JPH0627300A - 多波長ｘ線分光器 - Google Patents
多波長ｘ線分光器Info
- Publication number
- JPH0627300A JPH0627300A JP18248992A JP18248992A JPH0627300A JP H0627300 A JPH0627300 A JP H0627300A JP 18248992 A JP18248992 A JP 18248992A JP 18248992 A JP18248992 A JP 18248992A JP H0627300 A JPH0627300 A JP H0627300A
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- ray
- rays
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 単色同位相性を確保しつつ、複数波長を同時
に分光し得ること。 【構成】 基板１上に各々３０００Å以下で膜厚の異な
る薄膜２ａ，２ｂを積層させた多層膜２を形成し、この
多層膜２にＸ線３を３°以下の微小角で入射させる分光
器構成とし、同一入射角θであっても、異なるピークを
同時に持たせ得ることで、複数種の波長を同時に分光し
得るようにした。
に分光し得ること。 【構成】 基板１上に各々３０００Å以下で膜厚の異な
る薄膜２ａ，２ｂを積層させた多層膜２を形成し、この
多層膜２にＸ線３を３°以下の微小角で入射させる分光
器構成とし、同一入射角θであっても、異なるピークを
同時に持たせ得ることで、複数種の波長を同時に分光し
得るようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物質の臨界角に近い微
小角でＸ線を入射させて反射回折させることで、２種以
上の単色同位相のＸ線に分光し得る多波長Ｘ線分光器に
関する。
小角でＸ線を入射させて反射回折させることで、２種以
上の単色同位相のＸ線に分光し得る多波長Ｘ線分光器に
関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、結晶では原子又は原子の集団が
周期的に配列して空間格子を形成している。その間隔は
通常数Åである。ここに、格子間隔と同等又はそれ以下
の波長のＸ線を入射させると、結晶格子が回折格子の役
目をし、Ｘ線は特定の方向へ散乱される。この現象を回
折という。
周期的に配列して空間格子を形成している。その間隔は
通常数Åである。ここに、格子間隔と同等又はそれ以下
の波長のＸ線を入射させると、結晶格子が回折格子の役
目をし、Ｘ線は特定の方向へ散乱される。この現象を回
折という。
【０００３】例えば、簡単のため結晶が１種類の原子か
らできていると考える。結晶は原子の並んだ面が一定の
間隔で重なっているものとみなせる。いま、この間隔を
図３に示すようにｄとし、同図に示すように、原子面に
対して波長λのＸ線が角度θで入射するものとする。す
ると、まず、１枚の原子面についてみると、反射角が入
射角（Ｘ線の場合、原子面又は格子面とのなす角度をい
う）に等しければ、各散乱波の位相は揃っており、波は
干渉し互いに強め合う（鏡面反射）。つぎに、異なった
面より鏡面反射を受けた波の間の干渉を考えてみる。異
なった面による散乱波は、隣合う面からの散乱波の光路
差２ｄsinθ が波長の整数倍ｎλに等しければ、即ち、 ２ｄsinθ＝ｎλ …………………（１） であれば、位相が揃って波は強め合い回折が起る。これ
が、一般にブラッグ条件と称される。θをブラッグ角、
ｎを反射次数という。なお、１つの原子面の原子の真下
に次の面の原子がなく、ずれている場合でも、同じよう
に回折が起る。また、ブラッグ条件からも判るように、
少なくともλ≦２ｄでなければ回折は起らない。
らできていると考える。結晶は原子の並んだ面が一定の
間隔で重なっているものとみなせる。いま、この間隔を
