JPH05322804A - X線反射プロファイル測定方法及び装置 - Google Patents

X線反射プロファイル測定方法及び装置

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JPH05322804A
JPH05322804A JP4123611A JP12361192A JPH05322804A JP H05322804 A JPH05322804 A JP H05322804A JP 4123611 A JP4123611 A JP 4123611A JP 12361192 A JP12361192 A JP 12361192A JP H05322804 A JPH05322804 A JP H05322804A
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Katsuhisa Usami
勝久 宇佐美
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 1回の試料調整で同時に多数点のX線反射プ
ロファイルの測定を可能にするX線反射プロファイル測
定方法及び装置を提供する。 【構成】 ライン状のX線源1と、X線源1から出射す
るX線束の形状、発散性を制限するスリット系(4、
5)と、該X線束を単色化するX線単色器6と、試料1
1へ入射するX線束の大きさを制限するスリット8と、
試料傾斜・位置調整装置9及び試料角度走査機構10
と、試料で反射されたX線束の強度を該試料上の位置の
関数としてX線束の幅方向に計測する検出スリット12
付きX線検出器14と、検出器走査機構13とこれらを
制御する制御装置(図示せず)とで構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】液晶を用いたディスプレイや半導
体などの分野で基板上に多層の薄膜を積層した材料や素
子において、これら材料や素子内での膜厚分布を非破壊
的にかつ迅速に測定するのに好適なX線反射プロファイ
ル測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体を始め多くの分野で基板上に多数
の薄膜を積層した材料や素子が用いられている。形成さ
れた膜の膜厚は、その材料や素子の特性にしばしば影響
を与えるため、正確に制御することが必要であり、その
ためには膜厚の正確な測定や材料内での膜厚分布計測が
必須である。
【0003】このような観点から従来いくつかの膜厚測
定法が考案されている。この中でX線の反射プロファイ
ルを用いた方法は、光に対し透明性のない系、例えばS
i基板やガラス基板上に金属膜を形成した系での金属膜
厚の測定あるいは多層の金属膜を形成した系での膜厚の
測定も可能であるという利点がある。これは論文"K.Sak
urai and A.Iida:to be published in Adv.X-Ray Anal.
35(1992)”にて発表されており、またX線反射率測定
装置として市販されている。
【0004】従来のX線の反射プロファイル測定装置に
よる測定の概要を図2を参照して説明する。同図におい
て、X線源1からのX線を結晶分光器あるいはフィルタ
等のX線単色器6で単色化し、入力スリット8で適宜、
単色X線束7の形状を成型した後、試料11に照射す
る。さらに試料11から反射されたX線強度を試料11
へのX線の入射角度θの関数として計測する。
【0005】試料11及び検出スリット12を具備した
検出器をθ/2θの関係を保持して回転走査することに
より反射プロファイルを測定している。
【0006】検出スリット12を省き、十分大きい検出
器を用いて試料のθ走査だけで反射プロファイルを測定
している場合もあるが、この場合には散乱線のためS/
Nが低下する。
【0007】次に図3に反射プロファイルの模式図を示
す。X線の波長と物質で決まる全反射角度より僅かに大
きい角度領域に振動パタ−ンが生じ、この振動パタ−ン
の周期から膜厚が求められる。図3から判るように非常
に小さい角度領域に振動パタ−ンは生じるため測定前に
入射X線と試料表面との平行性を十分良くした後に測定
する必要があり、従来装置では1回の試料平行性の調整
で1つの反射プロファイルを測定している。このため1
回の計測で1点の膜厚しか得られず、膜厚分布の測定で
は、試料を適宜、並進走査して所望の測定位置毎に反射
プロファイルを測定し試料全体の膜厚分布を求めてい
る。また従来装置では試料台の回転軸と検出器の回転軸
を同一にしたθ/2θ走査を行う回転機構が用いられて
おり、該試料台上にX線と試料表面との平行性調整機構
及び試料並進機構が組み込まれた構成になっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述したようにX線反
射プロファイルの測定による膜厚測定はどんな対象にも
適用可能であり、しかも精度良く測定できるという優れ
た特徴を有する。
【0009】しかし、従来のX線反射プロファイル測定
装置による膜厚分布測定では、本質的に点測定であるた
めに膜厚分布を調べるためには多数の反射プロファイル
をその都度入射X線と試料表面との平行性を調整して測
定する必要があった。このため膜厚分布測定には多大の
計測時間を要するという問題があった。
