないゴニオメーターによって変更可能となっている。ゴニオメーターは、試料台７にセットされる試料Ｓの表面に入射するＸ線の入射位置を回転中心として、入射光学系および受光光学系をそれぞれ所定の角度ずつ回転させることにより、それらの相対位置関係を変更するものである。

ゴニオメーターは、共通の回転軸を中心に入射光学系と受光光学系を回転させる。その場合、入射光学系が一方向に回転すると、受光光学系はそれと反対方向に同じ角度で回転する。このとき、一般に入射光学系と受光光学系の回転方向の相対位置は、試料表面に入射するＸ線の入射角度と試料表面で回折したＸ線の回折角度との関係がθと２θの関係を満たすように制御される。

上記構成からなる測定光学系を備えたＸ線回折装置においては、ゴニオメーターの駆動によって入射光学系と受光光学系を同期回転させながら、あらかじめ決められた走査角度範囲で、次のような測定が行われる。すなわち、Ｘ線源１から試料台７に向けて出射されたＸ線が、放物面多層膜ミラー２および選択スリット３を通して入射ソーラスリット４に取り込まれる。入射ソーラスリット４を通過したＸ線は、長手制限スリット５および入射スリット６を通して試料台７上の試料Ｓの表面に照射される。

一方、Ｘ線の照射によって試料Ｓの表面から出射した回折Ｘ線は、前段受光スリット８およびＫβフィルター９を通して、平板スリットアナライザ１０ａおよび受光ソーラスリット１０ｂに取り込まれる。受光ソーラスリット１０ｂを通過した回折Ｘ線は、後段受光スリット１１およびアッテネーター１２を通して検出器１３に到達し、そこで入射Ｘ線の強度が検出される。

上記従来のＸ線回折装置においては、検出器１３に入射するＸ線の線量を後段受光スリット１１で制限する際に、どの程度のスリット幅で線量を制限するかによって、測定の分解能（以下、「測定分解能」という。）が変わる。すなわち、図２８（Ａ）に示すように後段受光スリット１１のスリット幅を相対的に狭くした場合は、ゴニオメーターの中心から見たＸ線の取り込み角度が狭くなるため、検出器１３でＸ線を検出する際の測定分解能が相対的に高くなる。反対に、図２８（Ｂ）に示すように後段受光スリット１１のスリット幅を相対的に広くした場合は、ゴニオメーターの中心から見たＸ線の取り込み角度が広くなるため、検出器１３でＸ線を検出する際の測定分解能が相対的に低くなる。

したがって、測定分解能を変更したい場合は、後段受光スリット１１のスリット幅を変える必要がある。後段受光スリット１１のスリット幅を変える手法には主に２つある。一つは、後段受光スリット１１を手差し方式で着脱可能な構成とし、手差しによるスリット交換によってスリット幅を変える方法である。もう一つは、後段受光スリット１１を開閉動作させる開閉機構を備えた構成とし、この開閉機構によって後段受光スリット１１のスリット幅を変える方法である（たとえば、特許文献１を参照）。

従来においては、Ｘ線回折装置を使用するユーザーが後段受光スリット１１のスリット幅をスリット交換や開閉機構によって設定し、この設定条件のもとでＸ線回折装置を動作させることにより、所望の測定分解能でＸ線回折の測定を行っている。また、従来においては、Ｘ線回折装置が備える検出器の構成として、細長いセンサを互いに隣接させて並べたストリップ型のセンサ構成を採用し、隣接するいずれのセンサを使用して測定するかをユーザーが選択できるようにしたＸ線回折装置も知られている。

特開２００７−１０４８６号公報

Ｘ線回折装置に用いられる検出器は、その検出面に位置の分解能（以下、「位置分解能」という。）を持っているかどうかによって、たとえば、０次元の検出器と１次元の検出器とに分かれる。０次元の検出器は、検出面に位置分解能を持たない検出器であり、１次元の検出器は、検出面に一方向の位置分解能を持つ検出器である。これらの検出器を用いたＸ線回折装置では、上述のように後段受光スリット１１のスリット幅を変えることにより、測定分解能を変更可能となっている。

上記手差し方式でスリット交換するタイプでは、測定分解能を変更するためにスリットを交換する必要がある。しかし、スリットの交換は、光学系や試料位置を調整するとき、あるいは実際に測定するときに、所望の測定条件に合わせ込むために頻繁に行われる。このため、スリット交換による測定分解能の変更は手間がかかるという問題があった。

一方、スリットの開閉機構を備えるタイプでは、スリットの開閉動作によってスリット幅を変えることができるため、上述したスリット交換にともなう手間を省くことができる。ただし、スリットの開閉機構は、スリット交換を手差し方式で行うタイプに比べて高価であるため、Ｘ線回折装置のコストアップにつながるという問題がある。また、より高い測定分解能でＸ線を検出するために、試料台７上の試料Ｓから検出器１３に向かうＸ線の光路中にモノクロメーター結晶やアナライザー結晶を配置する場合は、さらなるコストアップにつながってしまう。その理由は、以下のとおりである。

すなわち、図２９（Ａ）に示す測定光学系では、後段受光スリット１１およびアッテネーター１２を通して測定器１３にＸ線が入射している。この場合、後段受光スリット１１のスリット幅を変えずに測定分解能を上げるには、図２９（Ｂ）に示すように、後段受光スリット１１よりも前段の部分に２つのモノクロメーター結晶１４ａ，１４ｂを設置し、各々のモノクロメーター結晶１４ａ，１４ｂでＸ線を反射させることにより、不要な成分を取り除くことが有効である。ただし、その場合は、モノクロメーター結晶１４ａ，１４ｂを設置する前と後で、検出器１３の検出面に入射するＸ線の位置がＬだけずれてしまう。このため、スリットの開閉機構を備えたタイプでは、Ｘ線の入射位置のずれ量Ｌに応じて後段受光スリット１１のスリット位置を機械的に移動させることにより、後段受光スリット１１の開閉中心位置をずらすための移動機構が別途必要になる。したがって、さらなるコストアップにつながってしまう。

本発明の主な目的は、後段受光スリットを使用することなく測定分解能を変更可能であるとともに、後段受光スリットを使用する場合には実現不可能な測定分解能の変更にも柔軟に対応可能なＸ線回折装置およびＸ線回折方法を提供することにある。

本発明者らは、試料からのＸ線を検出するための検出器として２次元の検出器を用いる場合に、この２次元の検出器を用いる主目的である、広い範囲でＸ線の強度分布等を得るという目的にとらわれることなく、種々の可能性について検討した。その結果、これまでは後段受光スリットの差し替えや開閉機構によって行っていた「測定分解能を変更する」という物理的な操作を、後段受光スリットなしで実現することを思い付いた。さらに、その思い付きをきっかけとして、これまでにないＸ線回折の新たな測定手法を実現可能な斬新な着想を得て、本願発明を想到するに至った。

本発明の第１の態様は、
Ｘ線源で発生させたＸ線を、試料台にセットした試料に照射し、この試料で回折したＸ線を検出器で検出するＸ線回折装置であって、
前記検出器は、互いに直角をなす第１の方向と第２の方向に２次元状に配列された複数の検出素子により形成された検出面を有し、前記検出面を形成する前記複数の検出素子ごとに、当該検出素子で受光したＸ線の強度に応じた検出信号を出力するものであり、
前記検出器の前記検出面に仮想マスクを設定するとともに、前記仮想マスクの開口条件として、少なくとも前記仮想マスクの開口寸法を前記第１の方向と前記第２の方向で独立に設定可能な仮想マスク設定部と、
前記検出器から出力された前記検出信号を、前記仮想マスク設定部で設定された前記仮想マスクの開口条件に応じて処理する信号処理部と、
を備えることを特徴とするＸ線回折装置である。

本発明の第２の態様は、
前記仮想マスク設定部は、前記仮想マスクの開口条件として、前記仮想マスクの開口寸法のほかに、前記仮想マスクの開口中心位置を設定可能である
ことを特徴とする上記第１の態様に記載のＸ線回折装置である。

本発明の第３の態様は、
前記仮想マスク設定部は、前記仮想マスクの開口条件として、前記仮想マスクの開口寸法のほかに、前記仮想マスクの開口個数を設定可能である
ことを特徴とする上記第１または第２の態様に記載のＸ線回折装置である。

