(57)【要約】【課題】広角での反射Ｘ線の測定を可能にし、極薄膜の評価を正確に行うことのできるＸ線反射率測定装置および方法を提供する。【解決手段】Ｘ線反射率測定装置は、Ｘ線を放射する光源と、光源から放射されるＸ線を試料の表面に導く光学系と、光源から放射されるＸ線に対する試料の位置を調整する試料位置調整手段と、試料の表面で反射された反射Ｘ線の強度を検出する検出器と、検出器の前段に配置される吸収板とを備え、吸収板は、Ｘ線のエネルギーの近傍かつ高エネルギー側に、第１の吸収端を有する。吸収板はさらに、Ｘ線の高調波エネルギーの近傍かつこの高調波エネルギーより低エネルギー側に、第２の吸収端を有する。検出器は、所定の測定範囲を複数の測定領域に分割した分割測定領域ごとに反射Ｘ線の強度を測定する。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を放射する光源と、
前記光源から放射されるＸ線を試料の表面に導く光学系と、
前記光源から放射されるＸ線に対する試料の位置を調整する試料位置調整手段と、
前記試料の表面で反射された反射Ｘ線の強度を検出する検出器と、
前記検出器の前段に配置される吸収板と
を備え、前記吸収板は、前記Ｘ線のエネルギーの近傍かつ高エネルギー側に、第１の吸収端を有することを特徴とするＸ線反射率測定装置。
【請求項２】
前記吸収板は、前記Ｘ線の高調波エネルギーの近傍かつこの高調波エネルギーより低エネルギー側に第２の吸収端を有することを特徴とする請求項１に記載のＸ線反射率測定装置。
【請求項３】
前記検出器は、所定の測定範囲を複数の測定領域に分割した分割測定領域ごとに反射Ｘ線の強度を測定し、
前記分割測定領域ごとに、異なる厚さの吸収板を検出器の前段に挿入する吸収板挿入手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線反射率測定装置。
【請求項４】
試料に対する入射角を所定の範囲で変化させながらＸ線を照射する工程と、
前記所定の範囲に対応する測定範囲において、前記試料の表面で反射された反射Ｘ線の強度を鏡面反射条件で測定する工程と、
鏡面反射条件からずれた非鏡面反射条件で、前記反射Ｘ線の強度を測定してバックグラウンドノイズを求める工程と、
鏡面反射条件で得られた反射Ｘ線強度から非鏡面反射条件で得られたバックグラウンドノイズを差し引いた値を反射Ｘ線の強度として検出する工程と
を含むことを特徴とするＸ線反射率測定方法。
【請求項５】
前記測定範囲を複数の測定領域に分割する工程と、
前記測定領域ごとに異なる厚さの吸収板を挿入する工程と
をさらに含み、前記鏡面反射条件での測定工程と、前記非鏡面反射条件での測定工程は、前記測定領域ごとに異なる厚さの吸収板を介して行われることを特徴とする請求項４に記載のＸ線反射率測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線反射率測定装置および測定方法に関し、特に広角での反射Ｘ線測定を可能にするＸ線反射率測定装置および測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線反射率法は、薄膜試料から反射したＸ線の干渉パターンから薄膜の膜厚、表面や界面の凹凸、膜密度などを分析する方法である。Ｘ線反射率法は、光学的に不透明な金属薄膜や非結晶（アモルファス）膜でも評価が可能である、極薄膜でも評価が可能である、などの特徴があり、ＭＯＳデバイスのゲート酸化膜の評価や、磁気ヘッドの多層膜の評価など、先端薄膜材料の評価に利用されている。
【０００３】
Ｘ線反射率測定では、基板上に膜厚ｔの薄膜が存在する場合、薄膜表面に対するＸ線の入射角（θ）を変化させながら、角度２θに現れる反射Ｘ線の強度を測定する。ここで入射角（θ）とは、図１（ｂ）に示すように、入射光線が試料１０３の表面に対してなす角度であり、２θとは、試料１０３の表面で反射された反射光線が、入射光線の光軸Ａに対してなす角度である。
【０００４】
試料１０３に対してＸ線を照射すると、図１（ａ）に示すように、膜厚ｔの薄膜１０２の表面で反射された反射光ｌ´ｒｅｆ　と、基板１０１との界面で反射された反射光ｌｒｅｆ　とが干渉して、反射Ｘ線強度が振動する。入射角θを変えながらそれぞれ対応する２θの位置で反射Ｘ線（干渉波）の強度を測定することにより、反射Ｘ線強度の振動の周期が得られる。この反射Ｘ線強度の振動の周期は膜厚ｔの関数であり、得られた周期と強度から、薄膜１０２の膜厚、表面や界面の凹凸、密度などを非破壊で評価することができる。
【０００５】
このとき、Ｘ線強度が測定限界を超えないように、Ｘ線通路にＸ線吸収体を設置して、試料に入射するＸ線強度を調整する構成がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１０５７２６号公報（図１および図２）
【発明が解決しようとする課題】
角度２θに現れる反射干渉光の振動周期Δ２θは膜厚ｔに反比例し、Δ２θ（ｒａｄｉａｎ）＝λ／ｔで表わされる。ここでλはＸ線の波長である。膜厚ｔが小さい場合、たとえば１ｎｍ程度の極薄膜を測定する場合には、比較的大きな２θ角まで干渉光の測定を行う必要がある。しかし、反射Ｘ線の強度は１／θ４　に比例して高角度で減衰するので、大きい２θ角では信号にバックグラウンドノイズが重なり、測定が困難になる。このため、極薄膜の評価は難しかった。
【０００７】
そこで、本発明は、比較的広角での干渉Ｘ線の測定を可能にし、極薄膜の評価を正確に行うことのできるＸ線反射率測定装置と、測定方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
