JP2004093521A - Apparatus and method for x-ray reflectance measuring - Google Patents

Apparatus and method for x-ray reflectance measuring Download PDF

Info

Publication number
JP2004093521A
JP2004093521A JP2002258459A JP2002258459A JP2004093521A JP 2004093521 A JP2004093521 A JP 2004093521A JP 2002258459 A JP2002258459 A JP 2002258459A JP 2002258459 A JP2002258459 A JP 2002258459A JP 2004093521 A JP2004093521 A JP 2004093521A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ray
measurement
reflected
intensity
specular reflection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002258459A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoki Awaji
淡路 直樹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2002258459A priority Critical patent/JP2004093521A/en
Publication of JP2004093521A publication Critical patent/JP2004093521A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and a method for X-ray reflectance measuring capable of accurately evaluating an extremely thin film by allowing the measuring of reflected X-ray in wide angle. <P>SOLUTION: This X-ray reflectance measuring apparatus comprises a light source radiating X-ray, an optical system leading the X-ray radiated from the light source to the surface of specimen, a specimen position adjusting means adjusting the position of the specimen relative to the X-ray radiated from the light source, a detector detecting the intensity of the reflected X-ray reflected on the surface of the specimen, and an absorbing plate disposed on the front stage of the detector. The absorbing plate comprises a first absorbing end near the energy of the X-ray and on the high-energy side. The absorbing plate also comprises a second absorbing end near the harmonic energy of the X-ray and on the lower energy side of the harmonic energy. The detector measures the intensity of the reflected X-ray for each divided measuring area formed by dividing a specified measuring area into a plurality of measuring areas. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線反射率測定装置および測定方法に関し、特に広角での反射X線測定を可能にするX線反射率測定装置および測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
X線反射率法は、薄膜試料から反射したX線の干渉パターンから薄膜の膜厚、表面や界面の凹凸、膜密度などを分析する方法である。X線反射率法は、光学的に不透明な金属薄膜や非結晶(アモルファス)膜でも評価が可能である、極薄膜でも評価が可能である、などの特徴があり、MOSデバイスのゲート酸化膜の評価や、磁気ヘッドの多層膜の評価など、先端薄膜材料の評価に利用されている。
【0003】
X線反射率測定では、基板上に膜厚tの薄膜が存在する場合、薄膜表面に対するX線の入射角(θ)を変化させながら、角度2θに現れる反射X線の強度を測定する。ここで入射角(θ)とは、図1(b)に示すように、入射光線が試料103の表面に対してなす角度であり、2θとは、試料103の表面で反射された反射光線が、入射光線の光軸Aに対してなす角度である。
【0004】
試料103に対してX線を照射すると、図1(a)に示すように、膜厚tの薄膜102の表面で反射された反射光l´ref と、基板101との界面で反射された反射光lref とが干渉して、反射X線強度が振動する。入射角θを変えながらそれぞれ対応する2θの位置で反射X線(干渉波)の強度を測定することにより、反射X線強度の振動の周期が得られる。この反射X線強度の振動の周期は膜厚tの関数であり、得られた周期と強度から、薄膜102の膜厚、表面や界面の凹凸、密度などを非破壊で評価することができる。
【0005】
このとき、X線強度が測定限界を超えないように、X線通路にX線吸収体を設置して、試料に入射するX線強度を調整する構成がある(例えば、特許文献1参照。)。
【0006】
【特許文献1】
特開平9−105726号公報(図1および図2)
【発明が解決しようとする課題】
角度2θに現れる反射干渉光の振動周期Δ2θは膜厚tに反比例し、Δ2θ(radian)=λ/tで表わされる。ここでλはX線の波長である。膜厚tが小さい場合、たとえば1nm程度の極薄膜を測定する場合には、比較的大きな2θ角まで干渉光の測定を行う必要がある。しかし、反射X線の強度は1/θ4 に比例して高角度で減衰するので、大きい2θ角では信号にバックグラウンドノイズが重なり、測定が困難になる。このため、極薄膜の評価は難しかった。
【0007】
そこで、本発明は、比較的広角での干渉X線の測定を可能にし、極薄膜の評価を正確に行うことのできるX線反射率測定装置と、測定方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
広角での反射X線の測定を可能にするために、以下の手法が考えられる。
(1)入射X線の強度(光束密度)を高くする。
(2)測定範囲を複数の領域に分割し、各領域で検出器の最大計測数を超えないように最適化して分割測定し、測定結果を連結する。
(3)測定強度から効率的にバックグラウンドを除去して、広角での弱い反射X線の測定を可能にする。
【0009】
これらの手法を実現するために、以下の構成を提案する。
(1)光源からのX線を、ミラーあるいは湾曲結晶により垂直方向と水平方向の双方で集光し、試料表面に入射する入射X線の強度を強くする。あるいは、放射光X線を利用する。
(2)分割した各測定領域に応じて、厚さの異なる吸収板を挿入し、それぞれの測定領域で測定可能な最適な強度まで反射X線を減衰させる。これにより、測定範囲を広く設定しても、分割した測定領域ごとに適切な測定結果を得ることが可能になる。
(3−1)吸収板として、照射X線エネルギーの近傍かつ高エネルギー側に吸収端エネルギーを持つ吸収板、または、照射X線の高調波エネルギーの近傍かつその高調波エネルギーよりも低エネルギー側に吸収端エネルギーを持つ吸収板を使用する。具体的には、使用X線エネルギーよりも5keV以内の範囲で高いエネルギー側に吸収端を有する吸収板、あるいは、使用X線の高調波エネルギーよりも5keV以内の範囲で低エネルギー側に吸収端を有する吸収板を使用するのが望ましい。これにより、反射X線中に含まれる高調波成分を効果的に除去してノイズを低減し、広範囲(広角度)での反射X線強度の測定を可能にする。
(3−2)鏡面反射条件からずれた条件(非鏡面反射条件)でバックグラウンドの測定を行い、その平均値を鏡面反射条件での測定値から差し引く。これによりあらかじめバックグラウンドノイズが除去された検出結果が得られ、広角での反射X線強度の測定が可能になる。
【0010】
より具体的には、本発明の第1の側面において、X線反射率測定装置は、光源と、光源から放射されるX線を試料表面に導く光学系と、光源からのX線に対する試料の位置を調整する試料位置調整手段と、試料表面で反射された反射X線の強度を検出する検出器と、検出器の前段に配置される吸収板とを備え、吸収板は前記X線のエネルギーの近傍かつ高エネルギー側に第1の吸収端を有する。
【0011】
このような吸収板を検出器の前段に挿入することにより、照射X線の基本波よりも高いエネルギーの高調波成分を効果的に除去して、バックグラウンドノイズを低減することができる。結果として、広角での反射X線強度の測定が可能になる。
【0012】
吸収板は、使用されるX線の高調波エネルギーの近傍かつこの高調波エネルギーよりも低エネルギー側に第2の吸収端を有する構成としてもよい。この場合、第1の吸収端エネルギーを有する材料と、第2の吸収端エネルギーを有する材料との合成吸収板とすることができる。このような合成吸収板は、第1の吸収端エネルギーを有する材料と、第2の吸収端エネルギーを有する材料とを積層または貼り合わせる、あるいはあらかじめ合金にするなどして作成できる。これにより、照射X線の2倍、3倍のエネルギーを有する高調波成分を効果的に除去することができる。
【0013】
好ましくは、光学系は光源から照射されたX線を集光する集光手段を有する。これにより、試料への入射X線の強度を高め、広角での反射X線強度の測定を可能にする。
【0014】
検出器は、所定の測定範囲を複数の測定領域に分割した分割測定領域ごとに反射X線の強度を測定する。この場合、X線反射率測定装置は、分割された測定領域ごとに異なる厚さの吸収板を検出器の前段に挿入する吸収板挿入手段をさらに備える。測定領域に応じて異なる厚さの吸収板を用いることにより、各測定領域で反射X線の強度を、カウント可能な適切なレベルに減衰し、広範囲にわたって正確な測定を可能にする。
【0015】
前記検出器は、鏡面反射条件における反射X線の強度と、鏡面反射条件からわずかにずれた非鏡面反射条件での反射X線強度とを測定する。この場合、X線反射率測定装置は、検出強度算出手段をさらに有し、鏡面反射条件で得られた反射X線の強度から、非鏡面反射条件で得られた反射X線強度の平均値を差し引いた値を反射X線強度の検出値として算出する。
【0016】
これによりあらかじめバックグラウンドを除去した反射X線強度が検出され、広角での測定が可能になる。
【0017】
本発明の第2の側面では、X線反射率測定方法を提供する。このX線反射率測定方法は、(a)試料に対する入射角を所定の範囲で変化させながらX線を照射する工程と、(b)前記所定の範囲に対応する測定範囲において、試料表面で反射された反射X線の強度を鏡面反射条件で測定する工程と、(c)鏡面反射条件からずれた非鏡面反射条件で反射X線の強度を測定してバックグラウンドノイズを求める工程と、(d)鏡面反射条件で得られた反射X線強度から非鏡面反射条件で得られたバックグラウンドノイズを差し引いた値を反射X線の強度として検出する工程とを含む。
【0018】
ひとつの例として、測定点ごとに鏡面反射条件での反射X線強度(ピーク強度)と、鏡面反射条件からずれた2以上の非鏡面反射条件での反射X線強度(バックグラウンド)とを個別に測定し、鏡面反射条件で得られた反射X線強度から非鏡面反射条件での反射X線強度の平均値を差し引いて、反射X線の強度として検出する。
【0019】
別の例では、位置敏感検出器を用い、各測定点において、鏡面反射条件での反射X線強度(ピーク強度)と、そこからずれた非鏡面反射条件位置での反射X線強度(バックグラウンド)とを同時に獲得し、鏡面反射条件での反射X線強度から非鏡面反射条件での反射X線強度の平均値を差し引いて、反射X線の強度として検出する。
【0020】
さらに別の例では、測定範囲全体にわたって鏡面反射条件での反射X線強度を測定してピーク強度のプロファイルを求め、測定範囲全体にわたって非鏡面反射条件での反射X線強度を測定してバックグラウンドのプロファイルを求め、前記鏡面反射条件でのプロファイルから非鏡面条件でのプロファイルを差し引くことによって、反射X線の強度を検出する。
【0021】
いずれの例を用いても、あらかじめバックグラウンドを除去した値をX線強度として検出することができるので、広い範囲の2θに対しても正確にX線反射率の測定を行うことができる。
【0022】
X線反射率測定方法はまた、(e)前記測定範囲を複数の測定領域に分割する工程と、(f)各測定領域で異なる厚さの吸収板を挿入する工程とをさらに含む。この場合、鏡面反射条件での測定工程と、非鏡面反射条件での測定工程は、分割測定領域ごとに異なる厚さの吸収板を介して反射X線の強度を測定する。これにより、反射X線の強度を、領域ごとに測定可能な最適なレベルに減衰させて、広範囲にわたるX線測定を可能にする。
【0023】
本発明のその他の特徴、効果は、以下で図面を参照して述べる詳細な説明により、いっそう明確になる。
【0024】
【発明の実施の形態】
図2は、本発明の一実施形態に係るX線反射率測定装置10を示す図である。X線反射率測定装置10は、X線光源11と、光源11から照射されるX線を試料20に導く光学系12と、試料20を保持して入射X線に対する試料20の角度を調整する試料位置調整ゴニオメータ21と、試料21の表面で反射された反射X線を検出する検出器40と、検出器40の前段に配置されるアッテネータ(吸収板)30とを備える。
【0025】
X線光源としては、たとえばX線管球、回転対陰極(Cuローター光源)あるいは放射光などを用いることができる。Cuローター光源を用いた場合、Cu対陰極ターゲットからCuKαエネルギー(波長1.543Å)のX線が放射される。なお、波長とエネルギーの換算は、おおよそ、λ(Å)=12.4/E(KeV)となる。
【0026】
光学系12は、集光ミラー13と、シャッター14と、入射スリット15を含む。集光ミラー13は、たとえば湾曲結晶(ベント結晶)や多層膜ミラー、あるいはその組み合わせで構成される。湾曲結晶と多層膜ミラーによるモノクロメータは、X線光源11から放射された光線を、縦幅1.0mm、横幅1.0mm程度に集光するとともに単色化する。これにより、試料20に導かれるX線の立体角あたりの光束(放射強度)が増大する。シャッター14により、測定時以外はX線を遮断する。入射スリット15は、試料20に入射するX線の断面形状を、0.05mm×1mmから0.1mm×1mmの範囲で成形する。
【0027】
X線反射率測定装置10はまた、光学系12と試料20の間、および試料20とアッテネータ30の間に挿入される真空パス12と、検出器スリット17を備える。X線通過経路に真空パス16を配置することによって、空気散乱を低減する。真空パス16の窓材は、カプトンなど有機膜を用いる。検出器スリット17は、縦0.2mm、横2mm程度のスリットを有し、これにより検出器に入射する光束からバックグラウンドをある程度低減しておく。
【0028】
試料位置調整ゴニオメータ21は、x,y,Rx,Ry,φ、Z駆動軸を有して、試料20の位置を調整する。試料位置調整ゴニオメータ21を駆動することによって、光源11から照射されるX線に対する試料表面の角度、すなわちX線の入射角θを、所定の刻み角(ステップサイズ)δずつ変化させる。
【0029】
試料位置調整ゴニオメータ21には、吸収板挿入ユニット22が接続されている。図2のX線反射率測定装置は、入射角θの変化に対応する所定の測定範囲をあらかじめ2以上の測定領域に分割して、分割された測定領域のそれぞれで反射X線の強度を測定する。このとき、吸収板挿入ユニット22は、試料位置調整ゴニオメータ21の動きに連動して、測定領域ごとに異なる厚さのアッテネータ30を挿入する。
【0030】
検出器40は、たとえば計数型X線検出器を用いることができる。もちろん、計数型X線検出器40に変えて、図3に示すように、CCD(charge coupled device)やPSPC(position sensitive proportional counter)などの位置敏感X線検出器41を用いてもよい。通常の計数型X線検出器40は位置分解能を持たないので、散乱X線の分布を測定するには、スリット17とともに空間を機械的に走査する必要があるが、PSPC41を用いると、散乱成分を動的に検出することができる。なお、検出器40あるいは位置敏感検出器(たとえばPSPC)41は、図示しないデータ処理装置(検出強度算出手段)に接続されている。
【0031】
アッテネータ30は、図2の例ではCu吸収板であり、試料20で反射した反射X線の強度を、計数可能な強度まで減衰させる。通常、X線検出器として用いられるシンチレーション計数管や比例計数管の最大計数率は、十万cps(counts per second)程度であるが、反射X線の強度はそれよりずっと強い。そこで、使用する検出器40で計測可能な範囲にまで反射X線の強度を減衰させる必要がある。X線反射率測定装置10は、試料に対する入射X線の入射角θを変化させながら、反射X線の強度をそれぞれ対応する測定位置(2θ)で測定するものであるが、本発明では、上述したように、入射角θの変化に対応する反射X線の測定範囲を、あらかじめ複数の領域に分割し、各領域で異なる厚さのアッテネータを挿入する。これにより、各測定領域で検出器の最大計測数(カウント)を超えないように反射X線の強度を計数可能な最適なレベルに調整する。
【0032】
たとえば、入射角θを0〜10°の間で変化させて反射X線の強度を2θの位置で測定する例を考える。反射X線の強度は、上述したようにθ に反比例して弱くなる。そこで、測定範囲を、たとえば5つの領域に分割する。入射角θが0°を超えて0.3°までの範囲は全反射領域となり、10 以上のカウントがあるはずである。そこで、この領域を第1測定領域として、反射X線のカウント数が10 〜10 程度になるように、厚さ160μmのCu吸収板(アッテネータ)30を挿入して減衰させる。次にたとえば0.3°〜1°までの領域を第2測定領域とする。第2測定領域での反射X線強度は第1測定領域ほど強くはないので、厚さ120μmのCu吸収板を挿入して、カウント値が10 〜10 程度になるようにする。同様に、第3測定領域では厚さ80μmのCu吸収板を挿入し、第4測定領域では厚さ40μmのCu吸収板を挿入する。第5領域では2θの位置がかなり広角になっており、反射X線の強度は吸収板を使って減衰しなくとも、十分にカウント可能な程度にまで弱まっている。そこで、Cu吸収板を挿入せずに、計測を行う。
【0033】
挿入されるアッテネータ30は、使用するX線エネルギーよりも、やや高めのエネルギーにその吸収端を有する。良好な実施形態では、使用するX線エネルギーよりも5keV以内の範囲で高エネルギー側に、吸収板30の吸収端がある。
【0034】
吸収板30の吸収端と、使用するX線のエネルギーとの関係を、図4を参照して説明する。集光ミラー13を経由したX線の成分には、基本波以外にその2倍、3倍のエネルギーを持つ高調波成分が含まれる。図4(a)は通常の吸収板を挿入した場合の減衰状態を示すグラフであり、図4(b)は、照射X線のエネルギーよりも5keV以内の範囲で高エネルギー側に吸収端を有する吸収板を使用した場合の減衰状態を示す。
【0035】
図4(a)に示すように通常の吸収板を挿入した場合、高調波に対する吸収率よりも、X線波長(基本波)に対する吸収率の方が高く、高調波成分は十分に吸収されない。したがって、検出器においてX線の基本波成分とともに、高調波成分も検出されてしまう。検出された高調波成分は、バックグラウンドノイズの原因となる。
【0036】
一方、図4(b)に示すように、使用するX線波長の近傍(5keV以内の範囲)かつ高エネルギー側に吸収端を有する吸収板を挿入した場合は、高調波成分に対する吸収率が急峻に高まる。結果として、基本X線波長を最もよく透過させて、残りの不純線成分を効果的に除去することができる。換言すると、X線の基本波長に対する吸収率をもっとも低くして、その他の不純線成分に対する吸収率を高く設定することで、バックグラウンドが低減された状態で反射X線の強度を検出できる。
【0037】
5keVを超えて高い側に吸収端を設定すると、X線波長に対する吸収率と高調波に対する吸収率との差が小さくなり、バックグラウンドの除去を効果的に行うことができなくなる。
【0038】
図4(b)の例は、使用するX線波長の高エネルギー側の近傍、たとえば5keV以内の範囲に、単一の吸収端を設定したときの吸収効果(減衰状態)を示している。一方、図5に示すように、さらに高次の高調波(たとえば3倍高調波)に対して第2の吸収端を設定することにより、不純線をさらに効果的に除去することが可能になる。この場合、第2の吸収端エネルギーは、高調波エネルギーの近傍かつその高調波エネルギーよりも低エネルギー側に位置する。たとえば、高調波エネルギーよりも低エネルギー側5keV以内のところに、吸収端を設定する。
【0039】
このような吸収特性を実現するには、第1の吸収端を有する吸収板材料に、第2の吸収端を有する材料を組み込んだ合成吸収板を使用するのが望ましい。このような合成吸収板の作成方法としては、異なる吸収端を有する材料を積層または張り合わせする、あらかじめ異なる材料を合金にして合金吸収板とする、などが挙げられる。たとえば、図2のようにCu対陰極ターゲットを用いた場合は、銅(Cu)以外に、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pb)などを積層または合金にすることによって、反射X線からバックグラウンドノイズをより効果的に減衰させることができる。
【0040】
次に、本発明に係るX線反射率測定方法について説明する。
【0041】
図6および7は、本発明の実施形態に係る反射X線強度の測定手法の種類を説明するための図である。本発明のX線反射率測定方法においては、基本的に、照射X線の入射角θに対応する鏡面反射条件で、反射X線の強度(ピーク強度)を測定し、そこからΔだけずれた非鏡面反射条件位置で反射X線の強度を測定してバックグラウンドを求め、鏡面反射条件で得られた反射X線強度からバックグラウンドを差し引いて検出強度とする。この場合、バックグラウンドの獲得の仕方によって図6および7に示す種類の測定法がある。
【0042】
図6(a)は2θスキャン法を示す。2θスキャン法では、入射角θに対応する各測定点において、検出器の位置をわずかにずらして測定する。すなわち、鏡面反射条件を満たす位置2θと、そこからわずかに外れた位置(2θ±Δ2θ)との間で検出器をシフトさせて、ピーク強度とバックグラウンドとを測定する。
【0043】
これに対して、図6(b)はθスキャン法を示す。θスキャン法では、検出器は2θの位置に固定されており、各測定点で、試料の角度をθ±Δθにずらしながら、2θの位置でピーク強度とバックグラウンドを測定する。
【0044】
図6(a)および6(b)は計数型検出器を用いて、鏡面反射条件での反射X線強度と、そこからずれた非鏡面反射条件での反射X線強度とを個別に検出する測定法を示している。これに対して、図7は位置敏感検出器(PSPC)用いた位置敏感検出器法を示す。位置敏感検出(PSPC)を用いると、入射角θに対応する測定点で、鏡面反射条件におけるピーク強度と非鏡面反射条件におけるバックグラウンドとを同時に測定できる。すなわち、試料位置も検出器(PSPC)も固定したまま、2θにおける反射X線の2次元的な散乱強度分布を得ることができる。
【0045】
図8は、図6または7の方法により得られた、2θの位置での反射X線の散乱分布を示すグラフである。一般に、X線は試料表面において鏡面反射し、鏡面反射位置に反射X線のピークが現れる。鏡面反射とは、試料に対する入射角θと反射角θ’とが等しくなる反射条件であるが、2θ(入射X線の光軸に対して検出器がなす角度)はこの鏡面反射条件を満たし、検出器のカウントは2θの位置でピークを示す。ピークカウントには、もちろんバックグラウンドノイズも含まれている。バックグラウンドは、2θも含め、それ以外の角度においてもほぼ一定の強度で存在する。
【0046】
そこで、鏡面反射条件である2θでの強度と、それよりΔ2θずれた非鏡面反射条件(2θ’=2θ±Δ2θ)での強度を測定し、非鏡面反射条件で得られた強度の平均値をバックグラウンドとしてピークから差し引くことにより、バックグラウンドを除去した反射強度を得る。
【0047】
図6(a)、6(b)および図8に示す例では、説明を簡略化するために、2θの両側で1点ずつ測定しているが、この例に限られず、2θスキャンあるいはθスキャンでより多くの地点で強度を測定してピークフィットすることにより、さらに高精度化することもできる。
【0048】
図9は、図6(a)に示す2θスキャン法を採用したときの、X線反射率測定装置10の処理フローを示す図である。この処理フローにおいて、反射X線強度の測定範囲は、あらかじめ所定数の測定領域に分割されているものとする。
【0049】
まず処理が開始すると、第1測定領域用のアッテネータを設定する(S101)。アッテネータの設定は、上述したように、試料位置調整ゴニオメータに接続される吸収板挿入ユニット(図2参照)により自動的に行われる。次に、試料表面に対するX線の入射角θを設定する(S103)。処理開始直後は、最初の入射角θ に設定する。入射角θを設定したならば、鏡面反射条件(2θ)と、そこからずれた位置での反射X線の強度をそれぞれ測定する(S105)。
【0050】
ステップS105における良好な測定例として、まず検出器を2θ−2×Δθ の位置に設定して強度I を測定する。次に、検出器を2×Δθ だけプラス側にずらして、2θの位置で強度I を測定する。さらに、検出器を2×Δθ だけプラス側にずらして、2θ+2×Δθ の位置で強度I を測定する。鏡面反射条件で測定してから、その両側にずれた位置で強度測定するのではなく、角度の小さい側から順に検出器位置をずらしてゆく。これにより、検出器の逆方向への軸駆動を回避し、測定速度の短縮化に寄与する。図9の例では、非鏡面条件での測定を2θの両側の2点だけで行っているが、それぞれの側で2点以上測定してもよいことは言うまでもない。この場合も、検出器が常に一方向(プラス側)に移動するように測定順序を設定する。
