JPH05188019A

JPH05188019A - Ｘ線複合分析装置

Info

Publication number: JPH05188019A
Application number: JP4186714A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ogata; 潔尾形; Makiko Kono; 真貴子河野; Asao Nakano; 朝雄中野; Kazufumi Suenaga; 和史末永
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-07-23
Filing date: 1992-07-14
Publication date: 1993-07-27

Abstract

(57)【要約】【目的】同一測定容器内においてＸ線をプローブとして
試料のＸ線回折、蛍光Ｘ線分析及び蛍光ＥＸＡＦＳの測
定を行い、薄膜及び薄膜表面・界面等の同一個所を総合
的に解析することのができるＸ線複合分析装置を提供す
る。【構成】モノクロメータを通り、スリット２でビーム成
形され入射Ｘ線検出器３で強度測定された入射Ｘ線１ビ
ームを試料５に全反射臨界角以下の微小入射角で入射さ
せ、試料の蛍光Ｘ線収量等のエネルギー依存性及びＸ線
回折を同一測定容器内で測定する。試料台４は試料表面
に平行なＸ軸、試料表面に垂直なＹ、Ｚ軸の３方向に移
動機構を持ち、Ｙ軸、Ｚ軸はそれぞれ回転機構を持って
いる。試料５から発生する蛍光は、それぞれに対応した
検出器、例えば１２、７、８で測定する。試料移動機構
及びＸ線検出系はコンピュータにより制御し、測定容器
外から遠隔操作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線をプローブとして
材料の評価を行うためのＸ線分析装置にかかり、特に、
薄膜界面・表面を、Ｘ線散乱、Ｘ線回折、蛍光Ｘ線分
析、ＥＸＡＦＳ等の測定により、同一測定容器内におい
て迅速に材料の原子、分子配列の解析等を行うために好
適なＸ線複合分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術では、例えば特開平１−２５
９２４８号公報「蛍光Ｘ線構造解析装置および蛍光Ｘ線
構造解析方法」に記述されているように、蛍光Ｘ線検出
器、反射Ｘ線検出器、および電子検出器を同時に備え、
試料の特徴に応じてこれらを使い分けてＥＸＡＦＳの測
定を行うようになっていた。また、例えば特開昭６１−
２２２４０号公報には、蛍光Ｘ線分析とＸ線回折とを同
一試料について同一測定容器内で測定可能とする装置が
提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のＸ線をプローブ
とする３つの解析方法、即ち、Ｘ線回折法、蛍光Ｘ線分
析法、およびＥＸＡＦＳは、それぞれ長周期構造を持つ
結晶の原子配列、元素の定量分析、及び結晶・非晶質の
短距離秩序に関する情報という互いに異なり、かつ相補
的な情報を与える手段である。ところが最近では、電子
デバイス等に使われる新材料は、原子の配列の面からみ
れば非晶質、微結晶、結晶あるいは超構造等を持ち、ま
た極薄膜、多層膜という従来見られなかった構造を持つ
ようになった。このような試料に対してＸ線をプローブ
とした解析を行うならば、上記解析方法のうちの２方
法、あるいは３方法で測定を行う必要が生じる。

【０００４】しかし、上記従来方法で３種類の解析を行
う場合には、複数の装置で測定を行う必要がある。その
場合装置によってビームのあたる場所や深さが異なると
いう問題があり、また同一条件で測定できないという問
題がある。また、薄膜及び薄膜表面・界面の解析を行う
場合には、各種ガスや汚染の吸着が避けられないために
迅速さが要求される。

【０００５】したがって、本発明の目的は上記従来技術
の問題点を解消することにあり、同一の試料についての
Ｘ線回折、蛍光Ｘ線分析、およびＥＸＡＦＳの３つの測
定を同一測定容器内において迅速に行えるＸ線複合分析
装置を提供することにあり、これにより、薄膜及び薄膜
表面・界面等の同一個所の物性を総合的に解析すること
を可能とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、少
なくとも任意の方向に移動可能な試料台と、この試料台
上に載置された被測定試料とを収納した測定容器と、前
記測定容器内の試料に所定の入射角度で入射Ｘ線を照射
する手段と、前記試料から放出されるＸ線情報を所定の
検出器で計測する手段とを備えて成るＸ線分析装置であ
って、同一測定容器内に収納された前記試料から放出さ
れるＸ線情報を、少なくとも回折Ｘ線検出器、蛍光Ｘ線
検出器及び反射Ｘ線検出器で計測する手段と、Ｘ線源か
らのＸ線をモノクロメータ及び入射Ｘ線検出器に順次入
射させ、かかる入射Ｘ線を前記試料に所定の角度で照射
する手段と、前記入射Ｘ線と試料との位置関係を前記計
測手段における各検出器の種類に応じて（見合って）自
動的に制御する機構とを具備して成るＸ線複合分析装置
により、達成される。

