CN112986291A - 控制装置、系统、方法以及程序 - Google Patents

控制装置、系统、方法以及程序 Download PDF

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小林信太郎
稻叶克彦
小中尚
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Rigaku Corp
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Abstract

本发明提供一种控制装置、系统、方法以及程序，有效利用衍射计的测角器所具备的轴，即便不具有特别的轴结构，也能够进行伴随
Figure DDA0002827740650000011
轴的精密的入射角度的控制。控制装置对试样的姿势进行控制，其具备：输入部，接受表示试样相对于
Figure DDA0002827740650000012
轴的倾斜的倾斜信息的输入；调整量决定部，使用倾斜信息，决定用于相对于变化的
Figure DDA0002827740650000013
值来对试样面法线或者晶格面法线与散射矢量的偏离量进行修正的ω值以及χ值的调整量；和驱动指示部，在X射线衍射测定时，基于所决定的ω值以及χ值的调整量，与试样的
Figure DDA0002827740650000014
轴旋转相应地驱动测角器。这样，能够将消除不受
Figure DDA0002827740650000015
轴的旋转的影响的试样的倾斜角度的调整角度，变换为独立于
Figure DDA0002827740650000016
轴旋转的ω值以及χ值的调整量。

Description

控制装置、系统、方法以及程序
技术领域
本发明涉及控制试样的姿势的控制装置、系统、方法以及程序。
背景技术
由于薄膜是在基板表面二维地被形成得较薄，因此一般在层叠方向和面内方向存在各向异性。因此，针对层叠方向和面内方向这两个方向评价薄膜内的构造的情况较多。为了评价薄膜内的构造，根据所关注的方向，存在各种的测定方法。例如，在评价面内方向的情况下，进行面内(in plane)测定、非对称面的倒易晶格图测定(Reciprocal spacemapping measurement)。
在使用X射线的薄膜的评价中，需要X射线的入射角度的高精度的控制。若试样的厚度较薄，则衍射信号强度微弱。为了检测这种的微弱信号，在面内测定中，需要进行向有效的表面的入射X射线的照射。具体而言，使X射线相对于试样表面掠过地入射。此外，倒易晶格图测定特别地为了对晶格面非常整齐的材料(外延膜)进行测定，相对于晶格面正确地使X射线入射。
在面内测定、倒易晶格图测定中，需要试样的面内旋转、即试样的围绕
Figure BDA0002827740630000011
轴的旋转。但是，通常仅仅将试样设置于X射线衍射装置，一般地该旋转轴
Figure BDA0002827740630000012
与对象试样的结晶轴、表面法线不一致，因此相对于
Figure BDA0002827740630000013
轴旋转在对象试样的结晶轴、表面法线产生进动运动。该情况下，若预先相对于
Figure BDA0002827740630000014
轴使对象方向的结晶轴或者表面法线对准，则容易将X射线相对于试样面的入射角度维持一定。为了实现该状况，作为用于调整试样的倾斜度的轴，存在倾斜移动轴。
倾斜移动轴例如专利文献1所记载的倾斜机构那样被设置于
Figure BDA0002827740630000015
旋转轴之上、在正交的两个轴x、y方向调整试样的倾斜度。由此，通过调整倾角从而能够使倾斜移动轴上的试样的结晶轴或者面法线与
Figure BDA0002827740630000016
轴一致。
图10A、10B是分别表示倾斜移动轴(Rx轴、Ry轴)的调整前后的试样S0的概略图。如图10A所示，调整前的试样S0的面法线n从
Figure BDA0002827740630000021
轴倾斜。在测定前通过Rx轴、Ry轴的旋转进行调整，能够如图10B所示那样使试样S0的面法线n与
Figure BDA0002827740630000022
轴一致。若在该状态下进行
Figure BDA0002827740630000023
轴旋转并且照射X射线，则能够将X射线相对于试样面的入射方向维持在一定并且使试样S0旋转。与这种的倾斜移动轴有关的技术已被公开。
例如，专利文献2公开了如下装置：其具备围绕穿过试样的表面而相互正交的两个旋转中心线使试样旋转(Ru、Rv旋转)的机构。该装置还具备在与表面平行的平面内使试样在二维方向(U、V方向)平移移动的机构、和使试样进行面内旋转(
Figure BDA0002827740630000024
旋转)的机构。
此外，专利文献3公开了具备基台、重叠于基台而被配置的搭载台的试样支承装置。并且，基台具有使试样进行面内旋转的
Figure BDA0002827740630000025
轴移动台，能够搭载使试样进行面内滑动移动的X-Y轴移动台(XY附属装置)或者调整试样的姿势的Rx-Ry轴移动台(RxRy附属装置)。
专利文献
专利文献1：JP特开平11-287773号公报
专利文献2：JP特开2004-294136号公报
专利文献3：JP特开2007-017273号公报
发明内容
在X射线衍射装置中，围绕试样台的空间受限。因此，为了采用倾斜移动轴的这种特别的轴结构，需要在试样台的组装方法上下功夫。但是，若采用特别的轴结构，则可能产生各种的限制。例如在专利文献2所记载的装置中能够测定的试样的厚度被限制。此外，在专利文献3所记载的装置中，测定的种类被限制。另一方面，在没有安装RxRy附属装置的这种特别的轴结构的装置中，无法进行伴随着
Figure BDA0002827740630000026
轴的旋转的试样的姿势控制。
本发明是鉴于这种情况而提出的，其目的在于提供一种有效利用衍射计的测角器所具备的轴、即便具有特别的轴结构也能够进行伴随着
Figure BDA0002827740630000027
轴的旋转的精密的入射角度的控制的控制装置、系统、方法以及程序。
(1)为了实现上述目的，本发明的控制装置是对试样的姿势进行控制的控制装置，其具备：输入部，接受表示试样相对于
