JP2002243669A - 多層膜の評価方法および装置 - Google Patents
多層膜の評価方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｘ線を多層膜試料に照射して、層
構造や界面粗さを非破壊で評価することを目的とする。 【解決手段】 本発明の多層膜評価方法は，所定
のエネルギー（または波長）のＸ線を多層膜試料に照射
して多層膜に流れる試料電流量の入射光エネルギー（ま
たは波長）依存性を計測することを介して電子収量Ｘ線
定在波スペクトルを測定し，該スペクトルの形状から層
構造や界面粗さについて評価することを特徴とする。
構造や界面粗さを非破壊で評価することを目的とする。 【解決手段】 本発明の多層膜評価方法は，所定
のエネルギー（または波長）のＸ線を多層膜試料に照射
して多層膜に流れる試料電流量の入射光エネルギー（ま
たは波長）依存性を計測することを介して電子収量Ｘ線
定在波スペクトルを測定し，該スペクトルの形状から層
構造や界面粗さについて評価することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，Ｘ線反射素子であ
る多層膜ミラーや周期的多層構造を用いた標準試料，光
学デバイス，電子デバイスなどのＸ線定在波スペクトル
を測定することからその層構造や界面粗さについて非破
壊で評価するとともに，このＸ線定在波スペクトル測定
と同時にＸ線反射率を計測する多層膜の評価方法および
装置に関するものである。
る多層膜ミラーや周期的多層構造を用いた標準試料，光
学デバイス，電子デバイスなどのＸ線定在波スペクトル
を測定することからその層構造や界面粗さについて非破
壊で評価するとともに，このＸ線定在波スペクトル測定
と同時にＸ線反射率を計測する多層膜の評価方法および
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】多層膜における層構造や界面粗さの評価
においては，試料を切断した断面形状を電子顕微鏡で観
察する手法がもっとも一般的である。また，最近ではＸ
線定在波スペクトル測定から界面粗さについて定量的な
分析が可能となることが明らかとなり，試料から発せら
れる蛍光Ｘ線を検出するＸ線定在波法も用いられるよう
になってきた（T. Kawamura and H. Takenaka, J. App
l. Phys., 75, 3806 (1994)）。前者の電子顕微鏡観察
では原子レベルでの層構造や層界面を直接観測できるも
のの，観察している局所的な構造しか評価できないとい
う問題と，観察するために多層膜試料の切断が必要な破
壊的分析手法であるという問題がある。一方，後者の蛍
光Ｘ線を信号として検出するＸ線定在波法は電子顕微鏡
観察と異なり多層膜全体の構造や界面粗さについての平
均情報が得られる非破壊分析手法であるが，大掛かりな
蛍光Ｘ線検出器を用いることから測定装置・手法が複雑
化するという問題がある。また，これらの電子顕微鏡観
察や蛍光Ｘ線を信号とするＸ線定在波法では，それぞれ
の測定原理に即した測定装置を必要とするため，多層膜
の重要な評価項目である反射率を測定するための反射率
測定装置と独立した測定装置を用いる必要がある。すな
わち，従来手法では同一の条件下で多層膜の層構造や界
面粗さと反射率を同時かつ簡便に測定することが困難で
あり，両評価の信頼性も低下するという問題があった。
においては，試料を切断した断面形状を電子顕微鏡で観
察する手法がもっとも一般的である。また，最近ではＸ
線定在波スペクトル測定から界面粗さについて定量的な
分析が可能となることが明らかとなり，試料から発せら
れる蛍光Ｘ線を検出するＸ線定在波法も用いられるよう
になってきた（T. Kawamura and H. Takenaka, J. App
l. Phys., 75, 3806 (1994)）。前者の電子顕微鏡観察
では原子レベルでの層構造や層界面を直接観測できるも
のの，観察している局所的な構造しか評価できないとい
う問題と，観察するために多層膜試料の切断が必要な破
壊的分析手法であるという問題がある。一方，後者の蛍
光Ｘ線を信号として検出するＸ線定在波法は電子顕微鏡
観察と異なり多層膜全体の構造や界面粗さについての平
均情報が得られる非破壊分析手法であるが，大掛かりな