【０００７】なお、前記計測手段における検出器として
は、それぞれの目的に応じてさらに散乱Ｘ線検出器や電
子検出器をも付加することができる。そして好ましく
は、上記測定容器に真空排気手段を設けて真空容器とな
し、しかも上記試料に照射する入射Ｘ線ビームの入射角
と試料の位置関係の制御を上記真空容器内の真空度を維
持しつつ、上記真空容器外から容易に操作できる機構と
する。

【０００８】さらに、上記入射Ｘ線の試料表面への入射
角をＸ線の全反射臨界角より小さい角度に設定すると共
に、入射Ｘ線のエネルギーを連続的に変化させてＸ線反
射率、蛍光Ｘ線収率、あるいは全電子収率のエネルギー
依存性を測定できるようにする。さらに、回折Ｘ線検
出器として、湾曲型位置敏感検出器を用い、試料からの
複数の回折Ｘ線を同時に測定できるようにすることであ
る。これにより非晶質または結晶性薄膜の、表面構造の
解析及び表面の超微量分析の同時測定が可能となり、各
種薄膜及び表面構造の総合的な評価への応用が期待でき
る。

【０００９】

【作用】上記Ｘ線複合分析装置において、モノクロメー
タは入射Ｘ線を単色化するのに必要であり、入射Ｘ線検
出器は試料に照射する入射Ｘ線の強度をモニターするも
のである。入射Ｘ線ビームの照射に基づいて同一測定容
器内に収納された試料から放出されるＸ線情報を、少な
くとも回折Ｘ線検出器、蛍光Ｘ線検出器及び反射Ｘ線検
出器で計測することにより、Ｘ線回折、蛍光Ｘ線分析、
及びＥＸＡＦＳの３つの測定がそれぞれ迅速に行える。
即ち、各々の検出器を適切な配置に設け、しかも、上記
入射Ｘ線と試料の位置関係を各測定に必要なように自動
的に制御できる機構を備えることによって同一試料の同
じ箇所を再現性良く総合的に測定することができる。

【００１０】さらに、上記測定容器に真空排気手段を設
けて真空容器となし、しかも上記試料に照射する入射Ｘ
線ビームの入射角と試料の位置関係の制御を上記真空容
器内の真空度を維持しつつ、上記真空容器外から容易に
操作できる機構とすることによって広いエネルギー範囲
の測定を再現性良く行うことができる。さらに、上記入
射Ｘ線の試料表面への入射角をＸ線の全反射臨界角より
小さい角度に設定し、さらに、入射Ｘ線のエネルギーを
連続的に変化させて試料表面、あるいは単分子膜のＸ線
反射率、蛍光Ｘ線収率、及び全電子収率のエネルギー依
存性を測定できるようにする。さらに、回折Ｘ線検出器
として、湾曲型位置敏感検出器を用いれば試料からの複
数の回折Ｘ線を同時に測定できる。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の代表的な実施例を図面を用い
て具体的に説明する。〈実施例１〉（１）装置構成図１は、本発明装置の一実施例となるＸ線複合分析装置
の概要を示すブロック図である。本図は主としてＸ線検
出器の配置を示すものである。図中では省略してある
が、すべての光学系は高真空容器に収納し、低エネルギ
ー領域まで測定可能としてある。

