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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-19
(45)【発行日】2024-03-28
(54)【発明の名称】軟Ｘ線分光装置および分析方法
(51)【国際特許分類】
G01N 23/2252 20180101AFI20240321BHJP
G01N 23/2209 20180101ALI20240321BHJP
G01N 23/2204 20180101ALI20240321BHJP
【ＦＩ】
G01N23/2252
G01N23/2209
G01N23/2204
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2020143336
(22)【出願日】2020-08-27
(65)【公開番号】P2021135280
(43)【公開日】2021-09-13
【審査請求日】2023-02-27
(31)【優先権主張番号】P 2020030467
(32)【優先日】2020-02-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000004271
【氏名又は名称】日本電子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090387
【弁理士】
【氏名又は名称】布施 行夫
(74)【代理人】
【識別番号】100090398
【弁理士】
【氏名又は名称】大渕 美千栄
(72)【発明者】
【氏名】高橋 秀之
【審査官】清水 靖記
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－０１７６７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０４７５８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１１８９４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２０８７０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１７７７５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－１４００９３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２３／００ － Ｇ０１Ｎ ２３／２２７６
Ｈ０１Ｊ ３７／００ － Ｈ０１Ｊ ３７／３６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子線を試料に照射する電子光学系と、前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を変化させる可変機構と、
記憶部と、
前記Ｘ線スペクトルを前記記憶部に記憶する記憶制御部と、
を含み、
前記試料ステージは、前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させる回転機構を有し、
前記記憶制御部は、前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記斜出射角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶する、軟Ｘ線分光装置。
【請求項2】
請求項１において、前記斜出射角度の情報に基づいて、前記Ｘ線スペクトルが得られた前記試料の分析領域の位置情報を取得する解析部を含み、
前記位置情報は、前記試料の表面に垂直な方向の位置の情報である、軟Ｘ線分光装置。
【請求項3】
請求項１または２において、前記試料ステージは、前記傾斜角度が可変となるように前記試料を傾斜させる傾斜機構を有する、軟Ｘ線分光装置。
【請求項4】
請求項３において、前記可変機構は、前記傾斜機構である、軟Ｘ線分光装置。
【請求項5】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記電子光学系は、前記電子線を偏向させて、前記Ｘ線の取り出し角を変更する偏向器を有し、
前記可変機構は、前記偏向器である、軟Ｘ線分光装置。
【請求項6】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記試料ステージは、前記電子光学系の光軸に平行な軸を回転軸として前記試料を回転させる他の回転機構を有している、軟Ｘ線分光装置。
【請求項7】
請求項１ないし６のいずれか１項において、前記記憶制御部は、前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記試料の回転角度の情報および前記斜出射角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶する、軟Ｘ線分光装置。
【請求項8】
電子線を試料に照射する電子光学系と、前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、
記憶部と、
前記Ｘ線スペクトルを前記記憶部に記憶する記憶制御部と、
を含み、
前記試料ステージは、前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させる回転機構を有し、
前記記憶制御部は、前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記試料の回転角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶する、軟Ｘ線分光装置。
【請求項9】
請求項８において、前記試料の回転角度の情報に基づいて、前記試料の解析を行う解析部を含む、軟Ｘ線分光装置。
【請求項10】
電子線を試料に照射する電子光学系と、前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、を含み、
前記試料ステージは、前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させる回転機構を有する軟Ｘ線分光装置における分析方法であって、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を第１斜出射角度として、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記斜出射角度を前記第１斜出射角度とは異なる第２斜出射角度として、第２Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記第１Ｘ線スペクトルおよび前記第２Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に垂直な方向における前記試料の情報を求める工程と、
を含む、分析方法。
【請求項11】
請求項１０において、前記第１Ｘ線スペクトルを取得する工程では、前記第１斜出射角度を、前記試料で発生したＸ線が前記試料の表面で全反射する角度とする、分析方法。
【請求項12】
請求項１０または１１において、前記試料の情報は、分子の配向の情報を含む、分析方法。
【請求項13】
請求項１０ないし１２のいずれか１項において、前記試料の情報は、前記試料の化学結合状態の情報を含む、分析方法。
【請求項14】
請求項１０ないし１３のいずれか１項において、前記斜出射角度を、前記試料を傾斜させることによって変更する、分析方法。
【請求項15】
請求項１０ないし１３のいずれか１項において、前記斜出射角度を、前記電子線を偏向させることによって変更する、分析方法。
【請求項16】
請求項１５において、前記電子線で前記試料の分析対象領域を走査して、前記分析対象領域内の各分析点において、Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
各前記分析点における前記斜出射角度を求める工程と、
を含み、
前記第１Ｘ線スペクトルを取得する工程では、前記第１斜出射角度の前記分析点を選択して、前記第１Ｘ線スペクトルを取得し、
前記第２Ｘ線スペクトルを取得する工程では、前記第２斜出射角度の前記分析点を選択して、前記第２Ｘ線スペクトルを取得する、分析方法。
【請求項17】
電子線を試料に照射する電子光学系と、前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、を含む軟Ｘ線分光装置における分析方法であって、
前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸とし、前記試料を第１回転角度に配置して、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させて、前記試料を、前記第１回転角度とは異なる第２回転角度に配置して、第２Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記第１Ｘ線スペクトルおよび前記第２Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に平行な前記試料の面内の前記試料の情報を求める工程と、
を含む、分析方法。
【請求項18】
請求項１７において、前記第１Ｘ線スペクトルを取得する工程および前記第２Ｘ線スペクトルを取得する工程では、Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を、前記試料で発生したＸ線が前記試料の表面で全反射する角度に設定する、分析方法。
【請求項19】
電子線を試料に照射する電子光学系と、前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を変化させる可変機構と、
記憶部と、
前記Ｘ線スペクトルを前記記憶部に記憶する記憶制御部と、
を含み、
前記記憶制御部は、異なる前記斜出射角度で得られた複数の前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記斜出射角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶し、
異なる前記斜出射角度で得られた複数の前記Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に垂直な方向における分子の配向の情報を求める解析部を含む、軟Ｘ線分光装置。
【請求項20】
電子線を試料に照射する電子光学系と、前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、を含む軟Ｘ線分光装置における分析方法であって、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を第１斜出射角度として、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記斜出射角度を前記第１斜出射角度とは異なる第２斜出射角度として、第２Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記第１Ｘ線スペクトルおよび前記第２Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に垂直な方向における前記試料の情報を求める工程と、
を含み、
