JP2001083105A - X-ray diffractometer and method for measuring diffracted x-ray - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an X-ray diffractometer with which more detailed information on the structure of the very small part of a thin film can be obtained by reducing the influence of air-scattered X-rays when the diffractometer is used for an oblique emission X-ray diffraction method. SOLUTION: An X-ray diffractometer is used for evaluating the crystal structure of a sample 4 by projecting primary X-rays 2 upon the sample 4 and measuring the angle of diffraction and intensity of diffracted X-rays which are emitted from the sample 4 after being diffracted by the sample 4. The diffractometer is provided with an X-ray source 1 which projects the primary X-rays 2 upon the sample 4, a shielding body 4 which shields scattered X-rays which are generated when the X-rays 2 are scattered by the air, and a shielding body moving means 6 which moves the shielding body 4 to a designated position. The diffractometer is also provided with a sample rotating mechanism 10 that rotates the sample which is irradiated with the primary X-rays 2 from which the scattered X-rays are removed by means of the shielding body 4 and an X-ray measuring means 9 which measures the angle of diffraction and intensity of the diffracted X-rays which are emitted from the sample 4 after being diffracted by the sample 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜試料用Ｘ線回
折装置および回折Ｘ線の測定方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an X-ray diffractometer for a thin film sample and a method for measuring diffracted X-rays.

【０００２】[0002]

【従来の技術】Ｘ線回折により物質の結晶状態を調べる
方法は、新規材料の開発や材料の新規応用形態を開発す
るにあたって、非常に有効な評価手段となっている。殊
に、光学、電子工学などの分野では、材料が薄膜の形態
で使用される場合が多く薄膜の形態で評価を行うことが
重要となってきている。2. Description of the Related Art A method of examining a crystalline state of a substance by X-ray diffraction is a very effective evaluation means in developing a new material and a new application form of the material. In particular, in the fields of optics, electronics and the like, materials are often used in the form of a thin film, and it has become important to evaluate in the form of a thin film.

【０００３】基板上に形成された薄膜のＸ線回折測定を
行うためには、薄膜からの回折Ｘ線を効率良く検出し、
バックグラウンドの原因となる基板材からの散乱Ｘ線を
出来るだけ抑えることが重要である。In order to perform X-ray diffraction measurement of a thin film formed on a substrate, diffracted X-rays from the thin film are detected efficiently,
It is important to suppress scattered X-rays from the substrate material that causes the background as much as possible.

【０００４】薄膜のＸ線回折測定のために広く利用され
ている方法に、ゼーマンボーリン法と呼ばれる方法があ
る。（Ｒ．Ｆｅｄｅｒ ａｎｄ Ｂ．Ｓ．Ｂｅｒｒｙ，
Ｓｅｅｍａｎ−Ｂｏｈｌｉｎ Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒ
ａｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ，Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏ
ｇｒａｐｈｙ，３（１９７０）３７２）A method widely used for X-ray diffraction measurement of a thin film is a method called a Zeeman-Boulin method. (R. Feder and BS Berry,
Seeman-Bohlin X-Ray Diffr
action for Thin Films, Jou
rnal of Applied Crystallo
graphy, 3 (1970) 372)

【０００５】図３はゼーマンボーリン法の説明図であ
る。この方法では、一次Ｘ線２の入射角（ω）を試料表
面に対して固定し、さまざまな角度（２θ）に放出され
る回折Ｘ線７を、Ｘ線検出器９により検出し、記録す
る。一次Ｘ線の試料への侵入深さは、入射角ωに依存す
る。入射角ωを微小な値に設定することにより、一次Ｘ
線の試料への侵入深さを小さくすることができ、試料の
深い部分からの散乱Ｘ線の寄与を非常に小さくすること
ができる。その結果、試料表面近傍からの回折Ｘ線を選
択的に検出することが可能となる。この方法によれば、
例えばωを０．５°に設定した場合には、厚さ１０ｎｍ
程度の多結晶薄膜のＸ線回折パターンを容易に得ること
ができる。この方法は、特にωを微小な値に設定する場
合、斜入射Ｘ線回折法と呼ばれる。FIG. 3 is an explanatory view of the Zeeman-Boulin method. In this method, the incident angle (ω) of the primary X-ray 2 is fixed relative to the sample surface, and the X-ray detector 9 detects and records the diffracted X-rays 7 emitted at various angles (2θ). . The penetration depth of the primary X-ray into the sample depends on the incident angle ω. By setting the incident angle ω to a small value, the primary X
The penetration depth of the line into the sample can be reduced, and the contribution of scattered X-rays from a deep part of the sample can be extremely reduced. As a result, it becomes possible to selectively detect diffracted X-rays from near the sample surface. According to this method,
For example, when ω is set to 0.5 °, the thickness is 10 nm.
An X-ray diffraction pattern of a polycrystalline thin film of a certain degree can be easily obtained. This method is called an oblique incidence X-ray diffraction method especially when ω is set to a very small value.