広角での反射Ｘ線の測定を可能にするために、以下の手法が考えられる。
（１）入射Ｘ線の強度（光束密度）を高くする。
（２）測定範囲を複数の領域に分割し、各領域で検出器の最大計測数を超えないように最適化して分割測定し、測定結果を連結する。
（３）測定強度から効率的にバックグラウンドを除去して、広角での弱い反射Ｘ線の測定を可能にする。
【０００９】
これらの手法を実現するために、以下の構成を提案する。
（１）光源からのＸ線を、ミラーあるいは湾曲結晶により垂直方向と水平方向の双方で集光し、試料表面に入射する入射Ｘ線の強度を強くする。あるいは、放射光Ｘ線を利用する。
（２）分割した各測定領域に応じて、厚さの異なる吸収板を挿入し、それぞれの測定領域で測定可能な最適な強度まで反射Ｘ線を減衰させる。これにより、測定範囲を広く設定しても、分割した測定領域ごとに適切な測定結果を得ることが可能になる。
（３−１）吸収板として、照射Ｘ線エネルギーの近傍かつ高エネルギー側に吸収端エネルギーを持つ吸収板、または、照射Ｘ線の高調波エネルギーの近傍かつその高調波エネルギーよりも低エネルギー側に吸収端エネルギーを持つ吸収板を使用する。具体的には、使用Ｘ線エネルギーよりも５ｋｅＶ以内の範囲で高いエネルギー側に吸収端を有する吸収板、あるいは、使用Ｘ線の高調波エネルギーよりも５ｋｅＶ以内の範囲で低エネルギー側に吸収端を有する吸収板を使用するのが望ましい。これにより、反射Ｘ線中に含まれる高調波成分を効果的に除去してノイズを低減し、広範囲（広角度）での反射Ｘ線強度の測定を可能にする。
（３−２）鏡面反射条件からずれた条件（非鏡面反射条件）でバックグラウンドの測定を行い、その平均値を鏡面反射条件での測定値から差し引く。これによりあらかじめバックグラウンドノイズが除去された検出結果が得られ、広角での反射Ｘ線強度の測定が可能になる。
【００１０】
より具体的には、本発明の第１の側面において、Ｘ線反射率測定装置は、光源と、光源から放射されるＸ線を試料表面に導く光学系と、光源からのＸ線に対する試料の位置を調整する試料位置調整手段と、試料表面で反射された反射Ｘ線の強度を検出する検出器と、検出器の前段に配置される吸収板とを備え、吸収板は前記Ｘ線のエネルギーの近傍かつ高エネルギー側に第１の吸収端を有する。
【００１１】
このような吸収板を検出器の前段に挿入することにより、照射Ｘ線の基本波よりも高いエネルギーの高調波成分を効果的に除去して、バックグラウンドノイズを低減することができる。結果として、広角での反射Ｘ線強度の測定が可能になる。
【００１２】
吸収板は、使用されるＸ線の高調波エネルギーの近傍かつこの高調波エネルギーよりも低エネルギー側に第２の吸収端を有する構成としてもよい。この場合、第１の吸収端エネルギーを有する材料と、第２の吸収端エネルギーを有する材料との合成吸収板とすることができる。このような合成吸収板は、第１の吸収端エネルギーを有する材料と、第２の吸収端エネルギーを有する材料とを積層または貼り合わせる、あるいはあらかじめ合金にするなどして作成できる。これにより、照射Ｘ線の２倍、３倍のエネルギーを有する高調波成分を効果的に除去することができる。
【００１３】
好ましくは、光学系は光源から照射されたＸ線を集光する集光手段を有する。これにより、試料への入射Ｘ線の強度を高め、広角での反射Ｘ線強度の測定を可能にする。
【００１４】
検出器は、所定の測定範囲を複数の測定領域に分割した分割測定領域ごとに反射Ｘ線の強度を測定する。この場合、Ｘ線反射率測定装置は、分割された測定領域ごとに異なる厚さの吸収板を検出器の前段に挿入する吸収板挿入手段をさらに備える。測定領域に応じて異なる厚さの吸収板を用いることにより、各測定領域で反射Ｘ線の強度を、カウント可能な適切なレベルに減衰し、広範囲にわたって正確な測定を可能にする。
【００１５】
前記検出器は、鏡面反射条件における反射Ｘ線の強度と、鏡面反射条件からわずかにずれた非鏡面反射条件での反射Ｘ線強度とを測定する。この場合、Ｘ線反射率測定装置は、検出強度算出手段をさらに有し、鏡面反射条件で得られた反射Ｘ線の強度から、非鏡面反射条件で得られた反射Ｘ線強度の平均値を差し引いた値を反射Ｘ線強度の検出値として算出する。
【００１６】
これによりあらかじめバックグラウンドを除去した反射Ｘ線強度が検出され、広角での測定が可能になる。
【００１７】
本発明の第２の側面では、Ｘ線反射率測定方法を提供する。このＸ線反射率測定方法は、（ａ）試料に対する入射角を所定の範囲で変化させながらＸ線を照射する工程と、（ｂ）前記所定の範囲に対応する測定範囲において、試料表面で反射された反射Ｘ線の強度を鏡面反射条件で測定する工程と、（ｃ）鏡面反射条件からずれた非鏡面反射条件で反射Ｘ線の強度を測定してバックグラウンドノイズを求める工程と、（ｄ）鏡面反射条件で得られた反射Ｘ線強度から非鏡面反射条件で得られたバックグラウンドノイズを差し引いた値を反射Ｘ線の強度として検出する工程とを含む。
【００１８】
ひとつの例として、測定点ごとに鏡面反射条件での反射Ｘ線強度（ピーク強度）と、鏡面反射条件からずれた２以上の非鏡面反射条件での反射Ｘ線強度（バックグラウンド）とを個別に測定し、鏡面反射条件で得られた反射Ｘ線強度から非鏡面反射条件での反射Ｘ線強度の平均値を差し引いて、反射Ｘ線の強度として検出する。
【００１９】
別の例では、位置敏感検出器を用い、各測定点において、鏡面反射条件での反射Ｘ線強度（ピーク強度）と、そこからずれた非鏡面反射条件位置での反射Ｘ線強度（バックグラウンド）とを同時に獲得し、鏡面反射条件での反射Ｘ線強度から非鏡面反射条件での反射Ｘ線強度の平均値を差し引いて、反射Ｘ線の強度として検出する。
【００２０】