【0051】
次に、バックグラウンドを除去した反射強度を求める(S107)。すなわち、非鏡面反射条件2θ±2×Δθ での強度I とI3 の平均を求めて、これをバックグラウンドBGとする。さらに、鏡面反射条件2θでの測定強度I2 から、バックグラウンドBGを差し引いたものを反射強度I(I=I2 −BG)として算出する。このような演算は、検出器に接続された図示しないデータ処理装置あるいは検出強度算出手段によって自動的に行う。
【0052】
次に、入射角θをδだけ変化させる(S109)。入射角θの変化(ステップサイズ)δは、バックグラウンドを求めるためのずれ角ΔθB よりも大きく設定する(δ>ΔθB )。このように設定することによって、次の測定点への移行時に、検出器の駆動を一方向だけにして、逆方向への軸駆動を回避する。
【0053】
次に、現在の分割測定領域が終了したか否かを判断する(S111)。現在の分割測定領域での測定が終了していない場合は(S111でNO)、ステップS109で新たに設定された入射角を今回の入射角θとして設定し(S103)、ステップS105〜S107を繰り返す。このように、分割測定領域内で順次入射角θを変化させながら、測定点ごとに、鏡面反射条件でのピーク強度と、非鏡面反射条件でのバックグラウンドとを求める。そして、バックグラウンドの平均値をピーク強度から差し引いて、反射X線の検出強度を算出する。
【0054】
ステップS111で現在の分割領域での測定が終了した場合は(S111でYES)、全測定範囲が終了したか否かを判断する(S113)。全測定範囲が終了していない場合は(S113でNO)、次の分割測定領域(たとえば第2測定領域)に移行するためにステップS101に戻り、次の分割測定領域に適した厚さのアッテネータを挿入する。そして、前回の分割測定領域で最後に設定されたθを、次の分割測定領域での最初の入射角θとして設定する(S103)。
【0055】
以下同様に、ステップ105〜109を繰り返して、各測定点でバックグラウンドを除去した反射強度を検出する。ステップS113で全測定範囲にわたって測定が終了したならば(S113でYES),処理を終了する。
【0056】
図10は、図6(b)に示すθスキャン法を採用した場合の、X線反射率測定装置10の処理フローである。まず処理が開始すると、第1測定領域用のアッテネータを設定する(S201)。アッテネータの設定は、試料位置調整ゴニオメータに連動する吸収板挿入ユニット(図2参照)により自動的に行われる。次に、検出器位置を測定位置2θに設定する(S203)。処理開始時は、2θを最初の測定点に設定する。次に、試料位置調整ゴニオメータ(図2)を調整して、試料表面に対するX線の入射角θを、鏡面反射条件と、そこからずれた位置での非鏡面反射条件を創出するようにΔθ だけずらしながら、2θの位置に設定された検出器で反射X線の強度をそれぞれ測定する(S205)。
【0057】
ステップS205における良好な測定例としては、まず試料表面に対するX線の入射角θが、2θ/2−Δθ となるように試料位置を設定し、反射側において2θの位置で強度I を測定する。次に、試料位置をΔθ だけプラス側にずらして、入射角θが2θ/2となるように(すなわち2θが鏡面反射条件を満たすように)位置設定し、反射側において2θの位置で強度I を測定する。さらに、試料位置をΔθ だけプラス側にずらして、試料表面に対する入射角θが2θ/2+Δθ のとなるように位置設定し、反射側において2θの位置で強度I を測定する。このように、角度の小さい側から順に試料位置を動かしてゆくので、試料位置調整ゴニオメータの逆方向への軸駆動を回避し、測定速度の短縮化に寄与する。図10の例では、非鏡面条件での測定を2θの両側の2点だけで行っているが、それぞれの側で2点以上測定してもよいことは言うまでもない。この場合も、試料位置が常に一方向(+側)に移動するように試料位置調整ゴニオメータを駆動する。
【0058】
次に、バックグラウンドを除去した反射強度を求める(S207)。すなわち、試料位置を鏡面反射条件θから±Δθ だけずらしたときの反射X線の強度I とI3 の平均を求め、これをバックグラウンドBGとする。そして、鏡面反射条件での測定強度I2 からバックグラウンドBGを差し引いたものを反射強度I(I=I2 −BG)として検出する。
【0059】
次に、入射X線の光軸に対する検出器の位置2θをδだけ変化させる(S209)。変化量(ステップサイズ)δは、バックグラウンドを求めるためのずれ角ΔθB よりも大きく設定する(δ>ΔθB )。このように設定することによって、入射X線に対する試料位置の駆動を一方向にすることができ、逆方向への軸駆動が回避される。
【0060】
次に、現在の分割測定領域が終了したか否かを判断する(S211)。このような判断は、たとえば、図2に示す検出器40および試料位置調整ゴニオメータ21に接続されるマイクロコンピュータ(不図示)によって行う。現在の分割測定領域での測定が終了していない場合は(S211でNO)、ステップS209で新たに設定された検出器の位置を今回の2θとして設定し(S203)、ステップS205〜S207を繰り返す。このように、分割測定領域内で順次2θ角を変化させながら、新たな測定点で、鏡面反射条件でのピーク強度と、非鏡面反射条件でのバックグラウンドとを求める。そして、バックグラウンドの平均値をピーク強度から差し引いて、反射X線の検出強度を算出する。
【0061】
ステップS211で現在の分割領域での測定が終了した場合は(S211でYES)、全測定範囲が終了したか否かを判断する(S213)。全測定範囲が終了していない場合は(S213でNO)、次の分割測定領域(たとえば第2測定領域)に移行するためにステップS201に戻り、新たな分割測定領域に適した厚さのアッテネータを挿入する。そして、前回の分割測定領域で最後に設定された2θを、新たな分割測定領域での最初の検出角2θとして設定する(S203)。
【0062】
以下同様に、ステップS205〜209を繰り返して、各測定点でバックグラウンドを除去した反射強度を検出する。ステップS213で全測定範囲にわたって測定が終了したならば(S213でYES),処理を終了する。
【0063】
図11は、位置敏感検出器(PSPC)を用いたときの位置敏感検出器法の処理フローを示す図である。上述したように、位置敏感検出器(PSPC)を用いると、鏡面反射条件からずらした位置で別途バックグラウンドの測定を行わなくても、ある入射角θに対する反射X線の強度分布を一度に得ることができる。図11に示す例では位置敏感検出器を2θスキャン法と組み合わせており、一回の測定で2θでのピーク強度と、その両側に分布するバックグラウンドの強度とが得られる。なお、位置敏感検出器(PSPC)を用いる場合も、全測定範囲を複数の測定領域に分割して、測定領域ごとに最適なアッテネータ(吸収板)を使用するものとする。
【0064】
まず、処理開始後、第1の分割測定領域のためのアッテネータを設定する(S301)。次に、試料表面に対するX線の入射角θを設定する(S303)。処理開始直後は、測定範囲における最初の入射角θ に設定する。次に、反射側において、位置敏感検出器を2θ=2×θの位置に設定し、入射角θに対する反射X線の強度分布を測定する。この場合、図8に示すような2次元分布を得ることができる。得られた強度分布からピーク強度I とバックグラウンドBGを決定して、ピーク強度からバックグラウンドを差し引いた値(I−BG)を検出強度Iとする(S305)。
【0065】
次に、入射角θをステップサイズδだけ変化させる(S307)。変更後の新たな角度で第1の測定領域が終了したか否かを判断し(S309)、終了していない場合は(S309でNO),ステップS303〜S307を繰り返して、新しい測定位置で反射X線の強度分布を獲得し、そこから検出強度Iを求める。
【0066】
第1の測定領域が終了した場合は(S309でYES)、全測定範囲が終了したか否かを判断する(S311)。全測定範囲が終了していない場合は(S311でNO)、ステップS301に戻って、次の(第2の)分割測定領域のためのアッテネータを設定する(S301)。以下同様に、ステップS303〜S307を繰り返す。そして、全測定範囲が終了した時点で(S311でYES)、処理を終了する。
【0067】
位置敏感検出器法は、検出器の移動回数や測定回数を低減できるので、全体の測定時間を短縮することができる。
【0068】
図12は、別測定法の処理フローを示す。別測定法では、まず、鏡面反射条件での反射X線強度だけ全測定範囲にわたって連続して測定する。次に、全測定範囲にわたって、鏡面反射条件からはずれた非鏡面反射条件における反射X線強度を連続して測定する。非鏡面反射条件については、2以上の異なる条件を設定することができ、それぞれの条件で、個別に連続して測定する。
【0069】
まず、処理開始後、第1の分割測定領域のための第1アッテネータを設定する(S401)。そして第1の分割測定領域において、θ/2θ測定を行う(S403)。θ/2θ測定では、入射角θをたとえばδ刻みで変化させながら、検出器位置を移動させて2θの位置で順次反射X線強度を測定する。第1の分割測定領域が終了したら、第2の分割測定領域のための第2アッテネータを設定して(S401)、第2の分割測定領域でθ/2θ測定を実行する。このように順次分割測定領域にあわせたアッテネータを用い、全測定範囲にわたって鏡面反射条件(2θ)での強度I を得る。
【0070】
次に、第1の分割測定領域にもどって、再度第1アッテネータを設定し(S405)、第1の非鏡面反射条件で、反射X線強度の測定を行う。すなわち、入射角θを変化させながら、それぞれのθに対して2θ−Δの位置で反射X線強度の測定を連続して行う(S407)。第1の分割測定領域でθ/2θ−Δ測定が終了したら、第2の分割測定領域に移り、第2分割測定領域のための第2アッテネータを設定する(S405)。そして、この分割測定領域でθ/2θ−Δ測定を実行する(S407)。これを全範囲にわたって実行し、第1の非鏡面反射条件での強度(BG1)を得る。BG1について統計誤差を少なくするために、フィッティングによりθの関数として表わしてもよい。
【0071】
次に、第2の非鏡面反射条件において反射X線の強度を測定する。すなわち、第1の分割測定領域のためのアッテネータを設定し(S409)、第1の分割測定領域においてθ/2θ+Δ測定を行う(S411)。次に、第2の分割測定領域のためのアッテネータを設定し(S409)、第2の分割測定領域においてθ/2θ+Δ測定を行う(S411)。これを全測定範囲にわたって繰り返し、第2の非鏡面反射条件での強度(BG2)を得る。BG2についても、フィッティングによりθの関数として表わしてもよい。
【0072】
最後に、バックグラウンド補正を行って検出強度を求める(S413)。すなわち、鏡面反射条件で得られた強度I から、バックグラウンドの平均(図12の例では(B1+B2)/2)を差し引いて、検出強度とする。
【0073】
このように、図9〜12のいずれの方法を採用しても、反射X線のピーク測定値から、あらかじめバックグラウンドを除去したものを反射X線の強度として検出する。したがって、2θの値が大きな広角においてもノイズの少ない検出結果を得ることができ、極薄膜の評価を正確に行うことが可能になる。
【0074】
また、図9および図12に示す方法において、2θスキャン時に、2θの増分(ステップサイズ)δが、2θのバックグラウンド評価用ずれ量Δ2θより大きく設定されている。これにより、ある入射角θに対して検出器の角度を2θ−Δ2θ、2θ、2θ+Δ2θと順次移動させたあと、次の入射角θ(=θ+δ)に対する測定角2θを、検出器を逆戻りさせずに、増加方向にのみ移動させて設定することができる。結果として、測定の迅速化が実現する。
【0075】
同様に、図10に示す方法において、θスキャン時に試料位置をバックグラウンド評価用にΔθだけずらす場合、Δθをθの刻み角(ステップサイズ)δよりも小さく設定する。これによって、試料位置をθ−Δθ、θ、θ+Δθとずらしながら測定した後、次の測定位置θ(=θ+δ)への試料の移動を、逆方向への駆動なしに行える。
(付記1) X線を放射する光源と、光源から放射されるX線を試料の表面に導く光学系と、光源から放射されるX線に対する試料の位置を調整する試料位置調整手段と、試料の表面で反射された反射X線の強度を検出する検出器と、検出器の前段に配置される吸収板とを備え、吸収板は、X線のエネルギーの近傍かつ高エネルギー側に、第1の吸収端を有することを特徴とするX線反射率測定装置。
(付記2) 前記第1の吸収端は、X線エネルギーより5keVの範囲内で高エネルギー側に位置することを特徴とする付記1に記載のX線反射率測定装置。
(付記3) 吸収板は、X線の高調波エネルギーの近傍かつこの高調波エネルギーより低エネルギー側に第2の吸収端を有することを特徴とする付記1に記載のX線反射率測定装置。
(付記4) 前記第2の吸収端は、X線の高調波エネルギーより5keVの範囲内でこの好調波エネルギーより低エネルギー側にあることを特徴とする付記3に記載のX線反射率測定装置。
(付記5) 前記検出器は、所定の測定範囲を複数の測定領域に分割した分割測定領域ごとに反射X線の強度を測定し、前記X線反射率測定装置は、分割測定領域ごとに異なる厚さの吸収板を検出器の前段に挿入する吸収板挿入手段をさらに備えることを特徴とする付記1に記載のX線反射率測定装置。
(付記6) 前記検出器は、前記測定範囲において、鏡面反射条件での反射X線の強度と、鏡面反射条件からはずれた非鏡面反射条件での反射X線の強度とを測定し、前記X線反射率測定装置は、前記鏡面反射条件で得られた反射X線強度から、前記非鏡面反射条件で得られた反射X線強度を差し引いた値を反射X線強度として算出する検出強度算出手段をさらに備えることを特徴とする付記1に記載のX線反射率測定装置。
(付記7) 前記光学系は、光源から照射されたX線を集光する集光手段を含むことを特徴とする付記1に記載のX線反射率測定装置。
(付記8) 試料に対する入射角を所定の範囲で変化させながらX線を照射する工程と、所定の範囲に対応する測定範囲において、前記試料の表面で反射された反射X線の強度を鏡面反射条件で測定する工程と、鏡面反射条件からずれた非鏡面反射条件で前記反射X線の強度を測定してバックグラウンドノイズを求める工程と、鏡面反射条件で得られた反射X線強度から非鏡面反射条件で得られたバックグラウンドノイズを差し引いた値を反射X線の強度として検出する工程とを含むことを特徴とするX線反射率測定方法。
(付記9)前記測定範囲を複数の測定領域に分割する工程と、前記測定領域ごとに異なる厚さの吸収板を挿入する工程とをさらに含み、鏡面反射条件での測定工程と、非鏡面反射条件での測定工程は、測定領域ごとに異なる厚さの吸収板を介して行われることを特徴とする付記8に記載のX線反射率測定方法。
(付記10)前記鏡面反射条件での測定と、非鏡面反射条件での測定は、入射角に対応する測定点ごとに個別に行われることを特徴とする付記8または9に記載のX線反射率測定方法。
(付記11)前記鏡面反射条件での測定と、非鏡面反射条件での測定は、入射角に対応する測定点ごとに、同時に行われることを特徴とする付記8または9に記載のX線反射率測定方法。
(付記12)前記鏡面反射条件での測定は、前記測定範囲全体にわたって連続して行われ、前記非鏡面反射条件での測定は、前記測定範囲全体にわたって連続して行われることを特徴とする付記8または9に記載のX線反射率測定方法。
【0076】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のX線反射率測定装置および方法によれば、バックグラウンドノイズを効果的に除去し、広角の2θ位置においても反射X線強度の測定が可能になる。
【0077】
結果として、極薄膜の特性を正確に評価することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は、反射X線の干渉を説明するための図であり、図1(b)は、2θの位置に現れる反射X線を説明するための図である。
【図2】本発明の一実施形態に係るX線反射率測定装置の構成例を示す図である。
【図3】図2に示す計数型X線検出器に代えて、位置敏感X線検出器(PSPC)を用いる構成例を示す図である。
【図4】本発明の一実施形態で用いられる吸収板の効果を説明するための図であり、図4(a)は通常の吸収板を挿入した場合の減衰状態を、図4(b)は本発明にしたがって使用するX線波長よりも5keVの範囲で高い側に吸収端を有する吸収板を挿入した場合の減衰状態を示すグラフである。
【図5】図2のX線反射率測定装置で使用されるアッテネータの変形例として、複数の高次高調波に対応する吸収端を有する合成吸収板を用いた場合の減衰状態を示すグラフである。
【図6】本発明に係るX線反射率測定方法の種類を説明するための図であり、図6(a)は2θスキャン法を、図6(b)はθスキャン法を示す図である。
【図7】本発明に係るX線反射率測定方法の種類を説明するための図であり、位置敏感X線検出器(PSPC)を用いた位置敏感検出器法を示す図である。
【図8】反射X線のピーク強度とバックグラウンドノイズの分布を示すグラフである。
【図9】本発明に係るX線反射率測定方法において、2θスキャン法を採用した場合の処理フローを示す図である。
【図10】本発明に係るX線反射率測定方法において、θスキャン法を採用した場合の処理フローを示す図である。
【図11】本発明に係るX線反射率測定方法において、位置敏感検出器法を採用した場合の処理フローを示す図である。
【図12】本発明に係るX線反射率測定方法において、全測定範囲に渡って反射X線のピークを測定した後に、全測定範囲に渡って±Δずれた位置でのバックグラウンドを別途測定する別測定法の処理フローを示す図である。
【符号の説明】
10 X線反射率測定装置
11 光源
12 光学系
13 集光ミラー
14 シャッター
15 入射スリット
16 真空パス
17 検出器スリット
20 試料
21 試料位置調整ゴニオメータ
22 吸収板挿入ユニット
30 アッテネータ(吸収板)
40 検出器
41 位置敏感X線検出器(PSPC)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray reflectivity measuring apparatus and a measuring method, and more particularly, to an X-ray reflectivity measuring apparatus and a measuring method capable of measuring a reflected X-ray at a wide angle.
[0002]
[Prior art]
The X-ray reflectivity method is a method of analyzing the thickness of a thin film, the unevenness of a surface or an interface, the film density, and the like from an interference pattern of X-rays reflected from a thin film sample. The X-ray reflectivity method is characterized in that it can evaluate even an optically opaque metal thin film or an amorphous (amorphous) film, and can also evaluate an ultrathin film. It is used for evaluation of advanced thin film materials such as evaluation and evaluation of multilayer films of magnetic heads.
[0003]
In the X-ray reflectivity measurement, when a thin film having a thickness t is present on the substrate, the intensity of the reflected X-ray appearing at an angle 2θ is measured while changing the incident angle (θ) of the X-ray to the thin film surface. Here, the incident angle (θ) is, as shown in FIG. 1B, the angle formed by the incident light with respect to the surface of the sample 103, and 2θ is the angle of the reflected light reflected by the surface of the sample 103. , With respect to the optical axis A of the incident light.
[0004]
When the sample 103 is irradiated with X-rays, as shown in FIG. 1A, the reflected light l′ ref reflected on the surface of the thin film 102 having a thickness t and the reflected light reflected on the interface with the substrate 101. The light lref interferes and the reflected X-ray intensity oscillates. By measuring the intensity of the reflected X-ray (interference wave) at the corresponding 2θ position while changing the incident angle θ, the period of oscillation of the reflected X-ray intensity can be obtained. The period of the oscillation of the reflected X-ray intensity is a function of the film thickness t, and from the obtained period and intensity, the film thickness of the thin film 102, unevenness of the surface or interface, density, and the like can be evaluated nondestructively.
[0005]
At this time, there is a configuration in which an X-ray absorber is installed in the X-ray path and the X-ray intensity incident on the sample is adjusted so that the X-ray intensity does not exceed the measurement limit (for example, see Patent Document 1). .
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-9-105726 (FIGS. 1 and 2)
[Problems to be solved by the invention]
The oscillation period Δ2θ of the reflected interference light appearing at the angle 2θ is inversely proportional to the film thickness t, and is expressed by Δ2θ (radian) = λ / t. Here, λ is the wavelength of the X-ray. When the film thickness t is small, for example, when measuring an extremely thin film of about 1 nm, it is necessary to measure the interference light up to a relatively large 2θ angle. However, the intensity of the reflected X-ray is 1 / θ 4 Therefore, at a large 2θ angle, the background noise overlaps with the signal, and the measurement becomes difficult. For this reason, it was difficult to evaluate an extremely thin film.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide an X-ray reflectivity measuring apparatus and a measuring method capable of measuring interference X-rays at a relatively wide angle and accurately evaluating an ultrathin film.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to enable the measurement of the reflected X-ray at a wide angle, the following method is conceivable.
(1) Increasing the intensity (luminous flux density) of incident X-rays.
(2) Divide the measurement range into a plurality of regions, optimize each region so as not to exceed the maximum number of detectors, perform divided measurement, and link the measurement results.