【０００６】また回折Ｘ線の出射角αを微小な値に設定
することによっても、基板からの散乱Ｘ線の寄与を非常
に小さくすることができる。この方法は斜出射Ｘ線回折
法と呼ばれる。図４は斜出射Ｘ線回折法の説明図であ
る。ところで、斜入射Ｘ線回折装置では、図３から明ら
かなように、比較的大きな面積を有する薄膜の平均的な
情報を得ることしかできないが（例えば、特開昭６０−
２６３８４１号公報参照）、斜出射Ｘ線回折法ではその
特徴として、Ｘ線照射領域を制限することができ、薄膜
試料の微小領域の構造を区別して測定することが可能で
ある。[0006] Also, the contribution of scattered X-rays from the substrate can be made very small by setting the exit angle α of the diffracted X-rays to a very small value. This method is called oblique emission X-ray diffraction. FIG. 4 is an explanatory diagram of the oblique emission X-ray diffraction method. By the way, the oblique incidence X-ray diffractometer can only obtain average information of a thin film having a relatively large area, as is apparent from FIG.
No. 263841), the oblique emission X-ray diffraction method is characterized in that the X-ray irradiation region can be limited, and the structure of the minute region of the thin film sample can be measured separately.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、薄膜の
微小領域になると、試料からの回折Ｘ線強度は極めて微
弱であり、試料近傍の空気による散乱Ｘ線によるバック
グラウンドのため、測定が困難となっていた。However, in a minute area of the thin film, the intensity of the diffracted X-rays from the sample is extremely weak, and the measurement is difficult due to the background caused by the X-rays scattered by air near the sample. I was

【０００８】本発明は、斜出射Ｘ線回折法において、空
気散乱Ｘ線の影響を低減し、薄膜微小部の構造に関する
より詳細な情報を得ることができるＸ線回折装置および
回折Ｘ線の測定方法を提供することを目的とするもので
ある。The present invention relates to an X-ray diffraction apparatus and an X-ray diffraction apparatus capable of reducing the influence of air scattered X-rays and obtaining more detailed information on the structure of a thin portion of a thin film in oblique emission X-ray diffraction. It is intended to provide a method.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の第一の発明は、
試料に一次Ｘ線を照射し、該一次Ｘ線が試料によって回
折されて試料から出射する回折Ｘ線の回折角度および強
度を測定することにより、試料の結晶構造を評価するＸ
線回折装置であって、試料に一次Ｘ線を照射するＸ線源
と、該Ｘ線源から照射された一次Ｘ線が空気散乱して発
生する散乱Ｘ線を遮蔽する遮蔽体と、該遮蔽体を指定位
置に移動させる遮蔽体移動手段と、試料を回転する試料
回転機構と、該試料によって回折されて出射する回折Ｘ
線の回折角度および強度を測定するＸ線測定手段を有す
ることを特徴とするＸ線回折装置である。Means for Solving the Problems The first invention of the present invention is:
The sample is irradiated with primary X-rays, the primary X-rays are diffracted by the sample, and the diffraction angle and intensity of the diffracted X-rays emitted from the sample are measured to evaluate the crystal structure of the sample.
An X-ray diffraction apparatus, comprising: an X-ray source for irradiating a sample with primary X-rays; a shielding body for shielding scattered X-rays generated by air-scattering the primary X-rays emitted from the X-ray source; A shield moving means for moving a body to a designated position, a sample rotating mechanism for rotating a sample, and a diffraction X diffracted and emitted by the sample
An X-ray diffractometer comprising X-ray measuring means for measuring a diffraction angle and intensity of a ray.

【００１０】前記遮蔽体が薄板状のものであり、その延
長線が試料表面上の一次Ｘ線照射領域の近傍を通過する
様に配置されていることが好ましい。前記遮蔽体が一次
Ｘ線と回折Ｘ線を含む平面内において、試料表面に平行
な方向と垂直な方向の２方向に移動可能なことが好まし
い。前記遮蔽体がナイフエッジであることが好ましい。
前記遮蔽体が試料と一体となって回転することが好まし
い。[0010] It is preferable that the shield is a thin plate, and is arranged so that an extension thereof passes near the primary X-ray irradiation area on the sample surface. Preferably, the shield is movable in two directions, a direction parallel to the sample surface and a direction perpendicular to the sample surface, within a plane including the primary X-ray and the diffracted X-ray. Preferably, the shield is a knife edge.
It is preferable that the shield rotates integrally with the sample.

【００１１】また、本発明の第二一の発明は、試料に一
次Ｘ線を照射し、該一次Ｘ線が試料によって回折されて
試料から出射する回折Ｘ線の回折角度および強度を測定
することにより、試料の結晶構造を評価する回折Ｘ線の
測定方法において、該一次Ｘ線が空気散乱して発生する
散乱Ｘ線を遮蔽体で遮蔽し、該遮蔽体により散乱Ｘ線を
除いた一次Ｘ線を試料に照射することを特徴とする回折
Ｘ線の測定方法である。In a second aspect of the present invention, a sample is irradiated with primary X-rays, and the primary X-rays are diffracted by the sample and the diffraction angle and intensity of diffracted X-rays emitted from the sample are measured. In the method for measuring the diffraction X-rays for evaluating the crystal structure of the sample, the primary X-rays are scattered in the air and the scattered X-rays generated by the air are shielded by a shield, and the primary X-rays are eliminated by the shield. This is a method for measuring diffracted X-rays, which comprises irradiating a sample with a ray.

【００１２】前記試料と遮蔽体との位置関係が試料の回
転によって不変であることが好ましい。It is preferable that the positional relationship between the sample and the shield is not changed by the rotation of the sample.

【００１３】[0013]

【発明の実施の形態】本発明は、上述した課題を解決す
るために鋭意検討を行って成されたものであり、以下に
述べる構成のものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention has been made by intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and has the following configuration.

