JP2013257298A

JP2013257298A - Ｘ線分析装置及びｘ線分析方法

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Publication number: JP2013257298A
Application number: JP2012135186A
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Inventors: Kenji Nomura; 健二野村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2013-12-26
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Abstract

【課題】高分解能で、かつ、短時間で歪評価等の分析を行なうことのできるＸ線分析装置を提供する。
【解決手段】試料設置部１３０は、第１のφ軸回転ステージ１３４の上に設置されており、第２のφ軸回転駆動部１４５により、φ軸を中心に試料を回転させる第２のφ軸回転ステージ１３５と、第１のφ軸回転駆動部１４４により、φ軸を中心に前記第２のφ軸回転ステージ１３５の全体を回転させる第１のφ軸回転ステージ１３４と、第１のφ軸回転ステージ１３４の全体を、χ軸を中心に回転させるχ軸回転ステージ１３３と、χ軸回転ステージ１３３の全体を、ω軸を中心に回転させるω軸回転ステージ１３２と、Ｘ線検出部１２０を、２θ軸を中心に回転させる２θ回転ステージ１３１と、を有しており、第２のφ軸回転駆動部１４５は、第１のφ軸回転駆動部１４４よりも高速に回転するものであることを特徴とするＸ線分析装置を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線分析装置及びＸ線分析方法に関するものである。

一般に、エピタキシャル膜の歪み評価等を行う際には、Ｘ線分析装置として４軸を調整することのできるＸ線回折装置が用いられている。具体的には、このＸ線分析装置は、図１に示されるように、Ｘ線源９１０と、試料９０１が設置される試料設置部９３０と、Ｘ線を検出するためのＸ線検出部９２０とを有している。

Ｘ線源９１０は、いわゆる単色のＸ線を出射するものであり、Ｘ線源９１０より出射されたＸ線は、試料設置部９２０に設置された試料９０１に照射される。Ｘ線検出部９２０は、スリット９２１とシンチレーション検出器９２２とを有しており、試料９０１からのＸ線はスリット９２１を通りシンチレーション検出器９２２において検出される。尚、スリット９２１とシンチレーション検出器９２２は２θアーム９２３に設置されている。

試料設置部９３０は、２θ軸を中心に回転する２θ軸回転ステージ９３１と、ω軸を中心に回転するω軸回転ステージ９３２と、χ軸を中心に回転するχ軸回転ステージ９３３と、φ軸を中心に回転するφ軸回転ステージ９３４の４軸を有している。２θ軸回転ステージ９３１は、２θ軸を中心に２θアーム９２３を回転させるものであり、２θ軸回転駆動部９４１により回転させることができる。ω軸回転ステージ９３２は、ω軸を中心にχ軸回転ステージ９３３の全体を回転させるものであり、ω軸回転駆動部９４２により回転させることができる。χ軸回転ステージ９３３は、χ軸を中心にφ軸回転ステージ９３４の全体を回転させるものであり、χ軸回転駆動部９４３により回転させることができる。φ軸回転ステージ９３４は、φ軸を中心に試料９０１を回転させるものであり、φ軸回転駆動部９４４により回転させることができる。尚、２θ軸とω軸とは同軸であり、ω軸とχ軸とは直交する軸であり、χ軸とφ軸とは直交する軸である。

このようなＸ線分析装置を用いて試料９０１の評価等を行なう際には、通常、２θ軸回転ステージ９３１、ω軸回転ステージ９３２、χ軸回転ステージ９３３、φ軸回転ステージ９３４により、２θ軸、ω軸、χ軸及びφ軸の４軸を調整することにより行なわれる。このため２θ軸回転駆動部９４１、ω軸回転駆動部９４２、χ軸回転駆動部９４３、φ軸回転駆動部９４４は、位置制御を行なうことができるように、パルスモータ等が用いられている。