前記試料の情報は、分子の配向の情報を含む、分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、軟Ｘ線分光装置および分析方法に関する。
【背景技術】
【0002】
試料の微細な構造を観察できる装置として、透過電子顕微鏡が知られている。透過電子顕微鏡では、半導体材料や、高分子膜、無機結晶などを、高分解能で観察することができる。そのため、透過電子顕微鏡では、試料の積層方向の構造の情報や、試料の面内の構造の情報を得ることができる。また、透過電子顕微鏡では、エネルギー分散型Ｘ線検出器や、波長分散型Ｘ線分光器などを用いることによって、元素分析も可能である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００３－７５３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、透過電子顕微鏡では、試料を薄片化しなければならない。そのため、試料の微細な構造を知るための測定を、試料を薄片化することなく、バルクの状態（塊状）で行うことができる装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明に係る軟Ｘ線分光装置の一態様は、
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を変化させる可変機構と、
記憶部と、
前記Ｘ線スペクトルを前記記憶部に記憶する記憶制御部と、
を含み、
前記試料ステージは、前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させる回転機構を有し、
前記記憶制御部は、前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記斜出射角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶する。
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を変化させる可変機構と、
記憶部と、
前記Ｘ線スペクトルを前記記憶部に記憶する記憶制御部と、
を含み、
前記試料ステージは、前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させる回転機構を有し、
前記記憶制御部は、前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記斜出射角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶する。
【0006】
斜出射角度は、Ｘ線スペクトルが得られた分析領域のｚ方向（試料の表面に垂直な方向）の位置に対応する。したがって、このような軟Ｘ線分光装置では、取得したＸ線スペクトルと、当該Ｘ線スペクトルが得られた分析領域のｚ方向の位置とが関連づけられたデータを得ることができる。そのため、このような軟Ｘ線分光装置では、試料のｚ方向の解析を容易に行うことができる。
【0007】
さらに、このような軟Ｘ線分光装置では、試料で発生したＸ線を分光素子で分光し、分光されたＸ線をイメージセンサーで検出してＸ線スペクトルを取得するため、試料を薄片化する必要がなく、試料をバルクの状態で測定することができる。
【0008】
本発明に係る軟Ｘ線分光装置の一態様は、
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、
記憶部と、
前記Ｘ線スペクトルを前記記憶部に記憶する記憶制御部と、
を含み、
前記試料ステージは、前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させる回転機構を有し、
前記記憶制御部は、前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記試料の回転角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶する。
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、
記憶部と、
前記Ｘ線スペクトルを前記記憶部に記憶する記憶制御部と、
を含み、
前記試料ステージは、前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させる回転機構を有し、
前記記憶制御部は、前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記試料の回転角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶する。
【0009】
試料の回転角度は、分析領域の観察方向（観察方位）に対応する。したがって、このような軟Ｘ線分光装置では、取得したＸ線スペクトルと、当該Ｘ線スペクトルが得られた分析領域の観察方向とが関連づけられたデータを得ることができる。そのため、このような軟Ｘ線分光装置では、試料のｘｙ面内の解析を容易に行うことができる。
【0010】
さらに、このような軟Ｘ線分光装置では、試料で発生したＸ線を分光素子で分光し、分光されたＸ線をイメージセンサーで検出してＸ線スペクトルを取得するため、試料を薄片化する必要がなく、試料をバルクの状態で測定することができる。
【0011】
本発明に係る分析方法の一態様は、
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、を含み、
前記試料ステージは、前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させる回転機構を有する軟Ｘ線分光装置における分析方法であって、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を第１斜出射角度として、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記斜出射角度を前記第１斜出射角度とは異なる第２斜出射角度として、第２Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記第１Ｘ線スペクトルおよび前記第２Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に垂直な方向における前記試料の情報を求める工程と、
を含む。
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、を含み、
前記試料ステージは、前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させる回転機構を有する軟Ｘ線分光装置における分析方法であって、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を第１斜出射角度として、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記斜出射角度を前記第１斜出射角度とは異なる第２斜出射角度として、第２Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記第１Ｘ線スペクトルおよび前記第２Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に垂直な方向における前記試料の情報を求める工程と、
を含む。
【0012】
このような分析方法では、試料のｚ方向の情報を得ることができる。また、このような分析方法では、試料を薄片化する必要がなく、試料をバルクの状態で測定することができる。
【0013】
本発明に係る分析方法の一態様は、
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、を含む軟Ｘ線分光装置における分析方法であって、
前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸とし、前記試料を第１回転角度に配置して、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させて、前記試料を、前記第１回転角度とは異なる第２回転角度に配置して、第２Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記第１Ｘ線スペクトルおよび前記第２Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に平行な前記試料の面内の前記試料の情報を求める工程と、
を含む。
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、を含む軟Ｘ線分光装置における分析方法であって、
前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸とし、前記試料を第１回転角度に配置して、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させて、前記試料を、前記第１回転角度とは異なる第２回転角度に配置して、第２Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記第１Ｘ線スペクトルおよび前記第２Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に平行な前記試料の面内の前記試料の情報を求める工程と、
を含む。
【0014】
このような分析方法では、試料のｘｙ面内の情報を得ることができる。また、このような分析方法では、試料を薄片化する必要がなく、試料をバルクの状態で測定することができる。
本発明に係る軟Ｘ線分光装置の一態様は、
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を変化させる可変機構と、
記憶部と、
前記Ｘ線スペクトルを前記記憶部に記憶する記憶制御部と、
を含み、
前記記憶制御部は、異なる前記斜出射角度で得られた複数の前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記斜出射角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶し、
異なる前記斜出射角度で得られた複数の前記Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に垂直な方向における分子の配向の情報を求める解析部を含む。
本発明に係る分析方法の一態様は、
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、を含む軟Ｘ線分光装置における分析方法であって、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を第１斜出射角度として、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記斜出射角度を前記第１斜出射角度とは異なる第２斜出射角度として、第２Ｘ線スペ
クトルを取得する工程と、
前記第１Ｘ線スペクトルおよび前記第２Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に垂直な方向における前記試料の情報を求める工程と、
を含み、
前記試料の情報は、分子の配向の情報を含む。
本発明に係る軟Ｘ線分光装置の一態様は、
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を変化させる可変機構と、
