(57)【要約】【課題】  ２次元平面におけるナノサイズの粒子の大きさを測定するとともに、その粒子の２次元平面での平面的分布を測定するＸ線小角散乱測定装置を提供する。【解決手段】本発明によれば，Ｘ線を放射するＸ線源と、Ｘ線源から放射されるＸ線を、単色化された平行光にして出射させるモノクロメーターと、出射されるＸ線が線状領域を照射するように、モノクロメーターのＸ線の出射領域を規定するスリットと、試料を搭載可能な平面ステージを前記試料がＸ線に照射される位置に搬送する搬送部と、Ｘ線の照射をうけた前記試料の線状領域から散乱されて形成されるＸ線散乱像を検出する２次元型検出器と、を備え、前記搬送部が前記線状領域の長手方向と交差する方向に前記平面ステージを搬送するＸ線小角散乱測定装置が提供される。【選択図】図５
2011185643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を放射するＸ線源と、
Ｘ線源から放射されるＸ線を、単色化された平行光にして出射させるモノクロメーターと、
出射されるＸ線が線状領域を照射するように、モノクロメーターのＸ線の出射領域を規定するスリットと、
試料を搭載可能な平面ステージを前記試料がＸ線に照射される位置に搬送する搬送部と、
Ｘ線の照射をうけた前記試料の線状領域から散乱されて形成されるＸ線散乱像を検出する２次元型検出器と、
を備え、
前記搬送部が前記線状領域の長手方向と交差する方向に前記平面ステージを搬送することを特徴とするＸ線小角散乱測定装置。
【請求項２】
前記搬送部と前記２次元型検出器とを制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、
前記試料へのＸ線の入射角が一定の角度を保つように前記搬送部に前記平面ステージを搬送させ、
前記搬送部が一定距離移動する毎に、前記２次元型検出器に前記Ｘ線散乱像を検出させる、請求項１に記載のＸ線小角散乱測定装置。
【請求項３】
前記一定距離がスリットの幅の大きさ以上である請求項２に記載のＸ線小角散乱測定装置。
【請求項４】
前記Ｘ線散乱像のＸ線強度分布及び前記２次元型検出器内の位置情報に基づいて、散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を、前記試料の線状領域における長手方向の位置毎に演算する演算部を備える請求項１に記載のＸ線小角散乱測定装置。
【請求項５】
前記Ｘ線散乱像のＸ線強度分布及び前記２次元型検出器内の位置情報並びに前記搬送部が搬送した位置情報に基づいて、散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を、前記試料の平面的な分布として演算する演算部を備える請求項２又は３に記載のＸ線小角散乱測定装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記２次元型検出器に、バックグラウンドＸ線の強度を検出させ、
前記演算部は、前記Ｘ線散乱像のＸ線強度から前記バックグラウンドＸ線の強度を減算して、試料に対するＸ線散乱強度分布を演算する請求項４又は５に記載のＸ線小角散乱測定装置。
【請求項７】
前記２次元型検出器は、２次元に画素が配列されたＣＣＤ又はイメージングプレートである請求項１〜６のいずれか１つに記載のＸ線小角散乱測定装置。
【請求項８】
請求項１に記載のＸ線小角散乱測定装置を用いて、前記試料へのＸ線の入射角が一定の角度を保つように前記搬送部に前記平面ステージを搬送させ、前記搬送部が一定距離移動する毎に、前記２次元型検出器に前記Ｘ線散乱像を検出させて、前記試料のＸ線小角散乱を測定する測定方法。
【請求項９】
請求項１に記載のＸ線小角散乱測定装置を用いて、前記Ｘ線散乱像を前記２次元型検出器に検出させ、前記Ｘ線散乱像のＸ線強度分布及び前記２次元型検出器内の位置情報に基づいて、散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を、前記試料の線状領域における長手方向の位置毎に演算して試料に含まれる粒子の大きさを測定する方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の測定方法により測定された前記Ｘ線散乱像のＸ線強度分布及び前記２次元型検出器内の位置情報並びに前記搬送部が搬送した位置情報に基づいて、散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を、前記試料の平面的な分布として演算して、試料に含まれる粒子の大きさを測定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｘ線小角散乱測定装置並びにその装置を用いて試料を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノ粒子やナノ構造体等を利用した発光デバイスが注目されている。例えば、半導体ナノ粒子を蛍光体として利用し、この半導体ナノ粒子を分散させて平面体を形成することにより発光デバイスを作成する試みが行われている。ＣｄＳｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体やＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が、このデバイスの材料として研究され（例えば、非特許文献１及び２参照）、これらの半導体ナノ粒子を蛍光体として利用する場合、半導体ナノ粒子のサイズが小さくなるほど蛍光体の蛍光波長が短波長となることが知られている（例えば、非特許文献２参照）。このため、半導体ナノ粒子を分散させて形成された発光デバイスの場合、その発光特性の評価として、ナノ粒子のサイズの測定とともにその分布を測定することが重要となる。
