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【発明の名称】 Ｘ線分光素子およびそれを用いたＸ線分析装置
【発明者】 【氏名】清水 一明
【要約】 【課題】Ｘ線分析で試料に照射するためのＡu −Ｌβ線を回折する多層膜分光素子において、約３ｎｍの周期長でも明確な積層構造を形成でき、かつ十分高い反射強度と波長選択性をもつもの等を提供する。

【解決手段】Ｘ線分析において試料1 に照射するためのＡu −Ｌβ線5 を回折するＸ線分光素子4 であって、反射層4aと、この反射層4aを形成する元素よりも原子番号の小さい元素を含むスペーサ層4bとを交互に複数組積層して構成され、前記反射層4aが、Ｒu 、Ｍo 、Ｃo およびＣr のうちの少なくとも１つからなる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 Ｘ線分析において試料に照射するためのＡu −Ｌβ線を回折するＸ線分光素子であって、反射層と、この反射層を形成する元素よりも原子番号の小さい元素を含むスペーサ層とを交互に複数組積層して構成され、前記反射層が、Ｒu 、Ｍo 、Ｃo およびＣr のうちの少なくとも１つからなるＸ線分光素子。
【請求項２】 試料にＡu −Ｌβ線を照射するＸ線照射装置と、試料から発生するＸ線の強度を測定する検出手段とを備え、前記Ｘ線照射装置が、固有Ｘ線としてＡu −Ｌβ線を含むＸ線を発生するＸ線源と、そのＸ線源から発生するＸ線を分光する請求項１のＸ線分光素子とを有するＸ線分析装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線分析において試料に照射するためのＡu −Ｌβ線を回折する多層膜分光素子およびそれを用いたＸ線分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、半導体ウエハ等の試料に微小な入射角で１次Ｘ線（励起Ｘ線）を照射して全反射蛍光Ｘ線分析を行う場合、十分な強度の蛍光Ｘ線を発生させかつバックグラウンドを抑制するため、試料に照射する１次Ｘ線は、高強度で単色性の強いものが望ましい。そこで、従来より、Ｗ（タングステン）をターゲットとするＸ線管から発生するＸ線を分光素子で分光し、単色化されたＷ−Ｌβ線を１次Ｘ線として利用することが多い。ここで、高強度の１次Ｘ線を得るため、分光素子としては、Ｗからなる反射層と例えばＣからなるスペーサ層とを交互に複数組積層した多層膜分光素子を用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような状況において、近年、特にＣu の高感度、高精度の分析が要求されるようになり、そのためにはＷ−Ｌβ線よりもエネルギーの高いＡu −Ｌβ線が１次Ｘ線として適切である。ここで、Ａu −Ｌβ線のように非常にエネルギーの高いＸ線を回折するためには、ブラッグの条件から、多層膜分光素子の周期長（ｄ値）は約３ｎｍの非常に小さい値でなければならない。そこで、従来は、約３ｎｍの周期長でも明確な積層構造を形成できる実績のあるものとして、Ｗからなる反射層をもつ多層膜分光素子を、Ａu −Ｌβ線を回折するためにも用いている。しかし、Ａu をターゲットとするＸ線管から発生するＸ線を、Ｗからなる反射層をもつ多層膜分光素子で分光しても、得られるＡu −Ｌβ線は、１次Ｘ線として強度や単色性が今一つ十分でない。
【０００４】本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、Ｘ線分析で試料に照射するためのＡu −Ｌβ線を回折する多層膜分光素子において、約３ｎｍの周期長でも明確な積層構造を形成でき、かつ十分高い反射強度と波長選択性をもつもの、およびそれを用いたＸ線分析装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために、本発明のＸ線分光素子は、Ｘ線分析において試料に照射するためのＡu −Ｌβ線を回折するものであって、反射層と、この反射層を形成する元素よりも原子番号の小さい元素を含むスペーサ層とを交互に複数組積層して構成され、前記反射層が、Ｒu 、Ｍo 、Ｃo およびＣr のうちの少なくとも１つからなる。
【０００６】本発明のＸ線分光素子によれば、反射層が、Ｒu 、Ｍo 、Ｃo およびＣr のうちの少なくとも１つからなるので、約３ｎｍの周期長でも明確な積層構造を形成でき、かつＸ線分析で試料に照射するためのＡu −Ｌβ線を十分高い反射強度と波長選択性をもって回折できる。
