JP4043910B2 - 応力測定装置および応力測定方法およびプログラム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＸ線等の電磁波の測定対象物における回折によって、測定対象物に発生した応力を測定する応力測定装置および応力測定方法およびプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば多結晶体材料に発生した応力をＸ線の回折現象を利用して測定する方法として、例えば単色化したＸ線を試料に入射した際に、試料中の回折条件を満たす結晶格子面を有する複数の結晶粒によって回折されるＸ線の強度を、回折を起こした結晶格子面の法線と試料表面の法線とのなす角（ψ角）ψを所定値に固定した状態で散乱角２θを走査しつつ測定し、さらに、ψ角を変更して散乱角２θの走査およびＸ線強度測定を繰り返すことで、散乱角２θに応じたＸ線の散乱強度分布のψ角に対する依存性を測定し、試料に発生した応力の試料表面に平行な成分を測定する方法が知られている。
そして、このような測定において、ψ角を変更する方法として、例えばＸ線の入射方向および出射方向を含む平面に平行な平面内にてψ角が設定されるようにする並傾法や、例えばＸ線の入射方向および出射方向を含む平面に直交すると共に散乱ベクトルを含む平面内にてψ角が設定されるようにする側傾法等が知られている。
ここで、試料表面上における適宜のＸ線照射位置を含むと共に試料表面に直交する軸をφ回転軸とし、Ｘ線照射位置を含むと共にφ回転軸に直交し、かつ、Ｘ線の入射方向および出射方向を含む２θ走査面内に含まれる軸をχ回転軸とし、Ｘ線照射位置を含み、２θ走査面に直交する軸をω回転軸とし、２θ走査面とφ回転軸とのなす角（χ）をχ角とし、Ｘ線の入射方向に沿った入射軸とχ回転軸とのなす角（ω）をω角とすれば、並傾法ではχ＝０すなわちψ＝θ−ωとなり、側傾法ではω＝θすなわちψ＝χとなる。
【０００３】
ところで、上述したような並傾法や側傾法によってψ角を変更する場合には、単に、ω角またはχ角のみを変更するだけであって、この場合には、Ｘ線の入射方向と試料表面とのなす角（入射角）αが変更されることで、試料中におけるＸ線の到達深さに変化が生じる。
ここで、試料によって回折されるＸ線の強度を測定する際には、いわば試料表面からＸ線の到達深さまでの範囲内において回折されるＸ線（回折Ｘ線）が検出される。すなわち、各ψ角における２θ走査によって得られる散乱強度分布の測定結果は、試料表面からＸ線の到達深さまでの範囲内に存在する多数の結晶粒からの回折Ｘ線に、試料中でのＸ線吸収による強度の減衰率が重みとして作用した平均的な情報により構成される。
【０００４】
このため、試料の深さ方向において応力の大きさが変化する場合、つまり試料の深さ方向に応力勾配が存在する場合に、ψ角の変更に伴ってＸ線の到達深さが変化してしまうと、試料に発生した応力を適切に検出することが困難になるという問題が生じる。
このような問題に対して、従来、例えば入射角αを所定値に固定した状態でψ角を変化させるＸ線応力測定方法が知られており（例えば、特許文献１参照）、このＸ線応力測定方法においては、ｓｉｎα＝ｃｏｓχ・ｓｉｎωを所定の値に固定した状態で、ｃｏｓψ＝ｃｏｓχ・ｃｏｓ（θ―ω）を変化させるように設定されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３３６９９２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の一例に係るＸ線応力測定方法においては、単に、入射角αを所定値に維持してψ角を変化させるだけであり、入射されるＸ線の試料中での光路長のみを制御しているだけである。ここで、Ｘ線の到達深さは、入射角αのみに限らず、回折されるＸ線の出射方向つまり回折されるＸ線の試料中での光路長にも依存することから、入射角αのみを制御するだけではＸ線の到達深さを変化させずにψ角を変化させることはできない。このため、試料の深さ方向に応力勾配が存在する場合には、試料に発生した応力を適切に検出することが困難になるという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、確実にＸ線の到達深さを変化させずにψ角および散乱角２θを制御することによって、試料に発生した応力の検出精度を向上させることが可能な応力測定装置および応力測定方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の応力測定装置は、所定エネルギーのＸ線を被測定物に照射する入射装置（例えば、実施の形態でのＸ線光源１１および単色化装置１２および入射側スリット１３）と、前記Ｘ線のうち前記被測定物にて散乱される散乱Ｘ線の強度を検出する検出装置（例えば、実施の形態での検出装置１８）と、前記Ｘ線の入射方向と前記検出装置により検出される前記散乱Ｘ線の散乱方向とのなす角である散乱角を変更可能な散乱角変更装置（例えば、実施の形態での２θ駆動装置１６）と、前記入射方向および前記散乱方向を含む散乱角走査平面内において前記散乱角の補角の２等分線に沿った方向に伸びる散乱ベクトルと前記被測定物の表面に対する法線方向とのなす角であるψ角を変更可能なψ角変更装置（例えば、実施の形態での試料位置調整部１５）と、前記ψ角変更装置により前記ψ角を変更させる毎に、前記散乱角変更装置により前記散乱角を変更させると共に前記検出装置により前記散乱Ｘ線の強度を測定させ、前記散乱角の変化に応じた前記散乱Ｘ線の散乱強度分布のψ角依存性のデータを取得し、該データに基づき、前記被測定物に発生した応力の前記表面に平行な応力成分を検出する制御装置（例えば、実施の形態での制御装置１９）とを備える応力測定装置であって、前記表面と前記入射方向とのなす角である入射角および前記表面と前記散乱方向とのなす角である出射角に係る第１の角および第２の角と、前記Ｘ線の波長と、前記被測定物のＸ線吸収係数とに基づいて算出可能なＸ線侵入深さに、所定値を設定するＸ線侵入深さ設定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０４およびステップＳ１７）と、前記Ｘ線侵入深さ設定手段により設定される前記Ｘ線侵入深さの値を固定した状態で、前記散乱角および前記ψ角を各所望の値に設定するための、前記第１の角および前記第２の角を設定するパラメータ設定手段（例えば、実施の形態でのχω算出部４１）と、前記パラメータ設定手段により設定される前記第１の角および前記第２の角に応じて、前記散乱角変更装置を駆動制御することにより前記散乱角を所望の値に設定する散乱角駆動制御手段（例えば、実施の形態での駆動制御部４３）および前記ψ角変更装置を駆動制御することにより前記ψ角を所望の値に設定するψ角駆動制御手段（例えば、実施の形態での駆動制御部４３）とを備えることを特徴としている。
【０００８】
上記構成の応力測定装置によれば、パラメータ設定手段により設定される入射角および出射角に係る第１の角および第２の角に応じて、散乱角変更装置およびψ角変更装置を駆動制御することにより、被測定物にて散乱されるＸ線の散乱位置の深さに係る情報つまり被測定物に対するＸ線侵入深さが変化してしまうことを確実に防止しつつ、例えば散乱角変更装置またはψ角変更装置の駆動に係る運動誤差の範囲内において、散乱角およびψ角を所望の値に変更することができる。
これにより、ψ角を所定値に固定した状態で散乱角を走査しつつ散乱Ｘ線の強度を測定し、さらに、ψ角を変更して散乱角２θの走査およびＸ線強度測定を繰り返すことで、散乱角に応じたＸ線の散乱強度分布のψ角に対する依存性を測定し、得られたデータに対して、例えば、横軸を（ｓｉｎ^２ψ）とし、縦軸を散乱強度分布が極大となるときの散乱角とするｓｉｎ^２ψプロットを作成した際に、このｓｉｎ^２ψプロットから、被測定物に発生した応力の被測定物の表面に平行な成分（面内応力成分）を精度良く検出することができる。つまり、一連の散乱角の走査時において、Ｘ線侵入深さが所定の値に固定され、維持されることから、測定により得られる各データにおいて、散乱位置の深さに係る情報の作用が同等となり、（ｓｉｎ^２ψ）と散乱角との比例関係性が向上し、直線状のｓｉｎ^２ψプロットの勾配から算出可能な面内応力成分の精度を向上させることができる。
【０００９】
さらに、請求項２に記載の本発明の応力測定装置は、前記Ｘ線侵入深さ設定手段により複数の異なる前記Ｘ線侵入深さを設定させ、各前記複数の異なる前記Ｘ線侵入深さ毎に対して、前記制御装置により前記被測定物に発生した前記応力の前記表面に平行な前記応力成分を検出させ、前記Ｘ線侵入深さの変化に応じた前記応力成分の変化を検出する応力深さ分布検出手段（例えば、実施の形態でのステップＳ１５〜ステップＳ１７）を備えることを特徴としている。
【００１０】
上記構成の応力測定装置によれば、Ｘ線侵入深さに対して複数の異なる値を設定し、Ｘ線侵入深さを各値に固定した状態毎に面内応力成分を検出することによって、面内応力成分の深さ依存性の検出精度を向上させることができる。
【００１１】
さらに、請求項３に記載の本発明の応力測定装置では、前記ψ角変更装置は、前記被測定物の前記表面の法線に直交すると共に前記散乱角走査平面内に含まれるχ回転軸周りに前記法線を回転させるχ回転装置（例えば、実施の形態でのχクレードル３２およびχ移動部３３）と、前記散乱角走査平面に直交するω回転軸周りに前記χ回転軸を回転させるω回転装置（例えば、実施の形態でのχクレードル回転部３４）とを備え、前記パラメータ設定手段は、前記第１の角として前記散乱角走査平面と前記法線とのなす角であるχ角を設定するχ角設定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０７またはステップＳ２１）と、前記第２の角として前記散乱角走査平面内における前記入射方向と前記χ回転軸とのなす角であるω角を設定するω角設定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０７またはステップＳ２１が兼ねる）とを備え、前記ψ角駆動制御手段は、前記χ角設定手段にて設定される前記χ角に応じて前記χ回転装置を駆動制御するχ角駆動制御手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０８またはステップＳ２２）と、前記ω角設定手段にて設定される前記ω角に応じて前記ω回転装置を駆動制御するω角駆動制御手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０８またはステップＳ２２が兼ねる）とを備えることを特徴としている。
【００１２】
上記構成の応力測定装置によれば、ψ角は散乱角およびω角およびχ角により記述可能であり、散乱角の走査時に、例えばω角またはχ角のみだけを変更するのではなく、ω角およびχ角を変更することによって、被測定物に対するＸ線侵入深さを所定の値に固定した状態で、散乱角およびψ角を所望の値に変更することができる。
【００１３】
さらに、請求項４に記載の本発明の応力測定装置は、前記Ｘ線の波長と前記Ｘ線吸収係数とに基づいてＸ線侵入長を設定するＸ線侵入長設定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０２）を備え、前記表面が前記入射方向と平行かつ前記散乱角走査平面に直交する状態において、前記χ角設定手段は前記χ角をゼロに設定し、かつ、前記ω角設定手段は前記ω角をゼロに設定しており、前記散乱角変更装置により変更される前記散乱角の正方向と、前記ω回転装置により変更される前記ω角の正方向とを同等に設定した状態において、
２θ：前記散乱角
ψ：前記ψ角
Ｄ_ｐ：前記Ｘ線侵入深さ
Ｌ_ｐ：前記Ｘ線侵入長
としたとき、前記χ角設定手段は、下記数式（１０）によって前記χ角を設定し、前記ω角設定手段は、下記数式（１１）または（１２）によって前記ω角を設定することを特徴としている。
【００１４】
【数１０】