図３に示すようにｄとし、同図に示すように、原子面に
対して波長λのＸ線が角度θで入射するものとする。す
ると、まず、１枚の原子面についてみると、反射角が入
射角（Ｘ線の場合、原子面又は格子面とのなす角度をい
う）に等しければ、各散乱波の位相は揃っており、波は
干渉し互いに強め合う（鏡面反射）。つぎに、異なった
面より鏡面反射を受けた波の間の干渉を考えてみる。異
なった面による散乱波は、隣合う面からの散乱波の光路
差２ｄsinθ が波長の整数倍ｎλに等しければ、即ち、 ２ｄsinθ＝ｎλ …………………（１） であれば、位相が揃って波は強め合い回折が起る。これ
が、一般にブラッグ条件と称される。θをブラッグ角、
ｎを反射次数という。なお、１つの原子面の原子の真下
に次の面の原子がなく、ずれている場合でも、同じよう
に回折が起る。また、ブラッグ条件からも判るように、
少なくともλ≦２ｄでなければ回折は起らない。
【０００４】ところで、一般的な結晶では、（１）式に
おける格子間隔ｄの値が小さいために、ブラッグ角θの
値は数度から数十度と大きめである。また、反射率（回
折率）はＬｉＦ（２００）面やグラファイトでは大き
く、約３０％であるが、ＮａＣｌ（００）面、ＣａＣＯ
3 （１００）面、ＭｇＯ（２００）面では１０％以下と
小さい。回折波は前述したように波長と位相とが同一、
即ち、単色同位相である。
おける格子間隔ｄの値が小さいために、ブラッグ角θの
値は数度から数十度と大きめである。また、反射率（回
折率）はＬｉＦ（２００）面やグラファイトでは大き
く、約３０％であるが、ＮａＣｌ（００）面、ＣａＣＯ
3 （１００）面、ＭｇＯ（２００）面では１０％以下と
小さい。回折波は前述したように波長と位相とが同一、
即ち、単色同位相である。
【０００５】上述した説明は、格子間隔ｄが小さい場合
であるが、この格子間隔ｄが例えば３０Å以上に大きい
場合には、原理は異なるものの（波の干渉である点では
同じ）、ブラッグ角θが３５mrad（≒２°）以下に小さ
くなる。このような結晶構造の場合、ＰＶＤ法（真空蒸
着やスパッタ法等）又はＬＢ膜等で人工格子を作りやす
く、結果を制御しやすいものとなる。例えば、１００Å
の膜厚のＣｕ層をＳｉウエハ上に作ると、Ｘ線反射率は
図４に示すような特性を示し、ピークが生ずる。これ
は、上述した場合と同様、干渉によるピークである。１
００Åの膜厚の膜を多層構造にすれば干渉効果が大きく
なるが、前述した条件からも判るように、全体の膜厚を
あまり厚くし過ぎると、Ｘ線が侵入できず、効果はな
い。
であるが、この格子間隔ｄが例えば３０Å以上に大きい
場合には、原理は異なるものの（波の干渉である点では
同じ）、ブラッグ角θが３５mrad（≒２°）以下に小さ
くなる。このような結晶構造の場合、ＰＶＤ法（真空蒸
着やスパッタ法等）又はＬＢ膜等で人工格子を作りやす
く、結果を制御しやすいものとなる。例えば、１００Å
の膜厚のＣｕ層をＳｉウエハ上に作ると、Ｘ線反射率は
図４に示すような特性を示し、ピークが生ずる。これ
は、上述した場合と同様、干渉によるピークである。１
００Åの膜厚の膜を多層構造にすれば干渉効果が大きく
なるが、前述した条件からも判るように、全体の膜厚を
あまり厚くし過ぎると、Ｘ線が侵入できず、効果はな
い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来のＸ線回折原理によると、反射（回折）強度が小さ
く、一般的には入射光の１０％以下に過ぎない欠点があ
る。また、２種以上の波長光を一度には取出せない（反
射させることができない）という制約がある。ちなみ
に、入射角を変えれば、変える毎に違う波長成分に分光
し得るが、同時に（即ち、入射角を変えずに）、２種以
上の波長を取出すことはできないものである。さらに
は、入射角が大きいので、Ｘ線の進行方向が大きく変わ
ってしまうという制約も生ずる。
従来のＸ線回折原理によると、反射（回折）強度が小さ
