JPH0627056A

JPH0627056A - 物質組成及び構造分析方法

Info

Publication number: JPH0627056A
Application number: JP18249092A
Authority: JP
Inventors: Tadao Katsuragawa; 忠雄桂川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1992-07-09
Filing date: 1992-07-09
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】不純物等がどの位置にあるかといった点も含
めて物質表層の組成を分析し得るとともに、その構造を
も分析し得るようにすること。【構成】試料１１表面にこの試料１１の臨界角に近い
視斜角θでＸ線１２を入射させ、入射されたＸ線１２の
吸収によって試料１１から発生する蛍光Ｘ線（又は２次
電子線）１３を２次元検出器１４により検出すること
で、試料１１最表面の組成に関して位置情報も含めて超
微量分析可能とし、同時に、深さ方向の分析も可能と
し、試料１１最表面の原子的構造に関する情報も得られ
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物質の表面分析に適し
た物質組成及び構造分析方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年にあっては各種機能を持たせたデバ
イス材料等の研究・開発が盛んであり、材料表面の組成
ないしは構造分析が重要となっている。

【０００３】ここに、このような材料表面の組成の分析
に適したものの代表として、全反射蛍光Ｘ線測定法があ
り、これを利用した各種装置が市販されている。これ
は、図６（ａ）に示すようにある試料１表面に対してＸ
線２を臨界角θc よりも大きな角度θで入射させると試
料１中に入り込むが、θ＝θc 又はθ＜θc なる角度関
係で入射させると同図（ｂ)(ｃ）に示すように全反射さ
れることを利用したものである。即ち、図７に示すよう
にＸ線２を試料１表面に対して全反射する角度θ（臨界
角θc よりも小さい角度）で入射させ、入射されたＸ線
２によって試料１から発生する蛍光Ｘ線３を検出器４で
分光することにより元素の定性を測定し、蛍光Ｘ線３の
強度を測定することにより定量を測定するようにしたも
のである。測定元素の範囲は、Ｂ（硼素）〜Ｕ（ウラ
ン）と広範囲である。

【０００４】この全反射蛍光Ｘ線測定法の特徴は、Ｘ線
２が全反射するので試料１の表面に関して数１０Å程度
なる最表面の情報が得られること、及び、〜０．０１pp
b （濃度）、〜０．１pg（絶対量）と、微元素を検出で
きることである。また、非破壊測定法であることや、標
準試料を用いれば、膜厚の測定を迅速に行えるといった
特徴を持つ。よって、材料の表面組成の分析に関して、
この方法による分析装置の需要は多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、全反射蛍光Ｘ
線測定法による場合、第１に、試料１面上の空間分解能
がない（若しくは、不十分である）という欠点がある。
即ち、Ｘ線２は試料１表面に対してスレスレの角度で照
射されるので、試料１面上で広がりを持つものとなる。
ここに、幅方向に関しては絞ることができるが、面上の
長手方向（Ｘ線入射方向）には絞れない。よって、均一
な物質構造からの蛍光Ｘ線３による組成分析の場合であ
ればよいが、ある箇所（点）に不純物の塊があるような
場合にはこれを平均値化して評価してしまうものとな
る。また、検出器４も空間分解能はなく全ての蛍光Ｘ線
３をカウントするものである。即ち、全照射表面におけ
る平均的な蛍光Ｘ線強度しか測定し得ないものである。
ちなみに、試料１は単結晶のように常に均一であるとは
限らず、粒塊があったり、偏析、ボイド、異物、空孔等
が存在する場合のほうが多いといえるので、不純物の箇
所を特定できないのでは、不十分である。

【０００６】第２に、全反射蛍光Ｘ線測定法は表面構造
を評価するためのものではないという欠点がある。即
ち、Ｓｉウエハ表層の数原子層の原子配列に関する構造
情報を解析することはできないものである。

