DE102023102197A1

DE102023102197A1 - Röntgenbeugungsvorrichtung und messverfahren

Info

Publication number: DE102023102197A1
Application number: DE102023102197.4A
Authority: DE
Inventors: Hisashi Konaka
Original assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Current assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Priority date: 2022-02-14
Filing date: 2023-01-31
Publication date: 2023-08-17
Also published as: CN116593509A; US20230258586A1; JP2023118009A

Abstract

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Röntgenbeugungsvorrichtung bereitgestellt. Die Röntgenbeugungsvorrichtung umfasst: eine Röntgenquelle, die dazu konfiguriert ist, eine Probe mit einem Röntgenstrahl zu bestrahlen; einen Probentisch, der dazu konfiguriert ist, zu erlauben, dass die Probe in einer solchen Weise angeordnet wird, dass der Röntgenstrahl gebeugt wird; einen Detektor, der dazu konfiguriert ist, einen gebeugten Röntgenstrahl, welcher der Röntgenstrahl ist, der gebeugt worden ist, in einer Dimension an einem Detektionsstreifen zu detektieren; ein Schlitzelement, das zwischen dem Probentisch und dem Detektor vorgesehen ist, und einen Schlitz umfasst, durch den der gebeugte Röntgenstrahl hindurchgehen kann; wobei eine Achse in einer Längsrichtung des Schlitzes parallel zu einer Achse in einer Längsrichtung des Detektionsstreifens ist.

Description

HINTERGRUND
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgenbeugungsvorrichtung und ein Messverfahren.
VERWANDTE TECHNIK
Die JP 2007-010486 A offenbart eine Röntgenbeugungsvorrichtung, die einen Röntgenstrahl über einen Parallelschlitzanalysator detektiert. Ferner offenbart die JP 2020-153724 A eine Röntgenbeugungsvorrichtung, die einen gebeugten Röntgenstrahl unter Verwendung eines eindimensionalen Detektors, eines zweidimensionalen Detektors, oder dergleichen detektiert.
Jedoch ist es bei der Röntgenbeugungsmessung, bei der ein Röntgenstrahl durch einen Parallelschlitzanalysator (PSA) detektiert wird, wie in der JP 2007-010486 A offenbart, schwierig, ein Profil von hoher Präzision und hoher Intensität aufrechtzuerhalten, und es gibt noch Raum für Verbesserung.
Zusätzlich können sogar bei der Röntgenbeugungsmessung ohne PSA wie in der JP 2020 - 153724 A Genauigkeit und Präzision nicht aufrechterhalten werden, abhängig von einer Einstellbedingung einer Probe, einer Form der Probe, etc., und es gibt noch Raum für Verbesserung.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, derartige Probleme zu lösen, und angesichts der obigen Umstände ist es der Zweck der vorliegenden Erfindung, eine Röntgenbeugungsvorrichtung und ein Messverfahren bereitzustellen, die unabhängig von den Bedingungen ein höchst genaues und präzises Profil mit höherer Intensität erhalten können.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Röntgenbeugungsvorrichtung bereitgestellt. Die Röntgenbeugungsvorrichtung umfasst: eine Röntgenquelle, die dazu konfiguriert ist, eine Probe mit einem Röntgenstrahl zu bestrahlen; einen Probentisch, der dazu konfiguriert ist, zu erlauben, dass die Probe in einer solchen Weise angeordnet wird, dass der Röntgenstrahl gebeugt wird; einen Detektor, der dazu konfiguriert ist, einen gebeugten Röntgenstrahl, welcher der Röntgenstrahl ist, der gebeugt worden ist, in einer Dimension an einem Detektionsstreifen zu detektieren; ein Schlitzelement, das zwischen dem Probentisch und dem Detektor vorgesehen ist, umfassend einen Schlitz, durch den der gebeugte Röntgenstrahl hindurchgehen kann; wobei eine Achse in einer Längsrichtung des Schlitzes parallel zu einer Achse in einer Längsrichtung des Detektionsstreifens ist.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 und einer Intensität eines Profils veranschaulicht.
3 ist ein Diagramm, das jeden Parameter der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 veranschaulicht.
4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 und einer Peakpräzision veranschaulicht.
5 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer Detektionsoberfläche 160a eines Detektors 160 und einer Röntgenstrahldetektionsposition D veranschaulicht, wenn ein Goniometerwinkel 2Θ und ein Beugungswinkel 2θ übereinstimmen.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen dem Detektor 160 und der Röntgenstrahldetektionsposition D veranschaulicht, wenn der Goniometerwinkel 2Θ und der Beugungswinkel 2θ übereinstimmen.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen dem Detektor 160 und der Röntgenstrahldetektionsposition D veranschaulicht, wenn der Goniometerwinkel 2Θ und der Beugungswinkel 2θ nicht übereinstimmen.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen dem Detektor 160 und der Röntgenstrahldetektionsposition D veranschaulicht, wenn der Goniometerwinkel 2Θ und der Beugungswinkel 2θ nicht übereinstimmen.
9 ist ein Diagramm, das ein durch eine Röntgenbeugungsmessung erhaltenes Profil veranschaulicht.
10 ist ein Diagramm, das einen Betrieb der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 beim Erfassen von Daten des gleichen Beugungswinkels 2θ veranschaulicht.
11 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel eines Betriebs der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
12 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel eines Betriebs der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
13 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 200 gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel zeigt.
14 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 300 gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel zeigt.
15 ist ein Beispiel eines Diagramms, das Genauigkeit und Präzision in einer Röntgenbeugungsmessung veranschaulicht.
16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 100, der Röntgenbeugungsvorrichtung 200 bzw. der Röntgenbeugungsvorrichtung 300 zeigt.
17 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform erlaubt wurde, dass sich eine Probe F in einer vertikalen Richtung bewegt.
18 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 200 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel erlaubt wurde, dass sich die Probe F in der vertikalen Richtung bewegt.
19 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 300 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel erlaubt wurde, dass sich die Probe F in der vertikalen Richtung bewegt.
20 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform erlaubt wurde, dass sich eine Probenoberfläche in einer Neigungsrichtung dreht.
21 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 200 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel erlaubt wurde, dass sich die Probenoberfläche in der Neigungsrichtung dreht.
22 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 300 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel erlaubt wurde, dass sich die Probenoberfläche in der Neigungsrichtung dreht.
23 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, wenn unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform erlaubt wird, dass eine Strahlenbreite eines einfallenden Röntgenstrahls 120 variiert.
24 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, wenn unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 200 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel erlaubt wird, dass die Strahlenbreite des einfallenden Röntgenstrahls 120 variiert.
25 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, wenn unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 300 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel erlaubt wird, dass die Strahlenbreite des einfallenden Röntgenstrahls 120 variiert.
26 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ein Einfallswinkel des einfallenden Röntgenstrahls 120 geändert wurde.
27 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 200 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel ein Einfallswinkel des einfallenden Röntgenstrahls 220 geändert wurde.
28 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 300 gemäß der zweiten Ausführungsform ein Einfallswinkel des einfallenden Röntgenstrahls geändert wurde.
29 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 400 gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt.
30 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der Röntgenbeugungsvorrichtung 400 gemäß der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt.
31 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 500 gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt.
32 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 600 gemäß einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt.
33 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 700 gemäß einer vierten Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt.
34 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 800 gemäß einer fünften Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt.
35 ist eine vergrößerte Ansicht, bei der eine durch eine gestrichelte Linie in 34 umgebene Region vergrößert ist.
36 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 900 gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
37 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 1000 unter Verwendung eines Lochblendenelements 1050 und eines zweidimensionalen Detektors 1060 zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend wird eine Röntgenbeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung basierend auf Ausführungsformen beschrieben. Verschiedene Merkmale, die in der Ausführungsform nachstehend beschrieben sind, können miteinander kombiniert werden. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist. Zusätzlich können Zeichnungen, die an die vorliegende Beschreibung angehängt sind, Komponenten in einer Proportion zeigen, die unterschiedlich von einer tatsächlichen ist, um ein charakteristisches Teil in einer leicht verständlichen Weise zu zeigen. In der vorliegenden Beschreibung sind drei räumliche Achsen, die zueinander orthogonal sind, eine X-Achse, eine Y-Achse, und eine Z-Achse, und sind Richtungen entlang der X-Achse, der Y-Achse, und der Z-Achse eine X-Achsenrichtung, eine Y-Achsenrichtung, bzw. eine Z-Achsenrichtung. Das Gleiche gilt für eine A-Achsenrichtung, eine B-Achsenrichtung, und eine C-Achsenrichtung.
Ein Verfahren zur Röntgenbeugungsmessung umfasst eine Out-of-Plane-Messung und eine In-Plane-Messung, die jeweils durch eine Richtung einer zu messenden Gitterebene definiert sind. Die Out-of-Plane-Messung ist ein Verfahren zum Evaluieren einer Gitterebene, die nicht senkrecht zu einer Probenoberfläche ist, wie in 1 gezeigt. Andererseits ist die In-Plane-Messung ein Verfahren zum Evaluieren einer Gitterebene, die senkrecht zu einer Probenoberfläche ist, wie in 36 gezeigt.
[Erste Ausführungsform]
Zuerst wird ein Fall beschrieben, in dem die Out-of-Plane-Messung durchgeführt wird.
1 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
Die Röntgenbeugungsvorrichtung 100 umfasst eine Röntgenquelle 110, einen Probentisch 130, ein Schlitzelement 150, und einen Detektor 160. Die Röntgenquelle 110 ist dazu konfiguriert, eine Probe F mit einem einfallenden Röntgenstrahl 120 zu bestrahlen. Die Röntgenbeugungsvorrichtung 100 ist eine Vorrichtung für eine Out-of-Plane-Messung.
