(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラインフォーカスのＸ線源と、試料を保持する試料支持台と、前記Ｘ線源で発生したＸ線を単色化して短波長の単色Ｘ線を取り出し、前記試料支持台に保持された試料に照射するモノクロメータと、前記試料支持台に保持された試料からの回折Ｘ線を記録するＸ線記録手段と、を備えたＸ線トポグラフ装置であって、
前記モノクロメータは、Ｘ線の入射角度に対し非対称な角度にＸ線をブラッグ反射させて前記ラインフォーカスの長手方向が拡大したＸ線を取り出す非対称反射モノクロメータであり、
且つ、前記非対称反射モノクロメータのＸ線散乱面が、前記試料支持台に保持された試料のＸ線散乱面に対して交差するように、前記非対称反射モノクロメータを配置し、
前記試料支持台は、前記モノクロメータからのＸ線を試料の裏面側から照射するとともに、試料内部を透過した回折Ｘ線を前記Ｘ線記録手段へ導く構成としてあることを特徴とするＸ線トポグラフ装置。
【請求項２】
請求項１記載のＸ線トポグラフ装置において、
前記モノクロメータは、ＭｏＫαのＸ線を取り出す構成であることを特徴とするＸ線トポグラフ装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のＸ線トポグラフ装置において、
前記非対称反射モノクロメータのＸ線散乱面が試料のＸ線散乱面に対してほぼ直交するように、前記非対称反射モノクロメータを配置したことを特徴とするＸ線トポグラフ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｘ線の回折現象を利用して、単結晶材料の結晶格子欠陥および表面加工ひずみ等を観察するためのＸ線トポグラフ装置およびＸ線トポグラフ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線トポグラフ方法では、試料結晶の各点で回折したＸ線の強度を、試料と１：１の幾何学的対応がつくように記録媒体に記録し、主に結晶構造に関する場所的な変化を回折強度の変化として捕えらえる。このＸ線トポグラフ方法には、ラング法、ベルグ・バレット法等の各種方法が提案されている。
【０００３】
ラング法は、Ｘ線源より発した白色Ｘ線を試料に照射し、試料の内部を透過してきた回折Ｘ線の強度を記録媒体に記録して、結晶の格子欠陥等を観察するものである。また、ベルグ・バレット法は、Ｘ線源より発した白色Ｘ線を試料に照射し、試料表面で反射した回折Ｘ線の強度を記録媒体に記録して、試料表面近傍の格子欠陥等を観察するものである。
【０００４】
これらの方法では、格子の乱れた不完全な結晶領域で回折するＸ線の積分強度が、完全な結晶領域で回折するＸ線の積分強度よりも大きくなる、いわゆる消衰効果コントラストを利用して格子欠陥等を観察することができる。
【０００５】
しかしながら、上述した従来の方法では、白色Ｘ線を直接試料に照射して回折Ｘ線強度を記録媒体に記録するので、バックグラウンドが上がってしまう。このため、不完全な結晶領域で回折してきたＸ線の積分強度と完全な結晶領域で回折してきたＸ線の積分強度との間の強度差が少なく、その結果、格子欠陥を明瞭に観察ができないことがあった。
【０００６】
このような問題を解決するために、白色Ｘ線をモノクロメータを介して単色化し、この単色化したＸ線を試料に照射する表面反射二結晶法と称するトポグラフ法が開発されている。図７は、この表面反射二結晶法を実施するためのＸ線光学系の光路を示す模式図である。
【０００７】
同図に示すＸ線光学系１００は、Ｘ線源１０１から出射した白色Ｘ線１０２をモノクロメータ１０３を介し単色化して試料１０４に照射する構成となっている。モノクロメータ１０３のＸ線散乱面Ｓａと試料１０４のＸ線散乱面Ｓｂが平行となっており、試料１０４で回折したＸ線の強度は、記録媒体１０５に記録される。この表面反射二結晶法によれば、単色化した平行性の良いＸ線を試料に照射するために、バックグラウンドが抑えられ、回折の角度位置ずれに対応したＸ線強度差を観察することが可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