蛍光Ｘ線検出器を用いることから測定装置・手法が複雑
化するという問題がある。また，これらの電子顕微鏡観
察や蛍光Ｘ線を信号とするＸ線定在波法では，それぞれ
の測定原理に即した測定装置を必要とするため，多層膜
の重要な評価項目である反射率を測定するための反射率
測定装置と独立した測定装置を用いる必要がある。すな
わち，従来手法では同一の条件下で多層膜の層構造や界
面粗さと反射率を同時かつ簡便に測定することが困難で
あり，両評価の信頼性も低下するという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】多層膜の評価には，反
射率の評価とあわせて非破壊での層構造や界面粗さの評
価が必要であり，評価の信頼性を高めるうえでは同一条
件下での同時測定が必要であった。しかし，上記のよう
に従来の層構造と界面粗さの評価手法は，破壊分析手法
であることや測定装置・手法の複雑化などの課題があっ
た。さらに従来の評価手法では，簡便な測定装置をもっ
て反射率測定と層構造や界面粗さの同時測定を実現する
ことが困難であった。
射率の評価とあわせて非破壊での層構造や界面粗さの評
価が必要であり，評価の信頼性を高めるうえでは同一条
件下での同時測定が必要であった。しかし，上記のよう
に従来の層構造と界面粗さの評価手法は，破壊分析手法
であることや測定装置・手法の複雑化などの課題があっ
た。さらに従来の評価手法では，簡便な測定装置をもっ
て反射率測定と層構造や界面粗さの同時測定を実現する
ことが困難であった。
【０００４】本発明は上記の事情を鑑みてなされたもの
で，所定のエネルギー（または波長）のＸ線を多層膜試
料に照射して多層膜試料に流れる試料電流を検出信号と
し，その試料電流量の入射エネルギー（または波長）依
存性を計測する電子収量Ｘ線定在波法により層構造や界
面粗さを非破壊で評価することを特徴とする。あわせて
Ｘ線定在波測定と同一条件下でＸ線反射率を同時測定す
ることにより，多層膜の評価における測定手法の簡便化
と信頼性の向上をはかることを目的とする。
で，所定のエネルギー（または波長）のＸ線を多層膜試
料に照射して多層膜試料に流れる試料電流を検出信号と
し，その試料電流量の入射エネルギー（または波長）依
存性を計測する電子収量Ｘ線定在波法により層構造や界
面粗さを非破壊で評価することを特徴とする。あわせて
Ｘ線定在波測定と同一条件下でＸ線反射率を同時測定す
ることにより，多層膜の評価における測定手法の簡便化
と信頼性の向上をはかることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の多層膜評価方法は，多層膜に流れる試料電流
量の入射光エネルギー（または波長）依存性を計測する
ことにより電子収量Ｘ線定在波スペクトルを測定し，こ
のスペクトルから層構造の界面粗さについて評価するこ
とを特徴とする。
に本発明の多層膜評価方法は，多層膜に流れる試料電流
量の入射光エネルギー（または波長）依存性を計測する
ことにより電子収量Ｘ線定在波スペクトルを測定し，こ
のスペクトルから層構造の界面粗さについて評価するこ
とを特徴とする。
【０００６】また本発明は，前記の多層膜評価方法にお
いて，任意の入射角度に設定した多層膜試料の配置をも
ってＸ線定在波スペクトルを計測して層構造や界面粗さ
を評価するとともに，この測定条件のままで試料によっ
て反射されたＸ線の強度の入射光エネルギー（または波
長）依存性を計測することによりＸ線反射率と層構造や
界面粗さを同時計測することを特徴とする。
いて，任意の入射角度に設定した多層膜試料の配置をも
ってＸ線定在波スペクトルを計測して層構造や界面粗さ
を評価するとともに，この測定条件のままで試料によっ
て反射されたＸ線の強度の入射光エネルギー（または波
長）依存性を計測することによりＸ線反射率と層構造や
界面粗さを同時計測することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して本発明の実
施の形態例を詳細に説明する。
施の形態例を詳細に説明する。
【０００８】図１は本発明の実施形態を例を示す構成説
明図である。シンクロトロン放射光等のＸ線光源1から
放射されたＸ線は分光器2により単色化される。分光器2
を制御するコンピュータ3によって所定のエネルギーに