さらに別の例では、測定範囲全体にわたって鏡面反射条件での反射Ｘ線強度を測定してピーク強度のプロファイルを求め、測定範囲全体にわたって非鏡面反射条件での反射Ｘ線強度を測定してバックグラウンドのプロファイルを求め、前記鏡面反射条件でのプロファイルから非鏡面条件でのプロファイルを差し引くことによって、反射Ｘ線の強度を検出する。
【００２１】
いずれの例を用いても、あらかじめバックグラウンドを除去した値をＸ線強度として検出することができるので、広い範囲の２θに対しても正確にＸ線反射率の測定を行うことができる。
【００２２】
Ｘ線反射率測定方法はまた、（ｅ）前記測定範囲を複数の測定領域に分割する工程と、（ｆ）各測定領域で異なる厚さの吸収板を挿入する工程とをさらに含む。この場合、鏡面反射条件での測定工程と、非鏡面反射条件での測定工程は、分割測定領域ごとに異なる厚さの吸収板を介して反射Ｘ線の強度を測定する。これにより、反射Ｘ線の強度を、領域ごとに測定可能な最適なレベルに減衰させて、広範囲にわたるＸ線測定を可能にする。
【００２３】
本発明のその他の特徴、効果は、以下で図面を参照して述べる詳細な説明により、いっそう明確になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の一実施形態に係るＸ線反射率測定装置１０を示す図である。Ｘ線反射率測定装置１０は、Ｘ線光源１１と、光源１１から照射されるＸ線を試料２０に導く光学系１２と、試料２０を保持して入射Ｘ線に対する試料２０の角度を調整する試料位置調整ゴニオメータ２１と、試料２１の表面で反射された反射Ｘ線を検出する検出器４０と、検出器４０の前段に配置されるアッテネータ（吸収板）３０とを備える。
【００２５】
Ｘ線光源としては、たとえばＸ線管球、回転対陰極（Ｃｕローター光源）あるいは放射光などを用いることができる。Ｃｕローター光源を用いた場合、Ｃｕ対陰極ターゲットからＣｕＫαエネルギー（波長１．５４３Å）のＸ線が放射される。なお、波長とエネルギーの換算は、おおよそ、λ（Å）＝１２．４／Ｅ（ＫｅＶ）となる。
【００２６】
光学系１２は、集光ミラー１３と、シャッター１４と、入射スリット１５を含む。集光ミラー１３は、たとえば湾曲結晶（ベント結晶）や多層膜ミラー、あるいはその組み合わせで構成される。湾曲結晶と多層膜ミラーによるモノクロメータは、Ｘ線光源１１から放射された光線を、縦幅１．０ｍｍ、横幅１．０ｍｍ程度に集光するとともに単色化する。これにより、試料２０に導かれるＸ線の立体角あたりの光束（放射強度）が増大する。シャッター１４により、測定時以外はＸ線を遮断する。入射スリット１５は、試料２０に入射するＸ線の断面形状を、０．０５ｍｍ×１ｍｍから０．１ｍｍ×１ｍｍの範囲で成形する。
【００２７】
Ｘ線反射率測定装置１０はまた、光学系１２と試料２０の間、および試料２０とアッテネータ３０の間に挿入される真空パス１２と、検出器スリット１７を備える。Ｘ線通過経路に真空パス１６を配置することによって、空気散乱を低減する。真空パス１６の窓材は、カプトンなど有機膜を用いる。検出器スリット１７は、縦０．２ｍｍ、横２ｍｍ程度のスリットを有し、これにより検出器に入射する光束からバックグラウンドをある程度低減しておく。
【００２８】
試料位置調整ゴニオメータ２１は、ｘ，ｙ，Ｒｘ，Ｒｙ，φ、Ｚ駆動軸を有して、試料２０の位置を調整する。試料位置調整ゴニオメータ２１を駆動することによって、光源１１から照射されるＸ線に対する試料表面の角度、すなわちＸ線の入射角θを、所定の刻み角（ステップサイズ）δずつ変化させる。
【００２９】
試料位置調整ゴニオメータ２１には、吸収板挿入ユニット２２が接続されている。図２のＸ線反射率測定装置は、入射角θの変化に対応する所定の測定範囲をあらかじめ２以上の測定領域に分割して、分割された測定領域のそれぞれで反射Ｘ線の強度を測定する。このとき、吸収板挿入ユニット２２は、試料位置調整ゴニオメータ２１の動きに連動して、測定領域ごとに異なる厚さのアッテネータ３０を挿入する。
【００３０】
検出器４０は、たとえば計数型Ｘ線検出器を用いることができる。もちろん、計数型Ｘ線検出器４０に変えて、図３に示すように、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ）やＰＳＰＣ（ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　ｃｏｕｎｔｅｒ）などの位置敏感Ｘ線検出器４１を用いてもよい。通常の計数型Ｘ線検出器４０は位置分解能を持たないので、散乱Ｘ線の分布を測定するには、スリット１７とともに空間を機械的に走査する必要があるが、ＰＳＰＣ４１を用いると、散乱成分を動的に検出することができる。なお、検出器４０あるいは位置敏感検出器（たとえばＰＳＰＣ）４１は、図示しないデータ処理装置（検出強度算出手段）に接続されている。
【００３１】
アッテネータ３０は、図２の例ではＣｕ吸収板であり、試料２０で反射した反射Ｘ線の強度を、計数可能な強度まで減衰させる。通常、Ｘ線検出器として用いられるシンチレーション計数管や比例計数管の最大計数率は、十万ｃｐｓ（ｃｏｕｎｔｓ　ｐｅｒ　ｓｅｃｏｎｄ）程度であるが、反射Ｘ線の強度はそれよりずっと強い。そこで、使用する検出器４０で計測可能な範囲にまで反射Ｘ線の強度を減衰させる必要がある。Ｘ線反射率測定装置１０は、試料に対する入射Ｘ線の入射角θを変化させながら、反射Ｘ線の強度をそれぞれ対応する測定位置（２θ）で測定するものであるが、本発明では、上述したように、入射角θの変化に対応する反射Ｘ線の測定範囲を、あらかじめ複数の領域に分割し、各領域で異なる厚さのアッテネータを挿入する。これにより、各測定領域で検出器の最大計測数（カウント）を超えないように反射Ｘ線の強度を計数可能な最適なレベルに調整する。