【０００３】
このナノ粒子のサイズを測定する方法として、粒子のサイズや形状に応じて生じるＸ線の散乱を利用するＸ線小角散乱法が知られている。例えば、基板上に作成されたナノ粒子等の試料の形状、分布、厚さ等の３次元的な情報を得るため、基板上の試料に対してＸ線を微小角度で照射し、前記試料から散乱されるＸ線を２次元型の検出器を用いて測定する反射Ｘ線小角散乱測定装置において、前記検出器６面上で測定されるＸ線の強度の一部を減衰させる減衰機構７を設けることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６３２６０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｏｌｇａ  Ｉ．Ｍｉｃｉｃ，Ｃａｌｖｉｎ  Ｊ．Ｃｕｒｔｉｓ，Ｋｉｍ  Ｍ．Ｊｏｎｅｓ，Ｊｕｌｉａｎ  Ｒ．Ｓｐｒａｇｕｅ，ａｎｄ  Ａｒｔｈｕｒ  Ｊ．Ｎｏｚｉｋ，Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＩｎＰ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｄｏｔｓ，「Ｔｈｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」，Ｖｏｌ．９８，Ｎｏ．１９，１９９４，ｐ．４９６６−４９６９
【非特許文献２】Ｃ．Ｂ．Ｍｕｒｒａｙ，Ｄ．Ｊ．Ｎｏｒｒｉｓ，ａｎｄ  Ｍ．Ｇ．Ｂａｗｅｎｄｉ，Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎｅａｒｌｙ  Ｍｏｎｏｄｉｓｐｅｒｓｅ  ＣｄＥ（Ｅ＝Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅｓ，「Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ」，１９９３，１１５，ｐ．８７０６−８７１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、半導体ナノ粒子を分散させた平面体を測定する場合、上記の反射Ｘ線小角散乱測定装置は、２次元検出器を用いるものの、入射Ｘ線付近の散乱Ｘ線を測定する装置であるため、その測定範囲が十分でない場合がある。このため、測定範囲の拡大が望まれる。２次元平面（例えば、平面体）に分散しているナノサイズの粒子の大きさを測定し、その平面内で粒子がどのように分布しているかを評価する装置が望まれる。
【０００７】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、２次元平面におけるナノサイズの粒子の大きさを測定するとともに、その粒子の２次元平面での平面的分布を測定する装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、Ｘ線を放射するＸ線源と、Ｘ線源から放射されるＸ線を、単色化された平行光にして出射させるモノクロメーターと、出射されるＸ線が線状領域を照射するように、モノクロメーターのＸ線の出射領域を規定するスリットと、試料を搭載可能な平面ステージを前記試料がＸ線に照射される位置に搬送する搬送部と、Ｘ線の照射をうけた前記試料の線状領域から散乱されて形成されるＸ線散乱像を検出する２次元型検出器と、を備え、前記搬送部が前記線状領域の長手方向と交差する方向に前記平面ステージを搬送するＸ線小角散乱測定装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、Ｘ線を放射するＸ線源と、Ｘ線源から放射されるＸ線を、単色化された平行光にして出射させるモノクロメーターと、出射されるＸ線が線状領域を照射するように、モノクロメーターのＸ線の出射領域を規定するスリットと、試料を搭載可能な平面ステージを前記試料がＸ線に照射される位置に搬送する搬送部と、Ｘ線の照射をうけた前記試料の線状領域から散乱されて形成されるＸ線散乱像を検出する２次元型検出器と、を備え、前記搬送部が前記線状領域の長手方向と交差する方向に前記平面ステージを搬送するので、前記２次元型検出器が検出したＸ線散乱像におけるＸ線強度分布に基づいて、散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を、前記線状領域における試料の各位置毎に求めることができる。このため、前記線状領域の長手方向と交差する方向に試料を移動させて測定することにより、前記試料内の２次元的なＸ線散乱強度分布を求めることができる。従って、ナノサイズの粒子等が分散された試料を測定することにより、試料内の各位置におけるナノサイズの粒子の大きさを測定できるとともに、その粒子の試料内での２次元的分布を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施形態に係るＸ線小角散乱測定装置の光学系を説明するための図である。
【図２】この発明の実施形態に係るＸ線小角散乱測定装置の光学系を説明するための図である。
【図３】この発明の実施形態に係るＸ線小角散乱測定装置の外観図である。
【図４】この発明の実施形態に係るＸ線小角散乱測定装置の外観図である。
【図５】この発明の実施形態に係るＸ線小角散乱測定装置の制御部のブロック図である。
【図６】Ｘ線小角散乱法を用いて、試料１を測定したときのＸ線散乱強度を示す図である。
【図７】Ｘ線小角散乱法を用いて、試料２を測定したときのＸ線散乱強度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
