JPH07239310A

JPH07239310A - 電磁波検出装置及び基板加工装置

Info

Publication number: JPH07239310A
Application number: JP6029476A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Nakahara; 武彦中原; Masao Ecchu; 昌夫越中; Noriyuki Kosaka; 宣之小坂
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1995-09-12
Anticipated expiration: 2015-08-21
Also published as: JP3078168B2

Abstract

(57)【要約】【目的】強度比が大きい複数の電磁波を測定する際に
微弱な電磁波をも検出できる電磁波検出装置を得ると共
に、また、基板加工プロセス中における組成の変化を測
定できる機能を有する基板加工装置を得る。【構成】試料１Ｃから発生する特性Ｘ線の内、強度の
強い元素からの特性Ｘ線７ａを選択的に透過させて減衰
させると共に強度の弱い元素からの特性Ｘ線７ｂを選択
的に反射させる光学素子としての全反射ミラー３１と、
特性Ｘ線７ａの強度を調整する強度調整機構としてのス
リット３２と、上記全反射ミラー３１により反射された
特性Ｘ線７ｂと上記スリット３２により強度が調整され
た特性Ｘ線７ａとを同一の半導体Ｘ線検出器６で検出す
るようにして、試料１Ｃ中の元素が発生する強度比が大
きい特性Ｘ線を測定する際に微弱な電磁波をも検出可能
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、Ｘ線や電子ビーム・
イオンビーム等の励起源により元素を励起し、励起され
た元素から放出される電磁波、特に特性Ｘ線（以下、特
性Ｘ線には蛍光Ｘ線を含む）を検出する電磁波検出装置
及びこの電磁波検出装置を用いて基板加工中の組成の変
化を検出可能にする基板加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子デバイスや半導体等の高集積
化・微細化に伴い、極微量の不純物がデバイス特性を左
右するようになってきている。そのため、極微量の不純
物汚染を調べることが重要となりつつある。このような
極微量の不純物汚染を測定する方法として、Ｘ線や電子
ビーム・イオンビーム等の励起源により不純物元素を励
起し、励起された元素から放出される電磁波、特に特性
Ｘ線を検出することにより不純物元素を測定する方法が
ある。この測定方法は、試料を破壊することなく不純物
元素を測定できることから、近年よく用いられるように
なっている。

【０００３】図２１は試料を破壊することなく不純物元
素を測定する従来の電磁波検出装置としてのＸ線検出装
置を示すもので、例えば「シンクロトロン放射光技術」
（富増多喜夫編著、工業調査会、１９９０年、ｐ．４９
７）に示されたものと同様なものである。図２１におい
て、１Ａは例えば硅素Ｓｉ基板上に鉄Ｆｅまたは銅Ｃｕ
等重金属の不純物が混入されている試料、２は試料１Ａ
の元素を励起するためのシンクロトロン放射光等の励起
源、３は励起源２からのＸ線５を分光するための分光
器、４ａ、４ｂは分光器３の入出射角を決定するための
スリット、６は励起源２からのＸ線５により励起される
試料１Ａ中の元素が発生する特性Ｘ線７を検出するため
の半導体Ｘ線検出器、８は波高分析器と記憶・表示装置
を含み上記半導体Ｘ線検出器６からの検出信号を処理す
る信号処理回路、９は試料容器である。

【０００４】次に上記構成に係る動作について説明す
る。シンクロトロン放射光等の励起源２から照射される
Ｘ線５は、スリット４ａ、４ｂにより決定された入出射
角で分光器３により分光され、試料１Ａに照射される。
これにより、試料１Ａの元素は励起され、励起された元
素が放出する特性Ｘ線７を半導体Ｘ線検出器６で検出す
る。半導体Ｘ線検出器６で検出された特性Ｘ線７は信号
処理回路８で処理され、スペクトルとして記憶・表示さ
れる。

【０００５】ここで、上記半導体Ｘ線検出器６として
は、全体のＸ線スペクトルが同時に観測できるエネルギ
ー分散型検出器が用いられており、この半導体Ｘ線検出
器６のＸ線検出原理及び上記信号処理回路８に含まれる
図示しない波高分析器における信号処理を図２２（ａ）
ないし（ｃ）を用いて説明する。図２２（ａ）におい
て、６Ａは上記半導体Ｘ線検出器６に試料１Ａから放出
される特性Ｘ線７が入射することにより生成される該特
性Ｘ線７のエネルギー値に応じた数の電子・正孔対、８
Ａと８Ｂは上記信号処理回路８のバイアス電圧と電流パ
ルスである。

【０００６】すなわち、上記半導体Ｘ線検出器６に特性
Ｘ線７が入射すると、それぞれの特性Ｘ線７のエネルギ
ー値に比例した数の電子・正孔対６Ａが生成され、電流
パルス８Ｂとして出力し、信号処理回路８は、この電流
パルス８Ｂを内蔵する増幅器を通して電流パルスの量に
比例した電圧パルスに変換した後、内蔵する波高分析器
によりそれぞれのパルス波高値に相当するチャネルに蓄
積してエネルギースペクトルを得るようになっている。
図２２（ｂ）はある試料から放出された特性Ｘ線、例え
ば３種類の異なったエネルギー値の特性Ｘ線７を半導体
Ｘ線検出器６で検出したときに得られる電流パルスを示
す模式図であり、また、図２２（ｃ）は図２２（ｂ）の
電流パルスを波高分析した結果を示す図で、電流パルス
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３がそれぞれのエネルギーに対応したパ
ルス数として表示される。

【０００７】また、従来、上述したような電子デバイス
や半導体等の高集積化、微細化に伴い、薄膜の膜質が電
子デバイスの性能を左右するようになってきている。例
えば、二酸化硅素ＳｉＯ₂ 膜における硅素Ｓｉと酸素Ｏ
との比が１：２からずれると、膜中にＳｉＯ₂ 以外の物
質が混入したことになり、誘電率が変化し所望の高周波
特性が得られないことがある。さらに、化合物の薄膜を
形成する場合に、所望の組成を得ることは、スパッタ率
の違いや付着係数の違い等により困難なことが多く、従
来、薄膜形成装置で薄膜を形成した後に組成分析装置で
評価していたが、その場合には、薄膜形成中の条件の変
動による組成の変化を薄膜形成中に補正することは困難
であった。そこで、薄膜形成中の組成の変化を逐次測定
する試みがなされている。

【０００８】図２３（ａ）と（ｂ）は、例えば「ＲＨＥ
ＥＤ励起Ｘ線全反射角分光（ＴＲＡＸＳ）法による表面
の研究」（井野他、応用物理、第５６巻、第７号、１９
８７、ｐ．８４３〜８５０）に示されたもので、半導体
Ｘ線検出器６が付加された従来の薄膜形成装置を示す構
成図と、上記半導体Ｘ線検出器６内の拡大構成図であ
る。図２３（ａ）において、１Ｂは硅素Ｓｉ基板上にガ
リウムＧａやひ素Ａｓを蒸着してひ化ガリウムＧａＡｓ
薄膜が形成される試料、１０は薄膜形成装置の真空槽、
１１は上記真空槽１０内の排気を行う排気機構、１２は
後述する基板等母材上に薄膜を形成するための製造機
構、１３は真空槽１０内部の真空状態を保ちつつ特性Ｘ
線を透過するＸ線透過窓、１４は後述する半導体Ｘ線検
出器６の検出素子６ａを冷却するための液体窒素デュア
である。

【０００９】また、ここで用いられる半導体Ｘ線検出器
６の構造としては、図２３（ｂ）に示すように、例えば
硅素Ｓｉ基板上にガリウムＧａやひ素Ａｓを蒸着してひ
化ガリウムＧａＡｓ薄膜が形成される試料１Ｂから励起
源２によって励起された特性Ｘ線を検出するための検出
素子６ａ、この検出素子６ａを真空に保つための真空容
器６ｂ、内部の真空状態を保ちつつ特性Ｘ線を透過する
Ｘ線透過窓６ｃ、上記検出素子６ａからの検出信号を増
幅する増幅器６ｄ、上記増幅器６ｄにより増幅された検
出信号を真空外に導出すると共に上記検出素子６ａを冷
却するために熱を外部へ導出するロッド６ｅを有する。

【００１０】次に、上記構成に係る薄膜形成装置の動作
について説明する。製造機構１２において、図示しない
蒸発用るつぼに例えばガリウムＧａやひ素Ａｓを入れて
真空中で加熱することにより、試料１Ｂの硅素Ｓｉ基板
上に上記ガリウムＧａやひ素Ａｓを蒸着してひ化ガリウ
ムＧａＡｓ薄膜を形成する。このようにして形成される
試料１Ｂの薄膜形成中に、励起源２で上記薄膜を形成す
るガリウムＧａやひ素Ａｓの特性Ｘ線を励起し、それを
Ｘ線透過窓１３で一旦大気中に取り出し、半導体Ｘ線検
出器６前面のＸ線透過窓６ｃを通して該検出器６で検出
することにより、薄膜形成中の組成の変化を逐次測定す
るようになされている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した図２１に示す
従来のＸ線検出装置は上記のように構成されているの
で、鉄Ｆｅまたは銅Ｃｕ等重金属の不純物元素からの特
性Ｘ線の強度と硅素Ｓｉ基板等母体からの特性Ｘ線の強
度の比が大きい。そのため、このような測定法において
は、例えば図２２（ｂ）、（ｃ）において、基板からの
特性Ｘ線のエネルギーが電流パルスＰ３で示され、不純
物元素の特性Ｘ線のエネルギーが電流パルスＰ１、Ｐ２
で示される場合、基板からの特性Ｘ線の強度が非常に強
いので、図２４に示すように、電流パルスＰ３が時間間
隔を短くして列をなすようにしてパルス量が増し、これ
により、電流パルスＰ３と電流パルスＰ１、Ｐ２とが重
なる確率が高くなり、正しい分析が困難となる。また、
電流パルスを波高分析するためには、電流量を時間積分
しなければならなくパルスを変換するための時間が必要
なため、パルス列が密になると全てのパルスを数えるこ
とが困難になる。それ故、微弱な不純物元素からの特性
Ｘ線を感度よく測定することは困難であるという問題点
があった。

【００１２】また、図２３に示すＸ線を測定できる機能
を有する従来の薄膜形成装置は、上記のように構成され
ているので、以下のような課題があった。１）従来、Ｘ線透過窓６ｃ及び１３にはベリリウムＢｅ
箔が使われており、通常の真空状態が保たれる厚さで
は、Ｘ線エネルギーが１ｋｅＶ以下の軟Ｘ線は吸収され
てしまうため、酸化物や炭化物といった軽元素を含む物
質の特性Ｘ線を測定することが困難であった。２）たとえ、上記軟Ｘ線を透過する有機物質（例えばパ
リレン）を上記Ｘ線透過窓６ｃ及び１３として用いたと
しても、薄膜形成中の基板等からの輻射熱により、該Ｘ
線透過窓６ｃ及び１３が軟化したり溶けたりすることが
ある。３）また、軽元素が測定できるように工夫しても、特に
酸素や窒素や炭素のような軽元素の場合、原子番号が小
さくなるほど特性Ｘ線の発生効率は極端に低くなるの
で、このような軽元素を含むような化合物においては、
たとえ組成比が１：１であろうとも、該特性Ｘ線の光子
をパルス計測する際、該パルス計測の計数率が非常に小
さくなるので、ある精度で測定するためには測定時間を
長くする必要があった。４）それ故、上記軽元素を含む物質を測定する際には、
測定時間がかかり、薄膜形成速度に追従することが困難
であり、薄膜形成プロセス過程における試料の組成を逐
一測定することは困難であった。

【００１３】この発明は上記のような従来例に係る問題
点を解決するためになされたものであり、強度比が大き
い複数の電磁波を測定する際に微弱な電磁波をも検出で
きる電磁波検出装置を得ることを目的としている。

【００１４】また、基板加工プロセス中に、強度比の大
きく異なる電磁波を用いて組成を測定する際にプロセス
中における試料やターゲットの組成を測定できる機能を
有する基板加工装置を得ることを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る電磁波検出装置は、試料中の元素が発生する複数の波
長の電磁波を検出する検出器を有する電磁波検出装置に
おいて、上記試料と上記検出器との間に設置されて上記
試料から発生する複数の波長の電磁波の内少なくとも１
つ以上の波長を選択的に反射または透過する光学素子
と、上記試料と上記検出器との間に設置されて電磁波の
強度を調整する強度調整機構とを備え、上記光学素子に
より反射または透過された電磁波と上記強度調整機構に
より強度が調整された電磁波を上記検出器で検出するこ
とを特徴とするものである。

