全反射蛍光Ｘ線分析方法及び装置
【課題】１次Ｘ線の強度を低下させることなく試料の微小領域に集光させることができるようにする。
【解決手段】試料１を載置する試料台１３と、１次Ｘ線を試料１の表面に対し全反射を起こす入射角で入射させる１次Ｘ線照射部２と、試料１の表面に対向して配置され、試料１から発生する蛍光Ｘ線を検出する検出器１１とを備えている。１次Ｘ線照射部２は１次Ｘ線を発生するＸ線源３、及びその１次Ｘ線を集光して試料１に照射するポリキャピラリーＸ線レンズ５を備え、さらに好ましくはポリキャピラリーＸ線レンズ５から出射した１次Ｘ線のうち試料表面に対して全反射条件を満たさない入射角をもつ１次Ｘ線を遮蔽するスリット７を備えている。
【解決手段】試料１を載置する試料台１３と、１次Ｘ線を試料１の表面に対し全反射を起こす入射角で入射させる１次Ｘ線照射部２と、試料１の表面に対向して配置され、試料１から発生する蛍光Ｘ線を検出する検出器１１とを備えている。１次Ｘ線照射部２は１次Ｘ線を発生するＸ線源３、及びその１次Ｘ線を集光して試料１に照射するポリキャピラリーＸ線レンズ５を備え、さらに好ましくはポリキャピラリーＸ線レンズ５から出射した１次Ｘ線のうち試料表面に対して全反射条件を満たさない入射角をもつ１次Ｘ線を遮蔽するスリット７を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１次Ｘ線を試料表面に向かって全反射する入射角度で入射して、試料表面から発生する蛍光Ｘ線を分析する全反射蛍光Ｘ線分析方法及びそれに用いる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛍光Ｘ線分析装置を用いて測定の検出限界を良くするためには、試料に入射する１次Ｘ線強度を上げるだけでなく、バックグラウンドを下げることも必要である。
全反射蛍光Ｘ線分析方法はシリコンウエハのような平坦な試料表面で１次Ｘ線を全反射させ、試料表面に対向させて検出器を配置し、１次Ｘ線を受けて測定対象としての試料表面の微小領域又は試料表面上についた不純物から発生する蛍光Ｘ線を検出することにより、１次Ｘ線の散乱に起因する連続Ｘ線バックグラウンドを軽減して蛍光Ｘ線を高感度に測定する方法である。
【０００３】
通常、１次Ｘ線としては幅１ｃｍ程度、厚さ数十μｍから数百μｍのシート状のＸ線ビームを用い、試料表面に対して０．１度程度の非常に浅い角度で照射する。よって、試料表面のかなり広い範囲を照射していることになる。
【０００４】
試料表面自身も大面積を有しているので、１次Ｘ線により広範囲を照射し広範囲の蛍光Ｘ線分析を行う点は望ましいとも言える。しかし、近年はシリコンウエハ上に存在する微粒子の不純物分析というような微小領域の分析に対する需要が高まっている。
【０００５】
そのような微小領域の分析において、例えば微粒子の直径は数μｍ以下であるため、もはやシリコンウエハ表面の広範囲を１次Ｘ線で照射する必要はなくなる。１次Ｘ線としてシート状のＸ線ビームを使用する場合には、微粒子に対して集光能力はなく、むしろ、測定対象の微粒子以外の箇所にも１次Ｘ線が照射されることによって微粒子自身の分析を困難にしてしまう。このことは、高輝度のＸ線源を使用して１次Ｘ線の強度を上げても解決はしない。よって、分析箇所である微小領域での１次Ｘ線の輝度を選択的に高める工夫が必要とされている。
【０００６】
全反射蛍光Ｘ線分析の利点を生かしつつ、高輝度のＸ線を用いることなく高い分析精度を得ることを目的として、１次Ｘ線を分析箇所に集光し微小領域からの蛍光Ｘ線発生強度を増大させる試みとして、分光結晶からなる複数の分光素子を用いて異なる光路から１次Ｘ線を集光させるようにした全反射蛍光Ｘ線分析装置が提案されている（特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−３１７５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
分光素子を用いて１次Ｘ線を集光させる方法は、分光することにより１次Ｘ線強度が低下してしまうだけでなく、複数の分光結晶を所定の位置と方向に配置するための高精度で大型の機構を必要とする。
【０００８】
また、生体物質や環境物質を計測する分野では、微量の試料を扱う必要から微小流路を用いた送液や反応を行なうことのできるマイクロチップを用いたマイクロチップ分析と呼ばれる方法が試みられている。マイクロチップ分析での検出方法として全反射蛍光Ｘ線分析を応用することが考えられる。その場合、極めて微量の物質計測が要求されるとともに、小型簡便な構造であることが必須条件となる。特にＸ線光源の小型化は安全性の点でも必須である。
【０００９】
本発明は、試料表面上の微粒子に限らず、試料の微小領域を分析することを対象にし、全反射蛍光Ｘ線分析の利点を生かしつつ、Ｘ線源から照射される１次Ｘ線の強度を低下させることなく１次Ｘ線を試料の微小領域に集光させることができるようにして、測定対象からの蛍光Ｘ線発生強度を高めて高感度な全反射蛍光Ｘ線分析を行なうことのできる方法と装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の全反射蛍光Ｘ線分析方法は、試料表面に照射する１次Ｘ線を、ポリキャピラリーＸ線レンズを用いて集光させる点に特徴がある。
【００１１】
好ましくは、ポリキャピラリーＸ線レンズから出射する１次Ｘ線は、その進行方向に対して直交する方向の断面形状が線状であるようにする。
【００１２】
より好ましくは、試料表面に照射する１次Ｘ線のうち、試料表面に対して全反射条件を満たさない入射角をもつ１次Ｘ線を遮蔽する。
【００１３】
この全反射蛍光Ｘ線分析方法を実現する本発明の全反射蛍光Ｘ線分析装置は、試料を載置する試料台と、１次Ｘ線を発生するＸ線源及びその１次Ｘ線を集光して試料台上に載置された試料に照射するポリキャピラリーＸ線レンズを含み、その１次Ｘ線を試料の表面に対し全反射を起こす入射角で入射させる１次Ｘ線照射部と、試料台上に載置された試料の表面に対向して配置され、試料から発生する蛍光Ｘ線を検出する検出器とを備えている。
【００１４】
ポリキャピラリーＸ線レンズは、その中をＸ線が全反射して伝わる細いガラス管（モノキャピラリー）が多数束ねられたものであり、キャピラリーを緩やかに曲げることによりＸ線の軌道を曲げ、キャピラリーから出射するＸ線が１点に集中するように形成されたものである。各モノキャピラリーはその内径が受光部側の基端から放射側の先端にかけていったん拡大し、先端に向かって漸次細くなる形状をもっている。ポリキャピラリーＸ線レンズは全反射によりＸ線の軌道を曲げ、分光を伴わないため、分光結晶を用いた分光素子のようなＸ線強度の減衰はない。
【００１５】
より好ましくは、ポリキャピラリーＸ線レンズの構成を最適化して、分析精度の向上とエックス線光源部の小型化を図るために、ポリキャピラリーＸ線レンズから出射する１次Ｘ線が進行方向に対して直交する方向の断面形状が試料表面に平行な線状となるようにする。そのために、ポリキャピラリーＸ線レンズは、Ｘ線光源に対面する入射面ではモノキャピラリーの端部が円形面状に配列され、試料に対面する出射面ではモノキャピラリーの端部が試料表面に平行な線状に、かつ放射方向が一点に向かって集光するように配列されているものとする。その集光点の位置に試料が配置される。
【００１６】
全反射蛍光Ｘ線分析装置のより好ましい形態では、１次Ｘ線照射部は、ポリキャピラリーＸ線レンズの出射側と試料台との間にスリットを備え、そのスリットは試料台上に載置された試料の表面に対して全反射条件を満たさない入射角をもつ１次Ｘ線を遮蔽するように配置されている。