Figure BDA0002827740630000031
轴的倾斜的倾斜信息的输入；调整量决定部，使用所述倾斜信息，决定用于相对于变化的
Figure BDA0002827740630000032
值来对试样面法线或者晶格面法线与散射矢量的偏离量进行修正的ω值以及χ值的调整量；和驱动指示部，在X射线衍射测定时，基于所述决定的ω值以及χ值的调整量，与所述试样的
Figure BDA0002827740630000033
轴旋转相应地驱动测角器。
由此，能够将不受
Figure BDA0002827740630000034
轴的旋转的影响地对试样面法线或者晶格面法线与散射矢量的偏离量进行修正的调整角度，变换为独立于
Figure BDA0002827740630000035
轴旋转的ω值以及χ值的调整量。其结果，不用在试样台载置RxRy附属装置来调整试样的倾斜，就能够进行伴随
Figure BDA0002827740630000036
轴旋转的测定。此外，还能够进行高精度的试样的倾斜的调整。
(2)此外，本发明的控制装置的特征在于，所述测角器具有能够同时进行驱动的三个以上的旋转轴，所述驱动指示部使用所述三个以上的旋转轴来驱动所述测角器。通过使用测角器的能够同时驱动的三个以上的旋转轴，能够使用测角器一边调整试样的倾斜一边进行伴随
Figure BDA0002827740630000037
轴旋转的测定。
(3)此外，本发明的控制装置的特征在于，所述三个以上的旋转轴包含
Figure BDA0002827740630000038
轴、χ轴以及ω轴。由此，能够一边通过χ值以及ω值调整试样的倾斜一边进行伴随
Figure BDA0002827740630000039
轴旋转的测定。
(4)此外，本发明的控制装置的特征在于，组合作为两个驱动轴的θs轴以及θd轴来控制所述ω轴，所述θs轴是对X射线的入射角度进行控制的旋转轴，所述θd轴是对X射线的受光角度进行控制的旋转轴。由此，通过θs轴旋转以及θd轴旋转的调整，能够进行ω值的调整。
(5)此外，本发明的控制装置的特征在于，还具备存储部，所述存储部将ω值以及χ值相对于变化的
Figure BDA00028277406300000310
值的调整量存储为驱动时用的计算式，所述驱动指示部基于所存储的所述驱动时用的计算式来驱动所述测角器。这样，通过使用计算式，能够根据个别的状况灵活地驱动测角器。
(6)此外，本发明的控制装置的特征在于，还具备存储部，所述存储部根据所述倾斜信息，将与ω值以及χ值相对于变化的
Figure BDA00028277406300000311
值的调整值的对应关系存储为表格，所述调整量决定部基于所存储的所述表格的对应关系，决定ω值以及χ值的调整值。这样，通过使用表格能够减少处理量，简单且快速的应对成为可能。
(7)此外，本发明的控制装置的特征在于，还具备：偏移角算出部，基于所述ω值以及χ值的调整量，算出所述试样的外形表面与晶格面的偏移角。由此，例如通过比较相当于Rx轴、Ry轴的值的ω值、χ值的调整量，能够解析基板表面的偏移角度、基板与外延生长膜的方位的偏移角的角度量及其偏离方位。
(8)此外，本发明的控制装置的特征在于，所述X射线衍射测定是面内测定、使用面内轴的极点测定、摇摆曲线测定或者倒易晶格图测定。特别在以面内测定为代表的伴随
Figure BDA0002827740630000041
轴旋转的测定中，不使用RxRy附属装置就能够进行高精度的测定。
(9)此外，本发明的控制装置的特征在于，所述调整量决定部按载置于所述测角器上的XY工作台的每个测定位置来决定所述ω值以及χ值的调整量，所述驱动指示部按所述XY工作台的每个测定位置，进行基于所述决定的调整量而与所述试样的
Figure BDA0002827740630000042
轴旋转相应地来驱动所述测角器的指示。由此，能够事先进行基于XY工作台的试样的位置调整，从而进行伴随
Figure BDA0002827740630000043
轴旋转的测定。
(10)此外，本发明的系统的特征在于，具备：上述(1)至(9)的任意一项所述的控制装置；X射线衍射装置，构成使X射线入射至所述试样、并检测从所述试样产生的衍射X射线的光学系统，在所述光学系统具有所述测角器，所述测角器具有能够同时进行驱动的三个以上的旋转轴，通过来自所述控制装置的指示而被驱动。由此，能够将不受
Figure BDA0002827740630000044
轴的旋转的影响地对试样面法线或者晶格面法线与散射矢量的偏离量进行修正的调整角度，变换为独立于
Figure BDA0002827740630000045
轴旋转的ω值以及χ值的调整量。
(11)此外，本发明的方法是对试样的姿势进行控制的方法，其特征在于，包含：接受表示试样相对于
Figure BDA0002827740630000046
轴的倾斜的倾斜信息的输入的步骤；使用所述倾斜信息，决定用于相对于变化的
Figure BDA0002827740630000047
值来对试样面法线或者晶格面法线与散射矢量的偏离量进行修正的ω值以及χ值的调整量的步骤；和在X射线衍射测定时，基于所述决定的ω值以及χ值的调整量，与试样的
Figure BDA0002827740630000048
轴旋转相应地驱动测角器的步骤。由此，能够将不受
Figure BDA0002827740630000049
轴的旋转的影响地对试样面法线或者晶格面法线与散射矢量的偏离量进行修正的调整角度，变换为独立于
Figure BDA00028277406300000410
轴旋转的ω值以及χ值的调整量。
(12)此外，本发明的程序是对试样的姿势进行控制的程序，所述程序使计算机执行如下处理：接受表示试样相对于
Figure BDA0002827740630000051
轴的倾斜的倾斜信息的输入的处理；使用所述倾斜信息，决定用于相对于变化的
Figure BDA0002827740630000052
值来对试样面法线或者晶格面法线与散射矢量的偏离量进行修正的ω值以及χ值的调整量的处理；和在X射线衍射测定时，基于所述决定的ω值以及χ值的调整量，与试样的
Figure BDA0002827740630000053
轴旋转相应地驱动测角器的处理。由此，能够将不受