【００１６】また、請求項２に係る電磁波検出装置は、
上記電磁波の波長が、Ｘ線領域であることを特徴とする
ものである。

【００１７】また、請求項３に係る電磁波検出装置は、
上記検出器が、エネルギー分散型検出器であることを特
徴とするものである。

【００１８】また、請求項４に係る電磁波検出装置は、
上記検出器に入る光や熱を遮蔽すると共に１ｋｅＶ以下
の軟Ｘ線を含むＸ線を透過する耐熱性のある遮蔽体を備
えたことを特徴とするものである。

【００１９】また、請求項５に係る電磁波検出装置は、
上記強度調整節機構が、スリットであることを特徴とす
るものである。

【００２０】また、請求項６に係る電磁波検出装置は、
上記光学素子が、全反射現象を利用する光学素子である
ことを特徴とするものである。

【００２１】また、請求項７に係る電磁波検出装置は、
上記光学素子が、回折現象を利用する光学素子であるこ
とを特徴とするものである。

【００２２】また、請求項８に係る基板加工装置は、基
板を加工する加工機構と、上記加工中の基板に含まれる
複数の元素を励起する励起源と、上記励起源により励起
された元素が放出する複数の波長の電磁波を検出する検
出器と、上記加工中の基板と上記検出器との間に設置さ
れて上記複数の波長の電磁波の内少なくとも１つ以上の
波長を選択的に反射または透過する光学素子と、上記加
工中の基板と上記検出器の間に設置されて電磁波の強度
を調整する強度調整機構とを備え、上記加工機構による
基板の加工中に、上記光学素子により反射または透過さ
れた電磁波と上記強度調整機構により強度が調整された
電磁波を上記検出器で検出することを特徴とするもので
ある。

【００２３】また、請求項９に係る基板加工装置は、基
板にスパッタリング現象を用いて薄膜を形成するための
薄膜形成機構と、スパッタリングされるターゲット材中
の元素を励起する励起源と、この励起源により励起され
た元素が放出する電磁波を検出する検出器とを備えたこ
とを特徴とするものである。

【００２４】また、請求項１０に係る基板加工装置は、
上記ターゲット材と上記検出器との間に設置されて上記
電磁波を透過または反射する光学素子と、上記ターゲッ
ト材と上記検出器の間に設置されて電磁波の強度を調整
する強度調整機構とを備えたことを特徴とするものであ
る。

【００２５】また、請求項１１に係る基板加工装置は、
請求項８ないし１０のいずれかにおいて、上記電磁波の
波長が、Ｘ線領域であることを特徴とするものである。

【００２６】また、請求項１２に係る基板加工装置は、
請求項８ないし１１のいずれかにおいて、上記検出器
が、エネルギー分散型検出器であることを特徴とするも
のである。

【００２７】また、請求項１３に係る基板加工装置は、
請求項８ないし１２のいずれかにおいて、上記検出器に
入る光や熱を遮蔽すると共に１ｋｅＶ以下の軟Ｘ線を含
むＸ線を透過する耐熱性のある遮蔽体を備えたことを特
徴とするものである。

【００２８】また、請求項１４に係る基板加工装置は、
請求項８ないし１３のいずれかにおいて、上記強度調整
機構が、スリットであることを特徴とするものである。

【００２９】また、請求項１５に係る基板加工装置は、
請求項８ないし１４のいずれかにおいて、上記光学素子
が、全反射現象を利用する光学素子であることを特徴と
するものである。

【００３０】また、請求項１６に係る基板加工装置は、
請求項８ないし１４のいずれかにおいて、上記光学素子
が、回折現象を利用する光学素子であることを特徴とす
るものである。

【００３１】

【作用】この発明の請求項１に係る電磁波検出装置にお
いては、光学素子により、試料中の元素が発生する複数
の波長の電磁波の内少なくとも１つ以上の波長を選択的
に反射または透過すると共に、強度調整機構により、電
磁波の強度を調整することによって、上記光学素子によ
り反射または透過された電磁波と上記強度調整機構によ
り強度が調整された電磁波が検出器で検出されて、強度
比が大きい複数の電磁波を測定する際に微弱な電磁波を
も検出可能にする。

【００３２】また、請求項２に係る電磁波検出装置にお
いては、強度比が大きい複数の電磁波を測定する際に上
記電磁波の波長をＸ線領域とすることにより、Ｘ線のエ
ネルギー値に基づき元素の種類の識別を容易にする。

【００３３】また、請求項３に係る電磁波検出装置にお
いては、上記検出器を、エネルギー分散型検出器とする
ことによって、強度比の大きい複数の電磁波を検出する
場合に強度の大きい電磁波により計数率が律速されるこ
となく微弱な電磁波をも同時に検出することを可能にす
る。

【００３４】また、請求項４に係る電磁波検出装置にお
いては、上記検出器に入る光や熱を遮蔽すると共に１ｋ
ｅＶ以下の軟Ｘ線を含むＸ線を透過する耐熱性のある遮
蔽体を備えたことにより、光や熱が検出器に与える悪影
響を防ぎ、１ｋｅＶ以下の軟Ｘ線を含むＸ線を放出する
軽元素をも検出可能にする。

【００３５】また、請求項５に係る電磁波検出装置にお
いては、上記強度調節機構を、スリットで構成すること
によって、スリットの開口率を変化させて簡便な強度調
整を可能にする。

【００３６】また、請求項６に係る電磁波検出装置にお
いては、上記光学素子として全反射現象を利用した光学
素子を用いることにより、所定の入反射角度で電磁波を
入反射させることで、複数の電磁波の内、所定のエネル
ギーよりも低いエネルギーの電磁波を放出する複数の元
素から放出される電磁波を同時に反射させることがで
き、その反射された電磁波を放出する元素を同時に測定
可能にする。

【００３７】また、請求項７に係る電磁波検出装置にお
いては、上記光学素子として回折現象を利用した光学素
子を用いることにより、所定の入反射角度で電磁波を入
反射させることで、強度の弱い電磁波と強度の強い電磁
波のエネルギーの高低を問わずに特定の元素の電磁波を
選択的に取り出すことが可能で、全反射現象を利用した
光学素子を用いた場合と異なり、強度の強い電磁波より
もエネルギーの高い電磁波を放出する元素が不純物とし
て存在し量が微量なため強度が弱い場合においても、エ
ネルギーの高い電磁波を放出する元素の電磁波のみを選
択的に取り出すことを可能にする。

【００３８】また、請求項８に係る基板加工装置におい
ては、加工機構による基板の加工中に、光学素子により
反射または透過された電磁波と強度調整機構により強度
が調整された電磁波を検出器で検出することにより、基
板の加工中に、強度比が大きい複数の電磁波を測定する
際に微弱な電磁波をも検出可能にして、組成の変化を測
定可能にする。

【００３９】また、請求項９に係る基板加工装置におい
ては、薄膜形成機構により、基板にスパッタリング現象
を用いて薄膜を形成する際、スパッタリングされるター
ゲット材中の元素を励起源によって励起し、検出器によ
って励起された元素が放出する電磁波を検出することに
より、ターゲット材の組成の変化を検出可能にする。

【００４０】また、請求項１０に係る基板加工装置にお
いては、光学素子により、ターゲット材中の元素が発生
する電磁波の内少なくとも１つ以上の波長を選択的に反
射すると共に、強度調整機構により、電磁波の強度を調
整することによって、上記光学素子により反射または透
過された電磁波と上記強度調整機構により強度が調整さ
れた電磁波が検出器で検出されて、ターゲット材中の元
素が発生する強度比が大きい複数の電磁波を測定する際
に微弱な電磁波をも検出可能にする。

【００４１】また、請求項１１に係る基板加工装置にお
いては、請求項８ないし１０のいずれかにおいて、基板
加工中に、強度比の大きい複数の電磁波を測定する際
に、上記電磁波の波長をＸ線領域とすることにより、Ｘ
線のエネルギー値に基づき試料となる基板またはターゲ
ット材の元素の種類の識別を容易にする。

【００４２】また、請求項１２に係る基板加工装置にお
いては、請求項８ないし１１のいずれかにおいて、上記
検出器を、エネルギー分散型検出器とすることによっ
て、強度比の大きい複数の電磁波を検出する場合に強度
の大きい電磁波により計数率が律速されることなく微弱
な電磁波をも同時に検出することを可能にする。

【００４３】また、請求項１３に係る基板加工装置にお
いては、請求項８ないし１２のいずれかにおいて、上記
検出器に入る光や熱を遮蔽すると共に１ｋｅＶ以下の軟
Ｘ線を含むＸ線を透過する耐熱性のある遮蔽体を備えた
ことにより、光や熱が検出器に与える悪影響を防ぎ、１
ｋｅＶ以下の軟Ｘ線を含むＸ線を放出する軽元素も検出
可能にする。

【００４４】また、請求項１４に係る基板加工装置にお
いては、請求項８ないし１３のいずれかにおいて、上記
強度調節機構を、スリットで構成することによって、ス
リットの開口率を変化させて簡便な強度調整を可能にす
る。

【００４５】また、請求項１５に係る基板加工装置にお
いては、請求項８ないし１４のいずれかにおいて、上記
光学素子として全反射現象を利用した光学素子を用いる
ことにより、所定の入反射角度で電磁波を入反射させる
ことで、複数の電磁波の内、所定のエネルギーよりも低
いエネルギーの電磁波を放出する複数の元素から放出さ
れる電磁波を同時に反射させることができ、その反射さ
れた電磁波を放出する元素を同時に測定可能にする。

【００４６】また、請求項１６に係る基板加工装置にお
いては、請求項８ないし１５のいずれかにおいて、上記
光学素子として回折現象を利用した光学素子を用いるこ
とにより、所定の入反射角度で電磁波を入反射させ、ま
たは所定の焦点位置に試料と検出器をおき試料から放出
される測定対象の元素の電磁波を検出器に集光させるこ
とで、強度の弱い電磁波と強度の強い電磁波のエネルギ
ーの高低を問わずに特定の元素の電磁波を選択的に取り
出すことが可能で、全反射現象を利用した光学素子を用
いた場合と異なり、強度の強い電磁波よりもエネルギー
の高い電磁波を放出する元素が不純物として存在し量が
微量なため強度が弱い場合においても、エネルギーの高
い電磁波を放出する元素の電磁波のみを選択的に取り出
すことを可能にする。

【００４７】

【実施例】

実施例１．以下、図示実施例に基づいて説明する。図１
は実施例１に係る電磁波検出装置としてのＸ線検出装置
の主要部を示す構成図で、図２１に示す従来例における
試料容器９内の構成を示す。図１において、１Ｃは例え
ば酸化マグネシウム基板などの酸素等軽元素を含む化合
物試料、５、６、８、９は従来のＸ線検出装置の構成と
同様であり、５は図示しない励起源からのＸ線、６はこ
のＸ線５により励起される試料１Ｃ中の元素が発生する
特性Ｘ線を検出するための半導体Ｘ線検出器で、全体の
Ｘ線スペクトルが同時に観測できるエネルギー分散型検
出器で成る。７ａ、７ｂは特性Ｘ線、８は波高分析器と
記憶・表示装置を含み上記半導体Ｘ線検出器６からの検
出信号を処理する信号処理回路、９は試料容器である。

【００４８】また、３１は全反射現象を利用した光学素
子としての全反射ミラー、３２は強度調整機構であるス
リット、３３は光や熱を遮蔽し１ｋｅＶ以下の軟Ｘ線を
含むＸ線を透過する耐熱性のある遮蔽体である。なお、
この実施例１に係るＸ線検出装置には、図示しないが、
図２１に示す従来例と同様に、試料１Ｃの元素を励起す
るためのシンクロトロン放射光等の励起源２、励起源２
からのＸ線５を分光するための分光器３、分光器３の入
出射角を決定するためのスリット４ａ、４ｂを備えてい
る。