特に、試料９０１がエピタキシャル膜のような結晶性や配向性に優れた膜が形成されている場合、より高分解能な歪評価を行なうことが求められる。このため、入射部やシンチレーション検出器９２２の前に設置されるスリット９２１の幅を狭く、かつ、ダブルスリットにすることや、入射部にチャネルカット結晶を用いて、Ｘ線の発散角を抑制することや、Ｘ線のエネルギー幅を小さくすることが行なわれている。

特開２００５−３００３０５号公報

ところで、上述したＸ線分析装置において、２θ軸、ω軸、χ軸及びφ軸の４軸を調整する際に多大な時間を要するため、試料９０１の評価等するため長時間要していた。また、このようなＸ線分析装置である高分解能４軸Ｘ線回折装置を用いて、回折ピークにおける４軸角の最適化を行う場合には、初期値から最適値までの収束が低分解能装置に比べて遅く、各軸のスキャンを繰り返し行う必要があった。その結果、測定に多くの時間を要することから、高速な検査が要求される製造現場等において、検査装置として用いることは困難とされていた。

よって、高分解能で、かつ、短時間で歪評価等の分析を行なうことのできるＸ線分析装置及びＸ線分析方法が求められていた。

本実施の形態の一観点によれば、試料に照射されるＸ線を出射するＸ線源と、前記試料が設置される試料設置部と、前記試料からのＸ線を検出するＸ線検出部と、を有し、前記試料設置部は、第１のφ軸回転ステージの上に設置されており、第２のφ軸回転駆動部により、φ軸を中心に前記試料を回転させる第２のφ軸回転ステージと、第１のφ軸回転駆動部により、前記φ軸を中心に前記第２のφ軸回転ステージの全体を回転させる第１のφ軸回転ステージと、前記第１のφ軸回転ステージの全体を、χ軸を中心に回転させるχ軸回転ステージと、前記χ軸回転ステージの全体を、ω軸を中心に回転させるω軸回転ステージと、前記Ｘ線検出部を、２θ軸を中心に回転させる２θ回転ステージと、を有しており、前記第２のφ軸回転駆動部は、前記第１のφ軸回転駆動部よりも高速に回転するものであることを特徴とする。

また、本実施の形態の他の一観点によれば、第１のφ軸回転ステージの上に設置されており、試料を、φ軸を中心に回転させる第２のφ軸回転ステージと、前記第２のφ軸回転ステージの全体を、前記φ軸を中心に回転させる第１のφ軸回転ステージと、前記第１のφ軸回転ステージの全体を、χ軸を中心に回転させるχ軸回転ステージと、前記χ軸回転ステージの全体を、ω軸を中心に回転させるω軸回転ステージと、Ｘ線検出部を、２θ軸を中心に回転させる２θ回転ステージを有する試料設置部を備えたＸ線分析装置におけるＸ線分析方法において、前記第２のφ軸回転ステージを高速に回転させた状態で、前記ω軸回転ステージを回転させてω軸を最適化する工程と、前記ω軸を最適化した後に、前記第１のφ軸回転ステージを回転させてφ軸を最適化する工程と、を有することを特徴とする。

開示のＸ線分析装置及びＸ線分析方法によれば、高分解能で、かつ、短時間で歪評価等の分析を行なうことができる。

従来のＸ線分析装置の構造図第１の実施の形態におけるＸ線分析装置の構造図第２の実施の形態におけるＸ線分析装置の説明図第３の実施の形態におけるＸ線分析装置の構造図第３の実施の形態におけるＸ線分析方法の説明図

発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態におけるＸ線分析装置について説明する。本実施の形態におけるＸ線分析装置は、図２に示されるように、Ｘ線源１１０と、試料１０１が設置される試料設置部１３０と、Ｘ線を検出するためのＸ線検出部１２０とを有している。