Ein XYZ-Koordinatensystem in 1 ist ein kartesisches Koordinatensystem, das mit Bezug auf eine Installationsoberfläche 130a der Probe F des Probentisches 130 eingestellt ist. Positive und negative Achsen sind wie in 1 gezeigt. Eine Ebene, die durch eine X-Achsenrichtung und eine Y-Achsenrichtung definiert ist, ist parallel zu der Installationsoberfläche 130a des Probentisches 130, und eine Z-Achsenrichtung ist senkrecht zu der Installationsoberfläche 130a des Probentisches 130. Das Gleiche gilt für die X-Achsenrichtung, die Y-Achsenrichtung, und die Z-Achsenrichtung in nachfolgenden Seitenansichten. Wenn eine kleine Menge der Probe F an der Installationsoberfläche 130a abgeflacht ist, wird eine Dicke von dieser vernachlässigbar klein; somit kann die Probenoberfläche als mit der Installationsoberfläche 130a zusammenfallend behandelt werden. Zusätzlich sind in der ersten Ausführungsform XYZ-Koordinaten auf der Installationsoberfläche 130a des Probentisches 130 basiert, können aber auch auf der Probenoberfläche basiert sein.
Ein ABC-Koordinatensystem in 1 ist ein kartesisches Koordinatensystem, das mit Bezug auf eine Detektionsoberfläche 160a des Detektors 160 eingestellt ist. Positive und negative Achsen sind wie in 1 gezeigt. Eine Ebene, die durch eine A-Achsenrichtung und eine B-Achsenrichtung definiert ist, ist parallel zu der Detektionsoberfläche 160a des Detektors 160, und eine C-Achsenrichtung ist senkrecht zu der Detektionsoberfläche 160a des Detektors 160. Das Gleiche gilt für die A-Achsenrichtung, die B-Achsenrichtung, und die C-Achsenrichtung in nachfolgenden Seitenansichten.
Bei einer Röntgenbeugungsmessung dreht und bewegt sich der Detektor 160 entlang eines Kreises, der als Goniometer-Kreis bezeichnet wird, mit einem Goniometer-Zentrum als Referenz, um einen durch die Probe F gebeugten Röntgenstrahl zu detektieren.
Die Röntgenquelle 110 strahlt den einfallenden Röntgenstrahl 120 zu der Probe F hin an dem Probentisch 130 ab. Zu diesem Zeitpunkt ist der von der Röntgenquelle 110 zu der Probe F abgestrahlte Röntgenstrahl mittels eines Einfallsschlitzes (nicht gezeigt) oder eines anderen Mittels ein paralleler Röntgenstrahl. Die Röntgenquelle 110 kann so fixiert sein, dass sie mit Bezug auf das Goniometerzentrum G arbeitet. Zusätzlich kann die Röntgenquelle 110 dazu konfiguriert sein, den einfallenden Röntgenstrahl 120, wie etwa CuKα, FeKα, etc., abzustrahlen.
Der Probentisch 130 ist dazu konfiguriert, zu erlauben, dass die Probe F in einer solchen Weise angeordnet wird, dass der einfallende Röntgenstrahl 120 (Röntgenstrahl) gebeugt wird. Die Probe F kann an dem Probentisch 130 angehaftet sein. Der einfallende Röntgenstrahl 120 wird zu einer Oberfläche der Probe F abgestrahlt. Der von der Röntgenquelle 110 emittierte einfallende Röntgenstrahl 120 trifft auf die Oberfläche der Probe F und wird an einer spezifischen Kristallgitterebene innerhalb der Probe F gebeugt. Ein gebeugter Röntgenstrahl 140, der durch die Kristallgitterebene gebeugt wurde, geht durch einen Schlitz 151 des Schlitzelements 150 hindurch und wird durch einen Detektionsstreifen 161 des Detektors 160 detektiert.
Das Schlitzelement 150 ist zwischen dem Probentisch 130 und dem Detektor 160 vorgesehen. Hier umfasst das Schlitzelement 150 den Schlitz 151, durch den der gebeugte Röntgenstrahl 140 hindurchgehen kann. Eine Längsachse (B-Achsenrichtung) des Schlitzes 151 des Schlitzelements 150 ist parallel zu einer Längsachse (B-Achsenrichtung) des Detektionsstreifens 161. In anderen Worten ist der Schlitz 151 entlang der B-Achsenrichtung gebildet. Ferner ist eine Breite des Schlitzes 151 in einer Querrichtung (A-Achsenrichtung) breiter als eine Breite des Detektionsstreifens 161 in einer Querrichtung (A-Achsenrichtung). In einer anderen Ausführungsform kann die Breite des Schlitzes 151 in der Querrichtung schmäler als die Breite des Detektionsstreifens 161 in der Querrichtung sein. Außerdem kann die Breite des Schlitzes 151 in der Querrichtung gleich der Breite des Detektionsstreifens 161 in der Querrichtung sein. Zusätzlich umfasst der Schlitz 151 eine verjüngte Form in einer Richtung von dem Probentisch 130 zu dem Detektor 160. Das heißt, der Schlitz 151 umfasst eine verjüngte Form, die sich in einer + Richtung der C-Achse ausbreitet. Durch Konfigurieren des Schlitzes 151 in einer verjüngten Form, kann ein Hintergrund eines Profils reduziert werden. Zusätzlich ist das Schlitzelement 150 an dem Probentisch 130, dem Detektor 160, oder einem Arm des Goniometers getragen. Außerdem kann das Schlitzelement 150 aus Molybdän oder dergleichen konfiguriert sein, so lange es die Eigenschaft aufweist, den Röntgenstrahl nicht zu transmittieren.
Außerdem kann, anstatt einen Röntgenstrahl auf eine extrem kleine Region einzustrahlen, das Schlitzelement 150 dazu vorgesehen sein, einen Schlitz 151 mit einer geeigneten Größe zu umfassen. Dies macht es möglich, einen gebeugten Röntgenstrahl von einer spezifischen Position zu messen.
Der Detektor 160 ist dazu konfiguriert, den gebeugten Röntgenstrahl 140, welcher der Röntgenstrahl ist, der gebeugt worden ist, in einer Dimension an dem Detektionsstreifen 161 zu detektieren. Das heißt, der Detektor 160 ist ein eindimensionaler, positionssensitiver Detektor in einer Ebene, die parallel zu einer Beugungsebene ist. Der Detektionsstreifen 161, der als eine langgestreckte Oberfläche konfiguriert ist, die sich in der B-Achsenrichtung erstreckt, konfiguriert einen Detektionskanal, und eine Vielzahl der Detektionskanäle (z.B. 128), die in einer horizontalen Richtung (A-Achsenrichtung) angeordnet sind, konfigurieren die Detektionsoberfläche 160a. Wenn ein gebeugter Röntgenstrahl mit einem beliebigen Beugungswinkel 2θ an der Detektionsoberfläche 160a detektiert wird, kann durch Integrieren eines Messergebnisses des gleichen Beugungswinkels 2θ, das mit unterschiedlichen Detektionsstreifen 161 gemessen wurde, ein Profil von hoher Intensität (Peak) erhalten werden. Hier gilt, je schmäler die Breite des Detektionsstreifens 161 ist, umso höher die Genauigkeit, aber umso niedriger die Intensität. Durch Erhöhen der Anzahl der Detektionsstreifen 161, können Daten von hoher Intensität erhalten werden, während eine hohe Genauigkeit aufrechterhalten wird. Der Detektor 160 muss nur in der Lage sein, in einer Dimension zu detektieren, und kann eine Funktion umfassen, die in der Lage ist, in einer Null-Dimension oder in zwei Dimensionen zu detektieren.
Als Nächstes wird eine Beziehung zwischen der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und einem erhaltenen Profil unter Bezugnahme auf 2 bis 4 beschrieben.
2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 und einer Intensität eines Profils veranschaulicht.
Ein kürzester Abstand L_S von der Probe F (genauer gesagt, von dem Goniometerzentrum G) zu einer vorderen Oberfläche 150a des Schlitzelements 150 und eine Schlitzbreite Ws in der Querrichtung (A-Achsenrichtung) des Schlitzes 151 beeinflussen die Intensität des gemessenen Profils. Das heißt, wie in Gleichung 1 gezeigt, ist die Intensität des messbaren Profils proportional zu dem Abstand Ls und der Schlitzbreite Ws. Ein Kürzen des Abstands L_S erhöht die Intensität des Profils, ohne die Genauigkeit zu verringern. $Intensit \ddot{a} t \propto {tan}^{- 1} (W_{S} {/2L}_{S})$
Der kürzeste Abstand L_S von dem Goniometerzentrum G zu der vorderen Oberfläche 150a des Schlitzelements 150 ist beispielsweise von 5 bis 160 mm, vorzugsweise von 5 bis 50 mm, kann insbesondere beispielsweise 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129, 130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158, 159, 160 mm sein, oder kann innerhalb eines Bereichs zwischen irgendwelchen zwei der hierin exemplifizierten numerischen Werte sein.
Die Schlitzbreite Ws in der Querrichtung (A-Achsenrichtung) des Schlitzes 151 kann beispielsweise 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05, 0,06, 0,07, 0,08, 0,09, 0,1, 0,11, 0,12, 0,13, 0,14, 0,15, 0,16, 0,17, 0,18, 0,19, 0,2, 0,21, 0,22, 0,23, 0,24, 0,25, 0,26, 0,27, 0,28, 0,29, 0,3, 0,31, 0,32, 0,33, 0,34, 0,35, 0,36, 0,37, 0,38, 0,39, 0,4, 0,41, 0,42, 0,43, 0,44, 0,45, 0,46, 0,47, 0,48, 0,49, 0,5, 0,51, 0,52, 0,53, 0,54, 0,55, 0,56, 0,57, 0,58, 0,59, 0,6, 0,61, 0,62, 0,63, 0,64, 0,65, 0,66, 0,67, 0,68, 0,69, 0,7, 0,71, 0,72, 0,73, 0,74, 0,75, 0,76, 0,77, 0,78, 0,79, 0,8, 0,81, 0,82, 0,83, 0,84, 0,85, 0,86, 0,87, 0,88, 0,89, 0,9, 0,91, 0,92, 0,93, 0,94, 0,95, 0,96, 0,97, 0,98, 0,99, 1, 1,05, 1,1, 1,15, 1,2, 1,25, 1,3, 1,35, 1,4, 1,45, 1,5, 1,55, 1,6, 1,65, 1,7, 1,75, 1,8, 1,85, 1,9, 1,95, 2, 2,05, 2,1, 2,15, 2,2, 2,25, 2,3, 2,35, 2,4, 2,45, 2,5, 2,55, 2,6, 2,65, 2,7, 2,75, 2,8, 2,85, 2,9, 2,95, 3 mm sein, oder kann innerhalb eines Bereichs zwischen irgendwelchen zwei der hierin exemplifizierten numerischen Werte sein.
