JP2009168618A - 薄膜積層体の膜厚計測方法 - Google Patents

薄膜積層体の膜厚計測方法 Download PDF

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Abstract

【課題】薄膜積層体の膜厚を高い精度で計測し、検査することが可能な薄膜積層体検査方法を提供する。
【解決手段】可干渉距離の長いX線を入射X線1とし、回転台3上に置かれた試料2で鏡面反射されたX線の一部をプリズム6で曲げ、直進したX線とプリズムで曲げられたX線を干渉させ、干渉縞を得る。試料は薄膜積層体であるが試料の一部に、薄膜が無く基板5が露出した部分がある。プリズムで曲げられなかったX線の一部に基板部分で鏡面反射されたX線9を含み、入射角を0.01°から1°の範囲で変えて鏡面反射したX線の干渉縞を測定し、積層膜界面で反射されたX線の位相変化から膜厚を計測する。
【選択図】図1

Description

本発明は、基板上に1層以上積層された薄膜積層体の各層の膜厚を非破壊的に計測する方法に関する。
半導体デバイス、磁気デバイスの分野では、素子の高機能化、高性能化のため、形成される膜は極薄膜化されるとともに、積層数も増加している。また、現在の半導体や磁気デバイスのような電子デバイスでは、積層膜界面での電子散乱を制御するため、積層膜界面の制御も行われている。
従来、積層膜の膜厚を評価する方法として、エリプソメトリー法、蛍光X線法が用いられている。エリプソメトリー法は平らな表面の薄膜試料に偏光を入射させ、反射光の偏光状態の変化を測定し、試料薄膜の厚さと屈折率を知る方法である。しかし、この方法は光を用いるため、光に対して透明な試料でなければ測定できないことが問題となる。蛍光X線法は試料で発生した蛍光X線を測定し、その強度から膜厚を推定する方法である。この方法の場合、蛍光X線を発生した元素の総量が分かるだけで、膜厚を直接測定する方法でないこと、同じ元素が含まれる薄膜が複数積層されている場合に、膜厚を分離解析することができないことが問題となる。また、エリプソメトリー法、蛍光X線法とも積層膜界面の情報を得ることはできない。
デバイスの断面TEM観察は、非常に高い空間分解能で、積層膜の膜厚を測定することが可能である。また界面幅も推定できる。しかし、TEM観察のためには試料を100nm以下に薄片化する必要があり、破壊解析となる。このため、不良解析には用いることはできるが、検査装置として用いることは困難である。
非破壊で、積層薄膜の膜厚と界面幅を測定する方法として、X線反射率法がある。X線反射率法には2種類の方法があり、1つは単色のX線を試料表面すれすれに入射し、入射角を変えながら、反射率を測定する方法、他方は白色X線を試料に入射し、反射率の波長依存性を測定する方法である。どちらの方法も試料表面、界面で反射して来たX線の干渉から膜厚を解析する方法である。また表面や界面での反射には界面幅が影響するため、X線反射率プロファイルを詳細に解析することで積層膜の各界面の幅の情報も得ることができる。反射率の解析に用いられる理論曲線は、Parratt [Phys. Rev., 95, 359 (1954)]の漸化式に、Sinha [Phys. Rev. B, 38, 2297 (1988)]の界面凹凸の効果を入れた式が利用されている。また、フーリエ変換解析では、桜井ら[Jpn. J. Appl. Phys., 31, L113 (1992)]の方法が良く用いられる。
Phys. Rev., 95, 359 (1954) Phys. Rev. B, 38, 2297 (1988) Jpn. J. Appl. Phys., 31, L113 (1992)
X線反射率法は積層体の各層の膜厚と界面幅を評価できる優れた方法であるが、非常に薄い膜の膜厚を測定する場合、入射角を変えて、表面と界面で反射されたX線の位相差を変えることで反射X線の強度変化から膜厚を求めるため、2dsinθ=nλとなり、1周期分の強度変化を測定する場合に必要な入射角θの測定範囲が、非常に大きくなる。Si基板上のd=0.5nmの酸化膜を測定する場合、λ=0.154nmで測定したとすると、θmax≒9°となる。X線の反射率は散乱ベクトルの大きさ(4πsinθ/λ)の4乗と、表面の凹凸の影響でexp{−(qσ)2}で減衰する(σは表面ラフネス)ため、θの大きな範囲を測定するのは困難である。