単色化されたＸ線4は真空排気された多層膜評価装置槽5
に導かれて，測定試料である多層膜6に照射される。多
層膜6は電気的に絶縁された状態で試料ホルダー7によっ
て保持されるとともに，試料ホルダーと絶縁されたリー
ド線8が多層膜6に結線される。なお，試料ホルダー7は
試料中心を回転軸として任意の角度に回転駆動できるよ
うに施され，試料に対する入射Ｘ線の入射角qを任意に
変えることができる。リード線8は多層膜評価装置槽5の
外部に置かれた電流計9に導かれ，ここでＸ線照射によ
って試料に流れる試料電流量（Ix）が計測される。一
方，試料に照射される入射単色Ｘ線の強度を計測するた
めに，試料上流に金属メッシュ等でできた光電流計測計
10がおかれ，リード線11を介して電流計9に導かれる。
ここで，試料に照射される入射単色Ｘ線4の強度に比例
した光電流量（Ix0）が計測される。試料電流量Ixを光
電流量Ix0で除した値Ix/Ix0が試料によるＸ線の吸収量
を表すとともに，試料の周期的層構造による干渉効果と
して現れるＸ線定在波を反映することになる。すなわ
ち，分光器2とともに電流計9につながれたコンピュータ
3によって，入射単色Ｘ線のエネルギー（または波長）
を所定の範囲で走査しながらIx/Ix0を計測することでい
わゆるＸ線吸収スペクトル（横軸：エネルギーまたは波
長，縦軸：Ix/Ix0）が得られるが，入射単色Ｘ線のエネ
ルギー（または波長）と入射角および試料の周期的層間
隔がブラッグ反射の条件を満たすと，Ｘ線吸収スペクト
ル上にＸ線定在波スペクトルが重なって観測される。
明図である。シンクロトロン放射光等のＸ線光源1から
放射されたＸ線は分光器2により単色化される。分光器2
を制御するコンピュータ3によって所定のエネルギーに
単色化されたＸ線4は真空排気された多層膜評価装置槽5
に導かれて，測定試料である多層膜6に照射される。多
層膜6は電気的に絶縁された状態で試料ホルダー7によっ
て保持されるとともに，試料ホルダーと絶縁されたリー
ド線8が多層膜6に結線される。なお，試料ホルダー7は
試料中心を回転軸として任意の角度に回転駆動できるよ
うに施され，試料に対する入射Ｘ線の入射角qを任意に
変えることができる。リード線8は多層膜評価装置槽5の
外部に置かれた電流計9に導かれ，ここでＸ線照射によ
って試料に流れる試料電流量（Ix）が計測される。一
方，試料に照射される入射単色Ｘ線の強度を計測するた
めに，試料上流に金属メッシュ等でできた光電流計測計
10がおかれ，リード線11を介して電流計9に導かれる。
ここで，試料に照射される入射単色Ｘ線4の強度に比例
した光電流量（Ix0）が計測される。試料電流量Ixを光
電流量Ix0で除した値Ix/Ix0が試料によるＸ線の吸収量
を表すとともに，試料の周期的層構造による干渉効果と
して現れるＸ線定在波を反映することになる。すなわ
ち，分光器2とともに電流計9につながれたコンピュータ
3によって，入射単色Ｘ線のエネルギー（または波長）
を所定の範囲で走査しながらIx/Ix0を計測することでい
わゆるＸ線吸収スペクトル（横軸：エネルギーまたは波
長，縦軸：Ix/Ix0）が得られるが，入射単色Ｘ線のエネ
ルギー（または波長）と入射角および試料の周期的層間
隔がブラッグ反射の条件を満たすと，Ｘ線吸収スペクト
ル上にＸ線定在波スペクトルが重なって観測される。
【０００９】上記の多層膜評価装置では，Ｘ線定在波ス
ペクトル測定と同一の試料配置で同時に反射率も測定す
ることができる。フォトダイオードなどのＸ線強度モニ
ター12が試料中心を回転軸として回転駆動するように設
置される。Ｘ線強度モニター12にはリード線13が結線さ
れ，電流計14によってそこでのＸ線強度が計測される。
上記のＸ線定在波測定と同様に，入射単色Ｘ線4のエネ
ルギー（または波長）と入射角および試料の周期的層間
隔とがブラッグ反射の条件を満たすとＸ線はブラッグ反
射を起こす。したがって，このブラッグ反射を受ける所
定の位置（2q）にＸ線強度モニター12を配置して，ブラ
ッグ反射したＸ線の強度Irを計測する。一連の計測の後
または前に，試料6を光軸から外してＸ線強度モニター1
2を入射単色Ｘ線4を直接受ける位置（2q = 0°）に配置
して入射単色Ｘ線の強度Ir0を計測すれば，100xIr/Ir0
(%)が反射率を与える。したがって，Irを計測しながら