【００１５】
【数１１】

【００１６】
【数１２】

【００１７】
上記構成の応力測定装置によれば、被測定物に入射されるＸ線の被測定物中での光路長と、被測定物にて散乱される散乱Ｘ線の被測定物中での光路長との和とされる全光路長は、Ｘ線の散乱位置の深さおよび散乱角およびχ角およびω角に基づき算出される。ここで、被測定物中でのＸ線および散乱Ｘ線の強度の減衰率が所定値（例えば、１／ｅ；ｅは自然対数）となるときの全光路長の値をＸ線侵入長Ｌ_ｐとすれば、Ｘ線侵入長Ｌ_ｐはＸ線の波長とＸ線吸収係数とに基づいて算出可能である。そして、このＸ線侵入長Ｌ_ｐに対するＸ線の散乱位置の深さの値をＸ線侵入深さＤ_ｐとし、このＸ線侵入深さＤ_ｐに所定値を設定すると、散乱角２θの走査時に、所望の散乱角２θおよびψ角を得るためのχ角を上記数式（１０）により算出することができ、さらに、所望の散乱角およびψ角を得るためのω角を上記数式（１１）または（１２）により算出することができる。
すなわち、例えば被測定物に入射されるＸ線の被測定物中での光路長のみだけではなく、入射されるＸ線の光路長と散乱Ｘ線の光路長との和とされる全光路長によって、Ｘ線の散乱位置の深さに係る情報を精度良く制御することができ、全光路長がＸ線侵入長Ｌ_ｐと一致するようにしてχ角およびω角を変更して散乱角およびψ角を所望の値に設定することにより、Ｘ線の散乱位置の深さに係る情報が変化することに伴って散乱強度分布の検出精度が劣化してしまうことを確実に防止することができる。
【００１８】
また、請求項５に記載の本発明の応力測定方法は、所定エネルギーのＸ線を被測定物に照射し、前記Ｘ線のうち前記被測定物にて散乱される散乱Ｘ線の強度を検出する検出ステップ（例えば、実施の形態でのステップＳ０１およびステップＳ０９）と、前記Ｘ線の入射方向と前記検出ステップにて検出される前記散乱Ｘ線の散乱方向とのなす角である散乱角を変更する散乱角変更ステップ（例えば、実施の形態でのステップＳ０８またはステップＳ２２）と、前記入射方向および前記散乱方向を含む散乱角走査平面内において前記散乱角の補角の２等分線に沿った方向に伸びる散乱ベクトルと前記被測定物の表面に対する法線方向とのなす角であるψ角を変更するψ角変更ステップ（例えば、実施の形態でのステップＳ０８またはステップＳ２２が兼ねる）と、前記ψ角変更ステップにより前記ψ角を変更する毎に、前記散乱角変更ステップにより前記散乱角を変更すると共に前記検出ステップにより前記散乱Ｘ線の強度を測定し、前記散乱角の変化に応じた前記散乱Ｘ線の散乱強度分布のψ角依存性のデータを取得し、該データに基づき、前記被測定物に発生した応力の前記表面に平行な応力成分を検出する制御ステップ（例えば、実施の形態でのステップＳ１５）とを含む応力測定方法であって、前記表面と前記入射方向とのなす角である入射角および前記表面と前記散乱方向とのなす角である出射角に係る第１の角および第２の角と、前記Ｘ線の波長と、前記被測定物のＸ線吸収係数とに基づいて算出可能なＸ線侵入深さに、所定値を設定するＸ線侵入深さ設定ステップ（例えば、実施の形態でのステップＳ０４）と、前記Ｘ線侵入深さ設定ステップにより設定される前記Ｘ線侵入深さの値を固定した状態で、前記散乱角および前記ψ角を各所望の値に設定するための、前記第１の角および前記第２の角を設定するパラメータ設定ステップ（例えば、実施の形態でのステップＳ０７またはステップＳ２１）とを含み、前記散乱角変更ステップは、前記パラメータ設定ステップにより設定される前記第１の角および前記第２の角に応じて前記散乱角を所望の値に変更し、前記ψ角変更ステップは、前記パラメータ設定ステップにより設定される前記第１の角および前記第２の角に応じて前記ψ角を所望の値に変更することを特徴としている。
【００１９】
上記の応力測定方法によれば、パラメータ設定ステップにより設定される入射角および出射角に係る第１の角および第２の角に応じて、散乱角およびψ角を所望の値に変更することにより、被測定物にて散乱されるＸ線の散乱位置の深さに係る情報つまり被測定物に対するＸ線侵入深さが変化してしまうことを確実に防止することができる。
これにより、ψ角を所定値に固定した状態で散乱角を走査しつつ散乱Ｘ線の強度を測定し、さらに、ψ角を変更して散乱角の走査およびＸ線強度測定を繰り返すことで、散乱角に応じたＸ線の散乱強度分布のψ角に対する依存性を測定し、得られたデータに対して、例えば、横軸を（ｓｉｎ^２ψ）とし、縦軸を散乱強度分布が極大となるときの散乱角とするｓｉｎ^２ψプロットを作成した際に、このｓｉｎ^２ψプロットから、被測定物に発生した応力の被測定物の表面に平行な成分（面内応力成分）を精度良く検出することができる。つまり、一連の散乱角の走査時において、Ｘ線侵入深さが所定の値に固定され、維持されることから、測定により得られる各データにおいて、散乱位置の深さに係る情報の作用が同等となり、（ｓｉｎ^２ψ）と散乱角との比例関係性が向上し、直線状のｓｉｎ^２ψプロットの勾配から算出可能な面内応力成分の精度を向上させることができる。
【００２０】
さらに、請求項６に記載の本発明の応力測定方法は、前記Ｘ線侵入深さ設定ステップにより複数の異なる前記Ｘ線侵入深さを設定し、各前記複数の異なる前記Ｘ線侵入深さ毎に対して、前記制御ステップにより前記被測定物に発生した前記応力の前記表面に平行な前記応力成分を検出し、前記Ｘ線侵入深さの変化に応じた前記応力成分の変化を検出する応力深さ分布検出ステップ（例えば、実施の形態でのステップＳ１５〜ステップＳ１７）を含むことを特徴としている。
【００２１】
上記の応力測定方法によれば、Ｘ線侵入深さに対して複数の異なる値を設定し、Ｘ線侵入深さを各値に固定した状態毎に面内応力成分を検出することによって、面内応力成分の深さ依存性の検出精度を向上させることができる。
【００２２】
さらに、請求項７に記載の本発明の応力測定方法では、前記パラメータ設定ステップは、前記第１の角として前記散乱角走査平面と前記被測定物の前記表面の法線とのなす角であるχ角を設定するχ角設定ステップ（例えば、実施の形態でのステップＳ０７またはステップＳ２１が兼ねる）と、前記第２の角として前記法線に直交すると共に前記散乱角走査平面内に含まれるχ回転軸と前記散乱角走査平面内における前記入射方向とのなす角であるω角を設定するω角設定ステップ（例えば、実施の形態でのステップＳ０７またはステップＳ２１が兼ねる）とを含むことを特徴としている。
【００２３】
上記の応力測定方法によれば、ψ角は散乱角およびω角およびχ角により記述可能であり、散乱角の走査時に、例えばω角またはχ角のみだけを変更するのではなく、ω角およびχ角を変更することによって、被測定物に対するＸ線侵入深さを所定の値に固定した状態で、散乱角およびψ角を所望の値に変更することができる。
【００２４】
さらに、請求項８に記載の本発明の応力測定方法は、前記Ｘ線の波長と前記Ｘ線吸収係数とに基づいてＸ線侵入長を設定するＸ線侵入長設定ステップ（例えば、実施の形態でのステップＳ０２）を含み、前記表面が前記入射方向と平行かつ前記散乱角走査平面に直交する状態において、前記χ角設定ステップは前記χ角をゼロに設定し、かつ、前記ω角設定ステップは前記ω角をゼロに設定しており、前記散乱角変更ステップにより変更される前記散乱角の正方向と、前記ω回転ステップにより変更される前記ω角の正方向とを同等に設定した状態において、２θ：前記散乱角
ψ：前記ψ角
Ｄ_ｐ：前記Ｘ線侵入深さ
Ｌ_ｐ：前記Ｘ線侵入長
としたとき、前記χ角設定ステップは、下記数式（１３）によって前記χ角を設定し、前記ω角設定ステップは、下記数式（１４）または（１５）によって前記ω角を設定することを特徴としている。
【００２５】
【数１３】

