(57)【要約】本発明の目的は、空孔または粒子のサイズを短時間で高精度に測定することができる空孔または粒子サイズ分布測定装置を提供することである。多孔質性の絶縁体膜３内に存在する空孔Ｙのサイズ、または薄膜中の粒子のサイズを測定する際に、絶縁体膜３を基板４の表面に形成して成る試料５に対して、入射角度が絶縁体膜３の全反射臨界角度より大きく、かつ基板４の全反射臨界角度の１．３倍を超えない所定の入射角度θｉで、Ｘ線Ｒを絶縁体膜３表面側から照射する。照射されたＸ線のうち、絶縁体膜３に入射して基板４の表面で反射された反射成分が空孔Ｙに入射せずに絶縁体膜３から出射した散乱成分であって、前記反射成分が空孔Ｙに入射せずに絶縁体膜３から出射したときの出射成分よりも出射角度が大きい散乱成分を検出する。
2004061428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に多孔質性の絶縁体膜が形成される基板を測定対象とし、該絶縁体膜内に存在する空孔または粒子のサイズ分布を測定する空孔または粒子サイズ分布測定装置において、
入射角度が該絶縁体膜の全反射臨界角度より大きく、かつ該基板の全反射臨界角度の１．３倍を超えない所定の入射角度で、Ｘ線を該絶縁体膜表面側から照射するＸ線発生手段と、
該Ｘ線発生手段から照射されたＸ線のうち、該絶縁体膜に入射して該基板表面で反射された反射成分が該空孔または粒子に入射して散乱されて該絶縁体膜から出射した散乱成分であって、該反射成分が該空孔または粒子に入射せずに該絶縁体膜から出射したときの出射成分よりも出射角度が大きい散乱成分を検出するＸ線検出手段とを備えることを特徴とする空孔または粒子サイズ分布測定装置。
【請求項２】
前記Ｘ線発生手段は、
線焦点型のＸ線管と、
該Ｘ線管から発生されるＸ線のうち、特定の波長帯域の成分であって、かつ互いに平行な特定の方向成分からなる平行光束を前記所定の入射角度で前記測定対象に入射させるＸ線成分選択手段とを備え、
前記Ｘ線検出手段は、
該測定対象からのＸ線のうち、特定の方向成分のみを通過させるスリットと、
該スリットを通過したＸ線を検出する位置敏感型Ｘ線検出器とを備えることを特徴とする請求項１記載の空孔または粒子サイズ分布測定装置。
【請求項３】
前記Ｘ線発生手段は、
点焦点型のＸ線管と、
該Ｘ線管から発生されるＸ線のうち、特定の波長帯域の成分であって、かつ互いに平行な特定方向の成分からなるＸ線ビームを、前記所定の入射角度で前記測定対象に入射させるＸ線成分選択手段とを備え、
前記Ｘ線検出手段は、該測定対象からのＸ線を検出する位置敏感型Ｘ線検出器を備えることを特徴とする請求項１記載の空孔または粒子サイズ分布測定装置。
【請求項４】
前記Ｘ線検出手段は、前記絶縁体膜に入射して前記基板表面で反射された反射成分が前記空孔または粒子に入射せずに該絶縁体膜から出射される鏡面反射成分が、前記位置敏感型Ｘ線検出器の検出面に入射するのを阻止する反射Ｘ線阻止板を備えることを特徴とする請求項２または３記載の空孔または粒子サイズ分布測定装置。
【請求項５】
前記Ｘ線発生手段は、
Ｘ線発生源と、
該Ｘ線発生源からのＸ線を、前記測定対象上に集光するとともに、前記所定の入射角度で前記測定対象に入射させるＸ線集光手段とを備え、
前記Ｘ線検出手段は、位置敏感型Ｘ線検出器を備えることを特徴とする請求項１記載の空孔または粒子サイズ分布測定装置。
【請求項６】
前記Ｘ線発生手段は、前記測定対象における前記Ｘ線の入射位置の直上に所定の間隔をあけて配置されるＸ線照射範囲制限板を備えること特徴とする請求項５記載の空孔または粒子サイズ分布測定装置。
【請求項７】
表面に多孔質性の絶縁体膜が形成される基板を測定対象とし、該絶縁体膜内に存在する空孔または粒子のサイズ分布を測定する空孔または粒子分布測定装置において、
入射角度が最表面層の全反射臨界角度より大きく、Ｘ線を該絶縁体膜表面側から照射する点焦点のＸ線源と、
散乱Ｘ線を検出する２次元位置敏感型検出器とを含むことを特徴とする空孔または粒子サイズ分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、半導体集積回路の製造工程のうち配線形成工程で使用される極低誘電率絶縁体の形成過程において、絶縁体中の空孔サイズを測定する際などに好適に用いられる空孔または粒子サイズ分布測定装置に関する。
【背景技術】  半導体集積回路に対しては、年々、高速度化、低消費電力化、高集積化を同時に推進することが求められている。そのため、近年では、銅配線の採用によって配線抵抗を低減すると同時に、配線間に存在する絶縁体（絶縁膜）の誘電率を低減すること（Ｌｏｗ−ｋ化）することによって、配線間の寄生容量を低減することが求められている。絶縁体は、半導体基板の表面に薄膜として形成される。半導体などの結晶基板に形成される薄膜にＸ線を照射し、小角反射ビームを受光して、検査を行う薄膜検査装置も提案されている（たとえば、特開昭６０−８８３４１号公報参照。）。小角反射ビームを使用するのは、小角であれば、薄膜であっても、比較的長い距離を通過し、薄膜内部の情報が充分な感度で得られるからである旨が記載されている。
Ｌｏｗ−ｋ化は、まず絶縁体として用いる物質自身として誘電率の低い物質を開発するところから始まったが、さらなる誘電率の低減のため、絶縁体中に微小かつ均一な空孔を形成して多孔質体とすることによって、絶縁体としての実効的な誘電率を下げる技術が実用化されようとしている。
このような多孔質体では、空孔のサイズ分布のバラツキによって、特にことさらに大きな空孔（キラーポア）の存在によって機械的な特性が脆弱になり、絶縁膜形成後のプロセス工程に耐えられなくなったり、キラーポア中に後工程で形成する金属膜の金属材料が入り込んだりして電気的特性を損なったりする。しかも、この空孔サイズ分布は絶縁膜形成時の温度などの条件によって変化するものであるので、形成された絶縁膜の空孔サイズ分布が所定のものとなっていることを計測して確認することは、多孔質低誘電体を半導体集積回路に応用する上で極めて大きな課題となっている。
空孔のサイズ分布（サイズの確率分布）を計測する方法としては、小角Ｘ線散乱法や小角中性子散乱法などが用いられているが、半導体製造工場内で容易に計測できる小角Ｘ線散乱法が、集積回路の製造工程管理用に注目されている。この小角Ｘ線散乱法による空孔のサイズ分布測定を、シンクロトロン放射光を用いずに行う方法が知られている（たとえば、「電子材料」、工業調査会、２００１年５月号、第５６頁〜第６０頁参照。）。「電子材料」、工業調査会、２００１年５月号、第５６頁〜第６０頁には、オフセットスキャン法による反射型小角Ｘ線散乱測定法が記載されている。
なお、小角Ｘ線散乱測定を精度良く行うためには、照射するＸ線の波長と方向とを揃えることが重要である。分光器は、Ｘ線を単色化して収束させるために用いられ、ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）の規則を満たすように面間隔を制御した多層膜を堆積して形成することが知られている（たとえば、特開平８−２２００２７号公報参照。）。Ｘ線光学装置で、楕円反射面を有する多層膜ミラーを分光器に用いて、高精度化する技術も提案されている（たとえば、特開２００１−３５６１９７号公報参照。）。
図３２は、オフセットスキャン法におけるＸ線散乱角度を示す模式図である。オフセットスキャン法とは、入射角度θｉでＸ線Ｒを試料３１の表面に入射させ、検出角度θｅで出射する反射光（散乱光）を検出するようにし、検出角度θｅを入射角度θｉより常に一定のオフセット角度２θｏだけ大きく保ちながら、入射角度θｉおよび検出角度θｅを連続的に変化させていく方法である。なお、散乱角２θｄは、２θｄ＝θｉ＋θｅである。
図３３は、オフセットスキャン法による反射型小角Ｘ線散乱測定法に用いる測定装置の概略的構成を示す構成図である。線焦点型のＸ線管３２から出射されたＸ線Ｒは、分光器３３で所望の波長の成分が選択的に分光される。分光器３３としては、結晶分光器や多層膜分光器が使用され、結晶面に対する入射角度と出射角度とが等しく、かつグラッグの法則を満たす場合のみ、Ｘ線を強く反射する。分光器３３は、測定対象である試料３１に向かう方向の分光成分がソーラースリット３４を介して試料３１に入射されるように設定する。ソーラースリット３４は、Ｘ線Ｒのうち特定方向の成分のみを通過させるものである。
試料３１で反射したＸ線は、ソーラースリット３５および受光スリット３６を介してＸ線検出器３７に入射される。ソーラースリット３５はＸ線のうち特定方向の成分のみを通過させるものであり、受光スリット３６は特定の出射角度のＸ線のみをＸ線検出器３７に入射させるために配置されている。
図３３に示す測定装置では、試料３１を載置する図示しないテーブルの角度を変えることによってＸ線Ｒの入射角度θｉを変えるとともに、Ｘ線検出器３７の受光面の角度を変えることによって検出角度θｅを変えている。
【発明の開示】
図３３に示す測定装置では、試料３１として、半導体基板の表面に絶縁体膜が形成されているものを測定の対象とする。このような測定対象は、後述する図１に示される。図１では、絶縁体膜３が基板４の表面に形成された試料５において、絶縁体膜３中に入射したＸ線Ｒが空孔Ｘによって散乱されて外部に出射したもの（成分）を検出する。なお、Ｘ線の散乱は粒子の存在によっても生じる。
オフセットスキャン法では、入射角度θｉを連続的に変化させ、検出角度θｅも常に一定のオフセット角２θｏだけ大きく保ちながら変化させる。各入射角度θｉごとにＸ線強度測定を行う必要があるので、時間がかかる。
