JPH02189450A - Ｘ線蛍光分析法により試料を検査する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、分析されるべき試料から出た第二次放射線を
検出するための放射線検出器を用いてＸ線蛍光分析法に
より試料を検査する方法であって、放射路を少なくとも
１つの自由度で変えることができるＸ線第一次放射線を
前記第二次放射線に対して指向させるようにした前記方
法、及び分析されるべき試料から出る第二次放射線を検
出するための放射線検出器を配置した担持体と、該担持
体に対して相対位置調整可能なＸ線源とを有し、該Ｘ線
源の第一次放射線を分析過程時に試料に指向させるよう
にした、Ｘ線蛍光分析法により試料を検査するための装
置に関するものである。

〔従来の技術と問題点〕

公知の装置（西ドイツ特許第３６０６７４８号公報）で
は、Ｘ線管の第一次放射線を帯状にして且つ数分の角度
で被検査試料の表面へ案内するようになっている。この
場合有効な入射角の調整は被検査試料に対するＸ線管の
高さを可変にすることによって行なう。放射路内に直接
Ｘ線管のあとに設けられる絞りは、Ｘ線管から放射され
る第一次放射線の拡散を制限する。

この公知の装置の場合、基本的には、また−船釣に言っ
ても、Ｘ線が平らな表面へ７１シ状に入射する際の、担
持体表面下へのＸ線第一次放射線の侵入深さが浅いと言
うことができる。しかも入射角が全反射の限度角以下の
場合には、侵入深さは数ｎｍに制限されている。この公
知の効果により、第一次放射線が帯状に入射する際に発
生する特徴的な蛍光放射線（第二次放射線）を測定する
ための装置を、基本的には１表面に近いＢ’７で元素決
定に適した器具として使用できるようになる。さらにこ
のような効果は、被検査試料の大きさがμと範囲であっ
て極めて小さい場合、例えば埃とか溶媒からの残留物の
ような場合の被検査試料のＸ線蛍光分析法に対しても有
効である。この場合試料は、試料担持体として用いられ
る平らな研磨された表面の上に置かれる。このような応
用の場合。

全反射条件により試料担持体の底面からのわずかな影響
で検出限界がｐｇ範囲になる。

Ｘ線蛍光分析における全反射効果の上記両応用例、即ち
表面に近い層の分析と、適当な試料担持体上に置かれる
試料の極微量成分分析とは、全反射装置の技術的構成に
かなり高度な要求を課す。

このような高度の要求は、第一次放射線が高い強度をも
つことに対する要求（Ｘ線管と被検査試料との間の微小
距離）と、角度調整の精度を高精度にすることに対する
要求（Ｘ線管と被検査試料との間の大きな距離）とが相
矛盾していることから生じるものである。目下のところ
使用できるＸ線管を用いると、該Ｘ線管の物理学的な原
理に起因して、大型加速器でつくりだすことができるシ
ンクロトロン放射に比べて非常に低い強度の第一次放射
線しか得られない。この理由だけからも、この種の装置
のための放射源としてＸ線管を使用する場合、装置のア
ノードと被検査試料との間隔をできるだけ小さくして、
立体角のロスを最小に抑えなければならない。

また、Ｘ線を直接試料に向けるのではなく、全反射面を
介して転向させた後、試料に向けるようにすることが有
利であることが判明した。しかしながら１例えば西ドイ
ツ特許第２７３６９６０号公報から公知の装置の場合、
入射角の調整を広範囲に任意に行なう必要がある表面分
析に対して使用不能であるがために、試料への入射角の
調整が制限されてしまっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、冒頭で述べた、Ｘ線蛍光分析法により試料を
検査する方法において、試料への第一次放射線の入射角
を従来に比べて高精度で決定することができ、その際試
料表面への第一次放射線の入射角を任意に且つ正確に調
整可能であるようにするとともに、第一次放射線の入射
角を正確に測定可能であるようにするを課題とするもの
である。

さらに本発明は以下の点をも課題とし、即ちＸ線管と被
検査試料との間隔を最小に維持して、反射体及び試料に
対する第一次放射線の入射角を簡単な手段により任意に
且つ相互に影響を及ぼさないように調整することができ
るようにし、その際角度の調整を０．１履ｒｄ以下の精
度で行なうことができ、構成を簡単にし、よって安価に
製造できるＸ線蛍光分析装置を提供することをも課題と
するものである。

