JP2006170791A - X線回折測定解析方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 実測プロファイルから周期Lと平均格子定数aを求め、交互に積層された一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1の初期値を設定する設定段階と、L、a並びにL1及びa1の初期値から、他方の薄膜の膜厚L2及び格子定数a2の値を算出する変数算出段階と、L、a、L1及びa1の初期値並びにL2、a2の計算値に基づいて解析プロファイルを得る解析プロファイル作成段階と、両プロファイルを比較して一致の度合いを調べる比較段階と、一致の度合いが一致基準を満たすか否かを判定し、満たすときはL1、a1、L2及びa2の値を測定値とし、満たさないときは、L1及びa1の初期値のいずれかを変更して再び変数算出段階に戻る判定段階とを含む。
【選択図】 図3
Description
ここで、第1組成薄膜及び第2組成薄膜の積層周期Lに対して、第1組成薄膜(たとえば井戸層)の膜厚をL1とし、第2組成薄膜(例えばバリア層)の膜厚をL2とすると、これらは次式(2)で表すことができる。
したがって、2つのパラメータL1、L2には従属関係があり、パラメータとしてのL2を定めると、次式(3)のようにL1が定まり、逆に、L1を定めると自動的にL2が定まる。
周期・平均格子定数算出部47においては、また、実測プロファイル中の複数のサテライトピークのうち、超格子構造の平均組成である平均格子定数aに対応する0次サテライトピークP20が現れる回折角度と、サンプル基板のInP基板層の結晶による基板ピークP10が現れる回折角度との差から、平均格子定数aが精度良く直接的に算出できる。この平均格子定数aは、また、次式(4)で表すことができる。
この(4)式中では、量子井戸層とバリア層の格子定数をそれぞれa1、a2で示しており、パラメータとしてa1を選択すると、次のように表せる。
このように、周期・平均格子定数算出部47は、複数の主要なサテライトピークの間隔から超格子構造の周期Lを求める周期算出手段の機能と、実測プロファイルの中の超格子構造の平均組成に対応するサテライトピークP20とInP基板に由来して実測プロファイル中に現れる基板ピークP10との間隔から超格子構造の平均格子定数aを求める平均格子定数算出手段の機能と、を併有している。
2 第2回転台
3、4 駆動手段
6、7 回転位置検出器
10 サンプル基板(基板)
20 X線源
21 X線管
22 湾曲ミラー
23 モノクロメータ
30 X線カウンタ
40 測定解析制御装置(分布図作成手段、出力手段)
41 実測データ記憶部(実測データ記憶手段)
42 実測プロファイル作成部(実測プロファイル作成手段)
43 設計情報記憶部(設計情報記憶手段)
45 特定ピーク選択部
46 ピーク特定条件記憶部(特定条件記憶手段)
47 周期・平均格子定数算出部(周期算出手段、平均格子定数算出手段)
48 変数算出部(変数算出手段)
49 解析プロファイル作成部(解析プロファイル作成手段)
51 比較部(シミュレーション処理部、誤差解析部)
52 条件判定部(判定手段、シミュレーション処理部)
101 一致領域
102、103、104 環状分布領域
401 CPU
402 ROM
403 RAM
404 入出力インターフェース回路
405 補助記憶装置(分布データ記憶手段)
406 設定・入力部
407 表示部(出力手段)
Claims (16)
- 基板上に複数の第1組成薄膜と複数の第2組成薄膜とが交互に積層された超格子構造を有する結晶構造にX線を入射し回折されたX線を検出して得られるX線回折測定情報に基づき、横軸をX線回折角度、縦軸をX線回折強度として表わされ、前記基板よりの回折X線に由来する基板ピーク及び前記積層された超格子構造に由来する複数のサテライトピークを有する実測プロファイルと、
4つの変数として前記第1組成薄膜の格子定数及び膜厚並びに前記第2組成薄膜の格子定数及び膜厚を用いたX線回折現象の理論計算により、横軸をX線回折角度、縦軸をX線回折強度として表わされる解析プロファイルとを、
前記4つの変数を変化させながら比較し、
最も良く一致した状態における前記解析プロファイルの4つの変数を、前記第1組成薄膜の格子定数及び膜厚並びに前記第2組成薄膜の格子定数及び膜厚のそれぞれの測定値とするX線回折測定解析方法において、
前記実測プロファイルの中の複数の主要なサテライトピークの間隔から前記超格子構造の周期(L)を求め、且つ前記実測プロファイルの中の超格子構造の平均組成に対応するサテライトピークと前記基板ピークとの間隔から前記超格子構造の平均格子定数(a)を求めるとともに、前記4つの変数のうち前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の膜厚(L1)及び前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の格子定数(a1)の初期値を設定する設定段階と、
前記超格子構造の周期と前記超格子構造の平均格子定数と前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数の設定値とから、前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜の膜厚のうち他方の薄膜の膜厚(L2)及び格子定数(a2)の値を算出する変数算出段階と、