記憶部と、
前記Ｘ線スペクトルを前記記憶部に記憶する記憶制御部と、
を含み、
前記記憶制御部は、異なる前記斜出射角度で得られた複数の前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記斜出射角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶し、
異なる前記斜出射角度で得られた複数の前記Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に垂直な方向における分子の配向の情報を求める解析部を含む。
本発明に係る分析方法の一態様は、
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、を含む軟Ｘ線分光装置における分析方法であって、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を第１斜出射角度として、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記斜出射角度を前記第１斜出射角度とは異なる第２斜出射角度として、第２Ｘ線スペ
クトルを取得する工程と、
前記第１Ｘ線スペクトルおよび前記第２Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に垂直な方向における前記試料の情報を求める工程と、
を含み、
前記試料の情報は、分子の配向の情報を含む。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】第１実施形態に係る軟Ｘ線分光装置の構成を示す図。
【図2】試料ステージを模式的に示す図。
【図3】斜出射角度を説明するための図。
【図4】試料の回転角度を説明するための図
【図5】情報処理装置の構成を示す図。
【図6】斜出射角度とＸ線スペクトルの関係を説明するための図。
【図7】斜出射角度を斜出射条件を満たす角度にした場合の測定について説明するための図。
【図8】斜出射角度を斜出射条件を満たす角度にした場合の測定について説明するための図。
【図9】斜出射角度を斜出射条件を満たす角度にした場合の測定について説明するための図。
【図10】斜出射角度と試料の分析領域との関係を説明するための図。
【図11】斜出射角度と試料の分析領域との関係を説明するための図。
【図12】斜出射角度と試料の分析領域との関係を説明するための図。
【図13】斜出射角度と試料の分析領域との関係を説明するための図。
【図14】試料の回転角度と試料の分析領域との関係を説明するための図。
【図15】第１実施形態に係る軟Ｘ線分光装置の処理部の処理の一例を示すフローチャート。
【図16】配向性グラファイトのＣ－Ｋスペクトルを示す図。
【図17】配向性グラファイトのＣ－Ｋスペクトルを示す図。
【図18】第１実施形態に係る軟Ｘ線分光装置の処理部の処理の一例を示すフローチャート。
【図19】第１実施形態に係る軟Ｘ線分光装置の処理部の処理の一例を示すフローチャート。
【図20】第２実施形態に係る軟Ｘ線分光装置の構成を示す図。
【図21】斜出射角度を変更する手法について説明するための図。
【図22】電子線を偏向させることで、斜出射角度を変更する様子を説明するための図。
【図23】各分析点での斜出射角度を示す表。
【図24】マップ分析の結果を示す図。
【図25】マップから抽出したスペクトルを示す図。
【図26】マップから抽出したスペクトルを示す図。
【図27】各分析点と検出器の位置関係を示す図。
【図28】膜厚を算出した結果を示すグラフ。
【図29】カーボン薄膜上で電子線を走査して測定を行った結果を説明するための図。
【図30】カーボン薄膜上で電子線を走査して測定を行って得られたスペクトル。
【図31】バルクの高配向性熱分解グラファイト上で電子線を走査して測定を行って得られたスペクトル。
【図32】第２実施形態に係る軟Ｘ線分光装置の処理部の処理の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【0017】
１． 第１実施形態
１．１． 軟Ｘ線分光装置
１．１．１． 軟Ｘ線分光装置の構成
まず、第１実施形態に係る軟Ｘ線分光装置について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る軟Ｘ線分光装置１００の構成を示す図である。
１．１． 軟Ｘ線分光装置
１．１．１． 軟Ｘ線分光装置の構成
まず、第１実施形態に係る軟Ｘ線分光装置について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る軟Ｘ線分光装置１００の構成を示す図である。
【0018】
軟Ｘ線分光装置１００は、図１に示すように、電子光学系１０と、試料ステージ２０と、Ｘ線スリット３０と、Ｘ線集光ミラー４０と、回折格子５０（分光素子の一例）と、イメージセンサー６０と、情報処理装置７０と、を含む。軟Ｘ線分光装置１００は、試料Ｓに電子線が照射されることによって発生する軟Ｘ線（以下、単に「Ｘ線」ともいう）を分光し、分光された軟Ｘ線を検出して軟Ｘ線スペクトル（以下、単に「Ｘ線スペクトル」ともいう）を取得する装置である。
【0019】
電子光学系１０は、試料Ｓに電子線を照射する。電子光学系１０は、例えば、電子銃と、電子銃から放出された電子線を集束して試料Ｓに照射する照射レンズと、電子線を偏向させる偏向器と、を有している。電子光学系１０によって、試料Ｓの所望の位置に電子線を照射できる。
【0020】
試料ステージ２０は、試料Ｓを支持する。試料ステージ２０は、試料Ｓを傾斜させる傾斜機構および試料Ｓを回転させる回転機構を有している。試料ステージ２０の詳細については後述する「１．１．２． 試料ステージ」で説明する。
【0021】
Ｘ線スリット３０は、試料Ｓから放出されるＸ線を制限する。Ｘ線スリット３０は、試料ステージ２０とイメージセンサー６０との間に配置されている。Ｘ線スリット３０によって、Ｘ線の取り出し角を制限できる。これにより、Ｘ線を取り出す角度範囲を狭くできる。
【0022】
Ｘ線集光ミラー４０は、試料Ｓから放出されたＸ線を集光して、回折格子５０に導く。Ｘ線集光ミラー４０でＸ線を集光することにより、回折格子５０に入射するＸ線の強度を増加させることができる。これにより、測定時間の短縮や、Ｘ線スペクトルのＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【0023】
Ｘ線集光ミラー４０は、例えば、互いに向かい合う２つのミラーを有している。２つのミラーの間隔は、Ｘ線が入射する試料Ｓ側が狭く、Ｘ線が射出される回折格子５０側が広くなっている。これにより、回折格子５０に入射するＸ線の強度を増加させることができる。
【0024】
回折格子５０は、試料Ｓに電子線が照射されることによって試料Ｓで発生したＸ線を分光する。回折格子５０にＸ線を特定の角度で入射させると、エネルギー（波長）ごとに分
光されたＸ線（回折Ｘ線）を得ることができる。回折格子５０は、例えば、収差補正のために不等間隔の溝が形成された不等間隔溝回折格子である。回折格子５０は、回折Ｘ線の焦点をローランド円上ではなく、イメージセンサー６０の受光面６２上に形成する。
光されたＸ線（回折Ｘ線）を得ることができる。回折格子５０は、例えば、収差補正のために不等間隔の溝が形成された不等間隔溝回折格子である。回折格子５０は、回折Ｘ線の焦点をローランド円上ではなく、イメージセンサー６０の受光面６２上に形成する。
【0025】
回折格子５０は、高いエネルギー分解能を有している。例えば、エネルギー範囲５０ｅＶ～２１０ｅＶ用の回折格子では、Ａｌ－Ｌのフェルミエッジ部７２ｅＶで０．３ｅＶ以下、３５０ｅＶ～７００ｅＶ用の回折格子では、Ｍｏ－Ｍｚの半値幅で１ｅＶ以下、５００ｅＶ～２３００ｅＶ用の回折格子では、Ｆｅ－Ｌａの半値幅で５ｅＶ以下の分解能を有している。
【0026】
イメージセンサー６０は、回折格子５０で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得する。イメージセンサー６０は、軟Ｘ線に対する感度の高い撮像素子である。イメージセンサー６０は、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサーや、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）イメージセンサー等である。イメージセンサー６０は、例えば、背面照射型のＣＣＤイメージセンサーである。
【0027】
Ｘ線スリット３０、Ｘ線集光ミラー４０、回折格子５０、およびイメージセンサー６０は、Ｘ線を分光し、分光されたＸ線を検出して、Ｘ線スペクトルを取得する検出器２を構成している。
【0028】
情報処理装置７０は、設定された測定条件に基づいて、試料Ｓを測定するための処理を行う。また、情報処理装置７０は、イメージセンサー６０で取得されたＸ線スペクトルを記憶する処理や、Ｘ線スペクトルから試料Ｓの解析を行う処理などの処理を行う。また、情報処理装置７０は、軟Ｘ線分光装置１００の各部を制御する処理を行う。情報処理装置７０の詳細については、後述する「１．１．３． 情報処理装置」で説明する。
【0029】
１．１．２． 試料ステージ
図２は、試料ステージ２０を模式的に示す図である。なお、図２では、便宜上、試料ステージ２０、および検出器２のみを図示している。また、図２では、検出器２を簡略化して図示している。図２には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。なお、Ｚ軸は、電子光学系１０の光軸に平行である。
図２は、試料ステージ２０を模式的に示す図である。なお、図２では、便宜上、試料ステージ２０、および検出器２のみを図示している。また、図２では、検出器２を簡略化して図示している。図２には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。なお、Ｚ軸は、電子光学系１０の光軸に平行である。
【0030】
試料ステージ２０は、図２に示すように、傾斜機構２２と、第１回転機構２４ａと、第２回転機構２４ｂと、Ｘ移動機構２６ａと、Ｙ移動機構２６ｂと、Ｚ移動機構２８と、を有している。試料ステージ２０では、Ｘ移動機構２６ａ、Ｙ移動機構２６ｂ、第１回転機構２４ａ、傾斜機構２２、第２回転機構２４ｂが、この順でＺ移動機構２８の上に配置されている。第２回転機構２４ｂは、試料Ｓの傾斜角度を一定に保ちながら、試料Ｓを回転させることができる。図示の例では、第２回転機構２４ｂ上に試料Ｓが配置されている。
【0031】
傾斜機構２２は、試料Ｓを傾斜させる。傾斜機構２２が、試料Ｓを傾斜させることで、試料Ｓの表面の傾斜角度が変更される。この結果、斜出射角度が変更される。
【0032】
図３は、斜出射角度θを説明するための図である。なお、図３では、便宜上、試料ステージ２０の傾斜機構２２と、検出器２のみを図示している。図３には、試料Ｓに固定された座標系を表す軸として、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を図示している。なお、ｚ軸は、試料Ｓの表面Ｆに垂直な軸Ｐに平行である。ｚ軸は、試料Ｓの表面Ｆに垂直な方向の位置を表す軸であり、ｘ軸およびｙ軸は、試料Ｓの表面Ｆに平行な面内の位置を表す軸である。すなわち、ｘ軸およびｙ軸は、試料Ｓの表面Ｆに平行であり、ｘｙ面は試料Ｓの表面Ｆに平行である。
【0033】