この発明のＸ線小角散乱測定装置は、Ｘ線を放射するＸ線源と、Ｘ線源から放射されるＸ線を、単色化された平行光にして出射させるモノクロメーターと、出射されるＸ線が線状領域を照射するように、モノクロメーターのＸ線の出射領域を規定するスリットと、試料を搭載可能な平面ステージを前記試料がＸ線に照射される位置に搬送する搬送部と、Ｘ線の照射をうけた前記試料の線状領域から散乱されて形成されるＸ線散乱像を検出する２次元型検出器と、を備え、前記搬送部が前記線状領域の長手方向と交差する方向に前記平面ステージを搬送することを特徴とする。
【００１２】
この発明のＸ線小角散乱測定装置は、ナノサイズの粒子や構造体が含まれる構造物の測定に用いることが好ましい。この構造物は、特に平面状の構造物が好ましく、また、１０ｎｍ以下の大きさの粒子、構造体が好ましい。また、この発明のＸ線小角散乱測定装置は、粒子等を液体又は固体に分散させた構造物の測定に用いてもよい。例えば、半導体ナノ粒子の測定に用いてもよく、液体及び固体（例えば、ゲル、流動体）に半導体ナノ粒子が分散されたものを測定対象としてもよい。
【００１３】
また、この発明のＸ線小角散乱測定装置は、Ｘ線小角散乱法を採用し、散乱角度がおよそ１０度以下で現れる小角領域で用いることができる。小角領域は、結晶構造に対応して現れる中角での回折現象と異なり、粒子のサイズや形状に応じて散乱が現れる。例えば、試料に拡散された半導体ナノ粒子中の電子密度が分かっている場合には、粒子のサイズ、ナノ粒子の空間密度が分かるため、Ｘ線小角散乱法はデバイスの評価を行うのに最適な手法となる。
【００１４】
例えば、この発明のＸ線小角散乱測定装置は、２次元マトリックス状に分散されたナノ粒子から構成されるデバイス（半導体ナノ粒子が分散された発光素子など）の測定に用いることができる。この場合、ナノ粒子の大きさ、平面内での分布（デバイス内の平面的分布）を測定することができるため、信頼性に優れた発光デバイスが容易に製造できるようになる。また、この発明のＸ線小角散乱測定装置を用いることにより、デバイスを破壊することなく測定することができ、半導体ナノ粒子の構造に影響を与えずに測定することができる。つまり、この発明のＸ線小角散乱測定装置は、非破壊検査として優れる。Ｘ線小角散乱法では、散乱強度のピークに対応する角度と粒子の大きさに明確な関係があるので、小角領域においてＸ線の散乱強度を測定することにより、試料に含まれる粒子の大きさを求めることができる。従って、発光デバイスの平面に分散された粒子の大きさを測定し、平面内において、どのような大きさの粒子がどのように分布しているかを評価することにより、発光デバイスとしての評価（例えば、波長特性の評価）が可能となる。
【００１５】
また、この発明のＸ線小角散乱測定装置は、他のＸ線反射（又は透過）に関する測定方法と兼用される装置であってもよい。例えば、Ｘ線装置回折法と兼用される装置であってもよい。ただし、Ｂｒａｇｇ角に相応する面間隔を持つ格子面が乱れなく等幅で有限個存在するとの仮定が成立する場合にＸ線装置回折法が有効であるため、測定対象（例えば、結晶）内に歪が存在する場合には、Ｘ線装置回折法に関する以下の式（１）の適用に限界が生じる。
Ｄ＝Ｋ・λ／Ｂ・ｃｏｓθ・・・式（１）
（Ｄは測定対象に含まれる粒子の大きさ［ｎｍ］、λは回折に用いられるＸ線の波長［ｎｍ］、θはＢｒａｇｇ角［ｄｅｇ］、ＢはＢｒａｇｇ角における回折ピークの半値幅［ｄｅｇ］を表わす。また、Ｋは加重係数であり、測定対象に含まれる粒子が理想的な球状を持つと仮定し、Ｄを体積加重平均径として平均値を求める場合にはＫは０．９４の値である。）
【００１６】
一般に、半導体ナノ粒子は一般的な結晶と比べ表面近傍原子の割合が増えるため、表面近傍では結晶中と異なる静電ポテンシャルの影響からその結晶構造に歪みを有する可能性がある。その場合、数式（１）において、半値幅が広がる原因として、結晶サイズの減少と結晶のゆがみの双方が存在することとなるため、測定対象がデバイスに分散された半導体ナノ粒子である場合、半導体ナノ粒子へのＸ線装置回折法の適用に限界が生じる。このため、半導体ナノ粒子の測定では、粒子サイズを簡便かつ定量的に計測する方法としてＸ線小角散乱法が好ましいことになる。
【００１７】
この発明の実施形態において、前記搬送部と前記２次元型検出器とを制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、前記試料へのＸ線の入射角が一定の角度を保つように前記搬送部に前記平面ステージを搬送させ、前記搬送部が一定距離移動する毎に、前記２次元型検出器に前記Ｘ線散乱像を検出させてもよい。この実施形態によれば、前記試料の線状領域における長手方向の位置毎に散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を算出するためのデータを、前記搬送部が一定距離移動する毎に自動的に取得する装置を提供できる。このため、前記試料内の２次元的なＸ線散乱強度分布を求めることができる。従って、例えば、試料内のナノサイズの粒子の大きさを測定できるとともに、その粒子の試料内での２次元的分布を測定できる。
【００１８】
また、この発明の実施形態において、前記一定距離が前記スリット幅の大きさ以上であってもよい。この実施形態によれば、前記搬送部がスリット幅の大きさ以上の距離を移動する毎に、制御部が前記２次元型検出器に前記Ｘ線散乱像を検出させるので、前記搬送部の移動の前後においてＸ線により線状領域で照射される試料の位置が異なる。このため、試料の位置が重複しないＸ線散乱像のデータを取得できる。従って、より正確な２次元的なＸ線散乱強度分布を求めることができる。また、この実施形態によれば、少なくともスリットの幅単位で、Ｘ線散乱強度分布を算出するためのデータを取得できる。