【００４９】ここで、上記全反射ミラー３１は、図２
（ａ）に示すように、同一の入反射角での反射率を向上
させるために、例えばミラー材としてＳｉＯ₂ のガラス
基板３１ａの表面に密度の高い金Ａｕまたは白金Ｐｔな
どの金属薄膜３１ｂを１００ｎｍ程度蒸着したもので成
り、屈折率の大きい媒質から小さい媒質に電磁波が入射
するとき、入射角（ここでは、ミラー面からの角度：視
射角とする）がある角度以下になると、全反射が起こり
反射率が急激に大きくなるという全反射現象を利用した
光学素子で、Ｘ線領域では、真空中の屈折率がミラーの
材質の屈折率より大きく、そのため、真空中のＸ線がミ
ラーに入射するとき、臨界角以下では全反射が起こり、
反射率が大きくなる。

【００５０】そして、視射角と反射率及びエネルギーの
関係は、図２（ｂ）から理解されるように、例えば酸素
の特性Ｘ線の臨界角と炭素の特性Ｘ線の臨界角との間に
視射角を設定し入反射を行うと、炭素の特性Ｘ線は大き
な反射率を有するが、酸素の特性Ｘ線の反射率は小さ
く、炭素の特性Ｘ線のみを選択的に取り出すことが可能
になる。従って、上記のように入反射角を設定した場
合、炭素の特性Ｘ線のみならず、炭素の特性Ｘ線のエネ
ルギーよりも低いエネルギーの特性Ｘ線の反射率も高
く、炭素のみならず炭素の特性Ｘ線のエネルギーよりも
低いエネルギーの特性Ｘ線を放出する元素も同時に測定
することができる。

【００５１】また、強度調整機構であるスリット３２
は、例えば図３に示すように、それぞれ同一の開口部を
持つ板３２ａと３２ｂを備え、２枚の開口部を持つ板３
２ａ、３２ｂをずらすことで開口率を変化させることに
より、特性Ｘ線７ａの強度を調整するようになされてい
る。

【００５２】さらに、遮蔽体３３は、例えば図４に示す
ように、例えば特開平３−２７６０８９号公報と同様
に、珪素Ｓｉ基板３３ｃに支持膜３３ｂをＣＶＤ法など
により密着性よく形成し、上記支持膜３３ｂ上に金属薄
膜３３ａを蒸着して形成し、金属薄膜１０ａを光や熱を
遮る最低限の厚さにして軟Ｘ線を透過できるようにす
る。そして、上記支持膜３３ｂには、軟Ｘ線をよく透過
し、構造的強度が強いものが望まれ、また、輻射熱を受
けるため耐熱性も求められる。また、金属薄膜３３ａに
熱を逃すために熱伝導率の良いものが求められ、材料と
しては、Ｘ線エネルギー１ｋｅＶ以下のＸ線が透過する
ので、低原子番号の材料が望まれ、安定性も考慮して、
金属薄膜３３ａはアルミニウムＡｌまたはベリリウムＢ
ｅが適しており、また、支持膜３３ｂには、窒化ホウ素
ＢＮ以外に窒化シリコンや炭素や炭化シリコン等を用い
ても良い。

【００５３】次に上記構成に係る動作について説明す
る。シンクロトロン放射光等の励起源２（図示せず）か
ら照射されるＸ線５は、スリット４ａ、４ｂ（図示せ
ず）により決定される入出射角で分光器３（図示せず）
により分光され、試料１Ｃに照射される。これにより、
試料１Ｃの元素は励起され、励起された元素が放出する
特性Ｘ線７ａは強度調整機構であるスリット３２を通過
し、半導体Ｘ線検出器６で検出される。また、同様に、
励起された元素が放出する特性Ｘ線７ｂは全反射ミラー
３１に反射された後、半導体Ｘ線検出器６で検出され
る。半導体Ｘ線検出器６で検出されたこれら特性Ｘ線７
ａと７ｂは信号処理回路８で処理され、スペクトルとし
て記憶・表示される。

【００５４】ここで、例えば、酸化マグネシウムＭｇＯ
基板の酸素の欠損量を測定する場合、文献１（「Ｘ線の
回折」、三宅静雄、朝倉書店）と文献２（M.J.Janiak,
T,Arai：Abstr.1979,Pittsburgh Conf.Anal.Chem.Appl.
Spectros.,p701)等から周知のように、上記全反射ミラ
ー３１は、ある入出射角度においてエネルギーの高いＸ
線ほど反射率が低いことから、当該全反射ミラー３１に
ある入出射角度でＸ線を入出射させることで、例えば二
つのエネルギー値をもったＸ線のうち、ほとんど低エネ
ルギーのＸ線のみを反射させることができる。すなわ
ち、上記入出射角を、分析したい試料１Ｃの強度の弱い
元素のＸ線の臨界角以下で、かつ強度の強い元素のＸ線
の臨界角以上の角度に設定することにより、低エネルギ
ーの特性Ｘ線を放出する元素を効率良く測定することが
できる。

【００５５】酸化マグネシウムＭｇＯのようにほぼ１体
１の割合でマグネシウムＭｇと酸素Ｏが含まれている試
料１Ｃを測定する場合に、マグネシウムＭｇの特性Ｘ線
と酸素Ｏの特性Ｘ線の発生効率が大きく異なる。一般的
には、エネルギーの高い特性Ｘ線を放出する元素、例え
ば重金属の方が特性Ｘ線の発生効率が高いため、マグネ
シウムＭｇの特性Ｘ線と酸素Ｏの特性Ｘ線は強度比が大
きい。

【００５６】従って、発生効率の小さい軽元素からの特
性Ｘ線を選択的に反射し、強度の強い重金属からの特性
Ｘ線を反射しないようにできることから、試料１Ｃから
放出された特性Ｘ線の内、強度の強いマグネシウムＭｇ
からの特性Ｘ線は全反射ミラー３１で減衰させることが
可能で、全反射ミラー３１で反射された特性Ｘ線７ｂは
酸素Ｏから放出される低エネルギーの特性Ｘ線が大部分
となる。そして、全反射ミラー３１で反射された後の酸
素Ｏの特性Ｘ線７ｂの強度と、スリット３２を用いて強
度が調整されたマグネシウムＭｇからの特性Ｘ線７ａの
強度をほぼ等しくすることで、同一の半導体Ｘ線検出器
６で同時に検出することができるようにしている。

【００５７】すなわち、図３に示す強度調整機構である
スリット３２の２枚の開口部を持つ板３２ａ、３２ｂを
ずらすことで開口率を変化させることが可能であり、２
枚の開口部を持つ板３２ａ、３２ｂをずらして開口率を
変化させることにより、マグネシウムＭｇからの特性Ｘ
線７ａの強度を、全反射ミラー３１で反射された後の酸
素Ｏの特性Ｘ線７ｂの強度と略等しくして、同一の半導
体Ｘ線検出器６で検出し、効率よく両元素を同時に測定
することができるようにしている。

【００５８】また、酸化マグネシウムＭｇＯの基板にＸ
線や電子線などを照射した場合に、可視領域の光を放出
する場合がある。半導体Ｘ線検出器６は、この可視光に
対しても感度を有している。そこで、遮蔽体３３によ
り、可視光を遮りＸ線のみを半導体Ｘ線検出器６によっ
て検出するようにしており、可視光による半導体Ｘ線検
出器６に与える影響を防ぐことができるようにしてい
る。

【００５９】なお、実施例１においては、上述したよう
に、酸素Ｏからの特性Ｘ線のみでなく、マグネシウムＭ
ｇからの特性Ｘ線も同時に測定できるので、入射Ｘ線の
変動をマグネシウムＭｇからの特性Ｘ線を使って正規化
することが可能となる。また、全反射ミラー３１を曲面
ミラーもしくは複数のミラーで構成することにより、集
光作用をもたせ軽元素に対する感度を上げることが可能
となる。さらに、強度調整機構であるスリット３２を構
成する開口部を持つ板の形状は実施例１に限定されるも
のではない。

【００６０】また、上記実施例１において、上記全反射
ミラー３１は、回折を用いた光学素子のように特定のエ
ネルギーのＸ線を選択的に取り出すのではなく、臨界角
によって規定されてある所定のエネルギー以下の全ての
Ｘ線を選択的に取り出せるため、上記酸化マグネシウム
ＭｇＯを測定する際に、酸素Ｏより低いエネルギーの特
性Ｘ線も測定できるので、酸素Ｏより低いエネルギー特
性Ｘ線を放出する炭素などの不純物も同時に測定可能と
なる。

【００６１】従って、上記実施例１によれば、光学素子
として全反射ミラー３１を用い、選択的に反射された強
度の弱い軽元素からの特性Ｘ線に対し、強度の強い重金
属からの特性Ｘ線の強度を強度調整機構であるスリット
３２にて調整するようにして、適切な強度比に設定する
ことができ、試料１Ｃから励起された元素が放出する特
性Ｘ線のうち、強度調整機構としてのスリット３２によ
り、エネルギーの高い特性Ｘ線７ａの強度を、全反射ミ
ラー３１で反射されたエネルギーの低い特性Ｘ線７ｂの
強度と等しくすることにより、同一の半導体Ｘ線検出器
６で効率良く両元素をほぼ等しく同時に検出することが
できる。また、遮蔽体３３により、可視光を遮りＸ線の
みを半導体Ｘ線検出器６によって検出するようにするこ
とにより、可視光による半導体Ｘ線検出器６に与える影
響を防ぐことができる。

【００６２】実施例２．次に、図５は実施例２に係るＸ
線検出装置の主要部を示す構成図である。図５におい
て、図１に示す実施例１と同一部分は同一符号を付して
その説明は省略する。新たな符号として、１Ｄは珪素Ｓ
ｉ基板上にホウ素Ｂがドーピングされた試料、３４は実
施例１の全反射現象を用いた光学素子である全反射ミラ
ー３１に代えて設けられた回折現象を利用した光学素子
である多層膜ミラー、３５ａ、３５ｂは多層膜ミラー３
４への入出射角を規定するスリットである。その他は、
実施例１と同様である。

【００６３】ここで、回折現象を利用した光学素子であ
る多層膜ミラー３４は、図６に示すように、Ｘ線領域に
おいては、例えば珪素Ｓｉ基板３４ａ上に屈折率の異な
る重金属としてのモリブテンＭｏ薄膜３４ｂと軽金属と
しての珪素Ｓｉ薄膜３４ｃとを交互に数１００層程度重
ねたものが用いられる。このように、屈折率の異なる２
層の膜をある周期にわたって積層すると、光の回折現象
によりブラック条件を満足するところで高い反射率が得
られる。例えば、測定対象の元素が放出する特性Ｘ線の
波長におけるブラック条件を満足する角度で特性Ｘ線を
入反射させると、測定対象の元素が放出する特性Ｘ線は
高い反射率が得られ、それ以外の元素の特性Ｘ線の反射
率は低くなり減衰させることができる。

【００６４】従って、強度の弱い特性Ｘ線と強度の強い
特性Ｘ線のエネルギーの高低は問わずに、ある特定の元
素の特性Ｘ線を選択的に取り出すことが可能である。つ
まり、実施例１の全反射現象を利用した全反射ミラー３
１を使用した場合と異なり、強度の強い特性Ｘ線よりも
エネルギーの高い特性Ｘ線を放出する元素が不純物とし
て存在し量が微量なため強度が弱い場合においても、エ
ネルギーの高い特性Ｘ線を放出する元素の特性Ｘ線のみ
を選択的に取り出すことが可能となる。

【００６５】上記のように構成されたＸ線検出装置にお
いては、実施例１と同様にして動作する。すなわち、シ
ンクロトロン放射光等の励起源２（図示せず）からのＸ
線５は試料１Ｄに照射される。これにより、試料１Ｄの
元素は励起され、励起された元素が放出する特性Ｘ線
（蛍光Ｘ線）７ａは強度調整機構であるスリット３２を
通過し、半導体Ｘ線検出器６で検出される。また、同様
に、励起された元素が放出する特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）７
ｂはスリット３５ａ、３５ｂで規定された入出射角で多
層膜ミラー３４に反射された後、半導体Ｘ線検出器６で
検出される。半導体Ｘ線検出器６で検出されたこれら特
性Ｘ線７ａと７ｂは信号処理回路８で処理され、スペク
トルとして記憶・表示される。

