JPH0293355A - 蛍光x線分析装置 - Google Patents

蛍光x線分析装置

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JPH0293355A
JPH0293355A JP63246327A JP24632788A JPH0293355A JP H0293355 A JPH0293355 A JP H0293355A JP 63246327 A JP63246327 A JP 63246327A JP 24632788 A JP24632788 A JP 24632788A JP H0293355 A JPH0293355 A JP H0293355A
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井野 正三
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Hirokatsu Miyata
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は、新規な蛍光X線分析装置に関するもので、特
に目的元素が固体表面、又は表面近傍に存在する場合の
非破壊的な表面分析、深さ方向分析装着に関するもので
ある。 [従来の技術] 表面分析手段として最も一般的なものにオージェ電子分
光法がある。従来、この方法が最も感度が優れていると
されているが、これは軽元素に関するもので、原子番号
の大きな元素に対しては感度が著しく低下するという問
題点がある。また、ざらにオージェ電子分光法では、オ
ージェ電子の脱出深さが数十人であるので、深さ方向の
元素分析を行う場合にはエツチング等を行う必要があり
、結果的に破壊分析になってしまうという問題点がある
。光電子分光法も同じ理由で破壊分析となる。2次イオ
ン質量分析法は、イオン照射によって試料をエツチング
しながら分析するため、これも破壊分析である。 従来の蛍光X線分析、及び電子線マイクロアナリシスは
、非破壊分析法であるが、通常の蛍光X線分析法や電子
線マイクロアナリシスは表面層からの情報に比較してバ
ルクからの情報が非常に大きいので、固体の表面層を分
析する手段としては適当な方法とは言い難い。そこで、
蛍光X線分析法や電子線マイクロアナリシスを表面分析
に適用するためにいくつかの方法が提案されている。 それらは、X線の屈折現象、及びそれに関連した全反射
現象に着目したものである。 全反射蛍光X線分析法は、試料表面に一次X線を全反射
臨界角以下の小さな角度で入射させることによって試料
内部への一次X線の侵入を押え、表面近傍の原子から放
出される蛍光X!sのみを検知するものである(特開昭
54−7991.特開昭62−222150)  また
、これとは別に一次ビームの入射方向には制限と設けず
に、発生した特性X Iaをその試料に対する全反射角
に近い角度で取り出すことによって試料内部で発生する
特性X線、散乱X線を排除し、表面からの情報のみを得
る方法−全反射角X !a分光法(TRAXS)も考案
されている。(特開昭60−82840.特開昭6l−
78041)しかし、前述の全反射蛍光X線分析法は、
確かに表面のみの分析に対しては有効であるが、−次X
線の視射角を変化させて深さ方向の元素分析を行う場合
には、入射X線と反射X線が干渉を起こすために、得ら
れる蛍光X線強度データが非常に複雑となり解析が困難
であるなどの問題点を持っている。また、全反射角X線
分光法においても、現状では試料の深さ方向元素分析に
有効に作用する方法及び装置は提供されていない。 [発明の目的] 本発明は、励起用−次ビームとしてX線を用いた場合、
(全反射角蛍光X線分析法において)試料が表面から十
分な深さまで均一に励起されるので取り出し角と蛍光X
線強度の関係を測定すれば、蛍光X線の試料中での吸収
と表面での屈折を考慮したモデルを使い、試料の深さ方
向元素分析を行うことが可能となるという知見に基づき
なされたもので、特に、蛍光X線の取り出し角を非常に
高精度に決定することにより、試料の深さ方向での元素
分析が有効に行なえる装置を提供することを目的として
いる。 [目的を達成するための手段] 本発明は、全反射角蛍光X線分析において、試料面に対
する蛍光X線の取り出し角度を正確に決定することによ
って、非破壊的深さ方向分析への応用を可能としたもの
である。 そこで精密な位置及び角度あわせが行なえる全反射角蛍
光X線分析装置を提供する。 つまり、試料への励起X線の照射によって、該試料から
発生する蛍光X線を該試料表面における全反射角又はそ
の近傍の角度で検出し、さらに該試料より放出される蛍
光X線のスペクトル分布の少なくとも1部を求め、蛍光
X#i強度を得るからの蛍光X線取り出し角を精密に決
定するために、位置合わせの基準としてX線ビームを用
い、それにより決定された取り出し角と前記蛍光X線強
度の関係より試料の分析を行なう、全反射角蛍光X線分
析法及び該方法に適した装置を提供している。 L−二一1 より具体的に説明すると、本発明は、X線源とこれより
発生するX線を細いビームにする光学系と、試料を固定
することができ、かつ定位置の試料面と同一平面上に配
置された少なくとも2つのナイフェツジを備えた試料ホ