(3) Efficiently remove the background from the measured intensity to enable measurement of weak reflected X-rays at a wide angle.
[0009]
To realize these methods, the following configuration is proposed.
(1) X-rays from a light source are condensed in both the vertical and horizontal directions by a mirror or a curved crystal to increase the intensity of incident X-rays incident on the sample surface. Alternatively, synchrotron radiation X-rays are used.
(2) Absorbing plates having different thicknesses are inserted according to each of the divided measurement regions, and the reflected X-rays are attenuated to an optimum intensity that can be measured in each measurement region. This makes it possible to obtain an appropriate measurement result for each divided measurement region even if the measurement range is set wide.
(3-1) As an absorption plate, an absorption plate having an absorption edge energy in the vicinity of the irradiated X-ray energy and on the high energy side, or in the vicinity of the harmonic energy of the irradiated X-ray and lower in energy than the harmonic energy. Use an absorption plate with absorption edge energy. Specifically, an absorption plate having an absorption edge on the high energy side within a range of 5 keV or less than the used X-ray energy, or an absorption edge on a low energy side within a range of 5 keV or less than the harmonic energy of the used X-ray. It is desirable to use an absorbing plate having the same. Thereby, the harmonic component contained in the reflected X-ray is effectively removed, the noise is reduced, and the reflected X-ray intensity can be measured in a wide range (wide angle).
(3-2) The background is measured under a condition deviating from the specular reflection condition (non-specular reflection condition), and the average value is subtracted from the measured value under the specular reflection condition. As a result, a detection result from which background noise has been removed in advance is obtained, and it is possible to measure the reflected X-ray intensity at a wide angle.
[0010]
More specifically, in the first aspect of the present invention, the X-ray reflectometer includes a light source, an optical system that guides X-rays emitted from the light source to the sample surface, A sample position adjusting means for adjusting the position; a detector for detecting the intensity of the reflected X-rays reflected on the sample surface; and an absorbing plate disposed in front of the detector, wherein the absorbing plate has an energy of the X-rays. Has a first absorption edge in the vicinity of and on the high energy side.
[0011]
By inserting such an absorbing plate in front of the detector, it is possible to effectively remove harmonic components having higher energy than the fundamental wave of the irradiated X-ray and reduce background noise. As a result, it is possible to measure the reflected X-ray intensity at a wide angle.
[0012]
The absorbing plate may have a second absorption end near the harmonic energy of the X-ray used and on the lower energy side than the harmonic energy. In this case, a composite absorption plate of a material having the first absorption edge energy and a material having the second absorption edge energy can be provided. Such a composite absorbing plate can be made by laminating or bonding a material having a first absorption edge energy and a material having a second absorption edge energy, or forming an alloy in advance. As a result, harmonic components having twice or three times the energy of the irradiated X-ray can be effectively removed.
[0013]
Preferably, the optical system has a light collecting means for collecting X-rays emitted from the light source. Thereby, the intensity of the incident X-rays to the sample is increased, and the reflected X-ray intensity at a wide angle can be measured.
[0014]
The detector measures the intensity of the reflected X-ray for each divided measurement region obtained by dividing a predetermined measurement range into a plurality of measurement regions. In this case, the X-ray reflectivity measuring apparatus further includes an absorbing plate inserting means for inserting an absorbing plate having a different thickness for each of the divided measurement areas in front of the detector. By using an absorbing plate having a different thickness according to the measurement area, the intensity of the reflected X-ray is attenuated to an appropriate level that can be counted in each measurement area, and accurate measurement can be performed over a wide range.
[0015]
The detector measures the intensity of reflected X-rays under specular reflection conditions and the intensity of reflected X-rays under non-specular reflection conditions slightly deviated from the specular reflection conditions. In this case, the X-ray reflectivity measuring apparatus further includes a detection intensity calculating unit, and calculates an average value of the reflected X-ray intensity obtained under the non-specular reflection condition from the intensity of the reflected X-ray obtained under the specular reflection condition. The subtracted value is calculated as a detected value of the reflected X-ray intensity.
[0016]
As a result, the reflected X-ray intensity from which the background has been removed in advance is detected, and measurement at a wide angle becomes possible.
[0017]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an X-ray reflectivity measuring method. This X-ray reflectivity measuring method includes: (a) a step of irradiating an X-ray while changing an incident angle with respect to a sample within a predetermined range; and (b) a reflection at the sample surface in a measurement range corresponding to the predetermined range. (C) measuring the intensity of the reflected X-ray under the specular reflection condition, measuring the intensity of the reflected X-ray under the non-specular reflection condition deviated from the specular reflection condition, and obtaining a background noise. Detecting the value obtained by subtracting the background noise obtained under the non-specular reflection condition from the reflected X-ray intensity obtained under the specular reflection condition as the intensity of the reflected X-ray.
[0018]
As one example, the reflected X-ray intensity (peak intensity) under the specular reflection condition and the reflected X-ray intensity (background) under two or more non-specular reflection conditions deviated from the specular reflection condition are individually determined for each measurement point. Then, the average value of the reflected X-ray intensity under the non-specular reflection condition is subtracted from the reflected X-ray intensity obtained under the specular reflection condition, and detected as the reflected X-ray intensity.
[0019]
In another example, a position-sensitive detector is used, and at each measurement point, the reflected X-ray intensity (peak intensity) under the specular reflection condition and the reflected X-ray intensity at the non-specular reflection condition position deviated therefrom (background) ) Is obtained at the same time, and the average value of the reflected X-ray intensity under the non-specular reflection condition is subtracted from the reflected X-ray intensity under the specular reflection condition, and detected as the reflected X-ray intensity.
[0020]
In still another example, the reflected X-ray intensity under specular reflection conditions is measured over the entire measurement range to determine a peak intensity profile, and the reflected X-ray intensity under non-specular reflection conditions is measured over the entire measurement range to obtain a background. Is obtained, and the intensity of the reflected X-rays is detected by subtracting the profile under the non-specular condition from the profile under the specular condition.
[0021]
In any case, the value from which the background has been removed can be detected as the X-ray intensity, so that the X-ray reflectivity can be accurately measured even over a wide range of 2θ.
[0022]
The X-ray reflectance measurement method further includes (e) dividing the measurement range into a plurality of measurement regions, and (f) inserting an absorbing plate having a different thickness in each measurement region. In this case, in the measurement step under the specular reflection condition and the measurement step under the non-specular reflection condition, the intensity of the reflected X-ray is measured via an absorbing plate having a different thickness for each divided measurement region. As a result, the intensity of the reflected X-rays is attenuated to an optimal level that can be measured for each region, and X-ray measurement can be performed over a wide range.
[0023]
Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 2 is a diagram showing an X-ray reflectivity measuring apparatus 10 according to one embodiment of the present invention. The X-ray reflectometer 10 adjusts the angle of the sample 20 with respect to the incident X-ray while holding the sample 20 and the optical system 12 for guiding the X-ray emitted from the light source 11 to the sample 20. The apparatus includes a sample position adjusting goniometer 21, a detector 40 for detecting reflected X-rays reflected on the surface of the sample 21, and an attenuator (absorbing plate) 30 arranged in front of the detector 40.
[0025]
As the X-ray light source, for example, an X-ray tube, a rotating anode (Cu rotor light source), or radiated light can be used. When a Cu rotor light source is used, X-rays of CuKα energy (wavelength 1.543 °) are emitted from the Cu-cathode target. Note that the conversion of wavelength and energy is approximately λ (Å) = 12.4 / E (KeV).
[0026]
The optical system 12 includes a condenser mirror 13, a shutter 14, and an entrance slit 15. The condenser mirror 13 is composed of, for example, a curved crystal (bent crystal), a multilayer mirror, or a combination thereof. The monochromator including the curved crystal and the multilayer mirror condenses the light beam emitted from the X-ray light source 11 to a vertical width of about 1.0 mm and a horizontal width of about 1.0 mm and monochromatically. Thereby, the luminous flux (radiation intensity) per solid angle of the X-ray guided to the sample 20 increases. The shutter 14 blocks X-rays except during measurement. The entrance slit 15 shapes the cross-sectional shape of the X-ray incident on the sample 20 in a range of 0.05 mm × 1 mm to 0.1 mm × 1 mm.
[0027]
The X-ray reflectometer 10 also includes a vacuum path 12 inserted between the optical system 12 and the sample 20, and between the sample 20 and the attenuator 30, and a detector slit 17. By disposing the vacuum path 16 in the X-ray passage, air scattering is reduced. The window material of the vacuum path 16 uses an organic film such as Kapton. The detector slit 17 has a slit having a length of about 0.2 mm and a width of about 2 mm, thereby reducing the background from the light beam incident on the detector to some extent.
[0028]
The sample position adjusting goniometer 21 has x, y, Rx, Ry, φ, and Z drive axes, and adjusts the position of the sample 20. By driving the sample position adjusting goniometer 21, the angle of the sample surface with respect to the X-ray emitted from the light source 11, that is, the incident angle θ of the X-ray is changed by a predetermined step angle (step size) δ.
[0029]