本発明の第４の態様は、
前記仮想マスク設定部は、前記仮想マスクの開口条件として、前記仮想マスクの開口寸
法のほかに、前記仮想マスクの開口形状を設定可能である
ことを特徴とする上記第１〜第３の態様のいずれか一つに記載のＸ線回折装置である。

本発明の第５の態様は、
前記仮想マスク設定部は、前記仮想マスクの開口条件として、前記仮想マスクの開口寸法のほかに、前記仮想マスクの開口の傾き角度を設定可能である
ことを特徴とする上記第１〜第４の態様のいずれか一つに記載のＸ線回折装置である。

本発明の第６の態様は、
前記検出器を用いてＸ線回折の測定を行う際に適用する次元モードを設定する次元モード設定部を備え、
前記信号処理部は、前記検出器から出力される前記検出信号を、前記次元モード設定部で設定された前記次元モードに応じて処理する
ことを特徴とする上記第１〜第５の態様のいずれか一つに記載のＸ線回折装置である。

本発明の第７の態様は、
Ｘ線源で発生させたＸ線を、試料台にセットした試料に照射し、この試料で回折したＸ線を検出器で検出するとともに、前記検出器として、互いに直角をなす第１の方向と第２の方向に２次元状に配列された複数の検出素子により形成された検出面を有し、前記検出面を形成する前記複数の検出素子ごとに、当該検出素子で受光したＸ線の強度に応じた検出信号を出力する検出器を用いるＸ線回折測定方法であって、
前記検出器の前記検出面に仮想マスクを設定するとともに、前記仮想マスクの開口条件として、少なくとも前記仮想マスクの開口寸法を前記第１の方向と前記第２の方向で独立に設定する仮想マスク設定工程と、
前記Ｘ線源で発生させたＸ線を、前記試料台にセットした試料に照射し、この試料で回折したＸ線を前記検出器で検出するＸ線検出工程と、
前記Ｘ線検出工程で前記検出器から出力された前記検出信号を、前記仮想マスク設定工程で設定された前記仮想マスクの開口条件に応じて処理する信号処理工程と、
を備えることを特徴とするＸ線回折測定方法である。

本発明によれば、後段受光スリットを使用することなく測定分解能を変更可能であるとともに、後段受光スリットを使用する場合には実現不可能な測定分解能の変更にも柔軟に対応することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るＸ線回折装置の測定光学系の構成例を示す模式図である。 検出器の検出面を正面から見たときの概略図である。 本発明の実施の形態に係るＸ線回折装置の第１構成例を示す機能ブロック図である。 仮想マスク設定部によってモニタに表示される仮想マスクの設定画面の第１例を示す図である。 検出器の検出面に仮想マスクを設定した状態を示す図である。 仮想マスクの開口条件の第１設定例を示す模式図である。 仮想マスクの開口条件の第２設定例を示す模式図である。 仮想マスクの開口条件の第３設定例を示す模式図である。 仮想マスクの開口条件の第３設定例の変形を示す模式図である。 仮想マスクの開口条件の第４設定例を示す模式図である。 仮想マスクの開口条件の第４設定例の変形を示す模式図である。 仮想マスクの開口条件の第５設定例を示す模式図である。 仮想マスク設定部によってモニタに表示される仮想マスクの設定画面の第２例を示す図である。 仮想マスクの開口条件の第６設定例を示す模式図である。 測定光学系の中にモノクロメーター結晶を設置した場合のＸ線の入射位置のずれを説明する図である。 仮想マスクの設定画面とこれに基づく開口条件の第７設定例を示す模式図である。 仮想マスクの開口条件の第７設定例の変形を示す模式図である。 仮想マスクの開口形状の設定例を示す模式図である。 仮想マスクの開口の傾き角度の設定例を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係るＸ線回折装置の第２構成例を示す機能ブロック図である。 次元モードを０次元モードに設定した場合の測定条件の一例を示す模式図である。 次元モードを２次元モードに設定した場合の測定条件の一例を示す模式図である。 次元モードをＹ方向の１次元モードに設定した場合の測定条件の一例を示す模式図である。 次元モードをＸ方向の１次元モードに設定した場合の測定条件の一例を示す模式図である。 仮想マスクの設定と次元モードの設定を組み合わせて実現される測定条件の第１応用例を示す模式図である。 仮想マスクの設定と次元モードの設定を組み合わせて実現される測定条件の第２応用例を示す模式図である。 従来のＸ線回折装置の測定光学系の構成例を示す模式図である。 後段受光スリットのスリット幅と測定分解能の関係を説明するための図である。 測定光学系の中にモノクロメーター結晶を設置した場合のＸ線の入射位置のずれに応じて後段受光スリットの開閉中心位置をずらした状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の実施の形態においては、次の順序で説明を行う。
１．Ｘ線回折装置の測定光学系
２．Ｘ線回折装置の第１構成例
３．Ｘ線回折測定方法
４．仮想マスクの設定画面の第１例
５．仮想マスクの開口条件と信号処理の関係
６．仮想マスクの設定画面の第２例
７．Ｘ線回折装置の第２構成例
８．実施の形態の効果
９．変形例等

＜１．Ｘ線回折装置の測定光学系＞
図１は本発明の実施の形態に係るＸ線回折装置の測定光学系の構成例を示す模式図である。
図１においては、Ｘ線源１で発生させたＸ線の放射方向に、放物面多層膜ミラー２と、選択スリット３と、入射ソーラスリット４と、長手制限スリット５と、入射スリット６と、が配置されている。これらの構成要素は、試料台７にセットされる試料ＳにＸ線を入射
する入射光学系を構成するものである。放物面多層膜ミラー２は、必要に応じて入射光学系に設置される。

Ｘ線源１は、試料Ｓに入射するためのＸ線を発生するものである。放物面多層膜ミラー２は、Ｘ線源１から放射されたＸ線を平行化かつ単色化するものである。選択スリット３は、Ｘ線回折の測定に不要な成分の通過を遮断するものである。選択スリット３は、放物面多層膜ミラー２の出射側に配置されている。入射ソーラスリット４は、選択スリット３を通して入射するＸ線の垂直発散を抑えるものである。長手制限スリット５は、入射ソーラスリット４を通過したＸ線の断面の長手方向においてＸ線が通過する幅を制限するものである。入射スリット６は、Ｘ線の断面の短手方向においてＸ線の発散角を制限するものである。試料台７は、Ｘ線回折の測定対象となる試料Ｓを保持するものである。

一方、試料台７にセットされた試料Ｓに入射し、そこで回折したＸ線の出射方向には、前段受光スリット８と、Ｋβフィルター９と、平板スリットアナライザ１０ａと、受光ソーラスリット１０ｂと、検出器１５と、が配置されている。これらの構成要素は、試料台７上の試料Ｓから出射される回折Ｘ線を検出器１５に受光させる受光光学系を構成するものである。平板スリットアナライザ１０ａは、必要に応じて受光光学系に設置される。なお、受光光学系においては、測定分解能を変更するための後段受光スリットと、Ｘ線を減衰させるためのアッテネーターとを設けていない。その理由は、後段で説明する。

前段受光スリット８は、試料Ｓからの回折Ｘ線の散乱線を遮断するものである。Ｋβフィルター９は、Ｋβ線を除去するものである。平板スリットアナライザ１０ａは、平行に近いＸ線を通過させるものである。受光ソーラスリット１０ｂは、前段受光スリット８およびＫβフィルター９を通して入射するＸ線の垂直発散を抑えるものである。垂直発散とは、Ｘ線源１で発生したＸが、Ｘ線源１を中心に円錐状に発散しつつ進行するときに、検出器１５の走査方向（２θ方向）に対して直交する方向にＸ線が発散することをいう。

検出器１５は、図２に示すように、２次元状に配列された複数の検出素子１６によって一つの矩形の検出面１７を形成する２次元の検出器である。各々の検出素子１６は、互いに直角をなす第１の方向（以下、「Ｘ方向」とする。）と第２の方向（以下、「Ｙ方向」とする。）に格子状に並んでいる。検出面１７の大きさは、たとえば、Ｘ方向の寸法（全幅）が約８５ｍｍ、Ｙ方向の寸法（全高）が約３５ｍｍの矩形になっており、各々の検出素子１６の大きさは、たとえば、１００μｍ角になっている。以降の説明では、便宜上、Ｘ方向を左右方向と表現し、Ｙ方向を上下方向と表現する。