Ｘ線源１１０は、いわゆる単色のＸ線を出射するものであり、Ｘ線源１１０より出射されたＸ線は、試料設置部１３０に設置された試料１０１に照射される。Ｘ線検出部１２０は、スリット１２１とＸ線検出器１２２であるシンチレーション検出器とを有しており、試料１０１からのＸ線はスリット１２１を通りＸ線検出器１２２により検出される。尚、スリット１２１とＸ線検出器１２２は２θアーム１２３に設置されている。また、Ｘ線検出器１２２は、シンチレーション検出器以外のものであって、Ｘ線を検出することのできるものを用いてもよい。

試料設置部１３０は、２θ軸を中心に回転する２θ軸回転ステージ１３１と、ω軸を中心に回転するω軸回転ステージ１３２と、χ軸を中心に回転するχ軸回転ステージ１３３とを有している。更に、試料設置部１３０は、φ軸を中心に回転する第１のφ軸回転ステージ１３４及び第２のφ軸回転ステージ１３５を有している。本実施の形態におけるＸ線分析装置においては、第２のφ軸回転ステージ１３５は、第１のφ軸回転ステージ１３４の上に設置されており、試料１０１は、第２のφ軸回転ステージ１３５に設置されている。

２θ軸回転ステージ１３１は、２θ軸を中心に２θアーム１２３を回転させるものであり、２θ軸回転駆動部１４１により回転させることができる。ω軸回転ステージ１３２は、ω軸を中心にχ軸回転ステージ１３３の全体を回転させるものであり、ω軸回転駆動部１４２により回転させることができる。χ軸回転ステージ１３３は、χ軸を中心に第１のφ軸回転ステージ１３４及び第２のφ軸回転ステージ１３５の全体を回転させるものであり、χ軸回転駆動部１４３により回転させることができる。第１のφ軸回転ステージ１３４は、φ軸を中心に第２のφ軸回転ステージ１３５の全体を回転させるものであり、第１のφ軸回転駆動部１４４により回転させることができる。第２のφ軸回転ステージ１３５は、φ軸を中心に試料１０１を回転させるものであり、第２のφ軸回転駆動部１４５により回転させることができる。従って、試料１０１は、第２のφ軸回転ステージ１３５を介して第１のφ軸回転ステージ１３４によりφ軸を中心に回転させることができる。即ち、試料１０１は、第１のφ軸回転ステージ１３４または第２のφ軸回転ステージ１３５のいずれにおいてもφ軸を中心に回転させることができる。

尚、本実施の形態においては、２θ軸とω軸とは同軸であり、ω軸とχ軸とは直交する軸であり、χ軸とφ軸とは直交する軸である。よって、φ軸を第１の軸と、χ軸を第２の軸と、２θ軸及びω軸を第３の軸と記載する場合がある。この場合、第１の軸と第２の軸とは直交し、第２の軸と第３の軸とは直交する。この表現に基づくならば、第１のφ軸回転ステージ１３４及び第２のφ軸回転ステージ１３５は、第１の軸を中心に回転するものであり、χ軸回転ステージ１３３は、第２の軸を中心に回転するものである。また、ω軸回転ステージ１３２は、第３の軸を中心に回転するものであり、２θ軸回転ステージ１３１は、第３の軸を中心に２θアーム１２３を回転させるものである。

本実施の形態においては、２θ軸回転駆動部１４１、ω軸回転駆動部１４２、χ軸回転駆動部１４３、第１のφ軸回転駆動部１４４は、位置制御を行なうことができるように、パルスモータ等が用いられている。また、第２のφ軸回転駆動部１４５は、第１のφ軸回転駆動部１４４よりも高速に回転させることのできるモータが用いられており、例えば、高速で連続回転可能なモータが用いられている。

一般に、Ｘ線分析装置において、試料１０１の評価等を行なう際には、２θ軸、ω軸、χ軸及びφ軸の４軸の調整がなされる。ここで、試料１０１がエピタキシャル膜の成膜されているものであって、このエピタキシャル膜における非対称回折ピークの最適化を行なう場合について説明する。この場合、一般的には、２θ軸、ω軸、χ軸、φ軸の４軸のうち、あらかじめ対称回折ピークにより決定されたχ軸を除いた残りの３軸においてスキャンを繰り返すことにより、最も強度が強くなる最適値を見つけ出すことが行なわれる。尚、本実施の形態においては、各々の軸における最適化とは、各々の軸において最も強度が強くなる最適値を見つけ出すことを意味するものとする。