しかも、実際には入射角度θｉが絶縁体膜３の臨界角度θｃ−ｆ（Ｃｕ−Ｋα、波長０．１５４ｎｍのＸ線を使用する場合は０．１〜０．１７度程度）よりも小さい領域では、絶縁体膜３の表面でＸ線が全反射されることによって絶縁体膜３中にＸ線が進入しないので、測定ができない。また、入射角度θｉが臨界角度θｃ−ｆより大きく、かつ基板４の全反射臨界角度θｃ−ｓ（Ｃｕ−Ｋα、波長０．１５４ｎｍのＸ線を使用し、基板材料がシリコンである場合は約０．２２度）より小さい場合は、一旦基板４でＸ線が全反射されるので、反射後に空孔Ｙで散乱される成分が強く重畳されてくるので、測定しづらい。このように、散乱角度が小さい領域で測定が困難であると、空孔サイズの大きい領域の分布決定が困難になる。
さらに、広く散乱されてくるＸ線のうち、極限られた角度成分をソーラースリット３５と受光スリット３６で切り出して検出するので、Ｘ線の利用効率が極めて悪いという問題がある。この影響は、特に散乱角度の大きい領域でＳ／Ｎ（信号／ノイズ）を悪くし、空孔サイズの小さい領域の分布決定を困難にするという問題を招来する。同様の問題は粒子についても生ずる。
本発明の目的は、空孔または粒子のサイズを短時間で高精度に測定することができる空孔または粒子サイズ分布測定装置を提供することである。
本発明は、表面に多孔質性の絶縁体膜が形成される基板を測定対象とし、該絶縁体膜内に存在する空孔または粒子のサイズ分布を測定する空孔または粒子サイズ分布測定装置において、
入射角度が該絶縁体膜の全反射臨界角度より大きく、かつ該基板の全反射臨界角度の１．３倍を超えない所定の入射角度で、Ｘ線を該絶縁体膜表面側から照射するＸ線発生手段と、
該Ｘ線発生手段から照射されたＸ線のうち、該絶縁体膜に入射して該基板表面で反射された反射成分が該空孔または粒子に入射して散乱されて該絶縁体膜から出射した散乱成分であって、該反射成分が該空孔または粒子に入射せずに該絶縁体膜から出射したときの出射成分よりも出射角度が大きい散乱成分を検出するＸ線検出手段とを備えることを特徴とする空孔または粒子サイズ分布測定装置である。
本発明に従えば、Ｘ線発生手段は、絶縁体膜を基板の表面に形成して成る測定対象に対して、入射角度が絶縁体膜の全反射臨界角度より大きく、かつ基板の全反射臨界角度の１．３倍を超えない所定の入射角度で、Ｘ線を絶縁体膜表面側から照射する。上記の範囲内の固定された入射角度でＸ線を測定対象に照射すると、Ｘ線は絶縁体膜中に充分に進入し、なおかつ絶縁体膜と基板との界面で強く反射する。
また、Ｘ線検出手段は、Ｘ線発生手段から照射されたＸ線のうち、絶縁体膜に入射して基板の表面で反射された反射成分が空孔または粒子に入射して散乱されて絶縁体膜から出射した散乱成分であって、前記反射成分が空孔または粒子に入射せずに絶縁体膜から出射したときの出射成分よりも出射角度が大きい散乱成分を検出するように構成されている。つまり、Ｘ線検出手段が主に検出しようとしているのは、絶縁体膜中に入射したＸ線が直接空孔に入射してその空孔または粒子によって上向きに散乱された散乱線分ではなく、絶縁体膜中に入射して一旦基板で反射されたＸ線が空孔または粒子に入射してその空孔または粒子によって上向きに散乱された散乱成分である。
なお、絶縁体膜中に入射したＸ線が直接空孔に入射してその空孔または粒子によって下向きに散乱された後に基板で反射された散乱成分も、散乱成分とほぼ等しい出射角度で出射するが、この散乱成分は、基板での反射角度が大きくなって基板の全反射臨界角度を超えるため、反射率が低く、影響は少ない。また、照射されたＸ線のうち、絶縁体膜表面で反射される鏡面反射成分および絶縁体膜に入射して空孔または粒子に入射することなく基板の表面で反射し、空孔または粒子に入射することなく絶縁体膜から出射する鏡面反射成分よりも小さい出射角度で出射してくる成分は、検出対象としない。
以上のように、測定対象に照射するＸ線の入射角度を固定して空孔または粒子サイズを測定するので、従来技術のように入射角度および検出角度を変化させる場合に比べて短時間で高精度の測定が可能となる。また、基板で反射した後に空孔または粒子で散乱された散乱成分を検出するので、Ｘ線光学系の分解能が高ければ、非常に小さい散乱角度からの測定が可能となる。
また本発明で、前記Ｘ線発生手段は、
線焦点型のＸ線管と、
該Ｘ線管から発生されるＸ線のうち、特定の波長帯域の成分であって、かつ互いに平行な特定の方向成分からなる平行光束を前記所定の入射角度で前記測定対象に入射させるＸ線成分選択手段とを備え、
前記Ｘ線検出手段は、
該測定対象からのＸ線のうち、特定の方向成分のみを通過させるスリットと、
該スリットを通過したＸ線を検出する位置敏感型Ｘ線検出器とを備えることを特徴とする。
本発明に従えば、位置敏感型Ｘ線検出器を利用するので、Ｘ線の強度を位置情報を含む分布として検出して、発生する散乱Ｘ線成分を効率よく検出することができ、短時間で高精度の測定が可能となる。
また本発明で、前記Ｘ線発生手段は、
点焦点型のＸ線管と、
該Ｘ線管から発生されるＸ線のうち、特定の波長帯域の成分であって、かつ互いに平行な特定方向の成分からなるＸ線ビームを、前記所定の入射角度で前記測定対象に入射させるＸ線成分選択手段とを備え、
前記Ｘ線検出手段は、該測定対象からのＸ線を検出する位置敏感型Ｘ線検出器を備えることを特徴とする。
本発明に従えば、Ｘ線検出手段側でスリットを用いずに、Ｘ線発生手段側で点焦点型のＸ線管を用いるようにしたので、散乱角度の大きい領域での検出効率を向上することができる。また、二次元タイプの位置敏感型Ｘ線検出器を用いることによって、散乱情報を二次元的に解析できるので、絶縁体膜中に存在する空孔または粒子などの微細構造に異方性が存在する場合に、それを解析することができる。
また本発明で、前記Ｘ線検出手段は、前記絶縁体膜に入射して前記基板表面で反射された反射成分が前記空孔または粒子に入射せずに該絶縁体膜から出射される鏡面反射成分が、前記位置敏感型Ｘ線検出器の検出面に入射するのを阻止する反射Ｘ線阻止板を備えることを特徴とする。
本発明に従えば、強度が大きい鏡面反射成分が位置敏感型検出器に入射されるのを防ぐことができる。これによって、強度の大きい余分な鏡面反射成分を遮断して本来検出したい散乱成分を正確に検出することができる。
また本発明は、前記Ｘ線発生手段は、
Ｘ線発生源と、
該Ｘ線発生源からのＸ線を、前記測定対象上に集光するとともに、前記所定の入射角度で前記測定対象に入射させるＸ線集光手段とを備え、
前記Ｘ線検出手段は、位置敏感型Ｘ線検出器を備えることを特徴とする。
本発明に従えば、Ｘ線を集光して測定対象となる試料に入射させるので、Ｘ線の利用効率が高まり、良好な測定を行うことができる。また、上記の構成と同様に、散乱角度に対する分解能と検出効率とを両立できるという効果を得ることができる。
また本発明は、前記Ｘ線発生手段は、前記測定対象における前記Ｘ線の入射位置の直上に所定の間隔をあけて配置されるＸ線照射範囲制限板を備えること特徴とする。
本発明に従えば、測定対象となる試料の測定点の真上に所定の間隔をあけてＸ線照射範囲制限板を配置して、試料上での照射範囲を制限することができる。これによって、試料上でＸ線が広い範囲に広がることが防止され、空孔または粒子サイズ分布の試料上での位置依存性を精度よく知ることができる。
さらに本発明は、表面に多孔質性の絶縁体膜が形成される基板を測定対象とし、該絶縁体膜内に存在する空孔または粒子のサイズ分布を測定する空孔または粒子分布測定装置において、
入射角度が最表面層の全反射臨界角度より大きく、Ｘ線を該絶縁体膜表面側から照射する点焦点のＸ線源と、
散乱Ｘ線を検出する２次元位置敏感型検出器とを含むことを特徴とする空孔または粒子サイズ分布測定装置である。
本発明に従えば、点焦点のＸ線源から測定対象表面に低角度でＸ線を照射し、照射面側に出てくる散乱Ｘ線を２次元位置敏感型検出器で検出するので、散乱方向の分布を検出することができ、多孔質性の絶縁体膜の特性の空孔や粒子の分布に対応させることができる。
【図面の簡単な説明】  本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
図１は、本発明の空孔サイズ分布測定装置の概略的構成を示す構成図である。
図２は、空孔サイズ分布測定装置の第１実施例の具体的な構成例を示す構成図である。
図３は、第１実施例におけるＸ線発生手段１の他の構成例を示す斜視図である。
図４は、第１実施例におけるＸ線発生手段１のさらに他の構成例を示す斜視図である。
図５は、キャピラリプレート１０の構成を示す一部切欠斜視図である。
図６は、線焦点型のＸ線管１１からのＸ線Ｒを照射して多孔質試料からの反射Ｘ線を反射Ｘ線阻止板１５を配置せずに検出して得られたＸ線像を示す図である。
図７は、線焦点型のＸ線管１１からのＸ線Ｒを照射して無孔質試料からの反射Ｘ線を反射Ｘ線阻止板１５を配置せずに検出して得られたＸ線像を示す図である。
図８は、散乱成分の散乱角度の大きさと、散乱成分のうちソーラースリット１６を通過する成分との関係を示す模式図である。
図９は、空孔サイズ分布測定装置の第２実施例の具体的な構成例を示す構成図である。
図１０は、第２実施例におけるＸ線発生手段１の他の構成例を示す斜視図である。
図１１は、点焦点型のＸ線管１７からのＸ線Ｒを照射して多孔質試料からの反射Ｘ線を反射Ｘ線阻止板１５を配置せずに検出して得られたＸ線像を示す図である。
図１２は、点焦点型のＸ線管１７からのＸ線Ｒを照射して多孔質試料からの反射Ｘ線を反射Ｘ線阻止板１５を配置して検出して得られたＸ線像を示す図である。
図１３は、点焦点型のＸ線管１７からのＸ線Ｒを照射して無孔質試料からの反射Ｘ線を反射Ｘ線阻止板１５を配置して検出して得られたＸ線像を示す図である。