各々の検出素子１６は、それぞれに入射したＸ線の強度を検出するものである。具体的には、ある一つの検出素子１６にＸ線が入射すると、この検出素子１６は、入射したＸ線の強度に比例した検出信号（電気信号等）を生成する。このため、検出器１５でＸ線を検出する場合は、検出面１７を形成する検出素子１６の個数分の検出信号が得られる。

また、検出器１５は、２次元の位置分解能を有している。位置分解能とは、検出面１７に入射したＸ線の入射位置を識別する機能をいう。また、１次元の位置分解能とは、１次元的に検出素子を配列することによって実現される位置分解能であり、２次元の位置分解能とは、２次元的に検出素子を配列することによって実現される位置分解能である。

検出器１５の検出面１７においては、各々の検出素子１６ごとに、検出素子１６の位置を特定（識別）可能な位置情報が割り当てられている。具体的に記述すると、たとえば、Ｘ方向には検出素子１６の列ごとに固有の列番号が割り当てられ、Ｙ方向には検出素子１６の行ごとに固有の行番号が割り当てられている。そして、これらの行番号と列番号を組み合わせることにより、各々の検出素子１６の位置を一義的に特定可能となっている。

検出器１５は、上述した位置情報と関連付けて、各々の検出素子１６ごとに検出信号を出力する。このため、検出器１５から出力される検出信号に関しては、この検出信号が検出面１７内のどの位置に存在する検出素子１６が生成したものであるかを位置情報によって判別可能となっている。したがって、複数の検出素子１６から出力される電気信号は、検出面１７に入射するＸ線の２次元の強度分布を示すものとなる。

上述した入射光学系、試料台７および受光光学系の相対的な位置関係は、図示しないゴニオメーターによって変更可能となっている。ゴニオメーターは、図示しない回転軸を中心とした回転方向において、入射光学系および受光光学系の相対的な位置関係を変更するものである。具体的には、試料台７の上の試料Ｓの表面に入射するＸ線の入射角度が変化したときに、上記回転軸を中心とした円周（以下、「ゴニオサークル」ともいう。）上で検出器１５の位置が変化するように、入射光学系、試料台７および受光光学系の相対的な位置を変更する。

ゴニオメーターには、主に２つのタイプがある。一つは、入射光学系に対して試料台７を回転させ、これに同期して受光光学系を回転させるタイプである。もう一つは、試料台７を水平状態に固定しまま入射光学系と受光光学系を同期して回転させるタイプである。本実施の形態においては、一例として、後者のタイプのゴニオメーターを採用することとする。

そうした場合、一般にゴニオメーターは、Ｘ線回折の測定に際して、試料台７に水平に置かれた板状の試料Ｓを固定したまま、上記回転軸を中心に入射光学系と受光光学系を回転させる。その場合、入射光学系が一方向に回転すると、受光光学系はそれと反対方向に同じ角度で回転する。このとき、入射光学系と受光光学系の回転方向の相対位置は、試料Ｓの表面に入射するＸ線の入射角度と試料Ｓの表面で回折したＸ線の回折角度との関係が、図１に示すθと２θの関係を満たすように制御される。

＜２．Ｘ線回折装置の第１構成例＞
図３は本発明の実施の形態に係るＸ線回折装置の第１構成例を示す機能ブロック図である。図３においては、検出器１５から出力される検出信号が信号処理部２１に取り込まれるようになっている。

信号処理部２１は、検出器１５によって得られた検出信号に種々の信号処理を施すものである。信号処理部２１は、たとえば、デジタル信号処理に特化したマイクロプロセッサであるデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）やマイクロコンピュータ、あるいはハードウェア構成の信号処理回路等によって構成される。信号処理部２１は、内部メモリおよび外部メモリの少なくとも一方（以下、「メモリ２２」と総称する。）を有し、必要に応じて、このメモリ２２にデータを記憶し得るようになっている。信号処理のためのプログラムとしては、Ｘ線回折による測定の目的に応じて種々のプログラム、たとえば、解析プログラムや演算プログラム、動作制御用のプログラム、表示や印刷のための描画プログラムなどがある。これらのプログラムはあらかじめ信号処理部２１に組み込まれている。

信号処理部２１で解析等の処理が施された結果は、Ｘ線回折による試料の測定結果としてモニタ２３に表示される。モニタ２３は、上記測定結果を表示したり、測定条件設定部２５を用いて測定条件を設定するための設定画面を表示したり、他の画面を表示したり場合に用いられるものである。モニタ２３は、たとえば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどを用いて構成される。

入力操作部２４は、Ｘ線回折装置を使用するユーザーが、このＸ線回折装置を使用する
ときに必要な情報を入力するために操作される部分である。入力操作部２４は、たとえば、マウス、キーボードなどの入力機器や、モニタ２３に付属するタッチパネルなどを用いて構成される。

測定条件設定部２５は、Ｘ線回折装置のユーザーがＸ線回折による測定の条件を設定するためのものである。測定条件設定部２５は、ユーザーがＸ線回折による測定の条件を設定する場合に、そのための設定画面をモニタ２３に表示させるとともに、入力操作部２４を介してユーザーが指定した測定条件を受け付けるものである。測定条件設定部２５で設定可能な測定条件には、たとえば、ゴニオメーターの駆動によって検出器１５を回転移動させるときの走査条件（走査開始角度、走査終了角度、走査ステップ幅）など、種々のものがあり、その設定機能部の一つとして仮想マスク設定部２６が設けられている。

仮想マスク設定部２６は、検出器１５の検出面１７に仮想マスク３１を設定するものである。本明細書において記述する「仮想マスク」とは、物理的には存在しないマスクであって、検出器１５の検出面１７に仮想的に設定されるマスクである。仮想マスク３１は、開口部３２と遮蔽部３３とを有している。開口部３２は、検出面１７に仮想マスク３１を設定した場合、検出面１７の各検出素子１６を覆わない部分であり、遮蔽部３３は、検出面１７の各検出素子１６を覆う部分である。ただし、仮想マスク３１は物理的なマスクではないため、検出面１７に仮想マスク３１を設定した場合でも、仮想マスク３１の設定によって検出面１７に対するＸ線の入射が制限されることはない。

仮想マスク設定部２６においては、仮想マスクの開口条件として、少なくとも仮想マスク３１の開口寸法をＸ方向とＹ方向で独立に設定可能になっている。仮想マスク３１の開口寸法は、Ｘ方向では寸法Ｌｗで規定され、Ｙ方向では寸法Ｌｈで規定される。仮想マスク設定部２６によって設定された仮想マスクの開口条件は、仮想マスク設定部２６から信号処理部２１へと通知される。そして、実際のＸ線回折の測定に際して、検出器１５の検出面１７に仮想マスク設定部２６により仮想マスクを設定した場合は、検出器１５から出力される検出信号が仮想マスクの開口条件にしたがって信号処理部２１により信号処理される。仮想マスクの開口条件と信号処理の関係については、後段で説明する。

＜３．Ｘ線回折測定方法＞
次に、本発明の実施の形態に係るＸ線回折装置を用いて実現可能なＸ線回折測定方法について説明する。Ｘ線回折測定方法には、仮想マスク設定部２６を用いた仮想マスク設定工程と、測定光学系によるＸ線検出工程と、信号処理部２１による信号処理工程とが含まれる。

まず、上記構成からなるＸ線回折装置の基本的な動作について説明する。
Ｘ線回折装置を用いてＸ線回折測定を行う場合は、この測定に先立って、上述した光学系の調整、試料台７にセットした試料Ｓの位置調整などを行う。次に、測定条件設定部２５を用いてユーザーがＸ線回折の測定条件（仮想マスクの開口条件を含む）を指定した後、測定の開始を指示する操作を行う。これにより、Ｘ線回折装置は、ユーザーが指定した測定条件にしたがって試料のＸ線回折測定を行う。具体的にはＸ線回折装置が以下のように動作する。

まず、ゴニオメーターの駆動により、あらかじめ決められた走査開始位置から入射光学系および受光光学系がそれぞれ共通の回転軸（不図示）を中心に回転を開始する。その後、入射光学系および受光光学系があらかじめ決められた走査終了位置まで回転した時点で、ゴニオメーターが停止する。この回転中に、入射光学系においては、Ｘ線源１から放出されたＸ線が、放物面多層膜ミラー２、選択スリット３、入射ソーラスリット４および長手制限スリット５を通して、試料台７上の試料Ｓの表面に入射する。