【００１９】
ここで、スリットの幅は、スリットがＸ線の出射領域を規定する幅であり、スリットがＸ線を出射させる領域を含む。つまり、Ｘ線がスリットを構成する材料を透過する領域を含み、物理的なスリットの幅で規定されるものではない。例えば、スリットがＸ線を減衰させるフィルターを含む構成であっても、スリットからＸ線が出射される領域の幅（短辺方向）がスリットの幅を構成する。
【００２０】
また、スリットの幅は、スリットがＸ線により試料に投影されたときの幅であってもよい。この場合、Ｘ線源及びモノクロメーターとステージ上の試料との位置関係からＸ線により試料に投影されるスリットの幅を演算して、スリットの幅としてもよい。
【００２１】
また、この発明の実施形態において、前記Ｘ線散乱像のＸ線強度分布及び前記２次元型検出器内の位置情報に基づいて、散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を、前記試料の線状領域における長手方向の位置毎に演算する演算部を備えてもよい。
ここで、前記試料の線状領域における長手方向の位置は、スリットがＸ線により試料に投影されたときの、スリットの長手方向における試料の位置であり、１次元的な位置である。
この実施形態によれば、前記試料の線状領域における長手方向の各位置が示す散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を自動的に演算する装置を提供できる。
【００２２】
また、この発明の実施形態において、前記Ｘ線散乱像のＸ線強度分布及び前記２次元型検出器内の位置情報並びに前記搬送部が搬送した位置情報に基づいて、散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を、前記試料の平面的な分布として演算する演算部を備えてもよい。この実施形態によれば、前記試料の線状領域における長手方向の各位置が示す散乱角度に対するＸ線散乱強度分布だけでなく、搬送部が一定距離搬送した距離単位の試料のＸ線散乱強度分布を自動で演算する装置を提供できる。
【００２３】
また、この発明の実施形態は、前記Ｘ線散乱像のＸ線強度分布及び前記２次元型検出器内の位置情報に基づいて、散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を、前記試料の線状領域における長手方向の位置毎に演算し、さらに、前記搬送部が搬送した位置情報に基づいて前記試料の平面的な分布として演算する演算部であってもよい。
【００２４】
また、この実施形態において、前記制御部は、前記２次元型検出器に、バックグラウンドＸ線の強度を検出させ、前記演算部は、前記Ｘ線散乱像のＸ線強度から前記バックグラウンドＸ線の強度を減算して、試料に対するＸ線散乱強度分布を演算してもよい。この実施形態によれば、前記２次元型検出器が検出したＸ線散乱像のＸ線強度からより正確なＸ線散乱強度分布を得ることができる。
【００２５】
また、この実施形態において、前記２次元型検出器は、２次元に画素が配列されたＣＣＤであってもよいし、また、イメージングプレートであってもよい。前記２次元型検出器は、Ｘ線強度を測定でき、２次元的に検出器が配置された装置であればよい。
【００２６】
また、この発明の試料のＸ線小角散乱を測定する測定方法は、この発明のＸ線小角散乱測定装置を用いて、前記試料へのＸ線の入射角が一定の角度を保つように前記搬送部に前記平面ステージを搬送させ、前記搬送部が一定距離移動する毎に、前記２次元型検出器に前記Ｘ線散乱像を検出させて、前記試料のＸ線小角散乱を測定することを特徴とする。
この発明によれば、前記試料の線状領域における長手方向の位置毎に、散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を算出するためのデータを、前記搬送部が一定距離移動する毎に取得するので、前記試料内の２次元的なＸ線散乱強度分布を求めることができる。従って、例えば、試料内におけるナノサイズの粒子の大きさを測定できるとともに、その粒子の試料内での２次元的分布を測定できる。
【００２７】
また、この発明の試料に含まれる粒子の大きさを測定する方法は、この発明のＸ線小角散乱測定装置を用いて、前記Ｘ線散乱像を前記２次元型検出器に検出させ、前記Ｘ線散乱像のＸ線強度分布及び前記２次元型検出器内の位置情報に基づいて、散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を、前記試料の線状領域における長手方向の位置毎に演算することを特徴とする。
この発明によれば、前記２次元型検出器が検出したＸ線散乱像におけるＸ線強度分布に基づいて、散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を、前記線状領域における試料の各位置毎に求めて試料に含まれる粒子の大きさを測定できる。このため、前記線状領域の長手方向と交差する方向に試料を移動させて測定することにより、前記試料内の２次元的なＸ線散乱強度分布を求めて試料を解析できる。従って、ナノサイズの粒子等が分散された試料を測定することにより、試料内の各位置におけるナノサイズの粒子の大きさを解析できるとともに、その粒子の試料内での２次元的分布を解析できる。
【００２８】