本実施の形態におけるＸ線分析装置では、第２のφ軸回転駆動部１４５により第２のφ軸回転ステージ１３５に設置された試料１０１を高速回転させる。この状態で、２θ軸及びω軸の２軸においてスキャンを繰り返すことにより、最も強度が強くなる最適値を短時間で見つけ出すことができる。即ち、繰り返しスキャンを必要とする軸の数を３軸から２軸に減らすことにより、短時間で４軸角における最適化が可能となり、その結果、より短時間で試料１０１における歪評価を行なうことができる。具体的には、φ軸を中心に試料１０１を高速回転させた状態で、２θ軸回転駆動部１４１により２θ軸回転ステージ１３１と、ω軸回転駆動部１４２によりω軸回転ステージ１３２とを回転させて調整する。これにより、短時間で試料１０１における歪評価を行なうことができる。

次に、本実施の形態におけるＸ線分析装置において、第１のφ軸回転ステージ１３４及び第１のφ軸回転駆動部１４４と、第２のφ軸回転ステージ１３５及び第２のφ軸回転駆動部１４５とが設けられている理由について説明する。一般的に、Ｘ線分析装置においては、φ軸の回転にはパルスモータが用いられており、高分解能な装置においては、１パルスあたりの駆動角は非常に小さいことから動作が遅い。一方、上述したように、試料を面内に回転させながらω軸やχ軸をスキャンする方法においては、１ステップあたり遅くても１秒以内であることが求められている。つまり、試料１０１の面内配向を均一化して測定するためには、φ軸は、遅くても１回転／秒、理想的には１０回転／秒程度の回転数が求められる。しかしながら、高分解能な装置に用いられているパルスモータ等の場合では、φ軸を中心に高速回転させることは困難である。

従って、本実施の形態におけるＸ線分析装置においては、第１のφ軸回転ステージ１３４と第２のφ軸回転ステージ１３５とが設けられている。このような、第１のφ軸回転ステージ１３４は、パルスモータ等の位置制御が可能な第１のφ軸回転駆動部１４４により回転させることができ、第２のφ軸回転ステージ１３５は、高速回転可能な第２のφ軸回転駆動部１４５により回転させることができる。これにより、本実施の形態においては、試料１０１における歪評価を短時間で行なうことができる。尚、第１のφ軸回転ステージ１３４と第２のφ軸回転ステージ１３５とは、中心位置及び回転軸が一致していることが好ましい。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態におけるＸ線分析装置において、第１のφ軸回転ステージ１３４と第２のφ軸回転ステージ１３５との中心位置及び回転軸を一致させる機能を有するものである。本実施の形態におけるＸ線分析装置について、図３に基づき説明する。本実施の形態におけるＸ線分析装置は、第１のφ軸回転ステージ１３４と第２のφ軸回転ステージ１３５との間に、Ｘ軸調整ステージ２１１、Ｙ軸調整ステージ２１２、スイベルＲｘ軸調整ステージ２１３、スイベルＲｙ軸調整ステージ２１４を有している。Ｘ軸調整ステージ２１１は、第１のφ軸回転ステージ１３４と第２のφ軸回転ステージ１３５との間におけるＸ軸方向の位置を並進させ調整を行なうものである。Ｙ軸調整ステージ２１２は、第１のφ軸回転ステージ１３４と第２のφ軸回転ステージ１３５との間におけるＹ軸方向の位置を並進させて調整を行なうものである。スイベルＲｘ軸調整ステージ２１３は、第１のφ軸回転ステージ１３４に対する第２のφ軸回転ステージ１３５のＸ軸方向における傾きの調整を行なうものである。スイベルＲｙ軸調整ステージ２１４は、第１のφ軸回転ステージ１３４に対する第２のφ軸回転ステージ１３５のＹ軸方向における傾きの調整を行なうものである。このように、Ｘ軸調整ステージ２１１、Ｙ軸調整ステージ２１２、スイベルＲｘ軸調整ステージ２１３、スイベルＲｙ軸調整ステージ２１４により、第１のφ軸回転ステージ１３４と第２のφ軸回転ステージ１３５との中心位置及び回転軸を一致させることができる。尚、本実施の形態においては、便宜上、Ｘ軸、Ｙ軸の表現を用いているが、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は相互に直交する軸であって、Ｘ軸及びＹ軸は、Ｚ軸をφ軸とした場合に対応する軸である。また、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。