【０００７】ちなみに、物質の構造解析に関しては、Ｘ
ＡＦＳ（Ｘ-ray Ａbsorption ＦineＳtructure）法が
ある（ＥＸＡＦＳ法やＸＡＮＥＳ法も含まれる）。この
場合、材料が結晶でも非晶質のものでも（結晶の場合に
はＸ線回折があるので、非晶質のもののほうが適す
る）、その原子間距離や配位数、原子価等を求めること
ができる。この方法は、主として、数１０μｍの厚さの
材料に対してＸ線を入射させ、その透過Ｘ線を検出する
ことにより解析するようにしているが、近年では、材料
表面スレスレにＸ線を入射させ、材料表面から反射され
る反射Ｘ線を用いて分析評価するものも提案されてい
る。

【０００８】しかし、これらの方法は試料表面が一面均
一であるとみなしているものであり、前述したように、
現実的には、不純物等が混入している場合のほうが多い
点を考えると、構造分析に関しても不十分といえる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、試料表面にこの試料の臨界角に近い視斜角でＸ線を
入射させ、入射されたＸ線の吸収によって前記試料から
発生する蛍光Ｘ線又は２次電子線を２次元検出器により
検出するようにした。

【００１０】この際、請求項２記載の発明では、２次元
検出器を試料表面の真上に位置させて検出するように
し、請求項３記載の発明では、２次元検出器を試料表面
の入射Ｘ線の入射方向線上からシフトさせた斜め上方に
位置させて検出するようにした。

【００１１】また、請求項４記載の発明では、試料から
発生する蛍光Ｘ線又は２次電子線を拡大鏡により拡大し
て２次元検出器に導くようにした。

【００１２】さらに、請求項５記載の発明では、試料に
入射させるＸ線のエネルギーを分光器により順次変化さ
せ、変化した各エネルギーに対応して２次元検出器から
得られる蛍光Ｘ線又は２次電子線の像の変化の様子を３
次元情報として収集し、この像に関する強度情報から前
記試料最表面の微小部分毎の原子又は電子構造の面分布
を求めるようにした。

【００１３】

【作用】請求項１ないし３記載の発明においては、Ｘ線
を試料表面に対してその臨界角に近い視斜角で入射させ
て、試料から発生する蛍光Ｘ線又は２次電子線を２次元
検出器により２次元的に検出することにより、試料最表
面の組成に関して位置情報も含めて超微量分析可能とな
り、同時に、深さ方向の分析もでき、試料最表面の原子
的構造に関する情報も得られるものとなる。

【００１４】この際、請求項４記載の発明においては、
Ｘ線照射により試料から発生する蛍光Ｘ線又は２次電子
線を拡大鏡で拡大して２次元検出器で検出するので、微
小部からの情報を詳細に区別し得るものとなり、高分解
能な面分布分析が可能となる。

【００１５】また、請求項５記載の発明においては、Ｘ
線を試料表面に対してその臨界角に近い視斜角で入射さ
せるが、その際のエネルギーを分光器により順次変化さ
せて、各エネルギー毎に試料面に関する２次元像情報を
収集することにより、３次元情報として処理し得るもの
となり、試料表面に関する２次元同時の原子ないし電子
構造の解析や、深さ方向の構造解析が高い空間分解能に
して迅速に行い得るものとなる。

【００１６】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１及び図２を参照
して説明する。本実施例は、特に不純物等の存在箇所を
も特定し得る表面組成の分析を可能にし得る点を重視し
たものであり、試料１１表面に対してこの試料１１の臨
界角に近い視斜角θでＸ線１２を入射させ、入射された
このＸ線１２の吸収によって前記試料１１から発生する
蛍光Ｘ線（又は、２次電子線）１３を試料１１の真上に
位置させた２次元検出器１４によって２次元的に検出す
るようにしたものである。