斜出射角度θは、Ｘ線の取り出し角αと試料Ｓの表面Ｆの傾斜角度βとの差である。Ｘ線の取り出し角αは、試料Ｓの分析点と検出器２とを結ぶ直線の傾き（当該直線の水平面に対する傾き）である。傾斜角度βは、試料Ｓの表面Ｆの傾き（表面Ｆの水平面に対する傾き）である。軟Ｘ線分光装置１００では、図３に示すように、傾斜機構２２で試料Ｓを傾斜させることによって、傾斜角度βを変更できる。これにより、斜出射角度θを調整できる。
【0034】
斜出射角度θは、例えば、Ｘ線スリット３０によって制限できる。例えば、Ｘ線スリット３０の開口を小さくすることで、斜出射角度θの範囲を狭くできる。また、Ｘ線スリット３０の開口の大きさを可変にすることで、斜出射角度θの範囲を変更できる。これにより、例えば、積層膜の構造をさらに詳細に観察することができる。
【0035】
図２に示す第１回転機構２４ａおよび第２回転機構２４ｂは、試料Ｓを回転させる。第１回転機構２４ａは、例えば、電子光学系１０の光軸に平行な軸を回転軸として傾斜機構２２を回転させる。第２回転機構２４ｂは、試料Ｓの表面に垂直な軸を回転軸として試料Ｓを回転させる。第２回転機構２４ｂを用いることによって、試料Ｓの回転角度を調整できる。
【0036】
【0037】
回転角度φは、試料Ｓの表面Ｆに垂直な軸Ｐを回転軸として、試料Ｓを回転させたときの角度である。回転角度φの基準（φ＝０°）は、任意の位置に設定できる。試料ステージ２０では、試料Ｓを軸Ｐまわりに回転させることによって、回転角度φを変えることができる。試料ステージ２０では、第２回転機構２４ｂを有するため、斜出射角度θを変えることなく、回転角度φを変えることができる。すなわち、第２回転機構２４ｂで試料Ｓを回転させることによって、斜出射角度θを固定した状態で、回転角度φを変えることができる。
【0038】
Ｘ移動機構２６ａは、試料ＳをＸ軸に沿って移動させる。Ｙ移動機構２６ｂは、試料ＳをＹ軸に沿って移動させる。Ｚ移動機構２８は、試料ＳをＺ軸に沿って移動させる。
【0039】
１．１．３． 情報処理装置
図５は、情報処理装置７０の構成を示す図である。情報処理装置７０は、処理部７１０と、操作部７２０と、表示部７３０と、記憶部７４０と、を含む。
図５は、情報処理装置７０の構成を示す図である。情報処理装置７０は、処理部７１０と、操作部７２０と、表示部７３０と、記憶部７４０と、を含む。
【0040】
操作部７２０は、ユーザーが操作情報を入力するためのものであり、入力された操作情報を処理部７１０に出力する。操作部７２０の機能は、キーボード、マウス、ボタン、タッチパネル、タッチパッドなどのハードウェアにより実現することができる。
【0041】
表示部７３０は、処理部７１０によって生成された画像を表示する。表示部７３０の機能は、ＬＣＤ（liquid crystal display）、操作部７２０としても機能するタッチパネルなどにより実現できる。
【0042】
記憶部７４０は、処理部７１０の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラムや各種データを記憶している。また、記憶部７４０は、処理部７１０のワーク領域としても機能する。記憶部７４０の機能は、ハードディスク、およびＲＡＭ（Random Access Memory）などにより実現できる。
【0043】
処理部７１０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳ
Ｐ（digital signal processor）等）などのハードウェアで、プログラムを実行することにより実現できる。処理部７１０は、測定制御部７１２と、記憶制御部７１４と、解析部７１６と、表示制御部７１８と、を含む。
Ｐ（digital signal processor）等）などのハードウェアで、プログラムを実行することにより実現できる。処理部７１０は、測定制御部７１２と、記憶制御部７１４と、解析部７１６と、表示制御部７１８と、を含む。
【0044】
測定制御部７１２は、あらかじめ設定された測定条件で測定が行われるように、軟Ｘ線分光装置１００の各部を制御する。
【0045】
記憶制御部７１４は、測定の結果としてイメージセンサー６０から出力されたＸ線スペクトルを、当該Ｘ線スペクトルを取得したときの斜出射角度θの情報および当該Ｘ線スペクトルを取得したときの試料Ｓの回転角度φの情報に関連づけて記憶部７４０に記憶する。
【0046】
例えば、記憶制御部７１４は、イメージセンサー６０から出力されたＸ線スペクトルを受け付けた場合、当該Ｘ線スペクトルを測定したときの、斜出射角度θの情報および試料Ｓの回転角度φの情報を取得する。そして、記憶制御部７１４は、Ｘ線スペクトルを、取得した斜出射角度θの情報および試料Ｓの回転角度φの情報に関連づけて記憶部７４０に記憶する。
【0047】
解析部７１６は、斜出射角度θの情報に基づいて、Ｘ線スペクトルが得られた試料Ｓの分析領域のｚ方向の位置情報を取得する。また、解析部７１６は、試料Ｓの回転角度φの情報に基づいて、Ｘ線スペクトルが得られた分析領域のｘｙ面内の情報を取得する。
【0048】
解析部７１６は、Ｘ線スペクトルに基づく解析を行う。解析部７１６は、Ｘ線スペクトルに基づいて、組成分析や、化学結合状態の分析を行う。解析部７１６は、例えば、Ｘ線スペクトルのピークの位置から組成を特定する。また、解析部７１６は、例えば、Ｘ線スペクトルに対して波形分離計算を行い、化学結合状態を解析する。
【0049】
解析部７１６は、分析領域の位置とＸ線スペクトルの解析結果から、試料Ｓのｚ方向の解析や、試料Ｓのｘｙ面内の解析、試料Ｓの３次元の解析を行う。
【0050】
表示制御部７１８は、記憶部７４０に記憶されたＸ線スペクトルを表示部７３０に表示させる。また、表示制御部７１８は、解析部７１６における試料Ｓの解析結果を表示部７３０に表示させる。
【0051】
１．２． 分析方法
１．２．１． 原理
軟Ｘ線分光装置１００では、Ｘ線集光ミラー４０、回折格子５０、およびイメージセンサー６０によって、Ｘ線スペクトルを取得できる。このようにして得られたＸ線スペクトルを解析することで、試料Ｓの組成の分析だけでなく、化学結合状態の分析が可能である。例えば、Ｘ線スペクトルを解析することで、価電子情報や、内殻電子情報などの電子情報を得ることができる。
１．２．１． 原理
軟Ｘ線分光装置１００では、Ｘ線集光ミラー４０、回折格子５０、およびイメージセンサー６０によって、Ｘ線スペクトルを取得できる。このようにして得られたＸ線スペクトルを解析することで、試料Ｓの組成の分析だけでなく、化学結合状態の分析が可能である。例えば、Ｘ線スペクトルを解析することで、価電子情報や、内殻電子情報などの電子情報を得ることができる。
【0052】
ここで、斜出射角度θを、試料Ｓで発生したＸ線が試料Ｓの表面Ｆで全反射する角度に設定する。すなわち、斜出射角度θを、試料Ｓで発生したＸ線の臨界角以下に設定する。これにより、試料Ｓの内部で発生したＸ線は、試料Ｓの表面Ｆと外部との境界で反射する。この結果、試料Ｓの内部のＸ線の強度を減少させることができ、試料Ｓの表面Ｆで発生したＸ線の強度を増加させることができる。
【0053】
図６は、斜出射角度θとＸ線スペクトルの関係を説明するための図である。図６に示すスペクトルＡ、スペクトルＢ、およびスペクトルＣは、軟Ｘ線分光装置１００でシリコン
上のカーボンを測定して得られたスペクトルである。
上のカーボンを測定して得られたスペクトルである。
【0054】
斜出射角度θを臨界角よりも大きくした場合、スペクトルＡのように、試料表面のカーボンとともに、下地のシリコンが検出され、バックグラウンドの影響が大きい。ここで、斜出射角度θを極めて小さくすると、スペクトルＢに示すようにノイズのみが検出されるが、斜出射角度θを徐々に大きくして斜出射角度θがＸ線の臨界角となると、スペクトルＣのように下地のシリコンが検出されずに、試料表面のカーボンのみが検出される。
【0055】
この現象を利用して、斜出射角度θを、試料Ｓで発生したＸ線の臨界角および臨界角の近傍とすることによって、試料Ｓの表面Ｆに敏感な測定ができる。以下、試料Ｓで発生したＸ線の臨界角および臨界角の近傍の角度を、斜出射条件を満たす角度ともいう。斜出射角度θを斜出射条件を満たす角度とすることによって、試料Ｓの表面Ｆに敏感な測定が可能である。
【0056】
図７～図９は、斜出射角度θを斜出射条件を満たす角度にした場合の測定について説明するための図である。図７～図９には、測定対象の試料Ｓと、斜出射角度θを、斜出射条件を満たす角度とした場合に得られる、炭素のＫ吸収端領域のスペクトル（Ｃ－Ｋスペクトル）を示している。
【0057】
図７に示す例では、斜出射角度θを、射出条件を満たす角度である角度θＡとすることによって、試料表面のＣ－Ｃ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。また、図８に示す例では、斜出射角度θを角度θＡとすることによって、試料表面のＣ－Ｎ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。また、図９に示す例では、斜出射角度θを角度θＡとすることによって、試料表面のＣ－Ｏ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。
【0058】
ここで、斜出射角度θを変えると、試料Ｓの分析領域がｚ方向に移動する。例えば、斜出射角度θが小さいと、分析領域は試料Ｓの表面のごく浅い領域となり、斜出射角度θが大きくなると、分析領域には試料Ｓのより深い領域が含まれる。
【0059】
図１０～図１３は、斜出射角度θと試料Ｓの分析領域との関係を説明するための図である。図１０～図１２には、斜出射角度θを角度θＡから微小角度ずらした角度θＢにした場合に得られる、Ｃ－Ｋスペクトルを示している。また、図１３では、斜出射角度θを角度θＡから微小角度ずらした角度θＣにした場合に得られる、Ｃ－Ｋスペクトルを示している。
【0060】
図１０に示す例では、斜出射角度θを角度θＢとすることによって、Ｃ－Ｃ－Ｃ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。また、図１１に示す例では、斜出射角度θを角度θＢとすることによって、Ｃ－Ｎ－Ｃ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。また、図１２に示す例では、斜出射角度θを角度θＢとすることによって、Ｃ－Ｏ－Ｃ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。図１３に示す例では、斜出射角度θを角度θＣとすることによって、Ｃ－Ｎ－Ｃ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。
【0061】
このように、斜出射角度θは、分析領域のｚ方向の位置に対応する。そのため、斜出射角度θを変更して、斜出射角度θごとにＸ線スペクトルを取得することによって、試料Ｓのｚ方向の情報が得られる。斜出射角度θを変更するときの角度ステップは、ｚ方向の位置分解能に対応する。角度ステップを小さくすることで、高い位置分解能が得られる。例えば、原子レベルの高い分解能を得る場合には、０．１°以上０．５°以下程度の角度ステップで、斜出射角度θを変更する。
【0062】
上述したように、斜出射角度θを、斜出射条件を満たす角度とすることによって、高い
位置分解能が得られる。例えば、斜出射条件を満たす角度とすることによって、ｚ方向において、原子レベルの構造の情報が得られる。
位置分解能が得られる。例えば、斜出射条件を満たす角度とすることによって、ｚ方向において、原子レベルの構造の情報が得られる。
【0063】