An absorption plate insertion unit 22 is connected to the sample position adjustment goniometer 21. The X-ray reflectometer of FIG. 2 divides a predetermined measurement range corresponding to the change of the incident angle θ into two or more measurement regions in advance, and measures the intensity of the reflected X-ray in each of the divided measurement regions. I do. At this time, the absorption plate insertion unit 22 inserts an attenuator 30 having a different thickness for each measurement area in conjunction with the movement of the sample position adjustment goniometer 21.
[0030]
As the detector 40, for example, a counting X-ray detector can be used. Of course, instead of the counting type X-ray detector 40, as shown in FIG. 3, a position-sensitive X-ray detector 41 such as a charge coupled device (CCD) or a position sensitive proportional counter (PSPC) may be used. Since the ordinary counting X-ray detector 40 has no positional resolution, it is necessary to mechanically scan the space together with the slit 17 to measure the distribution of scattered X-rays. Can be dynamically detected. Note that the detector 40 or the position sensitive detector (for example, PSPC) 41 is connected to a data processing device (detection intensity calculation means) not shown.
[0031]
The attenuator 30 is a Cu absorption plate in the example of FIG. 2, and attenuates the intensity of the reflected X-rays reflected by the sample 20 to a countable intensity. Usually, the maximum count rate of a scintillation counter or a proportional counter used as an X-ray detector is about 100,000 cps (counts per second), but the intensity of the reflected X-ray is much higher. Therefore, it is necessary to attenuate the intensity of the reflected X-rays to a range that can be measured by the detector 40 used. The X-ray reflectometer 10 measures the intensity of the reflected X-ray at the corresponding measurement position (2θ) while changing the incident angle θ of the incident X-ray with respect to the sample. As described above, the measurement range of the reflected X-ray corresponding to the change in the incident angle θ is divided into a plurality of regions in advance, and attenuators having different thicknesses are inserted in each region. Thereby, the intensity of the reflected X-rays is adjusted to an optimal level at which counting can be performed so as not to exceed the maximum measurement number (count) of the detector in each measurement region.
[0032]
For example, consider an example in which the incident angle θ is changed between 0 and 10 ° and the intensity of the reflected X-ray is measured at a position of 2θ. As described above, the intensity of the reflected X-ray is θ 4 Weakens in inverse proportion to Therefore, the measurement range is divided into, for example, five regions. The range where the incident angle θ exceeds 0 ° to 0.3 ° is a total reflection area, 7 There should be more counts. Therefore, this area is defined as a first measurement area, and the number of reflected X-rays is 10 3 -10 5 Then, a 160 μm-thick Cu absorption plate (attenuator) 30 is inserted and attenuated. Next, for example, a region from 0.3 ° to 1 ° is defined as a second measurement region. Since the reflected X-ray intensity in the second measurement area is not as strong as in the first measurement area, a count value of 10 is inserted by inserting a 120 μm thick Cu absorption plate. 3 -10 5 About. Similarly, a Cu absorption plate having a thickness of 80 μm is inserted in the third measurement region, and a Cu absorption plate having a thickness of 40 μm is inserted in the fourth measurement region. In the fifth region, the position of 2θ is considerably wide-angle, and the intensity of the reflected X-rays is weakened to a level that can be sufficiently counted without being attenuated using the absorption plate. Therefore, measurement is performed without inserting a Cu absorption plate.
[0033]
The attenuator 30 to be inserted has its absorption edge at energy slightly higher than the X-ray energy used. In a preferred embodiment, the absorption edge of the absorption plate 30 is on the high energy side within a range of 5 keV or less than the X-ray energy used.
[0034]
The relationship between the absorption edge of the absorption plate 30 and the energy of the X-ray used will be described with reference to FIG. The component of the X-ray that has passed through the condenser mirror 13 includes a harmonic component having twice or three times the energy of the fundamental wave in addition to the fundamental wave. FIG. 4A is a graph showing an attenuation state when a normal absorption plate is inserted, and FIG. 4B has an absorption edge on the high energy side within a range of 5 keV or less than the energy of the irradiated X-ray. This shows an attenuation state when an absorbing plate is used.
[0035]
When a normal absorbing plate is inserted as shown in FIG. 4A, the absorptance for the X-ray wavelength (fundamental wave) is higher than the absorptance for the harmonics, and the harmonic components are not sufficiently absorbed. Therefore, the detector detects the harmonic component as well as the fundamental component of the X-ray. The detected harmonic component causes background noise.
[0036]
On the other hand, as shown in FIG. 4B, when an absorption plate having an absorption edge near the X-ray wavelength to be used (within 5 keV) and on the high energy side is inserted, the absorptivity for the harmonic component is sharp. To increase. As a result, the basic X-ray wavelength can be transmitted best, and the remaining impurity element can be effectively removed. In other words, by setting the absorptance for the fundamental wavelength of X-rays to be the lowest and setting the absorptance for other impure line components to be high, the intensity of the reflected X-rays can be detected with the background reduced.
[0037]
If the absorption edge is set higher than 5 keV, the difference between the absorptivity for the X-ray wavelength and the absorptivity for the higher harmonics becomes smaller, and the background cannot be effectively removed.
[0038]
The example of FIG. 4B shows an absorption effect (attenuation state) when a single absorption edge is set in the vicinity of the high energy side of the X-ray wavelength to be used, for example, within a range of 5 keV. On the other hand, as shown in FIG. 5, by setting the second absorption end for higher harmonics (for example, third harmonics), it becomes possible to more effectively remove impurity lines. . In this case, the second absorption edge energy is located near the higher harmonic energy and on the lower energy side than the higher harmonic energy. For example, the absorption edge is set within 5 keV on the lower energy side of the harmonic energy.
[0039]
In order to realize such absorption characteristics, it is desirable to use a synthetic absorption plate in which a material having a second absorption edge is incorporated into an absorption plate material having a first absorption edge. Examples of a method for producing such a synthetic absorption plate include laminating or bonding materials having different absorption edges, and alloying a different material in advance to form an alloy absorption plate. For example, when a Cu anti-cathode target is used as shown in FIG. 2, the reflection X is obtained by stacking or alloying platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pb) or the like in addition to copper (Cu). Background noise can be more effectively attenuated from the lines.
[0040]
Next, an X-ray reflectivity measuring method according to the present invention will be described.
[0041]
6 and 7 are diagrams for explaining the types of the measuring method of the reflected X-ray intensity according to the embodiment of the present invention. In the X-ray reflectivity measuring method of the present invention, basically, the intensity (peak intensity) of the reflected X-ray is measured under the specular reflection condition corresponding to the incident angle θ of the irradiated X-ray, and the measured value is shifted by Δ from the measured value. The background is obtained by measuring the intensity of the reflected X-ray at the non-specular reflection condition position, and the background is subtracted from the reflected X-ray intensity obtained under the specular reflection condition to obtain the detected intensity. In this case, there are measurement methods of the type shown in FIGS. 6 and 7 depending on how the background is obtained.
[0042]
FIG. 6A shows the 2θ scanning method. In the 2θ scanning method, at each measurement point corresponding to the incident angle θ, measurement is performed with the position of the detector slightly shifted. That is, the detector is shifted between a position 2θ that satisfies the specular reflection condition and a position slightly deviated therefrom (2θ ± Δ2θ), and the peak intensity and the background are measured.
[0043]
On the other hand, FIG. 6B shows the θ scan method. In the θ scan method, the detector is fixed at the position of 2θ, and the peak intensity and the background are measured at the position of 2θ while shifting the angle of the sample to θ ± Δθ at each measurement point.
[0044]
FIGS. 6A and 6B separately show the reflected X-ray intensity under the specular reflection condition and the reflected X-ray intensity under the non-specular reflection condition deviating therefrom using the counting type detector. The measurement method is shown. FIG. 7 shows a position sensitive detector method using a position sensitive detector (PSPC). When the position sensitive detection (PSPC) is used, the peak intensity under the specular reflection condition and the background under the non-specular reflection condition can be simultaneously measured at the measurement point corresponding to the incident angle θ. That is, a two-dimensional scattering intensity distribution of reflected X-rays at 2θ can be obtained while the sample position and the detector (PSPC) are fixed.
[0045]
FIG. 8 is a graph showing the scattering distribution of the reflected X-ray at the position of 2θ obtained by the method of FIG. 6 or 7. Generally, X-rays are specularly reflected on the sample surface, and a peak of the reflected X-rays appears at the specular reflection position. Specular reflection is a reflection condition under which the incident angle θ with respect to the sample is equal to the reflection angle θ ′, and 2θ (the angle formed by the detector with respect to the optical axis of the incident X-ray) satisfies the specular reflection condition, The detector count shows a peak at 2θ. The peak count, of course, includes background noise. The background exists with almost constant intensity even at other angles including 2θ.
[0046]
Therefore, the intensity at 2θ, which is the specular reflection condition, and the non-specular reflection condition (2θ ′ = 2θ ± Δ2θ) shifted by Δ2θ therefrom. B ) Is measured, and the average value of the intensities obtained under the non-specular reflection condition is subtracted from the peak as the background to obtain the reflection intensity from which the background has been removed.
[0047]
In the examples shown in FIGS. 6 (a), 6 (b) and FIG. 8, for simplicity of description, measurement is performed one point at each side of 2θ, but the present invention is not limited to this example. By measuring the intensity at more points and performing peak fitting, the accuracy can be further improved.
[0048]
FIG. 9 is a diagram showing a processing flow of the X-ray reflectometer 10 when the 2θ scanning method shown in FIG. 6A is adopted. In this processing flow, it is assumed that the measurement range of the reflected X-ray intensity is divided in advance into a predetermined number of measurement areas.
[0049]
