JP2002532703A

JP2002532703A - 多重非金属結晶層の厚さの決定、フーリエ変換及び平均値ゼロ変換のための手動介入のないｘ線回折計

Info

Publication number: JP2002532703A
Application number: JP2000588567A
Authority: JP
Inventors: エイサマーズ，ジェイムズ; ジェイムーア，クリストファ
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2002-10-02
Also published as: WO2000036371A1; US6226348B1; EP1055098A1

Abstract

(57)【要約】手動介入の無いＸ線回折技法により、非金属結晶材料の多層の厚さが分かる。揺動曲線はメインピークを排除するようにウィンドウ処理される。ウィンドウ処理曲線はランニングアベレージにより平滑化される。平滑化曲線はウィンドウ処理曲線から引き算され、差の曲線を与える。その差の曲線は平均値がゼロになり、その両端の点をゼロに束縛するように変換される。ウェルチウィンドウが利用される。高速フーリエ変換が適用されて変換された差の曲線が得られる。厚さ変換がその結果に適用され、層の厚さが得られる。例としては、ＧａＡｓＨＥＭＴやケイ素ゲルマニウム薄膜構造が利用された。平均値ゼロ移動のある一般的信号処理装置が利用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】Ｉ．発明の背景Ａ. 発明の分野本発明は材料の厚さを測定する分野に関する。さらに、本発明は信号データを
処理する技術に関し、フーリエ変換をうまく実行する。Ｂ. 関連技術層厚測定は半導体技術に分野では非常に有用である。

【０００２】過去において、層厚測定のために、Ｘ線回折計の揺動曲線出力を利用すること
を人々は試みた。これは煩わしい工程であった。第一に、ユーザは揺動曲線の隆
起部を手動で確認し、隣接する極大値にカーソルを手動で導いた。カーソルの位
置から、角度の差異を導出した。そのことから、観察下での材料の支配的厚さを
求めた。層が特定の角度で支配的であるものは、ブラッグ角度と選択律に依存す
る。ユーザは材料の特定層の厚さの予想に基づき推測しなければならない。その
推測はシミュレーションの開始点である。シミュレーションパラメータは、その
パラメータが測定揺動曲線に適合したシミュレーション曲線が得られるまで、変
化させる。

【０００３】ある者は揺動曲線をフーリエ変換させて厚さ曲線を得たが、その結果はノイズ
が大きいので有用ではなかった。ＩＩ. 発明の要約本発明の目的は、手動介入なしに多重非金属結晶層の厚さを求めるために、Ｘ
線回折計を利用することである。本発明の別の目的は、フーリエ変換を利用する
技術を改善させることである。

【０００４】発明者らは、フーリエ変換が揺動曲線に効果がない理由は、曲線の平均値がゼ
ロからずれていることを認識していた。

【０００５】したがって、発明者らは揺動曲線から結果曲線を誘導する技術を開発し、その
結果曲線はゼロに近い平均値を有する。これにより、Ｘ線回折計を利用する多層
の厚さを求める自動方法に至った。

【０００６】本発明は以下の図面を参照して、非限定例により説明する。ＩＶ．好ましい実施例の詳細な説明図１は、ＧａＡｓＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）の揺動曲線を示す。
曲線の水平軸はアーク秒（arc second）の単位であり、-５２７５．０’’から
０までを示す。-５２７５’’では、曲線は１９．８ｃｐｓ^＊の値を示す。垂直
軸はｃｐｓ^＊（counter per second、１秒当たりのカウント）の単位であり、０
から２５０までの範囲で、強度を示す。図１乃至図３及び図９乃至図１１の水平
及び垂直軸の単位は全て同じである。本揺動曲線はＸ線回折計から、図１３のブ
ロック１３０１により受信される。