また、非常に厚い膜を含んだ試料の膜厚や界面幅を解析するには、高強度でかつ、非常に高い平行性のX線が必要である。Si(440)の対称回折の++配置を用いた分光器での、計測可能な最大膜厚は約1μmである。また、膜厚が厚くなると、表面で反射されたX線と界面で反射されたX線のビームパスが可干渉距離より離れるため、振動構造のビジビリティが低下するため膜厚の解析は困難になる。
そこで、本発明は、サブナノメートル薄膜から数μmの厚い膜がある積層体の膜厚を計測、検査することが可能なX線反射率法を提供することを目的とする。
本発明では、積層体試料の反射X線の位相情報をX線干渉計を利用して測定し、得られた位相反射率プロファイルの解析により、積層体の膜厚を計測する。
本発明の特徴は、入射X線の一部をプリズムで曲げ、直進したX線とプリズムで曲げられたX線を干渉させ、X線の干渉縞を測定する波面分割型X線干渉計において、干渉計内の回転台上に置かれた試料上に薄膜積層体のある部分と無い部分があるものを用いることにある。積層膜の無い部分で反射されたX線を参照波、薄膜積層体のある部分で反射されたX線を物体波として、干渉させることで、干渉縞を測定し、その縞の間隔、及び位置のズレから物体波の位相を解析する。このとき、物体波の中に積層膜が無い領域からの反射X線を含めておくことにも特徴がある。これは、試料へのX線の入射角を変えたときに、参照波と物体波の光路長が変化するため、そのままでは、位相が変化したのか、光路長が変化したのか区別がつかない。そこで、物体波内に含まれる基板から反射X線を利用して光路長の変化を測定し、積層膜部分の位相変化を測定するためである。波面分割型X線干渉計に利用できる入射X線は、可干渉距離が10μm以上あるX線であることが望ましい。
また、振幅分割型X線干渉計を用いた位相反射率計の場合、干渉計内の回転台上に置かれた試料上に薄膜積層体のある部分と無い部分があるものを用いることに加えて、試料で鏡面反射されたX線の参照波と物体波を合わせる結晶歯への入射角が参照波と物体波で一致するように、試料で鏡面反射したX線の光路を戻す必要がある。この光路を戻すための反射板があることも本発明の特徴である。
次に、解析方法に関して説明する。膜厚が薄い場合、X線の入射角θが全反射条件を満たすようにすることで、物体波に、基板で反射したX線と積層膜表面で反射したX線が含まれることになる。この場合、基板部分で反射した領域の干渉縞と積層膜部分で反射した領域の干渉縞のずれ量を計測する。そのズレ量をΔLとし、1周期分の干渉縞の幅をLとすると、膜厚dは、入射X線の波長をλとして、式(1)のように表される。
Figure 2009168618
また、干渉縞が2πより大きくずれていると、ΔLを正確に測定できなくなる。この場合、入射角θ1とθ2で干渉縞を測定し、干渉縞のシフト量をΔLとすると、式(2)で膜厚を求めることができる。
Figure 2009168618
式(2)のθavは測定した2つの入射角の平均値であり、Δθは2つの入射角の差である。
次に、多層膜積層体の解析方法について説明する。試料への入射角θを全反射臨界角より小さな角度から、1°程度まで変えて干渉縞を測定する。得られた干渉縞の基板部分で反射した領域の干渉縞と積層膜部分で反射した領域の干渉縞のずれ量を計測し、基板で反射したX線と積層膜部分で反射したX線の位相差を求める。これを測定入射角毎に実施し、積層膜部分の位相変化の入射角依存性を得る。積層膜で鏡面反射されたX線の反射率曲線は、Parratt [Phys. Rev., 95, 359 (1954)]が漸化式として提示している。積層膜で鏡面反射されたX線の反射率は、積層体への入射角をθ、入射X線の波長をλ、積層体のj番目の層の膜厚をdj、屈折率を
n=1−(δj+i・βj)=1−{λ/(4π)}2(ξ+i・η)
とすると、
Figure 2009168618
を用いて計算できる。通常、X線反射率は強度で測定するため、|R12で求めることになるが、位相反射率計を用いた場合、反射X線の位相が求められることから、R1を計算することで実験値と比較できる。式(3)は、q2≫ξ、q2≫ηの領域ではγj≒qと近似でき、|Rj+1・Fj,j+1|≪1となるため、式(7)、式(8)と書くことができる。