例えば、図７～図１３に示す各Ｃ－Ｋスペクトルに対して波形分離計算を行い、Ｃ－Ｃ、Ｃ＝Ｃ、Ｃ－Ｈ、Ｃ－Ｏなどの面積強度を求めることで、ｓｐ２σ、ｓｐ３σ、ｓｐ２σ、ｓｐ２πなどの電子軌道の差異が比較できる。したがって、試料Ｓのｚ方向の電子軌道の情報を得ることができる。
【0064】
図１４は、試料Ｓの回転角度φと試料Ｓの分析領域との関係を説明するための図である。
【0065】
図１４に示すように、試料Ｓの回転角度φは、分析領域から見た検出器２の向き、すなわち、分析領域の観察方向（観察方位）に対応する。そのため、試料Ｓを回転角度φ＝φＡに配置して得られたＸ線スペクトルと、試料Ｓを回転角度φ＝φＢ（φＢ≠φＡ）に配置して得られたＸ線スペクトルでは、互いに異なる方向から見た試料Ｓの情報が得られる。
【0066】
例えば、回転角度φを角度φＡとすることによって、Ｃ－Ｃ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。また、回転角度φを角度φＢとすることによって、Ｃ－Ｏ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。このように、試料Ｓの回転角度φを変更して、回転角度φごとにＸ線スペクトルを取得することによって、試料Ｓのｘｙ面内の情報が得られる。
【0067】
上述したように、斜出射角度θを、斜出射条件を満たす角度とすることによって、高い位置分解能が得られる。例えば、斜出射角度θを、斜出射条件を満たす角度とすることによって、ｘｙ面内において、原子レベルの構造の情報が得られる。
【0068】
１．２．２． 試料のｚ方向の分析
次に、試料Ｓのｚ方向の分析について説明する。図１５は、軟Ｘ線分光装置１００の処理部７１０の処理の一例を示すフローチャートである。
次に、試料Ｓのｚ方向の分析について説明する。図１５は、軟Ｘ線分光装置１００の処理部７１０の処理の一例を示すフローチャートである。
【0069】
まず、ユーザーが操作部７２０を介して測定条件を入力すると、測定制御部７１２は、入力された測定条件を受け付ける（Ｓ１００）。測定条件は、例えば、取得するＸ線スペクトルの数ｎ、斜出射角度θを変更するときの角度ステップ、加速電圧などの条件を含む。
【0070】
次に、測定制御部７１２は、斜出射角度θが斜出射条件を満たす角度となるように、試料Ｓの傾斜角度を設定する（Ｓ１０２）。
【0071】
例えば、測定制御部７１２は、イメージセンサー６０でＸ線の強度をモニターしながら、試料ステージ２０に試料Ｓの傾斜角度を変更させて、試料Ｓの表面Ｆで発生するＸ線の強度が最大となる試料Ｓの傾斜角度を探す。そして、このＸ線の強度が最大となる試料Ｓの傾斜角度を、斜出射角度θが斜出射条件を満たす角度となる傾斜角度として設定する。
【0072】
なお、ここでは、イメージセンサー６０でＸ線の強度をモニターする場合について説明したが、エネルギー分散型Ｘ線検出器（ＥＤＳ検出器）でＸ線の強度をモニターしてもよい。例えば、ＥＤＳ検出器がイメージセンサー６０と同じＸ線の取り出し角となるように装着されていれば、ＥＤＳ検出器で試料Ｓの傾斜角度を決定した後に、回転機構２４で試料Ｓを回転させて、試料Ｓをイメージセンサー６０の方向に向ければよい。
【0073】
次に、測定制御部７１２は、斜出射角度θを、処理Ｓ１０２で設定された斜出射角度（
第１斜出射角度θ１）として、Ｘ線スペクトル（第１Ｘ線スペクトル）を取得するための測定を行う（Ｓ１０４）。
第１斜出射角度θ１）として、Ｘ線スペクトル（第１Ｘ線スペクトル）を取得するための測定を行う（Ｓ１０４）。
【0074】
具体的には、測定制御部７１２は、設定された測定条件に従って、電子光学系１０に電子線を照射させる。これにより、電子線が照射されることによって試料Ｓで発生したＸ線が、Ｘ線集光ミラー４０で集光され、集光されたＸ線が回折格子５０で分光され、分光されたＸ線がイメージセンサー６０で検出される。イメージセンサー６０で取得された第１Ｘ線スペクトルは、情報処理装置７０に送られる。
【0075】
記憶制御部７１４は、イメージセンサー６０から出力された第１Ｘ線スペクトルを、第１斜出射角度θ１の情報に関連づけて記憶部７４０に記憶する（Ｓ１０５）。
【0076】
次に、測定制御部７１２は、試料ステージ２０に試料Ｓを傾斜させて、斜出射角度θを測定条件で指定された角度ステップ分だけ変更する（Ｓ１０６）。これにより、斜出射角度θは、第１斜出射角度θ１から第２斜出射角度θ２に変更される。この状態で、測定制御部７１２は、Ｘ線スペクトル（第２Ｘ線スペクトル）を取得するための測定を行う（Ｓ１０８）。
【0077】
記憶制御部７１４は、イメージセンサー６０から出力された第２Ｘ線スペクトルを、第２斜出射角度θ２の情報に関連づけて記憶部７４０に記憶する（Ｓ１０９）。
【0078】
斜出射角度θの変更（Ｓ１０６）、Ｘ線スペクトルの取得（Ｓ１０８）、Ｘ線スペクトルの記録（Ｓ１０９）を第ｎスペクトルが得られるまで繰り返す（Ｓ１１０）。これにより、第１～第ｎＸ線スペクトルが、第１～第ｎ斜出射角度に関連づけられて記憶部７４０に記憶される。
【0079】
次に、解析部７１６は、第１～第ｎＸ線スペクトルの各々が得られた試料Ｓの分析領域の位置を特定する（Ｓ１１２）。
【0080】
上述したように、斜出射角度θは、分析領域のｚ方向の位置に対応する。そのため、斜出射角度θに基づいて、Ｘ線スペクトルが得られた分析領域のｚ方向の位置を特定できる。分析領域の位置は、各分析領域の相対的な位置関係であってもよい。
【0081】
次に、解析部７１６は、第１～第ｎＸ線スペクトルに基づいて、試料Ｓの解析を行う（Ｓ１１４）。解析部７１６は、例えば、第１～第ｎＸ線スペクトルに対して、化学結合状態の解析、および定量分析を行う。解析部７１６は、例えば、第１～第ｎＸ線スペクトルが得られた分析領域のｚ方向の位置と、第１～第ｎＸ線スペクトルの解析結果から、試料Ｓのｚ方向の局所的な化学結合状態の解析および定量分析を行う。
【0082】
解析部７１６では、例えば、試料Ｓが結晶性を有する高分子膜である場合、分子の配向の情報を得ることができる。さらに、解析部７１６では、これらの分子の化学結合状態の解析を行うことができる。
【0083】
図１６および図１７は、配向性グラファイトのＣ－Ｋスペクトルを示す図である。なお、図１６は、各スペクトルを相対強度で示しており、図１７は、各スペクトルを絶対強度で示している。図１６および図１７に示す５つのスペクトルは、斜出射角度θをＸ線の臨界角から０．５度ステップで変更して測定した。また、加速電圧は５ｋＶとした。
【0084】
図１６および図１７に示すように、配向性グラファイトの配向方向において、ｓｐ２σ軌道、ｓｐ３σ軌道、π軌道が変化する様子を捉えることができた。また、図１７に示す
各スペクトルを波形分離して、各軌道に対応するピーク強度を求めることで、電子状態の定量的な評価ができる。また、ピーク位置から、共有結合や、イオン結合などの状態がわかる。さらに、ピーク強度に基づいて、これらの結合の定量的な評価ができる。
各スペクトルを波形分離して、各軌道に対応するピーク強度を求めることで、電子状態の定量的な評価ができる。また、ピーク位置から、共有結合や、イオン結合などの状態がわかる。さらに、ピーク強度に基づいて、これらの結合の定量的な評価ができる。
【0085】
１．２．３． 試料のｘｙ面内の分析
次に、試料Ｓのｘｙ面内の分析について説明する。図１８は、軟Ｘ線分光装置１００の処理部７１０の処理の一例を示すフローチャートである。
次に、試料Ｓのｘｙ面内の分析について説明する。図１８は、軟Ｘ線分光装置１００の処理部７１０の処理の一例を示すフローチャートである。
【0086】
まず、ユーザーが操作部７２０を介して測定条件を入力すると、測定制御部７１２は、入力された測定条件を受け付ける（Ｓ２００）。測定条件は、例えば、取得するＸ線スペクトルの数ｎ、試料Ｓの回転角度φを変更するときの角度ステップ、加速電圧などの条件を含む。
【0087】
次に、測定制御部７１２は、斜出射角度θが斜出射条件を満たす角度となるように、試料Ｓの傾斜角度を設定する（Ｓ２０２）。処理Ｓ２０２は、上述した図１５に示す処理Ｓ１０２と同様に行われる。
【0088】
次に、測定制御部７１２は、斜出射角度θを、処理Ｓ２０２で設定された斜出射角度として、Ｘ線スペクトル（第１Ｘ線スペクトル）を取得するための測定を行う（Ｓ２０４）。
【0089】
記憶制御部７１４は、イメージセンサー６０から出力された第１Ｘ線スペクトルを、第１回転角度φ１の情報に関連づけて記憶部７４０に記憶する（Ｓ２０５）。
【0090】
次に、測定制御部７１２は、試料ステージ２０に試料Ｓを回転させて、試料Ｓの回転角度φを測定条件で指定された角度ステップ分だけ変更する（Ｓ２０６）。これにより、試料Ｓは、第２回転角度φ２で配置される。具体的には、処理Ｓ２０２における試料Ｓの回転角度φである第１回転角度φ１から、数度程度回転させて、第２回転角度φ２とする。このとき、斜出射角度θは、処理Ｓ２０２で設定された角度とする。すなわち、処理Ｓ２０６では、斜出射角度θを変更せずに、試料Ｓの回転角度φのみを変更する。この状態で、測定制御部７１２は、Ｘ線スペクトル（第２Ｘ線スペクトル）を取得するための測定を行う（Ｓ２０８）。
【0091】
記憶制御部７１４は、イメージセンサー６０から出力された第２Ｘ線スペクトルを、第２回転角度φ２の情報に関連づけて記憶部７４０に記憶する（Ｓ２０９）。
【0092】
試料Ｓの回転角度φの変更（Ｓ２０６）、Ｘ線スペクトルの取得（Ｓ２０８）、Ｘ線スペクトルの記録（Ｓ２０９）を、第ｎスペクトルが得られるまで繰り返す（Ｓ２１０）。これにより、第１～第ｎＸ線スペクトルが、第１～第ｎ回転角度に関連づけられて記憶部７４０に記憶される。
【0093】
次に、解析部７１６は、第１～第ｎＸ線スペクトルの各々が得られた試料Ｓの分析領域の位置を特定する（Ｓ２１２）。上述したように、試料Ｓの回転角度φは、分析領域から見た検出器２の向きに対応する。
【0094】
次に、解析部７１６は、第１～第ｎＸ線スペクトルに基づいて、試料Ｓの解析を行う（Ｓ２１４）。解析部７１６は、例えば、第１～第ｎＸ線スペクトルに対して、化学結合状態の解析、および定量分析を行う。解析部７１６は、例えば、第１～第ｎＸ線スペクトルを取得したときの観察方向と、第１～第ｎＸ線スペクトルの解析結果から、試料Ｓのｘｙ面内の局所的な化学結合状態の解析および定量分析を行う。
【0095】
１．２．４． 試料の３次元の分析
次に、試料Ｓの３次元の分析について説明する。上述した試料Ｓのｚ方向の分析と試料Ｓのｘｙ面内の分析を組み合わせることで、試料Ｓの３次元分析ができる。図１９は、軟Ｘ線分光装置１００の処理部７１０の処理の一例を示すフローチャートである。
次に、試料Ｓの３次元の分析について説明する。上述した試料Ｓのｚ方向の分析と試料Ｓのｘｙ面内の分析を組み合わせることで、試料Ｓの３次元分析ができる。図１９は、軟Ｘ線分光装置１００の処理部７１０の処理の一例を示すフローチャートである。
【0096】
まず、ユーザーが操作部７２０を介して測定条件を入力すると、測定制御部７１２は、入力された測定条件を受け付ける（Ｓ３００）。測定条件は、例えば、取得するＸ線スペクトルの数ｎ、斜出射角度θを変更するときの角度ステップ、試料Ｓの回転角度φを変更するときの角度ステップ、加速電圧などの条件を含む。
【0097】
次に、測定制御部７１２は、斜出射角度θが斜出射条件を満たす角度となるように、試料Ｓの傾斜角度を設定する（Ｓ３０２）。処理Ｓ３０２は、上述した図１５に示す処理Ｓ１０２と同様に行われる。
【0098】
次に、測定制御部７１２は、斜出射角度θを、処理Ｓ３０２で設定された斜出射角度として、試料Ｓのｘｙ面内の測定を行う（Ｓ３０４）。試料Ｓのｘｙ面内の測定は、図１８に示す処理Ｓ２０４、処理Ｓ２０５、処理Ｓ２０６、処理Ｓ２０８、処理Ｓ２０９、処理Ｓ２１０を行うことによって行われる。