く、一般的には入射光の１０％以下に過ぎない欠点があ
る。また、２種以上の波長光を一度には取出せない（反
射させることができない）という制約がある。ちなみ
に、入射角を変えれば、変える毎に違う波長成分に分光
し得るが、同時に（即ち、入射角を変えずに）、２種以
上の波長を取出すことはできないものである。さらに
は、入射角が大きいので、Ｘ線の進行方向が大きく変わ
ってしまうという制約も生ずる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、基板上に各々３０００Å以下で膜厚の異なる薄膜を
積層させた多層膜を形成し、この多層膜にＸ線を３°以
下の微小角で入射させた。
は、基板上に各々３０００Å以下で膜厚の異なる薄膜を
積層させた多層膜を形成し、この多層膜にＸ線を３°以
下の微小角で入射させた。
【０００８】この際、請求項２記載の発明では、基板に
近い薄膜ほどその膜厚を薄くした。
近い薄膜ほどその膜厚を薄くした。
【０００９】さらに、請求項３記載の発明では、基板に
近い薄膜ほどＸ線の吸収の大きな組成による膜とした。
近い薄膜ほどＸ線の吸収の大きな組成による膜とした。
【００１０】
【作用】請求項１記載の発明においては、膜厚を異なら
せた複数の薄膜による多層膜にＸ線を入射させるので、
同一入射角であっても、異なるピークを同時に持たせる
ことができ、よって、複数種の波長を同時に分光し得る
ことになる。この際、入射させるＸ線の入射角は３°以
下の微小角であるので、反射強度が強く、かつ、進行方
向変化の少ないものとなる上に、単色同位相性に優れた
ものとなる。
せた複数の薄膜による多層膜にＸ線を入射させるので、
同一入射角であっても、異なるピークを同時に持たせる
ことができ、よって、複数種の波長を同時に分光し得る
ことになる。この際、入射させるＸ線の入射角は３°以
下の微小角であるので、反射強度が強く、かつ、進行方
向変化の少ないものとなる上に、単色同位相性に優れた
ものとなる。
【００１１】特に、請求項２記載の発明においては、表
面側ほど膜厚の厚い薄膜としたので、Ｘ線の透過率が有
限であることを考慮すると有利となる。
面側ほど膜厚の厚い薄膜としたので、Ｘ線の透過率が有
限であることを考慮すると有利となる。
【００１２】また、請求項３記載の発明においては、基
板に近い薄膜ほど原子番号の大きい重原子薄膜としたの
で、反射率を上げる上で有利となる。
板に近い薄膜ほど原子番号の大きい重原子薄膜としたの
で、反射率を上げる上で有利となる。
【００１３】
【実施例】本発明の一実施例を図１及び図２に基づいて
説明する。まず、Ｓｉウエハ等の基板１上には個々の膜
厚が３０００Å以下に制約されて膜厚を異ならせた複
数、ここでは２つの薄膜２ａ，２ｂを積層させた多層膜
２が形成されている。このような多層膜２に対してＸ線
３を３°以下の微小角θで入射させるように設定されて
いる。
説明する。まず、Ｓｉウエハ等の基板１上には個々の膜
厚が３０００Å以下に制約されて膜厚を異ならせた複
数、ここでは２つの薄膜２ａ，２ｂを積層させた多層膜
２が形成されている。このような多層膜２に対してＸ線
３を３°以下の微小角θで入射させるように設定されて
いる。
【００１４】このような構成により、多波長、ここでは
２波長のＸ線を同時に取出すことができる。まず、薄膜
２ａ表面で反射されるＸ線と薄膜２ａ，２ｂの界面で
回折反射されるＸ線とは、ある入射角の時に位相が一
致して干渉し、強め合うので、図２中に実線で示すピー
クＰａとなる。また、前記Ｘ線と薄膜２ａ，２ｂを透
過し薄膜２ｂ・基板１界面から回折反射されるＸ線、
さらに薄膜２ａ，２ｂ界面及び薄膜２ｂ・基板１界面で
回折反射されるＸ線は、図２中に破線で示すピークＰ
ｂとなる。ここに、これらのピークＰａ，Ｐｂは図示の
ように周期的に生じ、この周期は、膜厚が厚いほうが短
くなる。図２に示す例では入射角θ＝αの時に、ピーク
Ｐａ，Ｐｂが重なる。