Figure BDA0002827740630000054
轴的旋转的影响地对试样面法线或者晶格面法线与散射矢量的偏离量进行修正的调整角度，变换为独立于
Figure BDA0002827740630000055
轴旋转的ω值以及χ值的调整量。
根据本发明，能够有效利用衍射计的测角器所具备的轴，即便不具有特别的轴结构，也能够进行伴随
Figure BDA0002827740630000056
轴的旋转的精密的入射角度的控制。
附图说明
图1A、图1B分别是表示基于本发明的控制的
Figure BDA0002827740630000057
以及180°的试样的概略图。
图2是表示本发明的X射线衍射测定的系统的结构的一例的图。
图3是表示本发明的X射线衍射测定的系统的硬件结构的一例的图。
图4是表示本发明的控制装置的功能性结构的框图。
图5是表示本发明的X射线衍射测定的方法的流程图。
图6A、图6B分别是表示事先测定以及调整量算出的动作的一例的流程图。
图7是表示ω值以及χ值相对于
Figure BDA0002827740630000058
值的调整量的图表。
图8是表示相对于
Figure BDA0002827740630000059
值的调整量Δω和Δχ以及驱动控制值ω、χ的表格。
图9是表示实施例中使用的具体的结构的概略图。
图10A、图10B分别是表示RxRy附属装置的调整前后的试样的概略图。
-符号说明-
5 系统
6 X射线发生部
7 入射侧光学单元
7a 抛物面多层膜反射镜
7b 索勒狭缝
8 五轴测角器
9 出射侧光学单元
10 检测器
12 头部
14 基部
15 χ托架(χ轴调整机构)
18 试样板
21 θs旋转驱动装置
22 θd旋转驱动装置
23 2θχ旋转驱动装置
26 χ旋转驱动装置
27
Figure BDA0002827740630000061
旋转驱动装置
28 CPU
29 存储器
30 X射线衍射装置
32 键盘
33 X射线强度运算电路
34 显示器
40 控制装置
41 输入部
43 调整量决定部
45 存储部
46 偏移角算出部
47 驱动指示部
F X射线源
S0 试样
n 面法线
Δχ 调整量
Δω 调整量。
具体实施方式
接下来，参照附图对本发明的实施方式进行说明。为了容易理解说明，在各附图中对于同一结构要素赋予同一参照序号，并省略重复的说明。
[原理]
在本发明中，与试样旋转轴(
Figure BDA0002827740630000071
轴)的运动联动地将X射线的入射角度(ω)和试样的倾角度(χ)移动，事先确保与使试样的面法线与
Figure BDA0002827740630000072
轴一致同样地试样的法线始终被调整的状态。另外，
Figure BDA0002827740630000073
轴是指试样支承部件中自身的轴中心线，ω轴是在水平方向延伸的轴线。χ轴是在水平方向延伸并与ω轴垂直的轴线。
图1A、图1B分别是表示基于本发明的控制的
Figure BDA0002827740630000074
以及180°的试样S0的概略图。如图1A、图1B所示，试样S0的面法线n与
Figure BDA0002827740630000075
轴不一致，但是在
Figure BDA0002827740630000076
180°的任意中X射线相对于试样面的入射角度被维持一定。另外，将X射线的入射角度维持一定的对象并不限于试样表面，也包含晶格面。
这种测定通过事先确认试样表面或者晶格面的倾斜信息并调整与
Figure BDA0002827740630000077
轴旋转相应的ω值以及χ值来实现。也就是说，在轴纵向调整时在
Figure BDA0002827740630000078
90°、180°位置进行ω扫描来计算轴的偏离量，在测定时与
Figure BDA0002827740630000079
的运动联动地使ω、χ的两轴移动并确保调整状态。这样得到的测定数据能够与事先通过RxRy附属装置进行了RxRy轴调整的情况同等地进行处理。另外，所谓倾斜信息是相当于RxRy的信息，与试样从
Figure BDA00028277406300000710
轴的倾斜度α和方位β等价。
由于与使用RxRy附属装置的情况同样地得到测定数据，因此本发明的方法也可称为“虚拟RxRy轴”。另外，上述的这种控制在与外延薄膜等的测定中的试样方位保持有关的技术、面内测定、使用面内轴的极点测定、摇摆曲线测定或者倒易晶格图测定中的试样保持所涉及的技术中特别有效。
[系统的结构]
图2是表示X射线衍射测定的系统5的结构的一例的图。此外，图3是表示X射线衍射测定的系统的硬件结构的一例的图。系统5具有X射线衍射装置30以及控制装置40。X射线衍射装置30构成使X射线入射至试样、检测从试样产生的衍射X射线的光学系统，光学系统中具有测角器。另外，图2所示的结构是一个例子，能够采用其他的各种结构。控制装置40例如是PC，是具备CPU以及存储器的装置。
X射线衍射装置30构成为包含从X射线焦点即X射线源F产生X射线的X射线发生部6、入射侧光学单元7、针对试样S0以及点区域的检测器10进行测角的五轴测角器8。
X射线源F例如能够包含放出热电子的灯丝、与该灯丝对置地配置的靶，该情况下，从灯丝放出的热电子以高速度撞击靶由此从该靶辐射X射线。
在入射侧光学单元7的内部，沿着从X射线源F射出并发散的X射线R的行进路径，配置抛物面多层膜反射镜7a以及对向横向的X射线的发散进行限制的索勒狭缝(sollerslit)7b。这种的光学要素的结构是适合于面内衍射测定的一个例子，实际上能够采用各种结构。
试样台包含基部14、头部12以及试样板18。χ托架(χ轴调整机构)与基部14成为一体，能够沿着托架使试样台整体摇动。基部14具有Z轴调整机构以及
Figure BDA0002827740630000081
轴旋转机构。Z轴调整机构调整试样S0的高度。
Figure BDA0002827740630000082
轴旋转机构使试样S0旋转。头部12根据测定的用途能够取下、替换。RxRy附属装置是头部12的一种。另外，可以在头部12设置能够进行与台表面平行的移动的XY附属装置，作为XY工作台。头部12被构成为在其上部安装试样板18。在试样板18准备能够设置4～8英寸大小不同的试样S0的部件、基于空气吸引的吸附台等。试样S0通过基于粘合剂的粘合、基于空气吸引的吸附、其他根据需要的各种方法而被安装于试样板18。