Als Nächstes wird eine Beziehung zwischen der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 und einer Peakpräzision in dem Profil unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben.
3 ist ein Diagramm, das jeden Parameter der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 veranschaulicht.
Die Peakpräzision wird durch einen kürzesten Abstand L von der vorderen Oberfläche 150a des Schlitzelements 150 zu der Detektionsoberfläche 160a des Detektors 160, der Schlitzbreite Ws in der Querrichtung (A-Achsenrichtung) des Schlitzes 151, und einer Streifenbreite W_D in der Querrichtung (A-Achsenrichtung) des Detektionsstreifens 161 bestimmt.
4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 und der Peakpräzision veranschaulicht.
Eine Halbwertsbreite (full width at half maximum; FWHM) eines Peaks wird als ein Präzisionsindex verwendet. Die FWHM kann wie in Gleichung 2 gezeigt approximiert werden. Das heißt, durch Vergrößern des kürzesten Abstands L von der vorderen Oberfläche 150a des Schlitzelements 150 zu der Detektionsoberfläche 160a des Detektors 160 oder Verkleinern der Schlitzbreite Ws in der Querrichtung (A-Achsenrichtung) des Schlitzes 151 oder der Streifenbreite W_D in der Querrichtung (A-Achsenrichtung) des Detektionsstreifens 161 kann die FWHM verringert und kann die Peakpräzision erhöht werden. $FWHM \approx {tan}^{- 1} ((W_{S} + W_{D}) / 2 L) + {tan}^{- 1} (| W_{S} - W_{D} | / 2 L)$
Die Streifenbreite W_D in der Querrichtung (A-Achsenrichtung) des Detektionsstreifens 161 ist beispielsweise geringer als 0,01 mm, vorzugsweise von 0,01 bis 0,5 mm, und bevorzugter von 0,05 bis 0,2 mm. Insbesondere kann beispielsweise die Streifenbreite W_D 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05, 0,06, 0,07, 0,08, 0,09, 0,1, 0,11, 0,12, 0,13, 0,14, 0,15, 0,16, 0,17, 0,18, 0,19, 0,2, 0,21, 0,22, 0,23, 0,24, 0,25, 0,26, 0,27, 0,28, 0,29, 0,3, 0,31, 0,32, 0,33, 0,34, 0,35, 0,36, 0,37, 0,38, 0,39, 0,4, 0,41, 0,42, 0,43, 0,44, 0,45, 0,46, 0,47, 0,48, 0,49, 0,5 mm sein, oder kann innerhalb eines Bereichs zwischen irgendwelchen zwei der hierin exemplifizierten numerischen Werte sein.
Der kürzeste Abstand L von der vorderen Oberfläche 150a des Schlitzelements 150 zu der Detektionsoberfläche 160a des Detektors 160 ist beispielsweise 50 bis 300 mm, bevorzugter von 100 bis 300 mm. Insbesondere kann der kürzeste Abstand L 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 300 mm sein, oder kann innerhalb eines Bereichs zwischen irgendwelchen zwei der hierin exemplifizierten numerischen Werte sein.
Deshalb werden basierend auf der Gleichung 1 der kürzeste Abstand Ls von dem Goniometerzentrum G zu der vorderen Oberfläche 150a des Schlitzelements 150 und die Schlitzbreite Ws in der Querrichtung (A-Achsenrichtung) des Schlitzes 151 für die Intensität des Profils beliebig angepasst. Ferner werden basierend auf der Gleichung 2 der kürzeste Abstand L von der vorderen Oberfläche 150a des Schlitzelements 150 zu der Detektionsoberfläche 160a des Detektors 160, die Schlitzbreite Ws und die Streifenbreite W_D in der Querrichtung (A-Achsenrichtung) des Detektionsstreifens 161 für die Peakpräzision beliebig angepasst. In anderen Worten können die Intensität und die Genauigkeit durch Anpassen des Abstands Ls, des Abstands L, der Schlitzbreite Ws und der Streifenbreite W_D in der vorliegenden Ausführungsform beliebig angepasst werden.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 5 bis 8 eine Beziehung zwischen dem Goniometerwinkel 2Θ, dem Detektionsstreifen 161, einem Detektionsstreifen 162, und einem Detektionsstreifen 163 an der Röntgenstrahldetektionsposition D der Detektionsoberfläche 160a des Detektors 160, und dem Beugungswinkel 2Θ beschrieben. Die Beziehung kann wenigstens, aber nicht darauf beschränkt, angewandt werden, wenn der einfallende Röntgenstrahl 120 ein paralleler Röntgenstrahl ist. Zuerst wird ein Fall einer Röntgenstrahldetektionsposition D=0 unter Verwendung von 5 und 6 beschrieben. Hier ist eine Goniometerzentrumslinie GL eine gerade Linie, die durch das Goniometerzentrum G hindurchgeht und sich in der Y-Achsenrichtung erstreckt. Eine Schlitzzentrumslinie SL ist eine gerade Linie, die durch ein Zentrum in der Querrichtung (A-Achsenrichtung) des Schlitzes 151 hindurchgeht und sich in der B-Achsenrichtung erstreckt. Außerdem ist eine Detektorzentrumslinie DL eine gerade Linie, die durch die Position der Röntgenstrahldetektionsposition D=0 des Detektors 160 hindurchgeht und sich in der B-Achsenrichtung erstreckt. Eine gerade Linie, die irgendwelche Punkte auf der Goniometerzentrumslinie GL, der Schlitzzentrumslinie SL, und der Detektorzentrumslinie DL verbindet, ist dazu vorgesehen, fluchtend ausgerichtet zu sein.
5 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Detektionsoberfläche 160a des Detektors 160 und der Röntgenstrahldetektionsposition D veranschaulicht, wenn der Goniometerwinkel 2Θ und der Beugungswinkel 2Θ übereinstimmen. Ferner ist 6 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen dem Detektor 160 und der Röntgenstrahldetektionsposition D veranschaulicht, wenn der Goniometerwinkel 2Θ und der Beugungswinkel 2θ übereinstimmen.
Wie in 5 und 6 gezeigt, sind das Goniometerzentrum G, die durch das Zentrum in der Querrichtung (A-Achsenrichtung) des Schlitzes 151 hindurchgehende Schlitzzentrumslinie SL, und der Detektionsstreifen 161 dazu vorgesehen, fluchtend ausgerichtet zu sein. Es wird angenommen, dass der gebeugte Röntgenstrahl 141, der in dem Beugungswinkel 2θ gebeugt wird, von der an dem Goniometerzentrum G angeordneten Probenoberfläche 131 durch den Schlitz 151 des Schlitzelements 150 hindurchgeht, und den in dem Abstand L von dem Schlitz 151 angeordneten Detektor 160 erreicht. Der Goniometerwinkel zu diesem Zeitpunkt ist 2Θ₀, und die Röntgenstrahldetektionsposition D des Detektors 160 ist D=0. Das heißt, wenn der Goniometerwinkel 2Θ₀ ist, kann der Detektionsstreifen 161 (erster Detektionsstreifen) des Detektors 160 den gebeugten Röntgenstrahl 141, der in dem Beugungswinkel 2θ gebeugt wird, an der Röntgenstrahldetektionsposition D=0 detektieren.
Als Nächstes wird ein Fall einer Röntgenstrahldetektionsposition D≠0 unter Verwendung von 7 und 8 beschrieben.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen dem Detektor 160 und der Röntgenstrahldetektionsposition D veranschaulicht, wenn der Goniometerwinkel 2Θ und der Beugungswinkel 2θ nicht übereinstimmen.
Wie in 7 gezeigt, geht, wenn der Goniometerwinkel 2Θ um δ_i kleiner als der Beugungswinkel 2Θ ist, ein gebeugter Röntgenstrahl 142, der in dem Beugungswinkel 2Θ gebeugt wird, von der Probenoberfläche 132 durch den Schlitz 151 hindurch und erreicht den Detektionsstreifen 162 (zweiter Detektorstreifen) an der Röntgenstrahldetektionsposition D=D; des Detektors 160. Das heißt, das Goniometerzentrum G, die durch das Zentrum des Schlitzes 151 in der Querrichtung (A-Achsenrichtung) hindurchgehende Schlitzzentrumslinie SL, und der Detektionsstreifen 162 sind dazu vorgesehen, fluchtend ausgerichtet zu sein. Es ist zu beachten, dass die Röntgenstrahldetektionsposition D=D_i eine Position ist, die mit der Röntgenstrahldetektionsposition D=0 als Bezug einen positiven Wert annimmt.
Ferner ist 8 eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen dem Detektor 160 und der Röntgenstrahldetektionsposition D veranschaulicht, wenn der Goniometerwinkel 2Θ und der Beugungswinkel 2θ nicht übereinstimmen.
Wie in 8 gezeigt, geht, wenn der Goniometerwinkel 2Θ um δ_j größer als der Beugungswinkel 2Θ ist, der gebeugte Röntgenstrahl 143, der in dem Beugungswinkel 2Θ gebeugt wird, von der Probenoberfläche 133 durch den Schlitz 151 hindurch und erreicht den Detektionsstreifen 163 (zweiter Detektionsstreifen) an der Röntgenstrahldetektionsposition D=D_j des Detektors 160. Das heißt, das Goniometerzentrum G, die durch das Zentrum des Schlitzes 151 in der Querrichtung (A-Achsenrichtung) hindurchgehende Schlitzzentrumslinie SL, und der Detektionsstreifen 163 sind dazu vorgesehen, fluchtend ausgerichtet zu sein. Es ist zu beachten, dass die Röntgenstrahldetektionsposition D=D_j eine Position ist, die mit der Röntgenstrahldetektionsposition D=0 als Bezug einen negativen Wert annimmt.