前記超格子構造の周期、前記超格子構造の平均格子定数、前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数の設定値並びに前記他方の薄膜の膜厚及び格子定数の算出値に基づいて、前記理論計算により前記解析プロファイルを得る解析プロファイル作成段階と、
前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルを比較して、両プロファイルの一致の度合いを調べる比較段階と、
前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすか否かを判定し、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすときは、そのときの前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数の初期値並びに前記他方の薄膜の膜厚及び格子定数の値を膜厚測定値及び格子定数測定値とし、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たさないときは、前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数のうちいずれかの設定値を変更して再び変数算出段階に戻る判定段階と、を含むことを特徴とするX線回折測定解析方法。 - 前記設定段階において、前記積層された超格子構造に関する設計値情報に基づき、前記実測プロファイルから周期性のある孤立したピークを抽出して前記主要サテライトピークを特定することを特徴とする請求項1に記載のX線回折測定解析方法。
- 前記設定段階において、前記実測プロファイルから求めた前記超格子構造の周期及び平均格子定数と、前記一方及び他方の薄膜の膜厚(L1、L2)及び格子定数(a1、a2)の設計値情報とに基づいて、前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数の初期値を設定することを特徴とする請求項1に記載のX線回折測定解析方法。
- 前記比較段階において、前記複数のサテライトピークのうち前記超格子構造の平均格子定数に対応する0次のサテライトピークについて、前記解析プロファイルを前記縦軸方向及び横軸方向でそれぞれ前記実測プロファイルに合わせ、前記主要サテライトピークのうち他の次数のサテライトピークについて、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いを調べることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載のX線回折測定解析方法。
- 前記判定段階において、前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数のうちいずれかの設定値を変更して再び変数算出段階に戻る際、前記超格子構造の周期を一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚の設定値を微調整することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載のX線回折測定解析方法。
- 前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数のうちいずれかの設定値を変更して再び変数算出段階に戻る際、前記超格子構造の周期を一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚の設定値を微調整するのに先立って、前記一方の薄膜の格子定数を微調整することを特徴とする請求項5に記載のX線回折測定解析方法。
- 前記判定段階で、前記一方又は他方の薄膜の膜厚(L1又はL2)と前記一方又は他方の薄膜の格子定数(a1又はa2)の値を、該格子定数及び膜厚を縦軸及び横軸とする等高線図様の分布図上の点として記憶しておき、該記憶情報に基づいて前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いを示す分布図を作成するとともに、
該分布図上に、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いが最も高い一致領域と、前記一致の度合いが前記一致領域よりも低く前記一致領域を取り囲むように分布する少なくとも1つの環状分布領域とを視覚的に区別される表示態様で表示し、
前記分布図上の点が、該分布図上の前記一致領域及び環状分布領域のうちどの領域に属するかで前記一致の度合いを視覚的に識別可能に表示することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載のX線回折測定解析方法。 - 基板上に複数の第1組成薄膜と複数の第2組成薄膜とが交互に積層された超格子構造を有する結晶構造にX線を入射し回折されたX線を検出して得られるX線回折測定情報に基づき、横軸をX線回折角度、縦軸をX線回折強度として表わされ、前記基板よりの回折X線に由来する基板ピーク及び前記積層された超格子構造に由来する複数のサテライトピークを有する実測プロファイルと、
4つの変数として前記第1組成薄膜の格子定数及び膜厚並びに前記第2組成薄膜の格子定数及び膜厚を用いたX線回折現象の理論計算により、横軸をX線回折角度、縦軸をX線回折強度として表わされる解析プロファイルとを、
前記4つの変数を変化させながら比較し、
最も良く一致した状態における前記解析プロファイルの4つの変数を、前記第1組成薄膜の格子定数及び膜厚並びに前記第2組成薄膜の格子定数及び膜厚のそれぞれの測定値とするX線回折測定解析プログラムであって、