【０００７】明瞭にするため、図１のスケールはメインピークが切頭されるように選択した
。実際の曲線スケールは無関係である。まず、平均値がゼロから極端に離れてい
るメインピークは、図１３の工程１３０２による図１のライン１０１により示す
ウィンドウを利用して、揺動曲線から取除かれる。ライン１０１は-１４９７．
０’’にあり、その値での縦軸の値は７６．１ｃｐｓ^＊である。第一の例では、
ピークは手動でウィンドウ処理されなければならない。しかしながら、ウィンド
ウ処理が一旦設定されると、メインピークに対するウィンドウ配置は、同じよう
に予想される組成物の他の全てのサンプルに対して利用され、ウィンドウ処理は
自動化される。ピーク位置の変動は、最大強度値を見つけるように揺動曲線の点
を自動調査することにより、自動補正され得る。

【０００８】それから、ウィンドウ処理曲線は平滑化され、図１３に示すブロック１３０３
により、図２に示す平滑化曲線が生じる。当業者には多くの平滑化機能を想到す
るであろう。例えば、ランニングアベレージが利用される。実際には、揺動曲線
は一連の実験点からなる。平滑化の際に、点の値は何れかのサイドの二つの隣接
点を取った点の平均値により交換される。

【０００９】その後、平滑化曲線はウィンドウ処理曲線から引き算され、図１３のブロック
１３０４により、図３に示す差の曲線を与える。それから、変換又は正規化はブ
ロック１３０５により差の曲線に適用される。この変換は、差の曲線がほぼゼロ
に近い平均値を有するようにすることであり、両端の値を強制的にゼロにする。
データを正規化させるために、ウェルシュウィンドウを利用することが好ましい
。

【００１０】変換された差の曲線の高速フーリエ変換は、図１３のブロック１３０６により
、変換変数としての角度を利用して行われる。正規化曲線のデータには、通常、
約１００のデータ値を含む。このデータは、通常２０４８点で、残りのデータ値
は０に設定されて、ラージバッファの第一の要素に複製される。ＦＦＴ（高速フ
ーリエ変換）アルゴリズムは、このバッファを図４に示す曲線であるパワースペ
クトルへ変換させる。パワースペクトルの点の実際の大きさは重要ではない。な
ぜなら、曲線の位置のみが高さでなく厚さを計算するのに必要であるからである
。したがって、便宜上、パワースペクトルの大きさは正規化され、曲線の最大デ
ータ値は１００％に設定され、全ての他の値は最大値に対する割合で表わされる
。よって、図４の曲線では、水平軸はオングストローム（Å）の厚さの単位で表
示されており、垂直軸は正規化された割合で表示されている。

【００１１】明らかなピークが９３Å（Ａ）と、６８３Å（Ｂ）と７００Å（Ｃ）にある。
パワースペクトルのピーク位置は、局所最大を見つけることにより求められ、そ
の位置はバッファへのインデックス（Ｉ）である。本インデックスは厚さの値（
ｔ）に変換される。

【００１２】

【数１】ここで、Ｗはオングストローム単位でのデータを取るために利用されたＸ線の
波長であり、ＮはＦＦＴの点の数であり、Ｂは材料のブラッグ角度であり、Ｓはアーク秒単位であり、揺動曲線のサンプル間の間隔である。

【００１３】

【数２】ｔはＩと定数の掛け算であるので、パワースペクトルのＸ軸は点のインデック
ス位置と厚さ定数を掛けることにより表わされる。

【００１４】図５はケイ素ゲルマニウム薄膜構造の揺動曲線を示す。図５はほぼゼロＡＵの
値である-７１１０．０アーク秒から開始している。ここで、「ＡＵ」とは任意
の単位のことを意味する。値は後に正規化されるので、その単位は重要ではない
。図５は二つ以上のメインピーク、つまりゼロから離れている平均値の二つ以上
のピークを有する。したがって、ウィンドウ処理機能５０１は全てのメインピー
クを取除くために利用される。つまり全てのメインピークは高速変化する。ウィ
ンドウ５０１が-１４８０に配置され、そこでは揺動曲線値は０．０５ＡＵであ
り、ラベル表示用の０．０へと丸くなる。