入射単色Ｘ線4のエネルギー（または波長）を走査して1
00xIr/Ir0 (%)を縦軸に，入射Ｘ線のエネルギー（また
は波長）を横軸にプロットすれば反射スペクトルが得ら
れ，このピーク高から反射率が求められる。
ペクトル測定と同一の試料配置で同時に反射率も測定す
ることができる。フォトダイオードなどのＸ線強度モニ
ター12が試料中心を回転軸として回転駆動するように設
置される。Ｘ線強度モニター12にはリード線13が結線さ
れ，電流計14によってそこでのＸ線強度が計測される。
上記のＸ線定在波測定と同様に，入射単色Ｘ線4のエネ
ルギー（または波長）と入射角および試料の周期的層間
隔とがブラッグ反射の条件を満たすとＸ線はブラッグ反
射を起こす。したがって，このブラッグ反射を受ける所
定の位置（2q）にＸ線強度モニター12を配置して，ブラ
ッグ反射したＸ線の強度Irを計測する。一連の計測の後
または前に，試料6を光軸から外してＸ線強度モニター1
2を入射単色Ｘ線4を直接受ける位置（2q = 0°）に配置
して入射単色Ｘ線の強度Ir0を計測すれば，100xIr/Ir0
(%)が反射率を与える。したがって，Irを計測しながら
入射単色Ｘ線4のエネルギー（または波長）を走査して1
00xIr/Ir0 (%)を縦軸に，入射Ｘ線のエネルギー（また
は波長）を横軸にプロットすれば反射スペクトルが得ら
れ，このピーク高から反射率が求められる。
【００１０】すなわち，任意の入射角に設定された多層
膜試料に対して，試料電流を計測する電流計と所定の位
置にＸ線強度モニターを配置すれば試料電流Ixと反射Ｘ
線強度Irを同時に計測することができるため，電子収量
Ｘ線定在波スペクトルと反射スペクトルを同一条件下で
同時かつ簡便に計測することが可能となる。
膜試料に対して，試料電流を計測する電流計と所定の位
置にＸ線強度モニターを配置すれば試料電流Ixと反射Ｘ
線強度Irを同時に計測することができるため，電子収量
Ｘ線定在波スペクトルと反射スペクトルを同一条件下で
同時かつ簡便に計測することが可能となる。
【００１１】次に，本発明の効果を確認するため，例と
してMo/SiC/Si多層膜ミラーのＸ線定在波スペクトルと
反射スペクトルの同時測定例を図２を用いて示す。この
多層膜ミラーは90 eV付近の軟Ｘ線領域において，斜入
射角が80°程度の直入射条件でブラッグ反射をおこすよ
うに層構造が設計されたものであり，図２に示すスペク
トルはこのブラッグ条件を満たす入射角とエネルギー領
域で測定されたものである。図中のスペクトル（a）は
全電子収量で測定した試料電流Ixを入射光単色Ｘ線強度
Ix0で除した電子収量定在波スペクトルで，90 eV から
105 eVの領域にＸ線定在波のスペクトル構造が観測され
る。このＸ線定在波スペクトル構造を再現するように，
層構造や界面粗さを考慮にいれてシミュレーション解析
することにより（T. Kawamura, H. Takenaka, and T. H
ayashi, J. Electron Spectroscopy and Related Pheno
mena, 80, 449 (1996)），多層膜試料の層構造および界
面粗さを評価することができる。なお，105 eV以上の領
域には SiL吸収端のＸ線吸収スペクトル構造が観測さ
れ，この吸収スペクトル形状からは多層膜表面近傍のSi
に関する副次的な化学結合情報を得ることができる。図
中のスペクトル（b）は上記のＸ線定在波スペクトル測
定と同時に測定した反射Ｘ線の強度Irを事前に測定して
おいた入射単色Ｘ線強度Ir0で除した反射スペクトルで
ある。この場合はＸ線定在波スペクトル構造が観測され
るエネルギー領域において反射ピークが観測され，この
ピーク高が反射率を与える。
してMo/SiC/Si多層膜ミラーのＸ線定在波スペクトルと
反射スペクトルの同時測定例を図２を用いて示す。この
多層膜ミラーは90 eV付近の軟Ｘ線領域において，斜入
射角が80°程度の直入射条件でブラッグ反射をおこすよ
うに層構造が設計されたものであり，図２に示すスペク
トルはこのブラッグ条件を満たす入射角とエネルギー領
域で測定されたものである。図中のスペクトル（a）は
全電子収量で測定した試料電流Ixを入射光単色Ｘ線強度
Ix0で除した電子収量定在波スペクトルで，90 eV から
105 eVの領域にＸ線定在波のスペクトル構造が観測され