【００２６】
【数１４】

【００２７】
【数１５】

【００２８】
上記の応力測定方法によれば、被測定物に入射されるＸ線の被測定物中での光路長と、被測定物にて散乱される散乱Ｘ線の被測定物中での光路長との和とされる全光路長は、Ｘ線の散乱位置の深さおよび散乱角およびχ角およびω角に基づき算出される。ここで、被測定物中でのＸ線および散乱Ｘ線の強度の減衰率が所定値（例えば、１／ｅ；ｅは自然対数）となるときの全光路長の値をＸ線侵入長Ｌ_ｐとすれば、Ｘ線侵入長Ｌ_ｐはＸ線の波長とＸ線吸収係数とに基づいて算出可能である。そして、このＸ線侵入長Ｌ_ｐに対するＸ線の散乱位置の深さの値をＸ線侵入深さＤ_ｐとし、このＸ線侵入深さＤ_ｐに所定値を設定すると、散乱角の走査時に、所望の散乱角およびψ角を得るためのχ角を上記数式（１３）により算出することができ、さらに、所望の散乱角およびψ角を得るためのω角を上記数式（１４）または（１５）により算出することができる。
すなわち、例えば被測定物に入射されるＸ線の被測定物中での光路長のみだけではなく、入射されるＸ線の光路長と散乱Ｘ線の光路長との和とされる全光路長によって、Ｘ線の散乱位置の深さに係る情報を精度良く制御することができ、全光路長がＸ線侵入長Ｌ_ｐと一致するようにしてχ角およびω角を変更して散乱角およびψ角を所望の値に設定することにより、Ｘ線の散乱位置の深さに係る情報が変化することに伴って散乱強度分布の検出精度が劣化してしまうことを確実に防止することができる。
【００２９】
また、請求項９に記載の本発明のプログラムは、コンピュータを、所定エネルギーのＸ線を入射装置（例えば、実施の形態でのＸ線光源１１および単色化装置１２および入射側スリット１３）によって被測定物に照射させる照射制御手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０１）と、前記Ｘ線のうち前記被測定物にて散乱される散乱Ｘ線の強度を検出装置（例えば、実施の形態での検出装置１８）によって検出させる検出制御手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０９）と、前記Ｘ線の入射方向と前記検出装置により検出される前記散乱Ｘ線の散乱方向とのなす角である散乱角を散乱角変更装置（例えば、実施の形態での２θ駆動装置１６）により変更させる散乱角変更制御手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０８またはステップＳ２２）と、前記入射方向および前記散乱方向を含む散乱角走査平面内において前記散乱角の補角の２等分線に沿った方向に伸びる散乱ベクトルと前記被測定物の表面に対する法線方向とのなす角であるψ角をψ角変更装置（例えば、実施の形態での試料位置調整部１５）により変更させるψ角変更制御手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０８またはステップＳ２２が兼ねる）と、前記ψ角変更制御手段により前記ψ角を変更させる毎に、前記散乱角変更制御手段により前記散乱角を変更させると共に前記検出制御手段により前記散乱Ｘ線の強度を測定させ、前記散乱角の変化に応じた前記散乱Ｘ線の散乱強度分布のψ角依存性のデータを取得し、該データに基づき、前記被測定物に発生した応力の前記表面に平行な応力成分を検出する制御手段（例えば、実施の形態でのステップＳ１５）として機能させるためのプログラムであって、コンピュータを、前記表面と前記入射方向とのなす角である入射角および前記表面と前記散乱方向とのなす角である出射角に係る第１の角および第２の角と、前記Ｘ線の波長と、前記被測定物のＸ線吸収係数とに基づいて算出可能なＸ線侵入深さに、所定値を設定するＸ線侵入深さ設定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０４）と、前記Ｘ線侵入深さ設定手段により設定される前記Ｘ線侵入深さの値を固定した状態で、前記散乱角および前記ψ角を各所望の値に設定するための、前記第１の角および前記第２の角を設定するパラメータ設定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０７またはステップＳ２１）として機能させ、前記散乱角変更制御手段は、前記パラメータ設定手段により設定される前記第１の角および前記第２の角に応じて、前記散乱角変更装置を制御することにより前記散乱角を所望の値に設定し、前記ψ角変更制御手段は、前記パラメータ設定手段により設定される前記第１の角および前記第２の角に応じて、前記ψ角変更装置を制御することにより前記ψ角を所望の値に設定することを特徴としている。
【００３０】
上記のプログラムによれば、パラメータ設定手段により設定される入射角および出射角に係る第１の角および第２の角に応じて、散乱角変更装置およびψ角変更装置を駆動制御することにより、被測定物にて散乱されるＸ線の散乱位置の深さに係る情報つまり被測定物に対するＸ線侵入深さが変化してしまうことを確実に防止しつつ、例えば散乱角変更装置またはψ角変更装置の駆動に係る運動誤差の範囲内において、散乱角およびψ角を所望の値に変更することができる。
これにより、ψ角を所定値に固定した状態で散乱角を走査しつつ散乱Ｘ線の強度を測定し、さらに、ψ角を変更して散乱角の走査およびＸ線強度測定を繰り返すことで、散乱角に応じたＸ線の散乱強度分布のψ角に対する依存性を測定し、得られたデータに対して、例えば、横軸を（ｓｉｎ^２ψ）とし、縦軸を散乱強度分布が極大となるときの散乱角とするｓｉｎ^２ψプロットを作成した際に、このｓｉｎ^２ψプロットから、被測定物に発生した応力の被測定物の表面に平行な成分（面内応力成分）を精度良く検出することができる。つまり、一連の散乱角の走査時において、Ｘ線侵入深さが所定の値に固定され、維持されることから、測定により得られる各データにおいて、散乱位置の深さに係る情報の作用が同等となり、（ｓｉｎ^２ψ）と散乱角との比例関係性が向上し、直線状のｓｉｎ^２ψプロットの勾配から算出可能な面内応力成分の精度を向上させることができる。
【００３１】
さらに、請求項１０に記載の本発明のプログラムは、コンピュータを、前記Ｘ線侵入深さ設定手段により複数の異なる前記Ｘ線侵入深さを設定させ、各前記複数の異なる前記Ｘ線侵入深さ毎に対して、前記制御手段により前記被測定物に発生した前記応力の前記表面に平行な前記応力成分を検出させ、前記Ｘ線侵入深さの変化に応じた前記応力成分の変化を検出する応力深さ分布検出手段（例えば、実施の形態でのステップＳ１５〜ステップＳ１７）として機能させることを特徴としている。
【００３２】
上記のプログラムによれば、Ｘ線侵入深さに対して複数の異なる値を設定し、Ｘ線侵入深さを各値に固定した状態毎に面内応力成分を検出することによって、面内応力成分の深さ依存性の検出精度を向上させることができる。
【００３３】
さらに、請求項１１に記載の本発明のプログラムでは、前記ψ角変更制御手段は、前記被測定物の前記表面の法線に直交すると共に前記散乱角走査平面内に含まれるχ回転軸周りに前記法線を回転させるχ回転装置（例えば、実施の形態でのχクレードル３２およびχ移動部３３）を制御するχ回転制御手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０８またはステップＳ２２が兼ねる）と、前記散乱角走査平面に直交するω回転軸周りに前記χ回転軸を回転させるω回転装置（例えば、実施の形態でのχクレードル回転部３４）を制御するω回転制御手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０８またはステップＳ２２が兼ねる）とを備え、前記パラメータ設定手段は、前記第１の角として前記散乱角走査平面と前記法線とのなす角であるχ角を設定するχ角設定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０７またはステップＳ２１が兼ねる）と、前記第２の角として前記散乱角走査平面内における前記入射方向と前記χ回転軸とのなす角であるω角を設定するω角設定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０７またはステップＳ２１が兼ねる）とを備え、前記χ回転制御手段は、前記χ角設定手段にて設定される前記χ角に応じて前記χ回転装置を制御し、前記ω回転制御手段は、前記ω角設定手段にて設定される前記ω角に応じて前記ω回転装置を制御することを特徴としている。
【００３４】
上記のプログラムによれば、ψ角は散乱角およびω角およびχ角により記述可能であり、散乱角の走査時に、例えばω角またはχ角のみだけを変更するのではなく、ω角およびχ角を変更することによって、被測定物に対するＸ線侵入深さを所定の値に固定した状態で、散乱角およびψ角を所望の値に変更することができる。
【００３５】
さらに、請求項１２に記載の本発明のプログラムは、コンピュータを、前記Ｘ線の波長と前記Ｘ線吸収係数とに基づいてＸ線侵入長を設定するＸ線侵入長設定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０２）として機能させ、前記表面が前記入射方向と平行かつ前記散乱角走査平面に直交する状態において、前記χ角設定手段は前記χ角をゼロに設定し、かつ、前記ω角設定手段は前記ω角をゼロに設定しており、前記散乱角変更装置により変更される前記散乱角の正方向と、前記ω回転装置により変更される前記ω角の正方向とを同等に設定した状態において、
２θ：前記散乱角
ψ：前記ψ角
Ｄ_ｐ：前記Ｘ線侵入深さ
Ｌ_ｐ：前記Ｘ線侵入長
としたとき、前記χ角設定手段は、下記数式（１６）によって前記χ角を設定し、前記ω角設定手段は、下記数式（１７）または（１８）によって前記ω角を設定することを特徴としている。
【００３６】
【数１６】