【0010】また従来のX線反射プロファイル測定装置
では試料の角度走査と検出器の角度走査の軸を同軸にし
た試料台を使用しているため、膜厚分布の計測には必要
不可欠な試料自体の並進走査及び平行性調整を行なう機
構をこの試料台上に組み込んだ構成となっており、特に
大口径試料への適用を考えたとき試料台自体が大型化
し、複雑化するという問題があった。
【0011】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、1回の試料位置調整で多数点の反射プロフ
ァイルの測定を可能にして試料位置調整に要する時間を
低減し、延いては膜厚分布測定の所要時間を短縮すると
共に、試料台の簡素化を図ったX線反射プロファイル測
定方法及び装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明のX線反射プロフ
ァイル測定方法は、シート状X線束を生成し、該シート
状X線束を単色化すると共に、該単色化されたシート状
X線束を試料に照射し、該試料に入射されるシート状X
線束と試料とのなす角度に応じて試料からの反射シート
状X線束がシート状X線束の幅方向に分割して計測可能
なX線検出手段により検出されるように前記試料の角度
を走査しかつ該試料の角度の変化に応じてX線検出手段
の検出部の位置を一定の関係に基づいて移動させること
を特徴とする。
【0013】本発明のX線反射プロファイル測定方法
は、高さ方向に開き角を有するシート状X線束を生成
し、該シート状X線束を単色化すると共に、該単色化さ
れたシート状X線束をスリットを介して試料表面上で集
束させ、該スリットを単色化されたシート状X線束の高
さ方向にステップ状に移動させることにより試料へのシ
ート状X線束の入射角を走査し、この入射角に応じて試
料からの反射シート状X線束を検出するX線検出手段の
検出部を一定の関係に基づいて移動させることを特徴と
する。
【0014】本発明のX線反射プロファイル測定方法
は、高さ方向に開き角を有するシート状X線束を生成
し、該シート状X線束を単色化すると共に、該単色化さ
れたシート状X線束を試料表面上で集束させ、試料から
の反射シート状X線束を二次元位置敏感型検出手段によ
り検出することを特徴とする。
【0015】本発明のX線反射プロファイル測定装置
は、ライン状のX線束を発生するライン状X線源と、該
ライン状X線源から出射されたX線束の幅方向の発散を
制限する第1の発散制限用スリットと、該第1の発散制
限用スリットから出射されたX線束の高さ方向の発散を
制限する第2の発散制限用スリットと、該第2の発散制
限用スリットから出射されたシート状X線束を単色化す
るX線単色化手段と、試料の位置調整を行なう試料傾斜
及び位置調整手段を含む試料支持台と、試料に入射され
るシート状X線束と試料とのなす角度を走査する試料角
度走査手段と、試料からの反射X線を通過せしめる検出
スリットと、該検出スリットを介して試料より反射され
たX線の強度を検出するX線検出手段と、該X線検出手
段を該X線検出手段に入射されるシート状X線束の幅方
向に直進走査する検出部走査手段と、前記検出スリッ
ト、X線検出手段及び検出部走査手段が搭載された検出
部支持台と、該検出部支持台に搭載された検出スリット
及び検出手段を試料から反射されたシート状X線束の反
射角に応じて角度走査する検出部支持台走査手段と、入
射されたシート状X線束と試料とのなす角度に応じてそ
の試料からの反射シート状X線束が前記X線検出手段に
より検出されるように前記試料角度走査手段及び検出部
支持台走査手段を一定の関係に基づいて駆動制御する制
御手段とを有することを特徴とする。
【0016】本発明のX線反射プロファイル測定装置
は、前記試料角度走査手段は、試料を回転駆動すること
により回転走査を行なう走査機構部を含み、前記検出部
支持台走査手段は、前記検出部支持台に搭載された検出
スリット及び検出手段を直進走査を行なう走査機構部を
含んで構成されることを特徴とする。
【0017】本発明のX線反射プロファイル測定装置
は、ライン状のX線束を発生するライン状X線源と、該
ライン状X線源から出射されたX線束の幅方向の発散を
制限する第1の発散制限用スリットと、該第1の発散制
限用スリットから出射されたX線束の高さ方向の発散を
制限する第2の発散制限用スリットと、該第2の発散制
限用スリットから出射されたシート状X線束を単色化す
るX線単色化手段と、試料の位置調整を行なう試料傾斜
及び位置調整手段を含む試料支持台と、試料に入射され
るシート状X線束と試料とのなす角度を走査する試料角
度走査手段と、試料からの反射X線を通過せしめる検出
スリットと、該検出スリットを介して試料より反射され
たX線の強度を検出するX線検出手段と、前記検出スリ
ット及びX線検出手段が搭載された検出部支持台と、該
検出部支持台に搭載された検出スリット及び検出手段を
試料から反射されたシート状X線束の反射角に応じて角
度走査する検出部支持台走査手段と、入射されたシート
状X線束と試料とのなす角度に応じてその試料からの反
射シート状X線束が前記X線検出手段により検出される
ように前記試料角度走査手段及び検出部支持台走査手段
を一定の関係に基づいて駆動制御する制御手段とを有
し、前記X線検出手段は、一次元位置敏感型検出器を含
んで構成されることを特徴とする。