【０００７】本発明のＸ線分析装置は、試料にＡu −Ｌβ線を照射するＸ線照射装置と、試料から発生するＸ線の強度を測定する検出手段とを備え、前記Ｘ線照射装置が、固有Ｘ線としてＡu −Ｌβ線を含むＸ線を発生するＸ線源と、そのＸ線源から発生するＸ線を分光する前記本発明のＸ線分光素子とを有する。
【０００８】本発明のＸ線分析装置によれば、Ｘ線照射装置に、固有Ｘ線としてＡu −Ｌβ線を含むＸ線を発生するＸ線源と、そのＸ線源から発生するＸ線を分光する前記本発明のＸ線分光素子とを有するので、高強度で単色性の強いＡu −Ｌβ線を試料に照射することができる。したがって、特に蛍光Ｘ線分析において、試料から十分な強度の蛍光Ｘ線を発生させかつバックグラウンドを抑制することができ、Ｃu について十分高感度、高精度の分析ができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態のＸ線分析装置を図面にしたがって説明する。この装置は、図２に示すように、１次Ｘ線５を試料１の表面に対して例えば０．０５度程度の微小な入射角α（図においては誇張して表す）で照射させる全反射蛍光Ｘ線分析装置であって、試料台１０に載置された半導体ウエハ等の試料１にＡu−Ｌβ線５を１次Ｘ線として照射するＸ線照射装置６と、試料１から発生する蛍光Ｘ線等の２次Ｘ線７の強度を測定する検出手段であるＳＳＤ８とを備えている。Ｘ線照射装置６は、固有Ｘ線としてＡu −Ｌβ線を含むＸ線２を発生するＸ線源３、すなわち、Ａu のターゲットからＸ線２を発生するＸ線管３と、そのＸ線管３から発生するＸ線２を分光するＸ線分光素子４とを有する。
【００１０】このＸ線分光素子４は、単独でも本発明の一実施形態をなすもので、Ｘ線分析において試料１に照射するためのＡu −Ｌβ線５を回折する多層膜分光素子である。さて、多層膜分光素子の反射強度および波長選択性を決定する主要因のひとつは、多層膜（反射層およびスペーサ層）を構成する物質の回折すべきＸ線に対する光学定数（複素屈折率）である。すなわち、良好な反射特性を得るための構成物質に関する条件としては、１）回折すべきＸ線に対する吸収係数（複素屈折率の虚部）ができるだけ小さいこと、２）回折すべきＸ線に対する反射層とスペーサ層の光学的コントラスト（複素屈折率の実部の差の絶対値）ができるだけ大きいこと、が挙げられる。ここで、特にエネルギーの高いＸ線に対しては、通常スペーサ層に使用されるＣやＳi 等の軽元素の吸収はほとんど無視できるため、多層膜分光素子の反射特性は、主として重元素からなる反射層の光学定数によって決まるといえる。
【００１１】また、多層膜分光素子の反射特性を決定するもうひとつの主要因は、所望の周期長において明確な積層構造を形成できるか否かという点である。すなわち、良好な反射特性を得るための積層構造に関する条件としては、１）反射層およびスペーサ層をそれぞれ構成する物質が、所望の厚さで平坦な連続膜を形成できること、２）反射層とスペーサ層の層界面において、形状的凹凸や相互拡散等による乱れ（いわゆる界面ラフネス）ができるだけ小さく、急峻な界面を形成できること、が挙げられる。
【００１２】以上の観点から、理論計算によるシミュレーションおよび実際の多層膜成膜実験等の詳細な調査を行った結果、Ａu −Ｌβ線に対して十分な反射特性を発揮し得る反射層の物質として、Ｒu 、Ｍo 、Ｃo およびＣr が非常に有望であることを見出し、本実施形態において、以下のように多層膜分光素子４を構成した。なお、Ｗは、Ａu −Ｌβ線付近のエネルギーにおいて、その吸収係数が急激に大きくなる吸収端を有しており、このことからも、Ａu −Ｌβ線に対しては、反射層の物質として不十分であることが分かる。
【００１３】すなわち、本実施形態のＸ線分光素子４は、図１に示すように、反射層４ａと、この反射層４ａを形成する元素よりも原子番号の小さい元素を含むスペーサ層４ｂとを基板４ｃ上に交互に複数組積層して構成され、反射層４ａが、Ｒu 、Ｍo 、Ｃo およびＣr のうちの少なくとも１つ、例えばＲu からなる。スペーサ層４ｂは、例えばＣからなる。積層された反射層４ａとスペーサ層４ｂとの１組の層対の厚さ（いわゆる周期長、ｄ値）は、３ｎｍとし、反射層４ａとスペーサ層４ｂとの厚さの比は、１対１とし、積層数は、反射性能がほぼ飽和する１００層対とした。