【００１７】
ここで、「スリット」の語は、一般には細長い開口を意味するが、本発明では全反射条件を満たさない入射角をもつ１次Ｘ線、すなわち全反射臨界角より大きい入射角をもつ１次Ｘ線を遮蔽することができればよいので、細長い開口に限らず、全反射臨界角より大きい入射角側の１次Ｘ線のみを遮蔽する遮蔽板も含む概念として使用している。
【００１８】
スリットで測定に適した角度以外のＸ線を遮断する場合、遮断しすぎるとＸ線強度が極端に弱くなり、蛍光も微弱となる。Ｘ線強度が弱くなるのを補うために過大なＸ線源を用いると分析装置が大型になる。一方、スリットを広げて広い角度で試料に照射すると測定しようとする試料以外の部分からの１次Ｘ線や蛍光Ｘ線がノイズとしてでるため分析精度が低下する。
【００１９】
そこで、ポリキャピラリーＸ線レンズから出射する１次Ｘ線が進行方向に対して直交する方向の断面形状が試料表面に平行な線状となるようにする好ましい形態では、スリットを用いなくても測定に適した角度以外のＸ線が出射されないようにすることができればスリットを設けないようにして、スリットによりＸ線強度が弱くなる問題を避けることができる。スリットを用いるとしても、スリットの形状に沿った線状に集光させることにより、スリットにより遮断されるＸ線の割合は少なくてすむ。この形態では、スリットの有無にかかわらずＸ線強度が大幅に弱くなる問題を避けることができるので、過大なＸ線源を用いる必要がなくなる。
【００２０】
試料台はその上に載置された試料の表面の水平面内方向、高さ方向及び入射Ｘ線に対するその試料の表面の傾き方向を調整する調整機構を備えていることが好ましい。
また、試料台上に載置された試料と検出器との間にもポリキャピラリーＸ線レンズを備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
通常の全反射蛍光Ｘ線分析は１次Ｘ線が空間的に集光されることなく広範囲を照射するものであるが、ポリキャピラリーＸ線レンズを用いた本発明では１次Ｘ線の強度を落とすことなく、微粒子などの微小な測定箇所に１次Ｘ線を集光させることができる。このように、試料表面での全反射条件を満たしながら集光効果が得られるので、蛍光Ｘ線強度が増大し測定感度が向上する。
【００２２】
試料表面に対して全反射条件を満たさない入射角をもつ１次Ｘ線をスリットにより遮蔽するようにすれば、全ての１次Ｘ線の試料表面に対する入射角を全反射臨界角以下に保つことができ、バックグラウンドをより少なくして測定限界を向上させることができる。
【００２３】
さらに、ポリキャピラリーＸ線レンズから出射する１次Ｘ線が進行方向に対して直交する方向の断面形状が試料表面に平行な線状となるようにすれば、スリットを設けなくても１次Ｘ線の試料表面に対する入射角を全反射臨界角以下に保つことができるようになるので、Ｘ線源からポリキャピラリーＸ線レンズに取り込まれたＸ線はほぼ全て試料に照射される。さらに角度の均一性は高く、全反射条件がそろうため分析精度はきわめて高いものとなり、微量分析に適した装置となる。また、Ｘ線源も相対的に小型化が可能であり、簡便な持ち運びに適した装置を可能とする。
【００２４】
ポリキャピラリーＸ線レンズから出射する１次Ｘ線が進行方向に対して直交する方向の断面形状が試料表面に平行な線状となるようにした場合にも、スリットを付加すればさらに精度は高くなる。
【００２５】
試料と検出器との間にもポリキャピラリーＸ線レンズを備えれば、試料表面上の微小領域からの蛍光Ｘ線のみを検出することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に一実施例を図1、図２及び図３を参照して詳細に説明する。
図１は全反射蛍光Ｘ線分析装置の全体正面図である。図２と図３はキャピラリーＸ線レンズ３とスリット５の配置を示す正面断面図と上面断面図であり、それぞれの図において（Ｂ）は（Ａ）の鎖線の円で囲った部分の拡大図である。
【００２７】
試料台１３は試料１を載置するものであり、試料台１３に載置された試料１の表面に対し、１次Ｘ線を、全反射を起こす入射角で入射させる１次Ｘ線照射部２が設けられている。１次Ｘ線照射部２は１次Ｘ線を発生するＸ線源３、及びその１次Ｘ線を集光して試料１に照射するポリキャピラリーＸ線レンズ５を備えている。ポリキャピラリーＸ線レンズ５により１次Ｘ線を数十μｍのビーム径に集光することができる。
【００２８】
ポリキャピラリーＸ線レンズ５は多数のモノキャピラリーを束ねた構造である。図では個々のモノキャピラリーの図示は省略されている。モノキャピラリーは内径数ミクロンの石英管である。モノキャピラリーはその内径が受光部側の基端から放射側の先端にかけていったん拡大し、先端に向かって漸次細くなる形状をもったものである。
【００２９】
この実施例では、ポリキャピラリーＸ線レンズ５から出射した１次Ｘ線のうち試料１の表面に対して全反射条件を満たさない入射角をもつ１次Ｘ線を遮蔽するために、基板１と平行なスリット７をさらに備えている。試料１から発生する蛍光Ｘ線を検出するために、試料台１３に載置された試料１の表面に対向して検出器１１が配置されている。
【００３０】
試料台１３はその上に載置された試料１の表面の水平面内方向、高さ方向及び入射Ｘ線に対するその試料１の表面の傾き方向を調整する調整機構１３ａ，１３ｂを備えており、試料１の表面の測定部位が検出器１１の直下に位置し、入射Ｘ線の入試角度を調整することができる。試料台１３は高さ方向（Ｚ方向）を調整する手動ジャッキ１５を介して水平面内方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動可能な手動Ｘ−Ｙステージ１４上に載置されている。試料台１３の調整機構１３ａ，１３ｂは、その上面に試料１を載置して試料１の表面の水平面内及び高さ方向（Ｘ−Ｙ−Ｚ方向）の調整を行なうＸ−Ｙ−Ｚステッピングモータ１３ａと、Ｘ−Ｙ−Ｚステッピングモータ１３ａの下に配置され、試料１の表面の傾きを入射Ｘ線に対して調整する傾斜モータ１３ｂとを含んでいる。試料台１３は、その上に載置された試料１を支持するとともに、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の移動及び試料表面を傾斜させる回転運動を可能にしている。
【００３１】
Ｘ−Ｙ−Ｚステッピングモータ１３ａと傾斜モータ１３ｂはモータードライブ２１によって駆動され、そのモータードライブ２１はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１７によって制御されるモーターコントローラ１９により制御される。
【００３２】
試料台１３上に載置された試料１の表面の測定部位が傾斜モータ１３ｂの回転中心で、かつポリキャピラリーＸ線レンズ５による１次Ｘ線の焦点位置にくるように試料１の表面を監視するために、試料台１３の斜め上方にＣＣＤカメラ２３が配置されており、ＣＣＤカメラ２３により撮像された試料１の表面状態がモニタ２５に映し出される。
【００３３】
ＣＣＤカメラ２３によるポリキャピラリーＸ線レンズ５の焦点位置の調整は次のように行う。初めに試料台１３の表面又はその上に載置した平坦な基板上に、直径１０μｍ程度のタングステン（Ｗ）ワイヤーを十字形に張りつけて、これを試料に見立てる。手動Ｘ−Ｙステージ１４と手動ジャッキ１５によりその十字形タングステンワイヤーをポリキャピラリーＸ線レンズ５の焦点位置になると思われる位置に大まかに位置決めする。