一方、受光光学系においては、試料Ｓの表面で回折したＸ線が、前段受光スリット８、Ｋβフィルター９、平行スリットアナライザ１０ａおよび受光ソーラスリット１０ｂを通して、検出器１５の検出面１７に入射する。このとき、検出器１５は、検出面１７をゴニオサークル上に配置しつつ回転方向（図中の２θ方向）に移動する。検出器１５が回転移動する方向は、検出面１７のＹ方向に沿う方向になる。また、検出器１５の回転移動中は、検出面１７の各検出素子１６からＸ線の強度に応じた検出信号が出力される。

検出器１５の各検出素子１６が出力する検出信号は、一定の周期で立ち上がる読み出しパルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，…が立ち上がるたびに、各々の立ち上がり期間に信号処理部２１に読み出される。また、信号処理部２１には、ゴニオメーターの駆動によって回転移動する検出器１５の走査角度の情報が取り込まれる。そして、信号処理部２１においては、各々の検出素子１６から読み出した検出信号と検出器１５の走査角度の情報とが、互いに関連付けてメモリ２２に記憶される。このため、試料ＳのＸ線回折の測定結果としては、たとえば、縦軸にＸ線強度、横軸に回折角度をとったグラフがモニタ２３に表示される。

次に、仮想マスク設定部２６を用いて設定される仮想マスクの開口条件とこれに基づく信号処理部２１の信号処理の具体例について説明する。

＜４．仮想マスクの設定画面の第１例＞
図４は仮想マスク設定部によってモニタに表示される仮想マスクの設定画面の第１例を示す図である。図４においては、「仮想マスクの設定画面」の下方に、仮想マスク３１のイメージ画像を表示しているが、このイメージ画像については必要に応じて表示すればよい。この点は、以降の説明でも同様である。図示した仮想マスクの設定画面においては、仮想マスクの開口条件の一つとなる開口寸法を、仮想マスクの開口幅Ｌｗと、仮想マスクの開口高さＬｈとによって指定可能となっている。仮想マスクの設定画面においては、開口幅Ｌｗおよび開口高さＬｈを、それぞれｍｍ単位で指定可能となっている。

仮想マスク設定部２６は、仮想マスクの設定画面でユーザーがｍｍ単位で指定した開口寸法が、検出素子１６の個数で何個分に相当するかを換算する機能、またはそのための換算テーブルを有している。そして、ユーザーが仮想マスクの開口寸法をｍｍ単位で指定した場合は、この指定寸法を検出素子１６の個数に換算することにより、その個数分だけ仮想マスクを開口するように設定する。これにより、ユーザーは、従来の後段受光スリットのスリット幅を指定する操作と同様の感覚で、仮想マスクの開口寸法を指定することが可能となる。また、実際の操作においては、ユーザーが入力操作部２４を用いて仮想マスクの開口幅Ｌｗと開口高さＬｈを指定した後、図中の「登録」ボタンを押下（マウスでクリック等）する。そうすると、ユーザーが指定した開口条件にしたがって検出器１５の検出面１７に仮想マスク３１が設定される。

すなわち、図５に示すように、検出面１７においては、検出面１７の中心で直交する水平基準線３５および垂直基準線３６の位置を基準に、ユーザーが指定した開口幅Ｌｗおよび開口高さＬｈをもって仮想マスク３１が設定される。このとき、ユーザー指定の開口幅Ｌｗは、Ｘ方向において垂直基準線３６を中心に左右均等な寸法で規定される。また、ユーザー指定の開口高さＬｈは、Ｙ方向において水平基準線３５を中心に上下均等な寸法で規定される。

＜５．仮想マスクの開口条件と信号処理の関係＞
続いて、仮想マスクの開口条件と信号処理の関係について説明する。
図６は仮想マスクの開口条件の第１設定例を示す模式図である。
この第１設定例においては、仮想マスク３１の開口部３２を最大の開口寸法（全開状態
）となるように設定している。具体的には、仮想マスク３１の開口部３２の開口幅Ｌｗを検出面１７の全幅と同じ寸法に設定し、開口部３２の開口高さＬｈを検出面１７の全高と同じ寸法に設定している。このような開口条件で検出面１７に仮想マスク３１を設定した場合は、検出面１７を形成するすべての検出素子１６が仮想マスク３１の開口部３２内に配置される。そうした場合、信号処理部２１は、検出面１７を形成する各々の検出素子１６から出力される検出信号をすべて有効な信号として認識し、所定の信号処理を行う。

図７は仮想マスクの開口条件の第２設定例を示す模式図である。
この第２設定例においては、仮想マスク３１の開口部３２の開口幅Ｌｗを検出面１７の全幅よりも短い寸法に設定するとともに、開口部３２の開口高さＬｈを検出面１７の全高よりも短い寸法に設定している。具体的には、仮想マスク３１の開口寸法を全体的に縮小し、これによって検出面１７の中央寄りの部分だけが仮想マスク３１の開口部３２内に配置されるように、仮想マスクの開口条件を設定している。この設定条件のもとでは、仮想マスク３１の開口部３２よりも外側に位置する検出素子１６が、仮想マスク３１の遮蔽部３３によって覆われる。

このように仮想マスクの開口条件を設定した場合、信号処理部２１は、仮想マスク３１の開口部３２内の検出素子１６から出力される検出信号を有効な信号とし、それ以外の検出素子１６から出力される検出信号を無効な信号として認識する。このため、信号処理部２１においては、仮想マスク３１の開口部３２内の検出素子１６から出力される検出信号だけを対象に信号処理する。なお、信号処理部２１において、仮想マスクの開口条件に応じて信号処理の対象とする検出信号を取捨選択する手段としては、たとえば、仮想マスク３１の開口部３２内の検出素子１６に関する位置情報が関連付けられた検出信号を通過させ、それ以外の検出信号の通過を遮断するフィルター回路などを用いて行えばよい。

図８は仮想マスクの開口条件の第３設定例を示す模式図である。
この第３設定例においては、仮想マスク３１の開口部３２の開口幅Ｌｗを検出面１７の全幅と同じ寸法に設定するとともに、開口部３２の開口高さＬｈを検出面１７の全高よりも小さい寸法に設定している。具体的には、仮想マスク３１の開口形状が全体的に横長のスリット形状となるように、検出面１７のＹ方向では中央部分だけを開口し、Ｘ方向では検出面１７の全幅にわたって開口するように、仮想マスクの開口条件を設定している。この設定条件のもとでは、仮想マスク３１の開口部３２よりも上側および下側に位置する検出素子１６が、仮想マスク３１の遮蔽部３３によって覆われる。

このように仮想マスクの開口条件を設定した場合、信号処理部２１は、上記同様に仮想マスク３１の開口部３２内の検出素子１６から出力される検出信号を有効な信号とし、それ以外の検出素子１６から出力される検出信号を無効な信号として認識する。このため、信号処理部２１においては、仮想マスク３１の開口部３２内の検出素子１６から出力される検出信号だけを対象に信号処理する。したがって、上記図６に示す第１設定例の場合と比べて、開口部３２のＹ方向の開口寸法が縮小するため、その分だけＹ方向の測定分解能を上げることができる。また、第３設定例の変形として、図９に示すように、仮想マスク３１の開口部３２の開口高さＬｈを変化（図例では増加）させることにより、Ｙ方向の測定分解能を自在に変更（調整）することができる。

図１０は仮想マスクの開口条件の第４設定例を示す模式図である。
この第４設定例においては、仮想マスク３１の開口部３２の開口幅Ｌｗを検出面１７の全幅よりも小さい寸法に設定するとともに、開口部３２の開口高さＬｈを検出面１７の全高と同じ寸法に設定している。具体的には、仮想マスク３１の開口形状が全体的に縦長のスリット形状となるように、検出面１７のＸ方向では中央部分だけを開口し、Ｙ方向では検出面１７の全高にわたって開口するように、仮想マスクの開口条件を設定している。こ
の設定条件のもとでは、仮想マスク３１の開口部３２よりも左側および右側に位置する検出素子１６が、仮想マスク３１の遮蔽部３３によって覆われる。

このように仮想マスクの開口条件を設定した場合、信号処理部２１は、上記同様に仮想マスク３１の開口部３２内の検出素子１６から出力される検出信号を有効な信号とし、それ以外の検出素子１６から出力される検出信号を無効な信号として認識する。このため、信号処理部２１においては、仮想マスク３１の開口部３２内の検出素子１６から出力される検出信号だけを対象に信号処理する。したがって、上記図６に示す第１設定例の場合と比べて、開口部３２のＸ方向の開口寸法が縮小するため、その分だけＸ方向の測定分解能を上げることができる。また、第４設定例の変形として、図１１に示すように、仮想マスク３１の開口部３２の開口幅Ｌｗを変化（図例では増加）させることにより、Ｘ方向の測定分解能を自在に変更（調整）することができる。