また、この発明の試料を解析する解析方法に係る実施形態は、この発明の試料のＸ線小角散乱を測定する測定方法に加えて、前記測定方法により測定された前記Ｘ線散乱像のＸ線強度分布及び前記２次元型検出器内の位置情報並びに前記搬送部が搬送した位置情報に基づいて、散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を、前記試料の平面的な分布として演算して、試料に含まれる粒子の大きさを測定してもよい。この実施形態によれば、試料が示す２次元的なＸ線散乱強度分布を求めることができる。
【００２９】
以下、Ｘ線小角散乱法を説明するとともに、図面に示す実施形態を用いて、この発明を詳述する。
【００３０】
（実施形態に係る装置）
この発明の実施形態に係るＸ線小角散乱測定装置について、図1〜図4を参照して説明する。図１及び図２に、この実施形態に係るＸ線小角散乱測定装置の光学系を説明するための概念図を示す。図３及び４に、この実施形態に係るＸ線小角散乱測定装置の外観図を示す。図１は、この装置の光学系の斜視図であり、図２は、この装置の光学上面図である。また、図３は、この装置の上面図であり、図４は、この装置の側面図である。
【００３１】
図１に示すように、この実施形態に係るＸ線小角散乱測定装置は、Ｘ線源１と、モノクロメーター２と、スリット３と、２次元型検出器６とを備える光学系により構成されている。
【００３２】
Ｘ線源１は、線焦点のＸ線源であり、Ｘ線管を用いている。この実施形態では、Ｘ線がスリット３を介して試料５を線状の領域で照射するため、線焦点のＸ線源を用いるとよい。例えば、Ｘ線管銅の特性Ｘ線であるＫα線を放射する線焦点のＸ線管を用いる。Ｘ線源から放射されたＸ線は、モノクロメーター２において平行光にするため、モノクロメーター２の特性と考慮して、適切な発散角を有するＸ線源を選定するとよい。
【００３３】
また、モノクロメーター２は、Ｘ線源から放射されるＸ線を単色化させるとともに平行光にして、Ｘ線を出射させている。この実施形態では、モノクロメーター２として、多層膜型のＸ線ミラーが用いられている。モノクロメーター２には、Ｘ線源から放射されるＸ線の波長特性に応じて市販のものを選定すればよい。例えば、多層膜ミラーなどのモノクロメーターを用いることができる。
【００３４】
また、スリット３は、モノクロメーターから出射されるＸ線が試料上で線状領域を照射するように、Ｘ線の出射領域を規定している。この出射領域は、Ｘ線が試料５に入射する角度ωとスリットの幅ｄにより定まっている。つまり、試料５に入射するＸ線の実効的な光線幅をｄSとすると、光線幅ｄSは、以下の式で表すことができる。
ｄS＝ｄ／ｓｉｎω・・・（式２）
この光線幅は、試料内の各点のＡ方向の測定領域幅（角度ωがある一定値のときの、２次元型検出器６の測定幅）を決定することになる。このため、スリットの幅ｄ（開口幅）を変更できるように構成することにより、Ｘ線の光線幅ｄを調整できるとよい。例えば、スリット３を取り替え可能な装置としてもよいし、スリット３の開口部を覆うようにしてスライドする板を設けて、Ｘ線の光線幅ｄを調整できるように構成してもよい。
【００３５】
また、２次元型検出器６は、２次元に画素（ピクセル）が配列されたＣＣＤが用いられ、このＣＣＤの画素は、図１のＡ及びＢ方向にマトリックス状に配置されている。２次元型検出器６は、試料５がＸ線に照射されたときに試料５から散乱されるＸ線の強度を検出したり、バックグラウンドＸ線の強度を検出したりする機能を備えている。２次元型検出器６は、各画素が検出したＸ線強度値と各画素の位置情報とを出力するので、この実施形態に係る装置は、Ｘ線散乱強度を位置Ａ，Ｂ双方に対する分布を持つ関数としてマトリックスデータとして検出できる。
なお、２次元型検出器６には、例えば、イメージングプレートを用いてもよい。
【００３６】
図１及び２に示されるように、２次元型検出器６は、画素（ピクセル）が配列する向き（図１のＢ方向）がスリットの長手方向と平行になるように配置されている。このように配置すると、２次元検出器６が検出するＸ線は試料５から散乱されるＸ線であるため、２次元検出器６におけるＢ方向の各ピクセルの位置は、試料におけるＹ方向の各位置と一致することになる。また、２次元検出器６におけるＡ方向の各画素の位置は、散乱角２θに対応することになる。このため、２次元検出器６の各画素が検出したＸ線の強度から、試料におけるＹ方向の各位置からのＸ線散乱強度を容易に算出することができる。つまり、各位置が示す散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を容易に算出することができる。
【００３７】
なお、２次元型検出器６は、ステージ４（又は試料５）との間に、縦発散防止用のソーラースリットを導入してもよい。これにより、試料から縦方向への散乱角度が大きくなり、試料内各点からの散乱がＹ方向で混成する場合、Ｘ線散乱の混成によるピーク算出の誤りを防ぐことができる。ソーラースリットの位置は、２次元型検出器６とステージ４（又は試料５）との間であればよく、試料がＸ線散乱をした後の個所であればよい。
【００３８】
また、この実施形態に係る装置は、図３及び図４に示すように、試料を搭載可能なステージ４と、ステージ４を、試料５がＸ線に照射される位置に搬送する搬送部７０とを備えている。
【００３９】
ステージ４は、板状体で形成され、その一方の面に試料５を保持可能なように構成されている。図３及び図４に示す実施形態では、試料５はステージ４を構成する板状体の表面（図３では側面）にホルダー４１によって保持するように構成され、ステージ４は搬送部（Ｘ軸スライダーを含む）７０上に配置されて固定されている。
【００４０】
また、搬送部７０は、Ｘ軸スライダー７０と、Ｙ軸スライダー７２と、回転部７４と、２次元検出部回転部７６と、スライダー７８とで構成されている。Ｘ軸スライダー７０及びＹ軸スライダー７２並びに回転部７４は、ステージ４を搬送するものであり、２次元検出部回転部７６及びスライダー７８は、２次元検出器６を搬送するものである。