２波長のＸ線を同時に取出すことができる。まず、薄膜
２ａ表面で反射されるＸ線と薄膜２ａ，２ｂの界面で
回折反射されるＸ線とは、ある入射角の時に位相が一
致して干渉し、強め合うので、図２中に実線で示すピー
クＰａとなる。また、前記Ｘ線と薄膜２ａ，２ｂを透
過し薄膜２ｂ・基板１界面から回折反射されるＸ線、
さらに薄膜２ａ，２ｂ界面及び薄膜２ｂ・基板１界面で
回折反射されるＸ線は、図２中に破線で示すピークＰ
ｂとなる。ここに、これらのピークＰａ，Ｐｂは図示の
ように周期的に生じ、この周期は、膜厚が厚いほうが短
くなる。図２に示す例では入射角θ＝αの時に、ピーク
Ｐａ，Ｐｂが重なる。
【００１５】従って、Ｘ線３の入射角θ＝αに固定する
と、ピークＰａ，Ｐｂを持つ２波長が同時に得られるこ
とになる。
と、ピークＰａ，Ｐｂを持つ２波長が同時に得られるこ
とになる。
【００１６】なお、図２中に示す太線は多層膜構造によ
らず、単一層構造でありＸ線成分がない場合の特
性を示すもので、全反射する場合の反射率を１として規
格化して示す。反射率は臨界角を超えると（大きくなる
と）、急激に減少する。膜厚と入射角及び波長との関係
については、文献“Ｊ．Ａppl．Ｐhys．66(4)，15 Ａug
ust 1989”中の“Ｍeasurements of carbon thin films
using x-ray reflectivity” 等に示されている。
らず、単一層構造でありＸ線成分がない場合の特
性を示すもので、全反射する場合の反射率を１として規
格化して示す。反射率は臨界角を超えると（大きくなる
と）、急激に減少する。膜厚と入射角及び波長との関係
については、文献“Ｊ．Ａppl．Ｐhys．66(4)，15 Ａug
ust 1989”中の“Ｍeasurements of carbon thin films
using x-ray reflectivity” 等に示されている。
【００１７】ところで、多層膜２全体としての膜厚は、
１μｍを超えるとＸ線３が透過しなくなるので適当でな
い。また、薄膜材料としては、層間の界面が原子レベル
できれいに整然とするものであれば、有機・無機を問わ
ず、任意のものを用い得る。
１μｍを超えるとＸ線３が透過しなくなるので適当でな
い。また、薄膜材料としては、層間の界面が原子レベル
できれいに整然とするものであれば、有機・無機を問わ
ず、任意のものを用い得る。
【００１８】また、図示例の２層構造に限らず、厚い
層、薄い層を各々数層ずつ設けて干渉効果を高めるよう
にしてもよい。ただし、ある薄膜の膜厚が別の薄膜の膜
厚のｎ／２（ｎは整数）なる関係で異なっていても、異
なった波長が得られないことは原理的に明らかである。
層、薄い層を各々数層ずつ設けて干渉効果を高めるよう
にしてもよい。ただし、ある薄膜の膜厚が別の薄膜の膜
厚のｎ／２（ｎは整数）なる関係で異なっていても、異
なった波長が得られないことは原理的に明らかである。
【００１９】また、多層膜２を構成する上で、図１に示
す例のように、基板１に近い薄膜ほど薄い膜厚としたほ
うが、Ｘ線３の透過率が有限であることを考慮すると好
ましいものとなる。また、基板１に近い薄膜ほどＸ線３
の吸収が大きくなる組成、具体的には、原子番号の大き
い重原子構造としたほうが、反射率を上げる上で好まし
い結果となる。多層膜２の表面粗さは材料によって適当
な粗さがあり、完全鏡面より少し（数Å程度）は荒れて
いたほうが、図２中に太線で示す減少特性が急激とな
り、ピークＰａが分離しやすいものとなる。もっとも、
荒らし過ぎると、バックグランドが増大してしまう。さ
らに、入射光が白色光の場合、ピークには２次、３次の
高調波が含まれる（即ち、波長２Åに対して波長１Å，
０．５Åの波が含まれる）が、これはフィルタ等を用い
ることで除去し得る。
す例のように、基板１に近い薄膜ほど薄い膜厚としたほ
うが、Ｘ線３の透過率が有限であることを考慮すると好
ましいものとなる。また、基板１に近い薄膜ほどＸ線３