さて、近年、大形試料の格子欠陥等をＸ線トポグラフ方法により観察したいという要望が各所で聞かれる。大形試料の代表例としては、半導体の製造に用いられるシリコンウエハがある。近年のシリコンウエハは、半導体製造の効率化を図りコスト低減を実現するために、例えば、直径３００ｍｍといった大口径化が図られている。
【０００９】
このような大形試料の表面全領域について、Ｘ線トポグラフ方法による測定データを取得するには、Ｘ線の照射領域を変更して測定を繰り返す必要があり、一つの試料に対する測定時間が、長時間となる課題があった。
【００１０】
特開平８−１５９９９２号公報には、ラインフォーカスのＸ線を回折結晶で単色化した後、低角度で試料に照射して非対称反射による回折Ｘ線を取り出し、写真乾板に記録する表面欠陥評価装置が開示されている（同公報の図３）。この従来装置によれば、ラインフォーカスのＸ線を低角度で試料に照射することにより、Ｘ線の照射領域が広がり、その結果、一回の測定で広範囲のＸ線回折データを取得することができる。
【００１１】
しかし、上述した従来の装置においては、Ｘ線照射領域の広がりが一方向に限られるため、円盤状，矩形状といった四方に広がりをもつ大形試料に対しては、やはりＸ線の照射領域を変更して測定を繰り返す必要があった。しかも、従来のＸ線源から放射されるラインフォーカスのＸ線の全長はせいぜい１０ｍｍ程度であり、この程度の全長のラインフォーカスのＸ線を低角度で試料に照射しても、照射領域の広がりは限られ、直径３００ｍｍといった大口径の試料に対してはまだ狭小なものであった。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、Ｘ線の照射領域を四方に拡大し、試料表面の広い領域にわたるＸ線トポグラフの記録を一括して行うことを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＸ線トポグラフ装置は、ラインフォーカスのＸ線源と、該Ｘ線源で発生したＸ線を単色化して試料に照射するモノクロメータと、試料からの回折Ｘ線を記録するＸ線記録手段と、を備えたＸ線トポグラフ装置であって、モノクロメータは、Ｘ線の入射角度に対し非対称な角度にＸ線をブラッグ反射させてラインフォーカスの長手方向が拡大したＸ線を取り出す非対称反射モノクロメータであり、且つ、非対称反射モノクロメータのＸ線散乱面が試料のＸ線散乱面に対して交差（好ましくは、直交）するように、非対称反射モノクロメータを配置したことを特徴とする（請求項１，２）。
【００１４】
この発明によれば、非対称反射モノクロメータによりラインフォーカスの長手方向が拡大した単色Ｘ線が試料に照射されるので、試料表面上のＸ線照射領域をＸ線の長手方向に広げることができる。
しかも、非対称反射モノクロメータのＸ線散乱面を、試料のＸ線散乱面に対して交差（好ましくは直交）させたので、Ｘ線の発散による幅方向の広がりに起因して、試料表面上のＸ線照射領域を広げることができる。
したがって、Ｘ線の照射領域が四方に拡大されて試料表面の広い領域にわたる回折Ｘ線のトポグラフの記録を一括して行うことが可能となる。また、従来のベルグ・バレット法より大幅にバックグラウンドを低減させて、消衰効果コントラストを利用した格子欠陥等の観察も可能となる。
【００１５】
また、本発明のＸ線トポグラフ方法は、ラインフォーカスのＸ線源で発生したＸ線を非対称反射モノクロメータを介し単色化して試料に照射するとともに、試料から回折してきたＸ線を記録するＸ線トポグラフ方法であって、非対称反射モノクロメータにＸ線を低角度で入射してラインフォーカスの長手方向が拡大したＸ線を取り出すとともに、非対称反射モノクロメータのＸ線散乱面に対し試料のＸ線散乱面が交差（好ましくは、直交）するように、非対称反射モノクロメータからのＸ線を試料へ照射することを特徴とする（請求項３，４）。
【００１６】
この発明によっても、請求項１および２の発明と同じく、Ｘ線の照射領域が四方に拡大されて試料表面の広い領域にわたる回折Ｘ線のトポグラフの記録を一括して行うことが可能となる。
【００１７】