【００４１】
また、Ｘ軸スライダー７０は、モーター７１に駆動されてステージ４を搬送するように構成されている。さらに、Ｘ軸スライダー７０はモーター７３に駆動されて動作（移動）するＹ軸スライダー７２に設置されている。Ｘ軸スライダー７０は、ステージ４に搭載された試料５にＸ線が照射されるようにその位置調整をするために設けられ、Ｙ軸スライダー７２は、ステージ４上に搭載された試料５とＸ線ユニット１０及び２次元型検出器６との高さ位置を調整するために設けられている。Ｘ軸スライダー７０及びＹ軸スライダー７２を移動させることにより、試料５の所望の位置にＸ線が照射されるように調整する。
【００４２】
また、回転部７４は、モーター７５により駆動されて回転するように構成され、装置本体１００に固定されたＸ線ユニット１０（Ｘ線源１が収納されたユニット）に対して回転可能に構成されている。回転部７４は、ステージ４上に搭載された試料５にＸ線が入射する角度ω（上記式（２））を調整するために設けられている。回転部７４にＹ軸スライダー７２が設置されているので、回転部７４を回転させることにより、ステージ４、Ｘ軸スライダー７０及びＹ軸スライダー７２を介して、Ｘ線ユニット１０から照射されたＸ線が試料５に所望の角度ωで入射するように調整される。
【００４３】
回転部７４により調整される角度ωは、Ｘ軸スライダー７０及びステージ４とモノクロメーター２により平行光にされ放射されるＸ線とが平行となる位置から１度程度、回転可能であるように構成されている。Ｘ線小角散乱測定法は、散乱Ｘ線が試料内を通過することなく２次元検出器６に到達することが必要であるため、角度ω、つまりＸ線が試料５に入射する角度ωが１度以下であるようにする。このため、例えば、Ｘ軸スライダー７０及びステージ４がＸ線ユニット１０（Ｘ線源１が収納されたユニット）から照射されるＸ線と平行となるように構成され、回転部が１度程度回転可能なように構成されればよい。
【００４４】
また、２次元検出部回転部７６は、ステージ５が設置された回転部７４と分離して回転するように構成され、２次元型検出器６がスライダー７８を介して２次元検出部回転部７６上に設けられている。２次元検出部回転部７６は、回転機構（モーターを含む）７５１により駆動されて回転し、回転機構７５１により２次元検出器６の位置が調整可能に構成されている。この２次元検出部回転部７６の回転は、その回転中心が回転部７４と同じ点を中心にして回転するように構成され（その回転中心を共用し）、その回転により、ステージ４上の試料５と２次元型検出器６との位置がずれないように形成されている。
【００４５】
また、スライダー（搬送部）７８は、２次元型検出器用回転部７６上に設置され、スライダー（搬送部）７８上に２次元型検出器６が設けられている。
【００４６】
２次元検出部回転部７６及びスライダー（搬送部）７８は、試料５からのＸ線散乱角度が大きく、２次元検出器６の画素の配列範囲を超えてＸ線散乱ピークが現れる場合、Ｘ線散乱ピークがこの配列範囲におさまるように２次元検出器６の位置を調整するため、配置されている。２次元型検出器用回転部７６及びスライダー（搬送部）７８を回転又は移動させて、２次元検出器６が所望の位置に調整される。
【００４７】
ここで、搬送部７０（Ｘ軸スライダー７０、Ｙ軸スライダー７２）とスリット３との関係について説明する。Ｘ線の出射領域を規定しているスリット３は、その長手方向が図４に示すＳ方向（Ｙ軸スライダー７２の移動可能な方向と平行な方向）となるように配置されているため、Ｘ線が試料５を照射する線状の領域（Ｘ線によるスリット３の投影像）の長辺方向（図４のＳ２方向）とＸ軸スライダー７０の移動可能な方向（図４のＸ方向）とが直交している。また、スリット３は、その長手方向（図４のＳ方向）と２次元検出器６の画素が並ぶ方向（図４のＢ方向）とが平行するように配置されている。このため、上記で説明したように、試料のＹ方向と２次元検出器６のＢ方向とが対応する関係となっている。
【００４８】
Ｘ線の出射領域を規定しているスリットの長手方向は、図４に示すＳ方向と一致しなくともよいが、Ｘ線が試料５を照射する線状の領域（Ｘ線によるスリット３の投影像）の長辺方向とＸ軸スライダー７０の移動可能な方向とが交差する方向にあるように、スリットの長手方向又はＸ軸スライダー７０の移動可能な方向を設定するとよい。Ｘ軸スライダー７０を移動させることにより、スリットの長手方向の幅で試料５を走査してＸ線強度を測定できる（スリットの長手方向以外の方向に向かって試料が散乱するＸ線強度を測定できる）。この場合、上記で説明したＸ方向とＹ方向が直交する関係にないので、２次元検出器６の各ピクセルが検出したＸ線の強度から、試料におけるＹ方向の各位置からのＸ線散乱強度を算出するときに、この角度関係を考慮して算出する必要がある。
【００４９】
（制御部及び演算部）
この実施形態に係る装置は、図４に示すように、装置本体部１００に制御部８を備えている。また、制御部８は、装置外部にあるＣＰＵ（演算部）９に電気的に接続されている。この装置は、制御部８とＣＰＵ（演算部）９とが、上記で説明した動作を自動的に行い、Ｘ線散乱強度分布を演算して、試料を解析するように構成されている。図５に制御部８とＣＰＵ（演算部）９との接続関係（ブロック図）を示す。図５は、実施形態に係るＸ線小角散乱測定装置の制御部のブロック図である。
【００５０】