【００１２】Ｘ線管、シンクロトロン放射光等の白色の
Ｘ線源３０より発生するＸ線を、モノクロメータ１４に
より単色化し、４象限スリット２により整形する。この
入射Ｘ線１の強度は入射Ｘ線検出器３によりモニター
し、変動を補正するために用いる。入射Ｘ線検出器３に
は、電離箱等のガス入りＸ線検出器を用いることによ
り、９０％程度のＸ線を透過させることができる。入射
Ｘ線検出器３を透過した入射Ｘ線１を試料５に入射させ
る。試料５の種類、試料５に対するＸ線の入射角、試料
の方位等に応じて試料から蛍光Ｘ線１３、回折Ｘ線９、
散乱Ｘ線１０（この図では省略した）、２次電子等が発
する。蛍光Ｘ線１３の強度は蛍光Ｘ線検出器１２で測定
する。蛍光Ｘ線検出器１２としては、エネルギー分解能
の高い半導体検出器等を用いる。反射Ｘ線６を検出する
反射Ｘ線検出器７としては電離箱を用いている。本実施
例では試料中心から反射Ｘ線検出器７の入射窓までの距
離は３００ｍｍ、入射窓の直径は１５ｍｍである。ま
た、回折Ｘ線検出器８として湾曲型位置敏感Ｘ線検出器
を使用している。図中では省略したが、試料５は種々の
測定方法に応じた任意の方位をとるための試料台４（図
２、図３に表示）上に載置するものとする。なお、図中
に示した１８は２次電子検出器である。

【００１３】図２は、本実施例の試料測定部の正面図で
あり、図３は側面図である。試料５及び試料移動機構の
収納された測定室２０は、ターボ分子ポンプ等の真空排
気手段により高真空領域まで排気される。１９は排気用
フランジである。試料５は、試料表面上の任意の位置に
Ｘ線を入射することができるように、Ｘ−Ｚ移動機構３
４上に載せられている。本実施例では、試料５を測定方
法に応じて任意の方位に回転するために、試料方位設定
機構としてオフ・センター直交軸型の３軸ゴニオメータ
を用いている。すなわち、Ｘ−Ｚ軸移動機構３４は、試
料表面に垂直なφ軸の回りに回転するためのφ軸回転機
構３６上に載置し、φ軸回転機構３６はχ−サークルと
呼ばれる円弧上を移動するχ軸回転機構３７上に載置
し、さらにχ軸回転機構３７は、ω軸回転機構３８上に
載置してある。さらに本実施例では、試料交換を行うた
めにゴニオメータ全体を平行移動するためのＹ移動機構
３５を設けている。試料交換のためには試料交換用フラ
ンジ２１上に、図示していないゲートバルブ、試料交換
室及び試料交換用マニュピレータを設けることにより行
う。なお、測定室（真空容器）２０内において各検出器
及びゴニオメータが干渉しないように、蛍光Ｘ線検出器
１２、回折Ｘ線検出器８をそれぞそれ平行移動して退避
させることができるようにしてある。また、上記試料方
位設定機構としてはκ軸型のゴニオメータ等を使用して
も良い。上記の試料移動機構及びＸ線検出系は図を省略
したが、コンピュータにより制御する。なお、図中の８
２は回折Ｘ線検出器８を収容する真空容器部である。

【００１４】（２）測定方法本実施例を用いれば、種々の測定方法に応じてＸ線検出
器及びゴニオメータを適切に配置することが可能であ
る。ここではいくつかの測定手法に対する例を示す。（２−１）表面Ｘ線回折図４に表面Ｘ線回折を測定するためのゴニオメータ及び
検出器の配置を示す。試料に全反射条件でＸ線を入射
し、さらに回折条件を満たすように試料５及び検出器を
配置する必要がある。本実施例は入射Ｘ線１が主として
水平偏光成分よりなる場合の配置である。この場合、回
折Ｘ線強度は水平方向では偏光因子によって減少し、２
θ＝９０゜の時０になるのに対し、垂直方向では一定で
ある。そこで垂直方向への回折Ｘ線９を測定することと
する。測定室２０内には各種検出器及びゴニオメータが
あるため、検出器を駆動する２θアームを置くスペース
が無いことから、湾曲型の位置敏感型Ｘ線検出器８を採
用することとする。これにより広い範囲の回折Ｘ線を同
時に測定し測定時間の短縮をはかることができる。

【００１５】（２−２）全反射ＥＸＡＦＳ図５に全反射ＥＸＡＦＳを測定するためのゴニオメータ
及び検出器の配置を示す。蛍光Ｘ線検出器１２として、
エネルギー分解能の高い半導体検出器（ＳＳＤ）を垂直
及び水平方向に設置して蛍光Ｘ線収量を測定すると同時
に、入射Ｘ線検出器３及び反射Ｘ線検出器７によりＸ線
反射率スペクトルを測定する。