First, when the process starts, an attenuator for the first measurement area is set (S101). As described above, the setting of the attenuator is automatically performed by the absorption plate insertion unit (see FIG. 2) connected to the sample position adjustment goniometer. Next, the incident angle θ of the X-ray with respect to the sample surface is set (S103). Immediately after the start of processing, the first incident angle θ 0 Set to. After setting the incident angle θ, the specular reflection condition (2θ) and the intensity of the reflected X-ray at a position shifted therefrom are measured (S105).
[0050]
As a good measurement example in step S105, first, the detector is set to 2θ−2 × Δθ. B And set the intensity I 1 Is measured. Next, the detector is 2 × Δθ B Only at the plus side, the intensity I 2 Is measured. Furthermore, the detector is 2 × Δθ B 2θ + 2 × Δθ B At the position I 3 Is measured. After measuring under the specular reflection condition, instead of measuring the intensity at a position shifted to both sides, the detector position is shifted in order from the side with the smaller angle. This avoids the axial drive of the detector in the opposite direction, which contributes to a reduction in measurement speed. In the example of FIG. 9, the measurement under the non-specular condition is performed only at two points on both sides of 2θ, but it goes without saying that two or more points may be measured on each side. Also in this case, the measurement order is set so that the detector always moves in one direction (positive side).
[0051]
Next, the reflection intensity from which the background has been removed is determined (S107). That is, the non-specular reflection condition 2θ ± 2 × Δθ B Strength I 1 And I 3 And calculate the average as the background BG. Further, the measured intensity I under the specular reflection condition 2θ is 2 Subtracting the background BG from the reflection intensity I (I = I 2 -BG). Such a calculation is automatically performed by a data processing device (not shown) or a detection intensity calculation unit connected to the detector.
[0052]
Next, the incident angle θ is changed by δ (S109). The change (step size) δ of the incident angle θ is the shift angle Δθ for obtaining the background. B (Δ> Δθ) B ). By setting in this way, at the time of transition to the next measurement point, the detector is driven only in one direction, and shaft driving in the opposite direction is avoided.
[0053]
Next, it is determined whether or not the current divided measurement area has ended (S111). If the measurement in the current divided measurement area is not completed (NO in S111), the newly set incident angle in step S109 is set as the current incident angle θ (S103), and steps S105 to S107 are repeated. . As described above, the peak intensity under the specular reflection condition and the background under the non-specular reflection condition are obtained for each measurement point while sequentially changing the incident angle θ in the divided measurement region. Then, the detected intensity of the reflected X-ray is calculated by subtracting the average value of the background from the peak intensity.
[0054]
If the measurement in the current divided area has been completed in step S111 (YES in S111), it is determined whether or not the entire measurement range has been completed (S113). If the entire measurement range has not been completed (NO in S113), the process returns to step S101 to shift to the next divided measurement region (for example, the second measurement region), and an attenuator having a thickness suitable for the next divided measurement region. Insert Then, the last set θ in the previous divided measurement area is set as the first incident angle θ in the next divided measurement area (S103).
[0055]
Hereinafter, similarly, steps 105 to 109 are repeated to detect the reflection intensity from which the background has been removed at each measurement point. If the measurement has been completed over the entire measurement range in step S113 (YES in S113), the process ends.
[0056]
FIG. 10 is a processing flow of the X-ray reflectometer 10 when the θ scanning method shown in FIG. 6B is employed. First, when the process starts, an attenuator for the first measurement area is set (S201). The setting of the attenuator is automatically performed by an absorption plate insertion unit (see FIG. 2) interlocked with the sample position adjustment goniometer. Next, the detector position is set to the measurement position 2θ (S203). At the start of the process, 2θ is set to the first measurement point. Next, the sample position adjusting goniometer (FIG. 2) is adjusted so that the incident angle θ of the X-ray with respect to the sample surface is set to Δθ so as to create a specular reflection condition and a non-specular reflection condition at a position shifted therefrom. B While shifting only, the intensity of the reflected X-rays is measured by the detector set at the position of 2θ (S205).
[0057]
As a good measurement example in step S205, first, the incident angle θ of the X-ray with respect to the sample surface is 2θ / 2−Δθ B And the intensity I at the position of 2θ on the reflection side. 1 Is measured. Next, the sample position is set to Δθ B And the position is set so that the incident angle θ is 2θ / 2 (that is, 2θ satisfies the specular reflection condition), and the intensity I at the position of 2θ on the reflection side is shifted. 2 Is measured. Further, the sample position is set to Δθ B And the incident angle θ with respect to the sample surface is 2θ / 2 + Δθ B And the intensity I at the position of 2θ on the reflection side. 3 Is measured. As described above, since the sample position is moved in order from the side having the smaller angle, the axial movement of the sample position adjusting goniometer in the opposite direction is avoided, and the measurement speed is reduced. In the example of FIG. 10, the measurement under the non-specular condition is performed only at two points on both sides of 2θ, but it goes without saying that two or more points may be measured on each side. Also in this case, the sample position adjusting goniometer is driven so that the sample position always moves in one direction (+ side).
[0058]
Next, the reflection intensity from which the background has been removed is determined (S207). That is, the position of the sample is ± Δθ B X of reflected X-ray intensity 1 And I 3 , And this is used as the background BG. Then, the measurement intensity I under the specular reflection condition 2 Subtracting the background BG from the reflection intensity I (I = I 2 -BG).
[0059]
Next, the position 2θ of the detector with respect to the optical axis of the incident X-ray is changed by δ (S209). The change amount (step size) δ is the shift angle Δθ for obtaining the background. B (Δ> Δθ) B ). With this setting, the driving of the sample position with respect to the incident X-ray can be performed in one direction, and the axial driving in the opposite direction is avoided.
[0060]
Next, it is determined whether or not the current divided measurement area has ended (S211). Such a determination is made, for example, by a microcomputer (not shown) connected to the detector 40 and the sample position adjusting goniometer 21 shown in FIG. If the measurement in the current divided measurement area has not been completed (NO in S211), the position of the detector newly set in step S209 is set as the current 2θ (S203), and steps S205 to S207 are repeated. . As described above, the peak intensity under the specular reflection condition and the background under the non-specular reflection condition are obtained at a new measurement point while sequentially changing the 2θ angle in the divided measurement region. Then, the detected intensity of the reflected X-ray is calculated by subtracting the average value of the background from the peak intensity.
[0061]
If the measurement in the current divided area has been completed in step S211 (YES in S211), it is determined whether or not the entire measurement range has been completed (S213). If the entire measurement range has not been completed (NO in S213), the process returns to step S201 to shift to the next divided measurement region (for example, the second measurement region), and the attenuator having a thickness suitable for the new divided measurement region Insert Then, 2θ set last in the previous divided measurement area is set as the first detection angle 2θ in the new divided measurement area (S203).
[0062]
Hereinafter, similarly, steps S205 to S209 are repeated to detect the reflection intensity from which the background has been removed at each measurement point. If the measurement has been completed over the entire measurement range in step S213 (YES in S213), the process ends.
[0063]
FIG. 11 is a diagram showing a processing flow of the position sensitive detector method when the position sensitive detector (PSPC) is used. As described above, when the position sensitive detector (PSPC) is used, the intensity distribution of the reflected X-rays with respect to a certain incident angle θ can be obtained at a time without separately measuring the background at a position shifted from the specular reflection condition. be able to. In the example shown in FIG. 11, the position sensitive detector is combined with the 2θ scanning method, and the peak intensity at 2θ and the background intensity distributed on both sides can be obtained by one measurement. When a position sensitive detector (PSPC) is used, the entire measurement range is divided into a plurality of measurement regions, and an optimal attenuator (absorption plate) is used for each measurement region.
[0064]
First, after the processing is started, an attenuator for the first divided measurement area is set (S301). Next, the incident angle θ of the X-ray with respect to the sample surface is set (S303). Immediately after the start of processing, the first incident angle θ in the measurement range 0 Set to. Next, on the reflection side, the position sensitive detector is set at the position of 2θ = 2 × θ, and the intensity distribution of the reflected X-ray with respect to the incident angle θ is measured. In this case, a two-dimensional distribution as shown in FIG. 8 can be obtained. From the obtained intensity distribution, the peak intensity I 0 And background BG, and the value obtained by subtracting the background from the peak intensity (I 0 −BG) as the detection intensity I (S305).
[0065]
Next, the incident angle θ is changed by the step size δ (S307). It is determined whether the first measurement area has ended at the new angle after the change (S309), and if not (NO in S309), steps S303 to S307 are repeated to reflect at the new measurement position. An X-ray intensity distribution is obtained, and a detected intensity I is obtained therefrom.
[0066]
If the first measurement area has ended (YES in S309), it is determined whether or not the entire measurement range has ended (S311). If the entire measurement range has not been completed (NO in S311), the process returns to step S301 to set an attenuator for the next (second) divided measurement region (S301). Hereinafter, steps S303 to S307 are similarly repeated. Then, when the entire measurement range ends (YES in S311), the process ends.
[0067]
The position-sensitive detector method can reduce the number of movements and the number of measurements of the detector, so that the entire measurement time can be reduced.
[0068]
FIG. 12 shows a processing flow of another measurement method. In another measurement method, first, the reflected X-ray intensity under the specular reflection condition is continuously measured over the entire measurement range. Next, the reflected X-ray intensity under the non-specular reflection condition deviating from the specular reflection condition is continuously measured over the entire measurement range. As the non-specular reflection condition, two or more different conditions can be set, and the measurement is performed individually and continuously under each condition.