Figure 2009168618
j,j+1はフレネルの反射係数であり、反射波の振幅を表し、akが位相を表す。式(8)より、位相反射率R1は各界面で反射したX線の波の加算となっていることが分かる。入射角を変えて測定した位相情報を式(8)に当てはめることにより、各界面で反射されたX線の位相が求まり、ajを連立方程式で解くことができる。これにより、膜層の膜厚を得ることができる
以上のように、本発明の位相反射率計を用いることにより、薄膜積層体検査方法が可能となる。
本発明によれば、積層体上に数μm以上の膜厚の保護膜や、液層がある試料において、保護膜層や液層の影響を小さくして、内部の積層体からのX線反射率が測定可能となり、内部の積層体各層の膜厚を高い精度で検査することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1に、本発明の実施例を示す。高輝度光科学研究センタの放射光実験施設(SPring−8)のアンジュレータ放射光源をX線源としたX線を単色器により0.1nmの波長のX線に単色化し、スリットでz方向100μm、y方向50μmに成形後、入射強度モニタ用のイオンチェンバーを透過して、入射X線1として試料2に照射する。試料2はシリコン薄板上に金を3μmスパッタ成膜したものを基板とし、その上に測定する薄膜としてルテニウムを1nm程度、積層膜部分4に形成した。ルテニウムが成膜されていない基板部分5は、金膜が露出している。金を3μm程度成膜すると、その下のシリコンまでX線が届かないので、金基板と同じに扱える。試料2は試料回転台3上に固定され、入射X線1が試料2に0.3°で入射するように調整してある。試料2に0.3°で入射した入射X線1は試料2で全反射される。全反射されたX線には、積層膜部分4で反射した反射X線と基板部分5で反射した反射X線が含まれる。基板部分5で反射した反射X線の一部をアクリル製のプリズム6で屈折させることで波面分割し、参照波8とする。プリズムを通過しなかった反射X線は物体波7とする。物体波7には、積層膜部分4で反射した物体波と基板部分5で反射した物体波9が含まれる。物体波7と参照波8が重なる位置に、高分解能の2次元検出器10(例えばズーミング管)を置き、干渉縞を測定する。
図5に、得られる干渉縞の模式図を示す。物体波7と参照波8が重なり干渉縞が形成される。干渉縞には、積層膜で反射した物体波14と基板部分で反射した物体波9で異なる干渉縞が形成される。干渉縞の濃淡の1周期はX線の波長0.1nmに対応している。つまり、基板部分で反射したX線の3周期長15で0.3nmであり、積層膜部分で反射したX線の3周期長16も同じ0.3nmである。両方の縞の段差が積層膜が与えた位相差17である。位相差17を干渉縞の1周期長で規格化すると、この試料の場合、0.09となった。式(1)に従い、d=ΔL(λ/2sinθ)で計算すると、d=0.859nmとなり、成膜したルテニウムの膜厚が0.859nmであったことが分かる。
しかし、入射角を正確に決定することは難しい。その場合、2つの入射角で干渉縞を測定する方法が優れている。しかし、入射角を変えても、プリズムと検出器の位置をサブÅの精度で光路長が合うように調整できれば問題ないが、実際の測定では光路長をこのような精度で制御できない。そこで、本実施例では、基板部分で反射した物体波9と参照波8は既知であることから、この干渉縞と積層膜で反射した物体波14の干渉縞の位置のズレを利用し、角度が変わったときの光路のズレを相殺することにしている。
図6は、図5に示した入射角θ1=0.3°の他に、入射角θ2=0.4°で測定した結果を模式的に示している。入射角を変えても、入射X線の波長は変化しないため、基板部分で反射したX線の3周期長15は0.3nmであり、積層膜部分で反射したX線の3周期長16も同じ0.3nmである。しかし、入射角が変化したため、入射角=θ2における位相差18は入射角=θ1における位相差17と同じではない。(ΔL2/L2)=0.12となったため、式(2)におけるΔLは0.03となり、式(2)に従って計算すると、d=0.859nmと求めることができる。