【００６６】ここで、珪素Ｓｉ基板上のドーピングされ
たホウ素Ｂを測定する場合、多層膜ミラー３４は、上述
したように、測定対象の元素が放出する特性Ｘ線の波長
におけるブラック条件を満足する角度で特性Ｘ線を入反
射させることで、試料１Ｄから放出された特性Ｘ線の
内、強度の強い珪素Ｓｉからの特性Ｘ線を減衰させると
共にホウ素Ｂからの特性Ｘ線７ｂを反射させることが可
能で、多層膜ミラー３４で反射された特性Ｘ線はホウ素
Ｂの特性Ｘ線が大部分となる。そして、多層膜ミラー３
４で反射された後のホウ素Ｂの特性Ｘ線７ｂの強度と、
珪素Ｓｉからの特性Ｘ線７ａの強度をスリット３２を用
いて強度を調整してほぼ等しくすることで、同一の半導
体Ｘ線検出器６で効率よく両元素を同時に測定すること
ができる。

【００６７】なお、実施例２においては、上述したよう
に、ホウ素Ｂの特性Ｘ線のみでなく、珪素Ｓｉからの特
性Ｘ線も同時に測定できるので、入射Ｘ線の変動を珪素
Ｓｉからの特性Ｘ線を使って正規化することが可能とな
る。

【００６８】従って、上記実施例２によれば、回折現象
を利用した光学素子として多層膜ミラー３４を用い、選
択的に反射された強度の弱い不純物元素からの特性Ｘ線
に対し、強度の強い重金属からの特性Ｘ線の強度を強度
調整機構であるスリット３２にて調整するようにして、
適切な強度比に設定することができ、試料１Ｄから励起
された元素が放出する特性Ｘ線のうち、強度調整機構と
してのスリット３２により、強度の強い高い特性Ｘ線７
ａの強度を、多層膜ミラー３４で反射された強度の小さ
い特性Ｘ線７ｂの強度と等しくするようにすることによ
り、同一の半導体Ｘ線検出器６で効率良く両元素を同時
に検出することができる。

【００６９】実施例３．次に、図７は実施例３に係るＸ
線検出装置の主要部を示す構成図である。図７におい
て、図１に示す実施例１と同一部分は同一符号を付して
その説明は省略する。新たな符号として、１Ｅは酸化亜
鉛ＺｎＯの蛍光物質中に炭素Ｃの不純物が含まれている
試料、３６は実施例１の全反射現象を利用した光学素子
である全反射ミラー３１に代えて設けられた回折現象を
利用した透過型結像素子としてのフレネルゾーンプレー
トのような透過型回折格子、６ｆは半導体Ｘ線検出器６
の前面に設けられた開閉機構である。その他は、実施例
１と同様である。

【００７０】ここで、上記透過型回折格子３６は、図８
に示すように、回折現象を利用した透過型結像素子の一
種で、半径Ｒｍが整数ｍの平方根に比例する同心円によ
って作られるリングを１つ置き不透明な部分３６ａに
し、透明なリング部分３６ｂからの光が同位相で集まる
ようにしたもので、焦点面において特定の波長の光が集
光されるようになされ、Ｘ線領域においては、不透明な
部分３６ａに金などが用いられる。

【００７１】そして、測定対象の元素が放出する特性Ｘ
線の波長λにおける正負の焦点位置ｆ＝Ｒｍ² ／ｍλに
試料１Ｅと半導体Ｘ線検出器６をおき、試料１Ｅから放
出される測定対象の元素の特性Ｘ線を半導体Ｘ線検出器
６に集光させるようにして、この集光作用により、測定
対象の元素が放出する特性Ｘ線の強度がそれ以外の元素
の特性Ｘ線より相対的に大きくなり、ある特定の元素の
特性Ｘ線を選択的に取り出すことが可能になる。

【００７２】従って、強度の弱い特性Ｘ線と強度の強い
特性Ｘ線のエネルギーの高低は問わずに、ある特定の元
素の特性Ｘ線を選択的に取り出すことが可能である。つ
まり、実施例１の全反射現象を利用した全反射ミラー３
１を使用した場合と異なり、強度の強い特性Ｘ線よりも
エネルギーの高い特性Ｘ線を放出する元素が不純物とし
て存在し量が微量なため強度が弱い場合においても、エ
ネルギーの高い特性Ｘ線を放出する元素の特性Ｘ線のみ
を選択的に取り出すことが可能となる。

【００７３】上記のように構成されたＸ線検出装置にお
いては、試料容器９は排気機構（図示せず）により容器
内が真空引きされる。真空になった状態で、開閉機構６
ｆを開け、半導体Ｘ線検出器６前面を開放する。そし
て、実施例１と同様にして、シンクロトロン放射光等の
励起源２（図示せず）からのＸ線５は試料１Ｅに照射さ
れる。これにより、試料１Ｅの元素は励起され、励起さ
れた元素が放出する特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）７ａは強度調
整機構であるスリット３２を通過し、遮蔽体３３を経て
半導体Ｘ線検出器６で検出される。また、同様に、励起
された元素が放出する特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）７ｂは透過
型回折格子３６で回折された後、遮蔽体３３を経て半導
体Ｘ線検出器６で検出される。半導体Ｘ線検出器６で検
出されたこれら特性Ｘ線７ａと７ｂは信号処理回路８で
処理され、スペクトルとして記憶・表示される。

【００７４】そして、この実施例３では、例えば蛍光物
質中に含まれる不純物濃度を測定する場合を取り上げる
ものであり、Ｘ線や電子線を試料１Ｅに照射すると、蛍
光物質としての酸化亜鉛ＺｎＯは、特性Ｘ線（蛍光Ｘ
線）を放出すると同時に強い可視光も放出し、半導体Ｘ
線検出器６は、この可視光に対しても感度を有してい
る。そこで、実施例１と同様にして、遮蔽体３３によ
り、可視光を遮りＸ線のみを半導体Ｘ線検出器６によっ
て検出するようにしており、可視光による半導体Ｘ線検
出器６に与える影響を防ぐことができるようにしてい
る。

【００７５】そして、上述したフレネルゾーンプレート
のような透過型回折格子３６は、測定対象の元素が放出
する特性Ｘ線の波長λにおける正負の焦点位置ｆ＝Ｒｍ
² ／ｍλに試料１Ｅと半導体Ｘ線検出器６をおき、試料
１Ｅから放出される測定対象の元素の特性Ｘ線を半導体
Ｘ線検出器６に集光させることで、特定のエネルギーの
Ｘ線を回折させることができ、試料１Ｅから放出された
特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）の内、炭素Ｃの特性Ｘ線（蛍光Ｘ
線）のみを透過型回折格子３６で回折させ、この透過型
回折格子３６で回折された炭素Ｃの特性Ｘ線（蛍光Ｘ
線）の強度と強度調整機構であるスリット３２を通過し
た亜鉛Ｚｎの強度とがほぼ等しくなるように強度調整機
構であるスリット３２を設定することで、効率良く不純
物元素を同時に測定することができる。

【００７６】なお、実施例３においては、上述したよう
に、炭素の特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）のみでなく、亜鉛Ｚｎ
や酸素Ｏの特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）も同時に測定できるの
で、入射Ｘ線の変動を亜鉛Ｚｎや酸素Ｏの特性Ｘ線（蛍
光Ｘ線）の強度を使って正規化することが可能となる。

【００７７】従って、上記実施例３によれば、回折現象
を利用した光学素子として透過型回折格子３６を用い、
炭素Ｃの特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）を回折させ、その炭素Ｃ
の特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）の強度と強度調整機構であるス
リット３２を通過した亜鉛Ｚｎの強度とがほぼ等しくな
るように強度調整機構であるスリット３２を設定するこ
とで、効率良く不純物元素を、同一の半導体Ｘ線検出器
６で検出することができる。また、遮蔽体３３により、
可視光を遮りＸ線のみを半導体Ｘ線検出器６によって検
出するようにすることにより、可視光による半導体Ｘ線
検出器６に与える影響を防ぐことができる。

【００７８】実施例４．次に、図９は実施例４に係る元
素分析装置を示す構成図である。図９において、１Ｆは
後述する放電管内でそれぞれの元素特有の電磁波である
光を放っているプラズマ状態の試料、３２は図１に示す
実施例１と同様な強度調整機構としてのスリット、３７
は放電管、３８ａ、３８ｂは放電管３７へ分析する試料
を導入及び導出する導入導出口、３９は導入された試料
をプラズマ状態にするための電源、４０ａ、４０ｂ、４
０ｃはプラズマ状態の試料１Ｆから放出された光、４１
ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂはスリット、４３、４４は
回折現象を用いた光学素子としての回折格子で、これら
回折格子４３、４４への入出射角が上記スリット４１
ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂにより決定される。また、
６０は試料１Ｆ中の元素が発生する複数の波長の光を検
出する検出器で、実施例１ないし３の半導体Ｘ線検出器
６とは異なるエネルギー分散型検出器で、超伝導体にお
けるトンネル接合を用いた検出器である。

【００７９】ここで、上記回折格子４３、４４は、例え
ば図１０に示すように、基板４３表面上に多数の溝４３
ｂをある周期で刻み込んでなり、単色光の波長をλ、溝
４３ｂの中心の間隔をｄ、整数ｎとしたとき、例えば、
測定対象の元素が放出する波長λの電磁波を下式に示す
入射角ｉ及び回折角θで入反射させると、ｄ（ｓｉｎｉ−ｓｉｎθ）＝ｎλ 測定対象の元素が放出する電磁波は高い反射率が得ら
れ、それ以外の元素の電磁波の反射率は低くなり減衰さ
せることができる。従って、ある特定の元素の電磁波を
選択的に取り出すことが可能となり、測定対象の元素の
電磁波のみを選択的に取り出すことができる。

【００８０】また、上記超伝導体におけるトンネル接合
を用いた検出器６０は、図１１に示すように、スズＳｎ
薄膜でなる超伝導体６０ａと６０ｃの間に酸化スズＳｎ
Ｏ薄膜で成る絶縁体６０ｂが介在された構造のトンネル
接合でなり、超伝導体のエネルギーギャップの大きさが
ｍｅＶ程度であり、半導体のエネルギーギャップより３
桁近く小さい。このため、実施例１ないし３で用いた半
導体Ｘ線検出器６では、半導体のエネルギーギャップが
数ｅＶであるため、Ｘ線領域の電磁波に対してはエネル
ギーの分解が可能であるが、それよりもエネルギーの小
さい電磁波に対してはエネルギーの分解が不可能である
が、超伝導体におけるトンネル接合を用いた検出器６０
の場合、Ｘ線領域の電磁波よりもエネルギーの小さい電
磁波のエネルギーの分解が可能となり、紫外から可視光
の領域においても、エネルギー分解が可能になる。

【００８１】このような超伝導体におけるトンネル接合
を用いた検出器６０に、図１１に示すように、光が入射
すると、それぞれの光のエネルギーに比例した数の電子
・正孔対が生成され、電流パルスとして出力される。こ
の電流パルスは、従来例及び実施例１ないし３と同様に
して、信号処理回路８に入力され、内蔵する増幅器を通
して電流パルスの量に比例した電圧パルスに変換した
後、内蔵する波高分析器によりそれぞれのパルス波高値
に相当するチャネルに蓄積されエネルギースペクトルを
得るようになされている。

【００８２】上記のように構成された元素分析装置にお
いては、プラズマ状態の試料１Ｆから放出された光４０
ａは、強度調整機構であるスリット３２を通過し、検出
器６０に入射される。また、同様に、放出された光４０
ｂは、スリット４１ａ、４１ｂで規定された入出射角で
回折格子４３に反射された後、検出器６０に入射され
る。さらに、同様に、放出された光４０ｃは、スリット
４２ａ、４２ｂで規定された入出射角で回折格子４４に
反射された後、検出器６０に入射される。検出器６０に
入射されたこられ光４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、上述し
たようにして信号処理回路８で処理され、スペクトルと
して記憶・表示される。

【００８３】ここで、例えば、噴霧状にされた極微量の
不純物を含む試料を測定する場合、回折格子４３、４４
は、上述したように、所定の入射角ｉ及び回折角θで入
反射させることにより、ある特定の元素の電磁波を選択
的に取り出すことが可能となり、測定対象の元素の電磁
波のみを選択的に取り出すことができるから、強度の弱
い不純物元素からの光を選択的に反射し、強度の強い光
を反射しないようにすることができ、プラズマ状態の試
料１Ｆから放出された光の内、強度の強い物質からの光
は、回折格子４３、４４で減衰させることが可能で、回
折格子４３、４４で反射された光は、極微量の不純物か
ら放出される光が大部分となる。また、回折格子を複数
にすることで感度を上げると共に、複数の極微量の不純
物から放出される光を反射させることができる。そし
て、回折格子４３、４４で反射された後の極微量の不純
物から放出される光４０ｂ、４０ｃの強度と、強度の強
い物質から放出される光４０ａの強度をスリット３２を
用いて調整してほぼ等しくすることで、効率よく複数の
元素を測定することができる。