〔解題を解決するための手段〕

本発明は、上記課題を解決するため、方法においては、 ａ、Ｘ線第一次放射線が全反射条件のもとに反射する参
照面に対して平行に且つ所定の間隔で試料担持体表面を
移Ｆ１１させること、ｂ、Ｘ線第一次放射源の放射路を
参照面に対して相対調整するとともに、それと同時に、
試料担持体表面上に配置された試料の第二次放射線の放
射スペクトルを前記放射線検出器により観察すること、 ｃ、Ｘ線第一次放射線のエネルギー量が所定の量である
ときの第二次放射線の最大強度を検出し、これを既知の
参照角に関係づけること を特徴とし。

装置においては、 Ｘ線源からくるＸ線第一次放射線を前記担持体にて全反
射条件のもとに反射させるようにした ことを特徴とするものである。

本発明による方法の利点は、全反射Ｘ線蛍光分光学にと
って中心的な問題、即ち角度測定が最適に解消されるこ
とにある。さらに本発明による方法を用いると、第一次
放射線の任意のすべての入射角を試料の表面に対して正
確に且つ自動的に調整することができる。

本発明による方法の有利な実施態様によれば、参照面で
反射したＸ線第一次放射線が試料担持体表面に入射する
ときの任意の入射角を参照角に対して相対的に調整可能
である。

本発明よる装置は、分析されるべき試料から出る第二次
放射線を検出するための放射線検出器を配置した担持体
と、該担持体に対して相対位置調整可能なＸ線源とを有
し、該Ｘ線源の第一・次数射線を分析過程時に試料に指
向させるようにしたことを前提としている。

本発明による装置の利点は、ｘｇの反射係数の特殊なエ
ネルギー・角度関係を利用して第−次数放射線のエネル
ギースペクトルを試料への入射角に依存しないように制
御するために、ちょうどミラーのように作用する担持体
における角度を利用できることにある。

この場合試料は、担持体に対して正確に決められた距離
（約１０−’ｍのオーダー）に保持される。

従って担持体で反射した放射線は試料に当たる。

これは、担持体におけるＸ線第一次放射線の反射領域が
、鉛直方向及び／または水平方向にフォーカシングする
ように形成されていること、例えば反射面が湾曲してい
ることによって可能になる。

本発明による他の有利な実施態様では、担持体における
Ｘ線第一次放射線の反射領域に絞りが設れられ、この絞
りによって第一次放射線が直接試料に達することが阻止
される。従って分析されるべき試料は、担持体の反射面
にて全反射条件のもとで反射した第一次放射線だけで励
起される。絞りは板状絞り（Ｓｔｅｇｂｌｅｎｄｅ）と
して形成し、そのスリット幅を１ないし５Ｘ１０−’ｍ
にするのが有利である。

直方体状のブロックとして形成された担持体は穴を有し
、該穴は担持体をＸ線第一次放射線の参照面に対してほ
ぼ直角に貫通し、この穴のなかに検出器が配置されてい
る。この実施態様の場合。

担持体は、Ｘ線源からくる第一次放射線のためのミラー
の機能（Ｘ線ミラー）、及び参照装置（オプティカルベ
ンチ）の用を成す。なお上記参照装置に対して絞りと被
分析試料とが整向される。この２重の機能のために従来
は別個の複数個の構成要素を必要としていたが、別々に
取付は位置調整しなければならず、よって誤差が生じる
可能性が多分にある。

本発明の他の有利な実施態様では、検出器は絞りによっ
て囲まれている。この絞りは、検出器の周囲に周設され
る筒状絞りとして形成することができる。絞りは望まし
くない第一次散乱放射線を検出器から遠ざけ、試料の検
査されるべき所望の部分を、試料の他の領域からくる望
しくない蛍光放射領域をフェードアウトすることによっ
て定義づける。