図１２は仮想マスクの開口条件の第５設定例を示す模式図である。
この第５設定例においては、上記第２設定例と同様に、仮想マスク３１の開口部３２の開口幅Ｌｗを検出面１７の全幅よりも小さい寸法に設定するとともに、開口部３２の開口高さＬｈを検出面１７の全高よりも小さい寸法に設定している。

このように仮想マスクの開口条件を設定した場合、信号処理部２１は、上記同様に仮想マスク３１の開口部３２内の検出素子１６から出力される検出信号を有効な信号とし、それ以外の検出素子１６から出力される検出信号を無効な信号として認識する。このため、信号処理部２１においては、仮想マスク３１の開口部３２内の検出素子１６から出力される検出信号だけを対象に信号処理する。

＜６．仮想マスクの設定画面の第２例＞
図１３は仮想マスク設定部によってモニタに表示される仮想マスクの設定画面の第２例を示す図である。図示した仮想マスクの設定画面においては、仮想マスク設定部２６で設定可能な仮想マスクの開口条件として、上述した仮想マスクの開口寸法（開口幅Ｌｗ、開口高さＬｈ）のほかに、仮想マスクの開口中心位置をシフト量ＳＨｘ、ＳＨｙの指定により設定可能となっている。仮想マスクの開口中心位置とは、仮想マスク３１の開口部３２の中心位置３２ａを意味する。仮想マスクの開口中心位置の設定は、検出面１７の中心で交差する水平基準線３５と垂直基準線３６の交点３７の位置を基準に、Ｘ方向とＹ方向で独立に指定可能となっている。また、仮想マスクの設定画面においては、仮想マスクの開口幅Ｌｗおよび開口高さＬｈと同様に、Ｘ方向のシフト量ＳＨｘとＹ方向のシフト量ＳＨｙをそれぞれｍｍ単位で指定可能となっている。

Ｘ方向のシフト量ＳＨｘは、上記交点３７の位置を基準に、仮想マスク３１の開口部３２の中心位置３２ａを、左右いずれの方向に、どの程度ずらすかを数値で指定するものである。すなわち、検出面１７のＸ方向においては、上記交点３７からのシフト量ＳＨｘで開口部３２の中心位置３２ａが規定される。このため、シフト量ＳＨｘの数値がゼロで指定されたときは、Ｘ方向の開口部３２の中心位置３２ａが、交点３７の位置に設定される。また、シフト量ＳＨｘの数値が正の値で指定されたときは、Ｘ方向の開口部３２の中心位置３２ａが、交点３７の位置よりも右側に、指定のシフト量ＳＨｘだけずれた位置に設定される。また、シフト量ＳＨｘの数値が負の値で指定されたときは、Ｘ方向の開口部３２の中心位置３２ａが、交点３７の位置よりも左側に、指定のシフト量ＳＨｘだけずれた位置に設定される。

Ｙ方向のシフト量ＳＨｙは、上記交点３７の位置を基準に、仮想マスク３１の開口部３２の中心位置３２ａを、上下いずれの方向に、どの程度ずらすかを数値で指定するものである。すなわち、検出面１７のＹ方向においては、上記交点３７からのシフト量ＳＨｙで
開口部３２の中心位置３２ａが規定される。このため、シフト量ＳＨｙの数値がゼロで指定されたときは、Ｙ方向の開口部３２の中心位置３２ａが、交点３７の位置に設定される。また、シフト量ＳＨｙの数値が正の値で指定されたときは、Ｙ方向の開口部３２の中心位置３２ａが、交点３７の位置よりも上側に、指定のシフト量ＳＨｙだけずれた位置に設定される。また、シフト量ＳＨｙの数値が負の値で指定されたときは、Ｙ方向の開口部３２の中心位置３２ａが、交点３７の位置よりも下側に、指定のシフト量ＳＨｙだけずれた位置に設定される。

続いて、仮想マスクの開口条件と信号処理の関係について説明する。
図１４は仮想マスクの開口条件の第６設定例を示す模式図である。
この第６設定例においては、仮想マスク３１の開口部３２の開口寸法に関して、上記図８に示す第３設定例と同様に、開口幅Ｌｗを検出面１７の全幅と同じ寸法に設定するとともに、開口部３２の開口高さＬｈを検出面１７の全高よりも小さい寸法に設定している。このため、仮想マスク３１の開口形状が全体的に横長のスリット形状になっている。また、第６設定例においては、Ｘ方向のシフト量ＳＨｘ（不図示）をゼロに設定するとともに、Ｙ方向のシフト量ＳＨｙを負の値で設定している。このため、仮想マスク３１の開口部３２の中心位置が水平基準線３５よりも下側にずれている。

このように仮想マスクの開口中心位置をシフト量ＳＨｙの指定によりＹ方向にずらして設定した場合は、従来のように後段受光スリットの開閉中心位置を機械的に移動させなくても、Ｘ線の入射位置のずれに対応することができる。以下、具体的に説明する。

まず、Ｘ線回折装置においては、たとえば図１５に示すように、測定分解能を上げるために、２つのモノクロメーター結晶１４ａ，１４ｂを測定光学系の中に設置することにより、各々のモノクロメーター結晶１４ａ，１４ｂでＸ線を反射させて、Ｘ線の平行性や波長選択性を高める場合がある。その場合、モノクロメーター結晶１４ａ，１４ｂを設置する前と後ではＸ線の軌道が変わるため、検出器１５の検出面１７に入射するＸ線の位置が変化する。具体的には、検出面１７に入射するＸ線の位置が上下方向にずれる。

そうした場合、従来のＸ線回折装置においては、上記図２９に示すように、検出器１３の検出面に対するＸ線の入射位置のずれ量Ｌに合わせて後段受光スリット１１を機械的にＹ方向に移動させることにより、後段受光スリット１１の開閉中心位置をＸ線の入射位置に合わせる必要がある。これに対して、本実施の形態に係るＸ線回折装置においては、上記図１３に示す設定画面でＹ方向のシフト量ＳＨｙを正負いずれかの値で指定することにより、仮想マスク３１の開口部３２の中心位置３２ａをＹ方向で自在にずらすことができる。このため、モノクロメーター結晶１４ａ，１４ｂを設置する前と後で、検出面１７に対するＸ線の入射位置が変化する場合は、その変化の前後におけるＸ線の入射位置のずれ量Ｌに応じてＹ方向のシフト量ＳＨｙを指定することにより、Ｘ線の入射位置に仮想マスクの開口中心位置を合わせることができる。したがって、従来のように後段受光スリットを機械的に移動させなくても、Ｘ線の入射位置のずれに対応することが可能となる。

なお、ここでは仮想マスクの開口中心位置をＹ方向にずらして設定する場合について説明したが、これ以外にも図示はしないが、仮想マスクの開口中心位置をＸ方向にずらして設定したり、Ｘ方向とＹ方向の両方にずらして設定したりすることも可能である。また、仮想マスク設定部２６の機能としては、Ｘ方向のシフト量ＳＨｘおよびＹ方向のシフト量ＳＨｙのうち、いずれか一方だけを指定（設定）可能な構成としてもよい。

また、仮想マスク設定部２６の付加的な機能として、前述した仮想マスクの開口条件のほかに、たとえば、「仮想マスクの開口個数」、「仮想マスクの開口形状」、「仮想マスクの開口の傾き角度」などを設定可能な構成を採用してもよい。「仮想マスクの開口個数
」は、仮想マスク３１に設定する開口部３２の個数を意味する。「仮想マスクの開口形状」は、仮想マスク３１に設定する開口部３２の形状を意味する。「仮想マスクの開口の傾き角度」は、仮想マスク３１に設定する開口部３２の傾き角度を意味する。

（仮想マスクの開口個数について）
仮想マスクの開口個数に関しては、仮想マスク設定部２６がモニタ２３に表示する開口マスクの設定画面において、その開口個数を数値で指定可能な構成とすればよい。また、仮想マスクの開口個数は、たとえば、初期値を「１」とし、必要に応じてユーザーが仮想マスクの開口個数を初期値「１」から「２以上」の数値に変更可能な構成とすればよい。