【００８４】なお、上記実施例４においては、上述した
ように、極微量の不純物から放出される光のみでなく、
強度の強い物質から放出される光も同時に測定できるの
で、プラズマ状態の試料１Ｆから放出された光の変動を
強度の強い物質から放出される光を使って正規化するこ
とが可能となる。

【００８５】従って、上記実施例４によれば、回折現象
を利用した光学素子として回折格子４３、４４を用い、
選択的に反射された強度の弱い不純物元素からの光に対
し、強度の強い光の強度を強度調整機構であるスリット
３２にて調整するようにして、適切な強度比に設定する
ことができ、試料１Ｆから励起された元素が放出する光
のうち、強度調整機構としてのスリット３２により、エ
ネルギーの高い光４０ａの強度を、回折格子４３、４４
で選択的に反射されたエネルギーの低い光４０ｂ、４０
ｃの強度と等しくすることにより、同一の検出器６０で
効率良く両元素を検出することができる。

【００８６】実施例５．次に、図１２は実施例５に係る
Ｘ線検出装置の主要部を示す構成図で、試料容器９内の
構成を示す。図１２において、図１に示す実施例１と同
一符号は同一部分を示し、その説明は省略する。新たな
符号として、１Ｇは珪素Ｓｉ基板上の弗素Ｆが混入され
ている試料、４５は試料１Ｇから放出された特性Ｘ線の
内、特定のエネルギーをもった特性Ｘ線のみを反射させ
る回折現象を利用した光学素子としての有機物結晶（ま
たは無機物結晶）、４６ａ、４６ｂは有機物結晶４５へ
の入出射角を規定するソーラスリットである。その他
は、図１に示す実施例１と同様である。

【００８７】ここで、上記有機物結晶４５は、例えば図
１３の結晶断面模式図に示すように、結晶の原子の格子
面が間隔ｄ毎離隔された周期構造をもつため、光の回折
現象によりブラック条件を満足するところで強い反射率
が得られる。従って、測定対象の元素が放出する特性Ｘ
線の波長におけるブラック条件を満足する角度で特性Ｘ
線を入反射させると、測定対象の元素が放出する特性Ｘ
線は高い反射率が得られ、それ以外の元素の特性Ｘ線の
反射率は低くなり減衰させることができる。

【００８８】このため、強度の弱い特性Ｘ線と強度の強
い特性Ｘ線のエネルギーの高低は問わずに、ある特定の
元素の特性Ｘ線を選択的に取り出すことが可能になる。
つまり、実施例１の全反射現象を利用した全反射ミラー
３１を使用した場合と異なり、強度の強い特性Ｘ線より
もエネルギーの高い特性Ｘ線を放出する元素が不純物と
して存在し量が微量なため強度が弱い場合においても、
エネルギーの高い特性Ｘ線を放出する元素の特性Ｘ線の
みを選択的に取り出すことが可能となる。

【００８９】上記のように構成されたＸ線検出装置にお
いては、シンクロトロン放射光等の励起源２（図示せ
ず）から出たＸ線が試料１Ｇに照射される。これによ
り、試料１Ｇの元素は励起され、励起された元素が放出
する特性Ｘ線７ａは強度調整機構であるスリット３２を
通過し、半導体Ｘ線検出器６で検出される。また、同様
に、励起された元素が放出する特性Ｘ線７ｂはソーラス
リット４６ａ、４６ｂで規定された入出射角で有機物結
晶４５に反射された後、半導体Ｘ線検出器６で検出され
る。半導体Ｘ線検出器６で検出されたこれら特性Ｘ線は
信号処理回路８で処理され、スペクトルとして記憶・表
示される。

【００９０】例えば、珪素Ｓｉ基板上の弗素Ｆを測定す
る場合、有機物結晶４５（または無機物結晶）は、上述
したように、ブラック条件を満たす角度で特性Ｘ線を入
反射させると、強度の弱い不純物元素からの特性Ｘ線を
選択的に反射し、強度の強い特性Ｘ線を反射しないよう
にできることから、試料１Ｇから放出された特性Ｘ線の
内、強度の強い珪素Ｓｉからの特性Ｘ線は有機物結晶４
５で減衰させることが可能で、有機物結晶４５で反射さ
れた特性Ｘ線は弗素Ｆの特性Ｘ線が大部分となる。そし
て、有機物結晶４５で反射された後の弗素Ｆの特性Ｘ線
強度と珪素Ｓｉからの特性Ｘ線強度をスリット３２を用
いてほぼ等しくすることで、効率よく両元素を測定する
ことができる。

【００９１】なお、上記実施例５においては、上述した
ように、強度の弱い不純物元素である弗素Ｆの特性Ｘ線
のみでなく、強度の強い珪素Ｓｉからの特性Ｘ線も同時
に測定できるので、入射Ｘ線の変動を珪素Ｓｉからの特
性Ｘ線を使って正規化することが可能となる。

【００９２】従って、上記実施例５によれば、回折現象
を利用した光学素子として有機物結晶４５（または無機
物結晶）を用い、測定対象の元素が放出する特性Ｘ線の
波長におけるブラック条件を満足する角度で特性Ｘ線を
入反射させることで、測定対象の元素を選択的に反射さ
せることができ、選択的に反射された強度の弱い不純物
元素からの特性Ｘ線に対し、強度の強い重金属からの特
性Ｘ線の強度を強度調整機構であるスリット３２にて調
整するようにして、適切な強度比に設定することがで
き、試料１Ｇから励起された元素が放出する光のうち、
強度調整機構としてのスリット３２により、エネルギー
の高い特性Ｘ線７ａの強度を、有機物結晶４５で選択的
に反射されたエネルギーの低い特性Ｘ線７ｂの強度と等
しくすることにより、同一の半導体Ｘ線検出器６で効率
良く両元素を検出することができる。

【００９３】実施例６．次に、図１４は実施例６に係る
薄膜形成装置を示す構成図である。図１４において、図
２３に示す従来例と同一部分は同一符号を付し、１Ｈは
珪素Ｓｉ基板上に自然酸化膜や炭素等の極微量の軽元素
不純物が混入された試料、２は試料１Ｈの元素を励起す
るための電子線源等の励起源、６は半導体Ｘ線検出器、
１０は薄膜形成装置の真空槽、１１は上記真空槽１０内
の排気を行う排気機構、１２は試料１Ｈ上に薄膜を形成
するための製造機構、１４は半導体Ｘ線検出器６の検出
素子を冷却するための液体窒素デュアである。また、３
１と３２は図１に示す実施例１と同様な光学素子として
の例えばソーダ石灰ガラスなどの全反射ミラーと強度調
整機構であるスリットであり、７ａ、７ｂは特性Ｘ線で
ある。

【００９４】また、ここで用いられる半導体Ｘ線検出器
６としては、従来例と同様に、図１４（ｂ）に示すよう
に、試料１Ｈから励起源２によって励起された特性Ｘ線
を検出するための検出素子６ａ、この検出素子６ａを真
空に保つための真空容器６ｂ、特性Ｘ線を透過するＸ線
透過窓６ｃ、上記検出素子６ａからの検出信号を増幅す
る増幅器６ｄ、上記増幅器６ｄにより増幅された検出信
号を真空外に導出すると共に上記検出素子６ａを冷却す
るために熱を外部へ導出するロッド６ｅを有すると共
に、新たに、検出器前面で真空容器６ｂの一部を開閉す
る開閉機構６ｆを有する。

【００９５】上記のように構成された薄膜形成装置にお
いては、まず、半導体Ｘ線検出器６は開閉機構６ｆを閉
じた状態で真空に保たれていて、排気機構１１で真空槽
１０を真空引きし、真空になった状態で上記開閉機構６
ｆを開け、半導体Ｘ線検出器６の前面を開放する。その
状態で、励起源２から出た電子線が試料１Ｈに照射され
る。これにより、試料１Ｈの元素は励起され、励起され
た元素が放出する特性Ｘ線７ａは強度調整機構であるス
リット３２を通過し、半導体Ｘ線検出器６で検出され
る。また、同様に、励起された元素が放出する特性Ｘ線
７ｂは全反射ミラー３１に反射された後、半導体Ｘ線検
出器６で検出される。半導体Ｘ線検出器６で検出された
これら特性Ｘ線は信号処理回路（図示せず）で処理さ
れ、スペクトルとして記憶・表示される。

【００９６】また、メインテナンス等で真空槽１０を大
気に曝すときには、開閉機構６ｆを閉じて半導体Ｘ線検
出器６の真空を保ち、半導体Ｘ線検出器６を保護する。
これは、半導体Ｘ線検出器６の雑音を減らすために半導
体Ｘ線検出器６を冷却する場合に必要な手続きであり、
冷却の必要のない検出器の場合、開閉機構６ｆのない検
出器を用いても同様の効果を得ることができる。

【００９７】上記構成にかかる薄膜形成装置内で、例え
ば珪素Ｓｉ基板上の自然酸化膜や炭素等の極微量の軽元
素不純物を測定する場合、試料１Ｈから放出された特性
Ｘ線の内、強度の強い珪素Ｓｉからの特性Ｘ線は全反射
ミラー３１で減衰させることが可能で、全反射ミラー３
１で反射された特性Ｘ線は酸素や炭素等の低エネルギー
の特性Ｘ線が大部分となる。そして、全反射ミラー３１
で反射された後の酸素や炭素等の特性Ｘ線強度と珪素Ｓ
ｉからの特性Ｘ線強度をスリット３２を用いてほぼ等し
くすることで、効率よく両元素を測定することが可能と
なる。

【００９８】なお、実施例６においては、上述したよう
に、酸素や炭素等の特性Ｘ線のみでなく、珪素Ｓｉから
の特性Ｘ線も同時に測定できるので、入射Ｘ線の変動を
珪素Ｓｉからの特性Ｘ線を使って正規化することが可能
となる。

【００９９】従って、上記実施例６によれば、薄膜形成
中に、励起源２からの電子線を試料１Ｈに照射して励起
された試料１Ｈの元素から特性Ｘ線を放出させ、全反射
ミラー３１で反射された特性Ｘ線７ｂとスリット３２に
より強度が調整された特性Ｘ線７ａとを同一の半導体Ｘ
線検出器６で検出するようにしたので、強度比が大きい
複数の元素の特性Ｘ線を測定する際に微弱な特性Ｘ線を
も検出可能にして、薄膜形成中に組成の変化を逐一測定
することができる。

【０１００】実施例７．次に、図１５は実施例７に係る
薄膜形成装置を示す構成図である。図１５において、図
６に示す実施例５と同一部分は同一符号を付し、その説
明は省略する。また、３３は図１に示す実施例１と同様
な遮蔽体、３４、３５ａ及び３５ｂは図５に示す実施例
２と同様な多層膜ミラーとこの多層膜ミラーへの入出射
角を規定するスリットであり、さらに、新たな符号とし
て、１Ｉはこの薄膜形成装置により二酸化珪素ＳｉＯ₂
薄膜が形成される試料、４７はバルブである。

【０１０１】上記のように構成された薄膜形成装置にお
いて、まず、半導体Ｘ線検出器６は、検出器の前面で真
空容器６ｂの一部を開閉する開閉機構６ｆを閉じた状態
で真空に保たれていて、排気機構１１で真空槽１０を真
空引きし、真空になった状態で開閉機構６ｆを開け、検
出器の前面を開放する。このとき、バルブ４７は開放さ
れている。製造機構１２で薄膜形成中に、真空槽１０内
に発生する蒸気やガスを導入するプロセスでは該蒸気や
該ガスが検出器に影響を与えるので、それを防ぐために
バルブ４７を閉める。