の吸収が大きくなる組成、具体的には、原子番号の大き
い重原子構造としたほうが、反射率を上げる上で好まし
い結果となる。多層膜２の表面粗さは材料によって適当
な粗さがあり、完全鏡面より少し（数Å程度）は荒れて
いたほうが、図２中に太線で示す減少特性が急激とな
り、ピークＰａが分離しやすいものとなる。もっとも、
荒らし過ぎると、バックグランドが増大してしまう。さ
らに、入射光が白色光の場合、ピークには２次、３次の
高調波が含まれる（即ち、波長２Åに対して波長１Å，
０．５Åの波が含まれる）が、これはフィルタ等を用い
ることで除去し得る。
【００２０】いま、具体例を挙げて説明する。まず、Ｓ
ｉウエハ基板上にイオンビームスパッタ装置を用いて、
下記の条件 ターゲット ：Ｃｕ 基板加熱 ：なし イオン化ガス ：Ａｒ（９９．９９９％） イオン銃電流×電圧 ：３ｍＡ×９ｋＶ イオン入射角 ：３０° ベースプレッシャ ：３×１０~7Ｔorr ターゲット・基板間距離：１５ｍｍ 基板サイズ ：直径４インチ円形 で、約８００Åの膜厚のＣｕ薄膜を作製した。ついで、
このＣｕ薄膜上に５００Åの膜厚でポリアミド樹脂薄膜
をスピンコータにより塗布して多層膜を形成した。この
多層膜を２０×３０ｍｍ2 サイズで切り出した。
ｉウエハ基板上にイオンビームスパッタ装置を用いて、
下記の条件 ターゲット ：Ｃｕ 基板加熱 ：なし イオン化ガス ：Ａｒ（９９．９９９％） イオン銃電流×電圧 ：３ｍＡ×９ｋＶ イオン入射角 ：３０° ベースプレッシャ ：３×１０~7Ｔorr ターゲット・基板間距離：１５ｍｍ 基板サイズ ：直径４インチ円形 で、約８００Åの膜厚のＣｕ薄膜を作製した。ついで、
このＣｕ薄膜上に５００Åの膜厚でポリアミド樹脂薄膜
をスピンコータにより塗布して多層膜を形成した。この
多層膜を２０×３０ｍｍ2 サイズで切り出した。
【００２１】ついで、理学株式会社製のＸ線装置ＲＵ−
３００を用いて（ターゲットはＭｏ）、スリットとフィ
ルタを通した後のＸ線をこのような多層膜表面に対して
スレスレの入射角で入射させ、その入射角とＸ線反射強
度との関係を求めたところ、入射角が３．５mradの時に
Ｃｕ薄膜の干渉ピークとポリアミド樹脂薄膜の干渉ピー
クとが重なり、強い反射強度（入射光の約１４％）が得
られたものである。
３００を用いて（ターゲットはＭｏ）、スリットとフィ
ルタを通した後のＸ線をこのような多層膜表面に対して
スレスレの入射角で入射させ、その入射角とＸ線反射強
度との関係を求めたところ、入射角が３．５mradの時に
Ｃｕ薄膜の干渉ピークとポリアミド樹脂薄膜の干渉ピー
クとが重なり、強い反射強度（入射光の約１４％）が得
られたものである。
【００２２】また、上記と同様にして、Ｃｕ薄膜とポリ
アミド樹脂薄膜とを２層ずつ形成して４層の多層膜を作
製し、同様に特性を調べたところ、入射光の約１８％な
る強い反射強度が得られたものである。
アミド樹脂薄膜とを２層ずつ形成して４層の多層膜を作
製し、同様に特性を調べたところ、入射光の約１８％な
る強い反射強度が得られたものである。
【００２３】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、膜厚を異
ならせて積層形成した複数の薄膜による多層膜にＸ線を
入射させるようにしたので、同一入射角であっても、異
なるピークを同時に持たせることができ、よって、複数
種の波長を同時に分光することができ、この際、入射さ
せるＸ線の入射角は３°以下の微小角であるので、反射
強度が強く、かつ、進行方向変化の少ないものとするこ
とができる上に、単色同位相性に優れたものとすること
ができる。
ならせて積層形成した複数の薄膜による多層膜にＸ線を
入射させるようにしたので、同一入射角であっても、異
なるピークを同時に持たせることができ、よって、複数
種の波長を同時に分光することができ、この際、入射さ
せるＸ線の入射角は３°以下の微小角であるので、反射