【００１７】ここに、入射させるＸ線１２としては、連
続Ｘ線（白色Ｘ線）でもよいが、連続Ｘ線とした場合に
は、試料１１表面から発生する蛍光Ｘ線１３のエネルギ
ーを検知し得るエネルギー分解能を持つことが２次元検
出器１４に要求される。入射させるＸ線１２として結晶
により分光させた特定Ｘ線（分光器で任意波長のＸ線を
選択できる）を用いるものとし、例えば、約９．１ｋｅ
ＶのＸ線とすれば、試料表面のＣｕ成分から発生する蛍
光Ｘ線１３を検出し得るものとなる。この際、２次元検
出器１４はＰＳＤ（半導体位置検出素子）とＭＣＰ（マ
イクロチャネルプレート）とにより構成されたものであ
るので、蛍光Ｘ線１３を発する箇所をも特定し得るもの
となる。具体的には、５０μｍ位の空間分解能が得られ
る。この時、試料１１の表面と２次元検出器１４とは近
いほうがよく、具体的には、０．０１ｍｍ〜１ｍｍ程度
がよい。また、２次元検出器１４が試料１１に近いの
で、空気中であっても構わないが、２次元検出器１４や
検出感度の点からは真空中のほうが望ましい。ちなみ
に、空気中であれば、蛍光Ｘ線１３中の波長の長いもの
は空気中で吸収されてしまうからである。また、Ｘ線１
２には平行性が要求される。これは、余り広がりを持つ
ものでは、試料１１の最表面分析が不可となってしまう
からである。

【００１８】さらに、入射させるＸ線１２の波長が変わ
った場合には、分光して入射させるＸ線の視斜角も変化
させるのがよい。即ち、Ｘ線１２の視斜角（入射角）と
蛍光強度との間には図２に示すような関係があることが
分かっているので、試料１１の臨界角より少し小さい角
度とするのがよい。ちなみに、市販の測定装置中には、
試料に対してスレスレ入射と広角入射とを切換え自在と
し、広角入射の場合にはＸ線を１００μｍ径位に絞れる
ようにしたものもある。このようなＸ線を用いて試料表
面上を走査させれば２次元情報となるが、図２中の右縦
軸に示すように、Ｘ線は角度によって広角になると試料
中に深く入り込み、最表面から得られる情報とは異なっ
てしまう。この時には全反射ではないので、従来技術で
述べた特徴もなくなってしまう。よって、２次元検出器
１４を用いて試料１１の最表面情報（視斜角θを少し大
きくすれば、深さ方向の組成分析も可能）を均一にし
て、走査なしに瞬時に２次元的に検出し得る本実施例方
式とは異なる。また、２次元検出器１４に得られた２次
元情報はＣＲＴ画面上等にそのまま表示させたり、拡大
表示させることも可能であり、さらには、このように情
報を保存し、又は、加工処理することも可能となる。

【００１９】２次元検出器１４として、具体的に、浜松
ホトニクス株式会社製のＰＩＡＳ−ＴＩを用いれば、超
高感度フィルムのさらに１００倍以上の感度で測定可能
となる。さらに、Ｘ線１２によって試料１１から励起さ
れた２次電子線も検出できるので、２次電子線を用いた
分析も可能となる。この他、２次元検出器１４としては
種々のものを用い得るが、蛍光Ｘ線に対してはイメージ
ングプレート、Ｘ線ＨＡＲＰ（Ｈigh gain Ａvalanche
Ｒushing amorphous Ｐhotoconductor）、２次電子線に
対してはＣＣＤ等がよい。

【００２０】本発明の第二の実施例を図３を参照して説
明する。前記実施例で示した部分と同一部分は同一符号
を用いて示す（以下の実施例でも同様とする）。本実施
例は、特に物質表層の構造に関する分析を重視したもの
であり、試料１１表面に対してこの試料１１の臨界角に
近い視斜角θでＸ線１２を入射させ、入射されたこのＸ
線１２の吸収によって前記試料１１から発生する蛍光Ｘ
線（又は、２次電子線）１３を２次元検出器１４によっ
て２次元的に検出するが、上から見た様子を示す図３の
ように、この２次元検出器１４を試料１１表面の入射Ｘ
線１２の入射方向線φ上から横方向にシフトさせた斜め
上方に位置させたものである。