【０１０２】その状態で、励起源２から出た電子線が試
料１Ｉに照射される。これにより、試料１Ｉの元素は励
起され、励起された元素が放出する特性Ｘ線７ａは遮蔽
体３３を通過し、さらに、強度調整機構であるスリット
３２を通過し、半導体Ｘ線検出器６で検出される。ま
た、同様に、励起された元素が放出する特性Ｘ線７ｂは
遮蔽体３３を通過し、スリット３５ａ、３５ｂで規定さ
れた入出射角で多層膜ミラー３４に反射された後、半導
体Ｘ線検出器６で検出される。半導体Ｘ線検出器６で検
出されたこれら特性Ｘ線は信号処理回路（図示せず）で
処理され、スペクトルとして記憶・表示される。

【０１０３】メインテナンス等で真空槽１０を大気に曝
すときには、開閉機構６ｆを閉じて半導体Ｘ線検出器６
の真空を保ち検出器を保護する。また、遮蔽体３３にか
かる差圧をなくすためにバルブ４７を開放にしてから真
空槽１０を大気に曝す。

【０１０４】そして、例えば、薄膜形成装置で二酸化珪
素ＳｉＯ₂ 薄膜を形成する場合、測定対象の元素が放出
する特性Ｘ線の波長における所定の入反射角度で多層膜
ミラー３４に入反射させることで、試料１Ｉから放出さ
れた特性Ｘ線の内、強度の強い珪素Ｓｉからの特性Ｘ線
を多層膜ミラー３４で減衰させると共に、低エネルギー
の酸素Ｏの特性Ｘ線を反射させることが可能で、多層膜
ミラー３４で反射された特性Ｘ線７ｂは低エネルギーの
酸素Ｏの特性Ｘ線が大部分となる。そして、多層膜ミラ
ー３４で反射された後の酸素Ｏの特性Ｘ線７ｂの強度と
珪素Ｓｉからの特性Ｘ線の強度７ａをスリット３２を用
いてほぼ等しくすることで、珪素Ｓｉからの特性Ｘ線に
より計数率が律速されることがないようにする。

【０１０５】この際、遮蔽体３３により製造機構１２か
ら発生される光や熱を遮蔽することで、半導体Ｘ線該検
出器６に与える影響を防ぐことができ、また、該遮蔽体
３３は耐熱性があるので、薄膜形成中の基板加熱などに
よる輻射熱により変形したり溶けたりすることがないた
め、薄膜形成プロセス中、上記特性Ｘ線を逐一測定する
ことができる。このように、酸素Ｏのような特性Ｘ線の
発生効率の低い軽元素を含む薄膜を形成する際にも、試
料１Ｉの組成の測定を薄膜形成速度に追従することがで
きると共に、薄膜形成プロセス中に発生する光や熱が半
導体Ｘ線検出器６に与える影響を防ぐことができるの
で、試料の組成を形成プロセス中に逐一測定することが
可能となる。

【０１０６】従って、上記実施例７によれば、薄膜形成
中に、励起源２からの電子線を試料１Ｉに照射して励起
された試料１Ｉの元素から特性Ｘ線を放出させ、多層膜
ミラー３４で反射された特性Ｘ線７ｂとスリット３２に
より強度が調整された特性Ｘ線７ａとを同一の半導体Ｘ
線検出器６で検出するようにしたので、強度比が大きい
複数の元素の特性Ｘ線を測定する際に微弱な特性Ｘ線を
も検出可能にして、薄膜形成中に組成の変化を逐一測定
することができると共に、その際、遮蔽体３３により薄
膜を形成するための製造機構１２から発生される光や熱
を遮蔽することで、半導体Ｘ線該検出器６に与える影響
を防ぐことができ、特性Ｘ線の発生効率の低い軽元素を
含む薄膜を形成する際にも、試料の組成の測定を薄膜形
成速度に追従させることができる。

【０１０７】実施例８．次に、図１６は実施例８に係る
薄膜形成装置を示す構成図である。図１６において、図
１４及び図１５に示す実施例６及び７と同一部分は同一
符号を付し、その説明は省略する。また、４５と４６ａ
及び４６ｂは図１２に示す実施例５と同様な有機物結晶
とこの有機物結晶への入出射角を規定するソーラスリッ
トであり、さらに、新たな符号として、１Ｊはこの薄膜
形成装置で窒化チタンＴｉＮ薄膜が形成される試料、４
８はゲートバルブ、４９は排気機構、５０は真空箱を示
し、真空槽１０の焼き出しを行う場合に、上記ゲートバ
ルブ４８により焼き出し不可能な部分を脱着可能とした
場合を示しており、装着路には該真空槽１０の排気機構
１１とは独立した排気機構４９で脱着部分の真空箱５０
を真空に引き、その後、上記ゲートバルブ４８を開放す
るようになっている。

【０１０８】上記のように構成された薄膜形成装置にお
いては、励起源２から出た電子線が試料１Ｊに照射され
る。これにより、試料１Ｊの元素は励起され、励起され
た元素が放出する特性Ｘ線７ａは強度調整機構であるス
リット３２を通過し、さらに、遮蔽体３３を通過し、半
導体Ｘ線検出器６で検出される。また、同様に、励起さ
れた元素が放出する特性Ｘ線７ｂはソーラスリット４６
ａ、４６ｂで規定された入出射角で有機物結晶４５に反
射された後、遮蔽体３３を通過し、半導体Ｘ線検出器６
で検出される。半導体Ｘ線検出器６で検出されたこれら
特性Ｘ線は信号処理回路（図示せず）で処理され、スペ
クトルとして記憶・表示される。

【０１０９】例えば、薄膜形成装置で窒化チタンＴｉＮ
薄膜を形成する場合、試料１Ｊから放出された特性Ｘ線
の内、有機物結晶４５で測定対象の元素が放出する特性
Ｘ線を高い反射率で反射させると共に、それ以外の元素
の特性Ｘ線の反射率を低くして減衰させるべく、上記有
機物結晶への入反射角度を設定することで、強度の強い
チタンＴｉからのＫ線の特性Ｘ線を有機物結晶４５によ
って減衰させると共に、窒素Ｎの低エネルギーの特性Ｘ
線を反射させることが可能で、有機物結晶４５で反射さ
れた特性Ｘ線７ｂは窒素Ｎの低エネルギーの特性Ｘ線が
大部分となる。そして、有機物結晶４５で反射された後
の窒素Ｎの特性Ｘ線７ｂの強度とチタンＴｉからのＫ線
の特性Ｘ線７ａの強度とをスリット３２を用いてほぼ等
しくすることで、チタンＴｉからの特性Ｘ線により計数
率が律速されることがなく、微弱な元素の特性Ｘ線をも
同時に検出でき、両元素を測定することができる。

【０１１０】この際、遮蔽体３３により薄膜を形成する
ための製造機構１２から発生される光や熱を遮蔽するこ
とで、該半導体Ｘ線検出器６に与える影響を防ぐことが
でき、また、該遮蔽体３３は耐熱性があるので、薄膜形
成中の基板加熱などによる輻射熱により変形したり溶け
たりすることがないため、薄膜形成プロセス中、熱によ
る影響を受けることなく、上記特性Ｘ線を逐一測定する
ことができる。また、ソーラスリット４６ａ、４６ｂで
規定された入出射角で有機物結晶４５に反射させている
ので、窒素ＮのＫ線とチタンＴｉのＬ線を分離すること
が可能である。

【０１１１】従って、上記実施例８によれば、有機物結
晶４５で反射された窒素Ｎの特性Ｘ線７ｂの強度とチタ
ンＴｉからのＫ線の特性Ｘ線７ａの強度とをスリット３
２を用いてほぼ等しくすることで、チタンＴｉからの特
性Ｘ線により計数率が律速されることがなく両元素を同
一の半導体Ｘ線検出器６で検出することにより、強度比
が大きい複数の元素の特性Ｘ線を測定する際に微弱な特
性Ｘ線をも検出可能にして、薄膜形成中に組成の変化を
逐一測定することができると共に、その際、遮蔽体３３
により製造機構１２から発生される光や熱を遮蔽するこ
とで、半導体Ｘ線該検出器６に与える影響を防ぐことが
でき、特性Ｘ線の発生効率の低い軽元素を含む薄膜を形
成する際にも、試料の組成の測定が薄膜形成速度に追従
することができる。また、ソーラスリット４６ａ、４６
ｂで規定された入出射角で有機物結晶４５に反射させて
いるので、窒素ＮのＫ線とチタンＴｉのＬ線を分離する
ことができる。

【０１１２】実施例９．次に、図１７は実施例９に係る
スパッタリング現象を用いて薄膜を形成する薄膜形成装
置を示す構成図である。図１７において、前述した各実
施例と同一部分は同一符号を付し、その説明は省略す
る。また、新たな符号として、１Ｋは基板上に窒化チタ
ンＴｉＮ薄膜が形成される試料、５１はガス導入機構、
５２はプラズマを発生させるための電源、５３はターゲ
ット材、５４、５５はゲートバルブ、５６は図１２に示
す実施例５の有機物結晶４５と同様な回折現象を用いた
光学素子としての複数の無機物結晶である。

【０１１３】上記のように構成された薄膜形成装置にお
いては、まず、ガス導入機構５１によりアルゴン等のガ
スを導入し、電源５２によりアルゴンガスのプラズマを
発生させる。プラズマ中のアルゴンイオンがターゲット
材５３をスパッタリングすることにより、試料１Ｋの基
板上に薄膜が形成される。スパッタリング中はゲートバ
ルブ５４、５５を閉じておき、薄膜形成後、ゲートバル
ブ５４、５５を開放し、励起源２から出た電子線をター
ゲット材５３に照射する。これにより、ターゲット材５
３の元素は励起され、励起された元素が放出する特性Ｘ
線７ａは強度調整機構であるスリット３２を通過し、半
導体Ｘ線検出器６で検出される。また、同様に、励起さ
れた元素が放出する特性Ｘ線７ｂは、複数の無機物結晶
５６で反射・集光された後、半導体Ｘ線検出器６で検出
される。半導体Ｘ線検出器６で検出されたこれら特性Ｘ
線は信号処理回路（図示せず）で処理され、スペクトル
として記憶・表示される。

【０１１４】例えば、この薄膜形成装置で窒化チタンＴ
ｉＮ薄膜を形成する場合、ターゲット材５３の炭素Ｃや
酸素Ｏの不純物がスパッタ率を変化させたり、薄膜中に
不純物として入り込んだりする。そこで、ターゲット材
５３の不純物汚染をときどき調べる必要がある。ターゲ
ット材５３から放出された特性Ｘ線の内、測定対象の元
素が放出する特性Ｘ線の波長におけるブラック条件を満
足する角度で複数の無機物結晶５６に特性Ｘ線を入反射
させることで、この複数の無機物結晶５６で酸素Ｃや炭
素Ｏの特性Ｘ線をそれぞれ反射させ、強度の強いチタン
ＴｉからのＫ線や窒素Ｎの特性Ｘ線を減衰させることが
できる。そして、複数の無機物結晶５６で反射された後
の炭素Ｃや酸素Ｏの特性Ｘ線強度とチタンＴｉからのＫ
線の特性Ｘ線強度をスリット３２を用いてほぼ等しくす
ることで、効率よく不純物元素を同時に測定することが
可能となる。

【０１１５】また、酸素Ｏや炭素Ｃの特性Ｘ線のみでな
く、チタンＴｉからの特性Ｘ線も同時に測定できるの
で、入射電子線の変動をチタンＴｉからの特性Ｘ線を使
って正規化することが可能となる。また、複数の無機物
結晶５６で酸素Ｏや炭素Ｃの特性Ｘ線を反射させ集光す
ることにより、不純物元素に対して感度を上げることが
可能となる。

【０１１６】従って、上記実施例９によれば、スパッタ
リング現象を用いて薄膜を形成する際に、励起源２によ
り励起されたターゲット材５３中の元素が放出する特性
Ｘ線を検出するようにしたので、基板上に形成される薄
膜の組成物によっては直接電子線やＸ線を照射した場合
ダメージを受けることがあるが、このような場合に、薄
膜にダメージを与えることなく、薄膜形成中の組成の変
化を逐一測定することができ、ターゲット材５３の組成
の変化により試料１Ｋに形成された薄膜の組成が変化す
ることを防ぐことできる。