次に、別の実施例について図2を用いて説明する。高エネルギー加速器研究センタの放射光実験施設(PF)のベンディング磁石放射光源をX線源としたX線を単色器により0.1nmの波長のX線に単色化し、スリットでz方向100μm、y方向50μmに成形後、入射強度モニタ用のイオンチェンバーを透過して、入射X線1としてSi単結晶製の振幅分割型干渉計11に照射する。この干渉計は、3枚の歯で振幅を分割、方向を変え、干渉させるようにできているため、前述の実施例のように、可干渉距離の長いX線でなくても、干渉縞を得ることができる。
1枚目の歯で分割されたX線は、2枚目の歯で方向を変えている。その後、2枚目の歯と3枚目の歯の間に配置した試料2に照射する。試料2はシリコン薄板上に金を3μmスパッタ成膜したものを基板とし、その上に測定する薄膜としてルテニウムを1nm程度、積層膜部分4に形成した。ルテニウムが成膜されていない基板部分5は、金膜が露出している。金を3μm程度成膜すると、その下のシリコンまでX線が届かないので、金基板と同じに扱える。試料2は試料回転台3上に固定され、入射X線1が試料2に0.6°で入射するように調整してある。試料2に0.6°で入射した入射X線1は、試料2で鏡面反射される。鏡面反射されたX線は、シリコン基板上に金を5μm程度成膜した反射鏡12で再度鏡面反射される。
試料部分を拡大した図を、図3に示す。振幅分割された入射X線1の一方は、試料2の基板部分5で反射し、反射鏡12でもう一度反射され、参照波8となる。振幅分割されたもう一方の入射X線1は、試料の基板部分5と積層膜部分4で反射する。この反射波13も反射鏡12で再度反射し、物体波7となる。この物体波7には積層膜で反射した物体波14と基板部分で反射した物体波9が含まれる。本実施例の場合、反射鏡12が無いと、試料2で反射されたX線は上向きに進むことになり、3枚目の歯に対して、参照波8と物体波7でわずかだが異なる角度で入射することになる。3枚目の歯への入射角は、参照波8と物体波7を干渉させる必要性からナノラジアンレベルで一致させる必要がある。このため本実施例では、反射鏡12を利用して、反射X線を入射X線1と平行に進むように修正することで、参照波8と物体波7を3枚目の歯で干渉させている。
このとき、参照波8と物体波7をそのまま干渉させると、全面で同じ位相差となるため、干渉縞が見えない場合が生じる。そこで、参照波8の光路中にアクリル製のプリズム6を位相板として入れることで、試料が無い状態でも干渉縞が得られるようにしておく。物体波7と参照波8は3枚目の歯で重ね合わされ、高分解能の2次元検出器10(例えばズーミング管)で干渉縞を測定する。
本実施例では、入射角が臨界角より大きな場合の解析方法について、図6を利用して述べる。本実施例では積層膜に含まれる界面の数より多くの測定点が必要になる。ここでの試料はルテニウム1nm薄膜であり、ルテニウムの上下に界面があるため、臨界角より大きな2つの入射角で測定する必要がある。そこで、θ1=0.6°、θ2=1°とする。また、積層膜で反射した物体波14の位相は、基板部分で反射した物体波9からの相対値とすることで、入射角を変えたことによる光路長の変化を相殺しておくことも測定上、重要である。本実施例にける(ΔL2−ΔL1)/Lは、0.120である。入射角が臨界角より大きなため、積層膜で反射した物体波14は、積層膜界面と積層膜表面で反射したX線の干渉した位相情報が記録されることになる。式(8)にしたがうと、得られる振幅反射率R1=F1,2+F2,3・exp[−i・d・q]となり、振幅反射率のq依存性は、cos[d・q+C]+i・sin[d・q+C]となる。測定された干渉縞の(ΔL2−ΔL1)/Lは、2・d・(sinθ2−sinθ1)/λと同じになることから、式(2)と同じになる。式(2)を使いルテニウムの膜厚を求めるとd=0.860nmとなる。また積層数が増えても、同様に解析することで、各層の膜厚を求めることができる。通常、X線の反射率は試料からのX線のはみ出さない、低角度領域、多くの場合0.01度程度から、X線反射率が10-6程度に減衰し、バックグラウンドと反射X線の区別が難しくなる1度程度まで測定する。このため、本実施例で測定する複数の測定角度は0.01度と1度に範囲にある。