図１６は仮想マスクの設定画面とこれに基づく開口条件の第７設定例を示す模式図である。
図示した仮想マスクの設定画面においては、仮想マスクの開口個数を数値で指定可能となっている。第７設定例においては、仮想マスクの開口個数を「２」に設定している。このため、仮想マスクの設定画面では、２つの開口部３２−１，３２−２につき、仮想マスクの開口条件を別々に指定可能となっている。また、第７設定例においては、第１開口部３２−１に関して、開口寸法をＬｗ１、Ｌｈ１に設定し、開口中心位置をＳＨｘ１、ＳＨｙ１に設定している。また、第２開口部３２−２に関して、開口寸法をＬｗ２、Ｌｈ２に設定し、開口中心位置をＳＨｘ２、ＳＨｙ２に設定している。

このように仮想マスクの開口条件を設定した場合、信号処理部２１は、仮想マスク３１の第１開口部３２−１内の検出素子１６から出力される検出信号と、第２開口部３２−２内の検出素子１６から出力される検出信号を、それぞれ有効な信号として認識し、それ以外の検出素子１６から出力される検出信号を無効な信号として認識する。このため、信号処理部２１においては、仮想マスク３１の第１開口部３２−１内の検出素子１６から出力される検出信号と、第２開口部３２−２内の検出素子１６から出力される検出信号だけを対象に信号処理する。したがって、仮想マスク３１の各開口部３２−１、３２−２ごとにＸ線回折の測定結果をモニタ２３に表示させることができる。

また、第７設定例の変形として、第１開口部３２−１についての開口寸法（Ｌｗ１、Ｌｈ１）と開口中心位置（ＳＨｘ１、ＳＨｙ１）の指定と、第２開口部３２−２についての開口寸法（Ｌｗ２、Ｌｈ２）と開口中心位置（ＳＨｘ２、ＳＨｙ２）の指定とを変えることにより、図１７（Ａ）に示すような開口条件で仮想マスク３１を設定することができる。この設定例においては、垂直基準線３６を境にして遮蔽部３３を左右２つの領域に区分している。そして、左側の領域には、仮想マスク３１の開口条件として、開口寸法が開口高さＬｈ１、開口幅Ｌｗ１の条件、開口中心位置がシフト量ＳＨｘ１、ＳＨｙ１（不図示）の条件で、第１開口部３２−１を設定している。また、右側の領域には、仮想マスク３１の開口条件として、開口寸法が開口高さＬｈ２、開口幅Ｌｗ２の条件、開口中心位置がシフト量ＳＨｘ２、ＳＨｙ２（不図示）の条件で、第２開口部３２−２を設定している。このうち、第１開口部３２−１の開口高さＬｈ１は、第２開口部３２−２の開口高さＬｈ２よりも大きい寸法で指定されている。また、第１開口部３２−１の開口幅Ｌｗ１と第２開口部３２−２の開口幅Ｌｗ２は、いずれも、検出面１７の全幅の半分より少し小さい寸法で指定されている。Ｘ方向のシフト量ＳＨｘ１、ＳＨｘ２は、互いに絶対値が同じで、正負が異なる数値で指定されている。また、Ｙ方向のシフト量ＳＨｙ１、ＳＨｙ２は、いずれもゼロの数値で指定されている。

このように仮想マスクの開口条件を設定した場合は、図１７（Ｂ）に示すように、遮蔽部３３の左側の領域と右側の領域で各々の開口部３２−１、３２−２の開口高さＬｈ１、Ｌｈ２に差をつけたことにより、第１開口部３２−１内の検出素子１６から出力される検出信号を信号処理部２１で信号処理して得られる測定結果の測定分解能と、第２開口部３
２−２内の検出素子１６から出力される検出信号を信号処理部２１で信号処理して得られる測定結果の測定分解能とが異なるものとなる。このため、測定分解能が異なる測定結果を１回の測定で得ることができる。

なお、ユーザーが仮想マスクの設定画面で開口個数を複数個設定する場合は、検出面１７に設定される仮想マスク３１の面内において、各々の開口位置が相互に重なるなどして干渉する場合もあり得る。そのような場合は、たとえば、スピーカー等によって警告音や音声ガイダンスを発する、あるいはモニタ２３に警告メッセージ等を表示するなどして、その旨をユーザーに知らせる構成を採用することが望ましい。

また、仮想マスクの開口条件として仮想マスクの開口個数を設定する場合は、検出器１５の検出面１７を水平基準線３５または垂直基準線３６を境に２つに区分したり、あるいは４つに区分したりして、各々の区分領域ごとに、仮想マスクの開口寸法および開口位置を個別に設定可能な構成としてもよい。また、そのように検出面１７を２つまたは４つに区分する場合は、仮想マスクの開口寸法および開口位置の少なくとも一方について、固定的に初期条件を設定しておき、この初期条件にしたがって検出面１７に複数のマスク開口が設定される構成としてもよい。具体的には、たとえば、検出面１７を４つに区分する場合は、仮想マスクの開口寸法を固定的に初期条件として設定しておき、仮想マスクの開口中心位置だけをユーザーが設定画面上で指定可能な構成としてもよい。また、仮想マスクの開口中心位置が各々の区分領域の中心となるようにその初期条件を固定的に設定しておき、仮想マスクの開口寸法だけをユーザーが設定画面上で指定可能な構成としてもよい。

また、「仮想マスクの開口形状」および「仮想マスクの開口の傾き角度」についての具体的な仮想マスクの設定画面は例示しないが、これらの開口条件についてもユーザーの指定を仮想マスク設定部２６で受け付けることにより、以下のような開口条件で仮想マスクを設定することが可能となる。

（仮想マスクの開口形状について）
すなわち、仮想マスクの開口条件の一つとして、仮想マスクの開口形状を設定可能な構成とした場合は、たとえば、図１８（Ａ）に示すように、円形の開口部３２を有する仮想マスク３１を設定したり、図１８（Ｂ）に示すように、円弧状の開口部３２を有する仮想マスク３１を設定したりすることができる。仮想マスクの開口形状は、たとえば、初期設定では矩形の開口形状が適用されるようにし、ユーザーの希望に応じて任意の形状に変更可能な構成とすることができる。また、仮想マスクの開口条件として、仮想マスクの開口形状とあわせて、仮想マスクの開口寸法および／または開口中心位置を設定可能な構成とすることにより、検出面１７の面内の所望の位置に、所望の寸法で、所望の開口形状を有する仮想マスクを設定することが可能となる。

（仮想マスクの開口の傾き角度）
一方、仮想マスクの開口条件の一つとして、仮想マスクの開口の傾き角度を設定可能とした場合は、たとえば、その傾き角度が「＋１０度」で指定されたとすると、図１９に示すように、仮想マスク３１の開口部３２を反時計回りにθ＝１０度だけ傾けた状態で設定することができる。仮想マスクの開口の傾き角度は、水平基準線３５（又は垂直基準線３６）に対する開口部３２の傾き角度で指定可能となっている。具体的には、たとえば、マスク開口の傾き角度が０度の条件を初期設定とし、この傾き角度を正の値で指定した場合は、反時計回り方向に指定角度だけマスク開口が傾いた状態で設定され、傾き角度を負の値で指定した場合は、時計回り方向に指定角度だけマスク開口が傾いた状態で設定される。

このような仮想マスクの開口の傾き角度を設定可能な構成とすることにより、たとえば
将来的に検出素子１６のサイズが縮小された場合に、次のような対応をとることが可能となる。すなわち、試料台７の傾きや試料Ｓの表面の傾きに起因して、検出面１７に入射するＸ線の断面形状に傾きが生じている場合に、試料台７などの機械的な位置調整を要することなく、または機械的な位置調整を行う前の予備調整として、その傾き補正のために仮想マスク３１の開口部３２を傾けて設定することが可能となる。

＜７．Ｘ線回折装置の第２構成例＞
図２０は本発明の実施の形態に係るＸ線回折装置の第２構成例を示す機能ブロック図である。図示したＸ線回折装置の構成においては、測定条件設定部２５が、仮想マスク設定部２６のほかに、次元モード設定部２７を有している。次元モード設定部２７は、検出器１５を用いてＸ線回折の測定を行う際に適用する次元モードを設定するものである。次元モード設定部２７によって設定可能な次元モードには、「０次元モード」、「１次元モード」、「２次元モード」の３つがある。０次元モードは、位置分解能を持たない次元モードである。１次元モードは、１次元の位置分解能をもつ次元モードである。２次元モードは、２次元の位置分解能をもつ次元モードである。次元モード設定部２７は、上述した３つの次元モードのうち、いずれか一つの次元モードをユーザーが入力操作部２４を用いて指定することにより、Ｘ線回折の測定を行う際に適用する次元モードを設定する。