【0018】本発明のX線反射プロファイル測定装置
は、前記X線単色化手段は、チャンネルカット型結晶分
光素子であることを特徴とする。
【0019】本発明のX線反射プロファイル測定装置
は、前記X線単色化手段は、フィルタであることを特徴
とする。
【0020】本発明のX線反射プロファイル測定装置
は、ライン状のX線束を発生するライン状X線源と、該
ライン状X線源から出射されたX線束の幅方向の発散を
制限する第1の発散制限用スリットと、該第1の発散制
限用スリットから出射されたX線束の高さ方向の発散を
開き角を有するように制限する第2の発散制限用スリッ
トと、該第2の発散制限用スリットから出射されたシー
ト状X線束を単色化するX線単色化手段と、該X線単色
化手段から出射され、試料に照射される高さ方向に開き
角を有するシート状X線束の高さ方向の大きさを決定す
るX線束入射手段と、試料からの反射X線を通過せしめ
る検出スリットと、該検出スリットを介して試料より反
射されたX線の強度を検出するX線検出手段と、該X線
検出手段を該X線検出手段に入射されるシート状X線束
の幅方向に直進走査する検出部走査手段と、前記検出ス
リット、X線検出手段及び検出部走査手段が搭載された
検出部支持台と、該検出部支持台に搭載された検出スリ
ット及び検出手段を試料から反射されたシート状X線束
の反射角に応じて角度走査する検出部支持台走査手段
と、入射されたシート状X線束と試料とのなす角度に応
じてその試料からの反射シート状X線束が前記X線検出
手段により検出されるように前記X線束入射手段及び検
出部支持台走査手段を一定の関係に基づいて駆動制御す
る制御手段とを有することを特徴とする。
【0021】本発明のX線反射プロファイル測定装置
は、前記X線単色化手段はヨハンソン型湾曲結晶分光素
子を含んで構成され、かつ前記X線束入射手段は直進走
査可能な支持機構を備えたスリットを含んで構成される
と共に、前記ライン状X線源及びヨハンソン型湾曲結晶
分光素子の湾曲面はローランド円上に設置され、前記ヨ
ハンソン型湾曲結晶分光素子より出射されたたシート状
X線束の集束位置に試料が配置されるように構成される
ことを特徴とする。
【0022】本発明のX線反射プロファイル測定装置
は、高さ方向に開き角を有するシート状のX線束を発生
するX線発生手段と、該X線発生手段から出射されたシ
ート状X線束を単色化するX線単色化手段と、試料の位
置調整を行なう試料傾斜及び位置調整手段を含む試料支
持台と、試料より反射されたX線強度を検出するX線検
出手段と、前記X線検出手段及び検出部走査手段が搭載
される検出部支持台とを有することを特徴とする。
【0023】本発明のX線反射プロファイル測定装置
は、前記X線検出手段は、二次元位置敏感型検出器であ
ることを特徴とする。
【0024】
【作用】上記構成のX線反射プロファイル測定方法にお
いては、シート状X線束が生成され、該シート状X線束
が単色化されると共に、該単色化されたシート状X線束
が試料に照射され、該試料に入射されるシート状X線束
と試料とのなす角度に応じて試料からの反射シート状X
線束がシート状X線束の幅方向に分割計測可能なX線検
出手段により検出されるように前記試料の角度が走査さ
れ、かつ該試料の角度の変化に応じてX線検出手段の検
出部の位置が一定の関係に基づいて移動させられる。
【0025】また上記構成のX線反射プロファイル測定
方法においては、高さ方向に開き角を有するシート状X
線束が生成され、該シート状X線束が単色化されると共
に、該単色化されたシート状X線束がスリットを介して
試料表面上で集束し、該スリットが単色化されたシート
状X線束の高さ方向にステップ状に移動させられて試料
へのシート状X線束の入射角が走査され、この入射角に
応じて試料からの反射シート状X線束を検出するX線検
出手段の検出部が一定の関係に基づいて移動させられ
る。
【0026】更に上記構成のX線反射プロファイル測定
方法においては、高さ方向に開き角を有するシート状X
線束が生成され、該シート状X線束が単色化されると共
に、該単色化されたシート状X線束が試料表面上で集束
し、試料からの反射シート状X線束が二次元位置敏感型
検出手段により検出される。
【0027】上記構成のX線反射プロファイル測定装置
においては、ライン状X線源によりライン状のX線束が
生成され、第1の発散制限用スリットによりライン状X
線源から出射されたX線束の幅方向の発散が制限され、
該第1の発散制限用スリットから出射されたX線束の高
さ方向の発散が第2の発散制限用スリットにより制限さ
れる。第2の発散制限用スリットから出射されたシート
状X線束はX線単色化手段により単色化され、試料に入
射される単色化されたシート状X線束と試料とのなす角
度が試料角度走査手段により走査される。検出スリット
を介して試料より反射されたX線の強度がX線検出手段
により検出され、該X線検出手段が該X線検出手段に入
射されるシート状X線束の幅方向に検出部走査手段によ
り直進走査される。前記検出スリット、X線検出手段及
び検出部走査手段が搭載された検出部支持台の検出スリ
ット及び検出手段が試料から反射されたシート状X線束
の反射角に応じて検出部支持台走査手段により角度走査
される。入射されたシート状X線束と試料とのなす角度
に応じてその試料からの反射シート状X線束が前記X線
検出手段により検出されるように前記試料角度走査手段