图2所示的五轴测角器8具有入射侧臂和出射侧臂。入射侧臂对X射线发生部6和入射侧光学单元7进行支承，出射侧臂对出射侧光学单元9以及检测器10进行支承。再有，在入射侧臂连接有在试样面的铅垂方向(箭头ω方向)旋转的ω(θs)旋转系统。此外，在出射侧臂连接有相对于试样面和铅垂方向(箭头2θ方向)进行旋转的2θ(θd)旋转系统、以及相对于试样面和水平方向(箭头2θχ方向)进行旋转的2θχ旋转系统。在本说明书中，将与2θχ旋转系统连接的臂的旋转轴称为面内轴。
图2中示例了试样水平型测角器，但若是能够进行同等的轴扫描的测角器的结构，则轴名称、轴的扫描方向、旋转方向也可以变化。例如，即便是将2θ扫描设为试样水平方向的横型测角器、构成为半导体检查装置的测角器等，也能够通过本发明的控制装置进行控制。
优选五轴测角器8具有同时能够驱动的三个以上的旋转轴，通过来自控制装置的指示被驱动。由此，没有RxRy附属装置，而能够进行调整试样的倾斜并且伴随
Figure BDA0002827740630000091
轴旋转的测定。五轴测角器8构成为例如作为测定轴而能够进行五轴(ω、χ、
Figure BDA0002827740630000092
2θ以及2θχ轴)的扫描。
此外，优选同时能够驱动的三个以上的旋转轴包含
Figure BDA0002827740630000093
轴、χ轴以及ω轴。由此，能够进行通过χ值以及ω值调整试样的倾斜并且伴随
Figure BDA0002827740630000094
轴旋转的测定。ω轴、χ轴以及
Figure BDA0002827740630000095
轴是分别处于正交关系的三个轴。
Figure BDA0002827740630000096
轴是设置试样的工作台的表面的面内旋转轴(与表面垂直的轴)。ω轴是通过试样或者X射线源的姿势的控制来控制相对于试样表面入射的X射线的角度的轴。χ轴是控制相对于ω值为0°时X射线行进的方向垂直的方向的试样基准面的倾斜度(＝歪斜)的轴。另外，上述的“试样基准面”根据测定的目的，是指测定对象的试样的外形中的表面或者试样中包含的结晶的晶格面的任意。
在五轴测角器8是试样水平型的情况下，进一步优选作为四个旋转轴而包含
Figure BDA0002827740630000097
轴、χ轴、θs轴以及θd轴。该情况下，ω轴以及2θ轴是组合以试样水平轴为基准的两个驱动轴即θs轴以及θd轴而被控制。另外，θs轴是控制X射线的入射角度的旋转轴，θd轴是控制X射线的受光角度的旋转轴。在仅控制ω轴的情况下，使θs轴旋转ω值的驱动控制值。同时，使θd轴在同一方向也进行同量旋转。此外，在同时控制ω轴和2θ轴的情况下，ω值以及2θ值和θs值以及θd值被控制为确保ω＝θs、2θ＝θs+θd的关系。
这样，在五轴测角器8中，进一步优选作为ω和2θ的控制轴而准备θs轴以及θd轴。由此，不仅是对象配置(2θ/θ)，也能够适合于伴随非对称配置(面内测定、利用2θ/ω、ω扫描、面内轴的极点测定等)的各种测定。
五轴测角器8中存在将试样移动的轴、进行测定的轴、使工作台面内旋转的轴以及吹动试样的轴，能够分别同时进行控制。此外，特别地在测定单晶的情况下，在进行测定之前需要其方位的调整。在单晶的测定中，通过角度控制而谋求较高的精度，因此利用与RxRy附属装置相比旋转半径大且精度高的测角器进行的调整较为合适。
出射侧光学单元9以及在其后配置的检测器10构成出射侧臂，通过2θ旋转系统或者2θχ旋转系统被可旋转地支承。在出射侧光学单元9的内部，保存对X射线向横向的发散进行限制的索勒狭缝、受光狭缝等。
上述的各轴被各旋转驱动装置进行驱动。各轴的旋转与驱动装置的关系如下所示。即，ω轴旋转通过θs旋转驱动装置21被驱动。2θ轴旋转通过θs旋转驱动装置21以及θd旋转驱动装置22被驱动。2θχ轴旋转通过2θχ旋转驱动装置23被驱动。χ轴旋转通过χ旋转驱动装置26被驱动。
Figure BDA0002827740630000101
轴旋转通过
Figure BDA0002827740630000102
旋转驱动装置27被驱动。此外，适当准备Z轴驱动装置、X轴Y轴驱动装置等，能够使试样相对于各轴进行平行移动。
θs旋转驱动装置21、θd旋转驱动装置22、2θχ旋转驱动装置23、χ旋转驱动装置26、
Figure BDA0002827740630000103
旋转驱动装置27、Z轴驱动装置、X轴Y轴驱动装置均能够使用电动马达等这种的驱动源、蜗杆和蜗轮等这种的传动装置等来构成。
并且，这些的驱动装置如图3所示那样，通过包含CPU28以及存储器29的控制装置40来控制它们的动作。存储器29中包含ROM(Read Only Memory)、RAM(Random AccessMemory)等这种的内部存储器以及硬盘等这种的外部存储器。用于实现由X射线衍射装置30执行的X射线衍射分析方法所用的一系列的动作的程序软件例如被保存在存储器29内的ROM内。
在控制装置40的输入端口，连接作为由作业者进行操作的输入装置的键盘32、与检测器10(参照图2)的输出端子所连接的X射线强度运算电路33。X射线强度运算电路33基于检测器10的输出信号来运算X射线强度。被运算出的X射线强度以信号的形式被传送至CPU28，被提供给基于该CPU28的运算处理。并且，根据需要，该运算出的X射线强度以图表等的形式作为影像而被显示于显示器34。
X射线衍射装置30如以上那样被构成。在使用该装置来进行X射线衍射测定、例如面内衍射测定的情况下，在图2所示的试样板18的规定位置安装试样S0。将相对于该试样S0的X射线入射角度δ设定为掠过试样表面的微小角度，将检测器10相对于试样S0的角度2θ设定为与X射线入射角度δ对应的规定值。
并且，通过抛物面多层膜反射镜7a将从X射线源F产生的X射线单色化，例如单色化为CuKα射线，同时将发散X射线束形成为平行X射线束。再有，通过索勒狭缝7b来限制横向的发散并且使平行X射线束以微小入射角度δ入射至试样S0。该状态下，通过以2θχ轴线为中心的旋转，使检测器10围绕试样S0进行扫描旋转移动，在该扫描旋转中由检测器10检测面内衍射线。
[控制装置的结构]