る。このＸ線定在波スペクトル構造を再現するように，
層構造や界面粗さを考慮にいれてシミュレーション解析
することにより（T. Kawamura, H. Takenaka, and T. H
ayashi, J. Electron Spectroscopy and Related Pheno
mena, 80, 449 (1996)），多層膜試料の層構造および界
面粗さを評価することができる。なお，105 eV以上の領
域には SiL吸収端のＸ線吸収スペクトル構造が観測さ
れ，この吸収スペクトル形状からは多層膜表面近傍のSi
に関する副次的な化学結合情報を得ることができる。図
中のスペクトル（b）は上記のＸ線定在波スペクトル測
定と同時に測定した反射Ｘ線の強度Irを事前に測定して
おいた入射単色Ｘ線強度Ir0で除した反射スペクトルで
ある。この場合はＸ線定在波スペクトル構造が観測され
るエネルギー領域において反射ピークが観測され，この
ピーク高が反射率を与える。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように，本発明は試料電流
をモニターする電子収量Ｘ線定在波スペクトルを測定す
ることにより非破壊でかつ簡便に多層膜の層構造や界面
粗さを評価できるとともに，このＸ線定在波スペクトル
測定と同時に反射スペクトル測定が可能となることか
ら，反射率を同一条件下で評価することが可能になる。
すなわち，本発明により多層膜の評価における簡便性の
向上と迅速化，および信頼性の向上を可能とする。実施
例で用いた試料はオージェ電子分光分析や光電子分光分
析，蛍光Ｘ線分析などの標準試料の深さ方向分析等とし
ても使用されており，分析用の多層膜の界面粗さを含め
た層構造も上記実施例で簡単に測定できること，また，
同様にして周期構造をもつ光フィルターなどの構造評価
が容易にできることは言うまでもない。
をモニターする電子収量Ｘ線定在波スペクトルを測定す
ることにより非破壊でかつ簡便に多層膜の層構造や界面
粗さを評価できるとともに，このＸ線定在波スペクトル
測定と同時に反射スペクトル測定が可能となることか
ら，反射率を同一条件下で評価することが可能になる。
すなわち，本発明により多層膜の評価における簡便性の
向上と迅速化，および信頼性の向上を可能とする。実施
例で用いた試料はオージェ電子分光分析や光電子分光分
析，蛍光Ｘ線分析などの標準試料の深さ方向分析等とし
ても使用されており，分析用の多層膜の界面粗さを含め
た層構造も上記実施例で簡単に測定できること，また，
同様にして周期構造をもつ光フィルターなどの構造評価
が容易にできることは言うまでもない。
【図１】本発明の実施形態を例示す構成説明図である。
【図２】本発明の実施形態例を説明する特性図であり，
スペクトル曲線aは多層膜の界面粗さの情報を含むＸ線
定在波スペクトルであり，スペクトル曲線bは同時に測
定した反射スペクトルである。
スペクトル曲線aは多層膜の界面粗さの情報を含むＸ線
定在波スペクトルであり，スペクトル曲線bは同時に測
定した反射スペクトルである。
１ Ｘ線光源 ２ 分光器 ３ コンピュータ ４ 入射単色Ｘ線 ５ 多層膜評価装置槽 ６ 多層膜試料 ７ 試料ホルダー ８ リード線 ９ 電流計 １０ 光電流計測計 １１ リード線 １２ Ｘ線強度モニター １３ リード線 １４ 電流計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹中 久貴 東京都新宿区西新宿二丁目１番１号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 Ｆターム(参考） 2G001 AA01 AA09 BA07 BA12 BA15 CA01 CA03 DA01 DA02 EA09 GA11 KA13 KA20 LA11 MA05 NA03 NA07 NA15 PA07
Claims (2)
- 【請求項１】 周期的層構造をなす多層膜の評価方法に
おいて，所定のエネルギー（または波長）のＸ線を多層
膜試料に照射して多層膜に流れる試料電流量の入射Ｘ線
エネルギー（または波長）依存性を計測することにより
電子収量Ｘ線定在波スペクトルを測定し，このスペクト
ル形状から層構造や界面粗さについて評価することを特