【００３７】
【数１７】

【００３８】
【数１８】

【００３９】
上記のプログラムによれば、被測定物に入射されるＸ線の被測定物中での光路長と、被測定物にて散乱される散乱Ｘ線の被測定物中での光路長との和とされる全光路長は、Ｘ線の散乱位置の深さおよび散乱角およびχ角およびω角に基づき算出される。ここで、被測定物中でのＸ線および散乱Ｘ線の強度の減衰率が所定値（例えば、１／ｅ；ｅは自然対数）となるときの全光路長の値をＸ線侵入長Ｌ_ｐとすれば、Ｘ線侵入長Ｌ_ｐはＸ線の波長とＸ線吸収係数とに基づいて算出可能である。そして、このＸ線侵入長Ｌ_ｐに対するＸ線の散乱位置の深さの値をＸ線侵入深さＤ_ｐとし、このＸ線侵入深さＤ_ｐに所定値を設定すると、散乱角の走査時に、所望の散乱角およびψ角を得るためのχ角を上記数式（１６）により算出することができ、さらに、所望の散乱角およびψ角を得るためのω角を上記数式（１７）または（１８）により算出することができる。
すなわち、例えば被測定物に入射されるＸ線の被測定物中での光路長のみだけではなく、入射されるＸ線の光路長と散乱Ｘ線の光路長との和とされる全光路長によって、Ｘ線の散乱位置の深さに係る情報を精度良く制御することができ、全光路長がＸ線侵入長Ｌ_ｐと一致するようにしてχ角およびω角を変更して散乱角およびψ角を所望の値に設定することにより、Ｘ線の散乱位置の深さに係る情報が変化することに伴って散乱強度分布の検出精度が劣化してしまうことを確実に防止することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の応力測定装置および応力測定方法およびプログラムの一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態に係る応力測定装置１０は、測定対象である試料を構成する結晶粒の結晶格子面間隔をＸ線回折によって測定することにより、試料に発生した応力に起因する原子配列のひずみを検出する装置であって、例えば図１に示すように、Ｘ線光源１１と、単色化装置１２と、入射側スリット１３と、イオンチェンバー１４と、試料位置調整部１５と、２θ駆動装置１６と、散乱側スリット１７と、検出装置１８と、制御装置１９と、入力装置２０とを備えて構成されている。
【００４１】
Ｘ線光源１１は、例えば電子ビームを偏向電磁石等により偏向させた際に発生する放射光によって、所定のエネルギー領域に亘る連続スペクトルのＸ線を発生させる。
単色化装置１２は、Ｘ線光源１１から入射されるＸ線から所定エネルギーのＸ線を抽出するものであって、例えば平行に配置された２つのＳｉの単結晶からなる２結晶モノクロメータ等を備えて構成されている。ここで、例えば第１および第２の結晶を具備する２結晶モノクロメータでは、連続した複数の波長のＸ線からなる白色Ｘ線が入射ビームとして第１の結晶に入射されると、この第１の結晶における回折によって、所定エネルギーのＸ線が抽出される。次に、このＸ線は、第２の結晶に入射され、この第２の結晶における回折によって、入射ビームと平行な方向に散乱されるようになっている。
さらに、単色化装置１２は、例えばＸ線ミラーを備え、２結晶モノクロメータから出射される散乱Ｘ線を全反射させることで、散乱Ｘ線から高次光（つまり、所望のエネルギーの回折成分に対して回折次数がより高次の成分）を除去するようになっている。
なお、単色化装置１２にて抽出されるエネルギーの値は、例えば測定対象物とされる試料２１のＸ線吸収端前後の値に設定される。
【００４２】
入射側スリット１３は、単色化装置１２によって単色化されたＸ線の進行方向に対する断面形状を適宜の形状に整形するものであって、例えば鉛直方向の上下および水平方向の左右の４象限方向でのＸ線ビームの広がりを、モータ駆動によるスリットの移動で自動的に調整可能な自動４象限スリット等とされている。
イオンチェンバー１４は、入射側スリット１３によって整形されたＸ線の強度を測定するものであって、このイオンチェンバー１４内を通過したＸ線は、入射Ｘ線Ｘ_ｉｎとして、後述する試料位置調整部１５へ入射される。そして、試料位置調整部１５によって支持される試料２１の試料表面Ｓ上における適宜の照射位置Ｐが、入射Ｘ線Ｘ_ｉｎにより照射されるようになっている。
【００４３】
２θ駆動装置１６は、例えば、アーム部１６ａと、２θ駆動モータ１６ｂとを備えて構成されており、２θ駆動モータ１６ｂは、後述する制御装置１９から入力される駆動指令に応じて、試料２１の試料表面Ｓ上における照射位置Ｐを含むと共に入射Ｘ線Ｘ_ｉｎの入射方向に沿った入射軸と直交する２θ回転軸周りに、アーム部１６ａを回転させる。すなわち、２θ駆動装置１６は所望の散乱角２θを設定する。
散乱側スリット１７は、アーム部１６ａに設けられ、試料２０に入射された入射Ｘ線Ｘ_ｉｎに対する回折Ｘ線（散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔ）の発散角を制御するものであって、例えば平行に配置された複数の板状のブレードからなるソーラースリット等とされている。
【００４４】
検出装置１８は、散乱側スリット１７内を通過することによって発散角が適宜の値に設定された散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの強度を検出し、検出結果を出力するものであって、アーム部１６ａに設けられた、例えばＮａＩシンチレーションカウンター等のＸ線検出器１８ａと、Ｘ線検出器１８ａからの出力信号を増幅する増幅器１８ｂと、増幅器にて増幅された出力信号から所望レベルの出力信号以外の信号を取り除くための波高分析器１８ｃと、波高分析器にて抽出された所望レベルの出力信号を計数する計数器１８ｄとを備えて構成されている。この検出装置１８の検出動作は、後述する制御装置１９によって制御され、検出データは制御装置１９へ出力されるようになっている。
入力装置２０は、例えば操作者による操作入力等に応じて、後述する各種のパラメータを制御装置１９へ入力する。
【００４５】
なお、入射Ｘ線Ｘ_ｉｎの入射方向に沿った入射軸と散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの散乱方向に沿った散乱軸と試料２１の試料表面Ｓ上における照射位置Ｐとを含む平面は２θ走査面とされ、２θ回転軸と直交している。
【００４６】
試料位置調整部１５は、測定対象とされる試料２１の配置状態を適宜に設定可能であり、さらに、試料２１を回転状態等の適宜の運動状態に設定可能であり、例えば試料位置調整部１５を２θ回転軸および試料２１の試料表面Ｓの法線に直交する方向から見た図２に示すように、例えば、スピナー３１と、χクレードル３２と、χ移動部３３と、χクレードル回転部３４とを備えて構成されている。
【００４７】
スピナー３１は、試料２１の試料表面Ｓ上における照射位置Ｐを含むと共に試料表面Ｓに直交するφ回転軸周りに、試料２１を所定回転数で回転させるものであって、例えば、試料２１を固定する試料ホルダー３１ａと、試料ホルダー３１ａをφ回転軸周りに回転駆動するモータ３１ｂとを備えて構成され、モータ３１ｂの回転軸は、試料２１の試料表面Ｓの法線と平行になるように設定されている。
例えば、試料２１の結晶粒に配向異方性が存在する場合には、このスピナー３１によって、試料２１を所定回転数で回転させた状態で後述する散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの強度測定を行うことにより、測定結果に対する配向異方性の寄与をいわば平均化することができる。
【００４８】
χクレードル３２は、例えば円環状に形成されたレール等とされ、内周部にχ移動部３３が配置されている。
χ移動部３３は、制御装置１９から入力される駆動指令に応じて、χクレードル３２の内周部を周方向に移動するものであって、このχ移動部３３にスピナー３１が配置されている。
ここで、χクレードル３２の中心は試料２１の試料表面Ｓ上における照射位置Ｐと一致するように配置され、χ移動部３３は、照射位置Ｐを含むと共にφ回転軸に直交し、かつ、２θ走査面内に含まれるχクレードル３２の中心軸つまりχ回転軸周りに、回転移動可能とされている。
つまり、制御装置１９から入力される駆動指令に応じてχ移動部３３がχクレードル３２の内周部を移動することによって、χ回転軸周りにφ回転軸が回転させられ、例えば図３に示すように、２θ走査面とφ回転軸とのなす角（χ角）χが変更されるようになっている。
【００４９】
χクレードル回転部３４は、制御装置１９から入力される駆動指令に応じて、照射位置Ｐを含み、２θ走査面に直交するω回転軸周りに、χクレードル３２を回転させる。
つまり、制御装置１９から入力される駆動指令に応じてχクレードル回転部３４がχクレードル３２を回転させることによって、ω回転軸周りにχ回転軸が回転させられ、例えば図３に示すように、２θ走査面内における、例えば入射Ｘ線Ｘ_ｉｎの入射軸とχ回転軸とのなす角（ω角）ωが変更されるようになっている。
【００５０】
制御装置１９は、例えば図４に示すように、χω算出部４１と、作動指令出力部４２と、駆動制御部４３と、検出制御部４４と、データ解析部４５とを備えて構成されている。
【００５１】
χω算出部４１は、後述するように、入力装置２０から入力される各種のパラメータに基づきχ角およびω角を算出する。
ここで、入力装置２０から入力されるパラメータは、例えば、散乱角２θに対する走査範囲と、散乱角２θに対する走査ステップと、各走査ステップ毎の測定時間と、散乱ベクトルとφ回転軸とのなす角（ψ角）ψと、所望の回折を起こす結晶格子面の結晶表面Ｓからの深さＤに係るパラメータ（例えば、後述するＸ線侵入深さＤ_ｐ）と、試料２１内における入射Ｘ線Ｘ_ｉｎおよび散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの光路長Ｌ（Ｄ）に係るパラメータ（例えば、後述するＸ線侵入長Ｌ_ｐ）等とされている。
【００５２】
作動指令出力部４２は、例えば、χω算出部４１から出力されるχ角およびω角の算出結果と、散乱角２θに対する走査範囲と、散乱角２θに対する走査ステップとに基づき、各２θ駆動装置１６およびχ移動部３３およびχクレードル回転部３４の駆動量の目標値を算出すると共に、スピナー３１の回転速度を設定し、駆動指令として駆動制御部４３へ出力する。
また、作動指令出力部４２は、例えば各走査ステップ毎の測定時間等に基づき、検出装置１８の作動状態を制御する作動指令を検出制御部４４へ出力する。
【００５３】
駆動制御部４３は、作動指令出力部４２から入力される駆動指令に応じて、各２θ駆動装置１６およびχ移動部３３およびχクレードル回転部３４およびスピナー３１を駆動させる。
検出制御部４４は、作動指令出力部４２から入力される作動指令に応じて検出装置１８を作動させ、検出データを取得する。
データ解析部４５は、検出装置１８から取得した検出データに基づき、試料２１内に発生した応力を算出する。
【００５４】
例えば、制御装置１９は、後述するＸ線侵入長Ｌ_ｐおよびＸ線侵入深さＤ_ｐおよびψ角に対して、それぞれ所定の値を設定し、後述するＸ線侵入長Ｌ_ｐおよびＸ線侵入深さＤ_ｐおよびψ角が、設定された各所定の値になるようにして、試料位置調整部１５のχ移動部３３およびχクレードル回転部３４を駆動させると共に散乱角２θに対する走査範囲内を所定の走査ステップで走査するようにして２θ駆動装置１６を駆動させ、各走査ステップ毎に散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの強度に係る検出データを取得する。そして、取得した一連の検出データから、散乱角度に応じた散乱強度分布を作成し、散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの強度が極大となるときの散乱角２θの値を抽出する。
さらに、制御装置１９は、この散乱角２θを抽出する一連の処理を、後述するＸ線侵入長Ｌ_ｐが所定の値となるように設定した状態で、ψ角を適宜に変更する毎に繰り返して実行し、ψ角の変化に応じた散乱角２θの変化を示すデータを取得する。そして、（ｓｉｎ^２ψ）を変数として、散乱角２θの変化を示すｓｉｎ^２ψプロットに基づき、所望の回折を起こす結晶格子面に作用する応力σを算出する。
さらに、制御装置１９は、この応力σを算出する一連の処理を、Ｘ線侵入深さＤ_ｐを適宜に変更する毎に繰り返して実行し、結晶表面Ｓからの深さＤに応じた応力σの変化を示すデータを取得する。
【００５５】
すなわち、試料２１の所望の結晶格子面に対して入射Ｘ線Ｘ_ｉｎが入射したときに、この結晶格子面に対する入射Ｘ線Ｘ_ｉｎの入射角θが、結晶格子面間隔ｄおよび入射Ｘ線Ｘ_ｉｎの波長λによる下記数式（１９）に示すブラッグの回折条件を満たす角度θ_Ｂと一致する場合に、入射Ｘ線Ｘ_ｉｎの入射方向に対して角度（回折角）２θ_Ｂで交差する角度方向に入射Ｘ線Ｘ_ｉｎが回折される。
【００５６】
【数１９】

【００５７】
従って、２θ駆動装置１６によって、適宜の走査ステップで散乱角２θを変化させることによって散乱角２θを走査し、検出装置１８により散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの強度を測定すると、例えば試料２１の結晶粒の大きさや、２θ駆動装置１６および試料位置調整部１５の角度分解能等に起因する適宜の散乱角度巾を有する、散乱角度に応じた散乱強度分布が得られる。そして、この散乱強度分布において、散乱強度が極大値となる散乱角２θが回折角２θ_Ｂとされる。
これにより、例えば回折角２θ_Ｂの回折Ｘ線が検出された場合、回折角２θ_ＢとＸ線の波長λとから、回折を起こす結晶格子面の結晶格子面間隔ｄを検出することができ、さらに、回折角２θ_Ｂの補角の２等分線に沿った方向に伸びる散乱ベクトルの方向から、回折を起こす結晶格子面の向きを検出することができる。
【００５８】
ここで、この結晶格子面に対して角度ζ方向に引張(もしくは圧縮)の応力σが発生した場合、試料２１の弾性限界未満の領域内であれば、結晶格子面間隔ｄは無応力状態での結晶格子面間隔ｄ_０に対し、例えば下記数式（２０）に示すようにして変化する。
なお、Ｅは、この結晶格子面に対する縦弾性定数（ヤング率）であり、νはポアソン比である。
【００５９】
【数２０】

【００６０】
そして、無応力状態での結晶格子面間隔ｄ_０が応力σにより、結晶格子面間隔ｄに変化した場合、回折角２θ_Ｂは、例えば下記数式（２１）に示すようして変化する。なお、２θ_Ｂ０は無応力状態での回折角である。
【００６１】
【数２１】

【００６２】
そして、上記数式（２０）および（２１）から、下記数式（２２）が導き出される。
【００６３】
【数２２】

【００６４】
ところで、多結晶体材料は複数の単結晶粒の集合体であり、これらの各単結晶粒の結晶格子面の方向（例えば、結晶格子面の法線方向等）は、複数の方向に分布していると考えられる。ここで、各単結晶粒の所望の結晶格子面の法線と試料２１の試料表面Ｓの法線とのなす角をψ’とし、散乱ベクトルと試料表面Ｓの法線とのなす角（ψ角）ψを所定の値に設定した状態で、散乱角２θを走査すると、ψ’とψとが一致する単結晶粒からの回折Ｘ線を検出することができ、この回折Ｘ線の回折角２θ_Ｂから、この単結晶粒の結晶格子面間隔ｄを算出することができる。
【００６５】
ここで、例えば、多結晶体材料とされる試料２１に応力が発生している状態で、この応力の試料表面Ｓに平行な成分（面内応力成分）σを測定する場合において、各単結晶粒には同等の方向に均等の面内応力成分σが作用しており、面内応力成分σと所望の結晶格子面とのなす角が角度ζであれば、各単結晶粒からの回折Ｘ線の回折角２θ_Ｂは、上記数式（２２）に示すように変化する。
従って、上記数式（２２）における角度ζとψ角とが一致するようにして、所望の面内応力成分σの発生方向と試料表面Ｓの法線とを含む面内でψ角を変更しながら所望の結晶格子面からの回折Ｘ線を検出し、縦軸を検出した回折Ｘ線の回折角２θ_Ｂ（ｒａｄｉａｎ）とし、横軸を（ｓｉｎ^２ψ）としてｓｉｎ^２ψプロットを作成すると、（ｓｉｎ^２ψ）に比例するようにして変化する回折角２θ_Ｂのグラフ図が得られ、この比例関係に対する比例定数、つまり直線状のグラフ図における直線の勾配は、例えば下記数式（２３）によって記述される。
【００６６】
【数２３】

