JPH07120417A - 蛍光x線分析装置 - Google Patents

蛍光x線分析装置

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JPH07120417A
JPH07120417A JP28783793A JP28783793A JPH07120417A JP H07120417 A JPH07120417 A JP H07120417A JP 28783793 A JP28783793 A JP 28783793A JP 28783793 A JP28783793 A JP 28783793A JP H07120417 A JPH07120417 A JP H07120417A
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JP
Japan
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sample
ray
total reflection
diffracted
rays
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Application number
JP28783793A
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English (en)
Inventor
Manabu Funabashi
学 船橋
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Rigaku Corp
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Rigaku Industrial Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 結晶構造を有する試料に微小な入射角度で一
次X線を照射し、上記試料から発生する蛍光X線に基づ
いて試料の分析を行う蛍光X線分析装置において、試料
からの散乱線および回折X線がX線検出器に入射しない
ようにして、微量元素の分析を可能とする。 【構成】 試料2と同じ結晶構造を有する全反射ミラー
7を試料2に入射するX線B2の光路に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、シリコンウエハのよ
うな結晶構造を有する試料の分析に適した蛍光X線分析
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、シリコンウエハの表面層の分
析には、試料表面に一次X線を微小な入射角で照射し
て、試料の表面層からの蛍光X線を分析する全反射蛍光
X線分析装置が用いられている(たとえば、特開昭63-7
8056号公報参照)。この種の装置の一例を図7に示す。
【0003】図7において、X線管5のターゲット材5
1から出たX線B1は、湾曲型の分光素子1に向う。X
線B1のうちの所定の波長の特性X線は、分光素子1で
回折され、単色化された一次X線B2が、試料(シリコ
ンウエハ)2の表面2aに微小な入射角γ (たとえば、
0.05°〜0.20°程度) で照射される。試料2に入射した
一次X線B2は、全反射されて反射X線B4となるとと
もに、励起X線として試料2を励起して、試料2を構成
する元素固有の蛍光X線B5を発生させる。蛍光X線B
5は、試料表面2aに対向して配置したX線検出器3に
入射する。この入射した蛍光X線B5は、X線検出器3
において、そのX線強度が検出された後、X線検出器3
からの検出信号aに基づき、多重波高分析器4によって
目的とするX線スペクトルが得られる。
【0004】この種の全反射蛍光X線分析装置は、一次
X線B2の入射角γが微小であることから、反射X線B
4および散乱X線がX線検出器3に入射しにくく、X線
検出器3により検出される蛍光X線B5の出力レベルに
比べてノイズが小さいという利点がある。つまり、大き
なS/N 比が得られ、そのため、分析感度が良く、たとえ
ば、微量の不純物でも検出できるという利点がある。こ
のようなことから、この分析方法は、シリコンウエハの
表面汚染の分析方法として有効であり、広く採用されて
いる。
【0005】また、この従来技術では、分光素子1を用
いてX線B1を単色化しているから、散乱X線などの強
度が小さくなるので、分析精度がより一層向上する。
【0006】ところで、X線B1は、下記のブラッグの