ルダーとそれを一方向に平行移動させる手段及び回転運
動させる手段を有する台と、その台を一方向に移動させ
る手段とを有する全反射角蛍光X線分析装置を提供する
。 第1図は、本発明の特徴を最もよくあられす図である。 X線源1からのX線はX線光学系2により細いビーム3
に変換される。X線光学系2は幅50μm以下のX線ビ
ームをつくることができるもので、スリット等の組み合
わせにより構成される。このX線ビームを検知でとる位
置にX線検出器4が置かれる。5は試料ホルダーであっ
て試料を固定することができ、かつ定位置の試料面と同
一平面上に少なくとも2つのナイフェツジ12が配置さ
れている。試料ホルダー5は、ゴニオメータ6の上に置
かれた試料台7に保持される。試料台7は、一方向の平
行移動をする機能を備えており、また、ゴニオメータ6
は一方向の平行移動と回転運動をする機能を有している
0本発明においては、角度あわせの方法が、最も重要な
部分を占めているので、第1図に従って試料の位置、及
び角度合わせの方法について説明する。 最初に試料ホルダー5を外した状態で基準X線ビーム3
の中心がゴニオメータ6の回転中心を通るようにゴニオ
メータ位置の調整を行う、基準X線のダイレクトビーム
のプロファイルを描かせ、強度が最大となる位置に検出
器4を固定した後に、ゴニオメータ6の回転中心の位置
に幅の狭いスリットを有したセツティング治具をとり付
け、このスリットを通って検出されるX線の強度が最大
となるようにゴニオメータ6を移動させることによって
この調整を行うことができる。 次に試料ホルダー6を取り付け、その2つのナイフェツ
ジ12で基準X線が2等分される様に試料台7の調整を
行う、即ち、ゴニオメータ6によって試料ホルダー5を
回転させ、検出器4で検出されるX線強度の最大値が試
料ホルダー5を付けていない場合の1/2になる様に試
料台を調整する。 この後に試料を定位置に固定すれば試料面とゴニオメー
タの回転中心が一致し、かつ検出器4に対する試料面の
角度を正確に決定することが可能である。 以下実施例に従って説明する。 [実施例1] 第2図は、本発明の実施例1の概略構成を示す図である
。X線源1は角度あわせ用基準X線源と励起用X線源と
を兼ねている。励起用X線はエネルギーの高いものが有
利で、従ってX線源1のターゲットとしては原子番号の
大きな元素を用い、電子ビームの電圧、電流を大きくし
て使用するのが望ましい。 この場合、上述の様に角度あわせを行った後にこの状態
からゴニオメータ6によって試料と検出器4とを共に9
0°回転させる。この位置でX線の取り出し角がOoと
なり、以後、ゴニオメータ6によって試料のみを回転さ
せ、取り出し角を変化させてX線の検出を行う。(符号
9はゴニオメータ−ドライバーである。)検出器スリッ
ト8は、蛍光X線の取り出し角の角度分解能を決定する
もので角度分解能が1/100°〜1/200゛程度と
なる様な狭い幅のものを用いることが望ましい。 て記録され、解析される。 第5図は、ゲルマニウムウェハーを試料として用い、本
分析装置を用いて取り出し角角度0.1°〜0.7°の
範囲を走査して測定した結果で、また第6図は■〜■の
式を用いて計算した理論曲線である。図中θtて示した
角度が傘幹参斡全反射臨界角の洟卓喝ヰ理論値を十≠手
中示し滑らかな表面を有する厚゛さdの均一な物質から
放出される蛍光X線の強度の角度分布の理論は物質中で
のX線の吸収による減衰の効果と、界面での屈折の効果
とより次のように考えることができる。 放出される蛍光X線の波長をλ、蛍光X線の取り出し角
をθt、全反射臨界角をθC1物質中での波長λの蛍光
X線の線吸収係数をμとする。はじめに吸収による減衰
の効果について考える。物質中から放出された蛍光X線
の強度が1 / eとなる深さz1八は次の式であられ
される。 zl八へλ/4πB (B−1/ご・(
【θt2−θc 2 )+4β2】)
−(θt2−θC2))札β=λμ/4π) 従って、この場合吸収の効果をあられす式は、■(θt
) = Io S : exp (−x/Z’八)dx
     −■と書くことができる。 次に表面での屈折の効果について考える。第4図のよう
に放出X線の界面への視射角をθi、屈折光の表面との
なす角を01(=取り出し角)、屈折率をl−δとする
と、スネルの法則より次の0式が導びける。 よって蛍光X線強度の角度分布をあられす0式と0式の
積となり、 であられせる。 波長λのX線に対する物質の屈折率、及び全反射臨界角
は、自由電子近似を用いた分散理論によって計算するこ
とがで咎るので、この場合、試料の厚さdがわかってい
れば、0〜0式を用いて蛍光X線強度の角度分布を理論
的に求められることになる。 また、同様にガラス上の銅蒸着膜(膜厚800人)を試
料として用いた場合の測定結果、及び理論曲線をそれぞ
れ第7図、第8図に示す。 それぞれの試料について測定された全反射臨界角の値は
、理論値にほぼ等しく、また、曲線の形状もほぼ一致し
ていた。 この事は本発明によって測定された結果が十分な精度、
分解能を有している事を示している。 上記理論を用いて測定結果を解析する事により試料の深
さ方向元素分析を非破壊的に行う事が可能である事が分
る。 [実施例2] 第3図は、本発明の実施例2の概略構成を示すものであ
る。X線源を、角度を測定するための角度基準用X線源