以上述べてきたように、本実施例を利用すれば、反射X線の位相を測定し、積層膜の膜厚を解析することが可能となる。
更に別の実施例について、図4を用いて説明する。高エネルギー加速器研究センタの放射光実験施設(PF)のベンディング磁石放射光源をX線源としたX線を単色器により0.1nmの波長のX線に単色化し、スリットでz方向100μm、y方向50μmに成形後、入射強度モニタ用のイオンチェンバーを透過して、入射X線1としてシリコン単結晶製の振幅分割型干渉計11に照射する。この干渉計は、3枚の歯で振幅を分割、方向を変え、干渉させるようにできているため、前述の実施例のように、可干渉距離の長いX線でなくても、干渉縞を得ることができる。1枚目の歯で分割されたX線は2枚目の歯で方向を変えている。図2の実施例では、2枚目の歯と3枚目の歯の間に試料を配置していた。しかしここに配置すると回転試料台3の回転軸と入射X線が直交しないため、場所により入射角が異なるという問題が生じる。そこで、図4では、2枚目の歯の中央を無くし、積層膜部分4を1枚目の歯と2枚目の歯の間に、基板部分5を2枚目の歯と3枚目の歯の間に置けるようにし、回転試料台3の回転軸と入射X線が直交するように修正している。
試料2は、シリコン薄板上に金を3μmスパッタ成膜したものを基板とし、その上に、測定する薄膜として酸化アルミニウムを1.5μm程度、積層膜部分4に形成した。酸化アルミニウムが成膜されていない基板部分5は、金膜が露出している。金を3μm程度成膜すると、その下のシリコンまでX線が届かないので、金基板と同じに扱える。試料2は試料回転台3上に固定され、入射X線1が試料2に0.3°で入射するように調整してある。
試料2に0.3°で入射した入射X線1は、試料2で全反射される。全反射されたX線は、Si基板上に金を5μm程度成膜した反射鏡12で反射される。振幅分割された入射X線1の一方は、2枚目の歯で方向を変えた後、2枚目の歯と3枚目の歯の間に配置された試料2の基板部分5で反射し、反射鏡12でもう一度反射され、参照波8となり、3枚目の歯に入射する。振幅分割されたもう一方の入射X線1は、1枚目の歯と2枚目の歯の間に配置された試料の基板部分5と積層膜部分4で反射する。この反射波13も反射鏡12で再度反射し、物体波7となる。この物体波7には、積層膜で反射した物体波14と基板部分で反射した物体波9が含まれる。このとき、試料2に入射するX線1及び反射したX線が平行であり、試料回転台3の回転軸と直交する配置になっているところに特徴がある。物体波7は2枚目の歯で方向を変え、3枚目の歯に入射する。物体波7と参照波8は3枚目の歯で重ね合わされ、高分解能の2次元検出器10(例えばズーミング管)で干渉縞を測定する。このときも、前述の実施例同様、参照波8と物体波7をそのまま干渉させると、全面で同じ位相差となるため、干渉縞が見えない場合が生じる。そこで、参照波8の光路中にアクリル製のプリズム6を位相板として入れることで、試料が無い状態でも干渉縞が得られるようにしておく。
得られる干渉縞や情報に関して、前述の実施例と同じため、解析方法に関しては同じとなる。ただし、本実施例の試料は1.5μmの酸化アルミニウムのような厚い試料の解析例を示す。試料膜厚が厚くなると、上面と下面で反射したX線が重なり干渉する領域が反射X線束の中に含まれる比率が減少する。またPFの放射光源や、封入管型のX線源を利用した場合、可干渉距離は数μmであるため、干渉もしにくくなる。このため、1.5μmの酸化アルミニウムからのX線反射率の測定をしても、X線反射率に膜厚の振動構造をみることはできない。しかし、本実施例では反射鏡12で参照波8と積層膜で反射した物体波14が干渉するように調整できるため、1.5μmの酸化アルミニウムからでも、干渉縞を測定することができる。