〔第３の実施の形態〕
（Ｘ線分析装置）
次に、第３の実施の形態におけるＸ線分析装置について説明する。本実施の形態におけるＸ線分析装置は、図４に示されるように、Ｘ線源１１０と、試料１０１が設置される試料設置部１３０と、Ｘ線を検出するためのＸ線検出部２２０とを有している。

Ｘ線源１１０は、いわゆる単色のＸ線を出射するものであり、Ｘ線源１１０より出射されたＸ線は、試料設置部１３０に設置された試料１０１に照射される。Ｘ線検出部２２０は、スリット１２１と第１のＸ線検出器２２２と第２のＸ線検出器２２３とを有している。第１のＸ線検出器２２２は、第１の実施の形態におけるＸ線検出器１２２と同様のものであり、シンチレーション検出器等により形成されている。第２のＸ線検出器２２３は、イオンチェンバー等の透過型積分電離箱により形成されており、入射したＸ線を透過させた状態で、入射したＸ線の強度を測定することができる。本実施の形態においては、Ｘ線検出部２２０は、Ｘ線の入射方向から順に、第２のＸ線検出器２２３、スリット２２１、第１のＸ線検出器２２２の順に配置されている。従って、Ｘ線検出部２２０に入射したＸ線は、第２のＸ線検出器２２３においてＸ線が検出され、更に、第２のＸ線検出器２２３を透過したＸ線のうち、スリット２２１を通ったＸ線が、第１のＸ線検出器２２２に入射して検出される。本実施の形態においては、第２のＸ線検出器２２３の前にはスリット等が設けられていないため、第２のＸ線検出器２２３により比較的広い角度におけるＸ線を測定することができる。尚、スリット２２１、第１のＸ線検出器２２２、第２のＸ線検出器２２３は２θアーム１２３に設置されている。また、第１のＸ線検出器２２２は、シンチレーション検出器以外のものであって、Ｘ線を検出することのできるものを用いてもよい。

尚、本実施の形態においては、２θ軸とω軸とは同軸であり、ω軸とχ軸とは直交する軸であり、χ軸とφ軸とは直交する軸である。よって、φ軸を第１の軸と、χ軸を第２の軸と、２θ軸及びω軸を第３の軸と記載する場合がある。この場合、第１の軸と第２の軸とは直交し、第２の軸と第３の軸とは直交する。

本実施の形態においては、２θ軸回転駆動部１４１、ω軸回転駆動部１４２、χ軸回転駆動部１４３、第１のφ軸回転駆動部１４４は、位置制御を行なうことができるように、パルスモータ等が用いられている。また、第２のφ軸回転駆動部１４５は、第１のφ軸回転駆動部１４４よりも高速に回転させることのできるモータが用いられており、例えば、高速で連続回転するモータが用いられている。

一般に、Ｘ線分析装置において、試料１０１の評価等を行なう際には、２θ軸、ω軸、χ軸及びφ軸の４軸の調整がなされる。本実施の形態におけるＸ線分析装置では、第２のφ軸回転駆動部１４５により第２のφ軸回転ステージ１３５を高速に回転させ、第２のＸ線検出器２２３を用いることにより、ω軸とχ軸における最適化を短時間で行なうことができる。尚、一般的には、χ軸は分解能が低いため、１回スキャンするだけで、正しい値が得られる場合が多い。