図１４は、Ｘ線光学系の構成例を示す構成図である。
図１５は、空孔サイズ分布測定装置の第３実施例の具体的な構成例を示す構成図である。
図１６は、第３実施例における他の構成例を示す斜視図である。
図１７は、第３実施例におけるさらに他の構成例を示す斜視図である。
図１８は、本発明の空孔サイズ分布測定装置における実測データを示す図である。
図１９は、散乱Ｘ線強度の散乱ベクトルの大きさｑに対する依存性を示すグラフである。
図２０は、散乱Ｘ線強度の散乱ベクトルの大きさｑに対する依存性を求める概略的な手順を示すフローチャートである。
図２１は、基板４に垂直方向に絶縁体膜３の上面から下面まで貫通する円柱状の空孔が存在する試料５を示す概略斜視図である。
図２２は、照射角度を全反射臨界角度未満にすることによって主に表面の荒れによる散乱を観測したＸ線像を示す図である。
図２３は、平行光学系におけるオフアングル測定を行う場合の概略的な手順を示すフローチャートである。
図２４は、平行光学系におけるオフアングル測定を行う場合の構成例を示す斜視図である。
図２５は、平行光学系におけるオフアングル測定について説明するための模式図である。
図２６は、平行光学系におけるオフアングル測定について説明するための模式図である。
図２７は、Ｘ線入射角度設定の概略的な手順を示すフローチャートである。
図２８は、Ｘ線入射角度設定の途中の段階を示す簡略化した側面断面図である。
図２９は、Ｘ線入射角度設定の途中の段階を示す簡略化した側面断面図である。
図３０は、Ｘ線入射角度設定の途中の段階を示す簡略化した側面断面図である。
図３１は、Ｘ線入射角度設定の途中の段階を示す簡略化した側面断面図である。
図３２は、オフセットスキャン法におけるＸ線散乱角度を示す模式図である。
図３３は、オフセットスキャン法による反射型小角Ｘ線散乱測定法に用いる測定装置の概略的構成を示す構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図１〜図３１で、本発明の実施の形態について説明する。各図に関し、先行する番号の図と対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明は省略することがある。
図１は、本発明の実施の基本形態として、空孔サイズ分布測定装置の概略的構成を示す。空孔サイズ分布測定装置は、小角Ｘ線散乱法を利用して、多孔質性の絶縁体膜３内に存在する空孔Ｙのサイズ（の確率）分布を測定する装置であり、大略的に、Ｘ線発生手段１とＸ線検出手段２とを備えて構成されている。
Ｘ線発生手段１は、絶縁体膜３を基板４の表面に形成して成る測定対象である試料５に対して、入射角度θｉが絶縁体膜３の全反射臨界角度より大きく、かつ基板４の全反射臨界角度の１．３倍を超えない所定の入射角度θｉで、Ｘ線Ｒを絶縁体膜３表面側から照射するように構成されている。上記の範囲内の固定された入射角度θｉでＸ線Ｒを試料５に照射すると、Ｘ線Ｒは絶縁体膜３中に充分に進入し、なおかつ絶縁体膜３と基板４との界面で強く反射する。
また、Ｘ線検出手段２は、Ｘ線発生手段１から照射されるＸ線Ｒのうち、絶縁体膜３に入射して基板４の表面で反射される反射成分が空孔Ｙに入射して散乱されて絶縁体膜３から出射する成分Ａ，Ｂ，Ｃのうち、反射成分が空孔Ｙに入射せずに絶縁体膜３から出射するときの出射成分Ａよりも、空孔Ｙによる散乱で出射角度が大きくなる散乱成分Ｂを検出するように構成されている。つまり、Ｘ線検出手段２が主に検出しようとしているのは、絶縁体膜３中に入射したＸ線Ｒが直接空孔Ｘに入射してその空孔Ｘによって上向きに散乱された散乱線分Ｆではなく、絶縁体膜３中に入射して一旦基板４で反射されたＸ線が空孔Ｙに入射してその空孔Ｙによって上向きに散乱された散乱成分Ｂである。
なお、絶縁体膜３中に入射したＸ線Ｒが直接空孔Ｘに入射してその空孔Ｘによって下向きに散乱された後に基板４で反射された散乱成分Ｄも、散乱成分Ｂとほぼ等しい出射角度で出射するが、この散乱成分Ｄは、基板４での反射角度が大きくなって基板４の全反射臨界角度を超えるため、反射率が低く、影響は少ない。また、照射されたＸ線Ｒのうち、絶縁体膜３表面で反射される鏡面反射成分Ｇおよび絶縁体膜３に入射して空孔Ｘ，Ｙに入射することなく基板４の表面で反射し、空孔Ｘ，Ｙに入射することなく絶縁体膜３から出射する鏡面反射成分Ａよりも小さい出射角度で出射してくる成分Ｃ，Ｅは、検出対象としない。
上記の説明では、絶縁体膜３中に入射したＸ線Ｒが直接空孔Ｘに入射してその空孔Ｘによって上向きに散乱された散乱線分Ｆは、主な検出対象としないとしたが、実際は散乱成分Ｆは、主な検出対象である散乱成分Ｂに重畳されてくる。同一の検出角度θｅで見たとき、散乱成分Ｂに対応する散乱角度θｄ−Ｂは（θｅ−θｉ）／２である。空孔Ｙによる散乱が無ければ、出射角度θｉで出射するのに対し、検出角度θｅで出射し、その差の２倍が散乱角度θｄ−Ｂとなるからである。散乱成分Ｆに対応する散乱角度θｄ−Ｆは（θｅ＋θｉ）／２である。空孔Ｘによる散乱が無ければ、出射側から見て基板４の表面に対して−θｉの角度で進行するのに対して、検出角度θｅで出射し、その差の２倍が散乱角度θｄ−Ｆと成るからである。両者の差はθｉであり、散乱角度θｄ−Ｆの方が大きい。一般に散乱角度が大きくなるほど散乱確率が小さくなる傾向があるので、散乱成分Ｆの検出強度は散乱成分Ｂに比較して小さく、その影響は大きくない。しかしながら、より正確なデータ処理を行う場合は、散乱Ｘ線強度の散乱角度依存データに、θｉだけ散乱角度がシフトしたイメージが重畳されているものとして、ソフトウエアによる除去処理を行えばよい。
なお、空孔の代りにコロイド等の粒子の分布を測定することもできる。粒子の場合は、空孔に比べて屈折の方向が逆になることを考慮すればよい。
【実施例１】  図２は、空孔サイズ分布測定装置の第１実施例の具体的な構成を示す。Ｘ線発生手段１は、線焦点型のＸ線管１１と、分光器１２と、ソーラースリット１３とを備えて構成されている。Ｘ線検出手段２は、位置敏感型Ｘ線検出器１４と、反射Ｘ線阻止板１５と、ソーラースリット１６とを備えて構成されている。なお、ここでのＸ線発生手段１は、特定の波長または波長帯域の成分であって、かつ互いに平行な特定の方向成分からなる略線状の平行光束を入射角度θｉで試料５に入射させるものである。
線焦点型のＸ線管１１は、線状の陰極から発生した電子を陽極に当て、それをより細く長く見える方向に配置した窓を通して斜めに出射させるものである。Ｘ線管１１から出射されたＸ線Ｒは、分光器１２によって測定対象である試料５に向けて光路が変更され、ソーラースリット１３を介して試料５に所定の入射角度θｉで入射される。たとえば、Ｃｕ−Ｋαを利用する場合は、シリコン基板４に対して、０．１５〜０．２５度の入射角度θｉで入射させる。このように固定された入射角度θｉでＸ線Ｒを試料５に照射すると、Ｘ線Ｒは絶縁体膜３中に充分に進入し、なおかつ絶縁体膜３と基板４との界面で強く反射する。
なお、線焦点型のＸ線管１１は、後述する点焦点型のＸ線管と同一の封入型Ｘ線管球で、Ｘ線を取出す窓を異ならせて実現することができる。封入型Ｘ線管球は、大略的に円筒状であり、内部は高度の真空に保たれている。銀（Ａｇ）製などの陽極は内部で水冷され、表面にターゲットとなる銅（Ｃｕ）などの陽極元素がメッキされている。フィラメントから熱電子を発生させ、陽極上で、ライン状にフォーカスさせる。陽極で発生するＸ線は、所定の取出し角（ｔａｋｅ−ｏｆｆ  ａｎｇｌｅ，ｇｌａｎｃｉｎｇ  ａｎｇｌｅ）で側方に取出され、四方の側面に設けられるベリリウム（Ｂｅ）製の窓を通して外部に出射される。窓の位置に応じて、線焦点型のＸ線管１１として使用することもでき、点焦点型のＸ線管として使用することもできる。
分光器１２は、たとえば、シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）などの結晶で構成してもよいし、タングステン（Ｗ）とシリコンなど２種の物質を交互に堆積した多層膜分光素子で構成してもよい。また、平行性をさらに高める目的で、上記の結晶や多層膜分光素子を複数個用いて多重回の反射を起こさせるように分光器１２を構成してもよい。また、ソーラースリット１３は、入射Ｘ線Ｒのうち特定方向の成分のみを通過させるものであり、多数の薄い板またはフィルムの間に均一な厚みのスペーサを挟んで積み重ねて平行に配置したものである。
試料で反射したＸ線は、ソーラースリット１６を介して位置敏感型Ｘ線検出器１４に入射される。位置敏感型Ｘ線検出器１４は、検出面に照射されるＸ線がどの位置で受光されるかという情報を得ることができる検出器である。位置敏感型Ｘ線検出器１４には、複数の検出素子をアレー状に並べて形成され、検出素子毎の検出出力から照射位置をデジタル情報として得ることができるものと、検出面へのＸ線の照射位置に応じて電気的な出力がアナログ量として変化し、照射位置情報をアナログ情報として得ることができるものとがある。受光面に複数の検出素子を並べる形式では、各検出素子は、Ｘ線を波長変換する蛍光物質などと、受光素子とで構成される。各受光素子からの受光出力は蓄積され、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）で一定時間毎に転送され、シリアルのデジタル信号として出力される。デジタル情報を得る位置敏感型Ｘ線検出器１４は、光検出器ではＣＣＤカメラ等に使用される撮像素子に相当し、一次元タイプと、二次元タイプとがある。アナログ情報を得るものは、複写機等に使用されている位置敏感光検出器等に相当する。位置敏感型Ｘ線検出器１４についてのさらに詳しい情報は、後述する。ソーラースリット１６は、入射Ｘ線のうち特定方向の成分のみを通過させるものであり、ソーラースリット１３と同じ構成である。