【００１６】（２−３）透過ＥＸＡＦＳ図５とほぼ同様の配置においてω＝０゜に設定し、さら
に図６に示したように試料回転機構付きの試料ホルダー
３９を試料台上に取り付ける。本ホルダー３９は試料交
換用フランジ２１（図２参照）より、真空を保持したま
ま交換することが可能であり、真空用モータ、光センサ
及びコネクタを備えている。この例ではホルダー３９を
逐次回転させることにより、高真空の試料室２０中で８
個の試料を自動交換できる。１個の試料あたりの測定時
間が大幅に短縮されると同時にＸ線検出系のバックグラ
ウンドを補正するためのブランク測定、エネルギーを較
正するための標準試料の測定も同時に行うことが可能と
なり、モノクロメータ１４（図１参照）のエネルギー設
定再現性及び検出系の経時変化の誤差を最小にすること
が可能となる。

【００１７】（２−４）蛍光Ｘ線による表面超微量分析図５に示した全反射ＥＸＡＦＳと同一の配置を用い、入
射Ｘ線１のエネルギーを固定して蛍光Ｘ線１３を測定す
る。入射Ｘ線１を試料５の表面にすれすれの角度（約
０．５゜以下）で入射し、全反射させることにより、試
料５からの散乱Ｘ線１０を減少させＳ／Ｎ比を向上させ
ることができる。またモノクロメータ１４により単色化
したＸ線を入射することにより試料５中に含まれるある
成分元素を選択的に励起して、高Ｓ／Ｎに蛍光Ｘ線１３
を測定することができる。

【００１８】（２−５）蛍光Ｘ線による面内分布の測定図７には、蛍光Ｘ線１３による面内組成分布測定のため
の配置を示す。図２、図３に示したＸ−Ｚ移動機構３４
上に、試料５を取り付け、蛍光Ｘ線収量の面内分布の測
定を可能とする。

【００１９】（３）測定例図８は試料５として基板上にスパッタ法で作製した膜の
蛍光Ｘ線分析の測定結果であるが、この蛍光Ｘ線スペク
トル曲線図から、この試料では元素としては珪素を主成
分とし、微量の鉄を含むことがわかる。また、図９はＸ
線回折の結果を示す図で、結晶相を含むことは図中のシ
ャープなピークから明らかだが、回折角１５°付近には
バックグラウンドの盛り上がりが観察される。また、図
１０は上記サンプルのＳｉのＫ吸収端のＥＸＡＦＳから
求めた動径分布関数を示す図であるが、この解析結果と
図９の双方を照らし合わせると上記サンプルは非晶質成
分と結晶成分を合わせ持つことが分かる。以上のような
例の場合、１方法しか計測できない装置で測定すると、
非晶質成分と結晶成分とを合わせ持つことを見のがした
結果を得るが、本装置のように蛍光Ｘ線分析、Ｘ線回
折、反射Ｘ線検出の行える装置では、１度の測定で正し
い結果を得ることができる。

【００２０】〈実施例２〉図１１は、本発明装置の他の
実施例となるＸ線分析装置の要部ブロック構成図を示し
たものである。以下、この図にしたがって説明する。（１）装置構成基本的構造は実施例１の図１〜図３と同様であるが、本
実施例では回折Ｘ線検出器８として高真空用の湾曲型位
置敏感Ｘ線検出器を使用している。本装置は試料５に入
射Ｘ線１を全反射臨界角以下の微小入射角で入射させ、
試料５のＸ線反射率、全電子収量、蛍光Ｘ線収量等のエ
ネルギー依存性を測定するものである。

【００２１】入射Ｘ線１は４象限スリット２で幅５０μ
ｍ×高さ０．５ｍｍ程度に整形し、入射Ｘ線検出器３に
入射させる。入射Ｘ線検出器３としては電離箱等を用い
る。検出器３は入射Ｘ線１の強度変動を補正するために
用いる。入射Ｘ線１は検出器３により１０％程度吸収さ
れるが残りは通過し、試料台４の上に固定した試料５に
入射する。試料台４は上下移動機構を持つとともに、上
記入射Ｘ線１に対する入射角θを変化させるため、試料
表面を軸とする回転機構を持っている。試料５の表面で
反射した反射Ｘ線６の強度は反射Ｘ線検出器７で測定す
る。検出器７の入射窓を充分大きく取っておけば、検出
器７を動かさずに試料５で反射したＸ線６を測定するこ
とができる。本実施例では試料中心から反射Ｘ線検出器
７の入射窓までの距離は３００ｍｍ、入射窓の直径は１
５ｍｍであるためθ＜１．１°の範囲で測定出来る。