【０１１７】実施例１０．次に、図１８は実施例１０に
よるスパッタリング現象を用いて薄膜を形成する薄膜形
成装置を示す構成図である。図１８において、前述した
各実施例と同一符号は同一部分を示し、その説明は省略
する。新たな符号として、１Ｌはこの薄膜形成装置で高
温超電導物質であるイットリウムバリウム銅酸化物（Ｙ
Ｂａ₂ Ｃｕ₃ Ｏ_8-x ）薄膜が形成される試料、５７は排
気機構、５８はガス導入機構である。

【０１１８】上記のように構成された薄膜形成装置にお
いては、まず、ガス導入機構５１によりアルゴン等のガ
スを導入し、電源５２によりアルゴンガスのプラズマを
発生させる。プラズマ中のアルゴンイオンがターゲット
材５３をスパッタリングすることにより、試料１Ｌの基
板上に薄膜が形成される。薄膜形成中に励起源２から出
た電子線をターゲット材５３に照射する。これにより、
ターゲット材５３の元素は励起され、励起された元素が
放出する特性Ｘ線７ａは強度調整機構であるスリット３
２を通過し、半導体Ｘ線検出器６で検出される。また、
同様に、励起された元素が放出する特性Ｘ線７ｂは、全
反射ミラー３１で反射された後、半導体Ｘ線検出器６で
検出される。半導体Ｘ線検出器６で検出されたこれら特
性Ｘ線は信号処理回路（図示せず）で処理され、スペク
トルとして記憶・表示される。

【０１１９】例えば、この薄膜形成装置で高温超電導物
質であるイットリウムバリウム銅酸化物（ＹＢａ₂ Ｃｕ
₃ Ｏ_8-x ）薄膜を形成する場合、ターゲット材５３の組
成のずれが形成される薄膜の組成のずれに影響を与える
ためにターゲット材５３の組成をモニタする必要があ
る。測定対象の元素が放出する特性Ｘ線を選択的に反射
させるべく所定の入反射角度で全反射ミラー３１に入反
射させることで、ターゲット材５３から放出された特性
Ｘ線の内、全反射ミラー３１で酸素Ｏの特性Ｘ線を反射
させ、強度の強いイットリウムＹやバリウムＢａや銅Ｃ
ｕからの特性Ｘ線を減衰させることができる。そして、
全反射ミラー３１で反射された後の酸素Ｏの特性Ｘ線７
ｂの強度とイットリウムＹやバリウムＢａや銅Ｃｕから
の特性Ｘ線７ａの強度をスリット３２を用いてほぼ等し
くすることで、効率よくターゲット材５３の組成を測定
することが可能となる。

【０１２０】また、排気機構５７で励起源２を差動排気
することにより、薄膜形成中のアルゴンガス等が導入さ
れた状態でも測定可能にすることができる。また、ガス
導入機構５８を用いて遮蔽体３３に差圧がかからないよ
うにガスを流し、スパッタされた粒子が遮蔽体３３に付
着することを防止できる。そして、遮蔽体３３によりプ
ラズマから発生される光や熱を遮蔽することで、半導体
Ｘ線検出器６に与える影響を防ぐことができ、また、該
遮蔽体３３は耐熱性があるので輻射熱等により変形した
り溶けたりすることがないため、薄膜形成プロセス中、
上記特性Ｘ線を逐一測定することができる。

【０１２１】従って、上記実施例１０によれば、スパッ
タリング現象を用いて薄膜を形成する際に、励起源２に
より励起されたターゲット材５３中の元素が放出する特
性Ｘ線を検出するようにしたので、基板上に形成される
薄膜の組成物によっては直接電子線やＸ線を照射した場
合ダメージを受けることがあるが、このような場合に、
薄膜にダメージを与えることなく、薄膜形成中の組成の
変化を逐一測定することができ、ターゲット材５３の組
成の変化により試料１Ｌに形成された薄膜の組成が変化
することを防ぐことできると共に、排気機構５７で励起
源２を差動排気することにより薄膜形成中のアルゴンガ
ス等が導入された状態でも測定可能にし、また、ガス導
入機構５８を用いて遮蔽体３３に差圧がかからないよう
にガスを流し、スパッタされた粒子が遮蔽体３３に付着
することを防止でき、遮蔽体３３によりプラズマから発
生される光や熱を遮蔽することで、半導体Ｘ線検出器６
に与える影響を防ぐことができる。

【０１２２】実施例１１．次に、図１９は実施例１１に
係るドライクリーニングを行うエッチング装置を示す構
成図である。図１９において、前述した各実施例と同一
部分は同一符号を付し、その説明は省略する。新たな符
号として、１Ｍは珪素Ｓｉ基板上の自然酸化膜による酸
素や炭素等の軽元素の不純物が混入された試料、５９は
プラズマを発生させるための電極である。

【０１２３】上記のように構成されたエッチング装置に
おいては、電子線源やＸ線源等の励起源２からでた電子
線やＸ線が試料１Ｍに照射される。これにより、試料１
Ｍの元素は励起され、励起された元素が放出する特性Ｘ
線７ａは強度調整機構であるスリット３２を通過し、半
導体Ｘ線検出器６で検出される。また、同様に、励起さ
れた元素が放出する特性Ｘ線７ｂは全反射ミラー３１で
反射された後、半導体Ｘ線検出器６で検出される。半導
体Ｘ線検出器６で検出された特性Ｘ線は信号処理回路８
で処理されスペクトルとして記憶・表示される。

【０１２４】試料１Ｍの珪素Ｓｉ基板上の自然酸化膜に
よる酸素や炭素等の軽元素の不純物をエッチング除去す
る場合、ガス導入機構５１によりエッチングガスを導入
し、プラズマを発生するための電源５２により試料１Ｍ
と電極５９間にプラズマを発生させて、上記不純物をエ
ッチング除去する。その後、ゲートバルブ５４、５５を
開け、励起源２により、試料１Ｍ中の元素を励起する。
測定対象の元素が放出する特性Ｘ線を選択的に反射させ
るべく所定の入反射角度で全反射ミラー３１に入反射さ
せることで、試料１Ｍから放出された特性Ｘ線のうち、
強度の強い珪素Ｓｉからの特性Ｘ線は全反射ミラー３１
で減衰させることができ、全反射ミラー３１で反射され
た特性Ｘ線は酸素や炭素などの低エネルギーの特性Ｘ線
が大部分となる。

【０１２５】そして、珪素Ｓｉからの特性Ｘ線強度をス
リット３２を用いて、信号処理回路８が正常に動作する
強度にすることで、エッチング後、除去できなかった極
々微量の酸素や炭素の不純物元素を効率良く測定するこ
とができる。しかも、試料１Ｍを真空層１０内でエッチ
ング処理して大気に曝すことがないので、基板表面が酸
化されることがなく、エッチングで除去された量を正確
に測定することができる。

【０１２６】従って、上記実施例１１によれば、試料１
Ｍの珪素Ｓｉ基板上の自然酸化膜による酸素や炭素等の
軽元素の不純物をエッチング除去する場合に、上記不純
物のエッチング除去後、励起源２により、上記試料１Ｍ
中の元素を励起し、試料１Ｍから放出された特性Ｘ線の
うち、全反射ミラー３１で反射された酸素や炭素などの
不純物の特性Ｘ線強度と珪素Ｓｉからの特性Ｘ線強度を
スリット３２を用いてほぼ等しくして信号処理回路８が
正常に動作する強度にすることで、エッチング後、除去
できなかった極々微量の酸素や炭素の不純物元素を効率
良く測定することができ、しかも、試料１Ｍを大気に曝
すことがないので、基板表面が酸化されることがなく、
エッチングで除去された量を正確に測定することができ
る。

【０１２７】実施例１２．次に、図２０は実施例１２に
係るイオン注入装置を示す構成図である。図２０におい
て、前述した各実施例と同一部分は同一符号を付し、そ
の説明は省略する。新たな符号として、１Ｎは珪素Ｓｉ
基板上にリンＰが注入される試料、６０は注入するイオ
ンを発生させ加速・質量分離等を行いイオンビーム６１
を試料１Ｎに照射するための加速器、６２は試料基板の
回転機構、６３は回折現象を利用した光学素子としての
単結晶を用いた回折格子である。

【０１２８】上記のように構成されたイオン注入装置に
おいては、加速器６０により発生されたイオンビーム６
１が試料１Ｎに照射される。このイオンビーム６１が加
速エネルギーをもつため試料１Ｌ中の元素は励起され、
励起された元素が放出する特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）７ａは
強度調整機構であるスリット３２を通過し、半導体Ｘ線
検出器６で検出される。また、同様に、励起された元素
が放出する特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）７ｂは回折格子６３で
回折された後、半導体Ｘ線検出器６で検出される。半導
体Ｘ線検出器６で検出された特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）は信
号処理回路８で処理されスペクトルとして記憶・表示さ
れる。

【０１２９】例えば珪素Ｓｉ基板にリンＰを注入する場
合を取り上げる。リンＰが加速器６０により生成されリ
ンＰのイオンビーム６１が珪素Ｓｉ基板に照射される。
リンイオンは珪素Ｓｉ基板内で減速され所定の深さ付近
に注入される。このとき、リンイオンには数十から数百
ｅＶのエネルギーが与えられているため珪素Ｓｉの元素
は励起する。また、先に注入したリンＰ元素も同様に励
起するため、イオンビーム６１が照射されると、珪素Ｓ
ｉやリンＰが特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）を放出する。珪素Ｓ
ｉ基板の原子数に比べれば、リンＰ元素の原子は非常に
小さいので、リンＰの特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）は非常に弱
い。そこで、回折格子６３とソーラスリット４６ａ、４
６ｂを介してリンＰの特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）７ｂのみを
反射するようにして半導体Ｘ線検出器６に導く。強度の
強い珪素Ｓｉからの特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）７ａはスリッ
ト３２を用いてリンＰの特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）７ｂと同
程度の強度にし、半導体Ｘ線検出器６に導く。これによ
り、珪素Ｓｉの特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）も同時に測定する
ことができ、入射Ｘ線の変動を珪素Ｓｉの特性Ｘ線（蛍
光Ｘ線）の強度を使って正規化することができる。

【０１３０】従って、上記実施例１２によれば、珪素Ｓ
ｉ基板上にリンＰ元素をイオン注入する場合に、イオン
ビーム６１の照射によって試料１Ｌ中の元素を励起し、
試料１Ｎから放出された特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）のうち、
回折格子６３とソーラスリット４６ａ及び４６ｂを介し
たリンＰの特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）とスリット３２を介し
た珪素Ｓｉからの特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）を、上記スリッ
ト３２を用いて同程度の強度にして半導体Ｘ線検出器６
に導くようにしたので、イオン注入時に、リンＰと珪素
Ｓｉの特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）を同時に測定することがで
きる。

【０１３１】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、試料中の元素が発生する複数の波長の電磁波を検
出する検出器を有する電磁波検出装置において、上記試
料と上記検出器との間に設置されて上記試料から発生す
る複数の波長の電磁波の内少なくとも１つ以上の波長を
選択的に反射または透過する光学素子と、上記試料と上
記検出器との間に設置されて電磁波の強度を調整する強
度調整機構とを備え、上記光学素子により反射または透
過された電磁波と上記強度調整機構により強度が調整さ
れた電磁波を上記検出器で検出することにより、強度比
が大きい複数の電磁波を測定する際に微弱な電磁波をも
検出することができるという効果を奏する。

【０１３２】また、請求項２に係る電磁波検出装置によ
れば、強度比が大きい複数の電磁波を測定する際に上記
電磁波の波長をＸ線領域とすることにより、Ｘ線のエネ
ルギー値に基づき元素の種類の識別を容易にすることが
できるという効果を奏する。

【０１３３】また、請求項３に係る電磁波検出装置によ
れば、上記検出器を、エネルギー分散型検出器とするこ
とによって、強度比の大きい複数の電磁波を検出する場
合に強度の大きい電磁波により計数率が律速されること
なく微弱な電磁波をも同時に検出することができるとい
う効果を奏する。

【０１３４】また、請求項４に係る電磁波検出装置によ
れば、上記検出器に入る光や熱を遮蔽すると共に１ｋｅ
Ｖ以下の軟Ｘ線を含むＸ線を透過する耐熱性のある遮蔽
体を備えたことにより、光や熱が検出器に与える悪影響
を防ぎ、１ｋｅＶ以下の軟Ｘ線を含むＸ線を放出する軽
元素も検出可能にすることができるという効果を奏す
る。