及び検出部支持台走査手段が制御手段により一定の関係
に基づいて駆動制御される。
【0028】上記構成のX線反射プロファイル測定装置
においては、ライン状X線源によりライン状のX線束が
生成され、第1の発散制限用スリットによりライン状X
線源から出射されたX線束の幅方向の発散が制限され、
該第1の発散制限用スリットから出射されたX線束の高
さ方向の発散が第2の発散制限用スリットにより制限さ
れる。第2の発散制限用スリットから出射されたシート
状X線束はX線単色化手段により単色化され、試料に入
射されるシート状X線束と試料とのなす角度が試料角度
走査手段により走査される。検出スリットを介して試料
より反射されたX線の強度が一次元位置敏感型検出器を
含んで構成されるX線検出手段により検出され、前記検
出スリット及びX線検出手段が搭載された検出部支持台
の検出スリット及び検出手段が試料から反射されたシー
ト状X線束の反射角に応じて検出部支持台走査手段によ
り角度走査される。入射されたシート状X線束と試料と
のなす角度に応じてその試料からの反射シート状X線束
が前記X線検出手段により検出されるように前記試料角
度走査手段及び検出部支持台走査手段が一定の関係に基
づいて制御手段により駆動制御される。
【0029】上記構成のX線反射プロファイル測定装置
においては、本発明のX線反射プロファイル測定装置
は、ライン状X線源によりライン状のX線束が生成さ
れ、第1の発散制限用スリットによりライン状X線源か
ら出射されたX線束の幅方向の発散が制限され、該第1
の発散制限用スリットから出射されたX線束の高さ方向
の発散が第2の発散制限用スリットにより開き角を有す
るように制限される。第2の発散制限用スリットから出
射されたシート状X線束はX線単色化手段により単色化
され、X線単色化手段から出射され、試料に照射される
高さ方向に開き角を有するシート状X線束の高さ方向の
大きさはX線束入射手段により決定され、検出スリット
を介して試料より反射されたX線の強度がX線検出手段
により検出される。X線検出手段は該X線検出手段に入
射されるシート状X線束の幅方向に検出部走査手段によ
り直進走査され、前記検出スリット、X線検出手段及び
検出部走査手段が搭載された検出部支持台の検出スリッ
ト及び検出手段が試料から反射されたシート状X線束の
反射角に応じて検出部支持台走査手段により角度走査さ
れる。入射されたシート状X線束と試料とのなす角度に
応じてその試料からの反射シート状X線束が前記X線検
出手段により検出されるように前記X線束入射手段及び
検出部支持台走査手段が制御手段により一定の関係に基
づいて駆動制御される。
【0030】上記構成のX線反射プロファイル測定装置
においては、X線発生手段により高さ方向に開き角を有
するシート状のX線束が生成され、該X線発生手段から
出射されたシート状X線束がX線単色化手段により単色
化される。この単色化されたシート状X線束は試料の位
置調整を行なう試料傾斜及び位置調整手段を含む試料支
持台に支持された試料に照射され、この試料より反射さ
れたX線の強度が二次元位置敏感型検出器を含んで構成
されるX線検出手段により検出される。
【0031】図1においてライン状X線源1より出射し
たX線束2は、スリット3により横発散が抑制され、横
方向には十分大きく縦方向には細隙を有したスリット4
及び5により縦方向の発散が抑制されたシ−ト状の平行
性の良いX線束になる。この後、X線単色器6(結晶分
光器あるいは適切なフィルタ等)によりこのX線束を単
色化することによりシ−ト状の単色X線束7が得られ
る。
【0032】いまこの単色X線束7の進行方向をy軸
に、単色X線束7の進行方向に対する垂直方向をx軸及
びz軸にとる。シ−ト状X線束7と試料11との平行性
を試料傾斜及び位置調整機構9により調整した後、試料
11をX線束7に対し角度θだけ傾けるとX線束7は試
料11表面にある回転中心線上(L)で反射され、2θ
の方向にシ−ト状の反射X線束となって反射される。
【0033】検出スリット12及び検出器14を設置し
た検出部駆動機構を含む駆動台15を駆動して検出器1
4をRtan(2θ)(Rは試料の回転中心と検出スリットと
の距離)だけz方向に直進させれば反射されたX線束は
検出スリット12を通過し検出器14に到達する。
【0034】X線束7の平行性は試料11による反射後
も保たれていることから、検出スリット12の幅方向の
各位置は、試料11のラインL上の位置に1対1に対応
する。即ち、検出スリット12の後部に設置した検出器
14を幅方向に走査して検出スリット12のそれぞれの
位置で透過してきたX線の強度を順次、計測すれば、角
度θにおける試料11のラインL上の反射強度が計測さ
れる。この後、試料11のX線束7に対する角度θを順
次、走査させると共に、検出部駆動機構を含む駆動台1
5を駆動して検出器14をRtan(2θ)でz軸方向に直進
走査させて検出器14によりX線の強度を順次、計測し
てゆけば、試料11のラインL上の各位置での反射プロ
ファイルが得られる。この反射プロファイルを適宜な方
法で解析すればラインL上の各点での膜厚が求められ、
X線束と試料との平行性の調整を1回、行なうのみで試
料上の多数点の膜厚測定を行なうことができる。