また、反射Ｘ線阻止板１５は、特定の出射角度の反射Ｘ線成分をＸ線検出器１４に入射させないようにするために配置されている。反射Ｘ線成分の入射を阻止するのは、散乱Ｘ線成分に比べて極度に強い鏡面反射Ｘ線成分が位置敏感型Ｘ線検出器１４に入射すると、位置敏感型Ｘ線検出器１４内でＸ線の散乱が生じたり、電気的に擾乱を与えたりして、散乱Ｘ線成分の検出を妨害するためである。なお、反射Ｘ線成分を一定比率で透過させるようにして、反射Ｘ線成分の位置を検出するようにしてもよい。また、鏡面反射Ｘ線成分による影響が問題とならないＸ線検出器であれば、反射Ｘ線阻止板１５は用いなくてもよい。
図３は、Ｘ線発生手段１の他の構成例を示す斜視図である。図３に示す構成では、図２の構成に加えて、分光器１２とソーラースリット１３との間にスリット１９を追加したものである。スリット１９は、１つの細長い直線状の透孔を有するいわゆる一文字様のスリットであり、前記透孔の長手方向がソーラースリット１３を構成する平板の表面に対して直交するように配置される。スリット１９としては、たとえば、Ｘ線を阻止することのできる材料（タングステン、タンタル（Ｔａ）、銀など）からなる２枚の板を所望の空隙をあけて配置することによって１つの細長い直線上の透孔を形成したものを用いることができる。スリット１９を配置することによって、図２の構成と比較して、平行性が良好なＸ線の平行光束を得ることができる。
図３の構成例では、Ｘ線管１１→分光器１２→スリット１９→ソーラースリット１３の順で配置されているが、ソーラースリット１３は図３に示すｘｙ平面に投影したときに一定方向のＸ線のみを通過させるのが役割であるので、光路中のどの位置にあってもよい。また、スリット１９は、分光器１２で回折されてきたＸ線のうち特定の回折角度（＝ｙｚ面に投影されたときの方向）、すなわち波長を選択する役割であるので、分光器１２よりも後段に配置する必要がある。したがって、図３に示した順序の配置以外に、次のような順序で配置してもよい。
Ｘ線管１１→分光器１２→ソーラースリット１３→スリット１９
Ｘ線管１１→ソーラースリット１３→分光器１２→スリット１９
また、ソーラースリット１３およびスリット１９のうち、どちらか一方を省略することによって強いＸ線強度を得ることができるが、下記の表１のような性能上の制約を生じる。
【表１】
2004061428.tif 000003
したがって、ソーラースリット１３とスリット１９とをともに用いることが最も好ましいが、いずれか一方を省略してもよい。
図４は、Ｘ線発生手段１のさらに他の構成例を示す斜視図である。図４に示す構成では、Ｘ線発生手段１は、分光器１２を用いずに、Ｘ線管１１と、スリット１９と、ソーラースリット１３と、フィルタ２０とをこの順番で配置して構成されている。この構成では、フィルタ２０を用いることによって、所定の波長帯域以外のＸ線成分を減衰させ、所定の波長帯域のＸ線成分を発生させるようにしている。フィルタ２０は、たとえば所定の波長帯域より少し短い波長帯域をＸ線吸収端に持つ物質を、厚みを調整して用いる。Ｃｕ−Ｋα特性線を照射に用いる場合は、Ｃｕ−Ｋαより短くＣｕ−Ｋβより長い波長帯域をＫ吸収端とするニッケルの箔が一般的に用いられる。
図４の構成では、Ｘ線管１１→スリット１９→ソーラースリット１３→フィルタ２０の順序で配置されているが、ソーラースリット１３は図４に示すｘｙ平面に投影したときに一定方向のＸ線のみを通すのが役割であるので、光路中のどの位置にあってもよい。また、スリット１９はｙｚ面に投影されたときの一定方向のＸ線のみを通過させる役割であるので、光路中のどの位置にあってもよい。さらに、フィルタ２０は発生したＸ線の目的外の波長帯域成分を減衰させる役割を持つものであるので、光路中のどの位置にあってもよい。このことから、図４に示す構成以外に、これら３つの要素の順序を任意に入れ替えた構成としてもよい。構成の数は、全部で６通り存在する。なお、フィルタ２０に関しては、検出側すなわち測定対象物である試料５とＸ線検出手段２との間に配置しても同じ効果を得ることができる。
また、ソーラースリット１３とスリット１９とを組み合わせて用いることに代えて、キャピラリプレートまたはポリキャピラリを用いることができる。これは、これらの素子がＸ線の３次元内での単一方向成分のみを通過させる特性を持つためである。
キャピラリプレート１０は、図５に示すように、ガラス板１０ａに内径数μｍから数十μｍの貫通孔１０ｂを多数規則的に配置したものである。また、ポリキャピラリは、数μｍから数十μｍの内径を持つガラス管を多数規則的に配置して束ねたものである。
図６は、線焦点型のＸ線管１１からのＸ線Ｒを照射して多孔質試料からの反射Ｘ線を反射Ｘ線阻止板１５を配置せずに検出して得られたＸ線像を示す図であり、図７は線焦点型のＸ線管１１からのＸ線Ｒを照射して無孔質試料からの反射Ｘ線を反射Ｘ線阻止板１５を配置せずに検出して得られたＸ線像を示す図である。図６および図７を比較すればわかるように、図６のＸ線像には、強い鏡面反射Ｘ線とともに、散乱Ｘ線強度の角度依存性が記録されていることがわかる。
以上のように第１実施例によれば、試料５に照射するＸ線Ｒの入射角度θｉを固定して空孔サイズ分布を測定するので、従来技術のように入射角度および検出角度を変化させる場合に比べて短時間で高精度の測定が可能となる。また、位置敏感型Ｘ線検出器１４を利用するので、発生する散乱Ｘ線成分を効率よく検出することができ、短時間で高精度の測定が可能となる。さらに、基板４で反射した後に空孔Ｙで散乱された散乱成分Ｂを検出するので、Ｘ線光学系の分解能が高ければ、非常に小さい散乱角度からの測定が可能となる。
【実施例２】  上記のような構成の空孔サイズ分布測定装置では、従来の装置に比べて高精度かつ高速での測定が可能になる。ここで、散乱成分のＸ線強度が低く、散乱角度が大きい領域での検出効率について検討してみる。図８に示すように、散乱角度が大きい散乱成分ＢＬは、散乱角度の小さい散乱成分ＢＳに比べて大きく広がるので、散乱成分ＢＬのうちソーラースリット１６を通過する成分ＢＬｔは、散乱成分ＢＳのうちソーラースリット１６を通過する線分ＢＳｔより少ないことがわかる。つまり、散乱角度が大きい散乱成分ほど多くの成分がソーラースリット１６によって阻止されてＸ線検出器１４に届いていないことがわかる。
そこで、本発明の第２実施例は、ソーラースリット１６を用いずにＸ線検出手段２を構成するとともに、点焦点型のＸ線管１７でＸ線発生手段１を構成している。図９は、空孔サイズ分布測定装置の第２実施例の具体的な構成例を示す。
Ｘ線発生手段１は、点焦点型のＸ線管１７と、分光器１２と、小孔１８ａを有するＸ線通過板１８とを備えて構成されている。Ｘ線検出手段２は、位置敏感型Ｘ線検出器１４と、反射Ｘ線阻止板１５とを備えて構成されている。なお、ここでのＸ線発生手段１は、特定の波長または波長帯域の成分であって、かつ互いに平行な特定方向の成分からなる断面略円形のＸ線ビームを、入射角度θｉで測定対象である試料５に入射させるものである。
点焦点型のＸ線管１７は、なるべく小さく集中させた電子線を陽極に当てて発生したＸ線を窓から出射させるもの、または線状の陰極から発生した電子を陽極に当てて、それをＸ線イメージが短く見える方向に低い角度で出射するように配置した窓から斜めに出射させるものである。点焦点型のＸ線管１７は、前述のように、線焦点型のＸ線管１１と同一の封入型Ｘ線管球で、Ｘ線を出射する窓を９０°異ならせて実現することもできる。
Ｘ線管１７から出射されたＸ線Ｒは、分光器１２によって測定対象である試料５に向けて光路が変更され、Ｘ線通過板１８（小孔１８ａ）を介して試料５に所定の入射角度で入射される。たとえば、Ｃｕ−Ｋαを利用する場合は、シリコン基板４に対して、０．１５〜０．２５度の入射角度で入射させる。このように固定された入射角度でＸ線を試料５に照射すると、Ｘ線は絶縁体膜３中に充分に進入し、なおかつ絶縁体膜３と基板４との界面で強く反射する。
分光器１２は、第１実施例と同じものを用いる。小孔１８ａを有するＸ線通過板１８は、Ｘ線を阻止することのできる材料からなる板に所望の大きさの小孔１８ａを形成してなり、入射Ｘ線のうち特定領域の成分のみを通過させるものであり、いわゆるアパーチャやピンホール板と称されるものと同じ構成である。また、Ｘ前通過板１８は、前述の図３および図４に示したスリット１９を２組直交するように配置して構成することもできる。小孔１８ａの大きさは、Ｘ線管１７の実効焦点サイズと同サイズが基準となるが、より小さくすることでより細いＸ線ビームを得ることもできる。小孔１８ａの数は１以上であればよい。また、小孔１８ａを有するＸ線通過板１８に代えて、ソーラースリットを用いてもよい。
試料５で反射したＸ線は、位置敏感型Ｘ線検出器１４に入射される。位置敏感型Ｘ線検出器１４は、二次元タイプを用いる。また、反射Ｘ線阻止板１５は、特定の出射角度の反射Ｘ線成分をＸ線検出器１４に入射させないようにするために配置されている。反射Ｘ線成分の入射を阻止するのは、散乱Ｘ線成分に比べて極度に強い鏡面反射Ｘ線成分が位置敏感型Ｘ線検出器１４に入射すると、位置敏感型Ｘ線検出器１４内でＸ線の散乱が生じたり、電気的に擾乱を与えたりして、散乱Ｘ線成分の検出を妨害するためである。なお、反射Ｘ線成分を一定比率で透過させるようにして、反射Ｘ線成分の位置を検出するようにしてもよい。
図１０は、Ｘ線発生手段１のさらに他の構成を示す斜視図である。図１０の構成では、分光器１２を用いずに、Ｘ線管１７と、Ｘ線通過板１８と、フィルタ２０とをこの順序で配置して構成されている。フィルタ２０は、図４で説明したものと同じものである。