さらに、非対称反射モノクロメータからのＸ線を試料表面に低角度で入射させて、非対称反射による回折Ｘ線を取り出すようにすれば（請求項５）、試料表面上のＸ線照射領域をＸ線の光軸に沿う方向に一層拡大することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１はこの発明の実施形態に係るＸ線トポグラフ装置の概要を示す斜視図、図２は同じくＸ線トポグラフ装置を示す正面構成図である。
【００１９】
これらの図に示すように、Ｘ線トポグラフ装置１は、Ｘ線源１０、ソーラスリット２０、モノクロメータ３０、ゴニオメータ４０、試料装着装置５０、Ｘ線検出部６０、および制御系７０を含んでいる。なお、本明細書においては、ラインフォーカスの長辺をＸ線の長手方向、短辺をＸ線の幅方向と定義している。
【００２０】
Ｘ線源１０は、Ｃｕターゲットの回転対陰極Ｘ線管をラインフォーカスとして用いており、このＸ線源１０からラインフォーカスのＸ線２が出射される。Ｘ線源１０の焦点サイズは、例えば、幅０．１ｍｍ、長さ１０ｍｍとする。この場合、Ｘ線源１０から長さ１０ｍｍのラインフォーカスのＸ線２が出射される。
【００２１】
なお、Ｘ線源１０の陰極側には、ＬａＢ６を用いた非巻線型陰極を使用して、Ｘ線源１０から出射されるＸ線２の強度の均一性を確保している。この陰極側には、例えば、Ｗフィラメントを用いた巻線型陰極を使用してもよく、この場合には、Ｘ線管をライン方向にわずかに往復運動をさせて、Ｘ線源１０から出射されるＸ線２の均一化を図ることが好ましい。
このＸ線源１０から出射されたＸ線２は、発散制限スリット１１を介してソーラスリット２０に入射される。
【００２２】
ソーラスリット２０は、Ｘ線源１０から出射されたＸ線２の長手方向の発散を抑えるとともに、ＣｕΚαタブレットを分離する機能を有している。このソーラスリット２０は、図３に示すように、長手方向に複数のスリット材２１を並べて形成した単位ユニット２２をＸ線２の光軸方向に複数並べて配設した構成としてある。
【００２３】
本実施形態にあっては、長さ（ａ）２４ｍｍで厚さ（ｈ）０．０８ｍｍのスリット材２１を、長手方向にピッチ（ｄ）０．１６ｍｍの間隔で複数枚配設して単位ユニット２２を構成している。そして、この単位ユニット２２をＸ線２の光軸方向に４個並べて配設し、各単位ユニット２２の間隔（Ｉ１〜Ｉ３）をＸ線２の光軸方向の上流側から、１２ｍｍ（Ｉ１）、３０ｍｍ（Ｉ２）、５７ｍｍ（Ｉ３）としている。このような構成のソーラスリット２０によりＸ線２を長手方向に平行化してモノクロメータ３０に入射することで、モノクロメータ３０ではＣｕＫα１のみを取り出すことができる。なお、このソーラスリット２０は、Ｘ線２の光軸方向に長い複数のスリット材２１を長手方向に並べた単一ユニットの構成としてもよい。
【００２４】
ソーラスリット２０には、図示せぬ走査機構が備えてあり、同機構によりソーラスリット２０をＸ線２の長手方向に走査して、Ｘ線２がモノクロメータ３０の表面に一様に入射するようにしている。このソーラスリット２０から出射されたＸ線２は、発散制限スリット２３を介してモノクロメータ３０に入射される。
【００２５】
モノクロメータ３０は、Ｘ線源１０から入射したＸ線２を単色化する機能を有している。すなわち、モノクロメータ３０に、ソーラスリット２０を介してＸ線２を入射すると、Ｘ線源１０の対陰極を構成している物質に応じた特性Ｘ線２ａ（例えば、物質がＣｕならば、ＣｕＫα１）が取り出される。
【００２６】
また、モノクロメータ３０は、ソーラスリット２０から入射したＸ線２を、長手方向に拡大して取り出す機能を有する非対称反射モノクロメータを用いている。
すなわち、図４に示すように、モノクロメータ３０は、Ｘ線２が入射される表面３１に対し、モノクロメータ３０を構成する結晶の格子面３２を角度βだけ傾斜して形成してあり、このモノクロメータ３０の表面３１にＸ線２を角度αで入射させると、結晶格子面３２上でブラッグ角（α＋β）のブラッグ反射を生じ、モノクロメータ３０の表面３１に対しては、角度（α＋２β）で反射、つまり非対称に反射する。
【００２７】
本実施形態にあっては、モノクロメータ３０の表面３１に対するＸ線２ａの反射角度がＸ線２の入射角度よりも大きくなるようにモノクロメータ３０が形成されており、入射側のＸ線２の長さＡよりも出射側のＸ線２ａの長さＢを大きくしてＸ線２ａを取り出すことができる。