【００２２】試料５によって散乱されたＸ線１０は、散
乱Ｘ線強度検出器１１で測定する。また、試料５から発
生する蛍光Ｘ線１３は蛍光Ｘ線検出器１２により測定す
る。蛍光Ｘ線検出器１２としては、エネルギー分解能の
高い半導体検出器等を用いる。ただし、本実施例では蛍
光Ｘ線検出器１２と散乱Ｘ線強度検出器１１は同じ検出
器を用いている。

【００２３】図１２は、高真空用の湾曲型位置敏感回折
Ｘ線検出器８の一例を説明するＸ線分析装置の概略ブロ
ック断面図である。湾曲型位置敏感回折Ｘ線検出器８は
試料５及び試料台４と共に真空排気手段により真空容器
を構成する測定室２０内に収納される。そして湾曲型位
置敏感回折Ｘ線検出器８は、この例ではガス入りのＸ線
検出器で、動作ガスとこのガスをＸ線の入射により電離
させるための電極とを収納し、第１のＸ線透過窓８３を
有するＸ線計数器部８１と、真空排気手段が設けられ、
第２のＸ線透過窓８４を有する真空容器部８２とから構
成されている。即ち、２重のＸ線透過窓を持ち、これら
両窓の間の真空容器部８２はターボ分子ポンプ及びロー
タリーポンプ等の排気手段により排気される。８９は真
空計であり、Ｘ線透過窓８３が破損し、真空容器部８２
の圧力がある値より大きくなった場合には、自動的に９
０の締切バルブを閉じ測定室２０への動作ガスのリーク
を防止する。８７は圧力調整器であり、一定のガス圧を
保って計数器部に動作ガスを供給する。上記の試料移動
機構及びＸ線検出系は、実施例１の図１で説明したと同
様にコンピュータにより制御する。なお、図中で電子検
出器は省略してある。

【００２４】図１３は、本実施例の試料台４の移動機構
を示した要部断面図で、真空排気手段により試料５及び
試料台４の収納された測定室２０は真空容器を構成して
おり、試料台４は測定室２０の真空状態を維持したまま
容器外に設けられた移動制御機構により操作されて、
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸を移動（Ｙ，Ｚ軸は回転移動可能）し、試
料５の測定点を目的とする所定の位置にセットすること
ができるように構成されている。なお、図中の３４はＸ
−Ｚ移動機構、３５はＹ移動機構、１は入射Ｘ線、６は
反射Ｘ線、８は高真空用の湾曲型位置敏感回折Ｘ線検出
器を示している。

【００２５】（２）Ｘ線光学系及び試料位置の調整方法図１４、図１５には本発明の実施例１のＸ線源３０とし
て、シンクロトロン放射光（ＳＲ）を用いた場合のＸ線
光学系の概要を示す。本実施例では２結晶モノクロメ−
タ１４、Ｘ線集光鏡１５から試料５までの距離を１１ｍ
と長くとり、試料５に入射するＸ線ビ−ムの角度変動を
抑制する構成となっている。このとき、Ｘ線ビ−ムのビ
−ム進行方向発散εはＸ線光学系に依存し、Ｘ線集光鏡
１５の全反射角φ、その全長、及びＸ線集光鏡１５から
スリット位置までの距離から決定される。スリット２の
垂直方向の幅ΔＳが０に近い時はεは次式（１）で表わ
される。 ε＝（５００×φ）／１００００＝５×φ×１０~² …（１）例えばφ＝６×１０~³ラジアンに設定した場合、ε＝３
×１０~⁴である。

【００２６】また、本実施例では試料５とスリット２の
間の距離は６００ｍｍであるから、試料５へのＸ線の入
射角をθとすると必要な試料の長さＬは、次式（２）で
表わされる。Ｌ＞（６００×ε＋ΔＳ）／θ（ｍｍ） …（２）ここで、ΔＳ＝５０μｍ、θ＝１×１０~²（約０．６
゜）とすると、Ｌ＞２３ｍｍとなる。

【００２７】このように全反射条件で測定する場合に
は、試料に微少な入射角でＸ線を入射させるため試料表
面の広い範囲にＸ線が照射される。そのため試料の高さ
及び入射角を高精度に設定しないと、試料５の側面ある
いは試料台４に入射Ｘ線１が入射し、反射率その他の測
定精度及び再現性が低下する。実際には試料毎に大き
さ、厚さ及びそり等の形状が異なるため、試料台４の移
動機構の機械的精度のみにより試料５の位置を高精度に
設定することは困難である。