图4是表示控制装置40的功能性结构的框图。控制装置40具备输入部41、调整量决定部43、存储部45以及驱动指示部47，在X射线衍射测定时控制试样的姿势。控制装置40例如是PC。特别是在伴随着以面内为代表的
Figure BDA0002827740630000111
轴旋转的测定中，不进行基于RxRy附属装置的调整就能够进行高精度的测定。
输入部41接受表示试样相对于
Figure BDA0002827740630000112
轴的倾斜的倾斜信息的输入。倾斜信息是表示试样的面法线相对于特定的
Figure BDA0002827740630000113
值处的
Figure BDA0002827740630000114
轴的方向的信息或者相当于此的信息，是也相当于RxRy的事先调整量的信息。如后述那样，可以是基于
Figure BDA0002827740630000115
90°、180°的各个角度下的ω扫描的峰值位置的信息。峰值位置的信息可以根据由X射线衍射装置30检测出的数据而自动地被输入，也可以通过作业者进行输入。
调整量决定部43利用倾斜信息，决定用于相对于变化的
Figure BDA0002827740630000116
值来修正试样面法线或者晶格面法线与散射矢量的偏离量的ω值以及χ值的调整量。存储部45存储用于决定调整量的计算式或者表格。调整量决定部43能够按载置于测角器8上的XY工作台的每个测定位置来决定ω值以及χ值的调整量。由此，能够事先进行基于XY工作台的试样的位置调整从而进行伴随
Figure BDA0002827740630000117
轴旋转的测定，也能够进行面内映射。
调整量决定部43能够基于被存储的计算式以及倾斜信息来决定用于对试样面法线或者晶格面法线与散射矢量的偏离量进行修正的ω值以及χ值的调整量。这样通过使用计算式能够根据个别的状况来灵活地驱动测角器。
此外，根据倾斜信息，进行对与ω值以及χ值相对于变化的
Figure BDA0002827740630000121
值的调整值的对应关系进行确定的表格选择，使用选择出的表格的对应关系来决定ω值以及χ值的调整值。通过这样使用表格能够减少处理量，简单且快速的应对成为可能。
偏移角算出部46基于ω值以及χ值的调整量，算出试样的外形表面与晶格面的偏移角。算出的偏移角被用于解析，通过显示器等进行显示。由此，例如通过比较相当于Rx轴、Ry轴的值的ω值、χ值的调整量，例如能够解析基板表面的偏移角度、基板与外延生长膜的方位的偏移角的角度量及其偏离方位。另外，基板表面的偏移角度是因基板表面与基板晶格面的不一致引起的偏移角度，基板与外延生长膜的方位的偏移角是因基板结晶面与膜结晶面的不一致引起的偏移角度。
驱动指示部47在X射线衍射测定时，基于被决定的ω值以及χ值的调整量，根据试样的
Figure BDA0002827740630000122
轴旋转来使测角器驱动。由此，能够将对试样面法线或者晶格面法线与散射矢量的偏离量进行修正的调整角度从
Figure BDA0002827740630000123
轴旋转变换为独立的ω值以及χ值的调整量，以使得不受
Figure BDA0002827740630000124
轴的旋转的影响。其结果，不用在试样台载置RxRy附属装置来调整试样的倾斜，就能够进行伴随
Figure BDA0002827740630000125
轴旋转的测定。此外，还能够进行高精度的试样的倾斜的调整。
另外，在试样表面，使试样面法线(试样系统)与全反射条件的散射矢量(装置系统)一致相当于偏离量的修正。此外，在晶格面，使晶格面法线(试样系统)与衍射条件的散射矢量(装置系统)一致相当于偏离量的修正。
其结果，不用在试样板载置RxRy附属装置来调整试样的倾斜，就能够进行伴随
Figure BDA0002827740630000126
轴旋转的测定。此外，也能够与XY工作台、温度调节机构或者带有温度调节机构的XY工作台等的其他附属装置的组合。
驱动指示部47进行使载置于测角器上的XY工作台驱动的指示。并且，按XY工作台的每个测定位置，进行基于被决定的调整量并根据试样的
Figure BDA0002827740630000127
轴旋转来使测角器驱动的指示。能够进行在利用RxRy附属装置调整试样的倾斜的情况下不可能的、事先进行基于XY工作台的试样的位置调整来进行测定。
优选驱动指示部47使用能够同时驱动的三个以上的旋转轴来使测角器驱动。通过使用测角器的能够同时驱动的三个以上的旋转轴，可利用测角器调整试样的倾斜并且进行伴随
Figure BDA0002827740630000131
轴旋转的测定。
[X射线衍射测定的方法]
图5是表示本发明的X射线衍射测定的方法的流程图。作为事先准备，设定本测定的测定方法和测定条件。此时，根据需要切换为测定方法的光学系统来进行光学系统调整。通过这些作业，修正前的初始值(ω0，χ0)被决定。
如图5所示，首先，针对外延薄膜、单晶等的试样，在X射线衍射装置30的试样板18设置试样S0(步骤S1)。并且，输入进行ω扫描的
Figure BDA0002827740630000132
的位置等、用于事先测定的信息(步骤S2)。为了得到试样S0的倾斜信息，进行事先测定(步骤S3)。具体而言，作为倾斜信息，得到试样相对于
Figure BDA0002827740630000133
轴的倾斜度α和方位β。事先测定的详细在后面叙述。
通过事先测定得到的试样S0的倾斜信息被输入至控制装置40。控制装置40从存储部45读出计算式，使用读出的计算式来算出ω值以及χ值相对于
Figure BDA0002827740630000134
值的调整量(步骤S4)。另外，也可以取代步骤S2～S4，直接手动输入调整量。调整量的算出的详细在后面叙述。得到的调整量与驱动时用的计算式或者根据调整量算出的驱动控制值一起保存为表格(步骤S5)。驱动控制值的算出的详细在后面叙述。然后，显示虚拟RxRy或者倾斜度角度以及方位角度(步骤S6)。