本実施形態では、［００１］方向に成長させたＦＺ法シリコン単結晶インゴットを、成長軸から１０．６°傾けて切り出した、長さ３００ｍｍ、幅３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ程度のシリコン単結晶板を、モノクロメータ３０として用いており、その結晶板の全表面を、無ひずみのメカニカル・ケミカルポリッシュ仕上げしてある。
【００２８】
モノクロメータ３０は、入射角度調整機構３３および結晶傾斜・位置調整機構３４を含んだ駆動装置３５に装着されている。図５はこの駆動装置によるモノクロメータの駆動方向を示す斜視図である。
入射角度調整機構３３は、回転軸Ｏを中心に矢印I方向にモノクロメータ３０を回転駆動して、モノクロメータ３０の表面に対するＸ線２の入射角度を調整する機能を有している。この入射角度調整機構３３によりＸ線２の入射角度を調整することで、モノクロメータ３０から長手方向が平行化され拡大されたＸ線を取り出すための適正な入射角度の設定が可能となる。
【００２９】
結晶傾斜・位置調整機構３４は、モノクロメータ３０のあおり角を調整するあおり角調整手段、モノクロメータ３０を面内回転させる面内角調整手段、およびモノクロメータ３０を入射Ｘ線２の光軸に沿って平行移動させるＸ線照射位置調整手段としての各機能を有している。
すなわち、この結晶傾斜・位置調整機構３４により、モノクロメータ３０を図示矢印II方向に回転駆動することで、モノクロメータ３０のあおり角を調整することができる。このあおり角の調整によって、試料表面３ａに対するＸ線２ａの照射位置を粗調整することが可能となる。
【００３０】
また、結晶傾斜・位置調整機構３４により、モノクロメータ３０を矢印III方向に面内回転することで、試料表面３ａに対するＸ線２ａの照射位置を微調整することが可能となる。この回転操作により、試料表面３ａに照射するＸ線２ａの長手方向を後述するゴニオメータ４０のθ−２θ回転軸と平行に合わせれば、同方向ではＸ線の入射角度がいずれの照射点においても一定となる。
【００３１】
さらに、結晶傾斜・位置調整機構３４により、モノクロメータ３０を矢印IV方向（入射Ｘ線２の光軸方向）に平行移動することで、モノクロメータ３０から取り出されるＸ線２ａを長手方向に平行移動させることができる。これにより、試料表面３ａ上でθ−２θ回転軸方向のＸ線照射位置を任意に移動調整することが可能となる。
【００３２】
モノクロメータ３０により長手方向に拡大して取り出されたＸ線２ａは、入射スリット３６を介して試料表面３ａに照射される。この入射スリット３６は、幅方向のスリット間隔の調整が可能な構成としてある。なお、モノクロメータ３０により取り出されたＸ線２ａは幅方向に発散しており、Ｘ線２ａはこの発散を保持したまま試料表面３ａに照射される。
【００３３】
ゴニオメータ４０は、試料角度走査機構４１および検出器アーム角度走査機構４２を有しており、これら走査機構４１，４２は、同じ回転軸（以下、θ−２θ回転軸という）を中心に回転自在となっている。また、ゴニオメータ４０には、幅方向位置調節機構４３が備えてあり、この機構４３によりゴニオメータ４０の幅方向の位置の調節が可能となっている。
【００３４】
試料角度走査機構４１には、Ｘ線トポグラフの記録を行う試料３を保持した試料装着装置５０が取り付けられており、同機構４１により試料装着装置５０をθ−２θ回転軸を中心に回転（θ回転）して、モノクロメータ３０から入射するＸ線２ａの試料表面３ａに対する入射角度θを調整できる構成となっている。
【００３５】
また、試料装着装置５０は、試料支持台５１を有しており、この試料支持台５１により試料３が水平に保持される。試料支持台５１には、面内回転機構５２が備えられており、同機構５２により試料３の面内回転が可能となっている。
【００３６】
これら試料支持台５１および面内回転機構５２は、ステージ５３に搭載されており、このステージ５３は、水平方向駆動機構５４および幅方向駆動機構５５を備えている。すなわち、水平方向駆動機構５４により、試料３を水平に保持したまま、ステージ５３をＸ線２ａの光軸に沿った方向に平行移動することができる。したがって、この水平方向駆動機構５４により、試料表面３ａ上のＸ線２ａの照射位置を適宜に変更することができる。
【００３７】