【００２８】しかし本実施例では図１１で示したように
試料台４の移動機構及び散乱Ｘ線検出器１１等を用い、
以下の（ａ）から（ｇ）までの手順で試料を全反射条件
に設定することができる。（ａ）試料台４を十分下げ、入射Ｘ線１が試料５に入射
すること無く全て反射Ｘ線検出器７に入射するようにす
る。この時Ｘ線は試料に反射していないが、反射率Ｒ＝
１．０と定義する。入射Ｘ線検出器３は入射Ｘ線１の強
度の変動を補正するために用いる。

【００２９】（ｂ）試料台４の高さをＲ＝０．５となる
まで上げる。精度０．１μｍ程度で設定する。（ｃ）反射率の入射角依存性（例えば入射角＝−０．５
°から１．５°程度の範囲）を測定し全反射臨界角θｃ
を求める。（ｄ）入射角を０＜θ＜θｃの間の目的の値、例えばθ
＝０．６°に設定する。（ｅ）試料台４の高さを変化させながら散乱Ｘ線強度を
測定し、散乱Ｘ線強度の試料台４の高さに対する関係を
求める。

【００３０】（ｆ）試料台４の高さを、（ｅ）で測定し
た散乱Ｘ線強度の小さい領域の中点に設定する。Ｘ線１
が全反射していない場合、すなわちＸ線１が試料５の側
面あるいは試料台４に入射した場合に散乱Ｘ線強度が大
きくなるので、上記の中点は試料５の中央にＸ線１が入
射している場合を意味する。（ｇ）上記（ｃ）及び（ｂ）を再度実行する。以上の手順により目的の入射角θにおける試料位置の自
動調整が完了する。

【００３１】Ｘ線１の試料に対する入射角をθとし、試
料５のＸ線に対する屈折率をｎとすると臨界角θｃは次
式（３）で与えられ、 θｃ＝√２（１−ｎ） …（３）例えば、波長０．１５ｎｍのＸ線に対しては通常０．２
°から０．６°の値となる。θ＜θｃの時全反射が起き
るが、この時物質内にＸ線が全く進入しないわけではな
く、表面に沿った波が存在する。その強度が１／ｅにな
る深さを進入深さと呼び、θ＜＜θｃの時は波長によら
ず、例えばＳｉで３．２ｎｍ、Ａｕでは１．２ｎｍとな
る。このような全反射条件のもとで各種の特性を測定す
ることにより極薄膜あるいは表面の測定が可能となる。

【００３２】（３）測定例図１６は、Ｘ線ビ−ム１の進行方向の長さＬ＝４０ｍｍ
のグラファイト基板上ＬＢ膜（Ｌangmuir-Ｂlodgett膜
の略、単分子膜）を試料として実測したＸ線反射率の角
度依存性を示す図である。また、図１７は、図１５を説
明するためにＸ線ビーム１と試料５との位置関係を示し
た図である。図１６中の符号（ａ）から（ｄ）を測定し
た時の試料の位置を、図１７の同一の記号の図に示して
ある。（ａ）はθ＜０の場合であり入射Ｘ線１は試料５
を通過しない。（ｂ）はθ＝０の場合であり入射Ｘ線１
の１／２だけが通過する。（ｃ）では入射Ｘ線１の１０
０％近くが反射する。（ｃ）から（ｄ）に到るまで入射
角の増加とともに反射率が減少する。本実施例では試料
５の中心から反射Ｘ線検出器７の入射窓までの距離は３
００ｍｍ、入射窓の直径は１５ｍｍであるため（ｄ）よ
り大きな角度では測定出来ない。

【００３３】図１８は、本実施例を用いてＡ，Ｂ２種の
試料について全反射モードでグラファイト基板上の金属
含有ＬＢ膜の測定をおこなったときの反射率Ｒのエネル
ギーＥ（ｋｅＶ）に対する変化のスペクトルを示したも
ので、試料Ｂについての実測例である。このスペクトル
では試料表面に含まれる原子の吸収端より高エネルギ−
側でＸ線の異常分散による振動が生ずる。この振動構造
はＸ線吸収スペクトルに見られるＥＸＡＦＳと呼ばれる
振動構造と類似の現象である。計算によりこの反射率の
スペクトルからＸ線吸収スペクトルを近似的に求め、こ
のスペクトルをフーリエ変換することにより、動径分布
関数が得られる。この動径分布関数からＸ線吸収原子の
周囲の他の原子の配列を解析することができ、Ａ，Ｂ２
試料について解析を行ったところ、両者ともＬＢ膜の金
属原子とグラファイト基板の結合を裏付ける配位数が得
られた。