原理的には任意の適当な態様で検出器の下方、即ち検出
器受光軸線を取り囲む領域の下方に試料もしくは試料を
担持する試料担持体を配置することができるが、参照面
にほぼ直角に延びる検出器受光軸線にほぼ同心に、交換
可能な試料担持体を配置し、試料担持体が検出器受光！
１ｌｌｊＱの方向へ且つ該検出器受光軸線に対して角度
を成すように位置調整可能であるのが有利である。この
ように構成すると、担持体で反射した第一次放射線の試
料に対する入射角を担持体での反射角とは独立に可変す
ることができ、このことは実際的に極めて重要である。

なぜなら、担持体での反射角も入射角もしばしば異なっ
た基準で調整しなければならないことがあり、即ち担持
体における角度はすでに述べたＸ線の反射係数の特殊な
エネルギー・角度関係のために利用し、一方試料への入
射角は第一次放射線の試料への浸入深さを決定するから
である。

特に、試料の位置決めを高精度に且つ自動的に行なうう
えで不可欠な高精度自動測定方法のために、試料担持体
によって受容されている試料の表面と担持体の参照面と
の距離を距離検出手段により検出する。このようにして
−ヒ記距離を高精度に調整することができ、被分析試料
を担持体に適合させる必要はない。

この場合、距離検出手段は担持体と試料の表面との間隔
に相当する評価可能な物理量を生じさせる測定装置によ
って形成されている。Ｋｉｌ＋定量は、試料担持体また
はその上に配置される試料を検出器または検出器受光軸
線に対して望ましい距離及び角度で位置調整する位置調
整部材へ直接送られる。

特に、試料の望ましい高精度自由位置決めに対しては、
前記測定装置を、反射器と試料の表面との間隔を無接触
に検出するように形成するのが有利である。

距離検出手段を設ける場合、該距離検出手段の構成とは
関係なく、試料または直径が１５ω以下の表面を備えた
試料担持体の位置決めを調整することができる。本発明
では高精度の位置決めが達成されているので、無制限に
試料を交換することができ、その場合膨張した試料の走
査も無制限に可能である。

本発明による装はの他の有利な実施態様によれば、担持
体が、少なくとも反射領域において、交互に連続する金
属と非金属から成る多数の層によって被覆されている。

このような多層構造はＳＭＬＳ被覆構造（Ｓ　Ｍ　Ｌ　
Ｓ　−５ｙｎｔｈｅｔｉｋ　ＭｕｌｔｉｌａｙｅｒＳｔ
ｒｕｃｔｕｒｅ）と呼ばれ、本発明によれば、このよう
な被覆層で反射する場合、帯域フィルタリング（［］］
ａｎｄ−Ｐａｓｓ−Ｆｉｌｔｅｒｕｎｇが可能である。

この帯域フィルタリングによって立上がりの急激性（Ｆ
ｌａｎｋｅｎｓｔｅｉｌｈｅｉｔ）と選択性（Ｓｅｌｅ
ｋｔｉｖｉｔ菖ｔ）が大きくなり、従って高精度な角度
測定が可能である。このＳＭＬＳ被ｉ構造を設けること
によって１本発明による方法と装置の測定精度は著しく
向上する。

個々の層の構成の点では、金属としてタングステン及び
／またはプラチナを使用し、非金属として炭素及び／ま
たは珪素及び／または金属珪化物（Ｍｅｔａｌｌｓｉｌ
ｉｚｉｔ）を使用するのが有利である。

層の数量は少なくとも２０ないし２００個であり、層の
厚さは１０’−’ｍのオーダー、即ちナノメーターのオ
ーダーである。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を添付の図面を用いて説明する。

本発明による検査装置１０（特に第１図を参照）は、大
体において、直方体状のブロックから形成されている担
持体１１と、矢印３０に従って移動可能なＸ線源１６か
ら成っている。なお矢印３０の方向へのＸ線源の移動は
、象徴的に図示したにすぎない。実際にはＸ線源１６は
すべての自由度で担持体１１に対し移動可能或いは旋回
可能であるように構成されている。担持体１１には、Ｘ
線源１６から間隔をもって穴２１が形成されている。