また、幅方向駆動機構５５により、ステージ５３を幅方向に移動することができ、試料３の幅方向の位置の調節が可能となっている。なお、ステージ５３の幅方向の位置は、標準的な厚さの試料を試料支持台５１に保持したときに、この試料３の表面３ａ上にゴニオメータ４０のθ−２θ回転軸がおかれるように、あらかじめ設定されている。
【００３８】
ここで、モノクロメータ３０と試料３は、互いのＸ線散乱面がほぼ直交するような姿勢をもって配置してある。
図６はモノクロメータと試料の配置関係を示す模式図である。
同図（ａ）に示すように、モノクロメータ３０に入射したＸ線２の光軸と、モノクロメータ３０からブラッグ反射してきたＸ線２ａの光軸とを含む面がモノクロメータ３０のＸ線散乱面Ｓａである。また、試料３に入射するＸ線２ａの光軸と、試料３からブラッグ反射してきたＸ線２ｂの光軸とを含む面が試料３のＸ線散乱面Ｓｂである。本実施形態では、各Ｘ線散乱面Ｓａ，Ｓｂが直交するような配置関係としてあり、この配置により、同図（ｂ）に示すごとく試料表面３ａに入射するＸ線２ａの長手方向Ｈがゴニオメータ４０のθ−２θ回転軸４０ａと平行になり、また試料表面３ａへの入射Ｘ線２ａの幅方向Ｄがθ−２θ回転軸４０ａと直交する向きとなる。
【００３９】
そして、Ｘ線２ａの長手方向Ｈは、上述したようにモノクロメータ３０によって拡大される。また、Ｘ線２ａは発散により幅方向Ｄにも広がりをもっており、したがって、一定の傾き角で試料表面３ａへ入射したとき、Ｘ線２ａの幅方向Ｄにも照射領域が拡大する。特に、Ｘ線２ａを低角度で試料表面３ａへ照射させるほど、試料表面３ａ上における照射領域は拡大する。
【００４０】
検出器アーム角度走査機構４２には、検出器アーム４４が装着され、この検出器アーム４４にＸ線検出部６０が取り付けられている。この機構４２により、Ｘ線検出部６０を回転（２θ回転）させることができる。
このＸ線検出部６０は、試料表面３ａからブラッグ反射により回折してきたＸ線２ｂの強度を検出するＸ線検出器６１と、このＸ線２ｂの強度を記録する記録媒体（Ｘ線記録手段）６３とを含んでいる。
Ｘ線検出器６１は、検出器支持台６２を介して検出器アーム４４に取り付けられており、このＸ線検出器６１には、シンチレーション計数管を用いている。
【００４１】
記録媒体６３は、検出器アーム４４に装着された記録媒体ホルダ６４に装脱自在に取り付けられている。この記録媒体６３には、例えば、イメージングプレートあるいはＸ線フィルムを用いて、試料３で回折したＸ線２ｂの強度を記録する。この記録媒体６３は、試料３の全表面にわたる回折Ｘ線の強度をワンショットで記録することが可能な大きさに形成されている。
【００４２】
Ｘ線トポグラフ装置１の制御系７０は、制御装置７１、記憶装置７２、および表示装置７３から構成されている。
制御装置７１は、Ｘ線トポグラフ装置１の各部を制御する中央制御部（ＣＰＵ）としての機能を有している。また、記憶装置７２は、Ｘ線検出器６１により検出されるＸ線２ｂの強度データを記録する機能を有している。さらに、表示装置７３は、このＸ線２ｂの強度データに基づいて作成される回折強度曲線を表示する機能を有している。
【００４３】
［各構成部の位置調整］
次に、上述したＸ線トポグラフ装置１における各構成部の位置調整方法について、図１および図２を参照して説明する。
まず、試料装着装置５０の試料支持台５１に試料３を保持する。なお、この試料３には、局所的な結晶格子欠陥を含み、かつ表面が（００１）の３００ｍｍ径シリコンウェハを用いる。
そして、制御装置７１が試料装着装置５０の面内回転機構５２に動作指令を出力して、この機構５２を動作させ、試料３の面内方位〈１１０〉が照射されるＸ線の光軸方向に対し直交するように試料３の面内回転を行う。
【００４４】
この試料３の厚さが標準的な試料の厚さと異なる場合には、制御装置７１がゴニオメータ４０を介して試料装着装置５０の幅方向駆動機構５５に動作指令を出力してステージ５３を移動させ、試料表面３ａ上にゴニオメータ４０のθ−２θ回転軸がくるようにする。
【００４５】
次いで、制御装置７１がモノクロメータ３０の駆動装置３５に動作指令を出力して、この駆動装置３５を動作させ、結晶傾斜・位置調整機構３４により、モノクロメータ３０のあおり角調整、面内角調整、およびＸ線２の光軸に沿った位置調整を行うとともに、入射角度調整機構３３によりモノクロメータ３０の表面３１とモノクロメータ２０へ入射されるＸ線２との角度調整を行う。