接下来，如果准备完成则作业者输入测定开始的指示，控制装置40接受测定开始的指示(步骤S7)，读出步骤S5中所保存的驱动用的计算式或者表格(步骤S8)。然后，进行X射线衍射装置30的X射线的照射(步骤S9)、驱动轴的同时控制以及X射线的检测等的控制(步骤S10)，在完成期望范围的轴驱动之后结束测定。此时，将上述的步骤S5中得到的驱动控制值用于测定时的驱动轴的同时控制。在上述的例子中在算出后进行驱动控制，但是也可以同时并行地进行算出和驱动控制。另外，也可以交换步骤S9以及S10中的X射线的照射和驱动轴的同时控制。也就是说，在试样位置调整时应用本发明，在X射线照射之前旋转到作为对象的峰值位置的情况下，在驱动轴的同时控制之后进行X射线照射来进行测定。
[事先测定以及调整量算出]
图6A、图6B分别是表示事先测定以及调整量的算出的动作的一例的流程图。分别对应于图5的流程图的步骤S2以及S5，通过结束返回至原流程图。如图6A所示，在事先测定中，首先在
Figure BDA0002827740630000141
进行ω扫描，获取峰值位置ω＝P1(步骤S31)。接下来，在
Figure BDA0002827740630000142
进行ω扫描，获取峰值位置ω＝P2(步骤S32)。然后，在
Figure BDA0002827740630000143
进行ω扫描，获取峰值位置ω＝P3(步骤S33)。如果各峰值位置的获取完成则结束事先测定。
另外，此时根据调整试样面法线或者晶格面法线的哪个偏离量，作为扫描对象的峰值不同。在试样面法线的情况下，设定为全反射条件。例如，对于高密度的膜而言，设定为2θ＝0.8°，获取全反射强度的峰值位置。此外，在晶格面法线的情况下，设定为膜、基板的对称面的衍射条件。例如，对于Si基板而言，设定为2θ＝69.13°(Si004)，获取衍射强度的峰值位置。
此外，进行ω扫描的
Figure BDA0002827740630000144
的位置未必限定于0°、90°、180°，只要能够每隔90°在三个位置处的
Figure BDA0002827740630000145
进行ω扫描的测定即可。例如，也可以将错开10°的位置作为基准，进行ω扫描的
Figure BDA0002827740630000146
的位置是10°、100°、190°。
如上述那样得到的数据被用于调整量的算出。如图6B所示，在调整量的算出时，算出与
Figure BDA0002827740630000147
值对应的ω和χ的偏移值。首先，如以下的计算式(1)那样计算P1和P3的中心ω
Figure BDA0002827740630000148
(步骤S41)。
ω(φ)＝((P1+P3)/2)…(1)
然后，利用计算式(2)，计算试样相对于
Figure BDA0002827740630000149
轴的倾斜度α和方位β(步骤S42)。
Figure BDA00028277406300001410
得到的倾斜度α和方位β被输入至控制装置40。控制装置40读出存储部45中存储的计算式(3)，将对利用计算式(2)算出的α和β的值进行了代入的调整量的计算式存储为本测定中使用的调整量(步骤S43)，结束调整量算出的处理。另外，在预先准备了倾斜度α和方位β的情况下，能够省略步骤S2～步骤S42，直接替代为对控制装置40输入倾斜度α和方位β。
Figure BDA00028277406300001511
图7是表示ω值以及χ值相对于
Figure BDA0002827740630000151
值的调整量的图表。图7是以图表来表示设为α＝1、β＝0°时的计算式(3)的结果。由于ω与χ处于正交关系，因此如图7所示，相对于
Figure BDA0002827740630000152
值的变化，调整量Δχ从调整量Δω延迟90°相位。例如试样的面法线相对于
Figure BDA0002827740630000153
轴倾斜的情况下，
Figure BDA0002827740630000154
旋转与摇摆曲线的峰值位置的关系能够以Sin曲线表示。
此外，在上述的事先测定中，将进行ω扫描的
Figure BDA0002827740630000155
的位置设为三处，但是也可以按
Figure BDA0002827740630000156
的每个任意的角度进行ω扫描，针对各
Figure BDA0002827740630000157
的位置获取峰值。从分别获取的峰值减去作为基准的值，分别算出调整量Δω。例如，设为2θ＝0.5°，按每15°来进行ω扫描的情况下，作为基准的值为ω＝2θ/2＝0.25°。从获取到的全部的峰值减去0.25°得到的值为调整量(Δω)。将
Figure BDA0002827740630000158
的Δω的值设为
Figure BDA0002827740630000159
的Δχ，将对应的
Figure BDA00028277406300001510
的Δω适用于Δχ。也能够将这样总结出的表格作为调整量来使用。若事先测定结束，则表格自动被生成。在同样形式的表格预先准备了的情况下，省略(步骤S2～步骤S4)，能够代替为直接对控制装置40输入。
得到的调整量变换为以修正前的初始值作为基准的驱动控制值并进行保存。控制装置40读出存储部45中存储的计算式(4)，将代入了被输入的ω0和χ0的值的调整量的计算式保存为本测定中使用的驱动控制值。基于本测定的测定方法和测定条件、光学系统调整的结果，来决定ω0和χ0的值。例如，作为测定方法面内测定，对测定条件设定入射角度ω＝0.5°的情况下，对计算式(4)的ω0的值代入0.5得到的计算式成为驱动控制值。在图2所示的五轴测角器8的结构中，根据组装的精度、光学系统调整的结果，决定χ0的值。在试样台被安装于χ托架以使得试样板的表面相对于直接波束水平的情况下，χ0＝0°。在安装发生偏离等情况下，试样板表面相对于直接波束的从水平的偏离量用作为χ0。另外，上述的偏离量可通过光学系统调整得到。
Figure BDA00028277406300001613
接下来，反复进行ω、χ的算出和
Figure BDA0002827740630000161
的旋转驱动。ω、χ的算出使用将ω0和χ0的值代入计算式(4)得到的调整量的计算式。例如，作为测定条件而将
Figure BDA00028277406300001612
测定时的步级(step)设为0.1°的情况下，
Figure BDA0002827740630000162
的旋转以0.05°步级进行。控制开始时的驱动控制值计算为
Figure BDA0002827740630000163
旋转的驱动开始位置。之后，使用每次增加0.05°的