【0099】
次に、測定制御部７１２は、試料ステージ２０に試料Ｓを傾斜させて、斜出射角度θを測定条件で指定された角度ステップ分だけ変更する（Ｓ３０６）。これにより、斜出射角度θは、第１斜出射角度θ１から第２斜出射角度θ２に変更される。この状態で、測定制御部７１２は、試料Ｓのｘｙ面内の測定を行う（Ｓ３０８）。これにより、第２斜出射角度θ２での試料Ｓのｘｙ面内の測定を行うことができる。
【0100】
斜出射角度θの変更（Ｓ３０６）、試料Ｓのｘｙ面内の測定（Ｓ３０８）を第ｎ斜出射角度での試料Ｓのｘｙ面内での測定が行われるまで繰り返す（Ｓ３１０）。これにより、第１～第ｎ斜出射角度での試料Ｓのｘｙ面内の測定結果が得られる。
【0101】
次に、解析部７１６は、第１～第ｎ斜出射角度における試料Ｓのｘｙ面内の測定結果として得られた各Ｘ線スペクトルの分析領域および検出器２の向きを特定する（Ｓ３１２）。本処理Ｓ３１２は、上述した図１５に示す処理Ｓ１１２および図１８に示す処理Ｓ２１２と同様の手法で行われる。
【0102】
次に、解析部７１６は、第１～第ｎ斜出射角度での試料Ｓのｘｙ面内の測定結果として得られた各Ｘ線スペクトルに基づいて、試料Ｓの解析を行う（Ｓ３１４）。本処理Ｓ３１４は、上述した図１５に示す処理Ｓ１１４および図１８に示す処理Ｓ２１４と同様の手法で行われる。この結果、試料Ｓの３次元の構造の情報を得ることができる。軟Ｘ線分光装置１００では、例えば、３次元フラッシュメモリなどの微細な３次元構造体について、３次元の構造の情報を容易に得ることができる。
【0103】
なお、上記では、斜出射角度θを変更するごとに、試料Ｓのｘｙ面内の測定を行う場合について説明したが、試料Ｓの回転角度φを変更するごとに、試料Ｓのｚ方向の測定を行ってもよい。
【0104】
１．３． 作用効果
軟Ｘ線分光装置１００では、試料ステージ２０は、斜出射角度θが可変となるように試料Ｓを傾斜させる傾斜機構２２を有し、記憶制御部７１４は、Ｘ線スペクトルを、Ｘ線スペクトルを取得したときの斜出射角度θの情報に関連付けて記憶部７４０に記憶する。
軟Ｘ線分光装置１００では、試料ステージ２０は、斜出射角度θが可変となるように試料Ｓを傾斜させる傾斜機構２２を有し、記憶制御部７１４は、Ｘ線スペクトルを、Ｘ線スペクトルを取得したときの斜出射角度θの情報に関連付けて記憶部７４０に記憶する。
【0105】
斜出射角度θは、Ｘ線スペクトルが得られた分析領域のｚ方向の位置に対応する。したがって、軟Ｘ線分光装置１００では、取得したＸ線スペクトルと、当該Ｘ線スペクトルが得られた分析領域のｚ方向の位置とが関連づけられたデータを得ることができる。そのため、軟Ｘ線分光装置１００では、試料Ｓのｚ方向の解析を容易に行うことができる。
【0106】
軟Ｘ線分光装置１００では、試料Ｓで発生したＸ線を回折格子５０で分光し、分光されたＸ線をイメージセンサー６０で検出してＸ線スペクトルを取得する。そのため、軟Ｘ線分光装置１００では、試料Ｓを薄片化する必要がなく、試料Ｓをバルクの状態で測定することができる。このように、軟Ｘ線分光装置１００では、バルクの試料Ｓであっても、透過電子顕微鏡と同様の高分解能の分析が可能である。
【0107】
また、軟Ｘ線分光装置１００では、試料Ｓで発生したＸ線を回折格子５０で分光し、分光されたＸ線をイメージセンサー６０で検出してＸ線スペクトルを取得する。そのため、短時間で、Ｘ線スペクトル全体を取得できる。したがって、軟Ｘ線分光装置１００では、例えば、微小領域の組成分析だけでなく、微小領域の化学結合状態の分析も可能である。
【0108】
軟Ｘ線分光装置１００では、解析部７１６が斜出射角度θの情報に基づいて、Ｘ線スペクトルが得られた試料Ｓの分析領域のｚ方向の位置情報を取得する。そのため、軟Ｘ線分光装置１００では、Ｘ線スペクトルが得られた分析領域のｚ方向の位置を特定できる。
【0109】
軟Ｘ線分光装置１００では、試料ステージ２０は、試料Ｓの表面Ｆに垂直な軸Ｐを回転軸として試料Ｓを回転させる第２回転機構２４ｂを有している。そのため、軟Ｘ線分光装置１００では、試料Ｓの回転角度φを変更できる。
【0110】
軟Ｘ線分光装置１００では、記憶制御部７１４は、Ｘ線スペクトルを、Ｘ線スペクトルを取得したときの試料Ｓの回転角度φの情報に関連付けて記憶部７４０に記憶する。試料Ｓの回転角度φは、分析領域から見た検出器２の向き、すなわち、分析領域の観察方向（観察方位）に対応する。したがって、軟Ｘ線分光装置１００では、取得したＸ線スペクトルと、当該Ｘ線スペクトルが得られた分析領域の観察方向とが関連づけられたデータを得ることができる。そのため、軟Ｘ線分光装置１００では、試料Ｓのｘｙ面内の解析を容易に行うことができる。
【0111】
軟Ｘ線分光装置１００では、記憶制御部７１４は、Ｘ線スペクトルを、Ｘ線スペクトルを取得したときの斜出射角度θの情報および試料Ｓの回転角度φの情報に関連付けて記憶部７４０に記憶する。そのため、軟Ｘ線分光装置１００では、取得したＸ線スペクトルと、当該Ｘ線スペクトルが得られた分析領域のｚ方向の位置および観察方向の情報と、が関連づけられたデータを得ることができる。そのため、軟Ｘ線分光装置１００では、試料Ｓの３次元の解析を容易に行うことができる。
【0112】
軟Ｘ線分光装置１００における分析方法は、斜出射角度θを第１斜出射角度θ１として第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、斜出射角度θを第１斜出射角度θ１とは異なる第２斜出射角度θ２として第２Ｘ線スペクトルを取得する工程と、第１Ｘ線スペクトルおよび第２Ｘ線スペクトルに基づいて試料Ｓのｚ方向の情報を求める工程と、を含む。
【0113】
そのため、軟Ｘ線分光装置１００における分析方法では、試料Ｓのｚ方向の情報を得ることができる。また、軟Ｘ線分光装置１００における分析方法では、試料Ｓを薄片化する必要がなく、試料Ｓをバルクの状態で測定することができる。
【0114】
軟Ｘ線分光装置１００における分析方法では、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程にお
いて、第１斜出射角度θ１を、試料Ｓで発生したＸ線が試料Ｓの表面Ｆで全反射する角度とする。そのため、ｚ方向において高い位置分解能を得ることができる。
いて、第１斜出射角度θ１を、試料Ｓで発生したＸ線が試料Ｓの表面Ｆで全反射する角度とする。そのため、ｚ方向において高い位置分解能を得ることができる。
【0115】
軟Ｘ線分光装置１００における分析方法は、試料Ｓの表面Ｆに垂直な軸Ｐを回転軸とし試料Ｓを第１回転角度φ１に配置して、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、試料Ｓを第１回転角度φ１とは異なる第２回転角度φ２に配置して、第２Ｘ線スペクトルを取得する工程と、第１Ｘ線スペクトルおよび第２Ｘ線スペクトルに基づいて試料Ｓのｘｙ面内の情報を求める工程と、を含む。
【0116】
そのため、軟Ｘ線分光装置１００における分析方法では、試料Ｓのｘｙ面内の情報を得ることができる。また、軟Ｘ線分光装置１００における分析方法では、試料Ｓを薄片化する必要がなく、試料Ｓをバルクの状態で測定することができる。
【0117】
軟Ｘ線分光装置１００における分析方法では、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程および第２Ｘ線スペクトルを取得する工程において、斜出射角度θを、試料Ｓで発生したＸ線が試料Ｓの表面Ｆで全反射する角度に設定する。そのため、ｘｙ面内において高い位置分解能が得られる。
【0118】
２． 第２実施形態
２．１． 軟Ｘ線分光装置
図２０は、第２実施形態に係る軟Ｘ線分光装置２００の構成を示す図である。以下、第２実施形態に係る軟Ｘ線分光装置２００において、第１実施形態に係る軟Ｘ線分光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
２．１． 軟Ｘ線分光装置
図２０は、第２実施形態に係る軟Ｘ線分光装置２００の構成を示す図である。以下、第２実施形態に係る軟Ｘ線分光装置２００において、第１実施形態に係る軟Ｘ線分光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0119】
上述した図１に示す軟Ｘ線分光装置１００では、斜出射角度θを変化させる可変機構が、試料ステージ２０の傾斜機構２２であった。これに対して、第２実施形態に係る軟Ｘ線分光装置２００では、斜出射角度θを変化させる可変機構が、電子光学系１０の偏向器１２である。
【0120】
図２１は、軟Ｘ線分光装置２００において、斜出射角度θを変更する手法を説明するための図である。
【0121】
軟Ｘ線分光装置２００では、図２１に示すように、試料Ｓに照射される電子線を偏向させることによって、斜出射角度θを変化させる。
【0122】
なお、軟Ｘ線分光装置２００の構成は、上述した図１に示す軟Ｘ線分光装置１００と同様である。また、軟Ｘ線分光装置２００の情報処理装置７０の構成は、図５に示す軟Ｘ線分光装置１００の情報処理装置７０の構成と同様である。
【0123】
【0124】
試料ステージ２０の傾斜を固定して、電子線を偏向させることによって、Ｘ線の取り出し角αを変化させることができる。これにより、斜出射角度θを変更できる。観察倍率を低くするほど、斜出射角度θを大きく変化させることができる。
【0125】
試料ステージ２０の中心Ｏ（試料ステージ２０上において、電子光学系１０の光軸と交
わる点）からｋｍｍ（ｋは任意の整数）の位置における斜出射角度θｋは、次式で表される。
わる点）からｋｍｍ（ｋは任意の整数）の位置における斜出射角度θｋは、次式で表される。
【0126】
θｋ＝αｎｋ－β
αｎｋ＝ａｒｃｔａｎ（ｋ×ｔａｎβ）＋Ｄ×ｓｉｎα／ｋ＋Ｄ×ｃｏｓα
ただし、αｎｋは、中心Ｏからｋｍｍの位置におけるＸ線の取り出し角であり、αは、中心ＯにおけるＸ線の取り出し角であり、βは、試料Ｓの表面Ｆの傾斜角度であり、Ｄは中心Ｏと検出器２との間の距離である。
αｎｋ＝ａｒｃｔａｎ（ｋ×ｔａｎβ）＋Ｄ×ｓｉｎα／ｋ＋Ｄ×ｃｏｓα
ただし、αｎｋは、中心Ｏからｋｍｍの位置におけるＸ線の取り出し角であり、αは、中心ＯにおけるＸ線の取り出し角であり、βは、試料Ｓの表面Ｆの傾斜角度であり、Ｄは中心Ｏと検出器２との間の距離である。
【0127】
２．２．２． ライン分析
軟Ｘ線分光装置２００において、試料Ｓ上で電子線を直線状に走査する（ライン分析）ことによって、斜出射角度θを微小な角度ステップで精度よく変化させることができる。
軟Ｘ線分光装置２００において、試料Ｓ上で電子線を直線状に走査する（ライン分析）ことによって、斜出射角度θを微小な角度ステップで精度よく変化させることができる。
【0128】
例えば、観察倍率５０倍で中心Ｏでの作動距離が１１ｍｍの場合、電子線を直線状に走査すると約２．４ｍｍの長さを走査することになる。傾斜角度βを３４度、観察倍率５０倍で２０点のデータを取得する場合、各分析点での斜出射角度θは、図２３に示す表のようになる。
【0129】
このように、電子線を偏向して斜出射角度θを変化させることによって、試料ステージ２０を用いて斜出射角度θを変化させる場合と比べて、斜出射角度θを微小な角度ステップで精度よく変化させることができる。
【0130】
２．２．３． マップ分析