得られた干渉縞の解析について、図6を利用して説明する。今回のような厚い試料の場合、基板部分で反射した物体波9と積層膜で反射した物体波14では位相差が2π以上になるため、式(1)を利用した1つの入射角で解析することはできない。試料の膜厚が厚いと、入射角を0.001°程度変えても位相はπ〜2π程度ずれることから、θ1=0.3°、θ2=0.301°とする。この2つの角度で干渉縞を測定する。積層膜で反射した物体波14の位相は、基板部分で反射した物体波9からの相対値とすることで、入射角を変えたことによる光路長の変化を相殺しておく。本実施例の場合、(ΔL2−ΔL1)/Lは、0.495となった。式(2)に当てはめて計算するとd=1418nmとなる。本実施例は理論的には、10μm程度の膜厚が測定可能である。しかし、試料での吸収から干渉縞のビジビリティが低下するなどの問題から、実際測定可能な膜厚は2μm程度である。
以上述べてきたように、本実施例を利用すれば、可干渉距離の小さいX線源からでの、反射X線の位相を測定し、積層膜の膜厚を解析することが可能となる。
最後に、2層積層した試料の解析の実施例について説明する。試料は、シリコン薄板上に金を3μmスパッタ成膜したものを基板とし、その上に、測定する薄膜としてタンタルを5nm程度、積層膜部分に形成した。タンタルが成膜されていない基板部分5は、金膜が露出している。金を3μm程度成膜すると、その下のシリコンまでX線が届かないので、金基板と同じに扱える。タンタルは自然酸化によりタンタル酸化膜が3nm程度形成される。試料に0.5°で入射した入射X線は、試料で全反射された物体波と波面分割又は、振幅分割された参照波が重なる位置において干渉縞を測定する。図6に、得られる干渉縞の模式図を示す。物体波と参照波が重なり干渉縞が形成される。この入射角条件では、試料表面と基板界面で反射されたX線の干渉波を物体波とし、参照波との重ねあわせで得られた干渉縞と試料の基板露出部分で反射したX線を物体波とし、参照波との重ねあわせで得られた干渉縞が形成される。干渉縞の差は両者の位相差ΔLである。位相差を干渉縞の1周期長で規格化すると、ΔL/L=0.974となり式(8)に従い計算すると、式(1)と同じ計算式が得られ、試料全体の膜厚がd=5.581nmであるとこが求まる。
次に、入射角を0.3゜に小さくすると、試料表面とタンタル/タンタル酸化物界面で反射されたX線の干渉波を物体波とし、参照波との重ねあわせで得られた干渉縞と試料の基板露出部分で反射したX線を物体波とし、参照波との重ねあわせで得られた干渉縞が形成される。干渉縞の位相差を干渉縞の1周期長で規格化すると、ΔL/L=0.364となり、式(8)から、タンタル酸化膜の膜厚がd=3.476nmであるとこが求まる。ここでは、実施例1と同じ要領による多層膜の膜厚導出を示したが、さらに、入射角を0.2゜にして、干渉縞を測定することで、別の実施例で示したように、入射角の絶対値の正確さを必要としない解析も可能となる。以上のように、積層膜に含まれる界面の数より多くの測定点で干渉縞を測定し、式(7)、式(8)を利用することで、多層積層体各層の膜厚を解析することが可能である。
以上述べてきたように、本実施例を利用すれば、反射X線の位相を測定し、積層膜の膜厚を解析することが可能となる。そして、従来のX線反射率法では検査が困難であった、1nmより薄い薄膜から、1〜2μmの厚い積層体の膜厚からの振幅反射率が測定可能となり、積層膜の膜厚を高精度に測定することが可能となる。
本発明の実施例を示す図。 本発明の別の実施例を示す図。 図2の試料付近の拡大図。 本発明の別の実施例を示す図。 本発明によって薄膜試料を測定したときの干渉縞の概念図。 本発明によって薄膜試料を測定したときの干渉縞の概念図。
符号の説明
1:入射X線
2:試料
3:試料回転台
4:積層膜部分
5:基板部分
6:プリズム
7:物体波
8:参照波
9:基板部分で反射した物体波
10:2次元X線検出器
11:振幅分割型干渉計
12:反射鏡
13:反射X線
14:積層膜部分で反射した物体波
15:基板部分で反射したX線の3周期長
16:積層膜部分で反射したX線の3周期長
17:位相差
18:入射角=θ2における位相差

Claims (10)

  1. 基板上に薄膜積層体が形成され前記基板が一部露出している試料にX線を入射させ、
    前記試料の前記基板部分で鏡面反射したX線を参照波とし、前記試料の前記薄膜積層体及び前記基板部分で鏡面反射したX線を物体波とし、
    前記参照波をプリズムで曲げて前記物体波と干渉させ、
    前記試料の前記基板部分で鏡面反射した物体波と前記参照波の干渉縞と、前記試料の前記薄膜積層体で鏡面反射した物体波と前記参照波の干渉縞の位相差を測定し、