式に従って所定の波長のX線が、分光素子1によって回
折される。 2dsin θ=nλ 但し、d:分光素子の格子面間隔 θ:回折角 n:反射の次数(1,2,3…) λ:回折されるX線の波長 このブラッグの式から分かるように、上記一次X線B2
には、図4に示す所定の波長の1次線(反射の次数nが
1の成分)B21の他に、波長の短い高次線B22が含
まれている。この波長の短い高次線B22は、全反射の
臨界角が小さいので図7の微小な入射角度γ(0.05
°〜0.20°)においても全反射されず、そのため、
散乱線としてX線検出器3に入射する。したがって、上
記散乱線がバックグラウンド成分となるので、極く微量
の元素については分析することができない。
【0007】また、分光素子1は、それ自体の原子が励
起されるので、分光素子1を構成する元素固有の特性X
線B23(図4参照)が、試料2に照射される。また、
分光素子が人工多層膜格子で構成されている場合には、
分光素子1の不完全さに起因して、図4の連続X線B2
4が図7の試料2に入射する。これらの特性X線B23
や連続X線B24は、試料2がシリコンウエハからなる
単結晶であることから、特定の波長のX線が、試料2の
種々の格子面(たとえば、311面や202面など)で
回折され、この回折X線の一部がX線検出器3に入射す
る。したがって、上記回折X線がバックグラウンド成分
となるので、やはり、極く微量の元素については分析す
ることができない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記問題に
鑑みてなされたもので、結晶構造を有する試料に一次X
線を照射し、上記試料から発生する蛍光X線に基づいて
試料の分析を行う蛍光X線分析装置において、試料から
の散乱線および回折X線がX線検出器に入射するのを防
止して微量元素の分析を可能とすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、結晶構造を有する試料に入射するX線
の光路に、上記試料と同じ結晶構造を有する全反射ミラ
ーを設けている。
【0010】全反射蛍光X線分析装置の場合、上記全反
射ミラーは、試料の格子面と同一の格子面が、互いに、
ほぼ平行ないし平行に設定されているのが好ましい。
【0011】
【作用】この発明によれば、試料に入射するX線の光路
に全反射ミラーを設けているので、試料表面で全反射さ
れないような短波長の成分は、エネルギが大きいから、
全反射ミラーに入射して吸収される。一方、全反射ミラ
ーは試料と同じ結晶構造を有しているから、試料におい
て回折されてX線検出器に入射するような長波長の成分
を、試料の配置された方向ではない方向に向って全反射
ミラーの格子面によって、予め回折させて除去すること
ができる。
【0012】なお、全反射蛍光X線分析では、全反射ミ
ラーおよび試料の同一の格子面を、互いに、ほぼ平行な
いし平行に設定すれば、試料において回折されるような
長波長成分を、全反射ミラーの格子によって、ほぼ完全
に回折させて除去することができる。
【0013】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面にしたがって
説明する。図1〜図3は、この発明の第1実施例を示
す。図1において、X線管5、分光素子1、遮蔽板6お
よび全反射ミラー7は、照射装置10を構成している。
分光素子1としては、分光結晶を用いてもよく、あるい
は、たとえばシリコンとタングステンの薄膜を交互に複
数層積層した人工多層膜格子を用いてもよい。
【0014】上記全反射ミラー7は、一次X線B2の光
路に設けられており、試料2であるシリコンウエハと同
一の結晶構造を有するシリコンウエハの単結晶で構成さ
れている。ただし、試料2には、分析対象である 微量
の不純物(たとえばFe,Niなど)が含まれている
が、上記全反射ミラー7は不純物が含まれていないブラ
ンクウエハで構成されている。
【0015】この実施例の場合、上記全反射ミラー7の
表面7aと、試料2の表面2aとは、ほぼ平行ないし平
行に設定されている。したがって、分光素子1から図2
の全反射ミラー7への入射角αおよび反射角βは、図1
の試料2への入射角度γと同じ角度に設定されている。
上記図2の入射角αは、一次X線B2に含まれる成分の
うち、分光素子1(図1)で分光して励起X線として用
いようとするX線(1次線)B21が全反射される臨界
角θ1 よりも小さく設定されているとともに、全反射ミ
ラー7で吸収させて除去しようとする短波長のX線(高
次線)B22の臨界角θ2 よりも大きく設定されてい