【００１４】即ち、例えば、多結晶性試料に一次Ｘ線を
照射したときに、試料によって回折されて試料から出射
するＸ線、即ち回折Ｘ線の回折角度および強度を測定す
ることにより、試料の結晶構造を評価するＸ線回折装置
であって、回折Ｘ線の出射方向を該試料表面を含む面に
対して微小な角度に規定して回折角度および強度を測定
する手段を備え、空気散乱したＸ線を遮蔽する手段とし
て遮蔽体が試料表面近傍に配置されており、前記遮蔽体
を一次Ｘ線と回折Ｘ線を含む平面内における相異なる２
方向に移動させる手段を備えていることを特徴とする。That is, for example, when a primary X-ray is irradiated on a polycrystalline sample, the diffraction angle and intensity of the X-ray diffracted by the sample and emitted from the sample, that is, the diffraction angle and intensity of the diffracted X-ray are measured. An X-ray diffractometer for evaluating a crystal structure, comprising means for measuring a diffraction angle and an intensity by defining an emission direction of a diffracted X-ray at a minute angle with respect to a plane including the sample surface, and performing an air scattering. As a means for shielding X-rays, a shield is arranged near the surface of the sample, and the shield is provided with two different X-rays in a plane including primary X-rays and diffracted X-rays.
It is characterized by having means for moving in the direction.

【００１５】また、本発明の回折Ｘ線の測定方法は、回
折Ｘ線の出射角を試料表面を含む面に対して微小な角度
に規定して回折角度および強度を測定する際、一次Ｘ線
が空気散乱した結果生ずるＸ線を遮蔽することを特徴と
する。また、試料と遮蔽手段との位置関係が試料の回転
によって不変であることを特徴とする。In the method for measuring a diffracted X-ray according to the present invention, the primary X-ray is used for measuring the diffraction angle and the intensity by defining the exit angle of the diffracted X-ray to a minute angle with respect to the surface including the sample surface. Shields X-rays resulting from air scattering. Further, it is characterized in that the positional relationship between the sample and the shielding means is not changed by the rotation of the sample.

【００１６】本発明によれば、Ｘ線遮蔽体の精密な位置
調整が可能となるため、斜出射Ｘ線回折法において、空
気散乱Ｘ線の影響を効果的に低減し、薄膜微小部の構造
に関するより詳細な情報を得ることができる。According to the present invention, it is possible to precisely adjust the position of the X-ray shield. Therefore, in the oblique emission X-ray diffraction method, the effect of air scattered X-rays can be effectively reduced, and the structure of the thin portion of the thin film can be reduced. You can get more detailed information about

【００１７】以下、図面を参照しながら本発明を説明す
る。図１は本発明のＸ線回折装置の一実施態様を示す説
明図である。同図１において、Ｘ線源１から放射された
単一波長の一次Ｘ線２は、ほぼ平行ビームとなって照射
領域制限手段３を通過し、試料４の表面の微小領域を照
射する。試料４の表面近傍には遮蔽体５が遮蔽体移動機
構６に接続されて設置されている。試料４により生じた
回折Ｘ線７は、出射角制限手段８を通過してＸ線検出器
９に導かれる。The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing one embodiment of the X-ray diffraction apparatus of the present invention. In FIG. 1, primary X-rays 2 of a single wavelength emitted from an X-ray source 1 pass through irradiation area limiting means 3 as substantially parallel beams, and irradiate a minute area on the surface of a sample 4. A shield 5 is installed near the surface of the sample 4 so as to be connected to a shield moving mechanism 6. The diffracted X-ray 7 generated by the sample 4 is guided to the X-ray detector 9 after passing through the emission angle limiting means 8.

【００１８】Ｘ線源１としては、各種Ｘ線管の他、単色
化されたシンクロトロン放射光を用いることができる。
照射領域制限手段３としては、一つまたは複数のスリッ
トからなるスリットシステム、一つまたは複数のＸ線反
射鏡からなる集光システム、各種コリメーター、キャピ
ラリーを利用したＸ線導管などを使用することができ
る。１次Ｘ線照射領域の大きさは、これらの照射領域制
限手段を適宜使用することにより、数μｍから数ｍｍの
範囲で選択することができる。As the X-ray source 1, monochromatic synchrotron radiation can be used in addition to various X-ray tubes.
As the irradiation area limiting means 3, a slit system including one or a plurality of slits, a condensing system including one or a plurality of X-ray reflecting mirrors, various collimators, an X-ray conduit using a capillary, and the like are used. Can be. The size of the primary X-ray irradiation area can be selected in the range of several μm to several mm by appropriately using these irradiation area limiting means.

【００１９】試料４は試料回転機構１０に保持されてい
る。出射角制限手段８としては、所定の位置に設置され
たスリットＸ線遮蔽部材などを使用する。出射角制限手
段８は試料の回転と連動して旋回し、回折Ｘ線の取り出
し角が試料表面を含む平面に対して一定条件に保たれる
ようになっている。The sample 4 is held by a sample rotating mechanism 10. As the emission angle limiting means 8, a slit X-ray shielding member or the like installed at a predetermined position is used. The emission angle limiting means 8 rotates in conjunction with the rotation of the sample, so that the angle of extraction of the diffracted X-rays is kept constant with respect to a plane including the sample surface.

【００２０】Ｘ線検出器９としては、シンチレーション
カウンター、比例計数管を試料回転と連動して旋回する
機構とともに用いることができる。あるいは、位置敏感
比例計数管、イメージングプレート、写真フィルムなど
の場合は検出器を移動することなく使用することも可能
である。As the X-ray detector 9, a scintillation counter and a proportional counter tube can be used together with a mechanism for turning the sample in conjunction with sample rotation. Alternatively, in the case of a position-sensitive proportional counter, an imaging plate, a photographic film, or the like, the detector can be used without moving.