【００３２】
たとえば、入射角θを０〜１０°の間で変化させて反射Ｘ線の強度を２θの位置で測定する例を考える。反射Ｘ線の強度は、上述したようにθ４　に反比例して弱くなる。そこで、測定範囲を、たとえば５つの領域に分割する。入射角θが０°を超えて０．３°までの範囲は全反射領域となり、１０７　以上のカウントがあるはずである。そこで、この領域を第１測定領域として、反射Ｘ線のカウント数が１０３　〜１０５　程度になるように、厚さ１６０μｍのＣｕ吸収板（アッテネータ）３０を挿入して減衰させる。次にたとえば０．３°〜１°までの領域を第２測定領域とする。第２測定領域での反射Ｘ線強度は第１測定領域ほど強くはないので、厚さ１２０μｍのＣｕ吸収板を挿入して、カウント値が１０３　〜１０５　程度になるようにする。同様に、第３測定領域では厚さ８０μｍのＣｕ吸収板を挿入し、第４測定領域では厚さ４０μｍのＣｕ吸収板を挿入する。第５領域では２θの位置がかなり広角になっており、反射Ｘ線の強度は吸収板を使って減衰しなくとも、十分にカウント可能な程度にまで弱まっている。そこで、Ｃｕ吸収板を挿入せずに、計測を行う。
【００３３】
挿入されるアッテネータ３０は、使用するＸ線エネルギーよりも、やや高めのエネルギーにその吸収端を有する。良好な実施形態では、使用するＸ線エネルギーよりも５ｋｅＶ以内の範囲で高エネルギー側に、吸収板３０の吸収端がある。
【００３４】
吸収板３０の吸収端と、使用するＸ線のエネルギーとの関係を、図４を参照して説明する。集光ミラー１３を経由したＸ線の成分には、基本波以外にその２倍、３倍のエネルギーを持つ高調波成分が含まれる。図４（ａ）は通常の吸収板を挿入した場合の減衰状態を示すグラフであり、図４（ｂ）は、照射Ｘ線のエネルギーよりも５ｋｅＶ以内の範囲で高エネルギー側に吸収端を有する吸収板を使用した場合の減衰状態を示す。
【００３５】
図４（ａ）に示すように通常の吸収板を挿入した場合、高調波に対する吸収率よりも、Ｘ線波長（基本波）に対する吸収率の方が高く、高調波成分は十分に吸収されない。したがって、検出器においてＸ線の基本波成分とともに、高調波成分も検出されてしまう。検出された高調波成分は、バックグラウンドノイズの原因となる。
【００３６】
一方、図４（ｂ）に示すように、使用するＸ線波長の近傍（５ｋｅＶ以内の範囲）かつ高エネルギー側に吸収端を有する吸収板を挿入した場合は、高調波成分に対する吸収率が急峻に高まる。結果として、基本Ｘ線波長を最もよく透過させて、残りの不純線成分を効果的に除去することができる。換言すると、Ｘ線の基本波長に対する吸収率をもっとも低くして、その他の不純線成分に対する吸収率を高く設定することで、バックグラウンドが低減された状態で反射Ｘ線の強度を検出できる。
【００３７】
５ｋｅＶを超えて高い側に吸収端を設定すると、Ｘ線波長に対する吸収率と高調波に対する吸収率との差が小さくなり、バックグラウンドの除去を効果的に行うことができなくなる。
【００３８】
図４（ｂ）の例は、使用するＸ線波長の高エネルギー側の近傍、たとえば５ｋｅＶ以内の範囲に、単一の吸収端を設定したときの吸収効果（減衰状態）を示している。一方、図５に示すように、さらに高次の高調波（たとえば３倍高調波）に対して第２の吸収端を設定することにより、不純線をさらに効果的に除去することが可能になる。この場合、第２の吸収端エネルギーは、高調波エネルギーの近傍かつその高調波エネルギーよりも低エネルギー側に位置する。たとえば、高調波エネルギーよりも低エネルギー側５ｋｅＶ以内のところに、吸収端を設定する。
【００３９】
このような吸収特性を実現するには、第１の吸収端を有する吸収板材料に、第２の吸収端を有する材料を組み込んだ合成吸収板を使用するのが望ましい。このような合成吸収板の作成方法としては、異なる吸収端を有する材料を積層または張り合わせする、あらかじめ異なる材料を合金にして合金吸収板とする、などが挙げられる。たとえば、図２のようにＣｕ対陰極ターゲットを用いた場合は、銅（Ｃｕ）以外に、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｂ）などを積層または合金にすることによって、反射Ｘ線からバックグラウンドノイズをより効果的に減衰させることができる。
【００４０】
次に、本発明に係るＸ線反射率測定方法について説明する。
【００４１】
図６および７は、本発明の実施形態に係る反射Ｘ線強度の測定手法の種類を説明するための図である。本発明のＸ線反射率測定方法においては、基本的に、照射Ｘ線の入射角θに対応する鏡面反射条件で、反射Ｘ線の強度（ピーク強度）を測定し、そこからΔだけずれた非鏡面反射条件位置で反射Ｘ線の強度を測定してバックグラウンドを求め、鏡面反射条件で得られた反射Ｘ線強度からバックグラウンドを差し引いて検出強度とする。この場合、バックグラウンドの獲得の仕方によって図６および７に示す種類の測定法がある。
【００４２】
図６（ａ）は２θスキャン法を示す。２θスキャン法では、入射角θに対応する各測定点において、検出器の位置をわずかにずらして測定する。すなわち、鏡面反射条件を満たす位置２θと、そこからわずかに外れた位置（２θ±Δ２θ）との間で検出器をシフトさせて、ピーク強度とバックグラウンドとを測定する。
【００４３】
これに対して、図６（ｂ）はθスキャン法を示す。θスキャン法では、検出器は２θの位置に固定されており、各測定点で、試料の角度をθ±Δθにずらしながら、２θの位置でピーク強度とバックグラウンドを測定する。
【００４４】