る。こうして、一次X線B2に含まれている高次線B2
2は、全反射されず全反射ミラー7の内部に進入して吸
収される。
【0016】図3に示すように、上記全反射ミラー7の
オリフラ7bの表面と、上記試料2のオリフラ2bの表
面とは、互いに平行に設定されている。上記オリフラ2
b,7bは、シリコンウエハにおける110面にほぼ平
行ないし平行に形成された平面である。したがって、試
料2と全反射ミラー7の同一の格子面は、互いに、ほぼ
平行ないし平行に設定されており、たとえば、試料2の
202面と全反射ミラー7の202面などの他の同一の
格子面も互いに平行になっている。
【0017】この蛍光X線分析装置には、それぞれ、図
1の試料2および全反射ミラー7を、軸線C1およびC
2のまわりに回転させる第1および第2の回転機構(図
示せず)が設けられている。この2つの回転機構は、そ
れぞれ、試料2および全反射ミラー7を同一の角速度で
同一方向に回転させる。これにより、蛍光X線B5の検
出中に試料2を回転させても、試料2と全反射ミラー7
の格子面の平行性が保たれる。
【0018】なお、その他の構成は上記図7の従来例と
同様であり、同一部分または相当部分に同一符号を付し
て、その詳しい説明を省略する。
【0019】ここで、図1の全反射ミラー7が結晶構造
を有しているので、一次X線B2は、種々の波長のX線
が、全反射ミラー7の内部に存在する多数の格子面によ
って回折される。しかし、全反射ミラー7が試料2と同
じ結晶構造を有しているから、試料2において回折され
てX線検出器3に入射するような長波長の成分B23,
B24は、全反射ミラー7に対向ないし直交する方向に
全反射ミラー7の格子面によって、予め、回折されて除
去される。したがって、試料2に対向するX線検出器3
には、試料2で回折された回折X線が入射しない。
【0020】なお、全反射ミラー7で回折されたX線の
うち一部の回折X線は、一次X線B21として試料2に
入射し、試料2によって回折されるが、全反射ミラー7
と試料2の結晶構造が同一であるから、一次X線B21
が全反射ミラー7で回折されたと同様に、試料2の表面
に沿った小さな角度で回折されるので、X線検出器3に
入射するおそれはない。
【0021】また、図2の一次X線B2に含まれている
短波長の高次線B22(図4)は、全反射ミラー7に進
入して全反射ミラー7によって吸収されるので、試料2
に入射しないから、図1のX線検出器3に高次線の散乱
線が入射するおそれもない。
【0022】なお、分光素子1およびX線管5は、図5
に示す第2の実施例にように、配設してもよい。また、
上記各実施例は、全反射蛍光X線分析に適用した例につ
いて説明したが、この発明は、以下に説明する第3実施
例のように、他の蛍光X線分析装置についても適用する
ことができる。
【0023】図6は第3実施例を示す。この図におい
て、照射装置10はX線管5からのX線B1を分光素子
1で単色化し、この単色化した一次X線B2を集光させ
るとともに試料2の表面2aに対向する方向から試料2
に照射する。上記分光素子1から試料2への一次X線B
2の光路には、全反射ミラー7が設けられている。全反
射ミラー7は試料2に対して平行には設けられておら
ず、また、その格子面も試料2の格子面と平行になって
いないが、試料2に向う一次X線B2のうち長波長のX
線B23,B24を予め回折させて除去するとともに、
高次線B22(図4)を吸収する。したがって、一次X
線B2に含まれる1次線B21が、試料2に入射する。
【0024】1次線B21を受けた試料2からの蛍光X
線B5は、X線検出器3で検出される。試料2からX線
検出器3までの光路には、試料2からの蛍光X線B5を
たとえば、0.05°〜0.20°の取出角δで取り出
して、X線検出器3に入射させる光学素子8が設けられ
ている。なお、その他の構成は前述の第1実施例と同様
であり、同一部分または相当部分に同一符号を付して、
その詳しい説明を省略する。
【0025】この第3実施例のように、試料2の表面2
aに対向する方向から一次X線B2(1次線B21)を
照射した場合、反射X線B4や散乱X線は、取出角δが
45°の付近において最も大きくなり、取出角δが1°
以下になると著しく小さくなる。したがって、この実施
例のように取出角δを小さくすることで、一般の全反射
蛍光X線分析と同様にノイズが小さくなる。
【0026】かかる分析装置においても、全反射ミラー
7によって回折された回折X線B23および連続X線B
24は、1次線B21に比べ全反射ミラー7の表面7a