    前記位相差を用いて前記薄膜積層体の膜厚を求める
    ことを特徴とする膜厚測定方法。
  2. 請求項1記載の膜厚測定方法において、前記試料へのX線の入射角を0.01°から1°の範囲で変えることを特徴とする膜厚測定方法。
  3. 請求項1記載の膜厚測定方法において、前記試料の前記基板部分で鏡面反射した物体波と前記参照波の干渉縞と、前記試料の前記薄膜積層体で鏡面反射した物体波と前記参照波の干渉縞の位置の差より、1周期の差が入射X線の波長であることを利用し、前記薄膜積層体全体の膜厚を求めることを特徴とする膜厚測定方法。
  4. 請求項1記載の膜厚測定方法において、前記試料の前記基板部分で鏡面反射した物体波と前記参照波の干渉縞と、前記試料の前記薄膜積層体で鏡面反射した物体波と前記参照波の干渉縞の位置の変化を前記X線の入射角を少なくとも前記薄膜積層体を構成する膜の数プラス1だけ変えて測定し、入射角を変えたときの光路長の変化を干渉縞の位置の移動から解析し、前記薄膜積層体の膜厚を求めることを特徴とする膜厚測定方法。
  5. 請求項1記載の膜厚測定方法において、前記薄膜積層体が2μm以下の膜厚の薄膜で構成されている場合、前記試料の前記薄膜積層体表面で鏡面反射したX線と前記薄膜積層体内の界面で鏡面反射したX線との干渉縞の変化を前記X線の入射角を少なくとも前記薄膜積層体を構成する薄膜の数プラス1だけ変えて測定し、入射角を変えたときの光路長の変化を干渉縞の位置の移動から解析し、前記薄膜積層体の膜厚を求めることを特徴とする膜厚測定方法。
  6. 基板上に薄膜積層体が形成されるとともに前記基板が一部露出している試料と前記試料で反射されたX線を反射する反射鏡を固定した試料回転台を振幅分割型の干渉計内部に配置し、
    前記試料の基板部分で鏡面反射したのち前記反射鏡によって鏡面反射されたX線を参照波とし、前記試料の前記薄膜積層体及び前記基板部分で鏡面反射したのち前記反射鏡によって鏡面反射されたX線を物体波として、両者を干渉させ、
    前記試料の基板部分で鏡面反射したのち前記反射鏡によって鏡面反射された物体波と前記参照波の干渉縞と、前記試料の薄膜積層体で鏡面反射したのち前記反射体によって鏡面反射された物体波と前記参照波の干渉縞の位相差を測定し、
    前記位相差を用いて前記薄膜積層体の膜厚を求める
    ことを特徴とする膜厚測定方法。
  7. 請求項6記載の膜厚測定方法において、前記試料へのX線の入射角を0.01°から1°の範囲で変えることを特徴とする膜厚測定方法。
  8. 請求項6記載の膜厚測定方法において、前記試料の前記基板部分で鏡面反射したのち前記反射鏡によって鏡面反射された物体波と前記参照波の干渉縞と、前記試料の前記薄膜積層体で鏡面反射したのち前記反射鏡によって鏡面反射された物体波と前記参照波の干渉縞の位置の差より、1周期の差が入射X線の波長であることを利用し、前記薄膜積層体全体の膜厚を求めることを特徴とする膜厚測定方法。
  9. 請求項6記載の膜厚測定方法において、前記試料の前記基板部分で鏡面反射したのち前記反射鏡によって鏡面反射された物体波と前記参照波の干渉縞と、前記試料の前記薄膜積層体で鏡面反射したのち前記反射鏡によって鏡面反射された物体波と前記参照波の干渉縞の位置の変化を前記X線の入射角を少なくとも前記薄膜積層体を構成する薄膜の数プラス1だけ変えて測定し、入射角を変えたときの光路長の変化を干渉縞の位置の移動から解析し、前記薄膜積層体の膜厚を求めることを特徴とする膜厚測定方法。
  10. 請求項6記載の膜厚測定方法において、前記薄膜積層体が2μm以下の膜厚の薄膜で構成されている場合、前記薄膜積層体表面で鏡面反射したのち前記反射鏡によって鏡面反射したX線と前記薄膜積層体内の界面で鏡面反射したのち前記反射鏡によって鏡面反射したX線との干渉縞の変化を前記X線の入射角を少なくとも前記薄膜積層体を構成する薄膜の数プラス1だけ変えて測定し、入射角を変えたときの光路長の変化を干渉縞の位置の移動から解析し、前記薄膜積層体の膜厚を求めることを特徴とする膜厚測定方法。
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