【０１３５】また、請求項５に係る電磁波検出装置によ
れば、上記強度調節機構を、スリットで構成することに
よって、スリットの開口率を変化させて簡便な強度調整
を可能にすることができるという効果を奏する。

【０１３６】また、請求項６に係る電磁波検出装置によ
れば、光学素子として全反射現象を利用した光学素子を
用いることにより、所定の入反射角度で電磁波を入反射
させることで、複数の電磁波の内、所定のエネルギーよ
りも低いエネルギーの電磁波を放出する複数の元素から
放出される電磁波を同時に反射させることができ、その
反射された電磁波を放出する元素を同時に測定すること
ができるという効果を奏する。

【０１３７】また、請求項７に係る電磁波検出装置によ
れば、光学素子として回折現象を利用した光学素子を用
いることにより、所定の入反射角度で電磁波を入反射さ
せ、または所定の焦点位置に試料と検出器をおき試料か
ら放出される測定対象の元素の電磁波を検出器に集光さ
せることで、強度の弱い電磁波と強度の強い電磁波のエ
ネルギーの高低を問わずに特定の元素の電磁波を選択的
に取り出すことが可能で、全反射現象を利用した光学素
子を用いた場合と異なり、強度の強い電磁波よりもエネ
ルギーの高い電磁波を放出する元素が不純物として存在
し量が微量なため強度が弱い場合においても、エネルギ
ーの高い電磁波を放出する元素の電磁波のみを選択的に
取り出すことができるという効果を奏する。

【０１３８】また、請求項８に係る基板加工装置によれ
ば、加工機構による基板の加工中に、光学素子により反
射または透過された電磁波と強度調整機構により強度が
調整された電磁波を検出器で検出することにより、基板
の加工中に、強度比が大きい複数の電磁波を測定する際
に微弱な電磁波をも検出可能にして、組成の変化を測定
可能にすることができるという効果を奏する。

【０１３９】また、請求項９に係る基板加工装置によれ
ば、薄膜形成機構により、基板にスパッタリング現象を
用いて薄膜を形成する際、スパッタリングされるターゲ
ット材中の元素を励起源によって励起し、検出器によっ
て励起された元素が放出する電磁波を検出することによ
り、ターゲット材の組成の変化を検出可能にすることが
できるという効果を奏する。

【０１４０】また、請求項１０に係る基板加工装置によ
れば、光学素子により、ターゲット材中の元素が発生す
る電磁波の内少なくとも１つ以上の波長を選択的に反射
すると共に、強度調整機構により、電磁波の強度を調整
することによって、上記光学素子により反射または透過
された電磁波と上記強度調整機構により強度が調整され
た電磁波が検出器で検出されて、ターゲット材中の元素
が発生する強度比が大きい複数の電磁波を測定する際に
微弱な電磁波をも検出可能にすることができるという効
果を奏する。

【０１４１】また、請求項１１に係る基板加工装置によ
れば、請求項８ないし１０のいずれかにおいて、基板加
工中に、強度比が大きい複数の電磁波を測定する際に、
上記電磁波の波長をＸ線領域とすることにより、Ｘ線の
エネルギー値に基づき試料となる基板またはターゲット
材の元素の種類の識別を容易にすることができるという
効果を奏する。

【０１４２】また、請求項１２に係る基板加工装置によ
れば、請求項８ないし１１のいずれかにおいて、上記検
出器を、エネルギー分散型検出器とすることによって、
強度比の大きい複数の電磁波を検出する場合に強度の大
きい電磁波により計数率が律速されることなく微弱な電
磁波をも同時に検出することを可能にすることができる
という効果を奏する。

【０１４３】また、請求項１３に係る基板加工装置によ
れば、請求項８ないし１２のいずれかにおいて、上記検
出器に入る光や熱を遮蔽すると共に１ｋｅＶ以下の軟Ｘ
線を含むＸ線を透過する耐熱性のある遮蔽体を備えたこ
とにより、光や熱が検出器に与える悪影響を防ぎ、１ｋ
ｅＶ以下の軟Ｘ線を含むＸ線を放出する軽元素も検出可
能にすることができるという効果を奏する。

【０１４４】また、請求項１４に係る基板加工装置によ
れば、請求項８ないし１３のいずれかにおいて、上記強
度調節機構を、スリットで構成することによって、スリ
ットの開口率を変化させて簡便な強度調整を可能にする
ことができるという効果を奏する。

【０１４５】また、請求項１５に係る基板加工装置によ
れば、請求項８ないし１４のいずれかにおいて、光学素
子として全反射現象を利用した光学素子を用いることに
より、所定の入反射角度で電磁波を入反射させること
で、複数の電磁波の内、所定のエネルギーよりも低いエ
ネルギーの電磁波を放出する複数の元素から放出される
電磁波を同時に反射させることができ、その反射された
電磁波を放出する元素を同時に測定することができると
いう効果を奏する。

【０１４６】また、請求項１６に係る基板加工装置によ
れば、請求項８ないし１４のいずれかにおいて、光学素
子として回折現象を利用した光学素子を用いることによ
り、所定の入反射角度で電磁波を入反射させ、または所
定の焦点位置に試料と検出器をおき試料から放出される
測定対象の元素の電磁波を検出器に集光させることで、
強度の弱い電磁波と強度の強い電磁波のエネルギーの高
低を問わずに特定の元素の電磁波を選択的に取り出すこ
とが可能で、全反射現象を利用した光学素子を用いた場
合と異なり、強度の強い電磁波よりもエネルギーの高い
電磁波を放出する元素が不純物として存在し量が微量な
ため強度が弱い場合においても、エネルギーの高い電磁
波を放出する元素の電磁波のみを選択的に取り出すこと
ができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１に係るＸ線検出装置の主要
部分を示す構成図である。

【図２】図１の光学素子としての全反射ミラーの一例を
示す構造模式図と特性曲線図である。

【図３】図１の強度調整機構であるスリットの一例を示
す説明図である。

【図４】図１の遮蔽体の一例を示す構造図である。

【図５】この発明の実施例２に係るＸ線検出装置の主要
部分を示す構成図である。

【図６】図５の光学素子としての多層膜ミラーの一例を
示す構造模式図である。

【図７】この発明の実施例３に係るＸ線検出装置の主要
部分を示す構成図である。

【図８】図７の光学素子としての透過型回折格子の一例
を示す構造模式図である。

【図９】この発明の実施例４に係る元素分析装置を示す
構成図である。

【図１０】図９の光学素子としての回折格子の一例を示
す構造模式図である。

【図１１】図９の超伝導体における接合を用いた検出器
の一例を示す構造模式図である。

【図１２】この発明の実施例５に係るＸ線検出装置の主
要部分を示す構成図である。

【図１３】図１２の光学素子としての有機物結晶の一例
を示す構造模式図である。

【図１４】この発明の実施例６に係る薄膜形成装置と半
導体Ｘ線検出器を示す構成図である。

【図１５】この発明の実施例７に係る薄膜形成装置を示
す構成図である。

【図１６】この発明の実施例８に係る薄膜形成装置を示
す構成図である。

【図１７】この発明の実施例９に係るスパッタリング現
象を用いて薄膜を形成する薄膜形成装置を示す構成図で
ある。

【図１８】この発明の実施例１０に係るスパッタリング
現象を用いて薄膜を形成する薄膜形成装置を示す構成図
である。

【図１９】この発明の実施例１１に係るドライクリーニ
ングを行うエッチング装置を示す構成図である。

【図２０】この発明の実施例１２に係るイオン注入装置
を示す構成図である。

【図２１】従来のＸ線検出装置を示す構成図である。

【図２２】図２１の半導体Ｘ線検出器と信号処理回路内
の波高分析器におけるＸ線検出原理を示す説明図と電流
パルス及びその波高分析結果を示す説明図である。

【図２３】従来の薄膜形成装置と半導体Ｘ線検出器を示
す構成図である。

【図２４】従来のＸ線検出装置において特性Ｘ線のエネ
ルギーの強度が強いときに検出器より出力された電流パ
ルスＰ３列の一例を示す模式図である。

【符号の説明】

１Ｃ試料１Ｄ試料１Ｅ試料１Ｆ試料１Ｇ試料１Ｈ試料１Ｉ試料１Ｊ試料１Ｋ試料１Ｌ試料１Ｍ試料１Ｎ試料２励起源５Ｘ線６半導体Ｘ線検出器７ａ特性Ｘ線７ｂ特性Ｘ線８信号処理回路１２製造機構３１全反射ミラー３２スリット３３遮蔽体３４多層膜ミラー３５ａスリット３５ｂスリット３６透過型回折格子４３回折格子４４回折格子４５有機物結晶５３ターゲット材５６複数の無機物結晶６０超伝導体におけるトンネル接合を用いた検出器６３回折格子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料中の元素が発生する複数の波長の電
磁波を検出する検出器を有する電磁波検出装置におい
て、上記試料と上記検出器との間に設置されて上記試料
から発生する複数の波長の電磁波の内少なくとも１つ以
上の波長を選択的に反射または透過する光学素子と、上
記試料と上記検出器との間に設置されて電磁波の強度を
調整する強度調整機構とを備え、上記光学素子により反
射または透過された電磁波と上記強度調整機構により強
度が調整された電磁波を上記検出器で検出することを特
徴とする電磁波検出装置。
【請求項２】上記電磁波の波長は、Ｘ線領域であるこ
とを特徴とする請求項１記載の電磁波検出装置。
【請求項３】上記検出器は、エネルギー分散型検出器
であることを特徴とする請求項１または２記載の電磁波
検出装置。
【請求項４】上記検出器に入る光や熱を遮蔽すると共
に１ｋｅＶ以下の軟Ｘ線を含むＸ線を透過する耐熱性の
ある遮蔽体を備えたことを特徴とする請求項１ないし３
のいずれかに記載の電磁波検出装置。
【請求項５】上記強度調整節機構は、スリットである
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の
電磁波検出装置。
【請求項６】上記光学素子は、全反射現象を利用する
光学素子であることを特徴とする請求項１ないし５のい
ずれかに記載の電磁波検出装置。
【請求項７】上記光学素子は、回折現象を利用する光
学素子であることを特徴とする請求項１ないし５のいず
れかに記載の電磁波検出装置。
【請求項８】基板を加工する加工機構と、上記加工中
の基板に含まれる複数の元素を励起する励起源と、上記
励起源により励起された元素が放出する複数の波長の電
磁波を検出する検出器と、上記加工中の基板と上記検出
器との間に設置されて上記複数の波長の電磁波の内少な
くとも１つ以上の波長を選択的に反射または透過する光
学素子と、上記加工中の基板と上記検出器の間に設置さ
れて電磁波の強度を調整する強度調整機構とを備え、上
記加工機構による基板の加工中に、上記光学素子により
反射または透過された電磁波と上記強度調整機構により
強度が調整された電磁波を上記検出器で検出することを
特徴とする基板加工装置。
【請求項９】基板にスパッタリング現象を用いて薄膜
を形成するための薄膜形成機構と、スパッタリングされ
るターゲット材中の元素を励起する励起源と、この励起
源により励起された元素が放出する電磁波を検出する検
出器とを備えたことを特徴とする基板加工装置。
【請求項１０】上記ターゲット材と上記検出器との間
に設置されて上記電磁波を透過または反射する光学素子
と、上記ターゲット材と上記検出器の間に設置されて電
磁波の強度を調整する強度調整機構とを備えたことを特
徴とする請求項９記載の基板加工装置。
【請求項１１】上記電磁波の波長は、Ｘ線領域である
ことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載
の基板加工装置。
【請求項１２】上記検出器は、エネルギー分散型検出
器であることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれ
かに記載の基板加工装置。
【請求項１３】上記検出器に入る光や熱を遮蔽すると
共に１ｋｅＶ以下の軟Ｘ線を含むＸ線を透過する耐熱性
のある遮蔽体を備えたことを特徴とする請求項８ないし
１２のいずれかに記載の基板加工装置。
【請求項１４】上記強度調整機構は、スリットである
ことを特徴とする請求項８ないし１３のいずれかに記載
の基板加工装置。
【請求項１５】上記光学素子は、全反射現象を利用す
る光学素子であることを特徴とする請求項８ないし１４
のいずれかに記載の基板加工装置。
【請求項１６】上記光学素子は、回折現象を利用する
光学素子であることを特徴とする請求項８ないし１４の
いずれかに記載の基板加工装置。