【００２１】遮蔽体５の作用を図２を用いて説明する。
図２は空気散乱の影響と遮蔽体の作用を示す説明図であ
る。測定中試料の周囲には空気が存在する。図２（ａ）
に示されているように試料近傍の空間で一次Ｘ線２が空
気により散乱されると、その散乱Ｘ線１１の一部は検出
器９に到達する。その結果、Ｘ線検出器９によって測定
されるＸ線強度分布にバックグラウンドが生ずる。一般
に試料自体により回折／散乱されるＸ線７は、斜出射条
件でこれを検出する場合、その強度は非常に弱く、それ
に比較して空気散乱Ｘ線１１によるバックグラウンド強
度は非常に大きくなる場合がある。そのような場合、測
定されたＸ線強度分布から試料表面の構造の情報を含む
Ｘ線回折パターンを分離することは著しく困難となる。The operation of the shield 5 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the effect of air scattering and the function of the shield. Air is present around the sample during the measurement. FIG. 2 (a)
When the primary X-rays 2 are scattered by air in the space near the sample as shown in (1), a part of the scattered X-rays 11 reaches the detector 9. As a result, a background occurs in the X-ray intensity distribution measured by the X-ray detector 9. In general, when the X-rays 7 diffracted / scattered by the sample itself are detected under oblique emission conditions, the intensity is very weak, and the background intensity due to the air scattered X-rays 11 is very large in comparison. There is. In such a case, it becomes extremely difficult to separate an X-ray diffraction pattern including information on the structure of the sample surface from the measured X-ray intensity distribution.

【００２２】図２（ｂ）に示されるように、遮蔽体５を
適当な位置に配置すると、空気散乱Ｘ線がＸ線検出器９
に到達することを阻止することができる。遮蔽体５は一
次Ｘ線と同じエネルギーのＸ線が透過しないように、ま
た二次Ｘ線の発生源とならないように、構成材料と形状
が選択される。遮蔽体５は一次Ｘ線通路のＸ線検出器９
に対する露出をできるだけ小さくするような位置に配置
される。また遮蔽体５は一次Ｘ線２と回折Ｘ線７を遮っ
てはならない。As shown in FIG. 2B, when the shield 5 is arranged at an appropriate position, the air scattered X-rays are reflected by the X-ray detector 9.
Can be prevented. The material and shape of the shield 5 are selected so that X-rays having the same energy as the primary X-ray do not pass through and do not become a source of secondary X-rays. The shield 5 is an X-ray detector 9 in the primary X-ray path.
Are arranged so as to minimize the exposure to light. The shield 5 must not block the primary X-rays 2 and the diffracted X-rays 7.

【００２３】以上の条件を考慮すると、遮蔽体５の構成
材料としては、密度が大きく、加工性、形状安定性に優
れた材料が適している、具体的には、鉛、タングステ
ン、タンタル、モリブデン、金、白金などの金属または
合金から、一次Ｘ線エネルギーに適応するものが適宜選
択される。遮蔽体５の形状としては、Ｘ線を遮蔽しうる
範囲で薄い板状が好ましく、先端にいくに従って厚さが
減少する形状、いわゆるナイフエッジとなっていること
がより好ましい。Taking the above conditions into consideration, a material having high density, excellent workability and excellent shape stability is suitable as a constituent material of the shield 5, specifically, lead, tungsten, tantalum, molybdenum. , Gold, platinum, and other metals or alloys that are suitable for the primary X-ray energy are appropriately selected. The shape of the shield 5 is preferably a thin plate as long as it can shield X-rays, and more preferably a so-called knife edge in which the thickness decreases toward the tip.

【００２４】遮蔽体５の位置は精密に調整しなくてはな
らない。そのために遮蔽体移動機構６が備えられてい
る。遮蔽体移動機構６は、遮蔽体５を少なくとも、一次
Ｘ線２と回折Ｘ線７を含む平面内で独立の２方向に移動
させ精密に位置を調整する機能を有する。具体的には、
マイクロメーターによって駆動されるＸＹ並進ステー
ジ、パルスモーターによって駆動されるＸＹ並進ステー
ジなどが使用できる。試料表面での一次Ｘ線照射領域の
幅の値に比較して十分に高い精度で位置制御が出来、そ
の再現性が確保される機構であれば、遮蔽体移動機構と
して使用可能である。The position of the shield 5 must be precisely adjusted. For this purpose, a shield moving mechanism 6 is provided. The shield moving mechanism 6 has a function of moving the shield 5 in at least two independent directions within a plane including the primary X-ray 2 and the diffracted X-ray 7 to precisely adjust the position. In particular,
An XY translation stage driven by a micrometer, an XY translation stage driven by a pulse motor, and the like can be used. As long as the position can be controlled with sufficiently high accuracy compared to the value of the width of the primary X-ray irradiation area on the sample surface and the reproducibility is ensured, it can be used as a shield moving mechanism.

【００２５】遮蔽体５の位置確認には光学顕微鏡を用い
ることができる。一次Ｘ線ビーム，回折Ｘ線の幾何学的
関係による、遮蔽体の最適設定位置が決定されれば、そ
れらの関係を崩さない限り、いつでも遮蔽体５を最適設
定位置に設定することが可能である。An optical microscope can be used to confirm the position of the shield 5. If the optimal setting position of the shield is determined by the geometric relationship between the primary X-ray beam and the diffracted X-ray, the shield 5 can be set to the optimal setting position at any time as long as the relationship is not broken. is there.