【００６７】
つまり、直線状のｓｉｎ^２ψプロットから勾配を算出し、上記数式（２３）に適用することによって、面内応力成分σを算出することができる。
【００６８】
本実施の形態による応力測定装置１０は上記構成を備えており、以下に、この応力測定装置１０による応力測定方法について説明する。
【００６９】
以下に、制御装置１９のχω算出部４１の動作、つまりχ角およびω角の算出方法について説明する。
なお、χクレードル回転部３４によるω回転軸周りの正回転方向を、２θ駆動装置１６による２θ回転軸周りの正回転方向と同等とし、χ移動部３３によるχ回転軸周りの正回転方向を、ω＝０としたときのχ回転軸と同等の入射Ｘ線Ｘ_ｉｎの入射軸において、入射方向に沿って見た場合の反時計回転方向とする。
ここで、ψ角は、χとωとθ（散乱角２θの１／２）とにより、下記数式（２４）によって記述される。
【００７０】
【数２４】

【００７１】
また、入射Ｘ線Ｘ_ｉｎと試料表面Ｓとのなす角（入射角）αの正弦は、下記数式（２５）によって記述され、散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔと試料表面Ｓとのなす角（出射角）βの正弦は、下記数式（２６）によって記述される。
【００７２】
【数２５】

【００７３】
【数２６】

【００７４】
ここで、試料表面Ｓからの深さ（散乱深さ）Ｄの位置における散乱について、入射Ｘ線Ｘ_ｉｎが試料２１中を通過する際の光路長Ｌ_１（Ｄ）は、下記数式（２７）によって記述され、散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔが試料２１中を通過する際の光路長Ｌ_２（Ｄ）は、下記数式（２８）によって記述される。
【００７５】
【数２７】

【００７６】
【数２８】

【００７７】
また、試料２１中における入射Ｘ線Ｘ_ｉｎおよび散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの全光路長Ｌ（Ｄ）は、下記数式（２９）に示すように、各光路長Ｌ_１（Ｄ），Ｌ_２（Ｄ）の和によって記述される。
【００７８】
【数２９】

【００７９】
ここで、上記数式（２９）に上記数式（２５）〜（２８）を適用すると、全光路長Ｌ（Ｄ）はＤ，θ，χ，ωの関数として、下記数式（３０）によって記述される。
【００８０】
【数３０】

【００８１】
ここで、例えば波長λのＸ線が試料２１に入射し、散乱深さＤにて散乱した場合において、試料２１中でのＸ線の全光路長Ｌ（Ｄ）に対するＸ線の強度の減衰率Ａ（Ｄ，θ，χ，ω）はＤ，θ，χ，ωの関数であって、試料２１のＸ線吸収係数μ（λ）により、下記数式（３１）によって記述される。なお、以下において、Ａ（Ｄ）はＡ（Ｄ，θ，χ，ω）と同等である。
【００８２】
【数３１】

【００８３】
そして、散乱角２θを走査した際に検出されるＸ線の散乱強度分布Ｉ_ｅｘｐ（２θ，ψ）は２θ，ψの関数であって、例えば下記数式（３２）に示すように、２θ，ψ，Ｄの関数とされる各散乱深さＤに対する散乱強度分布Ｉ（２θ，ψ，Ｄ）を、減衰率Ａ（Ｄ）の重み付きで、散乱深さＤにより積分したものとして記述される。
【００８４】
【数３２】

【００８５】
すなわち、試料２１に発生した応力σの大きさが結晶表面Ｓからの深さに応じて変化する場合、つまり試料２１の深さ方向に応力勾配が生じている場合には、上記数式（３０）および（３１）に示すように、全光路長Ｌ（Ｄ）および減衰率Ａ（Ｄ）はＤ，θ，χ，ωの関数であるから、散乱角２θの走査時における散乱角２θの変更や、散乱強度分布Ｉ（２θ，ψ，Ｄ）のψ角に対する依存性を測定する際におけるψ角の変更に伴い、たとえ散乱深さＤが不変であっても、全光路長Ｌ（Ｄ）および減衰率Ａ（Ｄ）の値が変化してしまう場合がある。つまり、この場合は、例えば散乱角２θの走査時等において、所定の値に設定すべき散乱深さＤを、いわば適宜に変更した状態と同等の状態であるとみなすことができ、検出される散乱強度分布Ｉ_ｅｘｐ（２θ，ψ）の極大点が、適切な値とならない場合がある。
【００８６】
なお、例えば試料２１中で応力σが均一に発生している場合には、試料２１の深さ方向において応力σの大きさは変化しないため、散乱強度分布Ｉ（２θ，ψ，Ｄ）は散乱深さＤに対して変化せず、２θ，ψの関数として、Ｉ（２θ，ψ，Ｄ）＝Ｉ（２θ，ψ）として記述することができる。この場合には、上記数式（３２）は下記数式（３３）のように記述され、検出される散乱強度分布Ｉ_ｅｘｐ（２θ，ψ）の極大点と、散乱強度分布Ｉ（２θ，ψ）の極大点とが、同等の値となる。
【００８７】
【数３３】

【００８８】
ここで、例えば図３に示すように、χ回転軸に直交するχ軸回転面と散乱ベクトルとのなす角をδとすれば、ω角と、ψ角と、全光路長Ｌ（Ｄ）とは、順次、下記数式（３４）、（３５）、（３６）によって記述される。
【００８９】
【数３４】

【００９０】
【数３５】

【００９１】
【数３６】

【００９２】
ここで、上記数式（３１）において、減衰率Ａ（Ｄ）が所定値に等しくなるとき、例えば減衰率Ａ（Ｄ）＝１／ｅとなるときの全光路長Ｌ（Ｄ）の値をＸ線侵入長Ｌ_ｐとすれば、このＸ線侵入長Ｌ_ｐは、例えば下記数式（３７）によって記述される。なお、ｅは自然対数である。
【００９３】
【数３７】

【００９４】
さらに、減衰率Ａ（Ｄ）が所定値に等しくなるとき、例えば減衰率Ａ（Ｄ）＝１／ｅとなるときの散乱深さＤの値をＸ線侵入深さＤ_ｐとすれば、このＸ線侵入深さＤ_ｐは、上記数式（３６）および（３７）に基づき、下記数式（３８）のように記述される。
【００９５】
【数３８】

【００９６】
ここで、Ｘ線侵入深さＤ_ｐの最大値Ｄ_{ｐ＿ｍａｘ}は、下記数式（３９）によって示される。
【００９７】
【数３９】

【００９８】
そして、減衰率Ａ（Ｄ）は、Ｘ線侵入深さＤ_ｐによって、下記数式（４０）のように記述される。
【００９９】
【数４０】

【０１００】
ここで、例えば、試料２１に対して、所定のＸ線侵入長Ｌ_ｐかつ所定の散乱角２θの条件で、任意の値のＸ線侵入深さＤ_ｐおよびψ角を与えるようなχ角およびω角は、上記数式（３４），（３５），（３８）に基づき、例えば下記数式（４１）および（４２）および（４３）に示すように記述される。
【０１０１】
【数４１】

【０１０２】
【数４２】

【０１０３】
【数４３】

【０１０４】
なお、散乱角２θおよびＸ線侵入深さＤ_ｐに対して、上記数式（４１）〜（４３）の適用可能条件は、例えば下記数式（４４）および（４５）および（４６）に示すように記述される。
【０１０５】
【数４４】

【０１０６】
【数４５】

【０１０７】
【数４６】

【０１０８】
すなわち、例えば面指数等に応じて設定可能な任意の散乱角２θおよびψ角の値に対し、上記数式（４４）〜（４６）に示す（ｓｉｎ^２ψ）の値の範囲において、上記数式（４１）および（４２）および（４３）により算出される適切なχ角およびω角の値を用いることにより、Ｘ線侵入深さＤ_ｐを適宜の値に制御することができる。
ここで、上記数式（４１）〜（４３）により、χ角は下記数式（４７）に示すように記述され、ω角は下記数式（４８）に示すように記述される。なお、ω角は下記数式（４９）に示すように記述してもよい。
【０１０９】
【数４７】