強度が強く、かつ、進行方向変化の少ないものとするこ
とができる上に、単色同位相性に優れたものとすること
ができる。
【００２４】特に、請求項２記載の発明によれば、表面
側ほど膜厚の厚い薄膜となるようにしたので、Ｘ線の透
過率が有限であることを考慮すると有利な構造となる。
側ほど膜厚の厚い薄膜となるようにしたので、Ｘ線の透
過率が有限であることを考慮すると有利な構造となる。
【００２５】また、請求項３記載の発明によれば、基板
に近い薄膜ほど原子番号の大きい重原子薄膜となるよう
にしたので、反射率を上げる上で有利な構造となる。
に近い薄膜ほど原子番号の大きい重原子薄膜となるよう
にしたので、反射率を上げる上で有利な構造となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略断面図である。
【図２】入射角‐反射Ｘ線強度の関係を示す特性図であ
る。
る。
【図３】Ｘ線の回折原理を示す説明図である。
【図４】入射角‐反射Ｘ線強度の関係を示す特性図であ
る。
る。
１ 基板 ２ 多層膜 ２ａ，２ｂ 薄膜 ３ Ｘ線
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に各々３０００Å以下で膜厚の異
なる薄膜を積層させた多層膜を形成し、この多層膜にＸ
線を３°以下の微小角で入射させたことを特徴とする多
波長Ｘ線分光器。 - 【請求項２】 基板に近い薄膜ほどその膜厚を薄くした
ことを特徴とする請求項１記載の多波長Ｘ線分光器。 - 【請求項３】 基板に近い薄膜ほどＸ線の吸収の大きな
組成による膜としたことを特徴とする請求項１又は２記
載の多波長Ｘ線分光器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18248992A JPH0627300A (ja) | 1992-07-09 | 1992-07-09 | 多波長ｘ線分光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18248992A JPH0627300A (ja) | 1992-07-09 | 1992-07-09 | 多波長ｘ線分光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0627300A true JPH0627300A (ja) | 1994-02-04 |
Family
ID=16119179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18248992A Pending JPH0627300A (ja) | 1992-07-09 | 1992-07-09 | 多波長ｘ線分光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0627300A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009139195A (ja) * | 2007-12-05 | 2009-06-25 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 構造物の破壊評価方法および限界ワイブル応力線図 |
-
1992
- 1992-07-09 JP JP18248992A patent/JPH0627300A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009139195A (ja) * | 2007-12-05 | 2009-06-25 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 構造物の破壊評価方法および限界ワイブル応力線図 |
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