【００２１】ここに、入射させるＸ線１２としては、前
記実施例と同様に連続Ｘ線（白色Ｘ線）でもよいが、単
色Ｘ線のほうが解析上は好ましい。２次元検出器１４の
位置としては、入射Ｘ線１２が直接入らないように（蛍
光Ｘ線や２次電子線が吸収又は散乱しないように）入射
方向線φ上からずらして配置させるのがよい。検出器は
２次元検出器が好ましいが、１次元のもの（例えば、Ｐ
ＳＰＣ＝１次元比例計数管）を入射Ｘ線１２に対して平
行に配設させてもよい。装置全体は空気中でもよいが、
本実施例の場合も真空中のほうが好ましい。特に、２次
電子線の検出も行う場合には、真空中でなければならな
い。

【００２２】本実施例方式により試料１１の表面の原子
構造を評価できる理由について説明する。試料１１表面
を伝搬する入射Ｘ線１２（例えば、９ｋｅＶのＸ線とす
る）は、試料表面のＣｕ原子を励起し、蛍光Ｘ線や２次
電子線を発生させる。この際、Ｃｕ原子が規則性を持っ
て配列していれば、これらは干渉し、２次元検出器１４
はこれに伴う強度の２次元的（１次元的）振動を検出す
るので、これを解析することにより原子構造を分析し得
ることになる。また、原子配列の規則性が近接原子にし
か認められない場合には、解析手法を変更すればよい。
また、Ｘ線１２の照射面積を考えた場合、余り広い面積
に渡って照射すると、不均一な試料１１の場合、得られ
る情報のＳ／Ｎが悪くなるので、前記実施例の場合より
も一層幅が狭くなるように絞ってＸ線１２を照射するの
がよい。ただし、このＸ線１２に関して、その平行性や
単色性が、より重要である点には変わりない。

【００２３】なお、Ｘ線１２に代えて、電子線を試料１
１に入射させるようにしてもよいが、電子線の場合、物
質との相互作用が大きく表面情報を得るには余り好まし
くないので、Ｘ線１２を用いるほうが好ましい。Ｘ線１
２は放射光であってもよい。

【００２４】このような実施例に基づく具体例を説明す
る。まず、Ｘ線１２の発生源として縦型ローターゲット
（Ｃｕ）を用いた。電圧×電流は４０ｋＶ×６０ｍＡと
した。発生したＸ線１２についてモノクロメータを用い
て分光し、９．１ｋｅＶのエネルギーで、１０ｍｍ×
０．１ｍｍサイズのビームとした。また、試料１１には
Ｓｉウエハ上に真空蒸着法により成膜したＡｌ‐Ｃｕ
（１atm％）の膜を用いた。その膜厚は５００Å、サイ
ズは約２０×２０ｍｍ² とした。Ｘ線１２は試料１１表
面にＡｌの臨界角に近い視斜角θ＝０．２３°で入射さ
せるものとした。さらに、２次元検出器１４には浜松ホ
トニクス株式会社製のＰＩＡＳ−ＴＩを用い、試料１１
との距離を１ｍｍに設定し、試料１１とともに真空中に
配置させた。測定時間は約１分間とし、試料１１中の原
子、特にＣｕからの蛍光Ｘ線及び２次電子線を２次元検
出器１４で計測したものである。得られた２次元画像に
よれば、所々に数百μｍ程度の大きさのＣｕの粒子状の
塊（点）が観察されたものである。ついで、モノクロメ
ータを用いてＸ線１２のエネルギーを７．１ｋｅＶとし
１０分間計測したところ、５ppm のＦｅが試料１１中に
存在することが確認できたものである。また、２次元検
出器１４を試料１１の最表面から発生しその表面上をス
レスレに伝搬する蛍光Ｘ線及び２次電子線を２次元的に
検出し得るように配置し直して検出したところ、その画
像上には、干渉によると考えられる濃淡が観察されたも
のである。