【０１１０】
【数４８】

【０１１１】
【数４９】

【０１１２】
すなわち、上記数式（３０）および（３１）により、各散乱深さＤに対する全光路長Ｌ（Ｄ）を制御することにより、強度の減衰率Ａ（Ｄ）を変化させ、検出される散乱強度分布Ｉ_ｅｘｐ（２θ，ψ）に含まれる散乱深さＤに係る情報を適宜に調整することが可能である。
例えば、全光路長Ｌ（Ｄ）を大きくして、減衰率Ａ（Ｄ）の深さ方向の変化率を大きくすることにより、相対的に散乱深さＤが小さい、試料２１の浅い領域での情報のみを得ることが可能であり、一方、全光路長Ｌ（Ｄ）を小さくして減衰率Ａ（Ｄ）の深さ方向の変化率を小さくすることにより、相対的に散乱深さＤが大きい、試料２１の深い領域での情報を得るように設定することが可能である。
【０１１３】
これにより、例えば散乱強度分布Ｉ（２θ，ψ，Ｄ）に含まれる散乱深さＤに係る深さ方向の情報を変化させること無しに、Ｘ線の侵入深さを所定の値に設定した状態で、ψ角の値を変化させ、散乱角２θの走査による散乱強度分布Ｉ_ｅｘｐ（２θ，ψ）の測定を行うことができる。
さらに、散乱強度分布Ｉ（２θ，ψ，Ｄ）のψ角に対する依存性を精度良く検出することができることから、Ｘ線侵入深さＤ_ｐにおける平均的な応力σを測定することができる。
さらに、Ｘ線侵入深さＤ_ｐを変更して応力σを測定することにより、試料２１の深さ方向における応力勾配を検出することができる。
【０１１４】
以下に、本実施の形態に係る応力測定装置１０の動作について説明する。
先ず、図５に示すステップＳ０１においては、試料２１に入射させる入射Ｘ線Ｘ_ｉｎのエネルギーを設定する。
次に、ステップＳ０２においては、例えば試料２１の材質および入射Ｘ線Ｘ_ｉｎのエネルギー等に応じて、上記数式（３７）に基づき、Ｘ線侵入長Ｌ_ｐを算出する。
次に、ステップＳ０３においては、散乱角２θの走査条件として、例えば散乱角２θに対する走査範囲と、走査ステップと、各走査ステップでの測定時間等とを取得する。
【０１１５】
次に、ステップＳ０４においては、Ｘ線侵入深さＤ_ｐに適宜の値を設定する。
次に、ステップＳ０５においては、ψ角に適宜の値を設定する。
次に、ステップＳ０６においては、例えば取得した走査条件等に応じて散乱角２θの初期値を設定する。
次に、ステップＳ０７においては、設定した散乱角２θとψ角とＸ線侵入深さＤ_ｐとＸ線侵入長Ｌ_ｐとを、上記数式（４１）〜（４３）に代入し、χ角およびω角を算出する。
【０１１６】
次に、ステップＳ０８においては、算出した散乱角２θを目標値（駆動指令値）として２θ駆動装置１６を駆動させると共に、算出したχ角およびω角を目標値（駆動指令値）として試料位置調整部１５のχ移動部３３およびχクレードル回転部３４を駆動させる。さらに、例えば試料２１の結晶粒に配向異方性が存在する場合等においては、必要に応じてスピナー３１を駆動させる。
そして、ステップＳ０９においては、設定された測定時間に亘って、検出装置１８により散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの強度を検出する。
【０１１７】
次に、例えば図６に示すステップＳ１０においては、例えば、散乱角２θに走査ステップを加算して得た値を、新たに散乱角２θとして設定することで散乱角２θを更新する。
次に、ステップＳ１１においては、散乱角２θが走査範囲以内の値であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、上述したステップＳ０７に戻る。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１２に進む。
【０１１８】
ステップＳ１２においては、上述したステップＳ０６〜ステップＳ１１の処理によって得られる、散乱角２θに応じた散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの強度の変化を示す散乱強度分布から、散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの強度が極大となるときの散乱角２θの値を抽出し、この時点でのψ角の値と共に記憶する。
次に、ステップＳ１３においては、例えば予め設定されたψ角変更用のテーブル等を参照したり、例えば操作者による入力操作等に応じて、ψ角を変更するか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１４に進み、ψ角を変更して、上述したステップＳ０６に戻る。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１５に進む。
【０１１９】
ステップＳ１５においては、上述したステップＳ０５〜ステップＳ１４の処理によって得られる、ψ角の値と共に記憶された散乱角２θのデータに基づき、ｓｉｎ^２ψプロットを作成する。そして、例えば直線状のｓｉｎ^２ψプロットから勾配を算出し、上記数式（２３）に適用することによって、試料２１に発生した応力の試料表面Ｓに平行な成分（面内応力成分）を算出し、この時点でのＸ線侵入深さＤ_ｐの値と共に記憶する。
【０１２０】
次に、ステップＳ１６においては、例えば予め設定されたＸ線侵入深さＤ_ｐ変更用のテーブル等を参照したり、例えば操作者による入力操作等に応じて、Ｘ線侵入深さＤ_ｐを変更するか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１７に進み、Ｘ線侵入深さＤ_ｐを変更して、上述したステップＳ０５に戻る。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１８に進む。
【０１２１】
ステップＳ１８においては、上述したステップＳ０４〜ステップＳ１７の処理によって得られる、Ｘ線侵入深さＤ_ｐの値と共に記憶された面内応力成分のデータに基づき、結晶表面Ｓからの深さＤに応じた面内応力成分の変化を検出し、一連の処理を終了する。
【０１２２】
以上説明したように、本実施の形態に係る応力測定装置１０および応力測定方法によれば、散乱角２θの変化に応じた散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの散乱強度分布のψ角依存性のデータを測定し、該データに基づき、試料２１に発生した応力の試料表面Ｓに平行な応力成分を検出する際に、入射Ｘ線Ｘ_ｉｎの光路長と散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの光路長との和とされる全光路長Ｌ（Ｄ）によって、入射Ｘ線Ｘ_ｉｎの散乱位置の深さに係る情報を精度良く制御することができる。すなわち、全光路長Ｌ（Ｄ）がＸ線侵入長Ｌ_ｐと一致するようにしてχ角およびω角を変更して散乱角およびψ角を所望の値に設定することにより、入射Ｘ線Ｘ_ｉｎの散乱位置の深さに係る情報が変化することに伴って散乱強度分布の検出精度が劣化してしまうことを確実に防止することができる。
これにより、試料２１に発生した応力の試料表面Ｓに平行な成分（面内応力成分）を精度良く検出することができ、さらに、面内応力成分の試料表面Ｓからの深さに対する依存性の検出精度を向上させることができる。
【０１２３】
なお、上述した本実施の形態においては、例えばｓｉｎ^２ψプロットの作成時等において、散乱角度に応じた散乱強度分布から散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの強度が極大となるときの散乱角２θの値を抽出するとしたが、これに限定されず、例えば、散乱強度分布の重心位置や散乱強度の極大値近傍での所定領域、例えば散乱強度の値が極大値×ｎ／ｍ（ただし、ｎ，ｍは任意の自然数、かつ、ｎ＜ｍ）以上の値となる領域の分布幅の中点位置等での散乱角２θの値を抽出してもよい。
【０１２４】
なお、上述した本実施の形態において、Ｘ線光源１１は、例えばＸ線管等であってもよい。
【０１２５】
なお、上述した本実施の形態においては、イオンチェンバー１４を備えるとしたが、これに限定されず、例えばＸ線光源１１から発生するＸ線の強度の時間変化が無視できる場合等においては、イオンチェンバー１４を省略してもよい。
【０１２６】
なお、上述した本実施の形態においては、散乱側スリット１７としてソーラースリットを備えるとしたが、これに限定されず、例えば散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの強度が相対的に大きい場合であって、ソーラースリットよりも高い角度分解能で散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔを分光する場合等においては、例えば図７に示す本実施形態の第１変形例に係る応力測定装置１０のように、散乱側スリット１７の代わりに、例えばＳｉ、Ｇｅ、石英等の単結晶５１ａを具備し、この単結晶５１ａにおける回折により散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔを分光する分光装置５１を備えてもよい。
また、上述した本実施の形態において、例えば入射Ｘ線Ｘ_ｉｎのエネルギーが相対的に高い場合等であって、散乱Ｘ線の迷光を除去する能力を向上させる場合等においては、例えば図８に示す本実施形態の第２変形例に係る応力測定装置１０のように、ソーラースリットの代わりに、複数（例えば、２枚）のＸ線スリット５２を、各スリット５２の開口部の中心位置が散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの散乱軸線上に位置するようにして、設置してもよい。
【０１２７】
なお、上述した本実施の形態においては、Ｘ線検出器１８ａはＮａＩシンチレーションカウンターであるとしたが、これに限定されず、その他のシンチレーションカウンターや半導体検出器や比例計数管等であってもよい。
【０１２８】
なお、上述した本実施の形態においては、例えば減衰率Ａ（Ｄ）＝１／ｅとなるときの全光路長Ｌ（Ｄ）をＸ線侵入長Ｌ_ｐとしたが、これに限定されず、減衰率Ａ（Ｄ）がその他の所定値に等しくなるときの全光路長Ｌ（Ｄ）をＸ線侵入長Ｌ_ｐとしてもよい。
また、上述した本実施の形態においては、例えば減衰率Ａ（Ｄ）＝１／ｅとなるときの散乱深さＤの値をＸ線侵入深さＤ_ｐとしたが、これに限定されず、減衰率Ａ（Ｄ）がその他の所定値に等しくなるときの散乱深さＤの値をＸ線侵入深さＤ_ｐとしてもよい。
【０１２９】
なお、上述した本実施の形態において、試料位置調整部１５はスピナー３１を備えるとしたが、これに限定されず、例えば試料２１の結晶粒の配向異方性が無視できる場合等においては、スピナー３１を省略してもよい。
【０１３０】
また、上述した本実施の形態において、例えば試料に発生している応力の発生方向が試料２１の試料表面Ｓに平行な面内において面内異方性を持つ場合等であって、測定対象とされる所望の応力成分の発生方向と散乱ベクトルの試料表面Ｓに対する射影方向とを一致させる必要性がある場合等においては、例えば図９に示す本実施形態の第３変形例に係る応力測定装置１０の試料位置調整部１５のように、例えば上述した本実施形態におけるスピナー３１の代わりに、φ回転部５３を備えてもよい。
このφ回転部５３は、制御装置１９から入力される駆動指令に応じて、φ回転軸周りに試料２１を適宜の角（φ角）φだけ回転させるものであって、例えば、試料２１を固定する試料ホルダー５３ａと、試料ホルダー５３ａをφ回転軸周りに回転させるモータ５３ｂとを備えて構成され、モータ５３ｂの回転軸は、試料２１の試料表面Ｓの法線と平行になるように設定されている。
【０１３１】
そして、この場合には、例えば図１０に示す本実施形態の第３変形例に係る応力測定装置１０の制御装置１９のように、例えば入力装置２０から入力される各種のパラメータに基づきφ角を算出するφ算出部５４を備えていればよい。
このφ算出部５４は、例えば図３に示すように、散乱ベクトルの試料表面Ｓに対する射影成分が２θ走査面と試料表面Ｓとの交線となす角をηとし、このηをθ、ψ、χ、ωにより、下記数式（５０）に示すように記述する。
【０１３２】
【数５０】

【０１３３】
そして、φ算出部５４は、測定対象とされる所望の応力成分の発生方向が２θ走査面に平行になるときにφ＝０としてφ角の原点を設定し、ηと同等の値のφ角を算出して作動指令出力部４２へ出力する。ここで、作動指令出力部４２は、φ算出部５４から出力されるφ角に基づきφ回転部５３の駆動量の目標値を算出する。
すなわち、上記数式（５０）により、φ角は下記数式（５１）に示すように記述される。なお、φ角は下記数式（５２）に示すように記述してもよい。
【０１３４】
【数５１】