図６（ａ）および６（ｂ）は計数型検出器を用いて、鏡面反射条件での反射Ｘ線強度と、そこからずれた非鏡面反射条件での反射Ｘ線強度とを個別に検出する測定法を示している。これに対して、図７は位置敏感検出器（ＰＳＰＣ）用いた位置敏感検出器法を示す。位置敏感検出（ＰＳＰＣ）を用いると、入射角θに対応する測定点で、鏡面反射条件におけるピーク強度と非鏡面反射条件におけるバックグラウンドとを同時に測定できる。すなわち、試料位置も検出器（ＰＳＰＣ）も固定したまま、２θにおける反射Ｘ線の２次元的な散乱強度分布を得ることができる。
【００４５】
図８は、図６または７の方法により得られた、２θの位置での反射Ｘ線の散乱分布を示すグラフである。一般に、Ｘ線は試料表面において鏡面反射し、鏡面反射位置に反射Ｘ線のピークが現れる。鏡面反射とは、試料に対する入射角θと反射角θ’とが等しくなる反射条件であるが、２θ（入射Ｘ線の光軸に対して検出器がなす角度）はこの鏡面反射条件を満たし、検出器のカウントは２θの位置でピークを示す。ピークカウントには、もちろんバックグラウンドノイズも含まれている。バックグラウンドは、２θも含め、それ以外の角度においてもほぼ一定の強度で存在する。
【００４６】
そこで、鏡面反射条件である２θでの強度と、それよりΔ２θずれた非鏡面反射条件（２θ’＝２θ±Δ２θＢ）での強度を測定し、非鏡面反射条件で得られた強度の平均値をバックグラウンドとしてピークから差し引くことにより、バックグラウンドを除去した反射強度を得る。
【００４７】
図６（ａ）、６（ｂ）および図８に示す例では、説明を簡略化するために、２θの両側で１点ずつ測定しているが、この例に限られず、２θスキャンあるいはθスキャンでより多くの地点で強度を測定してピークフィットすることにより、さらに高精度化することもできる。
【００４８】
図９は、図６（ａ）に示す２θスキャン法を採用したときの、Ｘ線反射率測定装置１０の処理フローを示す図である。この処理フローにおいて、反射Ｘ線強度の測定範囲は、あらかじめ所定数の測定領域に分割されているものとする。
【００４９】
まず処理が開始すると、第１測定領域用のアッテネータを設定する（Ｓ１０１）。アッテネータの設定は、上述したように、試料位置調整ゴニオメータに接続される吸収板挿入ユニット（図２参照）により自動的に行われる。次に、試料表面に対するＸ線の入射角θを設定する（Ｓ１０３）。処理開始直後は、最初の入射角θ０　に設定する。入射角θを設定したならば、鏡面反射条件（２θ）と、そこからずれた位置での反射Ｘ線の強度をそれぞれ測定する（Ｓ１０５）。
【００５０】
ステップＳ１０５における良好な測定例として、まず検出器を２θ−２×ΔθＢ　の位置に設定して強度Ｉ１　を測定する。次に、検出器を２×ΔθＢ　だけプラス側にずらして、２θの位置で強度Ｉ２　を測定する。さらに、検出器を２×ΔθＢ　だけプラス側にずらして、２θ＋２×ΔθＢ　の位置で強度Ｉ３　を測定する。鏡面反射条件で測定してから、その両側にずれた位置で強度測定するのではなく、角度の小さい側から順に検出器位置をずらしてゆく。これにより、検出器の逆方向への軸駆動を回避し、測定速度の短縮化に寄与する。図９の例では、非鏡面条件での測定を２θの両側の２点だけで行っているが、それぞれの側で２点以上測定してもよいことは言うまでもない。この場合も、検出器が常に一方向（プラス側）に移動するように測定順序を設定する。
【００５１】
次に、バックグラウンドを除去した反射強度を求める（Ｓ１０７）。すなわち、非鏡面反射条件２θ±２×ΔθＢ　での強度Ｉ１　とＩ３　の平均を求めて、これをバックグラウンドＢＧとする。さらに、鏡面反射条件２θでの測定強度Ｉ２　から、バックグラウンドＢＧを差し引いたものを反射強度Ｉ（Ｉ＝Ｉ２　−ＢＧ）として算出する。このような演算は、検出器に接続された図示しないデータ処理装置あるいは検出強度算出手段によって自動的に行う。
【００５２】
次に、入射角θをδだけ変化させる（Ｓ１０９）。入射角θの変化（ステップサイズ）δは、バックグラウンドを求めるためのずれ角ΔθＢ　よりも大きく設定する（δ＞ΔθＢ　）。このように設定することによって、次の測定点への移行時に、検出器の駆動を一方向だけにして、逆方向への軸駆動を回避する。
【００５３】
次に、現在の分割測定領域が終了したか否かを判断する（Ｓ１１１）。現在の分割測定領域での測定が終了していない場合は（Ｓ１１１でＮＯ）、ステップＳ１０９で新たに設定された入射角を今回の入射角θとして設定し（Ｓ１０３）、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７を繰り返す。このように、分割測定領域内で順次入射角θを変化させながら、測定点ごとに、鏡面反射条件でのピーク強度と、非鏡面反射条件でのバックグラウンドとを求める。そして、バックグラウンドの平均値をピーク強度から差し引いて、反射Ｘ線の検出強度を算出する。
【００５４】
ステップＳ１１１で現在の分割領域での測定が終了した場合は（Ｓ１１１でＹＥＳ）、全測定範囲が終了したか否かを判断する（Ｓ１１３）。全測定範囲が終了していない場合は（Ｓ１１３でＮＯ）、次の分割測定領域（たとえば第２測定領域）に移行するためにステップＳ１０１に戻り、次の分割測定領域に適した厚さのアッテネータを挿入する。そして、前回の分割測定領域で最後に設定されたθを、次の分割測定領域での最初の入射角θとして設定する（Ｓ１０３）。
【００５５】
以下同様に、ステップ１０５〜１０９を繰り返して、各測定点でバックグラウンドを除去した反射強度を検出する。ステップＳ１１３で全測定範囲にわたって測定が終了したならば（Ｓ１１３でＹＥＳ），処理を終了する。
【００５６】