フィルタ２０は発生したＸ線の目的外の波長帯域成分を減衰させる役割であるので、光路中のどの位置にあってもよい。したがって、Ｘ線管１７、フィルタ２０、Ｘ線通過板１８の順番で配置して構成してもよい。なお、フィルタ２０に関しては、検出側すなわち測定対象物である試料５とＸ線検出手段２との間に配置しても同じ効果を得ることができる。
また、Ｘ線発生手段１として、Ｘ線レーザー発生器を用いてもよい。Ｘ線レーザー発生器は空間分布が小さくなおかつ平行性の良い特定の波長帯域（単色）のＸ線ビームを発生する点で、理想的なＸ線発生手段である。ただし、図９および図１０に示す構成に比べて、価格・大きさ・メンテナンス性等の点で制約が多い。
図１１〜図１３は、上述した空孔サイズ分布測定装置によって検出されたＸ線像を示す図である。図１１は、点焦点型のＸ線管１７からのＸ線Ｒを照射して多孔質試料からの反射Ｘ線を反射Ｘ線阻止板１５を配置せずに検出して得られたＸ線像を示す図であり、図１２は、点焦点型のＸ線管１７からのＸ線Ｒを照射して多孔質試料からの反射Ｘ線を反射Ｘ線阻止板１５を配置して検出して得られたＸ線像を示す図であり、図１３は、点焦点型のＸ線管１７からのＸ線Ｒを照射して無孔質試料からの反射Ｘ線を反射Ｘ線阻止板１５を配置して検出して得られたＸ線像を示す図である。
図１１と図１２とを比較してわかるように、反射Ｘ線阻止板１５を配置したことによって、散乱角度の小さい散乱成分まで検出することができる。また、図１２と図１３とを比較してわかるように、本実施例の空孔サイズ分布測定装置では、空孔による散乱成分を明瞭に検出することができる。
以上のような第２実施例においても、第１実施例と同様の効果が得られることはもちろんである。特に、第２実施例においては、Ｘ線検出手段２側でソーラースリットを用いずに、Ｘ線発生手段１側で点焦点型のＸ線管１７を用いるようにしたので、散乱角度の大きい領域での検出効率を向上することができる。また、二次元タイプの位置敏感型Ｘ線検出器１４を用いることによって、散乱情報を二次元的に解析できるので、絶縁体膜３中に存在する空孔Ｘ，Ｙなどの微細構造に異方性が存在する場合に、それを解析することができる。
さらに、第２実施例では、反射を伴わない散乱成分は、測定対象である反射を伴う散乱成分のＸ線像とは、入射角度θｉの２倍だけずれたＸ線像として検出される。この反射を伴わない散乱成分のＸ線像は、反射を伴う散乱成分のＸ線像を基に、画像演算で除去することができる。
【実施例３】  以上で説明している第１および第２の実施例では、互いに平行なＸ線の光束を試料に照射する場合について説明したけれども、図１４に示すように、点焦点型のＸ線管１７から広がるＸ線を、Ｘ線集光素子２２とアパーチャ２３とを用いて１点に集光する集光Ｘ線光学系を構成し、その集光点に位置敏感型Ｘ線検出器１４を配置し、その中間位置に試料Ｍを置くことで、散乱角度に対する分解能と検出効率とを両立できることが知られている。図１４は、上記の集光Ｘ線光学系の構成例を示す構成図である。
そこで、第３実施例では、上記の集光Ｘ線光学系を利用して空孔サイズ分布測定装置を構成している。第３実施例では、Ｘ線発生手段１は、Ｘ線を測定対象である試料５上に点状または線状に集光するとともに、入射角度θｉで試料５に入射させるものである。
集光Ｘ線光学系を利用する場合、点焦点型または線焦点型のＸ線発生源と一次元または二次元集光素子との組み合わせと、この組み合わせによる焦点形状とを考慮する必要がある。ここでは、一方向に湾曲している集光素子を一次元集光素子、二方向に湾曲している集光素子を二次元集光素子と規定する。
Ｘ線集光の形態には、放物型と楕円型の２つの形態がある。放物型は、Ｘ線発生源を反射体がその一部に沿っている放物面（回転放物面）の焦点上に置き、放物面（回転放物面）の中心軸の平行な出射ビームを得る方法である。楕円型は、Ｘ線発生源を反射体がその一部に沿っている楕円面（回転楕円面）の一焦点に置き、他方の焦点上に集光する出射ビームを得る方法である。
図１５は、線焦点型Ｘ線発生源と一次元集光素子（楕円型）との組み合わせによって線状のＸ線集光を実現する構成例を示す図である。この構成は、集光によってＸ線効率を高めている以外の構成・特性は、第１実施例と同じである。
図１５では、Ｘ線発生手段１は、線焦点型のＸ線管１１と、一次元Ｘ線集光素子２２ａと、スリット２６と、ソーラースリット１３とを備えて構成され、Ｘ線検出手段２は、ソーラースリット１６と、一次元または二次元タイプの位置敏感型Ｘ線検出器１４とを備えて構成される。
線焦点型のＸ線管１７から出射されたＸ線Ｒは、一次元Ｘ線集光素子２２ａとスリット２６とソーラースリット１６とによって集光されて、測定対象である試料５に所定の入射角度で入射される。試料５は、図示しないテーブルに載置されており、試料５を傾斜させることによって照射されるＸ線の入射角度を設定する。たとえば、Ｃｕ−Ｋαを利用する場合は、シリコン基板４に対して、０．１５〜０．２５度の入射角度で入射させる。このように固定された入射角度でＸ線Ｒを試料５に照射すると、Ｘ線Ｒは絶縁体膜３中に充分に進入し、なおかつ絶縁体膜３と基板４との界面で強く反射する。試料５で反射したＸ線は、ソーラースリット１６を介して、位置敏感型Ｘ線検出器１４に入射される。
図１６は、点焦点型Ｘ線発生源と二次元集光素子（楕円型）との組み合わせによって点状のＸ線集光を実現する構成例を示す図である。この構成は、この構成は集光によってＸ線効率を高めている以外の構成・特性は、第２実施例と同じである。
図１６では、Ｘ線発生手段１は、点焦点型のＸ線管１７と、二次元Ｘ線集光素子２２ｂと、アパーチャ２３とを備えて構成され、Ｘ線検出手段２は、二次元タイプの位置敏感型Ｘ線検出器１４を備えて構成される。
点焦点型のＸ線管１７から出射されたＸ線Ｒは、二次元Ｘ線集光素子２２ｂとアパーチャ２３とによって集光されて、測定対象である試料５に所定の入射角度で入射される。試料５は、図示しないテーブルに載置されており、試料５を傾斜させることによって照射されるＸ線の入射角度を設定する。たとえば、Ｃｕ−Ｋαを利用する場合は、シリコン基板４に対して、０．１５〜０．２５度の入射角度で入射させる。このように固定された入射角度でＸ線を試料５に照射すると、Ｘ線Ｒは絶縁体膜３中に充分に進入し、なおかつ絶縁体膜３と基板４との界面で強く反射する。試料５で反射したＸ線は、位置敏感型Ｘ線検出器１４に入射される。
しかしながら、図１５および図１６の構成では、測定位置においてＸ線が一定の広がりを持ち、かつ入射角度が極めて低いので、Ｘ線が試料５上の広い範囲に広がってしまう。このことは、空孔サイズ分布の試料上での位置依存性を知りたい場合に障害となる。この障害は、Ｘ線の照射範囲を制限することによって取り除くことができる。Ｘ線の照射範囲を制限する手段として、たとえば図１６の構成では、アパーチャ２３の縦方向の開口を制限することによって照射角度の広がりのうちの縦方向を制限する手段が考えられる。しかし、この手段では、点焦点型のＸ線管１７が有限の大きさを持っている場合に、アパーチャ２３を通過した後にＸ線が再度広がってしまうという現象を回避できない。
そこで、図１５（ｂ）および図１６（ｂ）に示すように、試料５の測定点の真上（表面に対して垂直方向）に、Ｘ線照射範囲制限板２４を配置し、試料５表面との空隙を調整することによって、試料５上での所望の照射範囲を得ることが望ましい。なお、Ｘ線照射範囲制限板２４と試料５表面との空隙ｄと、入射角度θｉと、試料５上でのＸ線の照射長Ｉとの間には、Ｉ＝２×ｄ／ｓｉｎθｉの関係があり、入射角度θｉ＝０．２度、照射長Ｉ＝３０ｍｍの場合は、空隙ｄは５２μｍとなる。
なお、理論的には図１５および図１６の構成以外に、点焦点型Ｘ線発生源と一次元集光素子（楕円型）との組み合わせによって点状の焦点を得る構成が考えられる。図１７は、点焦点型Ｘ線発生源と一次元集光素子（楕円型）との組み合わせによって点状の焦点を得る構成例を示す図である。ここでは、点焦点型のＸ線管１７と、一次元Ｘ線集光素子２２ａとで構成している。この構成は、集光によってＸ線効率を高めている以外の構成・特性は、第２実施例と同じである。
図１７に示す構成を取るメリットは、一次元集光素子が二次元集光素子に比べて安価である点であるが、Ｘ線利用効率の点では二次元集光素子を用いた場合に比べて劣る。なお、集光する方向は２とおり考えられるが、図１５および図１６の構成でＸ線照射範囲制限板２４の挿入を試みているように、試料に垂直な面内での集光は、試料上での照射範囲が広がってしまうので、略水平方向の面内での集光を選択するの望ましい。
その他の組み合わせの可能性を以下の表２に示す。
【表２】
2004061428.tif 000004
表２において、番号３は、番号７と同じで、点焦点型Ｘ線発生源と楕円型一次元集光素子とを使用するものであるが、両者を比較すると照射領域の広がりを避けられる点で、番号７の方が有利である。
また、番号４は、点焦点型Ｘ線発生源と放物型一次元集光素子とを使用して幅のある平行ビームを作り出すものであり、第１実施例のＸ線発生手段として適用が可能であるが、Ｘ線利用効率が番号１０の線焦点利用の場合と同等であるので、より高価な素子を使用して複雑な調整機構を設ける分だけ、コストが上昇してしまう。
番号６は、点焦点型Ｘ線発生源と一方向放物型一方向楕円型の二次元集光素子とを使用して幅のある一方向集光ビームを作り出すものであるが、Ｘ線利用効率が番号１１の線焦点利用の場合と同等であるので、より高価な素子を使用して複雑な調整機構を設ける分だけ、コストが上昇してしまう。