【００２５】このようにして、これらの実施例によれ
ば、Ｘ線１２を試料１１表面に対してその臨界角に近い
視斜角で入射させ、試料１１表面から発生する蛍光Ｘ線
又は２次電子線を２次元検出器１４によって高感度に２
次元で検出できるため、試料１１の最表面の組成をその
位置情報を含めて超微量分析することができ、また、試
料１１の最表面の原子的構造に関する情報も得られるも
のとなる。

【００２６】さらに、本発明の第三の実施例を図４を参
照して説明する。本実施例にあっても試料１１表面に対
してその臨界角付近の視斜角θでＸ線１２を入射させる
のは同様である。これにより、比較的大面積に渡って均
一に蛍光Ｘ線や２次電子線を励起させることができる。
この際、Ｘ線１２の視斜角θを少し変化させれば、試料
１１表面や、表面より僅かに深い部分まで連続的に励起
させることができ、深さ方向の違いを分析し得ることも
前述した実施例と同様である。

【００２７】このような基本方式を前提に、本実施例で
は、Ｘ線照射により励起されて微小部から出てくる蛍光
Ｘ線や２次電子線による像を拡大して検出し得るように
したものである。ここに、単純には、図１に対比させて
示す図４のように、２次元検出器１４を試料１１表面か
ら離して設置すれば試料１１表面からの拡大像が得られ
ると考えられる。しかし、試料１１から２次元検出器１
４を離すと、検出対象となる蛍光Ｘ線や２次電子線の強
度が低下し、また、２次元検出器１４が離れるほどその
１点に対して試料１１表面の複数点からの情報が入り込
む形となり像が益々ボケたものとなってしまう。

【００２８】そこで、本実施例では、試料１１表面と２
次元検出器１４との間に拡大鏡（図示せず）を介在させ
ることにより、２次元検出器１４によって像をボケるこ
となく拡大して検出し得るようにしたものである。

【００２９】試料１１表面から発生するのは蛍光Ｘ線や
２次電子線であるが、このような蛍光Ｘ線や電子線を拡
大するための拡大鏡は現に開発・市販されているので、
それらを利用すればよい。特に、電子線に対しては電子
顕微鏡（ＳＥＭ）があり、最近では、数１０Åまで分解
能が向上しているので好適である。Ｘ線に対しては数μ
ｍの２点を区別できる。何れにしても、電子線に関して
はその平均自由行程が短かすぎるので真空中とする必要
がある。ちなみに、電子線に対しては一般的な拡大鏡で
よく、例えば磁界によって電子線を曲げる電子レンズで
あってもよい。上記のＳＥＭとの違いは、励起源が電子
でなくＸ線であること、及び、ＳＥＭの場合には入射さ
せる電子線を走査させる必要があるが、本実施例では走
査を要しないことである。

【００３０】なお、Ｘ線１２に関して走査は要しない
が、その視斜角θやエネルギーは変化させる場合があ
る。即ち、Ｘ線１２の視斜角θを変えると、試料１１中
に入り込む深さが異なるので、深さ方向の分析ができ、
また、Ｘ線１２のエネルギーを変えると臨界角が異なっ
てくるので視斜角θも変えなくてはならないが、これに
応じて励起し得る原子も異なってくるので、発生する蛍
光Ｘ線、２次電子線、さらには、オージェ電子の面分布
も異なってくる。よって、Ｘ線１２のエネルギーを変え
ることにより試料１１における元素分布を測定し得るも
のとなる。さらには、試料１１から発生する電子のエネ
ルギーを計測（具体的には、拡大鏡透過後の電子をＣＭ
Ａ等のエネルギー分析器に入れて計測すればよい）すれ
ば、ＸＰＳ（Ｘ-ray Ｐhotoelctron Ｓpectroscopy）と
しても利用し得るものとなる。