[0069]
First, after the processing is started, a first attenuator for the first divided measurement area is set (S401). Then, θ / 2θ measurement is performed in the first divided measurement area (S403). In the θ / 2θ measurement, the detector position is moved while the incident angle θ is changed in increments of δ, for example, and the reflected X-ray intensity is sequentially measured at the position of 2θ. When the first divided measurement area is completed, a second attenuator for the second divided measurement area is set (S401), and θ / 2θ measurement is performed in the second divided measurement area. In this manner, the intensity I under the specular reflection condition (2θ) is used over the entire measurement range by using the attenuator sequentially adjusted to the divided measurement area. 0 Get.
[0070]
Next, returning to the first divided measurement area, the first attenuator is set again (S405), and the reflected X-ray intensity is measured under the first non-specular reflection condition. That is, while the incident angle θ is changed, the measurement of the reflected X-ray intensity is continuously performed at the position of 2θ−Δ for each θ (S407). When the θ / 2θ-Δ measurement is completed in the first divided measurement area, the process moves to the second divided measurement area, and a second attenuator for the second divided measurement area is set (S405). Then, θ / 2θ−Δ measurement is performed in this divided measurement area (S407). This is performed over the entire range to obtain the intensity (BG1) under the first non-specular reflection condition. BG1 may be represented as a function of θ by fitting to reduce the statistical error.
[0071]
Next, the intensity of the reflected X-ray is measured under the second non-specular reflection condition. That is, an attenuator for the first divided measurement area is set (S409), and θ / 2θ + Δ measurement is performed in the first divided measurement area (S411). Next, an attenuator for the second divided measurement area is set (S409), and θ / 2θ + Δ measurement is performed in the second divided measurement area (S411). This is repeated over the entire measurement range to obtain the intensity (BG2) under the second non-specular reflection condition. BG2 may also be represented as a function of θ by fitting.
[0072]
Finally, background detection is performed to determine the detection intensity (S413). That is, the intensity I obtained under the specular reflection condition 0 , The average of the background ((B1 + B2) / 2 in the example of FIG. 12) is subtracted to obtain the detected intensity.
[0073]
As described above, no matter which of the methods shown in FIGS. 9 to 12 is employed, the intensity of the reflected X-ray from which the background has been removed in advance is detected from the measured peak value of the reflected X-ray. Therefore, even at a wide angle where the value of 2θ is large, a detection result with little noise can be obtained, and the evaluation of the ultrathin film can be performed accurately.
[0074]
In the method shown in FIGS. 9 and 12, the 2θ increment (step size) δ becomes 2θ the background evaluation deviation Δ2θ during the 2θ scan. B It is set larger. Thereby, the angle of the detector is set to 2θ−Δ2θ for a certain incident angle θ. B , 2θ, 2θ + Δ2θ B , The measuring angle 2θ with respect to the next incident angle θ (= θ + δ) can be set by moving only in the increasing direction without returning the detector. As a result, a faster measurement is realized.
[0075]
Similarly, in the method shown in FIG. B Shift by Δθ B Is set to be smaller than the step angle (step size) δ of θ. As a result, the sample position is set to θ−Δθ. B , Θ, θ + Δθ B After the measurement, the sample can be moved to the next measurement position θ (= θ + δ) without driving in the opposite direction.
(Supplementary Note 1) A light source that emits X-rays, an optical system that guides X-rays emitted from the light source to the surface of the sample, a sample position adjusting unit that adjusts the position of the sample with respect to the X-rays emitted from the light source, and a sample. A detector for detecting the intensity of the reflected X-rays reflected by the surface of the first and second detectors; and an absorbing plate disposed in front of the detector. An X-ray reflectivity measuring device having an absorption edge of
(Supplementary note 2) The X-ray reflectometer according to Supplementary note 1, wherein the first absorption edge is located on the high energy side within a range of 5 keV from the X-ray energy.
(Supplementary note 3) The X-ray reflectometer according to Supplementary note 1, wherein the absorbing plate has a second absorption end near the harmonic energy of the X-ray and at a lower energy side than the harmonic energy.
(Supplementary note 4) The X-ray reflectometer according to Supplementary note 3, wherein the second absorption edge is on the lower energy side than the harmonic energy within a range of 5 keV from the harmonic energy of the X-ray. .
(Supplementary Note 5) The detector measures the intensity of the reflected X-ray for each of the divided measurement regions obtained by dividing the predetermined measurement range into a plurality of measurement regions, and the X-ray reflectometer differs for each of the divided measurement regions. 2. The X-ray reflectometer according to claim 1, further comprising an absorbing plate inserting means for inserting an absorbing plate having a thickness into a stage preceding the detector.
(Supplementary Note 6) In the measurement range, the detector measures the intensity of the reflected X-ray under the specular reflection condition and the intensity of the reflected X-ray under the non-specular reflection condition deviating from the specular reflection condition. The line reflectivity measuring device calculates a value obtained by subtracting the reflected X-ray intensity obtained under the non-specular reflection condition from the reflected X-ray intensity obtained under the specular reflection condition as a reflected X-ray intensity. The X-ray reflectometer according to claim 1, further comprising:
(Supplementary Note 7) The X-ray reflectometer according to Supplementary Note 1, wherein the optical system includes a light collecting unit that collects X-rays emitted from a light source.
(Supplementary Note 8) A step of irradiating X-rays while changing an incident angle with respect to the sample in a predetermined range, and a step of measuring the intensity of the reflected X-rays reflected on the surface of the sample in a measurement range corresponding to the predetermined range. Measuring the intensity of the reflected X-rays under non-specular reflection conditions deviated from the specular reflection conditions to obtain background noise; and measuring the non-specular surface from the reflected X-ray intensity obtained under the specular reflection conditions. Detecting a value obtained by subtracting background noise obtained under reflection conditions as the intensity of the reflected X-rays.
(Supplementary Note 9) The method further includes a step of dividing the measurement range into a plurality of measurement areas, and a step of inserting an absorbing plate having a different thickness for each of the measurement areas. The X-ray reflectivity measurement method according to claim 8, wherein the measurement step under the condition is performed via an absorption plate having a different thickness for each measurement region.
(Supplementary note 10) The X-ray reflection according to Supplementary note 8 or 9, wherein the measurement under the specular reflection condition and the measurement under the non-specular reflection condition are individually performed for each measurement point corresponding to an incident angle. Rate measurement method.
(Supplementary note 11) The X-ray reflection according to Supplementary note 8 or 9, wherein the measurement under the specular reflection condition and the measurement under the non-specular reflection condition are performed simultaneously for each measurement point corresponding to the incident angle. Rate measurement method.
(Supplementary Note 12) The measurement under the specular reflection condition is continuously performed over the entire measurement range, and the measurement under the non-specular reflection condition is continuously performed over the entire measurement range. 10. The method for measuring an X-ray reflectivity according to 8 or 9.
[0076]
【The invention's effect】
As described above, according to the X-ray reflectivity measuring apparatus and method of the present invention, background noise can be effectively removed, and the reflected X-ray intensity can be measured even at a wide angle 2θ position.
[0077]
As a result, it becomes possible to accurately evaluate the characteristics of the ultra-thin film.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a diagram for explaining interference of reflected X-rays, and FIG. 1B is a diagram for explaining reflected X-rays appearing at a position of 2θ.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an X-ray reflectance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example using a position-sensitive X-ray detector (PSPC) instead of the counting X-ray detector shown in FIG. 2;
4A and 4B are diagrams for explaining an effect of the absorbing plate used in one embodiment of the present invention. FIG. 4A shows an attenuation state when a normal absorbing plate is inserted, and FIG. FIG. 3 is a graph showing an attenuation state when an absorption plate having an absorption edge on the higher side in the range of 5 keV than the X-ray wavelength used according to the present invention is inserted.
FIG. 5 is a graph showing an attenuation state in a case where a synthetic absorption plate having absorption edges corresponding to a plurality of higher-order harmonics is used as a modification of the attenuator used in the X-ray reflectometer of FIG. is there.
FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining types of the X-ray reflectivity measuring method according to the present invention. FIG. 6A is a diagram illustrating a 2θ scan method, and FIG. 6B is a diagram illustrating a θ scan method. .
FIG. 7 is a diagram for explaining types of the X-ray reflectivity measuring method according to the present invention, and is a diagram illustrating a position-sensitive detector method using a position-sensitive X-ray detector (PSPC).
FIG. 8 is a graph showing the distribution of the peak intensity of reflected X-rays and the background noise.
FIG. 9 is a view showing a processing flow when the 2θ scanning method is employed in the X-ray reflectivity measuring method according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a processing flow when the θ scanning method is employed in the X-ray reflectivity measuring method according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a processing flow when a position sensitive detector method is employed in the X-ray reflectivity measuring method according to the present invention.
FIG. 12: In the X-ray reflectivity measurement method according to the present invention, after measuring the peak of the reflected X-ray over the entire measurement range, separately measure the background at a position shifted by ± Δ over the entire measurement range. FIG. 7 is a diagram showing a processing flow of another measurement method.
[Explanation of symbols]
10 X-ray reflectance measuring device
11 Light source
12 Optical system
13 Focusing mirror
14 Shutter
15 entrance slit
16 Vacuum path
17 Detector slit
20 samples
21 Sample Position Adjustment Goniometer
22 Absorption plate insertion unit
30 Attenuator (absorption plate)
40 detector
41 Position sensitive X-ray detector (PSPC)