【００３４】
次に、Ｘ線源３からＸ線を照射して、十字形タングステンワイヤーからの蛍光Ｘ線をモニターしながら、Ｘ−Ｙ−Ｚステッピングモータ１３ａを駆動してＸ線ビームの位置を探る。すなわち、蛍光Ｘ線の検出強度が最大になる位置がポリキャピラリーＸ線レンズ５の焦点位置である。ポリキャピラリーＸ線レンズ５の焦点位置が決まれば、そのときの十字形タングステンワイヤーにＣＣＤカメラ２３の焦点が合うようにＣＣＤカメラ２３の位置及びその焦点を調整しておく。つまり、次回からは、モニタ２５を見て、ＣＣＤカメラ２３で焦点があった場所がポリキャピラリーＸ線レンズ５によるＸ線ビームの焦点位置となる。
【００３５】
Ｘ線源３としては市販のＸ線管を用い、Ｘ線源３のＸ線出射窓にはベリリウム、窒化ホウ素、グラファイトなどのＸ線透過材料が用いられている。
Ｘ線源３のＸ線出射窓とポリキャピラリーＸ線レンズ５の間には、管球由来のＸ線が蛍光Ｘ線測定に影響を与えるのを防ぐために、ジルコニウム、アルミニウム、真鍮など、測定対象元素に応じて適当なフィルタが設けられることがある。
【００３６】
ここでは、Ｘ線源３として、モリブデンをターゲットとし、ベリリウムＸ線出射窓をもつＸ線管を使用し、Ｘ線源３のＸ線出射窓とポリキャピラリーＸ線レンズ５との間にジルコニウムフィルタを配置した。
【００３７】
図２、図３に示されるように、Ｘ光源１から発生したＸ線はポリキャピラリーＸ線レンズ５により試料１の表面の微小領域９に点状に３次元的に集光される、平坦な基板１の表面に対して全反射臨界角を上回る大きな入射角度で入射する１次Ｘ線光路が発生する。そこで、図２に示されるように、ポリキャピラリーＸ線レンズ５と試料１との間に配置されたスリット７により、試料１の表面へ入射する１次Ｘ線のうち、その入射角θが全反射臨界角θ0を上回るものは遮蔽される。
【００３８】
Ｘ線検出器には波長分散型分光器を備えたものとエネルギー分散型Ｘ線分光器を備えたものがある。波長分散型分光器は湾曲型の結晶の回折現象を用いる。エネルギー分散型Ｘ線分光器は試料から発生する全てのＸ線を検出器に同時に取り込み、Ｘ線のエネルギー選別を電気的に行うものである。エネルギー分散型Ｘ線分光器は波長分散型分光器に比べてエネルギー分解能が劣るものの測定時間が短くてすみ、全エネルギー範囲を同時に測定することができるという利点をもっている。それに対して波長分散型分光器は、エネルギー分散型Ｘ線分光器よりも測定時間が長くなる反面、エネルギー分解能が優れているという利点をもっている。元素分析では、これらの分解能の異なる２種類の分光器のいずれを使用してもよく、併用することもできる。ここでは、測定時間を短くするためにエネルギー分散型Ｘ線分光器を用いる。
【００３９】
以下に一実施例の動作を説明する。
試料１としてシリコンウエハを取り上げる。
試料１を試料台１３上に載置し、モニタ２５に映し出された試料１の表面画像を見ながら、試料１の表面の測定部位が傾斜モータ１３ｂの回転中心で、かつポリキャピラリーＸ線レンズ５による１次Ｘ線の焦点位置にくるように、手動Ｘ−Ｙステージ１４と手動ジャッキ１５を調整する。すなわち、ＣＣＤカメラ２３はポリキャピラリーＸ線レンズ５によるＸ線ビームの焦点位置に焦点が合うように予め調整されているので、モニタ２５に映し出された試料１の表面画像が焦点のあった状態となるように手動Ｘ−Ｙステージ１４と手動ジャッキ１５を調整する。
【００４０】
次に、試料１にＸ線源３からＸ線を照射しながらＸ線検出器１１により蛍光Ｘ線を取り込み、その強度によりＸ−Ｙ−Ｚステッピングモータ１３ａと傾斜モータ１３ｂを調整して試料１の表面のＸ，Ｙ，Ｚ方向及び傾斜角を微調整する。Ｘ線源３はＭｏターゲットを５０ＫｅＶ、０．５ｍＡで動作させた。
【００４１】
スリット７として基板１の表面に平行な３０μｍ幅の細長い開口をもつものを配置する。その高さを調整するために、スリット７を上下方向に移動させながら試料１としてのシリコンウエハからの蛍光Ｘ線であるＳｉＫα線の強度をモニタして、その強度が最大となる位置に設定する。図４はそのＳｉＫα線の強度をモニタした結果であり、この例ではスリット７を設置した基準位置から約２ｍｍ上方に移動させた位置でポリキャピラリーＸ線レンズ５の出射口の中央に調整され、最大強度が得られた。図４の縦軸は６０秒間の検出値の積分値、横軸の数値はこの実施例についてのものであり、その数値そのものには普遍的な意味はない。
【００４２】
図５は図４に示されたようにスリット７の高さを最適な位置（この場合は高さ約２ｍｍの位置）に調整した後、傾斜モータ１３ｂを駆動して試料１の表面の傾きを変化させて、試料１の表面に対するＸ線ビームの入射角度を変化させてＳｉＫα線強度をモニタする。図５の縦軸は６０秒間の検出値の積分値、横軸は傾斜ステージである傾斜モータ１３ｂの読み値であるが、およそ１．０度あたりで強度の立ち上がりが見られることから、この実施例の装置ではこのあたりが全反射臨界角度と考えられる。
【００４３】
このように調整された条件で取得したシリコンウエハの蛍光Ｘ線スペクトルを図６に示す。縦軸は蛍光Ｘ線強度を１秒当りの平均値（カウント／秒）として表わしたものである。この蛍光Ｘ線スペクトルは、試料の傾きが図５に示された傾斜モータ１３ｂの読み値で１．０度に設定し、Ｘ線源３のＭｏターゲットを５０ＫｅＶ、０．５ｍＡで動作させたときのものである。Ｓｉの明瞭な蛍光Ｘ線が検出されている。Ａｒの蛍光Ｘ線も検出されているが、このＡｒはシリコンウエハ近傍又はＸ線光路中の大気中のＡｒが励起されたものと考えられる。
【００４４】
図７は他の実施例を表わす。試料からの蛍光Ｘ線を受ける検出器側にもポリキャピラリーＸ線レンズ２７が取り付けられている。そのポリキャピラリーＸ線レンズ２７以外の構成は図１の実施例と同じである。
【００４５】
このように、検出器側にもポリキャピラリーＸ線レンズ２７を取り付けることにより、微粒子のような微小部からの信号を効率よく検出できるようになり、検出効率のみならず、微小部試料以外からのＸ線の信号を取り込まなくなるので、Ｓ／Ｂ（信号対バックグラウンド）比の向上にも役立つ。
【００４６】
図８と図９は１次Ｘ線照射側のポリキャピラリーＸ線レンズの他の実施例を表したものである。図８（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図であり、図９はモノキャピラリーの配列を概略的に示したポリキャピラリーＸ線レンズの斜視図である。
【００４７】
ポリキャピラリーＸ線レンズ３５は図９に示されるように多数のモノキャピラリー５ｃを束ねた構造である。図８では個々のモノキャピラリーの図示は省略している。モノキャピラリー５ｃは図２，３に示したポリキャピラリーＸ線レンズ５を構成しているものと同じであるが、その束ね方が異なっている。
【００４８】
ポリキャピラリーＸ線レンズ３５はＸ線に対面する入射面５ａは円形である。入射面５ａは点光源であるＸ線源から立体的なＸ線の放射を受ける。入射面３５ａに端面が配置された各モノキャピラリー３５ｃに入射したＸ線を各モノキャピラリー３５ｃで全反射させつつ出射面３５ｂへ伝播させるため、各モノキャピラリー３５ｃの内径は入射側のＡ部からＢ部にかけて拡大している。さらに中間部のＢ−Ｃ間で面配列から直線配列に並べ直しされている。さらに、出射側のＣ−Ｄ間で出射方向が一点に集中するように焦点を定めて配列されている。その焦点となる位置に試料を配置する。また、Ｃ−Ｄ間ではモノキュピラリーの内径は漸次縮小している。
【００４９】