【００１４】図３に、Ａu −Ｌβ線近傍での反射特性における、このＸ線分光素子４（Ｒu／Ｃで表記する）と、他の条件は同じで反射層がＷからなる従来のＸ線分光素子（Ｗ／Ｃで表記する）との比較を示す。具体的には、両Ｘ線分光素子において、Ａu −Ｌβ線を回折するようにブラッグの条件にしたがって入射角θ（図１）を固定し、入射Ｘ線２（図１）の波長をＡu −Ｌβ線近傍で変化させたときの反射率を理論計算によりシミュレーションした結果である。ここで、Ａu −Ｌβ線についての反射強度の高低は、Ａu −Ｌβ線の波長における反射率の高低として表れ、Ａu −Ｌβ線についての波長選択性の良好さは、半価幅（最高の反射率の半分の反射率における波長幅）の狭さとして表れる。図３から明らかなように、従来のＷ／ＣのＸ線分光素子に比べ、本実施形態のＲu ／ＣのＸ線分光素子４は、Ａu −Ｌβ線の反射強度（反射率）および波長選択性（半価幅）において優れている。
【００１５】同様に、図４に、本実施形態において反射層４ａがＣr からなるＸ線分光素子４（Ｃr ／Ｃで表記する）と、従来のＸ線分光素子（Ｗ／Ｃで表記する）との比較を示す。さらに、表１に、本実施形態において反射層４ａがＭo またはＣo からなるＸ線分光素子４（それぞれ、Ｍo ／Ｃ、Ｃo ／Ｃで表記する）を含め、反射率と半価幅をまとめる。各数値の下のかっこ書きの数値は、従来のＸ線分光素子の数値を１．００としたときの値、すなわち、従来のＸ線分光素子の数値に対する比である。
【００１６】
【表１】

【００１７】表１から分かるように、本実施形態のＸ線分光素子４（Ｒu ／Ｃ、Ｍo ／Ｃ、Ｃo ／Ｃ、Ｃr ／Ｃ）は、従来のＸ線分光素子（Ｗ／Ｃ）に比べ、反射率において１０〜２６％良好な数値を示し、半価幅において１０〜４４％良好な数値を示す。Ｒu ／Ｃ、Ｍo ／ＣのＸ線分光素子は、特に反射率すなわち反射強度に優れ、Ｃo ／Ｃ、Ｃr ／ＣのＸ線分光素子は、特に半価幅すなわち波長選択性に優れるので、目的に応じて反射層４ａの材質を選択すればよい。なお、反射層４ａが薄くても平坦性がより良好であるために、反射層４ａには、Ｒu 、Ｍo 、Ｃo およびＣr のうち２つ以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１８】このように、本実施形態のＸ線分光素子４によれば、反射層４ａが、Ｒu 、Ｍo 、Ｃo およびＣr のうちの少なくとも１つからなるので、３ｎｍの周期長でも明確な積層構造を形成でき、かつＸ線分析で試料１に照射するためのＡu −Ｌβ線５を十分高い反射強度と波長選択性をもって回折できる。
【００１９】また、図２の本実施形態の全反射蛍光Ｘ線分析装置によれば、Ｘ線照射装置６に、固有Ｘ線としてＡu −Ｌβ線を含むＸ線２を発生するＸ線管３と、そのＸ線管３から発生するＸ線２を分光する前記本実施形態のＸ線分光素子４とを有するので、高強度で単色性の強いＡu −Ｌβ線５を試料１に照射することができる。したがって、試料１から十分な強度の蛍光Ｘ線７を発生させかつバックグラウンドを抑制することができ、特にＣu について十分高感度、高精度の分析ができる。なお、前記本実施形態のＸ線分光素子４は、全反射蛍光Ｘ線分析装置以外の蛍光Ｘ線分析装置やＸ線回折装置におけるＸ線照射装置にも用いることができ、前述したのと同様に、高強度で単色性の強いＡu −Ｌβ線を試料に照射することができる。
【００２０】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のＸ線分光素子によれば、反射層が、Ｒu、Ｍo 、Ｃo およびＣr のうちの少なくとも１つからなるので、約３ｎｍの周期長でも明確な積層構造を形成でき、かつＸ線分析で試料に照射するためのＡu −Ｌβ線を十分高い反射強度と波長選択性をもって回折できる。また、本発明のＸ線分析装置によれば、Ｘ線照射装置に、固有Ｘ線としてＡu −Ｌβ線を含むＸ線を発生するＸ線源と、そのＸ線源から発生するＸ線を分光する前記本発明のＸ線分光素子とを有するので、高強度で単色性の強いＡu −Ｌβ線を試料に照射することができる。したがって、特に蛍光Ｘ線分析において、試料から十分な強度の蛍光Ｘ線を発生させかつバックグラウンドを抑制することができ、Ｃu について十分高感度、高精度の分析ができる。
【出願人】 【識別番号】０００２５０３５１
【氏名又は名称】理学電機工業株式会社
【出願日】 平成１２年１１月９日（２０００．１１．９）
【代理人】 【識別番号】１０００８７９４１
【弁理士】
【氏名又は名称】杉本 修司 （外２名）
【公開番号】 特開２００２−１４８３９３（Ｐ２００２−１４８３９３Ａ）
【公開日】 平成１４年５月２２日（２００２．５．２２）
【出願番号】 特願２０００−３４１３５１（Ｐ２０００−３４１３５１）