【0035】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図4及び図5に本発明に係るX線反射プロファイ
ル測定装置の一実施例の構成を示す。図4は本発明に係
るX線反射プロファイル測定装置の側面図であり、図5
はその試料部及び検出部の平面図である。これらの図に
おいて1はライン状X線源であり、Cuタ−ゲットを用
い、長さ30mmの線源を用いた。3はX線の横発散を
制限するスリットで、 板厚0.05mm、大きさ10
0×20mmの薄板を0.2mm間隔で200枚積層し
たものを用いた。これによりX線束の横発散が3mrad
以下に抑えられる。
【0036】4及び5はX線束の縦発散を抑えるととも
にシ−ト状のX線束を形成するためのスリットであり、
それぞれ幅30mm、間隙0.1mmにした。X線束の
縦発散を1mrad 以下にするためスリット4とスリット
5との間隔を200mmにした。
【0037】6はX線単色器であり、結晶分光器あるい
はフィルタが用いられる。本実施例ではSiのチャンネ
ルカット結晶分光素子(反射面はSi(111))を用
いた。これによりX線源1から水平方向に取り出したシ
−ト状のX線束は分光後も水平X線束となり、後置の装
置調整が容易になる。フィルタの場合もX線源から水平
方向に取り出したシ−ト状のX線束は分光後も水平X線
束となり、後置の装置調整が容易である。X線単色器と
してのフィルタは、結晶分光器に比べ、安価で簡単、か
つ高強度が得られるという利点があるが、波長分解能が
やや悪くなる。
【0038】今、チャンネルカット結晶分光素子から出
射したX線束の進行方向をy軸とし、X線束面内でy軸
に垂直な方向をx軸、x軸及びy軸に垂直な方向をz軸
とする。 9及び10は試料台を構成する試料の駆動に
関する機構部で、10は初期光学系の調整機構を含む試
料の角度走査機構、9は試料角度走査機構10の上に設
置された試料調整機構で、X線束7と試料11表面との
平行性調整用のx軸、z軸回りの回転機構とz軸方向調
整機構及び試料のx,y方向の並進機構により構成され
ている。
【0039】12は検出スリット、14は前面にx方向
に細隙のあるスリットを具備した1チャンネルの検出器
で、ここではシンチレ−ションカウンタを用いた。検出
器14は検出器走査機構13により反射されてきたシ−
ト状X線束のx方向に並進走査できるようした。検出ス
リット12および検出器14の角度走査用回転軸と試料
の角度走査機構10の角度走査用回転軸とを同軸にする
ことも可能であるが、ここでは機構部の簡単化を図るた
め、独立にした。即ち、15は、検出スリット12と、
検出走査機構13を介して設置される検出器14とが搭
載された駆動台としての機能を有する、検出スリット1
2及び検出器14走査のための検出部駆動機構を含む駆
動台であり、検出スリット12及び検出器14をz方向
に駆動できるように構成され、制御装置16により試料
角度に対応させてz方向に直進走査するように構成され
ている。このように構成することにより、検出系とは全
く独立に試料に関わる各種調整が可能となった。
【0040】上記構成からなるX線反射プロファイル測
定装置によりX線反射プロファイルを以下の手順で計測
した。
【0041】まず、チャンネルカット結晶分光素子より
出射したシ−ト状X線束が検出スリット12を通るよう
に駆動台15を調整する。この位置を角度0度に設定す
る。次に試料の角度走査の中心軸がx軸に一致するよう
に角度走査機構10に組み込まれている調整機構により
調整する。これらの調整は装置設置時に一度行えば良
い。
【0042】次にX線束7と試料11表面との平行性を
試料台に組み込んだ調整機構9により調整する。この調
整により角度走査の中心軸が試料11表面上に来る。
【0043】次に平行性の調整終了後に試料11を試料
角度走査機構10により所定の初期角度θ1に設定す
る。この時シ−ト状X線束7は試料11上にある角度走
査中心軸上のラインL上で2θ1の方向にシ−ト状の反
射X線束となって反射される。この場合に検出スリット
12をRtan(2θ1)だけ駆動台15に含まれる検出部駆
動機構によりz方向に直進移動させれば反射されたX線
のみ検出スリット12を通過し、検出器14に到達す
る。ここでRは試料の回転中心と検出器スリットとの距
離である。
【0044】今、検出器14の並進走査をステップ的に
行うことにし、例えばステップ1で計測されたX線の強
度をメモリ17内のチャンネル1のデ−タ1に、ステッ
プ2で計測された強度をメモリ17内のチャンネル2の
デ−タ1に、同様にステップiで計測された強度をメモ
リ17内のチャンネルiのデ−タ1に格納する。
【0045】このようにしてx方向にX線束の幅だけ検
出器14を走査した後、検出器14を初期位置に戻す。
この後、試料角度を微小角度回転させ上記の走査を繰り
返す。この走査を予め設定しておいた角度θ2まで行え
ばメモリ内のチャンネルjのデ−タ点列は試料上のステ
ップ間隔xjの位置のX線反射プロファイルを与える。
この後、試料をy方向(場合によってはx方向に)に適
宜移動させて上記の計測を繰り返せば試料全体の膜厚分
布が得られることになる。
【0046】本実施例によれば、1回の試料角度調整で
試料上のラインに沿ってX線束の幅に対応する領域のX
線反射プロファイルが検出器14の走査ステップ数だけ
測定することができ、膜厚計測の所要時間が大幅に短縮
されるという効果がある。