【００１５】それから、ウィンドウ処理曲線は平滑化され、図６の平滑化曲線を与える。そ
の後、平滑化曲線はウィンドウ処理曲線から引き算され、図７の差の曲線を与え
る。差の曲線は、その後平均値がゼロになるように、さらに両端の値がゼロに束
縛されるように変換される。次に、結果得られた曲線は、変換値として角度を利
用して高速フーリエ変換され、前述したように変換され、図８の変換曲線を与え
る。図４と同様に、図８は水平軸はÅ単位であり、垂直軸は正規化割合である。
ピーク値はピーク発見アルゴリズムに従い、自動的に決定される。図４及び図８
により確立された厚さの値は、本願の背景部で説明し、１％乃至３．５％の範囲
内の精度があることが判明したシミュレーションパラメータ技術により、実験的
に異なる観点から調べた。

【００１６】図９乃至図１２は、最初から不適切なウィンドウ処理配置の結果を示す。図９
は９０１にて、図１の不適切なウィンドウ処理曲線を示す。図１０は平滑化の結
果を示す。図１１は図９と図１０との間の差の曲線を示す。その後、本曲線は変
換され、さらに前述した高速フーリエ変換され、図１２の結果を与える。図１２
と図４との対比から、初期のウィンドウ処理の不適切な配置により図１２は利用
不可能となり、不適切な厚さの値を有する単一のピークのみを示す。

【００１７】前記したように、初期のウィンドウ処理機能は、メインピークを排除するよう
に、ユーザにより経験的にまず選択されなければならない。しかしながら、ウィ
ンドウ位置が一旦わかれば、同じタイプのサンプルの全ての将来の厚さ測定は自
動的に行われる。

【００１８】図１３は、自動的に適用される本発明の単一処理装置の動作のフローチャート
を示す。本フローチャートの参照番号は、動作の工程を前記した本願の適当な場
所に挿入され、説明されている。

【００１９】図１４はＸ線回折計を示す。回折計はソース１４０１と、サンプルホルダー１
４０３と、検出器１４０４とプロセッサ１４０５とを具備する。ソース１４０１
からのＸ線１４０６はサンプル１４０２に入射し、検出器１４０４で検出される
回折放射１４０７を発する。ソース、サンプル又は検出器の移動により、いわゆ
る揺動曲線が生じ、プロセッサ１４０５に送られる。プロセッサ１４０５は、そ
の後図１３の動作を実行する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、多重非金属結晶層からなる材料のＸ線回折計測定から得られる揺動曲
線を示す。