Zwischen dem Goniometerwinkel 2Θ, dem Beugungswinkel 2θ, der Röntgenstrahldetektionsposition D des Detektors 160, und dem kürzesten Abstand L von der vorderen Oberfläche 150a des Schlitzelements 150 zu der Detektionsoberfläche 160a des Detektors 160 wird ein Beziehungsausdruck aufgestellt, der in Gleichung 3 gezeigt ist. Das heißt, der Beugungswinkel 2Θ des gebeugten Röntgenstrahls 141 hängt von dem kürzesten Abstand L von der vorderen Oberfläche 150a des Schlitzelements 150 zu der Detektionsoberfläche 160a des Detektors 160 ab. Gemäß einem anderen Gesichtspunkt hängt der Abstand L zwischen der vorderen Oberfläche 150a des Schlitzelements 150 und der Detektionsoberfläche 160a des Detektors 160 von dem Beugungswinkel 2θ des gebeugten Röntgenstrahls 142, dem Goniometerwinkel 2Θ, und einem kürzesten Abstand von dem Detektionsstreifen 161 (erster Detektionsstreifen) zu dem Detektionsstreifen 162 (zweiter Detektionsstreifen) ab. $2 θ = 2 Θ+ {tan}^{- 1} (D/L)$
9 ist ein Diagramm, das ein durch eine Röntgenbeugungsmessung erhaltenes Profil veranschaulicht.
Intensitäten, die von jedem des Detektionsstreifens 161, des Detektionsstreifens 162, und des Detektionsstreifens 163 erhalten wurden, sind integriert, um ein Profil zu bilden. Insbesondere wird zuerst der Beugungswinkel 2θ unter Verwendung der Gleichung 3 berechnet. Beispielsweise wird in 6 der Beugungswinkel 2θ unter Verwendung des kürzesten Abstands L von der vorderen Oberfläche 150a des Schlitzelements 150 zu der Detektionsoberfläche 160a des Detektors 160, des Goniometerwinkels 2Θ, und der Röntgenstrahldetektionsposition D=0 berechnet. Ferner wird in 7 der Beugungswinkel 2θ unter Verwendung des Abstands L, eines Goniometerwinkels 2Θ_i, und der Röntgenstrahldetektionsposition D=D; berechnet. Außerdem wird in 8 der Beugungswinkel 2θ unter Verwendung des Abstands L, eines Goniometerwinkels 2Θ_j, und der Röntgenstrahldetektionsposition D=D_j berechnet. Durch Integrierten von Daten des gleichen Beugungswinkels 2θ für von jedem Detektionsstreifen erhaltene Intensitätsdaten kann ein Profil erhalten werden. Dadurch kann ein Profil unter Verwendung des Abstands L als Parameter erhalten werden.
Als Nächstes wird ein Betrieb der oben beschriebenen Röntgenbeugungsvorrichtung 100 veranschaulicht.
Die Röntgenquelle 110 bestrahlt die Probe F des Probentisches 130 mit dem einfallenden Röntgenstrahl 120 und erlaubt, dass der Röntgenstrahl gebeugt wird. Der gebeugte Röntgenstrahl 140, welcher der Röntgenstrahl ist, der gebeugt worden ist, geht durch den Schlitz 151 des Schlitzelements 150 hindurch. Der Detektor 160 detektiert den gebeugten Röntgenstrahl 140 in einer Dimension.
10 ist ein Diagramm, das einen Betrieb der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 beim Erfassen von Daten des gleichen Beugungswinkels 2θ veranschaulicht.
In 10 sind das Schlitzelement 150 und der Detektor 160 in einer Kreisbewegung mit dem Goniometerzentrum G als Bezug. Während insbesondere der kürzeste Abstand L von dem Schlitz 151 zu der Detektionsoberfläche 160a und eine Achse in einer Längsrichtung (B-Achsenrichtung) des Schlitzes 151 parallel zu einer Achse in einer Längsrichtung (B-Achsenrichtung) des Detektionsstreifens 161 bleiben, ändern sich der Goniometerwinkel 2Θ und die Röntgenstrahldetektionsposition D. Der Detektor 160 detektiert den gebeugten Röntgenstrahl 142 mit dem Detektionsstreifen 161 (erster Detektionsstreifen), wenn der Beugungswinkel 2θ des gebeugten Röntgenstrahls 141 gleich dem Goniometerwinkel 2Θ ist. Wenn der Beugungswinkel 2θ nicht gleich dem Goniometerwinkel 2Θ ist, detektiert der Detektor 160 den gebeugten Röntgenstrahl 142 und den gebeugten Röntgenstrahl 143 mit dem Detektionsstreifen 162 und dem Detektionsstreifen 163 (zweiter Detektionsstreifen) anstatt mit dem Detektionsstreifen 161 (erster Detektionsstreifen). In anderen Worten können, auch wenn Daten zur gleichen Zeit gemessen werden (wenn der Goniometerwinkel 2Θ auf einem vorgegebenen Wert ist), Daten eines unterschiedlichen Beugungswinkels 2θ durch eine Position des Detektionsstreifens gemessen werden.
11 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel des Betriebs der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Der Probentisch 130 umfasst eine Installationsoberfläche 130a, an der die Probe F angeordnet ist, und ist dazu konfiguriert, sich parallel zu der Installationsoberfläche 130a zu bewegen. In anderen Worten bewegt sich in 11 der Probentisch 130 in der X-Achsenrichtung (Richtung eines durchgezogenen Pfeils) oder in der Y-Achsenrichtung. Eine derartige Bewegung in der X-Achsenrichtung oder der Y-Achsenrichtung ist beim Erhalten einer genaueren Beugungsintensität effektiv, wenn eine Korngröße einer Probe heterogen ist oder dergleichen. Ferner kann sich der Probentisch 130 senkrecht mit Bezug auf die Installationsoberfläche 130a bewegen. In anderen Worten kann sich in 11 der Probentisch 130 in der Z-Achsenrichtung (Richtung eines strichpunktierten Pfeils) bewegen. Außerdem kann es nur dem Probentisch 130 erlaubt sein, sich in der X-Achsenrichtung, der Y-Achsenrichtung, oder der Z-Achsenrichtung zu bewegen, ohne eine Einfallsseite der Röntgenquelle 110 oder dergleichen und eine Lichtempfangsseite des Detektors 160 oder dergleichen zu bewegen.
12 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel des Betriebs der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Der Probentisch 130 umfasst eine Installationsoberfläche 130a, an der die Probe F angeordnet ist, und ist dazu konfiguriert, eine Ausrichtung der Installationsoberfläche 130a zu ändern. Der Probentisch 130 ist dazu konfiguriert, sich um eine X-Achse (Richtung des durchgezogenen Pfeils) oder eine Y-Achse (Richtung des gestrichelten Pfeils) mit dem Goniometerzentrum G als Bezug zu drehen, um die Ausrichtung der Installationsoberfläche 130a zu ändern. In diesem Fall kann der Probentisch 130 es nur der Probe F erlauben, sich zu drehen, ohne die Einfallsseite der Röntgenquelle 110 oder dergleichen oder die Lichtempfangsseite des Detektors 160 oder dergleichen zu bewegen. Insbesondere kann für eine Probe F, wie etwa einen epitaktischen Dünnfilm, dessen Gitterebene normalerweise einer bestimmten Richtung zugewandt ist, wenn ein Winkel zwischen der Gitterebene der Probe F und dem einfallenden Röntgenstrahl 120 aufgrund der Drehung der Probe F eine Beugungsbedingung erfüllt, ein gebeugter Röntgenstrahl, der die Beugungsbedingung erfüllt, durch den Detektionsstreifen des Detektors 160 detektiert werden. Außerdem kann der Probentisch 130 dazu konfiguriert sein, sich um eine Z-Achse (Richtung des strichpunktierten Pfeils) mit dem Goniometerzentrum G als Bezug zu drehen, ohne die Ausrichtung der Installationsoberfläche 130a zu ändern. Es ist anzumerken, dass die Drehrichtung um die X-Achse auch als eine Neigungsrichtung bezeichnet wird.
[Erstes Vergleichsbeispiel]
13 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 200 gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel zeigt.
Die Röntgenbeugungsvorrichtung 200 in dem ersten Vergleichsbeispiel umfasst eine Röntgenquelle (nicht gezeigt), einen Probentisch 230, einen PSA 250, und einen Detektor 260. Bezüglich einer Basiskonfiguration der Röntgenquelle, des Probentisches 230, und des Detektors 260 wird auf den Probentisch 130 und den Detektor 160 in der ersten Ausführungsform verwiesen. Es ist anzumerken, dass die Beziehung zwischen dem Beugungswinkel 2θ und dem Goniometerwinkel 2Θ zwischen der ersten Ausführungsform und dem ersten Vergleichsbeispiel unterschiedlich ist. Insbesondere wird bei dem Detektor 160 der ersten Ausführungsform ein bestimmter Goniometerwinkel 2Θ basierend auf dem Abstand L von der vorderen Oberfläche 150a des Schlitzelements 150 zu der Detektionsoberfläche 160a des Detektors 160 in den Beugungswinkel 2θ umgewandelt. Bei dem Detektor 260 des ersten Vergleichsbeispiels wird jedoch ein bestimmter Goniometerwinkel 2Θ als gleich dem Beugungswinkel 2θ behandelt.