ユーザーの指定にしたがって設定した次元モードは、検出器１５を用いてＸ線を検出した際に得られる各検出素子１６からの検出信号を信号処理部２１で信号処理する際の処理形態に反映される。具体的には、次元モードを０次元モードに設定した場合は、検出面１７に設定した仮想マスクの開口内に存在する各々の検出素子１６の検出信号をすべて積算するように処理する。また、次元モードを１次元モードに設定した場合は、検出面１７に設定した仮想マスクの開口内に存在する各々の検出素子１６の検出信号を行単位または列単位で積算して処理する。検出素子１６の検出信号を行単位または列単位のいずれで積算するかについては、一元モードをＸ方向に設定するかＹ方向に設定するかによって変わる。２次元モードに設定した場合は、検出面１７に設定した仮想マスクの開口内に存在する各々の検出素子１６の検出信号を検出素子単位で処理する。

以下に、仮想マスクの開口条件を上記図７のように設定し、この設定条件で次元モードを設定した場合に、検出器１５から出力される検出信号が、信号処理部２１でどのように処理されるかについて説明する。

次元モード設定部２７で次元モードを０次元モードに設定した場合は、図２１に示すように、仮想マスク３１の開口部３２内に存在する各々の検出素子１６から出力される検出信号を、信号処理部２１がすべて積算処理する。これにより、実質的に０次元の検出器を用いた場合と同様の測定結果が得られる。

次元モード設定部２７で次元モードを２次元モードに設定した場合は、図２２に示すように、仮想マスク３１の開口部３２内に存在する各々の検出素子１６から出力される検出信号を、信号処理部２１が検出素子１６単位で個別に処理する。これにより、実質的に２次元の検出器を用いた場合と同様の測定結果が得られる。

次元モード設定部２７で次元モードをＹ方向の１次元モードに設定した場合は、図２３に示すように、仮想マスク３１の開口部３２内に存在する各々の検出素子１６から出力される検出信号を、信号処理部２１が行単位で積算処理する。これにより、実質的にＸ方向に細長いライン状の検出素子をＹ方向に並べた構成の１次元の検出器を用いた場合と同様の測定結果が得られる。

次元モード設定部２７で次元モードをＸ方向の１次元モードに設定した場合は、図２４
に示すように、仮想マスク３１の開口部３２内に存在する各々の検出素子１６から出力される検出信号を、信号処理部２１が列単位で積算処理する。これにより、実質的にＹ方向に細長いライン状の検出素子をＸ方向に並べた構成の１次元の検出器を用いた場合と同様の測定結果が得られる。

また、図示はしないが、上記図２１と比べて仮想マスク３１の開口部３２の寸法が全体的に小さくなるように、仮想マスクの開口条件を設定した場合は、０次元モードでＸ線を検出するときの測定分解能を上げることができる。

また、仮想マスク設定部２６を用いた仮想マスクの設定と、次元モード設定部２７を用いた次元モードの設定とを適宜組み合わせることにより、種々の測定条件でＸ線回折の測定を行うことができる。たとえば、図２５に示すように、仮想マスク３１の遮蔽部３３に左右２つの開口部３２−１，３２−２を設定するとともに、左側の開口部３２−１をＸ方向の１次元モード、右側の開口部３２−２をＹ方向の１次元モードに設定して、Ｘ線回折の測定を行うことができる。また、図２６に示すように、仮想マスク３１の遮蔽部３３に上下２つの開口部３２−１，３２−２を設定するとともに、上側の開口部３２−１をＹ方向の１次元モード、下側の開口部３２−２を０次元モードに設定して、Ｘ線回折の測定を行うことができる。

＜８．実施の形態の効果＞
以上説明した本発明の実施の形態に係るＸ線回折装置およびＸ線回折方法によれば、以下の（１）に記述する効果のほかに、（２）以降に記述する効果が得られる。

（１）従来のように後段受光スリットを使用しなくても、仮想マスク設定部２６を用いて仮想マスク３１の開口寸法を設定することにより、Ｘ線回折の測定分解能を変更することができる。このため、Ｘ線回折装置の受光光学系の構成要素として後段受光スリットが不要になる。したがって、Ｘ線回折装置のコストを削減することができる。

（２）仮想マスク設定部２６を用いて仮想マスク３１の開口寸法をＸ方向とＹ方向で独立に設定可能な構成となっているため、Ｘ方向とＹ方向で測定分解能を別々に変更することができる。このため、従来のように後段受光スリットを使用した場合には実現不可能な測定分解能の変更にも柔軟に対応することが可能となる。具体的には、従来のように後段受光スリットという物理的なスリットを用いてＸ方向とＹ方向で測定分解能を変えるには、Ｘ方向に開閉するスリットとＹ方向に開閉するスリットを同時に設置する必要がある。ただし、後段受光スリットとして機能するスリットは、ゴニオサークル上に設ける必要がある。このため、たとえば、Ｙ方向に開閉するスリットをゴニオサークル上に設けた場合は、これとの位置的な干渉により、Ｘ方向に開閉するスリットをゴニオサークル上に設けることができなくなる。したがって、従来のように物理的なスリットを用いる場合は、測定分解能を一方向しか変更することができない。これに対して、本実施の形態においては、現実には存在しない仮想マスク３１によって測定分解能を変更するものであるから、物理的な位置の干渉という問題が起こらない。このため、仮想マスク３１のＸ方向でユーザーが求める測定分解能と、仮想マスク３１のＹ方向でユーザーが求める測定分解能とが異なる場合でも、それぞれの方向で求められる測定分解能にあわせて仮想マスク３１の開口寸法を設定することができる。したがって、従来では実現不可能な測定分解能の変更にも柔軟に対応することが可能となる。

（３）仮想マスク設定部２６を用いて設定可能な仮想マスクの開口条件として、仮想マスクの開口寸法のほかに、仮想マスクの開口中心位置を設定可能な構成となっている。これにより、仮想マスクの開閉中心位置を、必要に応じて、検出面１７の中心位置からずらして設定することができる。このため、Ｘ線の光路中にモノクロメーター結晶等を設置す
る前と後で、検出器１５の検出面１７に入射するＸ線の位置がずれる場合でも、そのずれにあわせて仮想マスクの開閉中心位置をシフトさせることにより、検出器１５の検出面１７においてＸ線の入射位置と仮想マスクの開閉中心位置とを合わせることができる。したがって、従来のように後段受光スリットのスリット位置を機械的に移動させる移動機構を設ける必要がなくなる。また、従来においては上記移動機構によって後段受光スリットの開閉中心位置をずらせる方向がＹ方向に制限されるが、本実施の形態においては、そのような制限がなく、仮想マスク３１の開口中心位置をＸ方向およびＹ方向のどちらにもずらすことができる。このため、検出器１５の検出面１７上で仮想マスク３１の開口中心位置を所望の位置に設定することができる。

（４）仮想マスク設定部２６を用いて設定可能な仮想マスクの開口条件として、仮想マスクの開口寸法のほかに、仮想マスクの開口個数を設定可能な構成となっている。これにより、たとえば、開口寸法が異なる複数の開口部３２を設定してＸ線解析の測定を行った場合は、１回の測定によって、測定分解能が異なる測定結果を得ることが可能になる。

（５）仮想マスク設定部２６を用いて設定可能な仮想マスクの開口条件として、仮想マスクの開口寸法のほかに、仮想マスクの開口形状を設定可能な構成となっている。これにより、検出器１５の検出面１７の形状にかかわらず、ユーザーが所望する仮想マスクの開口形状を適用してＸ線回折の測定を行うことができる。

（６）仮想マスク設定部２６を用いて設定可能な仮想マスクの開口条件として、仮想マスクの開口寸法のほかに、仮想マスクの開口の傾き角度を設定可能な構成となっている。これにより、たとえば、検出器１５の検出面１７に入射するＸ線の断面形状に傾きが生じている場合に、この傾きにあわせて仮想マスクの開口の傾き角度を設定することができる。また、試料台７やこれにセットされた試料Ｓに傾きが生じている場合に、その傾きにあわせて仮想マスクの開口の傾き角度を設定することができる。