図１０は、図６（ｂ）に示すθスキャン法を採用した場合の、Ｘ線反射率測定装置１０の処理フローである。まず処理が開始すると、第１測定領域用のアッテネータを設定する（Ｓ２０１）。アッテネータの設定は、試料位置調整ゴニオメータに連動する吸収板挿入ユニット（図２参照）により自動的に行われる。次に、検出器位置を測定位置２θに設定する（Ｓ２０３）。処理開始時は、２θを最初の測定点に設定する。次に、試料位置調整ゴニオメータ（図２）を調整して、試料表面に対するＸ線の入射角θを、鏡面反射条件と、そこからずれた位置での非鏡面反射条件を創出するようにΔθＢ　だけずらしながら、２θの位置に設定された検出器で反射Ｘ線の強度をそれぞれ測定する（Ｓ２０５）。
【００５７】
ステップＳ２０５における良好な測定例としては、まず試料表面に対するＸ線の入射角θが、２θ／２−ΔθＢ　となるように試料位置を設定し、反射側において２θの位置で強度Ｉ１　を測定する。次に、試料位置をΔθＢ　だけプラス側にずらして、入射角θが２θ／２となるように（すなわち２θが鏡面反射条件を満たすように）位置設定し、反射側において２θの位置で強度Ｉ２　を測定する。さらに、試料位置をΔθＢ　だけプラス側にずらして、試料表面に対する入射角θが２θ／２＋ΔθＢ　のとなるように位置設定し、反射側において２θの位置で強度Ｉ３　を測定する。このように、角度の小さい側から順に試料位置を動かしてゆくので、試料位置調整ゴニオメータの逆方向への軸駆動を回避し、測定速度の短縮化に寄与する。図１０の例では、非鏡面条件での測定を２θの両側の２点だけで行っているが、それぞれの側で２点以上測定してもよいことは言うまでもない。この場合も、試料位置が常に一方向（＋側）に移動するように試料位置調整ゴニオメータを駆動する。
【００５８】
次に、バックグラウンドを除去した反射強度を求める（Ｓ２０７）。すなわち、試料位置を鏡面反射条件θから±ΔθＢ　だけずらしたときの反射Ｘ線の強度Ｉ１　とＩ３　の平均を求め、これをバックグラウンドＢＧとする。そして、鏡面反射条件での測定強度Ｉ２　からバックグラウンドＢＧを差し引いたものを反射強度Ｉ（Ｉ＝Ｉ２　−ＢＧ）として検出する。
【００５９】
次に、入射Ｘ線の光軸に対する検出器の位置２θをδだけ変化させる（Ｓ２０９）。変化量（ステップサイズ）δは、バックグラウンドを求めるためのずれ角ΔθＢ　よりも大きく設定する（δ＞ΔθＢ　）。このように設定することによって、入射Ｘ線に対する試料位置の駆動を一方向にすることができ、逆方向への軸駆動が回避される。
【００６０】
次に、現在の分割測定領域が終了したか否かを判断する（Ｓ２１１）。このような判断は、たとえば、図２に示す検出器４０および試料位置調整ゴニオメータ２１に接続されるマイクロコンピュータ（不図示）によって行う。現在の分割測定領域での測定が終了していない場合は（Ｓ２１１でＮＯ）、ステップＳ２０９で新たに設定された検出器の位置を今回の２θとして設定し（Ｓ２０３）、ステップＳ２０５〜Ｓ２０７を繰り返す。このように、分割測定領域内で順次２θ角を変化させながら、新たな測定点で、鏡面反射条件でのピーク強度と、非鏡面反射条件でのバックグラウンドとを求める。そして、バックグラウンドの平均値をピーク強度から差し引いて、反射Ｘ線の検出強度を算出する。
【００６１】
ステップＳ２１１で現在の分割領域での測定が終了した場合は（Ｓ２１１でＹＥＳ）、全測定範囲が終了したか否かを判断する（Ｓ２１３）。全測定範囲が終了していない場合は（Ｓ２１３でＮＯ）、次の分割測定領域（たとえば第２測定領域）に移行するためにステップＳ２０１に戻り、新たな分割測定領域に適した厚さのアッテネータを挿入する。そして、前回の分割測定領域で最後に設定された２θを、新たな分割測定領域での最初の検出角２θとして設定する（Ｓ２０３）。
【００６２】
以下同様に、ステップＳ２０５〜２０９を繰り返して、各測定点でバックグラウンドを除去した反射強度を検出する。ステップＳ２１３で全測定範囲にわたって測定が終了したならば（Ｓ２１３でＹＥＳ），処理を終了する。
【００６３】
図１１は、位置敏感検出器（ＰＳＰＣ）を用いたときの位置敏感検出器法の処理フローを示す図である。上述したように、位置敏感検出器（ＰＳＰＣ）を用いると、鏡面反射条件からずらした位置で別途バックグラウンドの測定を行わなくても、ある入射角θに対する反射Ｘ線の強度分布を一度に得ることができる。図１１に示す例では位置敏感検出器を２θスキャン法と組み合わせており、一回の測定で２θでのピーク強度と、その両側に分布するバックグラウンドの強度とが得られる。なお、位置敏感検出器（ＰＳＰＣ）を用いる場合も、全測定範囲を複数の測定領域に分割して、測定領域ごとに最適なアッテネータ（吸収板）を使用するものとする。
【００６４】
まず、処理開始後、第１の分割測定領域のためのアッテネータを設定する（Ｓ３０１）。次に、試料表面に対するＸ線の入射角θを設定する（Ｓ３０３）。処理開始直後は、測定範囲における最初の入射角θ０　に設定する。次に、反射側において、位置敏感検出器を２θ＝２×θの位置に設定し、入射角θに対する反射Ｘ線の強度分布を測定する。この場合、図８に示すような２次元分布を得ることができる。得られた強度分布からピーク強度Ｉ０　とバックグラウンドＢＧを決定して、ピーク強度からバックグラウンドを差し引いた値（Ｉ０−ＢＧ）を検出強度Ｉとする（Ｓ３０５）。
【００６５】
次に、入射角θをステップサイズδだけ変化させる（Ｓ３０７）。変更後の新たな角度で第１の測定領域が終了したか否かを判断し（Ｓ３０９）、終了していない場合は（Ｓ３０９でＮＯ），ステップＳ３０３〜Ｓ３０７を繰り返して、新しい測定位置で反射Ｘ線の強度分布を獲得し、そこから検出強度Ｉを求める。