Der PSA 250 umfasst eine Vielzahl von Folien, die parallel angeordnet sind. Der Detektor 260 detektiert nur einen gebeugten Röntgenstrahl 240, der zwischen den Folien hindurchgeht. Dies erlaubt, dass der Detektor 260 ungeachtet von Bedingungen, wie etwa einer Position des Probentisches 230, das gleiche Profil erfasst. Es ist anzumerken, dass durch Verschmälern eines Zwischenraums zwischen den Folien und Verlängern eines optischen Pfads durch die Folien die Präzision des PSA 250 verbessert werden kann. Wenn jedoch der Zwischenraum der Folie verkürzt wird, kann ein gebeugter Röntgenstrahl durch die Folie gestreut werden. Aufgrund der Detektion des gestreuten gebeugten Röntgenstrahls nimmt die Präzision ab. Bei einer Messung unter Verwendung des PSA 250 wird ein Profil von hoher Genauigkeit, aber niedriger Intensität erhalten. Außerdem ändert sich, auch wenn eine Strahlenbreite des gebeugten Röntgenstrahls verbreitert wird, das erhaltene Profil nicht, was somit eine hochgenaue Messung ermöglicht.
[Zweites Vergleichsbeispiel]
14 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 300 gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel zeigt.
Die Röntgenbeugungsvorrichtung 300 in dem zweiten Vergleichsbeispiel umfasst eine Röntgenquelle (nicht gezeigt), einen Probentisch 330, und einen Detektor 360. Bezüglich der Röntgenquelle, des Probentisches 330, und des Detektors 360 wird auf den Probentisch 130 und den Detektor 160 in der ersten Ausführungsform verwiesen.
Als Nächstes werden Messergebnisse 1 bis 5 für die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform, das erste Vergleichsbeispiel, und das zweite Vergleichsbeispiel beschrieben.
[Messbedingung]
In der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 der ersten Ausführungsform ist der Abstand Ls zwischen dem Goniometerzentrum G und der vorderen Oberfläche 150a des Schlitzelements 150 30 mm. Der Abstand L zwischen der vorderen Oberfläche 150a des Schlitzelements 150 und der Detektionsoberfläche 160a des Detektors 160 ist 270 mm. Die Schlitzbreite Ws ist 0,15 mm, und die Streifenbreite W_D is 0,1 mm.
Ferner ist in der Röntgenbeugungsvorrichtung 200 des ersten Vergleichsbeispiels, des PSA 250, der diagonale Öffnungswinkel zwischen den parallelen Folien des PSA 250 (spitzer Winkel zwischen den zwei gestrichelten Linien in 13) 0,114°.
Außerdem ist in der Röntgenbeugungsvorrichtung 300 des zweiten Vergleichsbeispiels der Abstand zwischen dem Goniometerzentrum G und der Detektionsoberfläche 360a des Detektors 360 300 mm, und die Streifenbreite ist 0,1 mm.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Beobachten eines durch eine Röntgenbeugungsmessung erhaltenen Profils beschrieben.
15 ist ein Beispiel eines Diagramms, das Genauigkeit und Präzision bei der Röntgenbeugungsmessung veranschaulicht.
In einem durch die Röntgenbeugungsmessung erhaltenen Profil wird ein Peak beobachtet. Durch Analysieren von Position und Intensität des Peaks können Genauigkeit und Präzision einer Probe bestimmt werden. Die Genauigkeit wird aus der Position des Peaks bestimmt. Insbesondere wird die Genauigkeit durch eine Größe einer Diskrepanz zwischen einer Referenzposition, die eine Position ist, wo der Peak ursprünglich erhalten wird, und einer tatsächlich gemessenen Peakposition bestimmt. In anderen Worten kann, wenn die Position des Peaks nahe bei der Referenzposition ist, die Genauigkeit als hoch bestimmt werden. Andererseits kann, wenn die Position des Peaks entfernt von der Referenzposition ist, die Genauigkeit als niedrig bestimmt werden. Die Präzision wird aus einer Breite des Peaks (insbesondere der FWHM) bestimmt. Insbesondere kann, wenn die Breite des Peaks schmal ist, die Präzision als hoch bestimmt werden. Falls andererseits die Breite des Peaks breit ist, kann die Präzision als niedrig bestimmt werden. Es ist anzumerken, dass die Präzision auch als Winkelgenauigkeit bezeichnet werden kann.
[Messergebnis 1: Vergleich der Intensität]
16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 100, der Röntgenbeugungsvorrichtung 200 bzw. der Röntgenbeugungsvorrichtung 300 zeigt.
In 16 gibt eine durchgezogene Linie ein Ergebnis einer Messung mit dem Schlitzelement 150 der ersten Ausführungsform an. Ferner gibt in 16 eine strichpunktierte Linie ein Ergebnis der Messung mit dem ersten Vergleichsbeispiel unter Verwendung des PSA 250 an. Außerdem gibt in 16 eine gestrichelte Linie ein Ergebnis einer Messung in dem zweiten Vergleichsbeispiel an, bei dem Schlitz und PSA nicht verwendet werden. Verglichen mit der Röntgenbeugungsvorrichtung 200 des ersten Vergleichsbeispiels unter Verwendung des PSA weist die Röntgenbeugungsvorrichtung 100 der ersten Ausführungsform eine höhere Peakintensität und eine schmäler Peakbreite auf, wodurch eine Messung von hoher Intensität und hoher Präzision durchgeführt werden kann.
[Messergebnis 2: Bewegung einer Probe zu der Z-Achsenrichtung hin]
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 17 bis 19 ein Messergebnis beschrieben, wenn es einer Probe erlaubt wird, sich in einer vertikalen Richtung (Z-Achsenrichtung) zu bewegen.
17 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform erlaubt wurde, dass sich eine Probe F in einer vertikalen Richtung bewegt. Ferner ist 18 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 200 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel erlaubt wurde, dass sich die Probe F in der vertikalen Richtung bewegt. Außerdem ist 19 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 300 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel erlaubt wurde, dass sich die Probe F in der vertikalen Richtung bewegt.
In 17 bis 19 gibt eine durchgezogene Linie einen Fall an, wo die Probe F an dem Goniometerzentrum G platziert ist. In 17 bis 19 gibt eine gestrichelte Linie einen Fall an, wo die Probe F von dem Goniometerzentrum G 0,5 mm nach oben bewegt wird. Außerdem gibt in 17 bis 19 eine strichpunktierte Linie einen Fall an, wo die Probe F von dem Goniometerzentrum G 0,5 mm nach unten bewegt wird.
Wie in 17 gezeigt, wird bei der ersten Ausführungsform unter Verwendung des Schlitzelements 150, auch wenn sich die Probe F bewegt, keine Verschiebung der Peakposition beobachtet; somit ist die Genauigkeit hoch. Andererseits wird, wie in 18 gezeigt, in dem ersten Vergleichsbeispiel unter Verwendung des PSA 250, wenn sich die Probe F bewegt, keine Verschiebung der Peakposition beobachtet; somit ist, obwohl die Genauigkeit hoch ist, eine Form des Peaks genauer als in 17. Ferner wird, wie in 19 gezeigt, in dem zweiten Vergleichsbeispiel, bei dem Schlitz und PSA nicht verwendet werden, wenn sich die Probe F bewegt, eine Verschiebung der Peakposition beobachtet, was in einem Mangel an Genauigkeit resultiert.
Bei einer variablen Temperaturmessung oder dergleichen kann sich die Probenposition abhängig von der Temperatur in einer vertikalen Richtung ändern, und die vorliegende Ausführungsform ist in solchen Fällen effektiv.
[Messergebnis 3: Änderung eines Neigungswinkels einer Probenoberfläche]
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 20 bis 22 ein Ergebnis einer Messung beschrieben, bei der die Probenoberfläche in einer Neigungsrichtung geändert (um die X-Achse gedreht) wird.
20 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform erlaubt wurde, dass sich eine Probenoberfläche in einer axialen Richtung dreht. 21 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 200 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel erlaubt wurde, dass sich die Probenoberfläche in der axialen Richtung dreht. Außerdem ist 22 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 300 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel erlaubt wurde, dass sich die Probenoberfläche in der axialen Richtung dreht.
In 20 bis 22 gibt eine durchgezogene Linie einen Fall an, wo ein Neigungswinkel der Probe F mit dem Goniometerzentrum G als Bezug 0° ist. Ferner gibt in 20 bis 22 eine gestrichelte Linie einen Fall an, wo ein Neigungswinkel der Probe F mit dem Goniometerzentrum G als Bezug 5° ist.
Wie in 20 gezeigt, wird in der ersten Ausführungsform unter Verwendung des Schlitzelements 150, auch wenn die Probenoberfläche in der Neigungsrichtung gedreht wird, eine genaue Peakform beobachtet und wird keine Verschiebung der Peakposition beobachtet; somit sind Präzision und Genauigkeit hoch. Andererseits ist, wie in 21 gezeigt, in dem ersten Vergleichsbeispiel unter Verwendung des PSA 250, wenn die Probenoberfläche in der Neigungsrichtung gedreht wird, obwohl die Genauigkeit hoch ist, da keine Verschiebung der Peakposition beobachtet wird, die Präzision niedrig, weil im Vergleich zu 20 keine genaue Peakform beobachtet werden kann. Ferner ist, wie in 22 gezeigt, in dem zweiten Vergleichsbeispiel, bei dem Schlitz und PSA nicht verwendet werden, wenn die Probenoberfläche in der Neigungsrichtung gedreht wird, obwohl die Genauigkeit hoch ist, da keine Verschiebung der Peakposition beobachtet wird, die Präzision niedrig, weil die Breite des Peaks verbreitert ist.
Falls eine Probe mit einer unebenen Oberfläche gemessen wird, wird sie in der gleichen Weise beeinflusst wie das vorliegende Messergebnis. Deshalb ist es effektiv, das Schlitzelement 150 auch beim Messen einer Probe mit einer unebenen Oberfläche zu verwenden.
[Messergebnis 4: Änderung einer Strahlenbreite]
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 23 bis 25 ein Messergebnis beschrieben, das durch Ändern einer Strahlenbreite eines einfallenden Röntgenstrahls erhalten wurde.
23 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, wenn unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform erlaubt wird, dass eine Strahlenbreite eines einfallenden Röntgenstrahls 120 variiert. 24 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, wenn unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 200 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel erlaubt wird, dass die Strahlenbreite des einfallenden Röntgenstrahls 120 variiert. Ferner ist 25 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, wenn unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 300 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel erlaubt wird, dass die Strahlenbreite des einfallenden Röntgenstrahls 120 variiert.