このような構造で、Ｘ線源に対面するポリキャピラリーＸ線レンズの入射面３５ａでは複数のモノキャピラリー３５ｃの端部が面状に配列されているので、Ｘ線源から立体的に放射されるＸ線ほぼ全量がポリキャピラリーＸ線レンズ３５に取り込まれる。ポリキャピラリーＸ線レンズ３５内に取り込まれたＸ線は各モノキャピラリー３５ｃの内壁で全反射を繰り返しながら、入射面から出射面にかけて内径がいったん広がった後、漸次細くなるモノキャピラリー３５ｃ内を進行し、試料に対面するポリキャピラリーＸ線レンズの出射面３５ｂに至る。出射面３５ｂでは複数のモノキャピラリー端部が試料に対して同一の全反射角度になるように試料表面に平行な線状に配列されている。また、水平方向では各モノキャピラリー３５ｃの放射方向が試料の配置される位置に集中して向かうように配列されている。
【００５０】
図１０は１次Ｘ線照射側のポリキャピラリーＸ線レンズのさらに他の実施例を表したものであり、モノキャピラリーの配列を概略的に示したポリキャピラリーＸ線レンズの斜視図である。図１０に示すように全反射条件が著しく変わらない範囲で、出射面３５ｂのモノキャピラリーを垂直方向に２段又は複数段とすれば、ポリキャピラリーＸ線レンズ３５が小型化できる利点がある。
【００５１】
図１１は１次Ｘ線照射側のポリキャピラリーＸ線レンズのさらに他の実施例を表した斜視図である。図１１に示すように、入射面３５ａを球面状にしてＸ線源からの放射Ｘ線を受光しやすくしている。また、出射面３５ｂを上から見て曲線状に配列して出射Ｘ線の集光度を高めている。このようなポリキャピラリーＸ線レンズは小型化を図る上で好都合である。
【００５２】
ポリキャピラリーＸ線レンズは最大径（Ｂ部）のモノキャピラリー原料を束ねたものを加熱して引き伸ばすことにより製作される。Ａ部方向には引っ張って径を縮小させ、Ｃ−Ｄ方向には配列を平面的に抑えつつ引き伸ばしてモノキャピラリーが扇状に収束する配列となるようにする。
【００５３】
実施例の測定データとしては、シリコンウエハ自体のものを示したが、シリコンウエハ上のＦｅ2Ｏ3などの単一微粒子についても同様に測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、試料表面の微小領域又は試料表面についた微小物を全反射蛍光Ｘ線分析方法により元素分析するのに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】一実施例の全反射蛍光Ｘ線分析装置を示す概略正面図である。
【図２】（Ａ）は同実施例におけるポリキャピラリーＸ線レンズとスリットの配置を示す正面断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の鎖線の円で囲った部分の拡大図である。
【図３】（Ａ）は同実施例におけるポリキャピラリーＸ線レンズとスリットの配置を示す上面断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の鎖線の円で囲った部分の拡大図である。
【図４】スリットの上下方向の移動量とシリコンウエハからの蛍光Ｘ線であるＳｉＫα線強度との関係を示すグラフである。
【図５】Ｘ線ビームの入射角度とシリコンウエハからの蛍光Ｘ線であるＳｉＫα線強度との関係を示すグラフである。
【図６】一実施例により測定されたシリコンウエハの蛍光Ｘ線スペクトルである。
【図７】他の実施例の全反射蛍光Ｘ線分析装置の要部を示す概略正面断面図である。
【図８】１次Ｘ線照射側のポリキャピラリーＸ線レンズの他の実施例を表したものであり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図９】同ポリキャピラリーＸ線レンズの斜視図である。
【図１０】１次Ｘ線照射側のポリキャピラリーＸ線レンズのさらに他の実施例を表す斜視図である。
【図１１】１次Ｘ線照射側のポリキャピラリーＸ線レンズのさらに他の実施例を表す斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 試料表面
２ １次Ｘ線照射部
３ Ｘ線源
５，２７，３５ ポリキャピラリーＸ線レンズ
７ スリット
９ 照射位置
１１ 検出器
１３ 試料台
１３ａ Ｘ−Ｙ−Ｚステッピングモータ
１３ｂ 傾斜モータ
３５ａ 入射面
３５ｂ 出射面
３５ｃ モノキャピラリー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１次Ｘ線を試料表面に向かって全反射する入射角度で入射して、試料表面から発生する蛍光Ｘ線を分析する全反射蛍光Ｘ線分析方法及びそれに用いる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛍光Ｘ線分析装置を用いて測定の検出限界を良くするためには、試料に入射する１次Ｘ線強度を上げるだけでなく、バックグラウンドを下げることも必要である。
全反射蛍光Ｘ線分析方法はシリコンウエハのような平坦な試料表面で１次Ｘ線を全反射させ、試料表面に対向させて検出器を配置し、１次Ｘ線を受けて測定対象としての試料表面の微小領域又は試料表面上についた不純物から発生する蛍光Ｘ線を検出することにより、１次Ｘ線の散乱に起因する連続Ｘ線バックグラウンドを軽減して蛍光Ｘ線を高感度に測定する方法である。
【０００３】
通常、１次Ｘ線としては幅１ｃｍ程度、厚さ数十μｍから数百μｍのシート状のＸ線ビームを用い、試料表面に対して０．１度程度の非常に浅い角度で照射する。よって、試料表面のかなり広い範囲を照射していることになる。
【０００４】
試料表面自身も大面積を有しているので、１次Ｘ線により広範囲を照射し広範囲の蛍光Ｘ線分析を行う点は望ましいとも言える。しかし、近年はシリコンウエハ上に存在する微粒子の不純物分析というような微小領域の分析に対する需要が高まっている。
【０００５】
そのような微小領域の分析において、例えば微粒子の直径は数μｍ以下であるため、もはやシリコンウエハ表面の広範囲を１次Ｘ線で照射する必要はなくなる。１次Ｘ線としてシート状のＸ線ビームを使用する場合には、微粒子に対して集光能力はなく、むしろ、測定対象の微粒子以外の箇所にも１次Ｘ線が照射されることによって微粒子自身の分析を困難にしてしまう。このことは、高輝度のＸ線源を使用して１次Ｘ線の強度を上げても解決はしない。よって、分析箇所である微小領域での１次Ｘ線の輝度を選択的に高める工夫が必要とされている。
【０００６】
全反射蛍光Ｘ線分析の利点を生かしつつ、高輝度のＸ線を用いることなく高い分析精度を得ることを目的として、１次Ｘ線を分析箇所に集光し微小領域からの蛍光Ｘ線発生強度を増大させる試みとして、分光結晶からなる複数の分光素子を用いて異なる光路から１次Ｘ線を集光させるようにした全反射蛍光Ｘ線分析装置が提案されている（特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−３１７５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
分光素子を用いて１次Ｘ線を集光させる方法は、分光することにより１次Ｘ線強度が低下してしまうだけでなく、複数の分光結晶を所定の位置と方向に配置するための高精度で大型の機構を必要とする。
【０００８】
また、生体物質や環境物質を計測する分野では、微量の試料を扱う必要から微小流路を用いた送液や反応を行なうことのできるマイクロチップを用いたマイクロチップ分析と呼ばれる方法が試みられている。マイクロチップ分析での検出方法として全反射蛍光Ｘ線分析を応用することが考えられる。その場合、極めて微量の物質計測が要求されるとともに、小型簡便な構造であることが必須条件となる。特にＸ線光源の小型化は安全性の点でも必須である。