【００６６】
第１の測定領域が終了した場合は（Ｓ３０９でＹＥＳ）、全測定範囲が終了したか否かを判断する（Ｓ３１１）。全測定範囲が終了していない場合は（Ｓ３１１でＮＯ）、ステップＳ３０１に戻って、次の（第２の）分割測定領域のためのアッテネータを設定する（Ｓ３０１）。以下同様に、ステップＳ３０３〜Ｓ３０７を繰り返す。そして、全測定範囲が終了した時点で（Ｓ３１１でＹＥＳ）、処理を終了する。
【００６７】
位置敏感検出器法は、検出器の移動回数や測定回数を低減できるので、全体の測定時間を短縮することができる。
【００６８】
図１２は、別測定法の処理フローを示す。別測定法では、まず、鏡面反射条件での反射Ｘ線強度だけ全測定範囲にわたって連続して測定する。次に、全測定範囲にわたって、鏡面反射条件からはずれた非鏡面反射条件における反射Ｘ線強度を連続して測定する。非鏡面反射条件については、２以上の異なる条件を設定することができ、それぞれの条件で、個別に連続して測定する。
【００６９】
まず、処理開始後、第１の分割測定領域のための第１アッテネータを設定する（Ｓ４０１）。そして第１の分割測定領域において、θ／２θ測定を行う（Ｓ４０３）。θ／２θ測定では、入射角θをたとえばδ刻みで変化させながら、検出器位置を移動させて２θの位置で順次反射Ｘ線強度を測定する。第１の分割測定領域が終了したら、第２の分割測定領域のための第２アッテネータを設定して（Ｓ４０１）、第２の分割測定領域でθ／２θ測定を実行する。このように順次分割測定領域にあわせたアッテネータを用い、全測定範囲にわたって鏡面反射条件（２θ）での強度Ｉ０　を得る。
【００７０】
次に、第１の分割測定領域にもどって、再度第１アッテネータを設定し（Ｓ４０５）、第１の非鏡面反射条件で、反射Ｘ線強度の測定を行う。すなわち、入射角θを変化させながら、それぞれのθに対して２θ−Δの位置で反射Ｘ線強度の測定を連続して行う（Ｓ４０７）。第１の分割測定領域でθ／２θ−Δ測定が終了したら、第２の分割測定領域に移り、第２分割測定領域のための第２アッテネータを設定する（Ｓ４０５）。そして、この分割測定領域でθ／２θ−Δ測定を実行する（Ｓ４０７）。これを全範囲にわたって実行し、第１の非鏡面反射条件での強度（ＢＧ１）を得る。ＢＧ１について統計誤差を少なくするために、フィッティングによりθの関数として表わしてもよい。
【００７１】
次に、第２の非鏡面反射条件において反射Ｘ線の強度を測定する。すなわち、第１の分割測定領域のためのアッテネータを設定し（Ｓ４０９）、第１の分割測定領域においてθ／２θ＋Δ測定を行う（Ｓ４１１）。次に、第２の分割測定領域のためのアッテネータを設定し（Ｓ４０９）、第２の分割測定領域においてθ／２θ＋Δ測定を行う（Ｓ４１１）。これを全測定範囲にわたって繰り返し、第２の非鏡面反射条件での強度（ＢＧ２）を得る。ＢＧ２についても、フィッティングによりθの関数として表わしてもよい。
【００７２】
最後に、バックグラウンド補正を行って検出強度を求める（Ｓ４１３）。すなわち、鏡面反射条件で得られた強度Ｉ０　から、バックグラウンドの平均（図１２の例では（Ｂ１＋Ｂ２）／２）を差し引いて、検出強度とする。
【００７３】
このように、図９〜１２のいずれの方法を採用しても、反射Ｘ線のピーク測定値から、あらかじめバックグラウンドを除去したものを反射Ｘ線の強度として検出する。したがって、２θの値が大きな広角においてもノイズの少ない検出結果を得ることができ、極薄膜の評価を正確に行うことが可能になる。
【００７４】
また、図９および図１２に示す方法において、２θスキャン時に、２θの増分（ステップサイズ）δが、２θのバックグラウンド評価用ずれ量Δ２θＢより大きく設定されている。これにより、ある入射角θに対して検出器の角度を２θ−Δ２θＢ、２θ、２θ＋Δ２θＢと順次移動させたあと、次の入射角θ（＝θ＋δ）に対する測定角２θを、検出器を逆戻りさせずに、増加方向にのみ移動させて設定することができる。結果として、測定の迅速化が実現する。
【００７５】
同様に、図１０に示す方法において、θスキャン時に試料位置をバックグラウンド評価用にΔθＢだけずらす場合、ΔθＢをθの刻み角（ステップサイズ）δよりも小さく設定する。これによって、試料位置をθ−ΔθＢ、θ、θ＋ΔθＢとずらしながら測定した後、次の測定位置θ（＝θ＋δ）への試料の移動を、逆方向への駆動なしに行える。
（付記１）　Ｘ線を放射する光源と、光源から放射されるＸ線を試料の表面に導く光学系と、光源から放射されるＸ線に対する試料の位置を調整する試料位置調整手段と、試料の表面で反射された反射Ｘ線の強度を検出する検出器と、検出器の前段に配置される吸収板とを備え、吸収板は、Ｘ線のエネルギーの近傍かつ高エネルギー側に、第１の吸収端を有することを特徴とするＸ線反射率測定装置。
（付記２）　前記第１の吸収端は、Ｘ線エネルギーより５ｋｅＶの範囲内で高エネルギー側に位置することを特徴とする付記１に記載のＸ線反射率測定装置。
（付記３）　吸収板は、Ｘ線の高調波エネルギーの近傍かつこの高調波エネルギーより低エネルギー側に第２の吸収端を有することを特徴とする付記１に記載のＸ線反射率測定装置。
（付記４）　前記第２の吸収端は、Ｘ線の高調波エネルギーより５ｋｅＶの範囲内でこの好調波エネルギーより低エネルギー側にあることを特徴とする付記３に記載のＸ線反射率測定装置。
（付記５）　前記検出器は、所定の測定範囲を複数の測定領域に分割した分割測定領域ごとに反射Ｘ線の強度を測定し、前記Ｘ線反射率測定装置は、分割測定領域ごとに異なる厚さの吸収板を検出器の前段に挿入する吸収板挿入手段をさらに備えることを特徴とする付記１に記載のＸ線反射率測定装置。