図５に示すように、制御部８は、配線を介して、Ｘ軸モータ７１、Ｙ軸モータ７３、θ軸モータ７５、２次元検出器モータ７５１、２次元検出器６、Ｘ線源ユニット１０（Ｘ線源１）に接続され、これらの動作の制御を行うよう構成されている。また、制御部８は、配線を介して、ＣＰＵ９に接続されている。Ｘ軸モータ７１、Ｙ軸モータ７３、θ軸モータ７５、２次元検出器モータ７５１は、それぞれＸ軸スライダ７０、Ｙ軸スライダ７２、θ軸回転部７４、２次元検出器回転部７６に接続され、これらを駆動するように構成されている。
【００５１】
制御部８は、前記試料へのＸ線の入射角が一定の角度を保つように、Ｘ軸スライダ７０にステージを搬送させる。つまり、制御部８は、θ軸モータ７５を停止させ回転部７４を回転させない状態で（一定の角度で固定した状態で）、Ｘ軸モータ７１を駆動し、Ｘ軸スライダ７０を移動させる。また、制御部８は、Ｘ軸スライダ７０を一定距離移動させる毎に、２次元型検出器６に試料５から散乱されたＸ線散乱像を検出させる。これにより、制御部８は、Ｘ軸スライダ７０に応じたＸ線散乱像のＸ線強度分布データを得る。
【００５２】
ＣＰＵ（演算部）９は、２次元型検出器からＸ線散乱像のＸ線強度分布データを受信して、２次元型検出器内の画素（ピクセル）の位置情報と各画素のＸ線強度値とから、Ｘ線により照射された線状領域の長手方向における試料５内各位置のＸ線強度、つまり、試料の各位置が示す散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を、演算する。
【００５３】
制御部８がＸ軸スライダ７０を移動させて一定距離移動する毎に２次元検出器にＸ線強度を検出させている場合、ＣＰＵ（演算部）９は、２次元型検出器からＸ線散乱像のＸ線強度分布データを受信するとともに、制御部８からＸ軸スライダ７０の搬送距離等の位置情報を受信して、２次元型検出器内の画素の位置情報及び各画素のＸ線強度値並びにＸ軸スライダ７０の位置情報から、試料５のＸ線により照射された線状領域の線方向と試料が搬送された方向との各位置が示す散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を演算する（つまり、散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を、前記試料の平面的な分布として演算する）。
【００５４】
なお、Ｘ線散乱強度分布を演算するにあたり、バックグラウンドＸ線（バックグラウンド放射線ともいう）の強度を用いて演算するように、Ｘ線小角散乱測定装置を構成してもよい。例えば、制御部８は、２次元型検出器６に、バックグラウンドＸ線の強度を検出させ、ＣＰＵ９は、２次元型検出器６が検出したＸ線散乱像のＸ線強度から前記バックグラウンドＸ線の強度を減算して、試料が示すＸ線散乱強度分布を演算してもよい。
また、この実施形態では、制御部８及びＣＰＵ９が装置を自動的に動作させ演算させているが、この動作、演算を手動で行ってもよい。例えば、以下に説明する装置の動作、使用方法を手動で行ってもよい。
【００５５】
（実施形態に係る装置の動作及び使用方法）
次に、図３及び図４を参照して、この実施形態に係る装置の動作、使用方法について説明する。
【００５６】
まず、試料５をホルダー４１によりステージ４に固定する（ステップ１）。
【００５７】
次いで、Ｘ線が試料５に照射されるように、Ｘ軸スライダー７０、Ｙ軸スライダー７２で試料５の位置を調整する。また、Ｘ線が小角で試料５に入射するように回転部７４を調整する（ステップ２）。このとき、試料５が散乱するＸ線を２次元検出器６が検出するように、２次元検出部回転部７６及びスライダー７８の位置を調整する。このステップ２までがこの装置の準備段階である。
【００５８】
次いで、この実施形態に係る装置を用いて、試料５へのＸ線の入射角が一定の角度を保つように、Ｘ軸スライダー（搬送部）７０を搬送させ、Ｘ軸スライダー（搬送部）７０を一定距離移動させる（ステップ３）。ここで、Ｘ軸スライダー（搬送部）７０を移動させる一定距離は、スリットの幅以上とする。つまり、スリットの幅単位で、Ｘ軸スライダー（搬送部）７０を移動させる。この実施形態の場合、スリットの幅は、スリットがＸ線により試料に投影されたときの幅を意味している。
【００５９】
次いで、２次元型検出器６に試料５から散乱されたＸ線散乱像を検出させる（ステップ４）。これにより、スリットによりＸ線が試料を照射した幅単位で、前記試料の線状領域における長手方向（図１のＸ方向）の位置毎のＸ線散乱強度データを得ることができる。このデータは、散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を算出するためのデータとなる。
【００６０】
次いで、上記と同様に、前記試料へのＸ線の入射角が一定の角度を保たれるように、Ｘ軸スライダー（搬送部）７０を一定距離移動させ（ステップ５）、その後、２次元型検出器６に試料５から散乱されたＸ線の強度を検出させる（ステップ６）。つまり、上記のステップ３及び４と同じ動作を装置に行わせる。これにより、上記ステップ４及び５で測定した位置から一定距離離れた位置で、試料の各位置の散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を算出するためのデータを得ることができる。
【００６１】
次いで、Ｘ軸スライダーの移動距離が測定したい範囲を超えるまで、上記ステップ５及び６（つまり、ステップ３及び４）の動作を繰り返す（ステップ７）。これにより、試料での平面的なＸ線散乱強度分布を算出するためのデータを得ることができる。なお、ステップ３において、Ｘ軸スライダー（搬送部）７０を一定距離移動させているが、このステップ３を行わず、ステップ４を実施してもよい。
【００６２】
上記のステップ１〜ステップ７の方法で得たデータから、試料を解析する。つまり、Ｘ線が散乱される角度は、試料の電子密度の差がある領域（例えば、試料に含まれる粒子のサイズ）に依存することを利用して、試料に含まれる構造物の大きさを算出する。