【０００９】
本発明は、試料表面上の微粒子に限らず、試料の微小領域を分析することを対象にし、全反射蛍光Ｘ線分析の利点を生かしつつ、Ｘ線源から照射される１次Ｘ線の強度を低下させることなく１次Ｘ線を試料の微小領域に集光させることができるようにして、測定対象からの蛍光Ｘ線発生強度を高めて高感度な全反射蛍光Ｘ線分析を行なうことのできる方法と装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の全反射蛍光Ｘ線分析方法は、試料表面に照射する１次Ｘ線を、ポリキャピラリーＸ線レンズを用いて集光させる点に特徴がある。
【００１１】
好ましくは、ポリキャピラリーＸ線レンズから出射する１次Ｘ線は、その進行方向に対して直交する方向の断面形状が線状であるようにする。
【００１２】
より好ましくは、試料表面に照射する１次Ｘ線のうち、試料表面に対して全反射条件を満たさない入射角をもつ１次Ｘ線を遮蔽する。
【００１３】
この全反射蛍光Ｘ線分析方法を実現する本発明の全反射蛍光Ｘ線分析装置は、試料を載置する試料台と、１次Ｘ線を発生するＸ線源及びその１次Ｘ線を集光して試料台上に載置された試料に照射するポリキャピラリーＸ線レンズを含み、その１次Ｘ線を試料の表面に対し全反射を起こす入射角で入射させる１次Ｘ線照射部と、試料台上に載置された試料の表面に対向して配置され、試料から発生する蛍光Ｘ線を検出する検出器とを備えている。
【００１４】
ポリキャピラリーＸ線レンズは、その中をＸ線が全反射して伝わる細いガラス管（モノキャピラリー）が多数束ねられたものであり、キャピラリーを緩やかに曲げることによりＸ線の軌道を曲げ、キャピラリーから出射するＸ線が１点に集中するように形成されたものである。各モノキャピラリーはその内径が受光部側の基端から放射側の先端にかけていったん拡大し、先端に向かって漸次細くなる形状をもっている。ポリキャピラリーＸ線レンズは全反射によりＸ線の軌道を曲げ、分光を伴わないため、分光結晶を用いた分光素子のようなＸ線強度の減衰はない。
【００１５】
より好ましくは、ポリキャピラリーＸ線レンズの構成を最適化して、分析精度の向上とエックス線光源部の小型化を図るために、ポリキャピラリーＸ線レンズから出射する１次Ｘ線が進行方向に対して直交する方向の断面形状が試料表面に平行な線状となるようにする。そのために、ポリキャピラリーＸ線レンズは、Ｘ線光源に対面する入射面ではモノキャピラリーの端部が円形面状に配列され、試料に対面する出射面ではモノキャピラリーの端部が試料表面に平行な線状に、かつ放射方向が一点に向かって集光するように配列されているものとする。その集光点の位置に試料が配置される。
【００１６】
全反射蛍光Ｘ線分析装置のより好ましい形態では、１次Ｘ線照射部は、ポリキャピラリーＸ線レンズの出射側と試料台との間にスリットを備え、そのスリットは試料台上に載置された試料の表面に対して全反射条件を満たさない入射角をもつ１次Ｘ線を遮蔽するように配置されている。
【００１７】
ここで、「スリット」の語は、一般には細長い開口を意味するが、本発明では全反射条件を満たさない入射角をもつ１次Ｘ線、すなわち全反射臨界角より大きい入射角をもつ１次Ｘ線を遮蔽することができればよいので、細長い開口に限らず、全反射臨界角より大きい入射角側の１次Ｘ線のみを遮蔽する遮蔽板も含む概念として使用している。
【００１８】
スリットで測定に適した角度以外のＸ線を遮断する場合、遮断しすぎるとＸ線強度が極端に弱くなり、蛍光も微弱となる。Ｘ線強度が弱くなるのを補うために過大なＸ線源を用いると分析装置が大型になる。一方、スリットを広げて広い角度で試料に照射すると測定しようとする試料以外の部分からの１次Ｘ線や蛍光Ｘ線がノイズとしてでるため分析精度が低下する。
【００１９】
そこで、ポリキャピラリーＸ線レンズから出射する１次Ｘ線が進行方向に対して直交する方向の断面形状が試料表面に平行な線状となるようにする好ましい形態では、スリットを用いなくても測定に適した角度以外のＸ線が出射されないようにすることができればスリットを設けないようにして、スリットによりＸ線強度が弱くなる問題を避けることができる。スリットを用いるとしても、スリットの形状に沿った線状に集光させることにより、スリットにより遮断されるＸ線の割合は少なくてすむ。この形態では、スリットの有無にかかわらずＸ線強度が大幅に弱くなる問題を避けることができるので、過大なＸ線源を用いる必要がなくなる。
【００２０】
試料台はその上に載置された試料の表面の水平面内方向、高さ方向及び入射Ｘ線に対するその試料の表面の傾き方向を調整する調整機構を備えていることが好ましい。
また、試料台上に載置された試料と検出器との間にもポリキャピラリーＸ線レンズを備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
通常の全反射蛍光Ｘ線分析は１次Ｘ線が空間的に集光されることなく広範囲を照射するものであるが、ポリキャピラリーＸ線レンズを用いた本発明では１次Ｘ線の強度を落とすことなく、微粒子などの微小な測定箇所に１次Ｘ線を集光させることができる。このように、試料表面での全反射条件を満たしながら集光効果が得られるので、蛍光Ｘ線強度が増大し測定感度が向上する。
【００２２】
試料表面に対して全反射条件を満たさない入射角をもつ１次Ｘ線をスリットにより遮蔽するようにすれば、全ての１次Ｘ線の試料表面に対する入射角を全反射臨界角以下に保つことができ、バックグラウンドをより少なくして測定限界を向上させることができる。
【００２３】
さらに、ポリキャピラリーＸ線レンズから出射する１次Ｘ線が進行方向に対して直交する方向の断面形状が試料表面に平行な線状となるようにすれば、スリットを設けなくても１次Ｘ線の試料表面に対する入射角を全反射臨界角以下に保つことができるようになるので、Ｘ線源からポリキャピラリーＸ線レンズに取り込まれたＸ線はほぼ全て試料に照射される。さらに角度の均一性は高く、全反射条件がそろうため分析精度はきわめて高いものとなり、微量分析に適した装置となる。また、Ｘ線源も相対的に小型化が可能であり、簡便な持ち運びに適した装置を可能とする。
【００２４】
ポリキャピラリーＸ線レンズから出射する１次Ｘ線が進行方向に対して直交する方向の断面形状が試料表面に平行な線状となるようにした場合にも、スリットを付加すればさらに精度は高くなる。
【００２５】
試料と検出器との間にもポリキャピラリーＸ線レンズを備えれば、試料表面上の微小領域からの蛍光Ｘ線のみを検出することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に一実施例を図1、図２及び図３を参照して詳細に説明する。
図１は全反射蛍光Ｘ線分析装置の全体正面図である。図２と図３はキャピラリーＸ線レンズ３とスリット５の配置を示す正面断面図と上面断面図であり、それぞれの図において（Ｂ）は（Ａ）の鎖線の円で囲った部分の拡大図である。
【００２７】
試料台１３は試料１を載置するものであり、試料台１３に載置された試料１の表面に対し、１次Ｘ線を、全反射を起こす入射角で入射させる１次Ｘ線照射部２が設けられている。１次Ｘ線照射部２は１次Ｘ線を発生するＸ線源３、及びその１次Ｘ線を集光して試料１に照射するポリキャピラリーＸ線レンズ５を備えている。ポリキャピラリーＸ線レンズ５により１次Ｘ線を数十μｍのビーム径に集光することができる。