穴２１は、基本的には平坦に形成される担持体１１の下
面に対してほぼ直角に該担持体１１を横切っている。担
持体１１における第一次Ｘ線１７の反射領域１９は、担
持体１１の下面によって、試料表面のための参照面２２
へ延長されている。

穴２１内には、検査装置１０の構成要素としてＸ線検出
器１２が設けられている。Ｘ線検出器１２は、第一次Ｘ
線１７，１７０の反射面２２に対して直角に延びる検出
器受光軸線２３を有している。

第１図と第２図に図示した検査装置の場合、検出器受光
軸線２３に同心に且つ反射面２２の下方に、交換可能な
試料担持体２４が設けられている。試料担持体２４は検
出器受光軸線２３に対して軸線方向に且つ角度を成すよ
うに矢印２８と２９に応じて旋回可能である。

試料担持体２４上には１分析されるべき試料１５が位置
づけされている。これを図ではＸ線検出器１２の方向に
向く矢印（この矢印は試料１５から来る第二次放射線１
８．即ち蛍光線を示している）によって象徴的に図示し
た。

第１図と第２図かられかるように、参照面２２の上方に
して、直方体状のブロックとして形成される担持体１１
上には、少なくとも１つの距離検出手段２６が設けられ
ている。担持体１１の、距離検出手段２６を形成した位
置で、貫通穴３１が担持体１１を貫通している。この場
合貫通穴３１は検出器受光軸線２３にほぼ平行に延びて
いる。

従って、試料担持体２４によって担持され６試料１５の
表面２５と担持体１１の参照面２２との距離１３を距離
検出手段２６によって検出することができる。距離検出
手段２６は５例えば測定センサを備えた謂定装置によっ
て形成することができる。その結果、例えば測定センサ
を試料１５の表面２５或いは試料担持体２４に直接接触
させ、距離検出手段２６のほうへ移動させるようにして
、或いはこれから離隔させるようにして、評価可能な物
理量が担持体１１と試料１５の表面２５との距離１３に
応じて形成される。

さらに１１１１定装置は、ここでは詳細に図示しないが
、参照面２２と試料１５の表面２５との間隔を無接触に
検出することもできる。

さらに検査装置１０は絞り２０．２７を有している。こ
の場合絞り２０は担持体１１における第一次放射線の反
射領域に配置されている。絞り２０は板状絞りとして形
成されている。絞り２０のスリット幅は例えばｌ乃至５
ＸＩＣｒ’ｍである。

この場合絞り２０は、Ｘ線源１６の管のアノードと試料
１５の間に設けられている。スリットの幅は例えばスペ
ーサによって担持体１１の反射領域１９に対して調整す
ることができる。

Ｘ線検出器１２のまわりには、筒状絞りとして形成され
た前記第２の絞り２７が形成されている。

この筒状絞りは、望ましくない第一次散乱線をＸ線検出
器１２から遠ざける用をも成し、平面的な試料１５の検
査されるべき部分を第二次蛍光線１８をフェードアラ１
−することによって決定する。

第一次放射線１７，１７０の放射経路を図では点線で図
示した。この放射経路はＸ線源１６から出て、担持体１
１の反射領域１９で全反射条件のもとに反射し、反射し
た第一次放射線１７０として試料１５に達する。

担持体１１は石英ガラスまたは金属から成るのが有利で
あるが、基本的には任意の材料から担持体１１を形成す
ることができる０例えば担持体１１を石英ガラスから′
ＩＡ造し、反射面２２を金属で被覆することも可能であ
る。

担持体１１を、反射領域１９において、金属または非金
属から成る多数の層を交互に配置して被覆するのが有利
である。多数の層によって形成される被覆は一般にＳＭ
ＬＳ被ｍ　（Ｉ造）と呼ばれる０個々の層は金属として
例えばタングステン及び／またはプラチナを有すること
ができ、一方弁金属から成る層は炭素及び／または珪素
及び／または金属珪化物によって形成することができる
。

層の数量は任意に変えることができるが、２０ないし２
００程度が有利である。この場合層の厚さは１０−’ｍ
のオーダーである。

ＳＭＬＳ被覆部での反射の際に前述のように最適になら
なかった反射表面（反射領域１９）とは異なって、第４
図に示すように、ＳＭＬＳ被覆部の帯域フィルタリング
を利用して角度を決定することが可能である。この角度
決定は非常に大きな立ち上がりの急激性と選択性とを利
用するものであるが、これは従来不可能であったもので
あり。