【００４６】
本実施形態にあっては、ソーラスリット２０からのＸ線２の入射角度をモノクロメータ３０の表面３１に対して１．６°に設定して、この表面３１にＸ線２が入射したときに非対称３３３反射が起こるようにしておく。この操作によって、試料３の直径とほぼ同寸法の長さ約３００ｍｍに拡大したＸ線２ａが得られる。
続いて、入射スリット３６として長手方向の間隔がＸ線２ａと同長さの３００ｍｍのスリットを設置する。そして、入射スリット３６の幅方向のスリット間隔を１６ｍｍに調整し、幅１６ｍｍのＸ線２ａが得られるようにしておく。
【００４７】
さらに、制御装置７１はゴニオメータ４０の幅方向位置調節機構４３に動作指令を出力し、同機構４３を動作させて、ラインフォーカスのＸ線２ａが試料表面３ａの全体に平行に照射され、かつ、試料表面３ａにおいてこのＸ線２ａが幅方向に半割されるようにゴニオメータ４０の幅方向の位置を調節する。
【００４８】
そして、制御装置７１は検出器アーム角度走査機構４２を動作させ、Ｘ線検出部６０の２θ回転を行い、試料表面３ａに照射されるＸ線２ａの光路に対し５６．１２°の位置にＸ線検出部６０を移動させる。
続いて、制御装置７１は試料角度走査機構４１を動作させて試料３のθ回転を行い、Ｘ線２ａのシート面に対する試料表面３ａの角度を２．８６°に設定し、試料３で非対称１１３反射が起こるようにしておく。なおこの段階では、記録媒体６３は記録媒体ホルダ６４に未装着として、試料表面３ａから回折してくるＸ線２ｂを、Ｘ線検出器６１により検出可能な状態としておく。
【００４９】
［Ｘ線トポグラフの記録方法］
次に、上述したＸ線トポグラフ装置１を用いたＸ線トポグラフの記録方法（Ｘ線トポグラフ方法）について、図１および図２を主に参照して説明する。
Ｘ線源１０から長さ１０ｍｍのラインフォーカスのＸ線２を出射して、このＸ線２をモノクロメータ３０によって単色化するとともに、長さ３００ｍｍに拡大して試料表面３ａに照射し、Ｘ線検出器６１により試料３でブラッグ反射が生じることを確認する。
ブラッグ反射が生じた場合は、記録媒体ホルダ６４に記録媒体６３を取り付け、試料３で回折したＸ線２ｂの強度の場所的分布を示すＸ線トポグラフ像を記録する。記録された記録媒体６３は、記録媒体ホルダ６４から取り外され、例えば、記録媒体６３としてイメージングプレートが用いられた場合には、公知あるいは周知のイメージングプレート読み取り装置を用いて、オフラインでトポグラフ像を観察する。
【００５０】
本実施形態にあっては、長さ３００ｍｍおよび幅１６ｍｍに整形したＸ線２ａを試料表面３ａに対し２．８６°の低角度で照射することとしたので、直径３００ｍｍの試料３の全表面にＸ線２ａを照射することができ、試料３の全表面にわたるＸ線トポグラフ像をワンショットで記録することができる。なお、この記録されたＸ線トポグラフ像に同時反射による妨害像が生じた場合には、試料３の面内回転の微調整を行う。
【００５１】
続いて、記録媒体ホルダ６４から記録媒体６３を取り外した状態で、試料３で回折するＸ線２ａの強度をＸ線検出器６１により検出可能なようにしておく。そして、制御装置７１は、ゴニオメータ４０の試料角度走査機構４１に動作指令を出力して、機構４１を動作させ、試料３のθ回転を行い、Ｘ線検出器６１により試料３で回折するＸ線２の強度を検出する。
【００５２】
制御装置７１は、このＸ線検出器６１で検出されたＸ線２の強度データに基づき所定のデータ分析を実行し、その分析結果を記憶装置７２に保存するとともに、表示装置７３に回折強度曲線を表示する。最終的には、この回折強度曲線に基づいて、Ｘ線トポグラフの記録を行う試料３の角度位置を複数選択し、該角度位置に試料３を順次固定してＸ線トポグラフ像の記録を行う。そして、このように記録されたＸ線トポグラフ像をイメージングプレート読み取り装置等を用いて、オフラインで画像化して試料表面３ａ近傍の結晶格子欠陥等を観察する。
【００５３】