に直交する方向に回折される。したがって、X線検出器
3には、回折X線B23および連続X線24が入射しな
い。
【0027】また、一次X線B2に含まれている短波長
の成分は、全反射ミラー7によって吸収されるので、X
線検出器3に入射するおそれがない。
【0028】なお、上記各実施例では、全反射ミラー7
を分光素子1と試料2の間のX線B2の光路に設けた
が、全反射ミラー7をターゲット材51と分光素子1と
の間のX線B1の光路に設けてもよい。また、上記各実
施例では、分光素子1を設けたが、分光素子1を設けず
に、X線B1を平行光にするための平行光学系を設ける
とともに、X線管5と試料2とに間に全反射ミラー7を
設けてもよい。
【0029】また、上記各実施例では、シリコンウエハ
を試料とした場合について説明したが、この発明はガリ
ウム砒素やゲルマニウムなどの単結晶の構造を有する試
料についても適用できる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、試料に入射するX線の光路に全反射ミラーを設けて
いるので、試料表面で全反射されないような短波長の成
分は、全反射ミラーに入射して吸収される。一方、全反
射ミラーは試料と同じ結晶構造を有しているから、試料
において回折されるような長波長の成分は、全反射ミラ
ーの格子面によって予め回折されて除去される。したが
って、バックグラウンド成分となる短波長の散乱線や長
波長の回折線がX線検出器に入射しないので、極く微量
の元素についても分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例にかかる全反射蛍光X線
分析装置の概略構成図である。
【図2】全反射ミラーの拡大断面図である。
【図3】全反射ミラーと試料の位置関係を示す斜視図で
ある。
【図4】分光素子で分光されたX線のスペクトルを示す
特性図である。
【図5】第2実施例にかかる全反射蛍光X線分析装置の
概略構成図である。
【図6】第3実施例にかかるX線分析装置を示す概略構
成図である。
【図7】従来の全反射蛍光X線分析装置を示す概略構成
図である。
【符号の説明】
2…試料、3…X線検出器、7…全反射ミラー、B1,
B2,B21…X線、γ…入射角度。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 結晶構造を有する試料の表面にX線を照
    射する照射装置と、上記X線を受けた試料からの蛍光X
    線を検出するX線検出器とを備え、このX線検出器での
    検出結果に基づいて試料の分析を行う蛍光X線分析装置
    において、 上記試料に入射するX線の光路に、上記試料と同じ結晶
    構造を有する全反射ミラーを設けたことを特徴とする蛍
    光X線分析装置。
  2. 【請求項2】 結晶構造を有する試料の表面にX線を微
    小な入射角度で照射する照射装置と、上記試料の表面に
    対向して配設され上記X線を受けた試料からの蛍光X線
    を検出するX線検出器とを備え、このX線検出器での検
    出結果に基づいて蛍光X線を分析する全反射蛍光X線分
    析装置において、 上記試料に入射するX線の光路に試料と同じ結晶構造を
    有する全反射ミラーを設けたことを特徴とする全反射蛍
    光X線分析装置。
  3. 【請求項3】 請求項2において、上記全反射ミラー
    は、上記試料の格子面と同一の格子面が、互いにほぼ平
    行ないし平行に設定されている全反射蛍光X線分析装
    置。
JP28783793A 1993-10-22 1993-10-22 蛍光x線分析装置 Pending JPH07120417A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6463165B1 (en) 1998-03-31 2002-10-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Individuals checking apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6463165B1 (en) 1998-03-31 2002-10-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Individuals checking apparatus

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