（Ｘ線分析方法）
次に、本実施の形態におけるＸ線分析装置を用いたＸ線分析方法について説明する。本実施の形態におけるＸ線分析方法は、試料１０１における歪評価方法であって、最初に、対称回折ピークの最適化を行ない、この後、非対称回折ピークの最適化を行なうものである。図５に基づき、本実施の形態におけるＸ線分析方法について説明する。

まず、ステップ１０２からステップ１０６に示されるように、対称回折ピークの最適化を行なう。

最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、χ軸の最適化を行なう。具体的には、２θ軸回転ステージ１３１、第１のφ軸回転ステージ１３４及び第２のφ軸回転ステージ１３５を止めた状態で、χ軸回転ステージ１３３を回転させて、第２のＸ線検出器２２３により検出される値に基づきχ軸の最適化を行なう。この際、ω軸回転ステージ１３２は止まっている。前述したように、一般的には、χ軸は分解能が低いため、１回スキャンするだけで、正しい値が得られる場合が多い。

次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）において、ω軸の最適化を行なう。具体的には、２θ軸回転ステージ１３１、第１のφ軸回転ステージ１３４及び第２のφ軸回転ステージ１３５を止めた状態で、ω軸回転ステージ１３２を回転させて、第２のＸ線検出器２２３により検出される値に基づきω軸の最適化（ω_対称）を行なう。この際、χ軸回転ステージ１３３は固定されている。この後、必要に応じてχ軸の最適値の確認を行ってもよい。

次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）において、２θ軸の最適化を行なう。具体的には、ω軸回転ステージ１３２、χ軸回転ステージ１３３、第１のφ軸回転ステージ１３４及び第２のφ軸回転ステージ１３５を固定した状態で、２θ軸回転ステージ１３１を回転させて、２θ軸の最適化（２θ_対称）を行なう。この２θ軸の最適化では、第１のＸ線検出器２２２により検出される値に基づき、２θ軸の最適化（２θ_対称）を行なう。これにより、短時間で対称回折ピークにおけるピーク位置の最適化を行なうことができる。

次に、ステップ１０８からステップ１１２に示されるように、非対称回折ピークにおけるピーク位置の最適化を行なう。この非対称回折ピークにおけるピーク位置の最適化においては、χ軸に関しては対称回折ピークにおける最適化により得られた値を用いることができるため、実際には、２θ軸、ω軸、φ軸における最適化を行なえばよい。

具体的には、ステップ１０８（Ｓ１０８）において、ω軸の最適化を行なう。具体的には、第２のφ軸回転ステージ１３５を第２のφ軸回転駆動部１４５により高速に回転させた状態でω軸の最適化を行なう。この際、χ軸回転ステージ１３３を固定し、２θ軸回転ステージ１３１及び第１のφ軸回転ステージ１３４を止めた状態で、ω軸回転ステージ１３２を回転させて、第２のＸ線検出器２２３により検出される値に基づきω軸の最適化（ω_非対称）を行なう。

次に、ステップ１１０（Ｓ１１０）において、φ軸の最適化を行なう。具体的には、ω軸回転ステージ１３２、χ軸回転ステージ１３３を固定し、２θ軸回転ステージ１３１、第２のφ軸回転ステージ１３５を止め、第１のφ軸回転ステージ１３４を回転させて、第２のＸ線検出器２２３により検出される値に基づきφ軸の最適化を行なう。

次に、ステップ１１２（Ｓ１１２）において、２θ軸の最適化を行なう。具体的には、ω軸回転ステージ１３２、χ軸回転ステージ１３３、第１のφ軸回転ステージ１３４及び第２のφ軸回転ステージ１３５を固定した状態で、２θ軸回転ステージ１３１を回転させて、２θ軸の最適化（２θ_非対称）を行なう。この２θ軸の最適化では、第１のＸ線検出器２２２により検出される値に基づき、２θ軸の最適化（２θ_非対称）を行なう。以上により、短時間で非対称回折ピークにおけるピーク位置の最適化を行なうことができる。