ところで、図１５に示す構成は、Ｘ線を一方向（図中ｚ方向）に集光し、別の方向（図中ｘ方向）には平行で一定長の線分に集光する照射ビームを得る構成例である。この構成では、線焦点型のＸ線管１１と、Ｘ線回折現象を利用した湾曲型分光器である一次元Ｘ線集光素子２２ａと、ソーラースリット１３とを基本的に備える。さらにこの構成では、所定の幅（ｚ方向長さ）の透孔を持ったスリット２６を備えることが望ましい。
線焦点型のＸ線管１１は、線状の陰極から発生した電子を陽極に当てて、それをより細く長く見える方向に配置した窓を通して斜め方向に出射させるものである。一次元Ｘ線集光素子２２ａは、たとえば楕円面にタングステンとシリコンなど２種の物質を交互に堆積した湾曲型多層膜分光素子を使用することができる。ここで使用される一次元Ｘ線集光素子２２ａの特徴としては、次の２つの特性を同時に実現する必要がある。
（１）Ｘ線の利用効率の観点から、線焦点型のＸ線管１１から一次元Ｘ線集光素子２２ａをにらむ角度は大きいほど良い。また、線焦点型のＸ線管１１と一次元Ｘ線集光素子２２ａとの距離は小さいほど、Ｘ線利用効率を上げられる。
（２）角度広がりの観点から、集光点から一次元Ｘ線集光素子２２ａをにらむ角度は小さいほど良い。また、本実施例では０．２度といった極低入射角度でＸ線を入射するので、試料５の上方にはスリット２６や一次元Ｘ線集光素子２２ａ等を配置することは不可能であり、測定点と一次元Ｘ線集光素子２２ａとの距離は円形の試料５の半径より大きな値となる。
シリコンやゲルマニウムといった結晶を用いて構成するＸ線集光光学系では、Ｘ線管と集光素子、集光素子と集光点の距離が互いに等しくなるので、上記の２つの特性を同時に満たすことは困難となる。この問題を解決する方法としてはＸ線発生点とＸ線集光点を２つの焦点とする楕円面上に、各反射点でブラッグの規則を満たすように面間隔を制御した多層膜を堆積した集光素子（分光手段）の使用が有効であり、特開平８−２２００２７号公報などにより詳しく説明がなされている。
ソーラースリット１３は、多数の薄い板またはフィルムの間に均一な厚みのスペーサを挟んで積み重ねて平行に配置したものであり、図２〜図３で説明したものと同じものである。また、スリット２６は、Ｘ線を阻止することのできる材料（タングステン、タンタル、銀など）からなる２枚の板を所望の間隔をあけて配置して、２枚の板の間の空隙からＸ線を通過させるものである。
図１５では、Ｘ線管１１→集光素子２２ａ→スリット２６→ソーラースリット１３の順で配置されているが、ソーラースリット１３は図１５に示すｘｙ平面に投影したときに一定方向のＸ線のみを通過させるのが役割であるので、光路中のどの位置にあってもよい。また、スリット２６は集光素子２２ａで回折されてきたＸ線のうち特定の回折角度（＝ｙｚ面に投影されたときの方向）、すなわち特定の波長帯域を選択する役割であるので、集光素子２２ａより後段に配置する必要がある。したがって、図１５に示す配置順序以外に、次のような順序で配置してもよい。
Ｘ線管１１→集光素子２２ａ→ソーラースリット１３→スリット２６
Ｘ線管１１→ソーラースリット１３→集光素子２２ａ→スリット２６
また図１６に示す構成は、二方向（図中ｚ、ｘ方向またはいずれか一方向）に集光し、点状の集光点を持つ照射ビームを得るものである。Ｘ線発生手段１は、点焦点型のＸ線管１７と、Ｘ線回折現象を利用した湾曲型分光器である二次元Ｘ線集光素子２２ｂと、アパーチャ２３とを備える。
点焦点型のＸ線管１７は、なるべく小さく集中させた電子線を陽極に当てて発生したＸ線を窓から出射させるもの、または線状の陰極から発生した電子を陽極に当てて、それをＸ線イメージが短く見える方向に低い角度で出射するように配置した窓を通して斜め方向に出射させるものである。
Ｘ線集光素子は、図１５で説明したような一方向に湾曲した楕円面型多層膜を用いた場合は、点状のＸ線源から発生したＸ線を一方向に集光して効率よく利用しながら一点に集光することができる。しかし、二方向に集光させる二次元Ｘ線集光素子２２ｂを用いれば、さらにＸ線の利用効率を高めることが可能となる。このようなＸ線光学系には次のような２種類が知られている。
（ａ）Ｘ線発生点と集光点を２つの焦点とする回転楕円面上に各反射点でブラッグの規則を満たすように面間隔を制御した多層膜を堆積したもの。
（ｂ）図１５で説明したような楕円面型分光器である一次元Ｘ線集光素子２２ａを２個直角に組み合わせてＸ線を各集光素子２２ａで１回ずつ反射させることで２方向の集光を実現するもの（特開２００１−３５６１９７号公報に図示されているもの）。
アパーチャ２３は、Ｘ線を阻止することのできる材料からなる板に所望の大きさの孔を作ってＸ線を通過させるものである。図３および図４で説明したスリット１９のように、１つの細長い直線状の透孔を有するスリットを２組組み合わせて構成してもよい。
以上のような第３実施例においても、上記の第１および第２実施例と同様に、散乱角度に対する分解能と検出効率とを両立できるという効果を得ることができる。
上述したような集光型のＸ線発生手段１を用いる場合、集光点をどの位置に設定するかが問題となる。上記のように集光点をＸ線検出器１４の検出面上に設定した場合は、測定データの角度分解能を最良にすることができる。一方、集光点を試料５の表面（測定点）に設定した場合は、なるべく狭い領域を選択的に測定したいときに有効であるが、角度分解能は低下する。したがって、角度分解能と測定領域の選択性とのバランスを考慮する場合は、集光点を、Ｘ線検出器１４の検出面と試料５の表面との間に設定すればよい。たとえば、角度分解能と測定領域の選択性との双方をバランスよく確保したい場合は、Ｘ線検出器１４の検出面と試料５の表面との中間位置に設定すればよい。
【実施例４】  以上で説明している第１、第２および第３の実施例では、それぞれＸ線の入射角度を極低角度に設定して、Ｘ線を絶縁体膜３と基板４との界面で強く反射するように設定している。しかし、空孔を有する絶縁体膜３が空孔を有さずに基板４と似通った密度を持つ別の絶縁体膜で覆われる試料では、Ｘ線が表面を覆う絶縁体膜の表面で強く反射されてしまい、空孔を有する絶縁体膜３に充分進入しない。このような場合には、第３の実施例と全く同じ装置の構成によりながら、Ｘ線の入射角度をやや高めに、たとえばＣｕ−Ｋαを利用する場合にシリコン基板に対して０．２５〜０．５度で入射させることにより、測定が可能となる。
［Ｘ線管について］
Ｘ線発生の空間分布については、ほとんどのＸ線応用分野において、分布が小さいもの、すなわち大きさがゼロの点に近いものが理想的である。しかし、Ｘ線管を製作する場合においては、電子の広がり制御に限界があるため、および単位面積あたりのＸ線発生量が熱的な要因（小面積に電力が集中すると、陽極が融けたり、熱起因の欠陥を生成したりすること）によって一定量に制約されるため、得られるＸ線量とＸ線スポットサイズとの間にトレードオフの関係がある。このような制約の中で、Ｘ線の使用目的に従って、点焦点型のＸ線管１７と線焦点型のＸ線管１１とを使い分けている。たとえば、Ｘ線の進行方向に直交する２方向の発生点サイズがともに等しく重要な場合は、正方形に近い形状のＸ線発生点（点焦点）を持つＸ線管１７を使用する。また、Ｘ線の進行方向に直交する２方向のうち一方方向のサイズは重要であるが他方方向のサイズはさほど重要でない場合は、細長い発生点（線焦点）を持つＸ線管１１を使用する。なお、Ｘ線の波長は、０．６ｎｍ〜３ｎｍが好ましい。
［分光器について］
分光器１２は、Ｘ線管の陽極から発生する特性Ｘ線を選択して取り出すとともに、Ｘ線に方向性を持たせるために使用する。分光器１２は、周期的な構造をもつ分光結晶が、必要なＸ線の波長に対してブラッグの条件を満たすように配置されて構成され、Ｘ線管から発生した様々な波長の中から必要なものだけを選択して取り出す。分光結晶は、たとえばシリコン、ゲルマニウム、フッ化リチウムなどの自然結晶、または人工累積多層膜によって形成される。
［Ｘ線検出器について］
各実施例では、Ｘ線検出器として、位置敏感型Ｘ線検出器１４を使用している。第１実施例では、検出されたＸ線像の一方向、すなわち図３のｘ方向の分布のみを測定できればよいので、一次元型検出器を用いればよいが、ｘｚ平面での分布を測定可能な二次元型検出器を用いれば、検出器の軸と個別の試料に対応した線状反射Ｘ線の直角からのずれを補正できるので、好ましい。第２実施例では二次元型を用いており、第３実施例では一次元型または二次元型を用いている。
一次元型のＸ線検出器は、Ｘ線強度の１軸方向の強度分布を得ることを目的とした検出器である。一次元型のＸ線検出器としては、単なるＸ線検出器をアレー状に配置したもの、二次元に配列されたＸ線直接検出用電荷結合素子（ＣＣＤ）、一次元配列の光検出器（ＣＣＤなど）にシンチレータを取付けたもの、位置敏感型比例計数管などが使用できる。
二次元型のＸ線検出器は、Ｘ線強度の面内強度分布を得ることを目的とした検出器である。二次元型のＸ線検出器としては、単なるＸ線検出器をアレー状に配置したもの、二次元に配列されたＸ線直接検出用電荷結合素子（ＣＣＤ）、二次元配列の光検出器（ＣＣＤなど）にシンチレータを取付けたもの、マルチワイヤ型比例計数管、Ｘ線イメージインテンシファイア（Ｘ線を光電子に変換した上で光用のカメラで撮像する装置）などが使用できる。また、リアルタイムな測定はできないが、Ｘ線フィルムやイメージングプレートも、二次元型の位置敏感型Ｘ線検出器として使用できる。
［各光学部品の構成および配置と、測定の角度分解能およびＸ線利用効率との関係について］
小角Ｘ線散乱法においては、Ｘ線の照射および検出における角度広がりを小さく抑えることが、データの角度分解能および最低散乱角度（測定できる最も大きな空孔サイズに対応）の決定要因となる。ここでは、上記の各実施例におけるＸ線管、スリットなどの光学部品の物理的な構成（大きさなど）および配置と、測定の角度分解能およびＸ線利用効率との関係について、検討する。