In 23 bis 25 gibt eine durchgezogene Linie einen Fall an, wo eine Einfallsstrahlenbreite 0,8 mm ist. In 23 bis 25 gibt eine gestrichelte Linie einen Fall an, wo eine Einfallsstrahlenbreite 0,4 mm ist. Außerdem gibt in 23 bis 25 eine strichpunktierte Linie einen Fall an, wo die Einfallsstrahlenbreite 0,1 mm ist.
Wie in 23 gezeigt, wird in der ersten Ausführungsform unter Verwendung des Schlitzelements 150, auch wenn die Strahlenbreite des einfallenden Röntgenstrahls geändert wird, keine Änderung einer Form des Peaks beobachtet, und kann eine Messung von hoher Präzision durchgeführt werden. Andererseits ist, wie in 24 gezeigt, in dem ersten Vergleichsbeispiel unter Verwendung des PSA 250, obwohl eine genaue Form des Peaks im Vergleich zu 23 nicht beobachtet werden konnte, wenn die Strahlenbreite des einfallenden Röntgenstrahl geändert wird, da keine Änderung der Form des Peaks beobachtet wird, wenn die Strahlenbreite des einfallenden Röntgenstrahls geändert wird, ein Effekt auf die Genauigkeit klein. Außerdem bleibt, wie in 25 gezeigt, in dem zweiten Vergleichsbeispiel, bei dem Schlitz und PSA nicht verwendet werden, wenn die Strahlenbreite des einfallenden Röntgenstrahls geändert wird, der Peak des Beugungswinkel gleich, nimmt die Breite des Peaks zu, wenn die Einfallsstrahlenbreite zunimmt; somit nimmt die Präzision ab.
[Messergebnis 5: Änderung eines Einfallswinkels eines einfallenden Röntgenstrahls]
Als Nächstes wird ein Messergebnis beschrieben, das durch Ändern eines Einfallswinkels eines einfallenden Röntgenstrahls auf eine Probe erhalten wurde.
26 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ein Einfallswinkel des einfallenden Röntgenstrahls 120 geändert wurde. 27 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 200 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel ein Einfallswinkel des einfallenden Röntgenstrahls 220 geändert wurde. Außerdem ist 28 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Messergebnisses zeigt, das durchgeführt wurde, indem unter Verwendung der Röntgenbeugungsvorrichtung 300 gemäß der zweiten Ausführungsform ein Einfallswinkel des einfallenden Röntgenstrahls geändert wurde.
In 26 bis 28 gibt eine durchgezogene Linie ein Ergebnis einer Messung mit einer symmetrischen Anordnung an (Einfallswinkel und Emissionswinkel sind gleich). Ferner gibt in 26 bis 28 eine gestrichelte Linie einen Fall an, wo der Einfallswinkel bei 1.0° fixiert ist und eine Messung durchgeführt wird, während nur eine Lichtempfangsseite bewegt wird.
Wie in 26 gezeigt, wird in der ersten Ausführungsform unter Verwendung des Schlitzelements 150, auch wenn der Einfallswinkel des einfallenden Röntgenstrahls geändert wird, keine Änderung einer Form des Peaks beobachtet, und kann eine Messung von hoher Präzision durchgeführt werden. Andererseits konnte, wie in 27 gezeigt, in dem ersten Vergleichsbeispiel unter Verwendung des PSA, obwohl keine Änderung der Präzision beobachtet wird, wenn der Einfallswinkel des einfallenden Röntgenstrahls geändert wird, im Vergleich zu 26 keine genaue Form des Peaks beobachtet werden, was angibt, dass die Genauigkeit niedrig ist. Außerdem bleibt, wie in 28 gezeigt, in dem zweiten Vergleichsbeispiel, bei dem Schlitz und PSA nicht verwendet werden, wenn der Einfallswinkel des einfallenden Röntgenstrahls geändert wird, der Peak des Beugungswinkels gleich, nimmt die Breite des Peaks zu; somit nimmt die Präzision ab.
Wenn der Einfallswinkel flacher als der Emissionswinkel ist, wird die Strahlenbreite des gebeugten Röntgenstrahls verbreitert, was in dem gleichen Zustand resultiert, wie wenn die Strahlenbreite des einfallenden Röntgenstrahl eines Messergebnisses 4 verbreitert wird. Bei einer In-Plane-Messung oder einer Messung eines Dünnfilmmaterials kann eine Messung durch Fixieren eines kleinen Einfallswinkels mit Bezug auf die Probenoberfläche durchgeführt werden, und die vorliegende Ausführungsform ist in solchen Fällen effektiv.
Basierend auf den obigen Messergebnissen stellt die erste Ausführungsform unter Verwendung des Schlitzelements 150 ein Ergebnis von höherer Präzision und höherer Intensität im Vergleich zu dem ersten Vergleichsbeispiel unter Verwendung des PSA 250 bereit. Zusätzlich wird ein Einfluss auf die Präzision und Genauigkeit, der durch Änderungen der Probenposition, des Neigungswinkels der Probenoberfläche, der Strahlenbreite des einfallenden Röntgenstrahls oder des Einfallswinkels des einfallenden Röntgenstrahls verursacht wird, die in dem zweiten Vergleichsbeispiel beobachtet wurden, bei dem Schlitz und PSA nicht verwendet werden, in der ersten Ausführungsform nicht beobachtet.
[Erste Modifikation]
29 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 400 gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt. Ferner ist 30 eine Draufsicht, die ein Beispiel der Röntgenbeugungsvorrichtung 400 gemäß der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt.
Die Röntgenbeugungsvorrichtung 400 der ersten Modifikation umfasst eine Röntgenquelle (nicht gezeigt), einen Probentisch 430, ein Schlitzelement 450, einen Detektor 460, und einen Monochromator 470. Bezüglich der Röntgenquelle, des Probentisches 430 und des Schlitzelements 450 wird auf den Probentisch 130 und das Schlitzelement 150 in der ersten Ausführungsform verwiesen.
Der Monochromator 470 umfasst eine Gitterebene, die den gebeugten Röntgenstrahl einer spezifischen Wellenlänge beugt. Zusätzlich ist der Monochromator 470 zwischen dem Schlitzelement 450 und dem Detektor 460 in einer solchen Weise vorgesehen, dass die Gitterebene in einer Richtung von einem längsgerichteten (B-Achsenrichtung) Ende des Schlitzes 451 zu einem anderen Ende hin geneigt ist. Außerdem ist der Monochromator 470 in einer zu dem Beugungswinkel senkrechten Ausrichtung vorgesehen. Der Monochromator 470 monochromatisiert den gebeugten Röntgenstrahl. Überdies besteht bei einer Röntgenbeugungsmessung unter Verwendung einer Pulverprobe der Monochromator 470 hauptsächlich, aber nicht ausschließlich, aus Graphit.
Der Detektor 460 ist dazu vorgesehen, einen gebeugten Röntgenstrahl der spezifischen Wellenlänge, der durch den Monochromator 470 gebeugt wird, zu detektieren. Das heißt, der Detektor 460 ist stromabwärts von dem Monochromator 470 vorgesehen, wobei eine Detektionsoberfläche 460a zu dem Monochromator 470 hin gerichtet ist. Der Detektor 460 ist in Y-Achsenrichtung von dem Monochromator 470 verschoben.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 31 and 32 ein Fall beschrieben, wo einfallende Röntgenstrahlen nicht parallel sind.
Insbesondere können, außer wenn die einfallenden Röntgenstrahlen auf die Probe fokussiert sind, wenn eine Bewegungsrichtung des einfallenden Röntgenstrahls und eine Form der Probe bekannt sind, ein nicht paralleler einfallender Röntgenstrahl 520 und ein nicht paralleler einfallender Röntgenstrahl 620 angewandt werden.
[Zweite Modifikation]
31 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 500 gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt.
In der Röntgenbeugungsvorrichtung 500 der zweiten Modifikation strahlt eine Röntgenquelle (nicht gezeigt) zu der Probe F hin mit einem einfallenden Röntgenstrahl 520 so ab, dass er in einer Bewegungsrichtung divergiert.
[Dritte Modifikation]
32 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 600 gemäß einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt.
In der Röntgenbeugungsvorrichtung 600 der dritten Modifikation strahlt eine Röntgenquelle (nicht gezeigt) zu der Probe F hin mit einem einfallenden Röntgenstrahl 620 so ab, dass er zu einer Bewegungsrichtung hin konvergiert.
[Vierte Modifikation]
33 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 700 gemäß einer vierten Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt.
In der Röntgenbeugungsvorrichtung 700 der vierten Modifikation kann ein Profil erhalten werden, während eine Einfallsseite, wie etwa eine Röntgenquelle (nicht gezeigt), eine Lichtempfangsseite, wie etwa ein Detektor 760, und eine Position einer Probe F, wie etwa ein Probentisch 730 konstant gehalten wird.
Sie kann insbesondere beim Messen von Änderungen über die Zeit in einer Messung unter Verwendung einer Pulverprobe F, beim Messen von Änderungen von Peaks in kurzen Zeitintervallen, wie etwa während einer Temperatursteuerungsmessung, oder einfach beim Messen eines schmalen Bereich (eines einzelnen Peaks), etc., verwendet werden.
[Fünfte Modifikation]
34 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 800 gemäß einer fünften Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt.
Die Röntgenbeugungsvorrichtung 800 der fünften Modifikation umfasst eine Röntgenquelle (nicht gezeigt), einen Probentisch 830, ein Schlitzelement 850, einen Detektor 860, und ein Interferenzverhinderungselement 870. Bezüglich des Probentisches 830 und des Detektors 860 wird auf den Probentisch 130 und den Detektor 160 in der ersten Ausführungsform verwiesen.