Claims (5)

X線を放射する光源と、
前記光源から放射されるX線を試料の表面に導く光学系と、
前記光源から放射されるX線に対する試料の位置を調整する試料位置調整手段と、
前記試料の表面で反射された反射X線の強度を検出する検出器と、
前記検出器の前段に配置される吸収板と
を備え、前記吸収板は、前記X線のエネルギーの近傍かつ高エネルギー側に、第1の吸収端を有することを特徴とするX線反射率測定装置。
A light source that emits X-rays,
An optical system for guiding X-rays emitted from the light source to the surface of the sample,
Sample position adjusting means for adjusting the position of the sample with respect to X-rays emitted from the light source,
A detector for detecting the intensity of the reflected X-rays reflected on the surface of the sample;
X-ray reflectivity measurement, comprising: an absorption plate arranged in front of the detector, wherein the absorption plate has a first absorption edge near the energy of the X-rays and on the high energy side. apparatus.
前記吸収板は、前記X線の高調波エネルギーの近傍かつこの高調波エネルギーより低エネルギー側に第2の吸収端を有することを特徴とする請求項1に記載のX線反射率測定装置。2. The X-ray reflectometer according to claim 1, wherein the absorption plate has a second absorption end near a harmonic energy of the X-ray and on a lower energy side than the harmonic energy. 3. 前記検出器は、所定の測定範囲を複数の測定領域に分割した分割測定領域ごとに反射X線の強度を測定し、
前記分割測定領域ごとに、異なる厚さの吸収板を検出器の前段に挿入する吸収板挿入手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のX線反射率測定装置。
The detector measures the intensity of the reflected X-ray for each divided measurement region obtained by dividing a predetermined measurement range into a plurality of measurement regions,
2. The X-ray reflectivity measuring apparatus according to claim 1, further comprising an absorbing plate inserting means for inserting absorbing plates having different thicknesses in front of the detector for each of the divided measurement areas.
試料に対する入射角を所定の範囲で変化させながらX線を照射する工程と、
前記所定の範囲に対応する測定範囲において、前記試料の表面で反射された反射X線の強度を鏡面反射条件で測定する工程と、
鏡面反射条件からずれた非鏡面反射条件で、前記反射X線の強度を測定してバックグラウンドノイズを求める工程と、
鏡面反射条件で得られた反射X線強度から非鏡面反射条件で得られたバックグラウンドノイズを差し引いた値を反射X線の強度として検出する工程と
を含むことを特徴とするX線反射率測定方法。
Irradiating X-rays while changing the incident angle with respect to the sample within a predetermined range;
In the measurement range corresponding to the predetermined range, a step of measuring the intensity of the reflected X-rays reflected on the surface of the sample under specular reflection conditions,
Determining the background noise by measuring the intensity of the reflected X-rays under non-specular reflection conditions deviated from the specular reflection conditions;
Detecting a value obtained by subtracting background noise obtained under non-specular reflection conditions from reflected X-ray intensity obtained under specular reflection conditions as intensity of reflected X-rays. Method.
前記測定範囲を複数の測定領域に分割する工程と、
前記測定領域ごとに異なる厚さの吸収板を挿入する工程と
をさらに含み、前記鏡面反射条件での測定工程と、前記非鏡面反射条件での測定工程は、前記測定領域ごとに異なる厚さの吸収板を介して行われることを特徴とする請求項4に記載のX線反射率測定方法。
Dividing the measurement range into a plurality of measurement regions,
Further comprising a step of inserting an absorbing plate having a different thickness for each of the measurement areas, the measurement step under the specular reflection condition, and the measurement step under the non-specular reflection condition, wherein the thickness of the measurement area is different for each measurement area. The method according to claim 4, wherein the measurement is performed via an absorption plate.
JP2002258459A 2002-09-04 2002-09-04 Apparatus and method for x-ray reflectance measuring Pending JP2004093521A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002258459A JP2004093521A (en) 2002-09-04 2002-09-04 Apparatus and method for x-ray reflectance measuring