1と蛍光X線を発生させるための励起X線源11とに分
けて用いている。こうすることにより、それぞれの目的
に最適な線質のX線源を用いることができる。 本実施例では、実施例1と同様にゴニオメータ6の位置
の調整、及び試料台7の調整を行って角度あわせが終了
した位置が取り出し角0°となる。従ってゴニオメータ
の可動範囲は小さくて良い。 励起用X線源11は試料測定面により近づけることがで
きるので、試料測定面上でのX線強度が大損くなるため
に有利である。 励起用X線源11としては、蛍光X線分析に用いられて
いる縦型管球を用いることができる。さらに薄膜の透過
型ターゲットを用いたX線源を用いることも可能である
。 検出器4、信号処理装置10については実施例1と同様
である。 [発明の効果] 本発明は、細く絞ったX線ビームの鋭い指向性を利用し
て試料の位置、及び角度を正確に決定することで、全反
射角蛍光X線分析法を深さ方向の元素分析に利用するこ
とを可能としたものである。この方法によると試料面の
位置を25μm以下の精度で決定することができ、その
結果、試料と検出器スリット8との間隔を例えば285
mmとした場合、角度測定精度は1/200°以下とな
る。本発明以外の方法、例えば一般に極めて鋭い指向性
を有しているとされているHe−Neレーザー(λ=6
328人)をX線の代わりに用いると、レーザー光はX
線に比較して回折の効果が大きくなり、試料位置でビー
ムが1mm程度まで広がってしまうので、位置あわせに
は不適当である。よって、位萱合わせ及び角度の測定基
準にX線ビームを用い、蛍光X線の取り出し角を高精度
に決定しつつ、取り出し角と蛍光X線強度の関係を測定
できる本発明は、深さ方向の元素分析に有効な全反射角
蛍光X線分析装置となっている。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の基本的構成を示す図、第2図は本発
明の実施例1の概略構成図、第3図は本発明の実施例3
の構成を示す図である。 第4図はX線が異種媒質界面を通過する際の進み方を説
明するための図、第5図は本発明を用い10−一侶号処
理装置 11−一一励起用X線源 !2−−ナイフェツジ t−−−X線源 2−一−X線光学系 3−m=基準X線ビーム 4−−−X線検出器 5−m−試料ホルダー 6−m−ゴニオメータ 7−m−試料台 8−m−検出器スリット 9−一一ゴニオメータドライバー Oイ 宇 ワ 口 ve(2) υ11

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)X線源とこれより発生するX線を細いビームにす
    る光学系と、試料を固定することができ、かつ定位置の
    試料面と同一平面上に配置された少なくとも2つのナイ
    フエッジを備えた試料ホルダーとそれを一方向に平行移
    動させる手段及び回転運動させる手段を有する台と、そ
    の台を一方向に移動させる手段とを有する全反射角蛍光
    X線分析装置。
  2. (2)さらに蛍光X線の検知のためにエネルギー分散型
    X線分析装置を備えている請求項1記載の全反射角蛍光
    X線分析装置。
  3. (3)さらに蛍光X線検知器の信号を蓄積し、加工する
    ための信号処理装置を備えている請求項1又は2記載の
    全反射角蛍光X線分析装 置。
JP63246327A 1988-09-30 1988-09-30 蛍光x線分析装置 Expired - Lifetime JP2592931B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5148457A (en) * 1990-06-28 1992-09-15 Kabushiki Kaisha Toshiba System for analyzing metal impurity on the surface of a single crystal semiconductor by using total reflection of x-rays fluorescence
US5305366A (en) * 1991-01-09 1994-04-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Thin film forming apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5148457A (en) * 1990-06-28 1992-09-15 Kabushiki Kaisha Toshiba System for analyzing metal impurity on the surface of a single crystal semiconductor by using total reflection of x-rays fluorescence
US5305366A (en) * 1991-01-09 1994-04-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Thin film forming apparatus

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