【００３１】Ｘ線用の拡大鏡としては、Ｗolterミラ
ー、回転楕円面ミラー、Ｋ‐Ｂミラー、ゾーンプレー
ト、多層膜Ｋ‐Ｂミラー等を用いた光学系構成としても
よい。２次元検出器１４としては前述した実施例のもの
と同様なものを用いればよい。

【００３２】ところで、本実施例の対象となる試料１１
としては完全単結晶のような均一なものである必要はな
く（このようなものであれば、従来法で済む）、一般に
各種の欠陥や付着物を含み得る１μｍ以下の膜厚に形成
された各種薄膜に適用し得るものであり、このような試
料１１に対して簡便にして大面積に渡って測定し得るこ
とは重要である。また、本実施例では、励起源をＸ線１
２とするが、２次元検出器１４で検出するのは蛍光Ｘ線
又は２次電子線、或いは、オージェ電子や紫外線である
ので、試料１１における組成分布のみならず、表面の原
子構造や電子構造をも、ＸＰＳやＡＥＳのように分析・
評価し得るものとなる。

【００３３】さらに、Ｘ線１２は試料１１表面に対して
スレスレの視斜角θで入射するので、試料上方から入射
させる場合に比して励起効率（Ｘ線１２の利用効率）が
よく、さらには、Ｘ線１２として放射光を用いれば強度
が強いので一層高感度な分析が可能となる。

【００３４】つぎに、本発明の第四の実施例を図５を参
照して説明する。本実施例は、従来の全反射蛍光Ｘ線分
析法や全反射蛍光ＥＸＡＦＳ法等が試料表面を均一とみ
なし、全領域を１つとして分析・評価したことによる欠
点を解消するようにしたものである。即ち、前述したよ
うに試料は、一般に、単結晶のように常に均一であると
は限らず、粒界があったり、偏析、ボイド、異物、空孔
等が存在する場合のほうが多く、このような点を含めて
材料の最表面の構造を知ることが重要となっている点を
考慮し、これに対応できるようにしたものである。ここ
に、試料１１の最表面とは１原子層のこともあれば、１
００Å程度の膜厚分に渡ることもある。

【００３５】まず、従来の全反射蛍光Ｘ線分析法等によ
る場合、試料を均一なものとし１つの面として評価する
に当り、評価面積としては種々のケースが考えられ、μ
ｍ²オーダのものからｍｍ² オーダのものまであり、前
述したようにＸ線を試料表面に臨界角程度の視斜角で入
射させた場合、そのＸ線をいくら絞っても試料面上では
広がってしまうため、同一試料面上の異なる箇所を同時
に分析・評価するのに適していないといえる訳である
が、本実施例では、逆に、入射させたＸ線１２が試料１
１表面上で広がりを持つことを利用するようにしたもの
である。即ち、入射させるＸ線１２はエネルギーによっ
て異なるものの、図５に示すように、視斜角θが臨界角
θc の場合には均質に入ることもなく、また、反射もし
ないので、試料１１表面上を広がる。もっとも、実際に
は臨界角θc でも表面から数１０Å程度まではしみ込ん
でいる。この臨界角θc は、原子番号をＺ、質量をＡ、
密度をρ、Ｘ線の波長をλとした時、 θc ＝√（５．４×１０¹⁰・Ｚ・ρ・λ²／Ａ）で示すように、Ｘ線１２の波長が長く（エネルギーが小
さく）なると、大きくなるので、エネルギーを変えた場
合、視斜角θを変えないと全反射角度とはならない。本
実施例にあっても、このように試料１２面上で広がるこ
とを前提とするものであり、試料１１表面にＸ線１２を
入射させた場合に最表層の原子が励起されて出射する蛍
光Ｘ線や２次電子線に関して、２次元情報を得る方法と
しては、前述した各実施例方式があり、本実施例でも前
述した各実施例方式をベースとする。