なお上記で説明したように、この実施形態に係る装置は、試料のＹ方向と２次元検出器６のＢ方向とが対応する関係となっているので、ステップ４及び５（又はステップ５及び６）の段階で、前記Ｘ線散乱像のＸ線強度分布及び前記２次元型検出器内の位置情報に基づいて、散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を前記試料の線状領域における長手方向の位置毎に演算して試料を解析してもよい。また、上記ステップ７が終了した段階で、記Ｘ線散乱像のＸ線強度分布及び前記２次元型検出器内の位置情報（例えば、ピクセルの各位置）並びに前記搬送部が搬送した位置情報（上記の一定距離の倍数や各ステップでのステージの位置等）に基づいて、散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を前記試料の平面的な分布として演算して試料を解析してもよい。
【００６３】
（半導体ナノ粒子へのＸ線小角散乱法の適用）
次に、この実施形態に係るＸ線小角散乱法を用いて、半導体ナノ粒子を測定する場合について説明する。
一般に、Ｘ線小角散乱法は、均一な媒質中に分散された１〜１０ｎｍ程度の大きさの粒子が存在するとき、その粒子の電子密度と媒質の電子密度の差によって、Ｘ線散乱が生じることを利用する方法である。このＸ線散乱について、Ｘ線が散乱される角度は、電子密度の差がある領域、すなわち媒質中の粒子の大きさに依存する。このため、粒子の大きさが大きいほど散乱角は小さくなる。このＸ線小角散乱法を適用するに当たり、粒子・媒質はともにそれぞれの領域内での電子密度が均一であることが必要とされる。このため、粒子・媒質について、晶質・非晶質のいずれであるか、固体・液体等のどの相に属するのかにより、Ｘ線小角散乱法の適用が問われることはなく、電子密度が均一であれば、１〜１０ｎｍ程度の大きさの粒子を測定できる。
【００６４】
従って、半導体ナノ粒子を測定する場合でも、半導体ナノ粒子と媒質との間で電子密度差があれば、半導体ナノ粒子の粒子の大きさに依存して散乱のピークが現れる。Ｘ線源として、銅の特性Ｘ線であるＫα線を用いれば、その波長は０．１５２ｎｍであるので、２θが１度から１０度の角度で測定を行うと仮定すれば、ほぼ１−１０ｎｍの大きさを持つ粒子の測定がＸ線小角散乱法によって可能である。
【００６５】
（実証実験）
図６及び図７にＸ線小角散乱法を用いて半導体デバイスの粒子の大きさを測定した例を示す。図６及び図７は、Ｘ線小角散乱法を用いて、ヘキサン溶媒中にＩｎＰナノ粒子が分散させた試料を測定したときのＸ線散乱強度を示す図である。図６及び図７は、それぞれ試料１、試料２をＸ線小角散乱法により測定したものであり、これらの測定では、Ｘ線として銅の特性エックス線のうちＫα線を用いた。なお、このＸ線の波長は０．１５２ｎｍである。
図６及び図７に示すように、半導体ナノ粒子からの散乱により、それぞれ３．２度および２．８度まで大きく幅広いピーク値を持つことが分かる。
表１に、これらの試料について、図６及び図７のＸ線小角散乱法から求めた粒子サイズ（体積荷重分布の平均値）を示す。表の右欄は、これらの試料の蛍光波長である。
【００６６】
【表１】
2011185643.tif 000003
【００６７】
表１に示すように、ＩＩＩ−Ｖ族の代表的な化合物であるＩｎＰでは、粒子サイズが３．４ｎｍから３．８ｎｍと変化すると、蛍光波長が５３０ｎｍから６２０ｎｍと変位することが理解できる。表１から、Ｘ線小角散乱法を用いた粒子サイズの測定は、光波長を事前に評価する手法として利用することができることが理解できる。
【００６８】
以上のように、この実施形態に係るＸ線小角散乱測定装置は、２次元型検出器内の画素の位置情報及び各画素が検出したＸ線強度分布から、Ｘ線により線状領域に照射された試料の各位置が示す散乱角度に対するＸ線散乱強度分布を求めることができる。例えば、ＩｎＰナノ粒子が分散させたデバイスを試料として測定することにより、このデバイスにおける２次元平面でのＩｎＰナノ粒子の大きさを測定することができ、また、その粒子の平面的分布を測定することができる。
【００６９】
以上、実施形態を挙げて、この発明を説明したが、この発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、光学系はモノクロメーターとスリットについて説明したが、そのほかの光学系（ミラー、プリズム、真空の空間等）が含まれてもよい。また、実施形態で示した種々の特徴は、互いに組み合わせることができ、１つの実施形態中に複数の特徴が含まれている場合、そのうちの１又は複数個の特徴を適宜抜き出して、単独で又は組み合わせて、この発明に採用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１ Ｘ線源
１０  Ｘ線源ユニット
２  モノクロメーター
３  スリット
４  試料ステージ
５  試料
６  ２次元Ｘ線検出器
７  搬送部
７０，７２，７８  スライダー（搬送部）
７４，７６        回転部（搬送部）
７１，７３，７５，７９  モーター（搬送
８  制御部
９  ＣＰＵ（演算部）
１００  装置本体部
【図１】
2011185643.tif 000004
【図２】
2011185643.tif 000005
【図３】
2011185643.tif 000006
【図４】
2011185643.tif 000007
【図５】
2011185643.tif 000008
【図６】
2011185643.tif 000009
【図７】
2011185643.tif 000010