本実施形態にあっては、幅方向に発散したＸ線２ａを試料に照射することとしたので、試料３の一部に僅かな反りがあっても、その部分における回折Ｘ線を得ることができる。なお、このＸ線２ａの開き角は僅かであり、試料３の全表面にわたるＸ線２ａのブラッグ反射に支障をきたすことはない。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、例えば設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００５５】
例えば、上述した試料装着装置５０の試料支持台５１をリング状とし、またステージ５３の中央部分をくりぬいて試料３の裏面側からＸ線２ａを照射して、試料３の内部を透過した回折Ｘ線によるＸ線トポグラフ像を記録媒体６３に記録することとしてもよい。このようにすれば、試料３内部の結晶格子欠陥等を観察することができる。
【００５６】
なお、このように構成した場合には、透過力のあるＭｏＫαのような短波長の単色Ｘ線を用い、ソーラスリット２０およびモノクロメータ３０はＭｏＫαダブレットを分離できるようなデザインを採用する。また、モノクロメータ３０は、長さを３８０ｍｍとする。そして、Ｘ線２の入射角度をモノクロメータ３０の表面３１に対して１．５°に設定し、非対称４４４反射が起こるようにしておく。この操作によって、上述した実施形態と同様に長さ約３００ｍｍに拡大したＸ線２ａを得ることができる。
【００５７】
また、上述した実施形態にあっては、試料３の全表面にわたる回折Ｘ線強度をワンショットで記録することとしているが、試料３の全表面にＸ線２ａを照射できない場合には、例えば、試料装着装置５０に備えた水平方向駆動機構５４により試料支持台５１をＸ線２ａの光軸に沿う方向に平行移動して、Ｘ線トポグラフの記録を複数回に分けて行ってもよいことは勿論である。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、非対称反射モノクロメータによりラインフォーカスのＸ線を長手方向に拡大するとともに、モノクロメータのＸ線散乱面と試料のＸ線散乱面とを交差させてＸ線を試料表面に照射することとしたので、試料表面上のＸ線照射領域を四方に拡大することができ、試料表面の広い領域にわたるＸ線トポグラフの記録を一括して行うことができる。
【００５９】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係るＸ線トポグラフ装置の構成を示す斜視図である。
【図２】同じくＸ線トポグラフ装置を示す正面構成図である。
【図３】ソーラスリットの構成を示す平面断面図である。
【図４】モノクロメータによる非対称反射の原理を説明するための模式図である。
【図５】駆動装置によるモノクロメータの駆動方向を示す斜視図である。
【図６】モノクロメータと試料の配置関係を示す模式図である。
【図７】従来の表面反射二結晶法を実施するためのＸ線光学系の光路を示す模式図である。
【符号の説明】
１：Ｘ線トポグラフ装置
２：Ｘ線
３：試料
３ａ：試料表面
１０：Ｘ線源
１１：発散制限スリット
２０：ソーラスリット
２１：スリット材
２２：単位ユニット
２３：発散制限スリット
３０：モノクロメータ
３１：表面
３２：結晶格子面
３３：入射角度調整機構
３４：結晶傾斜・位置調整機構
３５：駆動装置
３６：入射スリット
４０：ゴニオメータ
４１：試料角度走査機構
４２：検出器アーム角度走査機構
４３：幅方向位置調節機構
４４：検出器アーム
５０：試料装着装置
５１：試料支持台
５２：面内回転機構
５３：ステージ
５４：水平方向駆動機構
５５：幅方向駆動機構
６０：Ｘ線検出部
６１：Ｘ線検出器
６２：検出器支持台
６３：記録媒体
７０：制御系
７１：制御装置
７２：記憶装置
７３：表示装置
１００：Ｘ線光学系
１０１：Ｘ線源
１０２：Ｘ線
１０３：モノクロメータ
１０４：試料
１０５：記録媒体
【図１】
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【図２】
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【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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