【００３４】また、図１９に蛍光Ｘ線検出器１２で測定
した蛍光Ｘ線１３のエネルギーをマルチチャンネルアナ
ライザーにより測定したＡ，Ｂ２試料についての測定結
果を示す。これより上記金属含有ＬＢ膜の単位面積あた
りの金属原子の数（原子数／ｃｍ）が蛍光Ｘ線収量と
して得られた。

【００３５】また、図８０はＡ，Ｂ２試料についてＸ線
回折を実測した結果のスペクトル曲線図を示したもの
で、これより上記金属含有ＬＢ膜の配列密度が得られ
た。これらの総合より、従来測定されていたＬＢ膜の被
覆率を、より正確に厳密に知ることができる。すなわ
ち、以前は膜が基板を覆っている面積率という意味での
被覆率を測定していたが、本発明装置により、ＬＢ膜が
どれだけ密に基板を覆っているかを定量的に測定可能と
なった。

【００３６】図２１は、その一例としてグラファイト基
板上に被覆された金属含有ＬＢ膜について今回測定した
Ａ，Ｂ２つの試料のＬＢ膜の被覆の様子のモデル図を示
したものであり、これから試料Ａは試料Ｂよりも密に覆
われていることが原子単位の配列状況として知ることが
できる。

【００３７】

【発明の効果】上述したように本発明のＸ線複合分析装
置によれば、通常条件あるいは全反射条件のもとで、同
一試料の同じ箇所を迅速に再現性良く、Ｘ線をプローブ
とした３つの方法、すなわちＸ線回折法、蛍光Ｘ線分析
法及びＥＸＡＦＳによって測定し、材料を長距離構造解
析、元素の定量分析、短距離構造解析と相補的に解析す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例となるＸ線複合分析装置の構
成例を示すブロック概略図。