【００２８】
ポリキャピラリーＸ線レンズ５は多数のモノキャピラリーを束ねた構造である。図では個々のモノキャピラリーの図示は省略されている。モノキャピラリーは内径数ミクロンの石英管である。モノキャピラリーはその内径が受光部側の基端から放射側の先端にかけていったん拡大し、先端に向かって漸次細くなる形状をもったものである。
【００２９】
この実施例では、ポリキャピラリーＸ線レンズ５から出射した１次Ｘ線のうち試料１の表面に対して全反射条件を満たさない入射角をもつ１次Ｘ線を遮蔽するために、基板１と平行なスリット７をさらに備えている。試料１から発生する蛍光Ｘ線を検出するために、試料台１３に載置された試料１の表面に対向して検出器１１が配置されている。
【００３０】
試料台１３はその上に載置された試料１の表面の水平面内方向、高さ方向及び入射Ｘ線に対するその試料１の表面の傾き方向を調整する調整機構１３ａ，１３ｂを備えており、試料１の表面の測定部位が検出器１１の直下に位置し、入射Ｘ線の入試角度を調整することができる。試料台１３は高さ方向（Ｚ方向）を調整する手動ジャッキ１５を介して水平面内方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動可能な手動Ｘ−Ｙステージ１４上に載置されている。試料台１３の調整機構１３ａ，１３ｂは、その上面に試料１を載置して試料１の表面の水平面内及び高さ方向（Ｘ−Ｙ−Ｚ方向）の調整を行なうＸ−Ｙ−Ｚステッピングモータ１３ａと、Ｘ−Ｙ−Ｚステッピングモータ１３ａの下に配置され、試料１の表面の傾きを入射Ｘ線に対して調整する傾斜モータ１３ｂとを含んでいる。試料台１３は、その上に載置された試料１を支持するとともに、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の移動及び試料表面を傾斜させる回転運動を可能にしている。
【００３１】
Ｘ−Ｙ−Ｚステッピングモータ１３ａと傾斜モータ１３ｂはモータードライブ２１によって駆動され、そのモータードライブ２１はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１７によって制御されるモーターコントローラ１９により制御される。
【００３２】
試料台１３上に載置された試料１の表面の測定部位が傾斜モータ１３ｂの回転中心で、かつポリキャピラリーＸ線レンズ５による１次Ｘ線の焦点位置にくるように試料１の表面を監視するために、試料台１３の斜め上方にＣＣＤカメラ２３が配置されており、ＣＣＤカメラ２３により撮像された試料１の表面状態がモニタ２５に映し出される。
【００３３】
ＣＣＤカメラ２３によるポリキャピラリーＸ線レンズ５の焦点位置の調整は次のように行う。初めに試料台１３の表面又はその上に載置した平坦な基板上に、直径１０μｍ程度のタングステン（Ｗ）ワイヤーを十字形に張りつけて、これを試料に見立てる。手動Ｘ−Ｙステージ１４と手動ジャッキ１５によりその十字形タングステンワイヤーをポリキャピラリーＸ線レンズ５の焦点位置になると思われる位置に大まかに位置決めする。
【００３４】
次に、Ｘ線源３からＸ線を照射して、十字形タングステンワイヤーからの蛍光Ｘ線をモニターしながら、Ｘ−Ｙ−Ｚステッピングモータ１３ａを駆動してＸ線ビームの位置を探る。すなわち、蛍光Ｘ線の検出強度が最大になる位置がポリキャピラリーＸ線レンズ５の焦点位置である。ポリキャピラリーＸ線レンズ５の焦点位置が決まれば、そのときの十字形タングステンワイヤーにＣＣＤカメラ２３の焦点が合うようにＣＣＤカメラ２３の位置及びその焦点を調整しておく。つまり、次回からは、モニタ２５を見て、ＣＣＤカメラ２３で焦点があった場所がポリキャピラリーＸ線レンズ５によるＸ線ビームの焦点位置となる。
【００３５】
Ｘ線源３としては市販のＸ線管を用い、Ｘ線源３のＸ線出射窓にはベリリウム、窒化ホウ素、グラファイトなどのＸ線透過材料が用いられている。
Ｘ線源３のＸ線出射窓とポリキャピラリーＸ線レンズ５の間には、管球由来のＸ線が蛍光Ｘ線測定に影響を与えるのを防ぐために、ジルコニウム、アルミニウム、真鍮など、測定対象元素に応じて適当なフィルタが設けられることがある。
【００３６】
ここでは、Ｘ線源３として、モリブデンをターゲットとし、ベリリウムＸ線出射窓をもつＸ線管を使用し、Ｘ線源３のＸ線出射窓とポリキャピラリーＸ線レンズ５との間にジルコニウムフィルタを配置した。
【００３７】
図２、図３に示されるように、Ｘ光源１から発生したＸ線はポリキャピラリーＸ線レンズ５により試料１の表面の微小領域９に点状に３次元的に集光される、平坦な基板１の表面に対して全反射臨界角を上回る大きな入射角度で入射する１次Ｘ線光路が発生する。そこで、図２に示されるように、ポリキャピラリーＸ線レンズ５と試料１との間に配置されたスリット７により、試料１の表面へ入射する１次Ｘ線のうち、その入射角θが全反射臨界角θ0を上回るものは遮蔽される。
【００３８】
Ｘ線検出器には波長分散型分光器を備えたものとエネルギー分散型Ｘ線分光器を備えたものがある。波長分散型分光器は湾曲型の結晶の回折現象を用いる。エネルギー分散型Ｘ線分光器は試料から発生する全てのＸ線を検出器に同時に取り込み、Ｘ線のエネルギー選別を電気的に行うものである。エネルギー分散型Ｘ線分光器は波長分散型分光器に比べてエネルギー分解能が劣るものの測定時間が短くてすみ、全エネルギー範囲を同時に測定することができるという利点をもっている。それに対して波長分散型分光器は、エネルギー分散型Ｘ線分光器よりも測定時間が長くなる反面、エネルギー分解能が優れているという利点をもっている。元素分析では、これらの分解能の異なる２種類の分光器のいずれを使用してもよく、併用することもできる。ここでは、測定時間を短くするためにエネルギー分散型Ｘ線分光器を用いる。
【００３９】
以下に一実施例の動作を説明する。
試料１としてシリコンウエハを取り上げる。
試料１を試料台１３上に載置し、モニタ２５に映し出された試料１の表面画像を見ながら、試料１の表面の測定部位が傾斜モータ１３ｂの回転中心で、かつポリキャピラリーＸ線レンズ５による１次Ｘ線の焦点位置にくるように、手動Ｘ−Ｙステージ１４と手動ジャッキ１５を調整する。すなわち、ＣＣＤカメラ２３はポリキャピラリーＸ線レンズ５によるＸ線ビームの焦点位置に焦点が合うように予め調整されているので、モニタ２５に映し出された試料１の表面画像が焦点のあった状態となるように手動Ｘ−Ｙステージ１４と手動ジャッキ１５を調整する。
【００４０】
次に、試料１にＸ線源３からＸ線を照射しながらＸ線検出器１１により蛍光Ｘ線を取り込み、その強度によりＸ−Ｙ−Ｚステッピングモータ１３ａと傾斜モータ１３ｂを調整して試料１の表面のＸ，Ｙ，Ｚ方向及び傾斜角を微調整する。Ｘ線源３はＭｏターゲットを５０ＫｅＶ、０．５ｍＡで動作させた。
【００４１】
スリット７として基板１の表面に平行な３０μｍ幅の細長い開口をもつものを配置する。その高さを調整するために、スリット７を上下方向に移動させながら試料１としてのシリコンウエハからの蛍光Ｘ線であるＳｉＫα線の強度をモニタして、その強度が最大となる位置に設定する。図４はそのＳｉＫα線の強度をモニタした結果であり、この例ではスリット７を設置した基準位置から約２ｍｍ上方に移動させた位置でポリキャピラリーＸ線レンズ５の出射口の中央に調整され、最大強度が得られた。図４の縦軸は６０秒間の検出値の積分値、横軸の数値はこの実施例についてのものであり、その数値そのものには普遍的な意味はない。