（７）測定条件設定部２５は、上述した仮想マスク設定部２６に加えて、次元モード設定部２７を備えた構成となっている。かかる構成では、仮想マスク設定部２６と次元モード設定部２７との組み合わせにより、Ｘ方向およびＹ方向で測定分解能を自在に変更し、かつ、検出器１５の次元モードを０次元モード、１次元モード、２次元モードのいずれかに設定することができる。このため、たとえば、仮想マスク設定部２６によって仮想マスクの開口寸法を所望の大きさに設定したうえで、検出器１５を０次元検出器、１次元検出器または２次元検出器として機能させることができる。また、仮想マスク設定部２６によって仮想マスクの開口個数をたとえば２個と設定した場合は、各々の開口部３２ごとに異なる次元モードでＸ線回折の測定を行うことができる。さらにその場合は、各々の開口部３２ごとに異なる測定分解能でＸ線回折の測定を行うこともできる。また、もともと二次元検出器である検出器１５を、０次元モードや１次元モードで使用するメリットは、たとえば、次のような点にある。一般にＸ線回折装置の光学系の調整や試料位置の調整時には０次元モードを利用する。このため、試料位置の調整等を行う場合は、Ｘ線回折装置に０次元検出器を取り付ける必要がある。そして、その後のＸ線回折測定を２次元検出器で行う場合は、Ｘ線回折装置に取り付ける検出器を０次元検出器から２次元検出器に変更する必要がある。これに対して、上述のように検出器１５の次元モードを次元モード設定部２７によって切り替え可能な構成とした場合は、試料の位置調整等を０次元モードで行った後、検出器の変更（交換）なしで、Ｘ線回折測定を２次元モードで行えるため、自動化が可能となる。また、検出器１５は、もともと位置分解能を有しているため、その一部分のみを利用することにより、仮想スリットとして使うことができる。さらに、一般的なＸ線回折装置で行われている、０次元の検出器を用いた疑似集中法光学系の測定と１次元検出器での高速測定を、光学系の配置を変更することなく行うことができる。また、０次元検出器は、二次元検出器に比べて検出器自体のコストが安くなるものの、位置分解能を有す
る二次元検出器で行える高速測定ができないというデメリットがある。

（アッテネーターを設けていない理由）
ここで、本発明の実施の形態に係るＸ線回折装置でアッテネーターを設けていない理由について説明する。
検出器１５に入射するＸ線の強度が強い場合、従来では上記図２８に示すように、検出器１３の前にアッテネーター１２を設置することにより、検出器１３に入射するＸ線の強度をアッテネーター１２で減衰させている。これに対して、本発明の実施の形態においては、高計数モードを備えた検出器１５の採用により、アッテネーターレスの構成を実現している。高計数モードとは、たとえば、各々の検出素子１６が生成する検出信号を、２つの１６ビット回路を並列的に用いて出力する計数モードを通常計数モードとした場合に、この通常計数モードよりもＸ線の計数能力（計数限界）を高めた計数モードである。具体的には、高計数モードにおいては、上述した２つの１６ビット回路を直列的に用いることにより、実質的に３１ビット回路と同等の計数機能を実現している。これにより、通常計数モードではサチレーションを起こすような高強度のＸ線であっても、検出器１５に適用する計数モードを通常計数モードから高計数モードに切り替えることにより、その計数機能を高めてサチレーションを回避することができる。このため、高価なアッテネーターの設置が不要となり、Ｘ線回折装置のコストを削減することができる。

＜９．変形例等＞
本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

たとえば、仮想マスク設定部２６による仮想マスク設定工程と、測定光学系によるＸ線検出工程と、信号処理部２１による信号処理工程については、この記載順で行う以外にも、次のような順序で行うことができる。すなわち、最初に測定光学系によるＸ線検出工程を行う。その際、検出器１５の検出面１７に仮想マスクを設定することなく、Ｘ線の検出を行う。また、各々の検出素子１６から出力されたすべての検出信号をメモリ２２に記憶（蓄積）する。次に、仮想マスク設定部２６による仮想マスク設定工程を行う。次に、信号処理部２１による信号処理工程を行う。その際、信号処理部２１は、仮想マスク設定工程で設定された仮想マスクの開口条件に基づいて、メモリ２２から電気信号を読み出して信号処理する。たとえば、仮想マスクの開口条件が上記図７に示す条件で設定された場合は、仮想マスク３１の開口部３２内の検出素子１６が出力した電気信号をメモリ２２から読み出して信号処理する。このような順序でＸ線回折の測定を行う場合は、Ｘ線検査工程で得られる電気信号を一旦、メモリ２２に蓄積するため、この蓄積した検出信号を消去しないかぎり、ユーザーは仮想マスクの設定条件を何度も変更して、所望の設定条件に基づく測定結果を得ることができる。

また、本発明に係る装置および方法は、たとえば、薄膜Ｘ線回折、粉末Ｘ線回折などを含む種々のＸ線回折に広く適用することが可能である。

１…Ｘ線源
７…試料台
１５…検出器
１６…検出素子
１７…検出面
２１…信号処理部
２５…測定条件設定部
２６…仮想マスク設定部
２７…次元モード設定部
３１…仮想マスク
３２…開口部
３３…遮蔽部
Ｓ…試料

Claims (7)

1. Ｘ線源で発生させたＸ線を、試料台にセットした試料に照射し、この試料で回折したＸ線を検出器で検出するＸ線回折装置であって、
   前記検出器は、互いに直角をなす第１の方向と第２の方向に２次元状に配列された複数の検出素子により形成された検出面を有し、前記検出面を形成する前記複数の検出素子ごとに、当該検出素子で受光したＸ線の強度に応じた検出信号を出力するものであり、
   前記検出器の前記検出面に仮想マスクを設定するとともに、前記仮想マスクの開口条件として、少なくとも前記仮想マスクの開口寸法を前記第１の方向と前記第２の方向で独立に設定可能な仮想マスク設定部と、
   前記検出器から出力された前記検出信号を、前記仮想マスク設定部で設定された前記仮想マスクの開口条件に応じて処理する信号処理部と、
   を備えることを特徴とするＸ線回折装置。
2. 前記仮想マスク設定部は、前記仮想マスクの開口条件として、前記仮想マスクの開口寸法のほかに、前記仮想マスクの開口中心位置を設定可能である
   ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線回折装置。
3. 前記仮想マスク設定部は、前記仮想マスクの開口条件として、前記仮想マスクの開口寸法のほかに、前記仮想マスクの開口個数を設定可能である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線回折装置。
4. 前記仮想マスク設定部は、前記仮想マスクの開口条件として、前記仮想マスクの開口寸法のほかに、前記仮想マスクの開口形状を設定可能である
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のＸ線回折装置。
5. 前記仮想マスク設定部は、前記仮想マスクの開口条件として、前記仮想マスクの開口寸法のほかに、前記仮想マスクの開口の傾き角度を設定可能である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のＸ線回折装置。
6. 前記検出器を用いてＸ線回折の測定を行う際に適用する次元モードを設定する次元モード設定部を備え、
   前記信号処理部は、前記検出器から出力される前記検出信号を、前記次元モード設定部で設定された前記次元モードに応じて処理する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のＸ線回折装置。
7. Ｘ線源で発生させたＸ線を、試料台にセットした試料に照射し、この試料で回折したＸ線を検出器で検出するとともに、前記検出器として、互いに直角をなす第１の方向と第２の方向に２次元状に配列された複数の検出素子により形成された検出面を有し、前記検出面を形成する前記複数の検出素子ごとに、当該検出素子で受光したＸ線の強度に応じた検出信号を出力する検出器を用いるＸ線回折測定方法であって、
   前記検出器の前記検出面に仮想マスクを設定するとともに、前記仮想マスクの開口条件として、少なくとも前記仮想マスクの開口寸法を前記第１の方向と前記第２の方向で独立に設定する仮想マスク設定工程と、
   前記Ｘ線源で発生させたＸ線を、前記試料台にセットした試料に照射し、この試料で回折したＸ線を前記検出器で検出するＸ線検出工程と、
   前記Ｘ線検出工程で前記検出器から出力された前記検出信号を、前記仮想マスク設定工程で設定された前記仮想マスクの開口条件に応じて処理する信号処理工程と、
   を備えることを特徴とするＸ線回折測定方法。

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