【００３６】このような基本方式に加えて、本実施例で
は、試料１１に入射させる励起用のＸ線１２のエネルギ
ーを分光器により変化させるようにしたものであり、試
料１１の調べたい原子の吸収端エネルギーＥ₀ より少し
低いところからＥ₀ ＋１ｋｅＶ位までの範囲で変化させ
るものとした。この範囲において、０．５〜１０ｅＶ位
のステップで変化させる。この時、試料１１に対するＸ
線１２の視斜角も各エネルギー毎に試料面の臨界角とほ
ぼ同じになるように変化される。各測定毎の各入射エネ
ルギーに対応する蛍光Ｘ線、２次電子線の強度を計数
し、３次元的情報として収集し、これらの点毎にＥＸＡ
ＦＳを解析する。以後の手順は、従来一般の方法で処理
すればよい。この解析の結果、例えば粒界では原子間距
離が大きくなっていたりすることが判る。また、原子間
距離をマッピングすることもできる。

【００３７】ところで、本実施例の場合も、励起用に用
いるＸ線１２には平行性が良好であることが要求され
る。即ち、Ｘ線が広がっている場合には、臨界角を設定
することができないので、Ｘ線にＳＯＲ（放射光）を用
いるとか、Ｘ線源と試料１１との間の距離を長くすると
か、例えばチャネルカット分光器を多段に利用するとい
うように分光器を工夫するといった対応が必要といえ
る。この場合には、視斜角を制御すれば、試料１１中に
入り込む深さが異なるので、深さ方向の情報解析も可能
となる。

【００３８】また、空気中の場合、Ｘ線１２の波長が短
くなると吸収が大きくなり、かつ、出射する電子を検出
してしまうこともあるので、装置としては真空中に配設
することが必要である。

【００３９】本実施例に対応する具体例を説明する。ま
ず、Ｘ線１２の発生源としてローターゲット（Ｃｕ）を
用いた。電圧×電流は４０ｋＶ×６０ｍＡとした。発生
したＸ線１２についてチャネルカットしたＳｉ（１１
１）のモノクロメータを（＋，＋）配置でセットし、分
光するようにした。エネルギーはＣｕの吸収端を考慮
し、８．５ｋｅＶから１０ｋｅＶまでをモノクロメータ
の角度を変えることにより２ｅＶのステップで変化させ
た。この分光器（モノクロメータ）のエネルギー分解能
は約１ｅＶであった。また、試料１１に対するＸ線１２
の照射ビームサイズは１０ｍｍ×０．１ｍｍサイズとし
た。また、試料１１にはＳｉウエハ上にスパッタリング
法により作製したＡｌ‐Ｃｕ（１atm％）の膜を用い
た。その膜厚は５００Å、サイズは約２０×２０ｍｍ²
とした。Ｘ線１２は試料１１表面にＡｌの臨界角に近い
視斜角θ＝０．２３°で入射させるものとした。さら
に、２次元検出器１４には浜松ホトニクス株式会社製の
ＰＩＡＳ−ＴＩを用い、試料１１に接触しない範囲で最
近接（０．１ｍｍ位の間隔で）させて配設し、試料１１
とともに真空中に配置させた。測定時間は約１分間と
し、試料１１中の原子、特にＣｕからの蛍光Ｘ線及び２
次電子線を２次元検出器１４で計測したものである。得
られた２次元画像によれば、所々に数百μｍ程度の大き
さのＣｕの粒子状の塊（点）が観察されたものである。
ついで、モノクロメータを用いてＸ線１２のエネルギー
を２ｅＶのステップで変化させ、２ｅＶステップ毎の強
度情報を収集し、ついで、粒子毎に強度データをＥＸＡ
ＦＳ解析した。試料１１の位置と粒子の原子間距離の関
係を調べたところ、中心程、原子間距離は小さくなって
いたことが確認された。また、粒子サイズが小さい程、
最近接原子間距離が大きくなっていたことが確認され
た。