【０１３５】
【数５２】

【０１３６】
さらに、この本実施形態の第３変形例に係る応力測定装置１０の動作においては、例えば図１１に示すように、上述した本実施形態でのステップＳ０７の代わりにステップＳ２１を実行し、さらに、上述した本実施形態でのステップＳ０８の代わりにステップＳ２２を実行すればよい。
すなわち、ステップＳ２１においては、設定した散乱角２θとψ角とＸ線侵入深さＤ_ｐとＸ線侵入長Ｌ_ｐとを、上記数式（４１）〜（４３）に代入し、χ角およびω角を算出すると共に、上記数式（５０）に代入してηを算出し、このηと同等の値によってφ角を設定する。
そして、ステップＳ２２においては、算出した散乱角２θを目標値（駆動指令値）として２θ駆動装置１６を駆動させると共に、算出したχ角およびω角を目標値（駆動指令値）として試料位置調整部１５のχ移動部３３およびχクレードル回転部３４を駆動させ、さらに、算出したφ角を目標値（駆動指令値）としてφ回転部５３を駆動させる。
【０１３７】
なお、本発明の実施形態および本実施形態の第１〜第３変形例に係る応力測定方法を実現する応力測定装置１０は、専用のハードウェアにより実現されるものであっても良く、また、メモリおよびＣＰＵを備えて構成され、応力測定装置１０の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現するものであっても良い。
【０１３８】
また、上述した本発明の実施形態および本実施形態の第１〜第３変形例に係る応力測定方法を実現するためのプログラムをコンピュータ読みとり可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより結晶形状の測定を行っても良い。なお、ここで言うコンピュータシステムとはＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであっても良い。
【０１３９】
また、コンピュータ読みとり可能な記録媒体とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことを言う。さらに、コンピュータ読みとり可能な記録媒体とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記憶されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【０１４０】
以下に、上述した本実施の形態による応力測定装置１０を使用して、試料２１に発生している残留応力の試料表面Ｓに平行な成分に対して、試料表面Ｓからの深さ方向における強度勾配を測定した実施例について説明する。
以下に示す第１実施例および第２実施例において、試料２１はタングステンカーバイト鋼の表面上に膜厚１５μｍのＴｉＣＮ被膜が被覆されて形成されており、このＴｉＣＮ被膜に発生している残留応力の測定を行った。
なお、第１実施例および第２実施例においては、測定対象とするＴｉＣＮの結晶格子面指数を（３３１）とし、スピナー３１の回転数を１ｓ^―１とし、散乱側スリット１７をなすソーラースリットの発散角を０．２度とした。
【０１４１】
第１実施例においては、入射Ｘ線Ｘ_ｉｎのエネルギーを９ｋｅＶとした。
ここで、エネルギーが９ｋｅＶのＸ線に対するＴｉＣＮのＸ線吸収係数は、６０４．２ｃｍ^―１であるから、上記数式（３７）により、Ｘ線侵入長Ｌ_ｐは、１６．５５μｍとなる。また、Ｘ線侵入深さＤ_ｐの最大値Ｄ_{ｐ＿ｍａｘ}は、１２μｍである。
先ず、Ｘ線侵入深さＤ_ｐを５．９μｍとし、（ｓｉｎ^２ψ）の値を、順次、０．３、０．５、０．７に変更して、各（ｓｉｎ^２ψ）の値毎に所定の走査条件によって２θ走査を行った。
【０１４２】
この２θ走査により得られた、散乱角２θに応じた散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの強度の変化を示す散乱強度分布の結果を図１２に示した。なお、図１２において、散乱Ｘ線Ｘ_ｏｕｔの強度は、各（ｓｉｎ^２ψ）の値毎の極大値が同等となるように規格化した。
図１２に示すグラフ図から、ψ角が大きくなるにつれて極大点での散乱角２θの値が低角側へシフトするようにして変化しており、結晶格子面が試料表面Ｓに対して傾斜するにつれて、格子面間隔が広がっていることがわかる。すなわち、試料表面Ｓに平行な方向に引張応力が発生していると判断することができる。
【０１４３】
さらに、図１２に示すグラフ図において、散乱強度分布の分布関数をローレンツ関数を２乗して得た関数であると仮定し、最小二乗法により関数フィティングを行い、得られた関数において極大点を算出し、極大点での散乱角２θと（ｓｉｎ^２ψ）とによってｓｉｎ^２ψプロットを作成した。
さらに、Ｘ線侵入深さＤ_ｐを、順次、２．４μｍ、１．２μｍに変更し、各Ｘ線侵入深さＤ_ｐ毎に、（ｓｉｎ^２ψ）の値を、０．４〜０．９程度の範囲内での複数の値に順次変更して、各（ｓｉｎ^２ψ）の値毎に所定の走査条件によって２θ走査を行った。そして、各２θ走査から得られた散乱強度分布に基づき、ｓｉｎ^２ψプロットを作成した。作成したｓｉｎ^２ψプロットを図１３に示した。
【０１４４】
図１３に示すグラフ図から、（ｓｉｎ^２ψ）に応じた散乱角２θの変化が良好な直線性を示すことがわかる。
また、Ｘ線侵入深さＤ_ｐが浅くなるにつれて、直線の勾配が小さくなるように変化することがわかる。これにより、試料表面Ｓからの深さが浅くなるにつれて応力の大きさが小さくなっていると判断することができる。
【０１４５】
また、第２実施例においては、入射Ｘ線Ｘ_ｉｎのエネルギーを１１ｋｅＶとした。
ここで、エネルギーが１１ｋｅＶのＸ線に対するＴｉＣＮのＸ線吸収係数は、３５５．５ｃｍ^―１であるから、上記数式（２１）により、Ｘ線侵入長Ｌ_ｐは、２８．１３μｍとなる。また、Ｘ線侵入深さＤ_ｐの最大値Ｄ_{ｐ＿ｍａｘ}は、２４μｍであり、第１実施例に比べて、より深い位置での応力の情報が得られるようになる。
【０１４６】
そして、Ｘ線侵入深さＤ_ｐを、順次、１５μｍ、５μｍ、２μｍに変更し、各Ｘ線侵入深さＤ_ｐ毎に、（ｓｉｎ^２ψ）の値を、０、１〜０．８程度の範囲内での複数の値に順次変更して、各（ｓｉｎ^２ψ）の値毎に所定の走査条件によって２θ走査を行った。そして、各２θ走査から得られた散乱強度分布に基づき、ｓｉｎ^２ψプロットを作成した。作成したｓｉｎ^２ψプロットを図１４に示した。
図１４に示すグラフ図から、（ｓｉｎ^２ψ）に応じた散乱角２θの変化が良好な直線性を示すことがわかる。
また、Ｘ線侵入深さＤ_ｐが浅くなるにつれて、直線の負の勾配が小さくなるように変化することがわかる。これにより、試料表面Ｓからの深さが浅くなるにつれて、試料表面Ｓに平行な方向に発生している引張応力の大きさが小さくなっていると判断することができる。
【０１４７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の本発明の応力測定装置によれば、Ｘ線侵入深さが所定の値に固定された状態で、散乱角およびψ角を各所望の値に設定するための、入射角および出射角に係る第１の角および第２の角が設定されることにより、散乱角に応じたＸ線の散乱強度分布のψ角に対する依存性を測定して得られる各データにおいて、散乱位置の深さに係る情報の作用を同等とすることができ、ｓｉｎ^２ψプロットから被測定物に発生した応力の被測定物の表面に平行な成分（面内応力成分）を精度良く検出することができる。
さらに、請求項２記載の本発明の応力測定装置によれば、Ｘ線侵入深さに対して複数の異なる値を設定し、Ｘ線侵入深さを各値に固定した状態毎に面内応力成分を検出することによって、面内応力成分の深さ依存性の検出精度を向上させることができる。
【０１４８】
さらに、請求項３記載の本発明の応力測定装置によれば、散乱角の走査時に、ω角およびχ角を変更することによって、被測定物に対するＸ線侵入深さを所定の値に固定した状態で、散乱角およびψ角を所望の値に変更することができる。
さらに、請求項４記載の本発明の応力測定装置によれば、入射されるＸ線の光路長と散乱Ｘ線の光路長との和とされる全光路長によって、Ｘ線の散乱位置の深さに係る情報を精度良く制御することができ、全光路長がＸ線侵入長Ｌ_ｐと一致するようにしてχ角およびω角を変更して散乱角およびψ角を所望の値に設定することにより、Ｘ線の散乱位置の深さに係る情報が変化することに伴って散乱強度分布の検出精度が劣化してしまうことを確実に防止することができる。
【０１４９】
また、請求項５記載の本発明の応力測定方法によれば、Ｘ線侵入深さが所定の値に固定された状態で、散乱角およびψ角を各所望の値に設定するための、入射角および出射角に係る第１の角および第２の角が設定されることにより、散乱角に応じたＸ線の散乱強度分布のψ角に対する依存性を測定して得られる各データにおいて、散乱位置の深さに係る情報の作用を同等とすることができ、ｓｉｎ^２ψプロットから被測定物に発生した応力の被測定物の表面に平行な成分（面内応力成分）を精度良く検出することができる。
さらに、請求項６記載の本発明の応力測定方法によれば、Ｘ線侵入深さに対して複数の異なる値を設定し、Ｘ線侵入深さを各値に固定した状態毎に面内応力成分を検出することによって、面内応力成分の深さ依存性の検出精度を向上させることができる。
【０１５０】
さらに、請求項７記載の本発明の応力測定方法によれば、散乱角の走査時に、ω角およびχ角を変更することによって、被測定物に対するＸ線侵入深さを所定の値に固定した状態で、散乱角およびψ角を所望の値に変更することができる。
さらに、請求項８記載の本発明の応力測定方法によれば、入射されるＸ線の光路長と散乱Ｘ線の光路長との和とされる全光路長によって、Ｘ線の散乱位置の深さに係る情報を精度良く制御することができ、全光路長がＸ線侵入長Ｌ_ｐと一致するようにしてχ角およびω角を変更して散乱角およびψ角を所望の値に設定することにより、Ｘ線の散乱位置の深さに係る情報が変化することに伴って散乱強度分布の検出精度が劣化してしまうことを確実に防止することができる。
【０１５１】
また、請求項９記載の本発明のプログラムによれば、Ｘ線侵入深さが所定の値に固定された状態で、散乱角およびψ角を各所望の値に設定するための、入射角および出射角に係る第１の角および第２の角が設定されることにより、散乱角に応じたＸ線の散乱強度分布のψ角に対する依存性を測定して得られる各データにおいて、散乱位置の深さに係る情報の作用を同等とすることができ、ｓｉｎ^２ψプロットから被測定物に発生した応力の被測定物の表面に平行な成分（面内応力成分）を精度良く検出することができる。
さらに、請求項１０記載の本発明のプログラムによれば、Ｘ線侵入深さに対して複数の異なる値を設定し、Ｘ線侵入深さを各値に固定した状態毎に面内応力成分を検出することによって、面内応力成分の深さ依存性の検出精度を向上させることができる。
【０１５２】
さらに、請求項１１記載の本発明のプログラムによれば、散乱角の走査時に、ω角およびχ角を変更することによって、被測定物に対するＸ線侵入深さを所定の値に固定した状態で、散乱角およびψ角を所望の値に変更することができる。
さらに、請求項１２記載の本発明のプログラムによれば、入射されるＸ線の光路長と散乱Ｘ線の光路長との和とされる全光路長によって、Ｘ線の散乱位置の深さに係る情報を精度良く制御することができ、全光路長がＸ線侵入長Ｌ_ｐと一致するようにしてχ角およびω角を変更して散乱角およびψ角を所望の値に設定することにより、Ｘ線の散乱位置の深さに係る情報が変化することに伴って散乱強度分布の検出精度が劣化してしまうことを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係わる応力測定装置の構成を示す模式図である。
【図２】 図１に示す応力測定装置の試料位置調整部１５の構成を示す模式図であって、２θ回転軸および試料の試料表面Ｓの法線に直交する方向から見た図である。
【図３】 各回転軸の空間配置の一例を示す模式図である。
【図４】 図１に示す応力測定装置の制御装置のブロック構成図である。
【図５】 図１に示す応力測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】 図１に示す応力測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】 本実施形態の第１変形例に係る応力測定装置の構成を示す模式図である。
【図８】 本実施形態の第２変形例に係る応力測定装置の構成を示す模式図である。
【図９】 本実施形態の第３変形例に係る応力測定装置の試料位置調整部の構成を示す模式図である。
【図１０】 本実施形態の第３変形例に係る応力測定装置の制御装置のブロック構成図である。
【図１１】 本実施形態の第３変形例に係る応力測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図１２】 第１実施例における散乱強度分布を示すグラフ図である。
【図１３】 第１実施例におけるｓｉｎ^２ψプロットを示すグラフ図である。
【図１４】 第２実施例におけるｓｉｎ^２ψプロットを示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０ 応力測定装置
１１ Ｘ線光源（入射装置）
１２ 単色化装置（入射装置）
１３ 入射側スリット（入射装置）
１５ 試料位置調整部（ψ角変更装置）
１６ ２θ駆動装置（散乱角変更装置）
１８ 検出装置
１９ 制御装置
３２ χクレードル（χ回転装置）
３３ χ移動部（χ回転装置）
３４ χクレードル回転部（ω回転装置）
４１ χω算出部（パラメータ設定手段）
４３ 駆動制御部（散乱角駆動制御手段、ψ角駆動制御手段）
ステップＳ０２ Ｘ線侵入長設定手段
ステップＳ０４およびステップＳ１７ Ｘ線侵入深さ設定手段
ステップＳ１５〜ステップＳ１７ 応力深さ分布検出手段
ステップＳ０７またはステップＳ２１ χ角設定手段、ω角設定手段
ステップＳ０８またはステップＳ２２ χ角駆動制御手段、ω角駆動制御手段

Claims (12)