コンピュータにより、
前記実測プロファイルの中の複数の主要なサテライトピークの間隔から前記超格子構造の周期を求める周期算出手段(47)と、
前記実測プロファイルの中の超格子構造の平均組成に対応するサテライトピークと前記基板ピークとの間隔から前記超格子構造の平均格子定数を求める平均格子定数算出手段(47)と、
前記4つの変数のうち前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の膜厚及び前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の格子定数の初期値を設定する初期値設定手段(44)と、
前記超格子構造の周期と前記超格子構造の平均格子定数と前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数の設定値とから、前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜の膜厚のうち他方の薄膜の膜厚及び格子定数の値をそれぞれ算出する変数算出手段(48)と、
前記超格子構造の周期、前記超格子構造の平均格子定数、前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数の設定値並びに前記他方の薄膜の膜厚及び格子定数の算出値に基づいて、前記理論計算により前記解析プロファイルを作成する解析プロファイル作成手段(49)と、
前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルを比較して、両プロファイルの一致の度合いを調べる比較手段(51)と、
前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすか否かを判定し、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすときは、そのときの前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数の設定値並びに前記他方の薄膜の膜厚及び格子定数の値を膜厚測定値及び格子定数測定値とし、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たさないときは、前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数のうちいずれかの設定値を変更して前記変数算出手段に再度算出を実行させる判定手段(52)と、の機能を実現させることを特徴とするX線回折測定解析プログラム。 - 前記初期値設定手段が、前記積層された超格子構造に関する設計値情報に基づき、前記実測プロファイル中で前記超格子構造の周期に対応する周期性を有する孤立した複数のピークの発生領域を特定する条件を記憶する特定条件記憶部を有し、該特定条件記憶部の記憶情報に基づいて前記主要サテライトピークを特定することを特徴とする請求項8に記載のX線回折測定解析プログラム。
- 前記初期値設定手段が、前記実測プロファイルから求めた前記超格子構造の周期及び平均格子定数と、前記一方及び他方の薄膜の膜厚(L1、L2)及び格子定数(a1、a2)の設計値情報とに基づいて、前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数の初期値を設定することを特徴とする請求項8又は9に記載のX線回折測定解析プログラム。
- 前記比較手段が、前記複数のサテライトピークのうち前記超格子構造の平均格子定数に対応する0次のサテライトピークについて、前記解析プロファイルを前記縦軸方向及び横軸方向でそれぞれ前記実測プロファイルに合わせるシミュレーションを実行するシミュレーション処理部(51、52)と、前記主要サテライトピークのうち他の次数のサテライトピークについて、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いを調べる誤差解析部(51)とを有することを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1つに記載のX線回折測定解析プログラム。
- 前記判定手段が前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数のうちいずれかの設定値を変更して前記変数算出手段に再度算出を実行させるとき、前記初期値設定手段が、前記超格子構造の周期を一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚の設定値を微調整することを特徴とする請求項8乃至11のいずれか1つに記載のX線回折測定解析プログラム。
- 前記判定手段が前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数のうちいずれかの設定値を変更して前記変数算出手段に再度算出を実行させるとき、前記初期値設定手段が、前記超格子構造の周期を一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚の設定値を微調整するとともに、前記一方の薄膜の格子定数を微調整することを特徴とする請求項12に記載のX線回折測定解析プログラム。
- 前記コンピュータに、
前記一方又は他方の薄膜の膜厚(L1又はL2)と前記一方又は他方の薄膜の格子定数(a1又はa2)の値を、該格子定数及び膜厚を縦軸及び横軸とする等高線図様の分布図上の点として記憶する分布データ記憶手段(405)と、