（ｉ）線焦点型のＸ線管１１（＋分光器１２）＋スリット１９（＋ソーラースリット１３）の場合の「スリット１９のスリット幅」
ｚ方向の角度分解能は主に、Ｘ線管１１におけるＸ線発生点とスリット１９との間の距離Ｌｘｓと、スリット１９のスリット幅Ｄｓと、Ｘ線管１１におけるＸ線発生点の実効焦点幅（照射側から見たときの長手方向に直角の幅）Ｄｘとで決定される。ｚ方向の概略角度広がりφｉ−ｚは、以下の数式（１）で表わされる。
【数１】
2004061428.tif 000005
一方、ソーラースリット１３を入れない場合の概略ｘ方向の概略角度広がりφｉ−ｘは、一般に、ｚ方向の概略角度広がりφｉ−ｚの数倍〜数十倍となってしまうので、概略ｘ方向の概略角度広がりφｉ−ｘを主に考慮して、スリット１９のスリット幅Ｄｓを決定する必要がある。この観点から、Ｘ線発生手段１が分光器１２を備える場合であっても、できる限りソーラースリット１３を配置するのが望ましいといえる。また、Ｘ線の利用効率はスリット幅Ｄｓに比例し、他方、波長分解能や角度分解能はスリット幅Ｄｓが小さいほどよいので、波長分解能・角度分解能とＸ線利用効率とのバランスを考慮しながら、スリット幅Ｄｓを決定する。
（ｉｉ）線焦点型のＸ線管１１（＋分光器１２）＋スリット１９＋ソーラースリット１３の場合の「ソーラースリット１３の角度分解能」
この場合の概略ｘ方向の角度広がりφｉ−ｘは、ソーラースリット１３の角度分解能φｓｓで決定される。ソーラースリット１３の概略角度広がりは、一般にソーラースリット長Ｌｓｓをスペーサー厚みＤｓｓで除したものの２倍となる。
【数２】
2004061428.tif 000006
また、Ｘ線の利用効率はソーラースリット１３の角度分解能φｓｓとソーラースリット１３の開口率との積に比例するので、角度分解能と利用効率のバランスを考慮して、ソーラースリット１３の開口率を決定する。
（ｉｉｉ）上記の（ｉ）（ｉｉ）の照射系に対応する検出系に使用する「ソーラースリットの角度分解能」
検出系に使用するソーラースリットの角度分解能φｄ−ｘとＸ線利用効率は、（ｉｉ）の場合に準じる。照射系と検出系の角度分解能は、角度分解能とＸ線利用効率の観点からは、同一にするのがよい。
（ｉｖ）集光光学系の場合
集光光学系（一方向のみの場合は集光方向について）の場合、集光点がＸ線検出器の検出面上にある場合には、角度分解能はＸ線通過板１８の小孔１８ａの大きさによっては左右されない。集光光学系における角度分解能φは、Ｘ線集光素子２２の不完全性などによっても左右されるが、一般的にはＸ線管におけるＸ線発生点とＸ線集光素子２２の距離Ｌｘｍと、Ｘ線集光素子２２から結像点（＝Ｘ線検出器の検出面）までの距離Ｌｍｄと、Ｘ線管の実効大きさＤｘとに基づいて、下記の数式（３）に従って計算できる。
φ＝Ｄｘ・Ｌｍｄ／Ｌｘｍ                                  …（３）
アパーチャなどで実現されるＸ線通過板は、Ｘ線管から発生したＸ線がＸ線集光素子の有効反射領域のみに当たるように設計することによって、Ｘ線がＸ線集光素子の支持材に当たって不要な蛍光Ｘ線を発生させたり、Ｘ線がＸ線集光素子に反射されることなく試料やＸ線検出器に直接到達したりすることを防ぐことができる。
［解析方法］
図１８は、小角散乱の実測データを示す図である。このデータから、散乱Ｘ線強度Ｉの散乱ベクトルの大きさｑに対する依存性を求めたものを図１９のグラフに示す。
図１８に示す実測データから散乱Ｘ線強度Ｉの散乱ベクトルの大きさｑに対する依存性Ｉ（ｑ）を求めるためには、次のような手順で変換を行う。
図２０は、Ｉ（ｑ）を求める概略的な手順を示す。ステップａ０から手順を開始する。
ステップａ１では、第１〜第３の実施例のように、極低入射角でＸ線を照射し、空孔を有する絶縁体膜３と基板４との界面での反射を経た後に散乱されるＸ線を主に観測する場合は、鏡面反射の中心座標を導出する。第４の実施例のように、より高い入射角度でＸ線を入射し、空孔を有する絶縁体膜３と基板４との界面に到達する以前に散乱されるＸ線を主に観測する場合は、測定対象物が存在しない条件の下で検出器に直接到達するＸ線の中心座標を導出する。鏡面反射の場合は、図１８のようにＸ線検出器の一部を覆うタイプの減衰型のＸ線阻止板を使用している場合には、写っている反射Ｘ線のプロファイルから中心位置を導出することができる。また、図１８のようにＸ線検出器の一部を覆うタイプのＸ線阻止板を使わずに、Ｘ線検出器の前面全部を覆うタイプのＸ線減衰板を使用している場合は、Ｘ線検出器の前面全部をＸ線減衰板で覆い、強い鏡面反射イメージを収集し、中心座標（ｘ０，ｚ０）を得る。また、直接到達するＸ線の場合は、一旦試料を、Ｘ線を遮らない位置に移動させてイメージを収集し、中心座標（ｘ０，ｚ０）を得る。次のステップａ２では、強い鏡面反射成分が覆われるように完全阻止型のＸ線阻止板を配置して位置を調整し、強い反射がＸ線検出器に入らないようにした上で、弱い散乱Ｘ線イメージを収集する。
このように鏡面反射の中心座標（ｘ０，ｚ０）が得られたら、次の手順でＩ（ｑ）を計算する。ステップａ３では、求めたいｑの範囲を、Ｘ線検出器やＸ線光学系の角度分解能を考慮しながら適当な個数に分割し、実数の配列Ｉ［ｉｑ］（ｉｑ＝０，１，２，…，ｎｉ、ｎｊ×ｄｑ＝ｑｍａｘ）を用意し、配列の各要素にはすべて０を代入して初期化しておく。ステップａ４では、整数の配列Ｎ［ｉｑ］を用意し、配列の各要素にはすべて０を代入して初期化しておく。
ステップａ５以下、Ｘ線検出器の各検出素子について、次の各操作を繰り返す。ステップａ５では、１つのピクセルを選択する。ステップａ６では、全部のピクセルについて処理が終了しているか否かを判断する。ピクセルは１つずつ選択し、Ｘ線検出器の検出面に存在する全てのピクセルを選択して処理すれば、全ピクセル終了として判断される。
ステップａ６で全ピクセル終了ではないと判断するとき、ステップａ７で、ピクセルの座標（ｘ，ｚ）が予め設定された領域Ａ１（図１８（ｂ）において紙面上で左右方向に長い長方形の部分）外であるか否かを判断する。ピクセルが領域Ａ１の範囲内で無ければ処理をしない。ステップａ８では、検出素子の１ピクセル座標（ｘ，ｚ）と鏡面反射中心座標（ｘ０，ｚ０）とからＸ線検出器上での距離ｒを計算する。
ｒ＝√［（ｘ−ｘ０）２＋（ｚ−ｘ０）２］                  …（４）
ステップａ９では、次の数式（５）によって、距離ｒと試料上の測定点−Ｘ線検出器間の距離Ｌから、散乱角度θを求める。
ｔａｎ２θ＝ｒ／Ｌ                                        …（５）
ステップａ１０では、次の数式（６）によって、大きさｑを求める。
ｑ＝（４πｓｉｎθ）／λ                                  …（６）
（ステップａ１１では、次の関係式（７）を満たすｉｑを求める。
ｉｑ×ｄｑ≦ｑ＜（ｉｑ＋１）×ｄｑ                        …（７）
ステップａ１２では、配列Ｉ［ｉｑ］の内容に、当該検出素子に蓄えられた信号強度を加算する。ステップａ１３では、配列Ｎ［ｉｑ］の内容に、１を加える。次に、ステップａ５に戻る。ステップａ６で、全てのピクセルについて処理が終了すると、ステップａ１４で、全てのｉｑについて、配列Ｉ［ｉｑ］の内容を、配列Ｎ［ｉｑ］の内容で割る演算処理を行い、処理結果を大きさＩ（ｑ）とする。ステップａ１５で手順を終了する。
上記の操作ステップａ５からの操作で使用するデータ蓄積領域は、次のように定義する。
［１］散乱Ｘ線データが観測されること。
［２］他の妨害成分の比率が散乱Ｘ線信号に比べて充分小さいこと。
特に、条件［２］に関して、図１８に示す領域Ａ２（紙面上で上下方向に細長い長方形の部分）には、絶縁体膜の表面の粗さおよび絶縁体膜と基板の界面の粗さに起因する方向性を持った散乱成分が存在するので、蓄積領域から除外することがＳ／Ｎの良いデータを取る上で重要である。
なお、以上の説明は、一定時間内に入射したＸ線イメージを蓄積するピクセルタイプの位置敏感Ｘ線検出器（ＣＣＤなど）に関するものである。入射したＸ線の光子一個一個についてその２次元座標を出力するタイプのＸ線検出器（マルチワイア型Ｘ線検出器など）では、一旦ＸＺ方向に一定の距離で区切った２次元配列にデータを蓄えた上で、上記と同様の処理を行うこと、あるいは、Ｘ線の光子一個一個の座標データに対して上記に準じた操作を行うことによって、大きさＩ（ｑ）を求める。
ところで、空孔の形状を仮定すれば、散乱Ｘ線量の大きさｑに対する分布Ｉ（ｒ，ｑ）が、Ｘ線の屈折量の確率分布に関する理論的な考察によって理論的に求められる。たとえば、空孔の形状が球と仮定した場合には、散乱Ｘ線量は、下記の式（８）に従って求められる。
Ｉ（ｒ，ｑ）＝ｃ・φ２（２πｑｒ）                        …（８）
ここで、ｃは装置定数であり、
φ（ｘ）＝３・（ｓｉｎｘ−ｘｃｏｓｘ）／ｘ２              …（９）
である。
したがって、空孔の直径が一定と考えられる場合には、このＩ（ｒ，ｑ）が実測データと一致するようなｒをパラメータフィッティング法で求めることによって、空孔のサイズを求めることができる。
また、空孔の直径が一定と考えられない場合には、空孔のサイズの分布関数をＰ（ｒ）とすると、散乱Ｘ線量の大きさｑに対する分布Ｉ（ｑ）は、以下の式（１０）で表すことができる。
Ｉ（ｑ）＝∫Ｐ（ｒ）・Ｉ（ｒ，ｑ）ｄｒ                  …（１０）