1. 所定エネルギーのＸ線を被測定物に照射する入射装置と、前記Ｘ線のうち前記被測定物にて散乱される散乱Ｘ線の強度を検出する検出装置と、前記Ｘ線の入射方向と前記検出装置により検出される前記散乱Ｘ線の散乱方向とのなす角である散乱角を変更可能な散乱角変更装置と、前記入射方向および前記散乱方向を含む散乱角走査平面内において前記散乱角の補角の２等分線に沿った方向に伸びる散乱ベクトルと前記被測定物の表面に対する法線方向とのなす角であるψ角を変更可能なψ角変更装置と、
   前記ψ角変更装置により前記ψ角を変更させる毎に、前記散乱角変更装置により前記散乱角を変更させると共に前記検出装置により前記散乱Ｘ線の強度を測定させ、前記散乱角の変化に応じた前記散乱Ｘ線の散乱強度分布のψ角依存性のデータを取得し、該データに基づき、前記被測定物に発生した応力の前記表面に平行な応力成分を検出する制御装置とを備える応力測定装置であって、
   前記表面と前記入射方向とのなす角である入射角および前記表面と前記散乱方向とのなす角である出射角に係る第１の角および第２の角と、前記Ｘ線の波長と、前記被測定物のＸ線吸収係数とに基づいて算出可能なＸ線侵入深さに、所定値を設定するＸ線侵入深さ設定手段と、
   前記Ｘ線侵入深さ設定手段により設定される前記Ｘ線侵入深さの値を固定した状態で、前記散乱角および前記ψ角を各所望の値に設定するための、前記第１の角および前記第２の角を設定するパラメータ設定手段と、
   前記パラメータ設定手段により設定される前記第１の角および前記第２の角に応じて、前記散乱角変更装置を駆動制御することにより前記散乱角を所望の値に設定する散乱角駆動制御手段および前記ψ角変更装置を駆動制御することにより前記ψ角を所望の値に設定するψ角駆動制御手段と
   を備えることを特徴とする応力測定装置。
2. 前記Ｘ線侵入深さ設定手段により複数の異なる前記Ｘ線侵入深さを設定させ、各前記複数の異なる前記Ｘ線侵入深さ毎に対して、前記制御装置により前記被測定物に発生した前記応力の前記表面に平行な前記応力成分を検出させ、前記Ｘ線侵入深さの変化に応じた前記応力成分の変化を検出する応力深さ分布検出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の応力測定装置。
3. 前記ψ角変更装置は、前記被測定物の前記表面の法線に直交すると共に前記散乱角走査平面内に含まれるχ回転軸周りに前記法線を回転させるχ回転装置と、前記散乱角走査平面に直交するω回転軸周りに前記χ回転軸を回転させるω回転装置とを備え、
   前記パラメータ設定手段は、前記第１の角として前記散乱角走査平面と前記法線とのなす角であるχ角を設定するχ角設定手段と、前記第２の角として前記散乱角走査平面内における前記入射方向と前記χ回転軸とのなす角であるω角を設定するω角設定手段とを備え、
   前記ψ角駆動制御手段は、前記χ角設定手段にて設定される前記χ角に応じて前記χ回転装置を駆動制御するχ角駆動制御手段と、前記ω角設定手段にて設定される前記ω角に応じて前記ω回転装置を駆動制御するω角駆動制御手段とを備えることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の応力測定装置。
4. 前記Ｘ線の波長と前記Ｘ線吸収係数とに基づいてＸ線侵入長を設定するＸ線侵入長設定手段を備え、
   前記表面が前記入射方向と平行かつ前記散乱角走査平面に直交する状態において、前記χ角設定手段は前記χ角をゼロに設定し、かつ、前記ω角設定手段は前記ω角をゼロに設定しており、
   前記散乱角変更装置により変更される前記散乱角の正方向と、前記ω回転装置により変更される前記ω角の正方向とを同等に設定した状態において、
   ２θ：前記散乱角
   ψ：前記ψ角
   Ｄ_ｐ：前記Ｘ線侵入深さ
   Ｌ_ｐ：前記Ｘ線侵入長
   としたとき、
   前記χ角設定手段は、下記数式（１）によって前記χ角を設定し、
   前記ω角設定手段は、下記数式（２）または（３）によって前記ω角を設定することを特徴とする請求項３に記載の応力測定装置。
   

   

   

   
5. 所定エネルギーのＸ線を被測定物に照射し、前記Ｘ線のうち前記被測定物にて散乱される散乱Ｘ線の強度を検出する検出ステップと、
   前記Ｘ線の入射方向と前記検出ステップにて検出される前記散乱Ｘ線の散乱方向とのなす角である散乱角を変更する散乱角変更ステップと、
   前記入射方向および前記散乱方向を含む散乱角走査平面内において前記散乱角の補角の２等分線に沿った方向に伸びる散乱ベクトルと前記被測定物の表面に対する法線方向とのなす角であるψ角を変更するψ角変更ステップと、
   前記ψ角変更ステップにより前記ψ角を変更する毎に、前記散乱角変更ステップにより前記散乱角を変更すると共に前記検出ステップにより前記散乱Ｘ線の強度を測定し、前記散乱角の変化に応じた前記散乱Ｘ線の散乱強度分布のψ角依存性のデータを取得し、該データに基づき、前記被測定物に発生した応力の前記表面に平行な応力成分を検出する制御ステップとを含む応力測定方法であって、
   前記表面と前記入射方向とのなす角である入射角および前記表面と前記散乱方向とのなす角である出射角に係る第１の角および第２の角と、前記Ｘ線の波長と、前記被測定物のＸ線吸収係数とに基づいて算出可能なＸ線侵入深さに、所定値を設定するＸ線侵入深さ設定ステップと、
   前記Ｘ線侵入深さ設定ステップにより設定される前記Ｘ線侵入深さの値を固定した状態で、前記散乱角および前記ψ角を各所望の値に設定するための、前記第１の角および前記第２の角を設定するパラメータ設定ステップとを含み、
   前記散乱角変更ステップは、前記パラメータ設定ステップにより設定される前記第１の角および前記第２の角に応じて前記散乱角を所望の値に変更し、
   前記ψ角変更ステップは、前記パラメータ設定ステップにより設定される前記第１の角および前記第２の角に応じて前記ψ角を所望の値に変更することを特徴とする応力測定方法。
6. 前記Ｘ線侵入深さ設定ステップにより複数の異なる前記Ｘ線侵入深さを設定し、各前記複数の異なる前記Ｘ線侵入深さ毎に対して、前記制御ステップにより前記被測定物に発生した前記応力の前記表面に平行な前記応力成分を検出し、前記Ｘ線侵入深さの変化に応じた前記応力成分の変化を検出する応力深さ分布検出ステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の応力測定方法。
7. 前記パラメータ設定ステップは、前記第１の角として前記散乱角走査平面と前記被測定物の前記表面の法線とのなす角であるχ角を設定するχ角設定ステップと、前記第２の角として前記法線に直交すると共に前記散乱角走査平面内に含まれるχ回転軸と前記散乱角走査平面内における前記入射方向とのなす角であるω角を設定するω角設定ステップとを含むことを特徴とする請求項５または請求項６の何れかに記載の応力測定方法。
8. 前記Ｘ線の波長と前記Ｘ線吸収係数とに基づいてＸ線侵入長を設定するＸ線侵入長設定ステップを含み、
   前記表面が前記入射方向と平行かつ前記散乱角走査平面に直交する状態において、前記χ角設定ステップは前記χ角をゼロに設定し、かつ、前記ω角設定ステップは前記ω角をゼロに設定しており、
   前記散乱角変更ステップにより変更される前記散乱角の正方向と、前記ω回転ステップにより変更される前記ω角の正方向とを同等に設定した状態において、２θ：前記散乱角
   ψ：前記ψ角
   Ｄ_ｐ：前記Ｘ線侵入深さ
   Ｌ_ｐ：前記Ｘ線侵入長
   としたとき、
   前記χ角設定ステップは、下記数式（４）によって前記χ角を設定し、
   前記ω角設定ステップは、下記数式（５）または（６）によって前記ω角を設定することを特徴とする請求項７に記載の応力測定方法。
   

   

   

   
9. コンピュータを、
   所定エネルギーのＸ線を入射装置によって被測定物に照射させる照射制御手段と、前記Ｘ線のうち前記被測定物にて散乱される散乱Ｘ線の強度を検出装置によって検出させる検出制御手段と、前記Ｘ線の入射方向と前記検出装置により検出される前記散乱Ｘ線の散乱方向とのなす角である散乱角を散乱角変更装置により変更させる散乱角変更制御手段と、前記入射方向および前記散乱方向を含む散乱角走査平面内において前記散乱角の補角の２等分線に沿った方向に伸びる散乱ベクトルと前記被測定物の表面に対する法線方向とのなす角であるψ角をψ角変更装置により変更させるψ角変更制御手段と、
   前記ψ角変更制御手段により前記ψ角を変更させる毎に、前記散乱角変更制御手段により前記散乱角を変更させると共に前記検出制御手段により前記散乱Ｘ線の強度を測定させ、前記散乱角の変化に応じた前記散乱Ｘ線の散乱強度分布のψ角依存性のデータを取得し、該データに基づき、前記被測定物に発生した応力の前記表面に平行な応力成分を検出する制御手段として機能させるためのプログラムであって、
   コンピュータを、
   前記表面と前記入射方向とのなす角である入射角および前記表面と前記散乱方向とのなす角である出射角に係る第１の角および第２の角と、前記Ｘ線の波長と、前記被測定物のＸ線吸収係数とに基づいて算出可能なＸ線侵入深さに、所定値を設定するＸ線侵入深さ設定手段と、
   前記Ｘ線侵入深さ設定手段により設定される前記Ｘ線侵入深さの値を固定した状態で、前記散乱角および前記ψ角を各所望の値に設定するための、前記第１の角および前記第２の角を設定するパラメータ設定手段として機能させ、
   前記散乱角変更制御手段は、前記パラメータ設定手段により設定される前記第１の角および前記第２の角に応じて、前記散乱角変更装置を制御することにより前記散乱角を所望の値に設定し、
   前記ψ角変更制御手段は、前記パラメータ設定手段により設定される前記第１の角および前記第２の角に応じて、前記ψ角変更装置を制御することにより前記ψ角を所望の値に設定することを特徴とするプログラム。
10. コンピュータを、
    前記Ｘ線侵入深さ設定手段により複数の異なる前記Ｘ線侵入深さを設定させ、各前記複数の異なる前記Ｘ線侵入深さ毎に対して、前記制御手段により前記被測定物に発生した前記応力の前記表面に平行な前記応力成分を検出させ、前記Ｘ線侵入深さの変化に応じた前記応力成分の変化を検出する応力深さ分布検出手段として機能させることを特徴とする請求項９に記載のプログラム。
11. 前記ψ角変更制御手段は、前記被測定物の前記表面の法線に直交すると共に前記散乱角走査平面内に含まれるχ回転軸周りに前記法線を回転させるχ回転装置を制御するχ回転制御手段と、前記散乱角走査平面に直交するω回転軸周りに前記χ回転軸を回転させるω回転装置を制御するω回転制御手段とを備え、
    前記パラメータ設定手段は、前記第１の角として前記散乱角走査平面と前記法線とのなす角であるχ角を設定するχ角設定手段と、前記第２の角として前記散乱角走査平面内における前記入射方向と前記χ回転軸とのなす角であるω角を設定するω角設定手段とを備え、
    前記χ回転制御手段は、前記χ角設定手段にて設定される前記χ角に応じて前記χ回転装置を制御し、
    前記ω回転制御手段は、前記ω角設定手段にて設定される前記ω角に応じて前記ω回転装置を制御することを特徴とする請求項９または請求項１０の何れかにプログラム。
12. コンピュータを、前記Ｘ線の波長と前記Ｘ線吸収係数とに基づいてＸ線侵入長を設定するＸ線侵入長設定手段として機能させ、
    前記表面が前記入射方向と平行かつ前記散乱角走査平面に直交する状態において、前記χ角設定手段は前記χ角をゼロに設定し、かつ、前記ω角設定手段は前記ω角をゼロに設定しており、
    前記散乱角変更装置により変更される前記散乱角の正方向と、前記ω回転装置により変更される前記ω角の正方向とを同等に設定した状態において、
    ２θ：前記散乱角
    ψ：前記ψ角
    Ｄ_ｐ：前記Ｘ線侵入深さ
    Ｌ_ｐ：前記Ｘ線侵入長
    としたとき、
    前記χ角設定手段は、下記数式（７）によって前記χ角を設定し、
    前記ω角設定手段は、下記数式（８）または（９）によって前記ω角を設定することを特徴とする請求項１１に記載のプログラム。
    

    

    

    

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