Figure BDA0002827740630000164
的值，算出ω、χ的值。按每个
Figure BDA0002827740630000165
的步级，反复进行驱动控制值的算出和同时控制。
在使用以事先测定的其他形式存储的表格的情况下，基于相对于
Figure BDA0002827740630000166
的调整量(Δω、Δχ)使用计算式(4)来算出控制驱动值(ω、χ)，在该表格中保存转记了算出的值的表格。图8是表示相对于
Figure BDA0002827740630000167
值的调整量Δω和Δχ以及驱动控制值ω、χ的表格。在使用表格的情况下，将相当于
Figure BDA0002827740630000168
旋转的驱动开始位置的
Figure BDA0002827740630000169
值和与其对应的驱动控制值的ω值和χ值作为驱动开始值，参照表格的驱动控制值来进行控制。此外，在驱动的步级比表格的步级细的情况下，可以算出并使用对两点间的值进行线性插值而得到的值。
此外，也可以根据将ω0和χ0的值代入调整量的计算式(4)而得到的调整量的计算式，变换为表格形式。该情况下，将以任意的
Figure BDA00028277406300001610
步级算出的控制驱动值转记的表格被保存。通过事先全部算出控制驱动值，没有耗费控制中的计算成本，因此控制时的吞吐量得以提升。
[实施例1]
(倒易晶格图测定：Reciprocal space mapping measurement)
在单晶基板或在其上制膜的单晶薄膜(外延薄膜)，评价其晶格常数、应变状态。这些评价通过从接近于膜厚方向的晶格面(对称面)倾斜的晶格面(非对称面)的倒易晶格图来进行。
在测定前，需要预先调整测定对象的晶格面的面内旋转和倾斜度。在评价从对称面的倾斜度的程度的情况下，通过一般的调整顺序来调整试样的高度之后，需要进行非对称面的旋转方向的调整(
Figure BDA00028277406300001611
扫描)、相对于对称面的表面的倾斜度和歪斜的调整(ω扫描和χ扫描)、以及再次的非对称面的相对于对称面的倾斜度的调整(ω扫描)的这种顺序下的调整。此外，为了针对多个非对称面进行倒易晶格图测定，需要针对各个测定面进行该操作。通过本发明的实施能够简化这些操作。
作为一例，说明相对于膜厚方向进行了c轴生长的GaN外延薄膜的GaN(11-24)周围的倒易晶格图测定的顺序。
首先，为了预先进行非对称面的倒易晶格图测定，对GaN(11-24)的测定配置(ω0：89.09°、2θ：99.9)进行条件设定。接下来，在试样板设置GaN外延薄膜，实施试样的高度的调整(相当于步骤S1)。然后，进行利用了对称面GaN(0002)的峰值的事先测定(相当于步骤S2、S3)，获取GaN的c轴相对于
Figure BDA0002827740630000171
轴的倾斜度α和方位(方位角)β。之后，基于获取的倾斜度α以及方位(方位角)β，算出ω值以及χ值相对于
Figure BDA0002827740630000172
值的调整量(相当于步骤S4)。
接下来，保存根据GaN(11-24)的测定配置中的基准的入射角度ω0得到的控制驱动值(相当于步骤S5)。此时，可以显示虚拟RxRy或者倾斜度角度以及方位角度(相当于步骤S6)。然后，进行移动至GaN(11-24)的测定配置、并进行调整的指示(相当于步骤S7)。接下来，读出被保存的计算式(相当于步骤S8)。然后，直到测定配置来使试样进行
Figure BDA0002827740630000173
轴旋转时，进行驱动轴的同时控制。进行X射线照射，进行调整，在非对称面的旋转方向的调整(
Figure BDA0002827740630000174
扫描)时进行驱动轴的同时控制(相当于步骤S9以及S10)。若调整结束，则开始GaN(11-24)周围的倒易晶格图测定。
之后，为了测定其他的非对称面，仅对测定对象的非对称面的测定配置进行条件设定，就能够更新控制驱动值。此时，若根据上述决定的GaN(11-24)的
Figure BDA0002827740630000175
位置来相对地决定
Figure BDA0002827740630000176
则也能够省略调整。例如，为了进行处于从GaN(11-24)进行了30°面内旋转的方向的GaN(10-15)的测定，将从上述中调整了的GaN(11-24)的
Figure BDA0002827740630000178
使其进行30°相对移动而得到的值，设定为GaN(10-15)的测定配置(
Figure BDA0002827740630000177
调整值+30°、ω0：73.08°、2θ：105.01°)即可。由于若按照更新了的控制驱动值进行移动则能够移动至偏离量被修正的位置，因此与一般的调整顺序相比能够简单地开始测定。
在上述的例子中，在非对称面的倒易晶格图测定的调整中应用本发明，但是在非对称面的面外(out of plane)衍射测定(2θ/ω扫描)、摇摆曲线测定(ω扫描)、对称面下的倒易晶格图测定的调整中也同样能够适用。
[实施例2]
(适用面内轴的摇摆曲线测定)
在搭载有面内轴的测角器中，通过测定处于单晶薄膜的试样表面面内方向的晶格面的方位，能够评价试样的外形、相对于基板的结晶方位的面内方向的结晶方位。在使用了面内轴的摇摆曲线测定中，通过相对于试样表面的入射角度的控制，能够控制所照射的X射线相对于试样的潜入深度。
在面内方向的结晶方位评价中，进行试样的面内旋转(
Figure BDA0002827740630000181
扫描)，但是可在测定中进行伴随
Figure BDA0002827740630000182
的移动的X射线向试样的入射角度和试样的歪斜的控制，以使得试样表面如图1A那样倾斜的情况下如图1B那样入射角度没有变化。基于本发明的进行c轴生长的GaN(1-100)的结晶方位评价能够按以下顺序进行。
首先，为了进行GaN(1-100)的摇摆曲线测定(
Figure BDA0002827740630000183
扫描)，设定GaN(1-100)的测定配置(入射角度ω0：0.5deg、2θχ：32.5deg)。接下来，在试样板设置GaN外延薄膜，调整试样的高度(相当于步骤S1)。然后，利用GaN表面的入射X射线的全反射来进行事先测定(相当于步骤S2、S3)。通过该事先测定，获取试样表面法线相对于