上記では、ライン分析を行った場合について説明したが、試料Ｓの面内を走査するマップ分析を行ってもよい。マップ分析では、電子線で試料Ｓ上の分析対象領域を走査し、当該分析対象領域内の各分析点（ピクセル）におけるＸ線スペクトルを取得する（スペクトルマップ）。各分析点のＸ線スペクトルから、所望の元素のＸ線強度の情報を得ることができる。また、マップ分析では、各分析点における斜出射角度θを、互いに異ならせることができる。そのため、マップ分析で得られたマップから、斜出射角度θが互いに異なる複数のＸ線スペクトルを得ることができる。
上記では、ライン分析を行った場合について説明したが、試料Ｓの面内を走査するマップ分析を行ってもよい。マップ分析では、電子線で試料Ｓ上の分析対象領域を走査し、当該分析対象領域内の各分析点（ピクセル）におけるＸ線スペクトルを取得する（スペクトルマップ）。各分析点のＸ線スペクトルから、所望の元素のＸ線強度の情報を得ることができる。また、マップ分析では、各分析点における斜出射角度θを、互いに異ならせることができる。そのため、マップ分析で得られたマップから、斜出射角度θが互いに異なる複数のＸ線スペクトルを得ることができる。
【0131】
図２４は、試料Ｓのマップ分析の結果を示す図である。図２４では、Ｓｉウエハ上に形成された約１０ｎｍの膜厚のＳｉ３Ｎ４膜を分析した結果である。なお、図２４に示す各マップの横方向は、検出器２を向く方向であり、縦方向は、検出器２を向く方向に対して垂直な方向である（図２７参照）。マップ分析の測定条件は、上述したライン分析の測定条件と同様である。
【0132】
図２４に示すＯ－Ｋマップは、酸素のＫ線の強度の分布を示し、Ｎ－Ｋマップは、窒素のＫ線の強度の分布を示し、Ｓｉ－Ｌは、シリコンのＬ線の強度の分布を示している。
【0133】
【0134】
図２５に示すように、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の順に強度が下がっているが、この順で分解能が向上する。例えば、Ｎｏ．３のスペクトルでは、サブピーク（Ｎ＿ｂａｎｄ２）が明瞭に確認できる。これは、図２４に示すＮ－Ｋマップでは、左から右に行くほど斜出射角度θが大きくなるためである。具体的には、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の順に斜出射角度θが大きくなるため、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の順に、Ｓｉ３Ｎ４膜内を通過するＸ線の距離が短くなる。この結果、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の順に
、Ｘ線強度が下がる。さらに、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の順に、ｚ方向（結晶成長方向）に敏感になり、分解能が向上する。
、Ｘ線強度が下がる。さらに、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の順に、ｚ方向（結晶成長方向）に敏感になり、分解能が向上する。
【0135】
【0136】
Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ，６、Ｎｏ．７のスペクトルを比較すると、ピークのシフトが確認できる。このシフトは、試料Ｓの表面Ｆの高さの変化、すなわち、作動距離の変化を示している。このような作動距離の変化は、試料Ｓの表面Ｆが傾斜していることを示唆している。
【0137】
このように、マップ分析を行い、マップの縦方向および横方向など、様々な方向について分析を行うことによって、その方向における結晶成長の傾向や、結晶構造の変化を知ることができる。また、試料Ｓの表面Ｆの傾斜によるスペクトルの変化を観察できる。
【0138】
図２７は、マップ分析の各分析点と検出器２の位置関係を示す図である。
【0139】
図２４に示すマップの各分析点（ピクセル）の斜出射角度θは、試料Ｓの表面Ｆを表す式ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０と、検出器２の検出点（ｐ，ｑ，ｒ）と各分析点を含む平面ｅｘ＋ｆｙ＋ｊ＝０と、から算出できる。表面Ｆを表す式は、例えば、分析領域の４つの端点（Ｅ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｅ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、Ｅ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、Ｅ４（ｘ４，ｙ４，ｚ４））から算出できる。
【0140】
図２７では、任意の分析点Ｐ（Ｘｍ，Ｙｎ，Ｚｏ）でのＸ線の取り出し角αはαＸｍＹｎＺｏで表され、斜出射角度θはθＸｍＹｎＺｏで表され、Ｘ線強度ＩはＩαＸｍＹｎＺｏで表される。
【0141】
ここで、第１回転機構２４ａを用いて試料Ｓを回転させると、試料Ｓの表面Ｆにおける任意の分析点Ｐ（Ｘｍ，Ｙｎ，Ｚｏ）でのＸ線の取り出し角αおよび斜出射角度θが大きく変化する。これにより、図２６で示したようなピークのシフトがより明確になり、ピークのシフトの観察が容易になる。このピークのシフトは、第１回転機構２４ａを用いて試料Ｓを回転させることによって、試料Ｓの表面Ｆの高さ（すなわち作動距離）が変化することで生じる。例えば、第１回転機構２４ａによる試料Ｓの回転角度の変更と、マップ分析と、を繰り返すことで、回転角度ごとにマップを得ることができる。また、例えば、第１回転機構２４ａによる試料Ｓの回転角度の変更と、分析点Ｐでのスペクトルの取得と、を繰り返すことで、回転角度ごとに分析点Ｐにおけるスペクトルを取得してもよい。また、記憶制御部７１４は、Ｘ線スペクトルを、Ｘ線スペクトルを取得したときの試料Ｓの回転角度の情報に関連付けて記憶部７４０に記憶する。
【0142】
２．２．４． 膜厚および質量吸収係数の解析
各分析点におけるＸ線強度Ｉは、標準試料のＸ線強度をＩ０、質量吸収係数をμ、密度ρ、膜厚ｔ（ｃｍ）、斜出射角度θとすると、次式（１）で表される。
各分析点におけるＸ線強度Ｉは、標準試料のＸ線強度をＩ０、質量吸収係数をμ、密度ρ、膜厚ｔ（ｃｍ）、斜出射角度θとすると、次式（１）で表される。
【0143】
Ｉ＝Ｉ０×ｅｘｐ（－μ／ρ）×ρ×ｔ×ｃｏｓｅｃθ ・・・（１）
【0144】
例えば、図２４に示すＳｉ－ＬマップのＸ線強度Ｉのデータおよび標準試料のＸ線強度Ｉ０から、上記式（１）で膜厚を算出すると、図２８に示す結果が得られる。図２８に示すＸ線強度Ｉは、図２４に示すＳｉ－Ｌマップの中心のＸ線強度と、中心から左側の１０点のＸ線強度である。なお、密度ρが不確かな場合には、面密度ρｔとして表してもよい
。
。
【0145】
上記では、窒素のピーク全体の強度を用いて、膜厚を算出したが、各バンドのピークの強度を用いて、膜厚を算出してもよい。この場合、Ｎ＿ｂａｎｄ１、Ｎ＿ｂａｎｄ２、Ｎ＿ｂａｎｄ３の各々の膜厚を知ることができる。そのため、窒素のバンド（化学結合状態）ごとの膜厚の分布を知ることができる。
【0146】
さらに、密度ρ、膜厚ｔなどが既知であれば、上記式（１）を用いて、質量吸収係数μの評価を行うことができる。
【0147】
２．２．５． 薄膜の分析
図２９は、膜厚３ｎｍのカーボン薄膜上で電子線を走査して測定を行った結果を説明するための図である。図２９には、分析点Ｐ１、分析点Ｐ２、分析点Ｐ３における炭素のＫ吸収端領域のスペクトル（Ｃ－Ｋスペクトル）を示している。なお、分析点Ｐ１が最も斜出射角度θが小さく、分析点Ｐ３が最も斜出射角度θが大きい。
図２９は、膜厚３ｎｍのカーボン薄膜上で電子線を走査して測定を行った結果を説明するための図である。図２９には、分析点Ｐ１、分析点Ｐ２、分析点Ｐ３における炭素のＫ吸収端領域のスペクトル（Ｃ－Ｋスペクトル）を示している。なお、分析点Ｐ１が最も斜出射角度θが小さく、分析点Ｐ３が最も斜出射角度θが大きい。
【0148】
分析点Ｐ１では、斜出射角度θが小さいため、Ｘ線が薄膜を通過する距離が長い。そのため、低エネルギーのσ結合が吸収される。そのため、分析点Ｐ１で得られたスペクトルでは、π結合を反映したピークが強く表れる。分析点Ｐ３では、斜出射角度θが大きいため、Ｘ線が薄膜を通過する距離が短い。そのため、分析点Ｐ３で得られたスペクトルでは、分析点Ｐ１で得られたスペクトルと比べて、σ結合を反映したピークが強く表れる。この効果は、膜厚が薄いほど大きい。したがって、得られたスペクトルにおいて、σ結合成分とπ結合成分の強度の割合から、膜厚を算出することができる。
【0149】
図３０は、カーボン薄膜上で電子線を走査して測定を行って得られたスペクトルを示している。図３０に示すように、斜出射角度θが大きいほど、σ結合を反映したピークが強く表れる。また、斜出射角度θが大きいほど、Ｘ線強度が大きい。
【0150】
上記のように、電子線を走査して斜出射角度θを変化させることによって、斜出射角度θを変化させたときのＸ線の強度の変化や波形の変化を効率よく検出できる。これらの結果を用いて、膜厚や構造を特定することができる。
【0151】
なお、試料の結晶化度も、スペクトルの波形の変化量によって算出できる。例えば、試料がアモルファスの場合、斜出射角度θを変化させても波形は変化せず、同じ波形となる。
【0152】
２．２．６． バルク試料の分析
図３１は、バルクの高配向性熱分解グラファイト（Highly oriented pyrolytic graphite、ＨＯＰＧ）上で電子線を走査して測定を行って得られたスペクトルを示している。図３１には、分析点ｐ１、分析点ｐ２、分析点ｐ３で得られたスペクトルを含む。分析点ｐ１における斜出射角度をθｐ１とし、分析点ｐ２における斜出射角度をθｐ２とし、分析点ｐ３における斜出射角度をθｐ３とした場合、θｐ１＜θｐ２＜θｐ３の関係を有する。
図３１は、バルクの高配向性熱分解グラファイト（Highly oriented pyrolytic graphite、ＨＯＰＧ）上で電子線を走査して測定を行って得られたスペクトルを示している。図３１には、分析点ｐ１、分析点ｐ２、分析点ｐ３で得られたスペクトルを含む。分析点ｐ１における斜出射角度をθｐ１とし、分析点ｐ２における斜出射角度をθｐ２とし、分析点ｐ３における斜出射角度をθｐ３とした場合、θｐ１＜θｐ２＜θｐ３の関係を有する。
【0153】
図３１に示すように、バルク試料では、斜出射角度θが小さいほど、Ｘ線強度が強くなる。また、バルク試料では、斜出射角度θが大きいほど、吸収効果が小さくなって、ｚ方向の情報が顕著となる。図３１に示す例では、斜出射角度θが小さい分析点ｐ３では、Ｘ線強度が小さいがπ結合を反映したピークが強く表れている。
【0154】
このように、バルク試料においても、薄膜試料と同様に、電子線を走査して斜出射角度
θを変化させることによって、斜出射角度θを変化させたときのＸ線の強度の変化や波形の変化を効率よく検出できる。これらの結果を用いて、試料Ｓの構造を特定することができる。
θを変化させることによって、斜出射角度θを変化させたときのＸ線の強度の変化や波形の変化を効率よく検出できる。これらの結果を用いて、試料Ｓの構造を特定することができる。
【0155】
また、バルク試料と薄膜試料とでは、斜出射角度θとＸ線強度の関係が異なる。そのため、斜出射角度θを変化させて得られた複数のＸ線スペクトルから、試料Ｓがバルク試料であるか薄膜試料であるのかを判断できる。
【0156】
なお、バルク試料においても、薄膜試料の場合と同様に、質量吸収係数を求めることができる。バルク試料では、薄膜試料の場合と異なり、吸収効果を無視できない。そのため、Ｘ線強度Ｉは、次式（２）で表される。
【0157】
【数1】
【0158】
ただし、φはＸ線発生関数であり、ｄは厚さであり、ρｚは質量深さであり、（μ／ρ）Ａ
Ａは、元素Ａの質量吸収係数である。
【0159】