該分布データ記憶手段の記憶情報に基づいて、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いの分布画像情報を生成する分布図作成手段(40)と、
該分布図作成手段で生成された分布画像情報を出力する出力手段と、の機能を実現させることを特徴とする請求項8乃至13のいずれか1つに記載のX線回折測定解析プログラム。 - 前記分布図作成手段が、前記分布データ記憶手段の記憶情報に基づいて、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いが最も高い一致領域と、前記一致の度合いが前記一致領域よりも低く前記一致領域を取り囲むように分布する少なくとも1つの環状分布領域とが視覚的に区別可能な表示画像の情報を生成することを特徴とする請求項14に記載のX線回折測定解析プログラム。
- 基板上に複数の第1組成薄膜と複数の第2組成薄膜とが交互に積層された超格子構造を有する結晶構造にX線を異なる角度で入射したとき測定情報に基づきプロファイル表示される、前記角度に応じて変化する回折X線強度の実測プロファイルと、
4つの変数として前記第1組成薄膜の格子定数(a1)及び膜厚(L1)並びに前記第2組成薄膜の格子定数(a2)及び膜厚(L2)を用いた理論計算に基づきプロファイル表示される、前記角度に応じて変化する回折X線強度の解析プロファイルとを、
前記解析プロファイルの4つの変数を変化させながら比較し、
最も良く一致した状態における前記解析プロファイルの4つの変数を、前記第1組成薄膜の格子定数及び膜厚並びに前記第2組成薄膜の格子定数及び膜厚のそれぞれの測定値とするX線回折測定解析プログラムであって、
nを正の整数とするとき、n個の前記角度の値(x1,x2,・・・xn)および該角度に対応するn個の回折X線強度の測定値(g1,g2,・・・gn)を順次メモリに記憶させる実測データ記憶手段(41)と、
前記メモリに記憶されたデータに基づいて前記角度に応じて変化する回折X線強度の実測プロファイルを表示出力可能な所定のプロファイル表示形式で作成する実測プロファイル作成手段(42)と、
前記実測プロファイルの中の複数の主要なサテライトピークの間隔から前記超格子構造の周期(L)を求める周期算出手段(47)と、
前記実測プロファイルの中に超格子構造の平均組成に対応して現れるサテライトピークと前記実測プロファイルの中に前記基板に由来して現れる基板ピークとの間隔から前記超格子構造の平均格子定数(a)を求める平均格子定数算出手段(47)と、
前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の膜厚(L1又はL2)及び前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の格子定数(a1又はa2)の初期値を、前記4つの変数(a1,L1,a2,L2)のうち2つの変数の初期値として設定する初期値設定手段(44)と、
前記超格子構造の周期(L)と、前記超格子構造の平均格子定数(a)と、前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)の設定値とから、前記4つの変数(a1、L1、a2、L2)のうち残りの2つの変数である前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜の膜厚のうち他方の薄膜の膜厚(L2)及び格子定数(a2)の値をそれぞれ算出する変数算出手段(48)と、
前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)の設定値と、前記変数算出手段(48)で算出された前記他方の薄膜の膜厚(L2)及び格子定数(a2)の値とを、前記4つの変数として、前記複数のサテライトピークのうち次数の異なる特定のサテライトピークに対応する角度範囲を特定する前記nより少ない正の整数であるm個の角度値(xi,xj,・・・xi+m-1;但し、i、jはそれぞれmより小さい正の整数)について、回折X線強度の値(fi,fj,・・・fi+m−1)を前記理論計算により算出して前記解析プロファイルを作成する解析プロファイル作成手段(49)と、
前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルを前記複数のサテライトピークのうち前記次数の異なる特定のサテライトピークにつき比較して、両プロファイルの一致の度合いを調べる比較手段(51)と、
前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすか否かを判定し、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすときは、そのときの前記解析プロファイルの4つの変数(a1,L1,a2,L2)を前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数並びに前記他方の薄膜の膜厚及び格子定数の測定値として出力し、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たさないときは、前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)のうちいずれかの設定値を変更して前記変数算出手段に再度算出を実行させる判定手段(52)と、の機能をコンピュータを使用して実現させることを特徴とするX線回折測定解析プログラム。
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