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002258459A JP2004093521A (en) 2002-09-04 2002-09-04 Apparatus and method for x-ray reflectance measuring

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004093521A true JP2004093521A (en) 2004-03-25

Family

ID=32063060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002258459A Pending JP2004093521A (en) 2002-09-04 2002-09-04 Apparatus and method for x-ray reflectance measuring

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004093521A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006058293A (en) * 2004-07-30 2006-03-02 Jordan Valley Applied Radiation Ltd Inspection method and inspection apparatus for sample, and manufacturing device for microelectronic device
US7257192B2 (en) 2004-07-15 2007-08-14 Rigaku Corporation Method and apparatus for X-ray reflectance measurement
JP2010230481A (en) * 2009-03-27 2010-10-14 Fujitsu Ltd Sample analyzer and sample analysis method
WO2010131665A1 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 Fujii Yoshikazu Method and device for analyzing layer structure of multilayer body using x-ray reflectance method
JP2013148431A (en) * 2012-01-18 2013-08-01 Fujitsu Ltd Total reflection x-ray analysis method and total reflection x-ray analysis device

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7257192B2 (en) 2004-07-15 2007-08-14 Rigaku Corporation Method and apparatus for X-ray reflectance measurement
JP2006058293A (en) * 2004-07-30 2006-03-02 Jordan Valley Applied Radiation Ltd Inspection method and inspection apparatus for sample, and manufacturing device for microelectronic device
KR101242520B1 (en) 2004-07-30 2013-03-12 조르단 밸리 세미컨덕터즈 리미티드 Enhancement of x-ray reflectometry by measurement of diffuse reflections
TWI411775B (en) * 2004-07-30 2013-10-11 Jordan Valley Applied Radiation Ltd Enhancement of x-ray reflectometry by measurement of diffuse reflections
JP2010230481A (en) * 2009-03-27 2010-10-14 Fujitsu Ltd Sample analyzer and sample analysis method
WO2010131665A1 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 Fujii Yoshikazu Method and device for analyzing layer structure of multilayer body using x-ray reflectance method
JP2010266381A (en) * 2009-05-15 2010-11-25 Kobe Univ Method, device and program for analyzing layer structure of laminate using x-ray reflectivity method
JP2013148431A (en) * 2012-01-18 2013-08-01 Fujitsu Ltd Total reflection x-ray analysis method and total reflection x-ray analysis device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI444589B (en) Apparatus and method for analysis of a sample
TWI630384B (en) X-ray thin film inspection apparatus
US7113566B1 (en) Enhancing resolution of X-ray measurements by sample motion
TWI354340B (en) Measurement of critical dimensions using x-ray dif
JP4512382B2 (en) X-ray reflectivity measurement including small angle scattering measurement
US9551677B2 (en) Angle calibration for grazing-incidence X-ray fluorescence (GIXRF)
EP2564186B1 (en) Method and apparatus for using an area x-ray detector as a point detector in an x-ray diffractometer
JP4519455B2 (en) Beam centering method and angle calibration method for X-ray reflectometer
US20080095311A1 (en) Measuring Device for the Shortwavelentgh X Ray Diffraction and a Method Thereof
US7062013B2 (en) X-ray reflectometry of thin film layers with enhanced accuracy
JP3712531B2 (en) XAFS measurement method and XAFS measurement apparatus
TWI650551B (en) Closed loop control of X-ray edge
JP5031215B2 (en) Multifunctional X-ray analysis system
JP2004093521A (en) Apparatus and method for x-ray reflectance measuring
JP3821414B2 (en) X-ray diffraction analysis method and X-ray diffraction analysis apparatus
JP3109789B2 (en) X-ray reflectance measurement method
US7035375B2 (en) X-ray scattering with a polychromatic source
JP2821585B2 (en) In-plane distribution measuring method and apparatus
JPH11258186A (en) Method and apparatus for measurement of stress by x-rays
KR200418412Y1 (en) An apparatus for measuring the distance between bragg&#39;s planes of a crystal using X-ray
JP2000275113A (en) Method and apparatus for measuring x-ray stress
JP3903184B2 (en) X-ray reflectivity measuring apparatus and X-ray reflectivity measuring method
JP2004177248A (en) X-ray analyzer
TWI345055B (en) Method and apparatus for inspection,and cluster tool and apparatus for producing microelectronic devices
JPS62500802A (en) Non-destructive testing method for parts made of heterogeneous materials

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050708

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070604

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070612

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20071016