【００２６】[0026]

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳し
く説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素
の置換や設計変更がなされたものをも包含する。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to specific examples, but the present invention is not limited to these examples, and each element within a range in which the object of the present invention is achieved. This also includes those in which substitutions or design changes have been made.

【００２７】実施例１ 図５は、本発明のＸ線回折装置の一実施例を示す模式図
である。図５において、図１と同じ部位には図１と同じ
番号が付してある。Embodiment 1 FIG. 5 is a schematic view showing an embodiment of the X-ray diffraction apparatus of the present invention. 5, the same parts as those in FIG. 1 are given the same numbers as those in FIG.

【００２８】Ｘ線源としては、Ｃｒを対陰極とする回転
対陰極Ｘ線管１２を使用した。回転対陰極Ｘ線管を管電
圧４０ｋＶ、管電流２００ｍＡで駆動した。Ｘ線焦点は
ラインフォーカスとした、本実施例の配置では実効焦点
の幅は０．０５ｍｍ、長さは１０ｍｍである。As an X-ray source, a rotating anti-cathode X-ray tube 12 using Cr as an anti-cathode was used. The rotating anti-cathode X-ray tube was driven at a tube voltage of 40 kV and a tube current of 200 mA. The X-ray focus is a line focus. In the arrangement of this embodiment, the effective focus has a width of 0.05 mm and a length of 10 mm.

【００２９】入射側Ｘ線光学系として幅０．１５ｍｍの
スリット１３を該Ｘ線焦点から９５ｍｍの距離の位置に
設置した。Ｘ線源１２からの一次Ｘ線であるＣｒ特性Ｘ
線は、スリット１３を通過し、スリット１３から９０ｍ
ｍの位置で試料表面に入射する。A slit 13 having a width of 0.15 mm was set as a light incident side X-ray optical system at a position 95 mm away from the X-ray focal point. Cr characteristic X as primary X-ray from X-ray source 12
The line passes through the slit 13 and is 90 m from the slit 13
It is incident on the sample surface at the position of m.

【００３０】試料４はゴニオメータ１４上の試料ホルダ
ーに保持されている。ゴニオメーターの回転中心は試料
表面のＸ線照射領域の中心に一致している。そのためゴ
ニオメーターの回転により試料が回転した場合もＸ線照
射領域の中心位置は移動しない。ゴニオメーター１４は
定盤（不図示）の上に固定されている。The sample 4 is held on a sample holder on the goniometer 14. The rotation center of the goniometer coincides with the center of the X-ray irradiation area on the sample surface. Therefore, even when the sample is rotated by the rotation of the goniometer, the center position of the X-ray irradiation area does not move. The goniometer 14 is fixed on a surface plate (not shown).

【００３１】遮蔽体５は、鉛の薄板（５ｍｍ×５ｍｍ×
１ｍｍｔ）をアルミニウム板に接着したものである。鉛
板の一辺はテーパーをつけて直線状に切断されており、
ナイフエッジの形状を成している。この辺が正確に試料
表面のＸ線照射点に向き合うように遮蔽体５は、遮蔽体
移動機構６に接統されて設置されている。遮蔽体移動機
構６は定盤の上に固定されたマグネットベース上に設置
されたＺステージと、その上に設置されたＸＹ並進ステ
ージからなる。遮蔽体移動機構６および遮蔽体５はゴニ
オメーター１４とは独立に定盤上に固定されており、位
置調整後は試料の移動、回転とは無関係に一定の位置を
保つ。遮蔽体移動機構６のＺステージにより遮蔽体５を
鉛直方向に移動させることが可能で、その中心が一次Ｘ
線ビームの高さと一致するように調整される。ＸＹ並進
ステージにより遮蔽体５を水平面内で移動させることが
可能で、本実施例では、遮蔽体５が試料表面のＸ線照射
領域に接近する方向とそれに直角な方向に移動するよう
に設定した。ＸＹ並進ステージはマイクロメーターによ
り駆動され、１０μｍの構度で位置設定が可能になって
いる。遮蔽体５の位置を確認するために、ゴニオメータ
ー１４の直上に光学顕微鏡が設置されている。The shield 5 is made of a lead thin plate (5 mm × 5 mm ×
1 mmt) is bonded to an aluminum plate. One side of the lead plate is cut linearly with a taper,
It has the shape of a knife edge. The shield 5 is installed in close contact with the shield moving mechanism 6 so that this side accurately faces the X-ray irradiation point on the sample surface. The shield moving mechanism 6 includes a Z stage mounted on a magnet base fixed on a surface plate, and an XY translation stage mounted thereon. The shield moving mechanism 6 and the shield 5 are fixed on the surface plate independently of the goniometer 14, and after the position adjustment, maintain a fixed position regardless of the movement and rotation of the sample. The shield 5 can be moved in the vertical direction by the Z stage of the shield moving mechanism 6, and its center is the primary X.
It is adjusted to match the height of the line beam. The shield 5 can be moved in the horizontal plane by the XY translation stage. In the present embodiment, the shield 5 is set to move in a direction approaching the X-ray irradiation area on the sample surface and in a direction perpendicular thereto. . The XY translation stage is driven by a micrometer and can be set at a position of 10 μm. An optical microscope is provided immediately above the goniometer 14 to check the position of the shield 5.