したがって、適当なモデル関数によって記述されたＰ（ｒ）を用いてパラメータフィッティングを行うことによって、空孔のサイズ分布を求めることができる。
ここまでは空孔が球の場合であるが、それ以外の場合はＩ（ｒ，ｑ）の部分が、その形状に対応する関数に置き換わる。また、異方性のある空孔が基板に対して配向している場合には、散乱ベクトルの方向によって散乱確率が変わるので、散乱Ｘ線イメージは同心円状の分布は示さない。たとえば、図２１のように、基板に垂直方向に膜の上から下まで貫通する円柱状の空孔が存在する場合には、基板に垂直方向（ｚ軸方向）のＸ線の散乱は、発生しない。
この場合に、Ｘ線の進行方向をｙ軸方向とし、ｙ軸方向とｚ軸方向との双方に垂直な方向をｘ軸方向とすると、散乱Ｘ線強度分布は、下記の一般式（１１）で表される。
Ｉ（ｑｘ）＝∫Ｐ（ｒ）・Ｉ（ｒ，ｑｘ）ｄｒ              …（１１）
一般式（１１）を、実測データから散乱Ｘ線強度のｑｘ依存性に変換したデータに対してパラメータフィッティングすることによって、円柱の半径分布が求められる。
［平行光学系におけるオフアングル測定について］
Ｘ線検出器によって得られる散乱Ｘ線信号には、絶縁体膜内部に存在する空孔による散乱のほかに、絶縁体膜の表面の荒れや絶縁体膜と基板の界面の荒れに起因する散乱が重畳されている。しかし、図２２に示すように、表面の荒れに起因する散乱Ｘ線は、入射Ｘ線と反射Ｘ線を含む平面内に集中して出射される。図２２は、照射角度を全反射臨界角度未満にすることによって主に表面の荒れによる散乱を観測したＸ線像を示す図である。
したがって、空孔からの散乱を精度良く観測するためには、第２実施例に係る装置では、観測されるＸ線像のうち表面・界面荒れによる散乱が強い方向を避けて積分するべきである。
一方、第１実施例に係る装置では、通常よく知られているように検出に使用するソーラースリット１６を照射Ｘ線ビームに平行に配置した場合には、表面からの散乱と空孔からの散乱が重畳されて検出される方向のみを集中して観測することになる。そこで、図２３に示すような手順で、図２４に示すように、検出側のソーラースリット１６にｘｙ平面内で回転可能にしておき、次のような手順で観測することによって表面からの散乱の影響を避けてより良いＳ／Ｎで測定を行うことができる。なお、回転機構については、図示を省略する。
図２３は、表面からの散乱を避けて測定を行う概略的な手順を示す。ステップｂ０から手順を開始し、ステップｂ１では、図２５に示すように、ソーラースリット１６を反射Ｘ線に平行にする。ステップｂ２では、Ｘ線強度のｚ方向（図２５の紙面に対して垂直方向）の分布を測定して反射Ｘ線の中心ｚ０を検出する。
ステップｂ３では、図２６に示すように、ソーラースリット１６を、反射Ｘ線方向に対して角度２θｘだけ回転させる。この時、回転角度が小さすぎると表面からの散乱Ｘ線成分を避け切れず、大きすぎると最小検出散乱角θｍｉｎ＝θｘが大きくなりすぎて散乱ベクトルｑが小さい領域の信号を取りきれないことになり、空孔径の大きな領域での測定感度を失うことになるので、適当な値を選択する。ステップｂ４では、Ｘ線強度のｚ方向分布を測定して反射Ｘ線の中心ｚ０を検出する。ステップｂ５で手順を終了する。
なお、このように検出側のソーラースリット１６を回転して検出する場合は、強い鏡面反射が抑制されるので、反射Ｘ線阻止板１５の必要性はより低くなる。
こうして得られた散乱Ｘ線強度の座標ｚに対する依存性データＩ（ｚ）は、次の数式に従って、Ｘ線検出器上の座標ｚを散乱ベクトルの大きさｑに変換することによって、大きさＩ（ｑ）に変換することができる。
ｔａｎ２θｚ＝（ｚ−ｚ０）／Ｌ                            …（１２）
θ＝√（θｘ２＋θｚ２）                                  …（１３）
ｑ＝（４πｓｉｎθ）／λ                                    …（６）
なお、試料５を載置するステージ（図示せず）を移動させて、空孔サイズの出現確率の面内分布も測定することは、もちろんである。
［Ｘ線入射角度の設定方法］
図２７は、Ｘ線入射角度の概略的な設定手順を示す。ステップｃ０から手順を開始し、ステップｃ１では、試料５およびＸ線照射範囲制限板２４のいずれもがＸ線を遮らない位置に充分に退避させた状態で、図２８に示すように、照射Ｘ線が位置敏感型Ｘ線検出器１４に当る点Ｐ１の座標を記録する。次に、ステップｃ２では、図２９に示すように、位置敏感型Ｘ線検出器１４に入射するＸ線強度が図２８の状態の５０％をやや上回る程度のＴ１（％）、たとえば５２％になるように、Ｘ線照射範囲制限板２４でＸ線の一部を遮る。
次のステップｃ３では、図３０に示すように、試料５のＸ線ビーム中心に対する傾きが概略所望の入射角度θｉとなるように、試料５を傾斜させる。ステップｃ４では、図３１に示すように、位置敏感型Ｘ線検出器１４に入射するＸ線強度が図２８の状態のＴ２（％）となる位置まで、試料５を移動させる。このとき、比率Ｔ２は、次の（１４）式で計算することができる。
Ｔ２＝（Ｔ１−５０）×２×Ｒ                              …（１４）
ここで、Ｒは所望の入射角度θｉでの試料５のＸ線反射率である。図３０で、入射角度θｉとＸ線検出位置座標Ｐ２の間には、次の（１５）式の関係が成り立つ。
【数３】
2004061428.tif 000007
ここで、ａはＰ１とＰ２との距離、ｂはＸ線照射範囲制限板２４と位置敏感型Ｘ線検出器１４との間の距離である。この式から計算される入射角度θｉと所望の入射角度との間にずれがある場合には、ステージを動かして調整する。
次にステップｃ５で、Ｘ線照射範囲制限板２４の高さを変化させて、そのときに検出されるＸ線強度の変化を観測する。ステップｃ６では、Ｘ線照射範囲制限板２４の高さとＸ線強度との関係から、Ｘ線照射範囲制限板２４と試料５との間の空隙を計算する。Ｘ線照射範囲制限板２４の位置を変化させる前のＸ線強度をＩｏ、Ｘ線照射範囲制限板２４の移動量をΔｄ、Ｘ線強度の変化をΔＩとすると、空隙ｄは、次の（１６）式で計算することができる。
【数４】
2004061428.tif 000008
ステップｃ７で手順を終了する。
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】  以上のように本発明によれば、測定対象に照射するＸ線の入射角度を固定して空孔または粒子サイズを測定するので、従来技術のように入射角度および検出角度を変化させる場合に比べて短時間で高精度の測定が可能となる。また、基板で反射した後に空孔または粒子で散乱された散乱成分を検出するので、Ｘ線光学系の分解能が高ければ、非常に小さい散乱角度からの測定が可能となる。
また本発明によれば、位置敏感型Ｘ線検出器を利用するので、発生する散乱Ｘ線成分を効率よく検出することができ、短時間で高精度の測定が可能となる。
また本発明によれば、Ｘ線発生手段側で点焦点型のＸ線管を用いるようにしたので、散乱角度の大きい領域での検出効率を向上することができる。また、二次元タイプの位置敏感型Ｘ線検出器を用いることによって、散乱情報を二次元的に解析できるので、絶縁体膜中に存在する空孔または粒子などの微細構造に異方性が存在する場合に、それを解析することができる。
また本発明によれば、強度が大きい鏡面反射成分が位置敏感型検出器に入射されるのを防ぐことができる。これによって、強度の大きい余分な鏡面反射成分を遮断して本来検出したい散乱成分を正確に検出することができる。
また本発明によれば、Ｘ線を集光して試料に入射させるので、Ｘ線の利用効率が高まり、良好な測定を行うことができる。また、上記の構成と同様に、散乱角度に対する分解能と検出効率とを両立できるという効果を得ることができる。
また本発明によれば、試料の測定点の真上に所定の間隔をあけてＸ線照射範囲制限板を配置して、試料上での照射範囲を制限することができるので、試料上でＸ線が広い範囲に広がることが防止され、空孔または粒子サイズ分布の試料上での位置依存性を精度よく知ることができる。
さらに本発明によれば、膜中の空孔や粒子の分布に対応する小角散乱Ｘ線を、点焦点のＸ線源から照射し、２次元位置敏感型検出器で検出することができる。
【図１】
2004061428.tif 000009
【図２】
2004061428.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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2004061428.tif 000023
2004061428.tif 000024
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
2004061428.tif 000031
【図２４】
2004061428.tif 000032
【図２５】
2004061428.tif 000033
【図２６】
2004061428.tif 000034
【図２７】
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【図２８】
2004061428.tif 000036
【図２９】
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【図３０】
2004061428.tif 000038
【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際調査報告】
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