【0047】また得られた膜厚分布結果をディスプレイ
18等に表示すれば、試料面内での膜厚変化が明瞭に観
察できる。さらに試料搬送機構を試料台に接続すれば、
多くの試料の膜厚をより短時間で測定することが可能に
なる。
【0048】図6に本発明の他の実施例の構成を示す。
本実施例は、上記実施例における1チャンネルの検出器
14の代わりに一次元の位置敏感型検出器19を用いた
ものである。一次元位置敏感型検出器19には有効長5
0mm、窓高さ10mm、位置分解能0.2mmのPS
PC( Position Sensitive Proportional Counter)を用
いた。チャンネル数はマルチチャンネルアナライザ21
により256−1024チャンネルが任意に選べるよう
に構成されている。
【0049】反射X線を検出スリット12まで導くため
の手順は上記実施例と同様である。一次元の位置敏感型
検出器19に到達したX線束7はマルチチャンネルアナ
ライザ21により選択されたチャンネル数に対応して各
チャンネルごとにその強度が記録される。予め設定され
た時間計測された後、マルチチャンネルアナライザ21
からメモリ17に各チャンネル毎に計測強度を転送、角
度θ1のときの強度として格納される。この後、試料角
度を角度走査機構10により所定の微小角回転させ、上
記の操作を予め設定しておいた角度θ2まで行う。
【0050】以上の手順によりチャンネル数を256に
選び角度θを0.3度から1.0まで計測した。メモリ1
7内の各チャンネルのデ−タ点列は試料上のラインLに
沿ってのX線反射プロファイルを与えるが、ここでは4
チャンネル分を加えあわせ64点の反射プロファイルを
得た。それぞれの振動パタ−ンから試料11上のライン
Lに沿っての膜厚が求められるが、一次元位置敏感型検
出器19の有効長が50mm、X線束7の幅が30mm
であるため有効な試料上の点数は38点である。 すな
わち、試料11上30mmの領域に対し38点の膜厚が
1回の試料角度調整で求められた。この後、試料をy方
向(場合によってはx方向に)に適宜、移動させて上記
の計測を繰り返せば試料11全体の膜厚分布が得られる
ことになる。
【0051】本実施例では検出器をX線束の幅方向に走
査すること無しに1回の試料角度調整で試料上のあるラ
インに沿ってX線束の幅に対応する領域のX線反射プロ
ファイルが計測でき、計測所要時間が、さらに短縮され
るという効果がある。
【0052】次に図7に本発明の他の実施例を示す。X
線源にライン状の線源を用いること、X線束7の横発散
抑制のためのスリットを用いること、試料台と検出器駆
動台を独立の機構にすること、検出器に走査駆動の可能
な検出器あるいは位置敏感型検出器を用いることは図
4、図6に示した実施例と同じである。本実施例が図
4、図6に示した実施例と構成上、異なるのは結晶分光
器にヨハンソン型の湾曲結晶分光器22を用い、開き角
を持ったX線束を作り、角度走査を試料前方に設置した
入射スリットの駆動機構23により行うようにした点で
ある。
【0053】図7において22はヨハンソン型湾曲結晶
分光器、4は擬似X線源とするためのスリット、8は角
度走査のための入射スリットである。一般に光源及び分
光器をロ−ランド円上に設置すれば、光源より開き角を
持って出射したX線は分光器により分光されるとともに
ロ−ランド円上の1点に集光する。ここでは、擬似X線
源4がライン状であることから集光点もライン(L)状
となる。
【0054】今、Si(220)を反射面とするヨハン
ソン型湾曲結晶分光器22を作製し、該ヨハンソン型湾
曲結晶分光器22にスリット4から出射した開き角を持
ったX線束を照射し、ラインL上に開き角2度のX線束
を生成した。角度走査用の入射スリット8及び検出スリ
ット12とラインLとの距離Rを300mmに設定し
た。試料11の測定位置を試料傾斜・位置調整機構9に
よりラインLに一致させた後、入射スリット8をRtan
θ(θは試料へのX線束の入射角度)でz方向に直進走
査することにより角度走査を行った。
【0055】また検出スリット12も入射スリット8の
直進走査に同期させてRtanθだけz方向に直進走査す
ることにより反射X線を検出した。以後、反射プロファ
イルの計測は図4あるいは図6に示した実施例と同様に
して行った。
【0056】本実施例によれば、試料台に角度走査機構
を設ける必要がなく、試料台の構成が簡単になると共
に、より大きい試料台がより簡便に作製可能になるとい
う効果がある。
【0057】次に本発明の他の実施例を図8に示す。図
8に実施例は図7に示す実施例においてX線検出器とし
て二次元の位置敏感型検出器24を用いたものである。
本実施例ではX線束の試料への入射角度を走査する機構
は全て取り除き、試料の被測定個所に角度の拡がりをも
った広幅のX線束を照射し、二次元の位置敏感型検出器
24でX線束の幅方向には試料位置の情報を、また角度
方向には反射プロファイルの角度情報を同時に記録する
方法である。ここでは二次元の位置敏感型検出器として
揮尽性フィルムを用いた。このフィルムは検出部駆動機
構15により支持されており、これによりフィルムの位
置が調整可能になっている。
【0058】本実施例によれば、試料の角度走査、検出
器の角度走査が不要となり、測定時間の大幅な短縮と試
料台の構成を大幅に簡単化することが可能になるという