膜厚は、バルク試料では、無限大であるが、有限ではρｔと置き換えることができる。吸収効果は、ｅｘｐ（－χＡρｚ）で表され、斜出射角度θが小さいほど、吸収は大きくなる。斜出射角度θを変化させることによって、吸収効果によりＸ線強度が敏感に変化するため、斜出射角度θを変化させてスペクトルを取得することによって、吸収効果を精度よく求めることができる。
【0160】
上記式（２）を用いて、バルク試料においても、薄膜試料の場合と同様に、膜厚ｔや、質量吸収係数を求めることができる。
【0161】
２．２．７． 試料表面の均質性評価
図２４に示すマップは、斜出射角度θが６度以下で測定されている。ここで、Ｓｉ－Ｌのバンドのエネルギーは約９０ｅＶであり、全反射臨界角度は２３．６度である。そのため、本来、Ｓｉは検出されないはずであるが、図２４に示すＳｉ－Ｌのマップでは、Ｓｉが検出されている箇所が見られる。これは、この箇所では、斜出射角度θが全反射臨界角度２３．６度を越えていることを意味している。すなわち、この箇所は、膜の剥がれや、凹凸などがあることを示唆している。このように、図２４に示すマップから、試料表面の均質性の評価ができる。
図２４に示すマップは、斜出射角度θが６度以下で測定されている。ここで、Ｓｉ－Ｌのバンドのエネルギーは約９０ｅＶであり、全反射臨界角度は２３．６度である。そのため、本来、Ｓｉは検出されないはずであるが、図２４に示すＳｉ－Ｌのマップでは、Ｓｉが検出されている箇所が見られる。これは、この箇所では、斜出射角度θが全反射臨界角度２３．６度を越えていることを意味している。すなわち、この箇所は、膜の剥がれや、凹凸などがあることを示唆している。このように、図２４に示すマップから、試料表面の均質性の評価ができる。
【0162】
２．３． 動作
次に、軟Ｘ線分光装置２００の動作を説明する。以下では、上述したマップ分析を行う場合の動作について説明する。図３２は、軟Ｘ線分光装置２００の処理部７１０の処理の一例を示すフローチャートである。
次に、軟Ｘ線分光装置２００の動作を説明する。以下では、上述したマップ分析を行う場合の動作について説明する。図３２は、軟Ｘ線分光装置２００の処理部７１０の処理の一例を示すフローチャートである。
【0163】
まず、ユーザーが操作部７２０を介して測定条件を入力すると、測定制御部７１２は、入力された測定条件を受け付ける（Ｓ４００）。測定条件は、例えば、分析領域の位置や大きさ、分析点の数、観察倍率、加速電圧などの条件を含む。
【0164】
次に、測定制御部７１２は、斜出射角度θが斜出射条件を満たす角度となるように、試料Ｓの傾斜角度を設定する（Ｓ４０２）。処理Ｓ４０２は、上述した図１５に示す処理Ｓ１０２と同様に行われる。
【0165】
次に、測定制御部７１２は、図２７に示すように、４つの端点（Ｅ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｅ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、Ｅ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、Ｅ４（ｘ４，ｙ４，ｚ４））の座標を取得する（Ｓ４０４）。
【0166】
４つの端点の座標の計測は、軟Ｘ線分光装置２００が備えた光学顕微鏡を用いて行われる。例えば、光学顕微鏡のオートフォーカス機能を用いて、４つの端点の座標を計測する。なお、試料Ｓが装着された試料ホルダーを外部の光学顕微鏡の試料ステージに装着し、当該光学顕微鏡を用いて４つの端点を計測し、計測結果を記憶部７４０に格納してもよい。この場合、測定制御部７１２は、記憶部７４０に格納された計測結果を読み出して、４つの端点の座標を取得する。
【0167】
解析部７１６は、４つの端点の座標に基づいて、試料Ｓの傾斜角度βを算出する（Ｓ４０６）。
【0168】
測定制御部７１２は、電子光学系１０に、電子線で試料Ｓの分析の対象となる領域を走査させ、各分析点（ピクセル）におけるスペクトルを取得する（Ｓ４０８）。この結果、各分析点におけるスペクトルが記憶部７４０に記憶される。
【0169】
解析部７１６は、４つの端点の座標および傾斜角度βに基づいて、各分析点の座標および各分析点の斜出射角度θを算出する（Ｓ４１０）。
【0170】
解析部７１６は、各分析点の斜出射角度θおよび各分析点でのＸ線強度から、薄膜の膜厚を算出し、構造の解析を行う（Ｓ４１２）。なお、解析部７１６は、各分析点において化学結合状態ごとにＸ線強度を取得して、化学結合状態ごとの膜厚を算出してもよい。また、解析部７１６は、質量吸収係数の算出や、結晶化度の評価、均質性の評価、バルク試料か薄膜試料かの判別など、上述した「２．２． 分析方法」で説明した各種解析を行ってもよい。また、解析部７１６は、指定された複数の分析点における複数のＸ線スペクトル（第１～第ｎＸ線スペクトル）を取得し、取得したＸ線スペクトル（第１～第ｎＸ線スペクトル）に基づいて、図１５に示す処理Ｓ１１４と同様に、試料Ｓの解析を行ってもよい。
【0171】
なお、上記では、マップ分析を行う場合について説明したが、ライン分析も同様に行うことができる。また、上述した「１．２．４． 試料の３次元の分析」と同様に、試料Ｓの回転角度φを変更するごとに、マップ分析を行ってもよい。これにより、回転角度φごとに、マップを得ることができる。
【0172】
２．４． 作用効果
軟Ｘ線分光装置２００では、電子光学系１０は、電子線を偏向させて、Ｘ線の取り出し角αを変更する偏向器１２を有し、偏向器１２を用いて斜出射角度θを変更する。そのため、軟Ｘ線分光装置２００では、例えば、試料ステージ２０の傾斜機構２２を用いて斜出射角度θを変更する場合と比べて、斜出射角度θを、微小な角度ステップで、精度よく変更できる。したがって、軟Ｘ線分光装置２００では、膜厚や、質量吸収係数、結晶構造などを精度よく求めることができる。例えば、上述したライン分析や、マップ分析を行うことで、臨界角近傍での波形変化を詳細に観察できる。
軟Ｘ線分光装置２００では、電子光学系１０は、電子線を偏向させて、Ｘ線の取り出し角αを変更する偏向器１２を有し、偏向器１２を用いて斜出射角度θを変更する。そのため、軟Ｘ線分光装置２００では、例えば、試料ステージ２０の傾斜機構２２を用いて斜出射角度θを変更する場合と比べて、斜出射角度θを、微小な角度ステップで、精度よく変更できる。したがって、軟Ｘ線分光装置２００では、膜厚や、質量吸収係数、結晶構造などを精度よく求めることができる。例えば、上述したライン分析や、マップ分析を行うことで、臨界角近傍での波形変化を詳細に観察できる。
【0173】
なお、Ｘ線の全反射臨界角θＣ（°）は、次式で表すことができる。
【0174】
【数2】
【0175】
ここで、λはＸ線の波長（ｎｍ）であり、Ｚは原子番号であり、ρは密度（ｇ／ｃｍ３）であり、Ａは原子量である。
【0176】
軟Ｘ線分光装置２００における分析方法は、電子線で試料Ｓの分析対象領域を走査して、分析対象領域内の各分析点において、Ｘ線スペクトルを取得する工程と、各分析点における斜出射角度θを求める工程と、を含む。また、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程では、第１斜出射角度θ１の分析点を選択して、第１Ｘ線スペクトルを取得し、第２Ｘ線スペクトルを取得する工程では、第２斜出射角度θ２の分析点を選択して、第２Ｘ線スペクトルを取得する。このように、軟Ｘ線分光装置２００では、マップ分析を行い、得られたスペクトルマップから所望の分析点を選択してスペクトルを得ることができる。したがって、軟Ｘ線分光装置２００では、膜厚や、質量吸収係数、結晶構造などを精度よく求めることができる。
【0177】
３． 変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【0178】
３．１． 第１変形例
上述した第１実施形態では、斜出射角度θを変更するために、試料Ｓの傾斜角度を変更し、第２実施形態では、電子線を偏向させたが、斜出射角度θを変更する手法はこれに限定されない。
上述した第１実施形態では、斜出射角度θを変更するために、試料Ｓの傾斜角度を変更し、第２実施形態では、電子線を偏向させたが、斜出射角度θを変更する手法はこれに限定されない。
【0179】
図示はしないが、例えば、検出器２の角度を変えることによって、斜出射角度θを変更してもよい。
【0180】
上述した実施形態では、試料ステージ２０の動作によって試料Ｓの回転角度φを変更する場合について説明したが、試料Ｓの回転角度φを変更する手法はこれに限定されない。例えば、検出器２を、試料Ｓまわりに回転させることによって、試料Ｓの回転角度φを変更してもよい。また、複数の検出器２を試料Ｓまわりに配置して、各検出器２でＸ線スペクトルを取得することによって、試料Ｓの回転角度φの異なるＸ線スペクトルを得てもよい。これにより、試料ステージ２０の動作によって試料Ｓの回転角度φを変更する場合と同様の測定が可能である。
【0181】
３．２． 第２変形例
上述した実施形態では、図１５に示すように試料Ｓのｚ方向の分析を軟Ｘ線分光装置１００が自動で行う場合について説明したが、図１５に示す処理の少なくとも一部を手動で行ってもよい。同様に、図１８に示す処理の少なくとも一部を手動で行ってもよいし、図１９に示す処理の少なくとも一部を手動で行ってもよい。
上述した実施形態では、図１５に示すように試料Ｓのｚ方向の分析を軟Ｘ線分光装置１００が自動で行う場合について説明したが、図１５に示す処理の少なくとも一部を手動で行ってもよい。同様に、図１８に示す処理の少なくとも一部を手動で行ってもよいし、図１９に示す処理の少なくとも一部を手動で行ってもよい。
【0182】
３．３． 第３変形例
軟Ｘ線分光装置１００および軟Ｘ線分光装置２００において、電子線の加速電圧を変更することによって、試料Ｓの厚み方向の情報を得てもよい。
軟Ｘ線分光装置１００および軟Ｘ線分光装置２００において、電子線の加速電圧を変更することによって、試料Ｓの厚み方向の情報を得てもよい。
【0183】
３．４． 第４変形例
第１実施形態および第２実施形態では、カーボン薄膜やＳｉ３Ｎ４膜などを分析する場合について説明したが、分析対象となる試料はこれに限定されず、積層膜、半導体薄膜、光学薄膜、有機薄膜、ＤＬＣ薄膜などであってもよい。また、分析対象となる試料は、薄膜試料に限定されず、バルク試料であってもよい。
第１実施形態および第２実施形態では、カーボン薄膜やＳｉ３Ｎ４膜などを分析する場合について説明したが、分析対象となる試料はこれに限定されず、積層膜、半導体薄膜、光学薄膜、有機薄膜、ＤＬＣ薄膜などであってもよい。また、分析対象となる試料は、薄膜試料に限定されず、バルク試料であってもよい。
【0184】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成である。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【0185】
２…検出器、１０…電子光学系、１２…偏向器、２０…試料ステージ、２２…傾斜機構、２４ａ…第１回転機構、２４ｂ…第２回転機構、２６ａ…Ｘ移動機構、２６ｂ…Ｙ移動機構、２８…Ｚ移動機構、３０…Ｘ線スリット、４０…Ｘ線集光ミラー、５０…回折格子、６０…イメージセンサー、６２…受光面、７０…情報処理装置、１００…軟Ｘ線分光装置、２００…軟Ｘ線分光装置、７１０…処理部、７１２…測定制御部、７１４…記憶制御部、７１６…解析部、７１８…表示制御部、７２０…操作部、７３０…表示部、７４０…記憶部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