【００３２】本実施例ではＸ線検出器として、位置敏感
比例計数管１５を使用した。試料４から３００ｍｍの距
離に位置敏感比例計数管１５を設置した。使用した位置
敏感比例計数管のＸ線検出部有効長は５０ｍｍである。In this embodiment, a position-sensitive proportional counter 15 is used as an X-ray detector. The position-sensitive proportional counter 15 was set at a distance of 300 mm from the sample 4. The effective length of the X-ray detector of the used position-sensitive proportional counter is 50 mm.

【００３３】次に、本実施例を使用した測定手順につい
て説明する。まず測定試料をゴニオメーター１４の定位
置にセットする。続いて、遮蔽体移動機構６を操作して
遮蔽体５を設定位置へ移動する。ゴニオメーター１４に
より試料４の角度を適宜設定し、位置敏感比例計数管１
９によりＸ線回折パターンを測定する。Next, a measurement procedure using the present embodiment will be described. First, a measurement sample is set at a fixed position of the goniometer 14. Subsequently, the shield moving mechanism 6 is operated to move the shield 5 to the set position. The angle of the sample 4 is appropriately set by the goniometer 14, and the position-sensitive proportional counter 1
9 to measure the X-ray diffraction pattern.

【００３４】図７は、遮蔽体先端と試料表面との間隔を
１ｍｍにした場合と、０．５ｍｍにした場合のＸ線回折
パターンの測定値である。試料は石英ガラス基板上に形
成された厚さ３０ｎｍのパラジウム薄膜である。なお、
一次Ｘ線４の入射角ωは、５７．５°とした。３００秒
積算することで、図７に示す回折パターンを得た。パラ
ジウム薄膜は、一次Ｘ線をＣｒの特性Ｘ線とした場合
に、回折角２θが６１．３ 近傍に、Ｐｄ（１１１）面
による回折ピークが観測される。従って、この回折Ｘ線
の出射角はおよそ３．８°となる。間隔１ｍｍ（図７
ａ）では、低出射角領域に空気散乱によるバックグラウ
ンドが現れているが、間隔０．５ｍｍ（図７ｂ）の方は
このバックグラウンドが大幅に低減されていることが分
かる。FIG. 7 shows measured values of X-ray diffraction patterns when the distance between the shield tip and the sample surface is 1 mm and 0.5 mm. The sample is a palladium thin film having a thickness of 30 nm formed on a quartz glass substrate. In addition,
The incident angle ω of the primary X-ray 4 was set to 57.5 °. By integrating for 300 seconds, a diffraction pattern shown in FIG. 7 was obtained. In the palladium thin film, when the primary X-ray is the characteristic X-ray of Cr, a diffraction peak due to the Pd (111) plane is observed near a diffraction angle 2θ of 61.3. Therefore, the outgoing angle of this diffracted X-ray is about 3.8 °. 1mm spacing (Fig. 7
In a), a background due to air scattering appears in the low emission angle region, but it can be seen that the background is greatly reduced in the case of the interval of 0.5 mm (FIG. 7B).

【００３５】実施例２ 図６は、本発明のＸ線回折装置の他の実施例を示す模式
図である。図６において図１、図５と同じ部位にはそれ
ぞれ同じ番号が付してある。Embodiment 2 FIG. 6 is a schematic view showing another embodiment of the X-ray diffraction apparatus of the present invention. 6, the same parts as those in FIGS. 1 and 5 are denoted by the same reference numerals.

【００３６】Ｘ線源として、Ｃｕを対陰極とする回転対
陰極Ｘ線管１６を使用した。回転対陰極Ｘ線管を管電圧
４０ｋＶ、管電流３００ｍＡで駆動した。Ｘ線焦点はラ
インフォーカスとした。本実施例の配置では実効焦点の
幅は０．０５ｍｍ，長さは１０ｍｍである。As an X-ray source, a rotating anti-cathode X-ray tube 16 using Cu as a negative electrode was used. The rotating anti-cathode X-ray tube was driven at a tube voltage of 40 kV and a tube current of 300 mA. The X-ray focus was a line focus. In the arrangement of this embodiment, the effective focal point has a width of 0.05 mm and a length of 10 mm.

【００３７】入射側Ｘ線光学系として幅０．１５ｍｍの
スリット１３を該Ｘ線焦点から９５ｍｍの距離の位置に
設置した。Ｘ線源１６からの一次Ｘ線であるＣｕ特性Ｘ
線は、スリット１３を通過し、スリット１３から９０ｍ
ｍの位置で試料４の表面に入射する。試料４は試料回転
機構であるゴニオメータ１４上の試料ホルダーに保持さ
れている。ゴニオメーター１４の回転中心軸は試料表面
内の一次Ｘ線照射領域の中央に存在する。A slit 13 having a width of 0.15 mm was set as a light incident side X-ray optical system at a distance of 95 mm from the focal point of the X-ray. Cu characteristic X which is a primary X-ray from the X-ray source 16
The line passes through the slit 13 and is 90 m from the slit 13
The light is incident on the surface of the sample 4 at the position m. The sample 4 is held in a sample holder on a goniometer 14 which is a sample rotating mechanism. The rotation center axis of the goniometer 14 is located at the center of the primary X-ray irradiation area on the sample surface.