効果がある。
【0059】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、試料に照射するX線をシ−ト状のX線束にし、該X
線束と試料との交線上の各位置から反射されるX線を試
料位置毎に計測、記録することにより、1回の試料角度
調整で試料上のラインに沿ってX線束の幅に対応する領
域のX線反射プロファイルが多数測定することができ、
それ故、反射プロファイルの計測所要時間が大幅に短縮
でき、延いては膜厚計測の所要時間が大幅に短縮される
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の試料上のラインに沿って1回の試料傾
斜、位置調整で多数のX線反射プロファイルを測定する
X線反射プロファイル測定装置の基本構成図である。
【図2】従来のX線反射プロファイル測定装置を示す構
成図である。
【図3】X線反射プロファイルの一例を示す模式図であ
る。
【図4】本発明に係るX線反射プロファイル測定装置の
一実施例の構成を示す側面図である。
【図5】図4に示したX線反射プロファイル測定装置の
検出部の平面図である。
【図6】本発明に係るX線反射プロファイル測定装置の
他の実施例を示す構成図である。
【図7】本発明に係るX線反射プロファイル測定装置の
他の実施例を示す構成図である。
【図8】本発明に係るX線反射プロファイル測定装置の
他の実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
1 ライン状X線源 3 横発散制限用スリット 4 縦発散制限用第1スリット 5 縦発散制限用第2スリット 6 X線単色器 7 単色X線束 8 入射スリット 9 試料傾斜・位置調整機構 10 初期光学系調整機構を内蔵した試料角度走査機構 11 試料 12 検出スリット 13 検出器走査機構 14 細隙スリット付き検出器 15 駆動台 16 制御装置 17 メモリ 19 一次元位置敏感型検出器 21 マルチチャンネルアナライザ 22 湾曲型結晶分光素子 23 入射スリット駆動機構 24 二次元位置敏感型検出器

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シート状X線束を生成し、該シート状X
    線束を単色化すると共に、該単色化されたシート状X線
    束を試料に照射し、該試料に入射されるシート状X線束
    と試料とのなす角度に応じて試料からの反射シート状X
    線束が幅方向に分割して計測可能なX線検出手段により
    検出されるように前記試料の角度を走査しかつ該試料の
    角度の変化に応じてX線検出手段の検出部の位置を一定
    の関係に基づいて移動させることを特徴とするX線反射
    プロファイル測定方法。
  2. 【請求項2】 高さ方向に開き角を有するシート状X線
    束を生成し、該シート状X線束を単色化すると共に、該
    単色化されたシート状X線束をスリットを介して試料表
    面上で集束させ、該スリットを単色化されたシート状X
    線束の高さ方向にステップ状に移動させることにより試
    料へのシート状X線束の入射角を走査し、この入射角に
    応じて試料からの反射シート状X線束を検出するX線検
    出手段の検出部を一定の関係に基づいて移動させること
    を特徴とするX線反射プロファイル測定方法。
  3. 【請求項3】 高さ方向に開き角を有するシート状X線
    束を生成し、該シート状X線束を単色化すると共に、該
    単色化されたシート状X線束を試料表面上で集束させ、
    試料からの反射シート状X線束を二次元位置敏感型検出
    手段により検出することを特徴とするX線反射プロファ
    イル測定方法。
  4. 【請求項4】 ライン状のX線束を発生するライン状X
    線源と、 該ライン状X線源から出射されたX線束の幅方向の発散
    を制限する第1の発散制限用スリットと、 該第1の発散制限用スリットから出射されたX線束の高
    さ方向の発散を制限する第2の発散制限用スリットと、 該第2の発散制限用スリットから出射されたシート状X
    線束を単色化するX線単色化手段と、 試料の位置調整を行なう試料傾斜及び位置調整手段を含
    む試料支持台と、 試料に入射されるシート状X線束と試料とのなす角度を
    走査する試料角度走査手段と、 試料からの反射X線を通過せしめる検出スリットと、 該検出スリットを介して試料より反射されたX線の強度
    を検出するX線検出手段と、 該X線検出手段を該X線検出手段に入射されるシート状
    X線束の幅方向に直進走査する検出部走査手段と、 前記検出スリット、X線検出手段及び検出部走査手段が
    搭載された検出部支持台と、 該検出部支持台に搭載された検出スリット及び検出手段
    を試料から反射されたシート状X線束の反射角に応じて
    角度走査する検出部支持台走査手段と、 入射されたシート状X線束と試料とのなす角度に応じて
    その試料からの反射シート状X線束が前記X線検出手段
    により検出されるように前記試料角度走査手段及び検出
    部支持台走査手段を一定の関係に基づいて駆動制御する
    制御手段とを有することを特徴とするX線反射プロファ
    イル測定装置。