Das Schlitzelement 850 umfasst einen ersten Schlitz 851 und einen zweiten Schlitz 852. Eine Längsachse (B-Achsenrichtung) des ersten Schlitzes 851 und eine Längsachse (B-Achsenrichtung) des zweiten Schlitzes 852 sind parallel.
Das Interferenzverhinderungselement 870 ist dazu konfiguriert, Interferenz zwischen dem Schlitzelement 850 und dem Detektor 860, zwischen einem durch den ersten Schlitz 851 hindurchgehenden ersten gebeugten Röntgenstrahl 841 und einem durch den zweiten Schlitz 852 hindurchgehenden zweiten gebeugten Röntgenstrahl 842 zu verhindern. Das heißt, das Interferenzverhinderungselement 870 erstreckt sich von dem Schlitzelement 850 zu dem Detektor 860 hin. In anderen Worten erstreckt sich das Interferenzverhinderungselement 870 in einer C-Achsenrichtung. Das Interferenzverhinderungselement 870 kann aus Edelstahl oder dergleichen bestehen, solange es keinen Röntgenstrahl transmittiert. Außerdem ist eine Form des Interferenzverhinderungselements 870 nicht auf eine Plattenform begrenzt, solange es in der Lage ist, einen Röntgenstrahl in einer solchen Weise abzuschirmen, das durch unterschiedliche Schlitze hindurchgehende gebeugte Röntgenstrahlen nicht miteinander interferieren. Zusätzlich ist das Interferenzverhinderungselement 870 an dem Schlitzelement 850, dem Detektor 860, oder einem Arm des Goniometers getragen.
Obwohl in der fünften Modifikation die Anzahl des Schlitzes 851 und des Schlitzes 852 zwei ist, kann eine beliebige Anzahl ausgewählt werden, um eine Detektionsregion in dem Detektor 860 zu expandieren. Unterdessen kann, obwohl die Anzahl des Interferenzverhinderungselements 870 eins ist, eine beliebige Anzahl ausgewählt werden, um zu verhindern, dass durch unterschiedliche Schlitze hindurchgehende gebeugte Röntgenstrahlen miteinander interferieren.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 35 ein Verfahren zur Umwandlung in einen Beugungswinkel 2θ beim Verwenden der Röntgenbeugungsvorrichtung 800 der fünften Modifikation beschrieben. Auch in der fünften Modifikation hängt der Beugungswinkel 2θ des gebeugten Röntgenstrahls 841 und des gebeugten Röntgenstrahls 842 von einem kürzesten Abstand L von einer vorderen Oberfläche 850a des Schlitzelements 850 zu einer Detektionsoberfläche 860a des Detektors 860 ab. 35 ist eine vergrößerte Ansicht, in der eine durch eine gestrichelte Linie in 34 umgebene Region vergrößert ist. Eine Goniometerwinkellinie AL ist eine gerade Linie, die ein Goniometerzentrum G und eine Detektorzentrumslinie DL im kürzesten Abstand verbindet. Außerdem sind eine Schlitzzentrumslinie SL1 und eine Schlitzzentrumslinie SL2 gerade Linien, die durch Zentren des Schlitzes 851 und des Schlitzes 852 in Querrichtung (A-Achsenrichtung) hindurchgehen und sich in einer B-Achsenrichtung erstrecken. In der fünften Modifikation muss ein Winkel zwischen der Goniometerwinkellinie AL und der kürzesten Linie, die das Goniometerzentrum G und die Schlitzzentrumslinie SL1 des ersten Schlitzes 851 (und die Schlitzzentrumslinie SL2 des zweiten Schlitzes 852) verbindet, berücksichtigt werden, um den Winkel in einen Beugungswinkel 2θ umzuwandeln und das Profil zu integrieren.
Hier ist eine Röntgenstrahldetektionsposition D=0 eine Position, wo sich die Goniometerwinkellinie AL und der Detektor 860 schneiden und ist gleich einer Position der Detektorzentrumslinie DL. Ein Abstand S ist ein kürzester Abstand von der Schlitzzentrumslinie SL1 des ersten Schlitzes 851 (oder der Schlitzzentrumslinie SL2 des zweiten Schlitzes 852) zu der Goniometerwinkellinie AL. Außerdem ist der Abstand L ein Abstand von der vorderen Oberfläche 850a des Schlitzelements 850 zu der Detektionsoberfläche 860a des Detektors 860. Wie oben beschrieben, ist ein Beugungswinkel 2Θ des ersten gebeugten Röntgenstrahls 841, der an einer Position der Röntgenstrahldetektionsposition D=D1 durch den ersten Schlitz 851 detektiert wird, durch Gleichung 4 dargestellt. Ferner ist ein Beugungswinkel 2Θ des zweiten gebeugten Röntgenstrahls 842, der an einer Position der Röntgenstrahldetektionsposition D=D2 durch den zweiten Schlitz 852 detektiert wird, durch Gleichung 5 dargestellt. $2 θ = 2 Θ + {tan}^{- 1} ((D 1 - S) /L)$
$2 θ = 2 Θ + {tan}^{- 1} ((D 2 + S) /L)$
[Zweite Ausführungsform]
Die in der vorliegenden Anmeldung offenbarte Technik kann auch für eine In-Plane-Messung verwendet werden.
Die In-Plane-Messung erlaubt eine direkte Messung einer Beugung von einer Gitterebene, die senkrecht zu einer Probenoberfläche ist, erlaubt somit eine direkte Evaluierung einer Struktur nahe der Oberfläche, ermöglich dadurch eine genaue Evaluierung einer Probe.
36 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 900 gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
Die Röntgenbeugungsvorrichtung 900 der zweiten Ausführungssform umfasst eine Röntgenquelle (nicht gezeigt), einen Probentisch 930, ein Schlitzelement 950, und einen Detektor 960. Das heißt, die Röntgenquelle strahlt einen einfallenden Röntgenstrahl 920 in einem kleinen Einfallswinkel zu einer Probenoberfläche ab, der monochromatisch und parallel zu der Probenoberfläche ist. Der einfallende Röntgenstrahl 920 wird durch eine Gitterebene gebeugt, die senkrecht zu der Probenoberfläche ist, und wird zu einem gebeugten Röntgenstrahl 940, um sich in einer Richtung zu bewegen, die die Probenoberfläche streift. Der gebeugte Röntgenstrahl 940 wird durch den Detektor 960 über das Schlitzelement 950 empfangen. Der Detektor 960 gibt ein elektrisches Signal aus, das einer Intensität des empfangenen Röntgenstrahls entspricht.
Zusätzlich sind in der zweiten Ausführungsform, um den gebeugten Röntgenstrahl 940 zu detektieren, das Schlitzelement 950 und der Detektor 960 in einer solchen Weise angeordnet, dass eine Längsrichtung eines Schlitzes 951 und eine Längsrichtung eines Detektionsstreifens 961 parallel zueinander sind. Außerdem können zusätzlich zu der Röntgenbeugungsvorrichtung 900, die eine In-Plane-Messung durchführt, auch eine In-Plane-Vorrichtung zur Abbildung eines reziproken Gitters (in-plane reciprocal lattice mapping apparatus) oder eine GI-WAXS (Grazing-Incidence Wide-Angle X-ray Scattering; Weitwinkelröntgenstreuung unter streifendem Einfall) / GI-SAXS (Grazing-Incidence Small-Angle X-ray Scattering; Kleinwinkelröntgenstreuung unter streifendem Einfall)-Vorrichtung angewandt werden.
[Weiteres]
Die in der vorliegenden Anmeldung offenbarte Technik kann auch für Messungen unter Verwendung einer Lochblende und eines zweidimensionaler Detektors verwendet werden.
37 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Röntgenbeugungsvorrichtung 1000 unter Verwendung eines Lochblendenelements 1050 und eines zweidimensionalen Detektors 1060 zeigt.
In der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform kann, obwohl ein Fall beschrieben wird, in dem ein Schlitz und ein eindimensionaler Detektor verwendet werden, jeweils auch ein Debye-Ring anstelle einer Lochblende und eines zweidimensionalen Detektors detektiert werden.
Die Röntgenbeugungsvorrichtung 1000 in der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Röntgenquelle (nicht gezeigt), einen Probentisch 1030, ein Lochblendenelement 1050, und einen zweidimensionalen Detektor 1060. Die Röntgenquelle strahlt einen einfallenden Röntgenstrahl 1020 parallel zu dem Probentisch 1030 ab. In einem Zentrum des Lochblendenelements 1050 ist eine Lochblende 1051 gebildet, um zu erlauben, dass ein gebeugter Röntgenstrahl hindurchgeht. Hier richtet sich unter Röntgenstrahlen, die an einer Kristallgitterebene gebeugt werden, die in einer Richtung senkrecht zu einer Probenoberfläche existiert, nur ein gebeugter Röntgenstrahl 1040, der durch die Lochblende 1051 hindurchgeht, auf den zweidimensionalen Detektor 1060. Zusätzlich ist der zweidimensionale Detektor 1060 kein Detektionsstreifen, der sich in einer Breitenrichtung erstreckt wie ein eindimensionaler Detektor, sondern detektiert den gebeugten Röntgenstrahl 1040 vielmehr durch ein Pixel 1061. Außerdem kann in einer anderen Ausführungsform eine Vielzahl von Schlitzelementen zwischen dem Probentisch 1030 und dem zweidimensionalen Detektor 1060 in einer solchen Weise vorgesehen sein, dass Längsrichtungen der Schlitze voneinander unterschiedlich sind, um das Lochblendenelement 1050 zu ersetzen. Beispielsweise können ein erstes Schlitzelement mit einer sich in einer A-Achsenrichtung erstreckenden Längsrichtung eines Schlitzes und ein zweites Schlitzelement mit einer sich in einer B-Achsenrichtung erstreckenden Längsrichtung eines Schlitzes zwischen dem Probentisch 1030 und dem zweidimensionalen Detektor 1060 vorgesehen sein.