測定精度を著しく高めるものである。

本発明による検査装置１０を用いて実施可能な方法は次
のようなステップで実施される。

まず試料担持体表面２５に試料１５を配置する。

次に試料担持体表面２５を参照面２２に対して平行に所
定の間隔１３をもつように移動させる。なお参照面２２
においては、Ｘ線第一次放射線１７が反射領域１９での
全反射条件のもとに反射し。

反射放射線１７０として試料担持体表面２５上に配置さ
れた試料１５に当たる。Ｘ線源１Ｇから出たＸａ第一次
放射線１７はその放射路を参照面２２に対して変える。

即ち第１図に示すように矢印３０の方向へ変える。それ
によって、参照面２２と反射した反射放射線１７０との
間の反射角３２が変化する。同時に、試料担持体表面２
５上に配置された試料１５の第二次放射線１８の放射ス
ペクトルがｗｌ察される。即ち反射角３２と反射した反
射放射線１７０の強度との公知の関係式を用いて、Ｘ線
第一次放射線１７のエネルギー量が所定量である場合の
Ｘ線第二次放射線の最大強度を検出する。その結果、Ｘ
線第二次放射線の最大強度に既知の反射角を関連づける
ことができる。

この場合、参照面２２で反射したＸ線第一次放射線１７
が試料担持体表面２５に入射するときの任意の入射角３
３を検出した参照角に対して調整することができる。

例えば試料担持体２４が検査されるべき半導体ウェハー
である場合には、試料担持体２４白体が検査されるべき
試料１５であってもよい。この場合試料１５は試料表面
１５或いは試料担持体表面２５内でまたはその下方で検
査される構造である。

次に、本発明の実施態様を列記しておく。

（１）参照面で反射したＸ線第一次放射線が試料担持体
表面に入射するときの任意の入射角を参照角に対して相
対的に調整可能であることを特徴とする請求項１に記載
の方法。

（２）反射領域（１９）が担持体（１１）の下面により
、試料表面のための参照面（２２）まで延長されている
ことを特徴とする請求項２に記載の装置。

（３）担持体（１１）におけるＸ線第一次放射線の反射
領域（１９）が、鉛直方向及び／または水平方向にフォ
ーカシングするように形成されていることを特徴とする
請求項２または上記第２項に記載の装置。

（４）担持体（１１）におけるＸ線第一次放射線（１７
）の反射領域（１９）に絞り（２０）が配置されている
ことを特徴とする請求項２、上記第２項または第３項に
記載の装置。

（５）絞り（２０）が板状絞りとして形成されているこ
とを特徴とする。上記第４項に記載の装置。

（６）板状絞りのスリット幅が　１　ないし　５Ｘ１０
””ｍであることを特徴とする。上記第５項に記載の装
置。

（７）担持体（１１）が直方体状のブロックとして形成
され、且つ穴（２１）を有し、該穴（２１）は担持体（
１１）をＸｓ第一次放射線（１７）の参照面（２２）に
対してほぼ直角に貫通し、この穴（２１）のなかに検出
器（１２）が配置されていることを特徴とする請求項２
または上記第２項から第６項までのいずれか１つに記載
の′！Ａ置。

（８）検出器（１２）が絞り（２７）によって取り囲ま
れていることを特徴とする請求項２または上記第２項か
ら第７項までのいずれが１つに記載の装置。

（９）参照面（２２）にほぼ直角に延びる検出器受光軸
線（２３）にほぼ同心に、交換可能な試料担持体（２４
）が配置されていることを特徴とする請求項２または上
記第２項がら第８項までのいずれが１つに記載の装置。

（１０）試料担持体（２４）が検出器受光軸線（２３）
の方向へ且つ該検出器受光軸線（２３）に対して角度を
成すように位置調整可能であることを特徴とする、上記
第９項に記載の装置。

（１１）試料担持体（２４）によって受容されている試
料（１５）の表面（２５）と担持体（１１）の参照面（
２２）との距離（１３）を距層検出手段（２６）により
検出可能であることを特徴とする、」−―記第９項また
は第１０項に記載の装置。