（付記６）　前記検出器は、前記測定範囲において、鏡面反射条件での反射Ｘ線の強度と、鏡面反射条件からはずれた非鏡面反射条件での反射Ｘ線の強度とを測定し、前記Ｘ線反射率測定装置は、前記鏡面反射条件で得られた反射Ｘ線強度から、前記非鏡面反射条件で得られた反射Ｘ線強度を差し引いた値を反射Ｘ線強度として算出する検出強度算出手段をさらに備えることを特徴とする付記１に記載のＸ線反射率測定装置。
（付記７）　前記光学系は、光源から照射されたＸ線を集光する集光手段を含むことを特徴とする付記１に記載のＸ線反射率測定装置。
（付記８）　試料に対する入射角を所定の範囲で変化させながらＸ線を照射する工程と、所定の範囲に対応する測定範囲において、前記試料の表面で反射された反射Ｘ線の強度を鏡面反射条件で測定する工程と、鏡面反射条件からずれた非鏡面反射条件で前記反射Ｘ線の強度を測定してバックグラウンドノイズを求める工程と、鏡面反射条件で得られた反射Ｘ線強度から非鏡面反射条件で得られたバックグラウンドノイズを差し引いた値を反射Ｘ線の強度として検出する工程とを含むことを特徴とするＸ線反射率測定方法。
（付記９）前記測定範囲を複数の測定領域に分割する工程と、前記測定領域ごとに異なる厚さの吸収板を挿入する工程とをさらに含み、鏡面反射条件での測定工程と、非鏡面反射条件での測定工程は、測定領域ごとに異なる厚さの吸収板を介して行われることを特徴とする付記８に記載のＸ線反射率測定方法。
（付記１０）前記鏡面反射条件での測定と、非鏡面反射条件での測定は、入射角に対応する測定点ごとに個別に行われることを特徴とする付記８または９に記載のＸ線反射率測定方法。
（付記１１）前記鏡面反射条件での測定と、非鏡面反射条件での測定は、入射角に対応する測定点ごとに、同時に行われることを特徴とする付記８または９に記載のＸ線反射率測定方法。
（付記１２）前記鏡面反射条件での測定は、前記測定範囲全体にわたって連続して行われ、前記非鏡面反射条件での測定は、前記測定範囲全体にわたって連続して行われることを特徴とする付記８または９に記載のＸ線反射率測定方法。
【００７６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のＸ線反射率測定装置および方法によれば、バックグラウンドノイズを効果的に除去し、広角の２θ位置においても反射Ｘ線強度の測定が可能になる。
【００７７】
結果として、極薄膜の特性を正確に評価することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、反射Ｘ線の干渉を説明するための図であり、図１（ｂ）は、２θの位置に現れる反射Ｘ線を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＸ線反射率測定装置の構成例を示す図である。
【図３】図２に示す計数型Ｘ線検出器に代えて、位置敏感Ｘ線検出器（ＰＳＰＣ）を用いる構成例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態で用いられる吸収板の効果を説明するための図であり、図４（ａ）は通常の吸収板を挿入した場合の減衰状態を、図４（ｂ）は本発明にしたがって使用するＸ線波長よりも５ｋｅＶの範囲で高い側に吸収端を有する吸収板を挿入した場合の減衰状態を示すグラフである。
【図５】図２のＸ線反射率測定装置で使用されるアッテネータの変形例として、複数の高次高調波に対応する吸収端を有する合成吸収板を用いた場合の減衰状態を示すグラフである。
【図６】本発明に係るＸ線反射率測定方法の種類を説明するための図であり、図６（ａ）は２θスキャン法を、図６（ｂ）はθスキャン法を示す図である。
【図７】本発明に係るＸ線反射率測定方法の種類を説明するための図であり、位置敏感Ｘ線検出器（ＰＳＰＣ）を用いた位置敏感検出器法を示す図である。
【図８】反射Ｘ線のピーク強度とバックグラウンドノイズの分布を示すグラフである。
【図９】本発明に係るＸ線反射率測定方法において、２θスキャン法を採用した場合の処理フローを示す図である。
【図１０】本発明に係るＸ線反射率測定方法において、θスキャン法を採用した場合の処理フローを示す図である。
【図１１】本発明に係るＸ線反射率測定方法において、位置敏感検出器法を採用した場合の処理フローを示す図である。
【図１２】本発明に係るＸ線反射率測定方法において、全測定範囲に渡って反射Ｘ線のピークを測定した後に、全測定範囲に渡って±Δずれた位置でのバックグラウンドを別途測定する別測定法の処理フローを示す図である。
【符号の説明】
１０　Ｘ線反射率測定装置
１１　光源
１２　光学系
１３　集光ミラー
１４　シャッター
１５　入射スリット
１６　真空パス
１７　検出器スリット
２０　試料
２１　試料位置調整ゴニオメータ
２２　吸収板挿入ユニット
３０　アッテネータ（吸収板）
４０　検出器
４１　位置敏感Ｘ線検出器（ＰＳＰＣ）
【図１】
2004093521.tif 000003
【図２】
2004093521.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004093521.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2004093521.tif 000009
【図８】
2004093521.tif 000010
【図９】
2004093521.tif 000011
【図１０】
2004093521.tif 000012
【図１１】
2004093521.tif 000013
【図１２】
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