Figure BDA0002827740630000184
轴的倾斜度α和方位(方位角)β。基于获取的倾斜度α和方位(方位角)β，算出ω值以及χ值相对于
Figure BDA0002827740630000185
值的调整量(相当于步骤S4)。利用算出的调整量，算出并保存相对于入射角度ω0的控制驱动值(相当于步骤S5)。此时，可以显示虚拟RxRy或者倾斜度角度以及方位角度(相当于步骤S6)。
接下来，进行移动至GaN(1-100)的测定配置、并进行摇摆曲线测定的指示(相当于步骤S7)。接受指示，读出所保存的计算式(相当于步骤S8)。然后，进行X射线照射，在
Figure BDA0002827740630000186
扫描时进行驱动轴的同时控制(相当于步骤S9、S10)。这样，能够根据得到的峰值位置决定GaN(1-100)相对于样本外形的方位。
在上述的例子中，在面内衍射测定之中的摇摆曲线测定(
Figure BDA0002827740630000187
扫描)中应用了发明，但是在以2∶1的相对速度对2θχ和
Figure BDA0002827740630000188
同时进行扫描的面内测定(
Figure BDA0002827740630000189
扫描)、使用了一边改变测角器的配置一边进行
Figure BDA00028277406300001810
扫描的面内轴的极点测定中也能够应用。

Claims (12)

1.一种控制装置，对试样的姿势进行控制，其特征在于，具备：
输入部，接受表示试样相对于
Figure FDA0002827740620000011
轴的倾斜的倾斜信息的输入；
调整量决定部，使用所述倾斜信息，决定用于相对于变化的
Figure FDA0002827740620000012
值来对试样面法线或者晶格面法线与散射矢量的偏离量进行修正的ω值以及χ值的调整量；和
驱动指示部，在X射线衍射测定时，基于所决定的所述ω值以及χ值的调整量，与所述试样的
Figure FDA0002827740620000013
轴旋转相应地驱动测角器。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述测角器具有能够同时进行驱动的三个以上的旋转轴，
所述驱动指示部使用所述三个以上的旋转轴来驱动所述测角器。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，
所述三个以上的旋转轴包含
Figure FDA0002827740620000014
轴、χ轴以及ω轴。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，
组合作为两个驱动轴的θs轴以及θd轴来控制所述ω轴，
所述θs轴是对X射线的入射角度进行控制的旋转轴，
所述θd轴是对X射线的受光角度进行控制的旋转轴。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的控制装置，其特征在于，
所述控制装置还具备：存储部，将ω值以及χ值相对于变化的
Figure FDA0002827740620000015
值的调整量存储为驱动时用的计算式，
所述驱动指示部基于所存储的所述驱动时用的计算式来驱动所述测角器。
6.根据权利要求1至4的任意一项所述的控制装置，其特征在于，
所述控制装置还具备：存储部，根据所述倾斜信息，将与ω值以及χ值相对于变化的
Figure FDA0002827740620000016
值的调整值的对应关系存储为表格，
所述调整量决定部基于所存储的所述表格的对应关系，决定ω值以及χ值的调整值。
7.根据权利要求1至4的任意一项所述的控制装置，其特征在于，
所述控制装置还具备：偏移角算出部，基于所述ω值以及χ值的调整量，算出所述试样的外形表面与晶格面的偏移角。
8.根据权利要求1至4的任意一项所述的控制装置，其特征在于，
所述X射线衍射测定是面内测定、面内极点测定、摇摆曲线测定、面外测定或者倒易晶格图测定。
9.根据权利要求1至4的任意一项所述的控制装置，其特征在于，
所述调整量决定部按载置于所述测角器上的XY工作台的每个测定位置来决定所述ω值以及χ值的调整量，
所述驱动指示部按所述XY工作台的每个测定位置，进行基于所决定的所述调整量并与所述试样的
Figure FDA0002827740620000021
轴旋转相应地来驱动所述测角器的指示。
10.一种系统，其特征在于，具备：
权利要求1至4的任意一项所述的控制装置；和
X射线衍射装置，构成使X射线入射至所述试样、并检测从所述试样产生的衍射X射线的光学系统，在所述光学系统具有所述测角器，
所述测角器具有能够同时进行驱动的三个以上的旋转轴，通过来自所述控制装置的指示而被驱动。
11.一种控制试样的姿势的方法，其特征在于，包括：
接受表示试样相对于
Figure FDA0002827740620000022
轴的倾斜的倾斜信息的输入的步骤；
使用所述倾斜信息，决定用于相对于变化的
Figure FDA0002827740620000023
值来对试样面法线或者晶格面法线与散射矢量的偏离量进行修正的ω值以及χ值的调整量的步骤；和
在X射线衍射测定时，基于所决定的所述ω值以及χ值的调整量，与试样的
Figure FDA0002827740620000024
轴旋转相应地驱动测角器的步骤。
12.一种记录介质，是记录程序的计算机可读取且非暂时的记录介质，其特征在于，所述程序是控制试样的姿势的程序，所述程序使计算机执行如下处理：
接受表示试样相对于
Figure FDA0002827740620000025
轴的倾斜的倾斜信息的输入的处理；
使用所述倾斜信息，决定用于相对于变化的
Figure FDA0002827740620000026
值来对试样面法线或者晶格面法线与散射矢量的偏离量进行修正的ω值以及χ值的调整量的处理；和
在X射线衍射测定时，基于所决定的所述ω值以及χ值的调整量，与试样的
Figure FDA0002827740620000031
轴旋转相应地驱动测角器的处理。
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