Die in der vorliegenden Anmeldung offenbarte Technologie betrifft eine Röntgenbeugungsvorrichtung und ein Messverfahren unter Verwendung eines Schlitzes (oder einer Lochblende) und eines eindimensionalen (oder zweidimensionalen) Detektors, wobei Präzision und Genauigkeit eines Peaks unabhängig von einer Probenposition und Probenform sind. Zusätzlich ist es möglich, Daten mit höherer Intensität und höherer Präzision verglichen mit einer Messung unter Verwendung eines PSA zu erhalten. Außerdem können Intensität und Präzision durch Ändern einer Position des Schlitzes, Breite des Schlitzes, und Anordnung des Schlitzes und Detektors ausgewählt werden.
Die vorliegende Erfindung kann in jedem der folgenden Aspekte vorgesehen sein.
Röntgenbeugungsvorrichtung, wobei: der Schlitz eine verjüngte Form umfasst, die sich von dem Probentisch zu dem Detektor hin ausbreitet.
Röntgenbeugungsvorrichtung, wobei: eine Breite in einer Querrichtung des Schlitzes breiter als eine Breite in einer Querrichtung des Detektionsstreifens ist.
Röntgenbeugungsvorrichtung, wobei: ein Zentrum eines Goniometer-Kreises, ein Zentrum in einer Querrichtung des Schlitzes und der Detektionsstreifen dazu vorgesehen sind, fluchtend ausgerichtet zu sein.
Röntgenbeugungsvorrichtung, wobei: ein Beugungswinkel des gebeugten Röntgenstrahls von einem Abstand von dem Schlitz zu dem Detektor abhängt.
Röntgenbeugungsvorrichtung, wobei: ein Abstand zwischen dem Schlitz und dem Detektor von einem Beugungswinkel des gebeugten Röntgenstrahls, einem Winkel eines Goniometers und einem Abstand von einem Detektionsstreifen zu einem anderen Detektionsstreifen abhängt.
Röntgenbeugungsvorrichtung, wobei: der Detektor dazu konfiguriert ist, den gebeugten Röntgenstrahl mit einem ersten Detektionsstreifen zu detektieren, wenn ein Beugungswinkel des gebeugten Röntgenstrahls gleich einem Goniometerwinkel ist, und den gebeugten Röntgenstrahl mit einem zweiten Detektionsstreifen zu detektieren, wenn der Beugungswinkel nicht gleich dem Goniometerwinkel ist.
Röntgenbeugungsvorrichtung, ferner umfassend ein Interferenzverhinderungselement, wobei das Schlitzelement einen ersten Schlitz und einen zweiten Schlitz umfasst, eine Achse in einer Längsrichtung des ersten Schlitzes und eine Achse in einer Längsrichtung des zweiten Schlitzes parallel zueinander sind, und das Interferenzverhinderungselement dazu konfiguriert ist, Interferenz zwischen dem Schlitzelement und dem Detektor, zwischen einem durch den ersten Schlitz hindurchgehenden ersten gebeugten Röntgenstrahl und einem durch den zweiten Schlitz hindurchgehenden zweiten gebeugten Röntgenstrahl zu verhindern.
Röntgenbeugungsvorrichtung, ferner umfassend: einen Monochromator umfassend eine Gitterebene, die den gebeugten Röntgenstrahl einer spezifischen Wellenlänge beugt, der zwischen dem Schlitzelement und dem Detektor in einer solchen Weise vorgesehen ist, dass die Gitterebene in einer Richtung von einem längsgerichteten Ende des Schlitzes zu einem anderen Ende hin geneigt ist.
Röntgenbeugungsvorrichtung, wobei: der Probentisch eine Installationsoberfläche umfasst, an der die Probe angeordnet ist, und dazu konfiguriert ist, sich parallel zu der Installationsoberfläche zu bewegen.
Röntgenbeugungsvorrichtung, wobei: der Probentisch eine Installationsoberfläche umfasst, an der die Probe angeordnet ist, und dazu konfiguriert ist, sich um eine Achse zu drehen, um eine Ausrichtung der Installationsoberfläche zu ändern.
Röntgenbeugungsvorrichtung, wobei: der von der Röntgenquelle zu der Probe abgestrahlte Röntgenstrahl ein paralleler Röntgenstrahl ist.
Messverfahren einer Probe, umfassend: Bestrahlen der Probe mit einem Röntgenstrahl, und Erlauben, dass der Röntgenstrahl gebeugt wird; Erlauben, dass ein gebeugter Röntgenstrahl, welcher der Röntgenstrahl ist, der gebeugt worden ist, durch einen Schlitz hindurchgeht; und Messen der Probe durch Detektieren des gebeugten Röntgenstrahls in einer Dimension mit einem Detektionsstreifen; wobei eine Achse in einer Längsrichtung des Schlitzes parallel zu einer Achse in einer Längsrichtung des Detektionsstreifens ist.
Selbstverständlich sind die obigen Aspekte nicht darauf beschränkt.
Schließlich sind verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden, aber diese werden als Beispiele präsentiert und sollen nicht den Umfang der Erfindung beschränken. Die neue Ausführungsform kann in verschiedenen anderen Formen implementiert werden, und verschiedene Weglassungen, Ersetzungen und Änderungen können durchgeführt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsform und ihre Modifikationen sind im Umfang und Kern der Erfindung umfasst und sind im in den Ansprüchen beschriebenen Umfang der Erfindung und dem äquivalenten Umfang davon eingeschlossen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007010486 A [0002, 0003]
JP 2020153724 A [0002]
JP 2020 [0004]
JP 153724 A [0004]

Claims

Röntgenbeugungsvorrichtung, umfassend: eine Röntgenquelle, die dazu konfiguriert ist, eine Probe mit einem Röntgenstrahl zu bestrahlen; einen Probentisch, der dazu konfiguriert ist, zu erlauben, dass die Probe in einer solchen Weise angeordnet wird, dass der Röntgenstrahl gebeugt wird; einen Detektor, der dazu konfiguriert ist, einen gebeugten Röntgenstrahl, welcher der Röntgenstrahl ist, der gebeugt worden ist, in einer Dimension an einem Detektionsstreifen zu detektieren; ein Schlitzelement, das zwischen dem Probentisch und dem Detektor vorgesehen ist, das einen Schlitz umfasst, durch den der gebeugte Röntgenstrahl hindurchgehen kann; wobei eine Achse in einer Längsrichtung des Schlitzes parallel zu einer Achse in einer Längsrichtung des Detektionsstreifens ist.
Röntgenbeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: der Schlitz eine verjüngte Form umfasst, die sich von dem Probentisch zu dem Detektor hin ausbreitet.
Röntgenbeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: eine Breite in einer Querrichtung des Schlitzes breiter als eine Breite in einer Querrichtung des Detektionsstreifens ist.
Röntgenbeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: ein Zentrum eines Goniometer-Kreises, ein Zentrum in einer Querrichtung des Schlitzes und der Detektionsstreifen dazu vorgesehen sind, fluchtend ausgerichtet zu sein.
Röntgenbeugungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei: ein Beugungswinkel des gebeugten Röntgenstrahls von einem Abstand von dem Schlitz zu dem Detektor abhängt.
Röntgenbeugungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei: ein Abstand zwischen dem Schlitz und dem Detektor von einem Beugungswinkel des gebeugten Röntgenstrahls, einem Winkel eines Goniometers und einem Abstand von einem Detektionsstreifen zu einem anderen Detektionsstreifen abhängt.
Röntgenbeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 to 6, wobei: der Detektor dazu konfiguriert ist, den gebeugten Röntgenstrahl mit einem ersten Detektionsstreifen zu detektieren, wenn ein Beugungswinkel des gebeugten Röntgenstrahls gleich einem Goniometerwinkel ist, und den gebeugten Röntgenstrahl mit einem zweiten Detektionsstreifen zu detektieren, wenn der Beugungswinkel nicht gleich dem Goniometerwinkel ist.
Röntgenbeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 to 7, ferner umfassend ein Interferenzverhinderungselement, wobei: das Schlitzelement einen ersten Schlitz und einen zweiten Schlitz umfasst, eine Achse in einer Längsrichtung des ersten Schlitzes und eine Achse in einer Längsrichtung des zweiten Schlitzes parallel zueinander sind, und das Interferenzverhinderungselement dazu konfiguriert ist, Interferenz zwischen dem Schlitzelement und dem Detektor, zwischen einem durch den ersten Schlitz hindurchgehenden ersten gebeugten Röntgenstrahl und einem durch den zweiten Schlitz hindurchgehenden zweiten gebeugten Röntgenstrahl zu verhindern.
Röntgenbeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend: einen Monochromator, der eine Gitterebene umfasst, die den gebeugten Röntgenstrahl einer spezifischen Wellenlänge beugt, der zwischen dem Schlitzelement und dem Detektor in einer solchen Weise vorgesehen ist, dass die Gitterebene in einer Richtung von einem längsgerichteten Ende des Schlitzes zu dem anderen Ende hin geneigt ist.
Röntgenbeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei: der Probentisch eine Installationsoberfläche umfasst, an der die Probe angeordnet ist, und dazu konfiguriert ist, sich parallel zu der Installationsoberfläche zu bewegen.
Röntgenbeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei: der Probentisch eine Installationsoberfläche umfasst, an der die Probe angeordnet ist, und dazu konfiguriert ist, sich um eine Achse zu drehen, um eine Ausrichtung der Installationsoberfläche zu ändern.
Röntgenbeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei: der von der Röntgenquelle zu der Probe abgestrahlte Röntgenstrahl ein paralleler Röntgenstrahl ist.
Messverfahren einer Probe, umfassend: Bestrahlen der Probe mit einem Röntgenstrahl, und Erlauben, dass der Röntgenstrahl gebeugt wird; Erlauben, dass ein gebeugter Röntgenstrahl, welcher der Röntgenstrahl ist, der gebeugt worden ist, durch einen Schlitz hindurchgeht; und Messen der Probe durch Detektieren des gebeugten Röntgenstrahls in einer Dimension mit einem Detektionsstreifen; wobei eine Achse in einer Längsrichtung des Schlitzes parallel zu einer Achse in einer Längsrichtung des Detektionsstreifens ist.