【図２】同じく図１における試料測定部の正面図。

【図３】同じく図１における試料測定部の側面図。

【図４】同じく表面Ｘ線回折を測定するためのゴニオメ
ータ及び検出器の配置図。

【図５】同じく全反射ＥＸＡＦＳを測定するためのゴニ
オメータ及び検出器の配置図。

【図６】同じく透過ＥＸＡＦＳを測定するためのゴニオ
メータ及び検出器の配置図。

【図７】同じく蛍光Ｘ線分析による面内組成分布を測定
するためのゴニオメータ及び検出器の配置図。

【図８】同じく測定例としての蛍光Ｘ線スペクトル曲線
図。

【図９】同じく測定例としてのＸ線回折スペクトル曲線
図。

【図１０】同じくＸ線吸収スペクトルから求めた動径分
布関数の特性図。

【図１１】本発明の他の実施例となるＸ線複合分析装置
のブロック概略図。

【図１２】同じく回折Ｘ線検出器８を主体に示したブロ
ック概略図。

【図１３】同じく試料台移動機構の概要を示す要部断面
図。

【図１４】同じくシンクロトロン放射光をＸ線源に用い
た場合のＸ線光学系を示した概要図。

【図１５】同じくシンクロトロン放射光をＸ線源に用い
た場合のＸ線光学系の測定部付近を示した概要図。

【図１６】同じく実測したグラファイト基板上ＬＢ膜表
面の反射率の角度依存性（Ｘ線反射率と入射角との関
係）を示した特性図。

【図１７】同じく図１６におけるＸ線ビームと試料５の
位置関係を示す原理図。

【図１８】同じく本実施例の装置を用いて測定した表面
の反射率スペクトル曲線図。

【図１９】同じく本実施例の装置を用いて測定した表面
の蛍光Ｘ線スペクトル曲線図。

【図２０】同じく本実施例の装置を用いて測定した表面
のＸ線回折スペクトル曲線図。

【図２１】同じく本実施例の装置用いて測定した試料
Ａ、Ｂの評価結果の模式図。

【符号の説明】

１…入射Ｘ線、２…４象限スリッ
ト、３…入射Ｘ線検出器、４…試料台、
５…試料、６…反射Ｘ線７…
反射Ｘ線検出器、８…回折Ｘ線検出器、
９…回折Ｘ線、１０…散乱Ｘ線、１
１…散乱Ｘ線検出器、１２…蛍光Ｘ線検出
器、１３…蛍光Ｘ線、１４…モノク
ロメータ、１５…Ｘ線集光鏡、１６…
高調波除去鏡、１７…透過Ｘ線、１
８…２次電子検出器、１９…排気用フランジ、
２０…測定室（真空容器）、２１…試料交換用フラ
ンジ、３０…Ｘ線源、３４…Ｘ−Ｚ移動機構、
３５…Ｙ移動機構、３６…φ軸回転機構、
３７…χ軸回転機構、３８…ω軸回転機
構、３９…試料ホルダー、８１…計数器
部、８２…真空容器部、８３…第１
のＸ線透過窓、８４…第２のＸ線透過窓、８
５…電極、８６…ガス混合装
置、８７…圧力調整器、８８…ガスボ
ンベ、８９…真空計、９０…締切
バルブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者末永和史神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも任意の方向に移動可能な試料台
と、この試料台上に載置された被測定試料とを収納した
測定容器と、前記測定容器内の試料に所定の入射角度で
入射Ｘ線を照射する手段と、前記試料から放出されるＸ
線情報を所定の検出器で計測する手段とを備えて成るＸ
線分析装置であって、同一測定容器内に収納された前記
試料から放出されるＸ線情報を、少なくとも回折Ｘ線検
出器、蛍光Ｘ線検出器及び反射Ｘ線検出器で計測する手
段と、Ｘ線源からのＸ線をモノクロメータ及び入射Ｘ線
検出器に順次入射させ、かかる入射Ｘ線を前記試料に所
定の角度で照射する手段と、前記入射Ｘ線と試料との位
置関係を前記計測手段における各検出器の種類に応じて
自動的に制御する機構とを具備して成るＸ線複合分析装
置。
【請求項２】Ｘ線源からのＸ線をモノクロメータ及び入
射Ｘ線検出器に順次入射させ、かかる入射Ｘ線を試料に
所定の角度で入射させ、試料とＸ線との相互作用を測定
するＸ線分析装置であって、前記試料より回折するＸ線
強度を計測する回折Ｘ線検出器と、同じく試料から発生
する蛍光Ｘ線を計測する蛍光Ｘ線検出器と、Ｘ線の反射
率を測定する反射Ｘ線検出器もしくは透過率を測定する
透過Ｘ線検出器とを備え、同一の測定容器内で試料のＸ
線回折、蛍光Ｘ線分析及びＥＸＡＦＳの計測を可能とし
たＸ線複合分析装置。
【請求項３】Ｘ線源からのＸ線をモノクロメータ及び入
射Ｘ線検出器に順次入射させ、かかる入射Ｘ線を試料に
所定の角度で入射させ、試料とＸ線との相互作用を測定
するＸ線分析装置であって、前記試料より回折するＸ線
強度を計測する回折Ｘ線検出器と、同じく試料から発生
する蛍光Ｘ線を計測する蛍光Ｘ線検出器と、全電子収率
を計測する電子検出器とを備え、同一の測定容器内で試
料のＸ線回折、蛍光Ｘ線分析及びＥＸＡＦＳの計測を可
能としたＸ線複合分析装置。
【請求項４】上記測定容器に真空排気手段を配設して真
空容器とし、前記真空容器内に収納された試料に入射す
る入射Ｘ線ビームの入射角を任意に設定する入射角設定
機構と、入射Ｘ線ビームの入射位置を調節するための試
料移動機構との操作を、真空容器内の真空度を維持しつ
つ、前記真空容器外から操作できる機構を備えて成る請
求項１乃至３何れか記載のＸ線複合分析装置。
【請求項５】上記入射Ｘ線の試料表面への入射角をＸ線
の全反射臨界角より小さい角度に設定し、さらに入射Ｘ
線のエネルギーを連続的に変化させてＸ線のエネルギー
依存性を測定できる機構を備え、全反射Ｘ線分析を可能
として成る請求項１乃至３何れか記載のＸ線複合分析装
置。
【請求項６】上記回折Ｘ線検出器として湾曲型位置敏感
検出器を備え、試料からの複数の回折Ｘ線を同時に測定
できる機構を具備して成る請求項１乃至３何れか記載の
Ｘ線複合分析装置。