  5. 【請求項5】 前記試料角度走査手段は、試料を回転駆
    動することにより回転走査を行なう走査機構部を含み、
    前記検出部支持台走査手段は、前記検出部支持台に搭載
    された検出スリット及び検出手段を直進走査を行なう走
    査機構部を含んで構成されることを特徴とする請求項4
    に記載のX線反射プロファイル測定装置。
  6. 【請求項6】 ライン状のX線束を発生するライン状X
    線源と、 該ライン状X線源から出射されたX線束の幅方向の発散
    を制限する第1の発散制限用スリットと、 該第1の発散制限用スリットから出射されたX線束の高
    さ方向の発散を制限する第2の発散制限用スリットと、 該第2の発散制限用スリットから出射されたシート状X
    線束を単色化するX線単色化手段と、 試料の位置調整を行なう試料傾斜及び位置調整手段を含
    む試料支持台と、 試料に入射されるシート状X線束と試料とのなす角度を
    走査する試料角度走査手段と、 試料からの反射X線を通過せしめる検出スリットと、 該検出スリットを介して試料より反射されたX線の強度
    を検出するX線検出手段と、 前記検出スリット及びX線検出手段が搭載された検出部
    支持台と、 該検出部支持台に搭載された検出スリット及び検出手段
    を試料から反射されたシート状X線束の反射角に応じて
    角度走査する検出部支持台走査手段と、 入射されたシート状X線束と試料とのなす角度に応じて
    その試料からの反射シート状X線束が前記X線検出手段
    により検出されるように前記試料角度走査手段及び検出
    部支持台走査手段を一定の関係に基づいて駆動制御する
    制御手段とを有し、 前記X線検出手段は、一次元位置敏感型検出器を含んで
    構成されることを特徴とするX線反射プロファイル測定
    装置。
  7. 【請求項7】 前記X線単色化手段は、チャンネルカッ
    ト型結晶分光素子であることを特徴とする請求項4乃至
    6のいづれかに記載のX線反射プロファイル測定装置。
  8. 【請求項8】 前記X線単色化手段は、フィルタである
    ことを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載のX
    線反射プロファイル測定装置。
  9. 【請求項9】 ライン状のX線束を発生するライン状X
    線源と、 該ライン状X線源から出射されたX線束の幅方向の発散
    を制限する第1の発散制限用スリットと、 該第1の発散制限用スリットから出射されたX線束の高
    さ方向の発散を開き角を有するように制限する第2の発
    散制限用スリットと、 該第2の発散制限用スリットから出射されたシート状X
    線束を単色化するX線単色化手段と、 該X線単色化手段から出射され、試料に照射される高さ
    方向に開き角を有するシート状X線束の高さ方向の大き
    さを決定するX線束入射手段と、 試料からの反射X線を通過せしめる検出スリットと、 該検出スリットを介して試料より反射されたX線の強度
    を検出するX線検出手段と、 該X線検出手段を該X線検出手段に入射されるシート状
    X線束の幅方向に直進走査する検出部走査手段と、 前記検出スリット、X線検出手段及び検出部走査手段が
    搭載された検出部支持台と、 該検出部支持台に搭載された検出スリット及び検出手段
    を試料から反射されたシート状X線束の反射角に応じて
    角度走査する検出部支持台走査手段と、 入射されたシート状X線束と試料とのなす角度に応じて
    その試料からの反射シート状X線束が前記X線検出手段
    により検出されるように前記X線束入射手段及び検出部
    支持台走査手段を一定の関係に基づいて駆動制御する制
    御手段とを有することを特徴とするX線反射プロファイ
    ル測定装置。
  10. 【請求項10】 前記X線単色化手段はヨハンソン型湾
    曲結晶分光素子を含んで構成され、かつ前記X線束入射
    手段は直進走査可能な支持機構を備えたスリットを含ん
    で構成されると共に、前記ライン状X線源及びヨハンソ
    ン型湾曲結晶分光素子の湾曲面はローランド円上に設置
    され、前記ヨハンソン型湾曲結晶分光素子より出射され
    たたシート状X線束の集束位置に試料が配置されるよう
    に構成されることを特徴とするX線反射プロファイル測
    定装置。
  11. 【請求項11】高さ方向に開き角を有するシート状のX
    線束を発生するX線発生手段と、 該X線発生手段から出射されたシート状X線束を単色化
    するX線単色化手段と、 試料の位置調整を行なう試料
    傾斜及び位置調整手段を含む試料支持台と、 試料より反射されたX線の強度を検出するX線検出手段
    と、 前記X線検出手段及び検出部走査手段が搭載された検出
    部支持台とを有することを特徴とするX線反射プロファ
    イル測定装置。
  12. 【請求項12】 前記X線検出手段は、二次元位置敏感
    型検出器であることを特徴とする請求項11に記載のX
    線反射プロファイル測定装置。
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