徴とする多層膜評価方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の多層膜評価方法におい
て，所定の入射角に配置した多層膜試料の試料電流量を
モニターすることによって電子収量Ｘ線定在波スペクト
ルを計測して層構造や界面粗さを評価するとともに，測
定装置内部に設置したＸ線強度モニターによって多層膜
試料で反射されたＸ線強度の入射Ｘ線エネルギー（また
は波長）依存性を計測することにより，層構造や界面粗
さの評価と同時にＸ線反射率を評価することを特徴とす
る多層膜評価装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001038518A JP2002243669A (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 多層膜の評価方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001038518A JP2002243669A (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 多層膜の評価方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002243669A true JP2002243669A (ja) | 2002-08-28 |
Family
ID=18901473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001038518A Pending JP2002243669A (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 多層膜の評価方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002243669A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1513023A1 (en) * | 2003-09-05 | 2005-03-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of evaluating optical element |
| WO2005091076A2 (en) * | 2004-03-05 | 2005-09-29 | Carl Zeiss Smt Ag | Methods for manufacturing reflective optical elements |
| EP1594007A2 (en) | 2004-05-07 | 2005-11-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Assembly and adjusting method of optical system, exposure apparatus having the optical system |
| US7544960B2 (en) | 2004-05-07 | 2009-06-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Evaluation method and fabrication method of optical element having multilayer film, exposure apparatus having the multilayer film, and device fabrication method |
| JP2015148443A (ja) * | 2014-02-04 | 2015-08-20 | 富士通株式会社 | Ｘ線分析方法及びｘ線分析装置 |
| JP2017072566A (ja) * | 2015-10-09 | 2017-04-13 | 株式会社住化分析センター | 有機物試料の分析方法 |
-
2001
- 2001-02-15 JP JP2001038518A patent/JP2002243669A/ja active Pending
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