【００４２】
図５は図４に示されたようにスリット７の高さを最適な位置（この場合は高さ約２ｍｍの位置）に調整した後、傾斜モータ１３ｂを駆動して試料１の表面の傾きを変化させて、試料１の表面に対するＸ線ビームの入射角度を変化させてＳｉＫα線強度をモニタする。図５の縦軸は６０秒間の検出値の積分値、横軸は傾斜ステージである傾斜モータ１３ｂの読み値であるが、およそ１．０度あたりで強度の立ち上がりが見られることから、この実施例の装置ではこのあたりが全反射臨界角度と考えられる。
【００４３】
このように調整された条件で取得したシリコンウエハの蛍光Ｘ線スペクトルを図６に示す。縦軸は蛍光Ｘ線強度を１秒当りの平均値（カウント／秒）として表わしたものである。この蛍光Ｘ線スペクトルは、試料の傾きが図５に示された傾斜モータ１３ｂの読み値で１．０度に設定し、Ｘ線源３のＭｏターゲットを５０ＫｅＶ、０．５ｍＡで動作させたときのものである。Ｓｉの明瞭な蛍光Ｘ線が検出されている。Ａｒの蛍光Ｘ線も検出されているが、このＡｒはシリコンウエハ近傍又はＸ線光路中の大気中のＡｒが励起されたものと考えられる。
【００４４】
図７は他の実施例を表わす。試料からの蛍光Ｘ線を受ける検出器側にもポリキャピラリーＸ線レンズ２７が取り付けられている。そのポリキャピラリーＸ線レンズ２７以外の構成は図１の実施例と同じである。
【００４５】
このように、検出器側にもポリキャピラリーＸ線レンズ２７を取り付けることにより、微粒子のような微小部からの信号を効率よく検出できるようになり、検出効率のみならず、微小部試料以外からのＸ線の信号を取り込まなくなるので、Ｓ／Ｂ（信号対バックグラウンド）比の向上にも役立つ。
【００４６】
図８と図９は１次Ｘ線照射側のポリキャピラリーＸ線レンズの他の実施例を表したものである。図８（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図であり、図９はモノキャピラリーの配列を概略的に示したポリキャピラリーＸ線レンズの斜視図である。
【００４７】
ポリキャピラリーＸ線レンズ３５は図９に示されるように多数のモノキャピラリー５ｃを束ねた構造である。図８では個々のモノキャピラリーの図示は省略している。モノキャピラリー５ｃは図２，３に示したポリキャピラリーＸ線レンズ５を構成しているものと同じであるが、その束ね方が異なっている。
【００４８】
ポリキャピラリーＸ線レンズ３５はＸ線に対面する入射面５ａは円形である。入射面５ａは点光源であるＸ線源から立体的なＸ線の放射を受ける。入射面３５ａに端面が配置された各モノキャピラリー３５ｃに入射したＸ線を各モノキャピラリー３５ｃで全反射させつつ出射面３５ｂへ伝播させるため、各モノキャピラリー３５ｃの内径は入射側のＡ部からＢ部にかけて拡大している。さらに中間部のＢ−Ｃ間で面配列から直線配列に並べ直しされている。さらに、出射側のＣ−Ｄ間で出射方向が一点に集中するように焦点を定めて配列されている。その焦点となる位置に試料を配置する。また、Ｃ−Ｄ間ではモノキュピラリーの内径は漸次縮小している。
【００４９】
このような構造で、Ｘ線源に対面するポリキャピラリーＸ線レンズの入射面３５ａでは複数のモノキャピラリー３５ｃの端部が面状に配列されているので、Ｘ線源から立体的に放射されるＸ線ほぼ全量がポリキャピラリーＸ線レンズ３５に取り込まれる。ポリキャピラリーＸ線レンズ３５内に取り込まれたＸ線は各モノキャピラリー３５ｃの内壁で全反射を繰り返しながら、入射面から出射面にかけて内径がいったん広がった後、漸次細くなるモノキャピラリー３５ｃ内を進行し、試料に対面するポリキャピラリーＸ線レンズの出射面３５ｂに至る。出射面３５ｂでは複数のモノキャピラリー端部が試料に対して同一の全反射角度になるように試料表面に平行な線状に配列されている。また、水平方向では各モノキャピラリー３５ｃの放射方向が試料の配置される位置に集中して向かうように配列されている。
【００５０】
図１０は１次Ｘ線照射側のポリキャピラリーＸ線レンズのさらに他の実施例を表したものであり、モノキャピラリーの配列を概略的に示したポリキャピラリーＸ線レンズの斜視図である。図１０に示すように全反射条件が著しく変わらない範囲で、出射面３５ｂのモノキャピラリーを垂直方向に２段又は複数段とすれば、ポリキャピラリーＸ線レンズ３５が小型化できる利点がある。
【００５１】
図１１は１次Ｘ線照射側のポリキャピラリーＸ線レンズのさらに他の実施例を表した斜視図である。図１１に示すように、入射面３５ａを球面状にしてＸ線源からの放射Ｘ線を受光しやすくしている。また、出射面３５ｂを上から見て曲線状に配列して出射Ｘ線の集光度を高めている。このようなポリキャピラリーＸ線レンズは小型化を図る上で好都合である。
【００５２】
ポリキャピラリーＸ線レンズは最大径（Ｂ部）のモノキャピラリー原料を束ねたものを加熱して引き伸ばすことにより製作される。Ａ部方向には引っ張って径を縮小させ、Ｃ−Ｄ方向には配列を平面的に抑えつつ引き伸ばしてモノキャピラリーが扇状に収束する配列となるようにする。
【００５３】
実施例の測定データとしては、シリコンウエハ自体のものを示したが、シリコンウエハ上のＦｅ2Ｏ3などの単一微粒子についても同様に測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、試料表面の微小領域又は試料表面についた微小物を全反射蛍光Ｘ線分析方法により元素分析するのに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】一実施例の全反射蛍光Ｘ線分析装置を示す概略正面図である。
【図２】（Ａ）は同実施例におけるポリキャピラリーＸ線レンズとスリットの配置を示す正面断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の鎖線の円で囲った部分の拡大図である。
【図３】（Ａ）は同実施例におけるポリキャピラリーＸ線レンズとスリットの配置を示す上面断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の鎖線の円で囲った部分の拡大図である。
【図４】スリットの上下方向の移動量とシリコンウエハからの蛍光Ｘ線であるＳｉＫα線強度との関係を示すグラフである。
【図５】Ｘ線ビームの入射角度とシリコンウエハからの蛍光Ｘ線であるＳｉＫα線強度との関係を示すグラフである。
【図６】一実施例により測定されたシリコンウエハの蛍光Ｘ線スペクトルである。
【図７】他の実施例の全反射蛍光Ｘ線分析装置の要部を示す概略正面断面図である。
【図８】１次Ｘ線照射側のポリキャピラリーＸ線レンズの他の実施例を表したものであり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図９】同ポリキャピラリーＸ線レンズの斜視図である。
【図１０】１次Ｘ線照射側のポリキャピラリーＸ線レンズのさらに他の実施例を表す斜視図である。
【図１１】１次Ｘ線照射側のポリキャピラリーＸ線レンズのさらに他の実施例を表す斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 試料表面
２ １次Ｘ線照射部
３ Ｘ線源
５，２７，３５ ポリキャピラリーＸ線レンズ
７ スリット
９ 照射位置
１１ 検出器
１３ 試料台
１３ａ Ｘ−Ｙ−Ｚステッピングモータ
１３ｂ 傾斜モータ
３５ａ 入射面
３５ｂ 出射面