（１２）距離検出手段（２６）が、担持体（１１）と試
料（１５）の表面（２５）との間隔（１３）に相当する
評価可能な物理量を生じさせる測定装置によって形成さ
れていることを特徴とする、上記第１１項に記載の装置
。

（１３）前記検出装置が１反射面（２２）と試料（１５
）の表面（２５）との間隔を無接触に検出することを特
徴とする、上記第［２項に記載の装置。

（１４）担持体（１１）が石炭ガラスから成っているこ
とを特徴とする請求項２または上記第２項から第１３項
までのいずれか１つに記載の装置。

（１５）担持体（１１）が金属から成っていることを特
徴とする請求項２または上記第２項から第１４項までの
いずれか１つに記載の装置。

（１６）担持体（１１）が少なくとも反射領域（１９）
で金属で被覆されていることを特徴とする請求項２また
は上記第２項から第１５項までのいずれか１つに記載の
装置。

（１７）担持体（１１）が、少なくとも反射領域（１９
）において、交互に連続する金属と非金属から成る多数
の層によって被覆されていることを特徴とする請求項２
または上記第２項から第１６項までのいずれか１つに記
載の装置。

（１８）金ＪＩＩ（がタングステン及び／またはプラチ
ナであり、非金属が炭素及び／または珪素及び／または
金属珪化物であることを特徴とする。

」二記第１７項に記載の装置。

（＋９）　ＷＩの数量が少なくとも２０ないし２００個
であり１層の厚さはｌｏ’ｍのオーダーであることを特
徴とする、上記第１７項または第１８項に記載の装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は第一次放射線の放射路を図式的に示した本発明
による装置の部分断面側面図、第２図は第１図の装置の
構成を原理的に示し、一部の構成要素を省略して示した
斜視図、第３図は２つの異なる第一次エネルギーにおけ
る第一次放射線の侵入深さと入射角との関係を全反射条
件のもとで示したグラフ、第４図は第一次放射線のエネ
ルギーが予め決めらｈており、且つ第二次放射線の最大
強度が一定の参照角に関係づけられている場合の。 検出器によって検出された第二次放射線の強度と所望の
角度に調整された参照角との関係を示すグラフである。 １１・・・・・・担持体 １２・・・・・・放射線検出器 １５・・・・・・試料 １６・・・・・・ｘ４＠源 １７・・・・・・第一次放射線 １８・・・・・・第二次放射線 １９・・・・・・反射領域 ２０・・・・・・絞り ２２・・・・・・参照面 ２４・・・・・・試料担持体 ２６・・・・・距離検出手段 ゛ス慮。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）分析されるべき試料から出た第二次放射線を検出
   するための放射線検出器を用いてＸ線蛍光分析法により
   試料を検査する方法であって、放射路を少なくとも１つ
   の自由度で変えることができるＸ線第一次放射線を前記
   第二次放射線に対して指向させるようにした前記方法に
   おいて、 ａ、Ｘ線第一次放射線を全反射条件のもとに反射させる
   参照面に対して平行に且つ所定 の間隔で試料担持体表面を移動させること、ｂ、Ｘ線第
   一次放射源の放射路を参照面に対して相対調整するとと
   もに、それと同時に、試料担持体表面上に配置された試
   料の第二 次放射線の放射スペクトルを前記放射線検 出器により観察すること、 ｃ、Ｘ線第一次放射線のエネルギー量が所定の量である
   ときの第二次放射線の最大強度 を検出し、これを既知の参照角に関係づけ ること を特徴とする方法。 （２）分析されるべき試料から出る第二次放射線を検出
   するための放射線検出器を配置した担持体と、該担持体
   に対して相対位置調整可能なＸ線源とを有し、該Ｘ線源
   の第一次放射線を分析過程時に試料に指向させるように
   した、Ｘ線蛍光分析法により試料を検査するための装置
   において、 Ｘ線源（１６）からくるＸ線第一次放射線 （１７）を前記担持体（１１）にて全反射条件のもとに
   反射させるようにした ことを特徴とする装置。