【図２】図２は図１の曲線の一部を平滑化させた曲線を示す。

【図３】図３は図１の部分から図２の曲線を引いた結果の差の曲線を示す。

【図４】図４は図３からの曲線のフーリエ変換曲線を示す。

【図５】図５は第二の揺動曲線を示す。

【図６】図６は図５を平滑化させた曲線を示す。

【図７】図７は、図５の部分から図６の曲線を引いた結果の差の曲線を示す。

【図８】図８は図７のフーリエ変換を示す。

【図９】図９は不正にウィンドウ処理された揺動曲線示す。

【図１０】図１０は不正ウィンドウ処理内の図９の平滑化曲線を示す。

【図１１】図１１は、図９と図１０との間の差の曲線を示す。

【図１２】図１２は図１１のフーリエ変換を示す。

【図１３】図１３はフローチャートを示す。

【図１４】図１４はＸ線回折計の模式図を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ１， 5621 ＢＡＥｉｎｄｈｏｖｅｎ，ＴｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓＦターム(参考） 2F067 AA27 CC15 EE10 HH04 JJ04 KK09 RR14 RR28 2G001 AA01 BA18 CA01 KA11 MA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線ソースと、サンプルホルダーと、検出器と、前記検出器と結合し、前記検出器の出力信号から非金属結晶材料の多層のそれ
ぞれの厚さを、手動介入無しに一義的に計算するように配設されたプロセッサと
を具備するＸ線システム。
【請求項２】前記プロセッサは、検出器から信号曲線の形のデータを受信する受信工程と所定の経験パラメータを受信する受信工程と、前記経験パラメータ及び前記信号曲線から厚さ曲線を発生させる発生工程と、前記厚さ曲線を解釈して厚さの値を与える解釈工程とを実行するように配設さ
れた請求項１記載のＸ線システム。
【請求項３】前記経験パラメータは前記信号曲線のメインピークをウィン
ドウ処理するウィンドウ機能を含む請求項２記載のＸ線システム。
【請求項４】前記信号曲線は前記ソース又は前記検出器の何れかの角度の
関数として強度を与え、前記発生工程は、曲線中の他のピークよりも相対的に大きい少なくとも一つのピークを排除す
るように前記経験パラメータに基づく曲線をウィンドウ処理して、ウィンドウ処
理曲線を与える工程と、平滑化機能を前記ウィンドウ処理曲線に適用して、平滑化されたウィンドウ
処理曲線を与える工程と、前記ウィンドウ処理曲線から平滑化されたウィンドウ処理曲線を引き算し、
ゼロに近い平均値を有する差の曲線を与える工程と、前記差の曲線をフーリエ変換させて、厚さ曲線を与える工程とからなり、前記解釈工程は前記厚さ曲線のピークと厚さの値とを関連させる関連工程を含む
請求項２記載のＸ線システム。
【請求項５】前記プロセッサは、前記引引き算工程後、前記差の曲線を正規化し、ゼロに近い平均値とゼロに近
い両端部を有する正規化された差の曲線を与え、それから前記正規化された差の
曲線にフーリエ変換操作を実行し、前記フーリエ変換操作後、厚さは前記フーリエ変換の結果を変換して厚さ曲線
を与えるさらなる動作を実行するように配設された請求項３記載のＸ線システム
。
【請求項６】前記解釈工程は予想された厚さでの厚さウィンドウ処理を適
用し、厚さウィンドウ処理内でのピーク値を取ることにより、前記厚さ曲線をウ
ィンドウ処理することを含む請求項３記載のＸ線システム。
【請求項７】信号曲線として信号ソースからのデータ信号を受信する受
信手段と、前記信号曲線をを処理し、ゼロに近い平均縦座標値を有する出力曲線を与える
ようにプログラム化されたプロセッサと、前記出力曲線を解釈し及び/又は出力して前記データ信号に対して測定を与え
る手段とを具備する信号処理装置。
【請求項８】前記測定は厚さ測定である請求項６記載の装置。
【請求項９】前記プロセッサは、信号曲線の他のピークよりも相対的に大きな少なくとも一つのピークを排除す
るように信号曲線をウィンドウ処理して、その結果ウィンドウ処理された曲線を
与え、前記ウィンドウ処理曲線に平滑化機能を適用して、平滑化されたウィンドウ処
理曲線を与え、前記ウィンドウ処理曲線から前記平滑化されたウィンドウ処理曲線を引き算し
て、ゼロに近い適当な平均値を有する差の曲線を与え、前記差の曲線をフーリエ変換させて、出力曲線を与える動作を実行するように
プログラム化された請求項６記載の装置。
【請求項１０】前記プロセッサは、引き算工程後、前記差の曲線を正規化させて、ゼロに近い平均値とゼロに近い
両端部の値を有する正規化された差の曲線を与え、その後フーリエ変換操作が前
記正規化された差の曲線て実行され、前記フーリエ変換操作後、前記フーリエ変換の結果を変換して、適当な単位の
測定値のある出力曲線を与えるさらなる動作を実行するように配設された請求項
７記載の装置。
【請求項１１】前記平滑化機能はランニングアベレージである請求項６記
載の装置。