【００４０】このようにして、本実施例によれば、Ｘ線
１２を試料１１表面に対してエネルギーを順次可変させ
ながら全反射するように入射させ、各エネルギー毎に試
料１１面上から２次元情報を得ることにより、３次元情
報として収集・解析するので、２次元像の各点に対応し
た原子・電子構造情報が得られることになり、よって、
従来法では得られなかった、材料の２次元同時の原子・
電子構造解析や、深さ方向の構造解析が、高い空間分解
能にして迅速に可能となる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１ないし３記載の発明によれば、
試料表面にこの試料の臨界角に近い視斜角でＸ線を入射
させ、入射されたＸ線の吸収によって前記試料から発生
する蛍光Ｘ線又は２次電子線を２次元検出器により検出
するようにしたので、試料最表面の組成に関して位置情
報も含めて超微量分析することができ、同時に、深さ方
向の分析もできるため、試料最表面の原子的構造に関す
る情報も得ることができる。

【００４２】また、請求項４記載の発明によれば、Ｘ線
照射により試料から発生する蛍光Ｘ線又は２次電子線を
拡大鏡で拡大して２次元検出器で検出するようにしたの
で、微小部からの情報を詳細に区別し得る分析も可能と
なり、高分解能な面分布分析を行うことができる。

【００４３】さらに、請求項５記載の発明によれば、Ｘ
線を試料表面に対してその臨界角に近い視斜角で入射さ
せるが、その際のエネルギーを分光器により順次変化さ
せて、各エネルギー毎に試料面に関する２次元像情報を
収集することにより、３次元情報として処理し得るもの
としたので、試料表面に関する２次元同時の原子ないし
電子構造の解析や、深さ方向の構造解析を、高い空間分
解能にして迅速に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を概念的に示す構成図で
ある。

【図２】試料に対する視斜角に応じた蛍光強度及び入り
込み深さを示す特性図である。

【図３】本発明の第二の実施例を概念的に示す平面構成
図である。

【図４】本発明の第三の実施例を説明するために想定し
た構成図である。

【図５】本発明の第四の実施例を説明するための全反射
入射の様子を示す説明図である。

【図６】視斜角と臨界角との関係を示す説明図である。

【図７】従来の全反射蛍光Ｘ線分析法を概念的に示す構
成図である。

【符号の説明】１１試料１２Ｘ線１３蛍光Ｘ線又は２次電子線１４２次元検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料表面にこの試料の臨界角に近い視斜
角でＸ線を入射させ、入射されたＸ線の吸収によって前
記試料から発生する蛍光Ｘ線又は２次電子線を２次元検
出器により検出するようにしたことを特徴とする物質組
成及び構造分析方法。
【請求項２】２次元検出器を試料表面の真上に位置さ
せて検出するようにしたことを特徴とする請求項１記載
の物質組成及び構造分析方法。
【請求項３】２次元検出器を試料表面の入射Ｘ線の入
射方向線上からシフトさせた斜め上方に位置させて検出
するようにしたことを特徴とする請求項１記載の物質組
成及び構造分析方法。
【請求項４】試料から発生する蛍光Ｘ線又は２次電子
線を拡大鏡により拡大して２次元検出器に導くようにし
たことを特徴とする請求項１，２又は３記載の物質組成
及び構造分析方法。
【請求項５】試料に入射させるＸ線のエネルギーを分
光器により順次変化させ、変化した各エネルギーに対応
して２次元検出器から得られる蛍光Ｘ線又は２次電子線
の像の変化の様子を３次元情報として収集し、この像に
関する強度情報から前記試料最表面の微小部分毎の原子
又は電子構造の面分布を求めるようにしたことを特徴と
する請求項１，２，３又は４記載の物質組成及び構造分
析方法。