【００３８】遮蔽体５は、鉛で形成されており、実施例
１と同様の形状で遮蔽体移動機構６に接統されている。
遮蔽体移動機構６はゴニオメーター１４の上に固定され
ており、試料と一体となって回転する。そのため試料と
の位置関係は常に一定である。遮蔽体移動機構６にはＸ
Ｙ並進ステージが備えられ、これにより遮蔽体５を水平
面内で移動させることが可能で、本実施例では、遮蔽体
５が試料表面に平行な方向とそれに直角な方向に移動す
るように設定されている。ＸＹ並進ステージはマイクロ
メーターにより駆動される、１０μｍの精度で位置設定
が可能になっている。遮蔽体５の位置を確認するため
に、ゴニオメーター１４の直上に光学顕微鏡が設置され
ている。The shield 5 is made of lead, and is connected to the shield moving mechanism 6 in the same shape as in the first embodiment.
The shield moving mechanism 6 is fixed on the goniometer 14, and rotates together with the sample. Therefore, the positional relationship with the sample is always constant. The shield moving mechanism 6 has X
A Y translation stage is provided so that the shield 5 can be moved in a horizontal plane. In this embodiment, the shield 5 is set to move in a direction parallel to the sample surface and in a direction perpendicular to the direction. ing. The XY translation stage is driven by a micrometer and can set the position with an accuracy of 10 μm. An optical microscope is provided immediately above the goniometer 14 to check the position of the shield 5.

【００３９】出射側Ｘ線光学系として、幅０．３ｍｍの
スリット（スリット１８）が試料中心から３００ｍｍの
位置に設置され、スリット１８の直後にＸ線検出器とし
てシンチレーションカウンター１９が設置されている。
スリット１８とシンチレーションカウンター１９はゴニ
オメーターアーム１７の上に設置されており、一体とな
ってゴニオメーター回転軸の回りを旋回する。As an emission-side X-ray optical system, a slit (slit 18) having a width of 0.3 mm is provided at a position 300 mm from the center of the sample, and a scintillation counter 19 is provided immediately after the slit 18 as an X-ray detector. .
The slit 18 and the scintillation counter 19 are installed on the goniometer arm 17 and integrally turn around the goniometer rotation axis.

【００４０】次に、本実施例を使用した測定手順につい
て説明する。まず測定試料をゴニオメーター１４の定位
置にセットする。続いて、遮蔽体移動機構６を操作して
遮蔽体５を設定位置へ移動する。ゴニオメーター１４に
より試料４の角度を適宜設定し、スリット１８とシンチ
レーションカウンター１９が設置されたゴニオメーター
アーム１７をゴニオメーター回転軸の回りを旋回させる
ことによりＸ線回折パターンを測定する。Next, a measurement procedure using this embodiment will be described. First, a measurement sample is set at a fixed position of the goniometer 14. Subsequently, the shield moving mechanism 6 is operated to move the shield 5 to the set position. The angle of the sample 4 is appropriately set by the goniometer 14, and the X-ray diffraction pattern is measured by turning the goniometer arm 17 provided with the slit 18 and the scintillation counter 19 around the goniometer rotation axis.

【００４１】本実施例によれば、実施例１と同様に空気
散乱によるバックグラウンドが低減されることが確認さ
れた。さらに遮蔽体５と試料４との位置関係が不変であ
るため、試料が回転しても遮蔽体の位置調整を途中で行
う必要がなく、広い角度範囲での試料回転を伴う測定が
行えるという利点がある。According to the present example, it was confirmed that the background due to air scattering was reduced as in Example 1. Further, since the positional relationship between the shield 5 and the sample 4 is invariable, there is no need to adjust the position of the shield midway even when the sample rotates, so that measurement involving rotation of the sample in a wide angle range can be performed. There is.

【００４２】[0042]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、斜
出射Ｘ線回折法において、空気散乱Ｘ線の影響が低滅さ
れ、Ｓ／Ｎの良い、薄膜微小部のＸ線回折パターンを容
易に測定することができる。その結果、薄膜微小部の構
造に関するより詳細な情報を得ることが可能となる。As described above, according to the present invention, in the oblique emission X-ray diffraction method, the influence of air scattered X-rays is reduced, and the X-ray diffraction pattern of the thin film minute portion has a good S / N ratio. Can be easily measured. As a result, it is possible to obtain more detailed information on the structure of the thin film minute portion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明のＸ線回折装置の一実施態様を示す説明
図である。FIG. 1 is an explanatory view showing one embodiment of an X-ray diffraction apparatus of the present invention.

【図２】空気散乱の影響と遮蔽体の作用を示す説明図で
ある。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the effect of air scattering and the function of a shield.

【図３】従来の薄膜用Ｘ線回折装置（斜入射Ｘ線回折装
置）を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing a conventional thin-film X-ray diffractometer (oblique incidence X-ray diffractometer).

【図４】従来の薄膜用Ｘ線回折装置（斜出射Ｘ線回折装
置）を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing a conventional thin-film X-ray diffractometer (oblique emission X-ray diffractometer).

【図５】本発明のＸ線回折装置の一実施例を示す模式図
である。FIG. 5 is a schematic diagram showing one embodiment of the X-ray diffraction apparatus of the present invention.

【図６】本発明のＸ線回折装置の他の実施例を示す模式
図である。FIG. 6 is a schematic view showing another embodiment of the X-ray diffraction apparatus of the present invention.