３５ｃ モノキャピラリー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源からの１次Ｘ線を試料表面に向かって全反射を起こす入射角で入射させ、前記試料表面に対向させた検出器で前記１次Ｘ線を受けた試料表面から発生する蛍光Ｘ線を検出する全反射蛍光Ｘ線分析方法において、
前記試料表面に照射する１次Ｘ線を、ポリキャピラリーＸ線レンズを用いて集光させることを特徴とする全反射蛍光Ｘ線分析方法。
【請求項２】
前記ポリキャピラリーＸ線レンズから出射する１次Ｘ線は、進行方向に対して直交する方向の断面形状が試料表面に平行な線状である請求項１に記載の全反射蛍光Ｘ線分析方法。
【請求項３】
前記試料表面に照射する１次Ｘ線のうち、前記試料表面に対して全反射条件を満たさない入射角をもつ１次Ｘ線を遮蔽する請求項１又は２に記載の全反射蛍光Ｘ線分析方法。
【請求項４】
試料表面から発生する蛍光Ｘ線を検出する検出器側にもポリキャピラリーＸ線レンズを配置して、試料表面上の微小領域からの蛍光Ｘ線のみを検出する請求項１から３のいずれかに記載の全反射蛍光Ｘ線分析方法。
【請求項５】
試料を載置する試料台と、
１次Ｘ線を発生するＸ線源及びその１次Ｘ線を集光して前記試料台上に載置された試料に照射するポリキャピラリーＸ線レンズを含み、その１次Ｘ線を試料の表面に対し全反射を起こす入射角で入射させる１次Ｘ線照射部と、
前記試料台上に載置された試料の表面に対向して配置され、試料から発生する蛍光Ｘ線を検出する検出器と、
を備えたことを特徴とする全反射蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項６】
前記ポリキャピラリーＸ線レンズはモノキャピラリーを多数束ねたものであり、各モノキャピラリーはその内径が受光部側の基端から放射側の先端にかけていったん拡大し、先端に向かって漸次細くなる形状をもったものである請求項５に記載の全反射蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項７】
前記ポリキャピラリーＸ線レンズは、Ｘ線光源に対面する入射面では前記モノキャピラリーの端部が円形面状に配列され、試料に対面する出射面では前記モノキャピラリーの端部が線状に、かつ放射方向が一点に向かって集光するように配列されている請求項６に記載の全反射蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項８】
前記１次Ｘ線照射部は、ポリキャピラリーＸ線レンズの出射側と試料台との間にスリットを備え、該スリットは前記試料台上に載置された試料の表面に対して全反射条件を満たさない入射角をもつ１次Ｘ線を遮蔽するように配置されている請求項５から７のいずれかに記載の全反射蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項９】
前記試料台はその上に載置された試料の表面の水平面内方向、高さ方向及び入射Ｘ線に対するその試料の表面の傾き方向を調整する調整機構を備えている請求項５から８のいずれかに記載の全反射蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項１０】
前記試料台上に載置された試料と前記検出器との間にもポリキャピラリーＸ線レンズを備え、前記試料表面上の微小領域からの蛍光Ｘ線のみを検出するようにした請求項５から９のいずれかに記載の全反射蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項１】
Ｘ線源からの１次Ｘ線を試料表面に向かって全反射を起こす入射角で入射させ、前記試料表面に対向させた検出器で前記１次Ｘ線を受けた試料表面から発生する蛍光Ｘ線を検出する全反射蛍光Ｘ線分析方法において、
前記試料表面に照射する１次Ｘ線を、ポリキャピラリーＸ線レンズを用いて集光させることを特徴とする全反射蛍光Ｘ線分析方法。
【請求項２】
前記ポリキャピラリーＸ線レンズから出射する１次Ｘ線は、進行方向に対して直交する方向の断面形状が試料表面に平行な線状である請求項１に記載の全反射蛍光Ｘ線分析方法。
【請求項３】
前記試料表面に照射する１次Ｘ線のうち、前記試料表面に対して全反射条件を満たさない入射角をもつ１次Ｘ線を遮蔽する請求項１又は２に記載の全反射蛍光Ｘ線分析方法。
【請求項４】
試料表面から発生する蛍光Ｘ線を検出する検出器側にもポリキャピラリーＸ線レンズを配置して、試料表面上の微小領域からの蛍光Ｘ線のみを検出する請求項１から３のいずれかに記載の全反射蛍光Ｘ線分析方法。
【請求項５】
試料を載置する試料台と、
１次Ｘ線を発生するＸ線源及びその１次Ｘ線を集光して前記試料台上に載置された試料に照射するポリキャピラリーＸ線レンズを含み、その１次Ｘ線を試料の表面に対し全反射を起こす入射角で入射させる１次Ｘ線照射部と、
前記試料台上に載置された試料の表面に対向して配置され、試料から発生する蛍光Ｘ線を検出する検出器と、
を備えたことを特徴とする全反射蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項６】
前記ポリキャピラリーＸ線レンズはモノキャピラリーを多数束ねたものであり、各モノキャピラリーはその内径が受光部側の基端から放射側の先端にかけていったん拡大し、先端に向かって漸次細くなる形状をもったものである請求項５に記載の全反射蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項７】
前記ポリキャピラリーＸ線レンズは、Ｘ線光源に対面する入射面では前記モノキャピラリーの端部が円形面状に配列され、試料に対面する出射面では前記モノキャピラリーの端部が線状に、かつ放射方向が一点に向かって集光するように配列されている請求項６に記載の全反射蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項８】
前記１次Ｘ線照射部は、ポリキャピラリーＸ線レンズの出射側と試料台との間にスリットを備え、該スリットは前記試料台上に載置された試料の表面に対して全反射条件を満たさない入射角をもつ１次Ｘ線を遮蔽するように配置されている請求項５から７のいずれかに記載の全反射蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項９】
前記試料台はその上に載置された試料の表面の水平面内方向、高さ方向及び入射Ｘ線に対するその試料の表面の傾き方向を調整する調整機構を備えている請求項５から８のいずれかに記載の全反射蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項１０】
前記試料台上に載置された試料と前記検出器との間にもポリキャピラリーＸ線レンズを備え、前記試料表面上の微小領域からの蛍光Ｘ線のみを検出するようにした請求項５から９のいずれかに記載の全反射蛍光Ｘ線分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−９３５９３（Ｐ２００７−９３５９３Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３１７１３（Ｐ２００６−２３１７１３）
【出願日】平成１８年８月２９日（２００６．８．２９）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２９日（２００６．８．２９）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]