【図７】本発明のＸ線回折装置を用いて測定されたＸ線
回折パターンの一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of an X-ray diffraction pattern measured using the X-ray diffraction device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ Ｘ線源 ２ 一次Ｘ線 ３ 照射領域制限手段 ４ 試料 ５ 遮蔽体 ６ 遮蔽体移動機構 ７ 回折Ｘ線 ８ 出射角制限手段 ９ Ｘ線検出器 １０ 試料回転機構 １１ 空気による散乱Ｘ線 １２ 回転対陰極Ｘ線管（Ｃｒターゲット） １３ スリット １４ ゴニオメータ １５ 位置敏感比例計数管 １６ 回転対陰極Ｘ線管（Ｃｕターゲット） １７ ゴニオメーターアーム １８ スリット １９ シンチレーションカウンター ω 一次Ｘ線が試料表面に入射する際に試料表面とな
す角度 ２θ 試料で回折されたＸ線と一次Ｘ線とのなす角度DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 X-ray source 2 Primary X-ray 3 Irradiation area limiting means 4 Sample 5 Shield 6 Shield moving mechanism 7 Diffracted X-ray 8 Emission angle limiting means 9 X-ray detector 10 Sample rotation mechanism 11 Scattered X-rays by air 12 Rotation Cathode X-ray tube (Cr target) 13 Slit 14 Goniometer 15 Position-sensitive proportional counter 16 Rotational cathode X-ray tube (Cu target) 17 Goniometer arm 18 Slit 19 Scintillation counter ω When primary X-rays enter the sample surface Angle between the sample surface and 2θ Angle between the X-ray diffracted by the sample and the primary X-ray

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G001 AA01 BA18 CA01 DA03 DA06 GA13 GA14 HA09 HA12 JA08 KA08 MA05 NA15 NA17 PA12 SA02 SA10  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2G001 AA01 BA18 CA01 DA03 DA06 GA13 GA14 HA09 HA12 JA08 KA08 MA05 NA15 NA17 PA12 SA02 SA10

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 試料に一次Ｘ線を照射し、該一次Ｘ線が
試料によって回折されて試料から出射する回折Ｘ線の回
折角度および強度を測定することにより、試料の結晶構
造を評価するＸ線回折装置であって、試料に一次Ｘ線を
照射するＸ線源と、該Ｘ線源から照射された一次Ｘ線が
空気散乱して発生する散乱Ｘ線を遮蔽する遮蔽体と、該
遮蔽体を指定位置に移動させる遮蔽体移動手段と、試料
を回転する試料回転機構と、該試料によって回折されて
出射する回折Ｘ線の回折角度および強度を測定するＸ線
測定手段を有することを特徴とするＸ線回折装置。A sample is irradiated with primary X-rays, and the primary X-rays are diffracted by the sample, and the diffraction angle and intensity of diffracted X-rays emitted from the sample are measured to evaluate the crystal structure of the sample. An X-ray diffraction apparatus, comprising: an X-ray source for irradiating a sample with primary X-rays; a shielding body for shielding scattered X-rays generated by air-scattering the primary X-rays emitted from the X-ray source; It has a shield moving means for moving a body to a designated position, a sample rotating mechanism for rotating a sample, and an X-ray measuring means for measuring a diffraction angle and intensity of a diffracted X-ray diffracted and emitted by the sample. X-ray diffractometer. 【請求項２】 前記遮蔽体が薄板状のものであり、その
延長線が試料表面上の一次Ｘ線照射領域の近傍を通過す
る様に配置されていることを特徴とする請求項１記載の
Ｘ線回折装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein the shield is a thin plate, and an extension thereof is arranged so as to pass near a primary X-ray irradiation area on the sample surface. X-ray diffractometer. 【請求項３】 前記遮蔽体が一次Ｘ線と回折Ｘ線を含む
平面内において、試料表面に平行な方向と垂直な方向の
２方向に移動可能なことを特徴とする請求項１または２
記載のＸ線回折装置。3. The apparatus according to claim 1, wherein the shield is movable in two directions, that is, a direction parallel to the sample surface and a direction perpendicular to the sample surface, within a plane including the primary X-ray and the diffracted X-ray.
The X-ray diffractometer according to claim 1. 【請求項４】 前記遮蔽体がナイフエッジであることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載のＸ線
回折装置。4. The X-ray diffraction apparatus according to claim 1, wherein the shield is a knife edge. 【請求項５】 前記遮蔽体が試料と一体となって回転す
ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記
載のＸ線回折装置。5. The X-ray diffraction apparatus according to claim 1, wherein the shield rotates together with the sample. 【請求項６】 試料に一次Ｘ線を照射し、該一次Ｘ線が
試料によって回折されて試料から出射する回折Ｘ線の回
折角度および強度を測定することにより、試料の結晶構
造を評価する回折Ｘ線の測定方法において、該一次Ｘ線
が空気散乱して発生する散乱Ｘ線を遮蔽体で遮蔽し、該
遮蔽体により散乱Ｘ線を除いた一次Ｘ線を試料に照射す
ることを特徴とする回折Ｘ線の測定方法。6. A diffractometer for evaluating a crystal structure of a sample by irradiating a sample with primary X-rays and measuring the diffraction angle and intensity of diffracted X-rays diffracted by the sample and emitted from the sample. In the method for measuring X-rays, the primary X-rays are scattered in the air, and the scattered X-rays generated by the air are shielded by a shield, and the primary X-rays excluding the scattered X-rays by the shield are irradiated on the sample. Method for measuring diffraction X-rays. 【請求項７】 前記試料と遮蔽体との位置関係が試料の
回転によって不変であることを特徴とする請求項６記載
の回折Ｘ線の測定方法。7. The method of measuring a diffracted X-ray according to claim 6, wherein the positional relationship between the sample and the shield is not changed by rotation of the sample.