本実施の形態におけるＸ線分析方法では、短時間で対称回折ピークにおけるピーク位置及び非対称回折ピークにおけるピーク位置を最適化することができる。

このようにして得られた対称回折ピーク及び非対称回折ピークにおける２θとωを用いることにより、試料１０１における歪の算出が可能となる。具体的には、対称回折ピーク及び２θの最適値を２θ_対称、非対称回折ピークにおける２θの最適値を各々２θ_非対称とすると、下記の数１及び数２に示されるブラッグの式より、対称回折ピークの面間隔d_対称及び非対称回折ピークの面間隔d_非対称を算出することができる。ここで、λは、Ｘ線の波長であるものとする。

ここで、基板面垂直方向の歪ε_zは、d_対称を下記の数３に示す式に代入することにより、算出することができる。尚、d_0対称は完全にリラックスした状態の対称回折ピークの面間隔であり、あらかじめ無歪試料を測定することにより値を取得しておけばよい。

同様に、非対称回折ピークを用いて、基板面垂直方向の歪ε_zを算出することも可能である。この場合には、非対称回折ピークの面間隔d_非対称を基板面垂直方向d_⊥非対称と基板面内方向d_//非対称の２成分に分離する必要がある。ここで、対称及び非対称回折ピークのωの最適値を各々、ω_対称、ω_非対称とすると、d_⊥非対称とd_//非対称は、各々下記の数４及び数５で表わされる。

従って、基板面垂直方向の歪ε_zは、非対称回折ピークを用いた場合においても、下記の数６に示す式により、算出することができる。

更に、非対称回折ピークの場合には、下記の数７に示す式を用いることにより、基板面内方向の歪ε_xを算出することも可能である。

d_{0⊥非対称}及びd_0//非対称は、各々、完全にリラックスした状態の非対称回折ピークの基板面垂直方向と基板面内方向の面間隔を意味し、あらかじめ無歪試料を測定することにより、値を取得することができる。

本実施の形態におけるＸ線分析装置は、繰り返しスキャンを行う必要がなく、決められた手順に基づき、歪を算出可能であることから、自動測定に適している。従って、あらかじめ電気特性と歪の関係を調査し、そのデータベースを本実施の形態におけるＸ線分析装置に付加することにより、成膜のなされた試料における歪みを自動的に検査し、良否判定をすることも可能となる。更に、半導体製造装置において、本実施の形態におけるＸ線分析装置を備えることにより、半導体膜の成膜後に、自動的に歪を検査し、所望の半導体膜を形成することができたか否かを短時間で判定することも可能となる。尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。また、本実施の形態は、第２の実施の形態に記載されているものを適用してもよい。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
試料に照射されるＸ線を出射するＸ線源と、
前記試料が設置される試料設置部と、
前記試料からのＸ線を検出するＸ線検出部と、
を有し、
前記試料設置部は、
第１のφ軸回転ステージの上に設置されており、第２のφ軸回転駆動部により、φ軸を中心に前記試料を回転させる第２のφ軸回転ステージと、
第１のφ軸回転駆動部により、前記φ軸を中心に前記第２のφ軸回転ステージの全体を回転させる第１のφ軸回転ステージと、
前記第１のφ軸回転ステージの全体を、χ軸を中心に回転させるχ軸回転ステージと、
前記χ軸回転ステージの全体を、ω軸を中心に回転させるω軸回転ステージと、
前記Ｘ線検出部を、２θ軸を中心に回転させる２θ回転ステージと、
を有しており、
前記第２のφ軸回転駆動部は、前記第１のφ軸回転駆動部よりも高速に回転するものであることを特徴とするＸ線分析装置。
（付記２）
前記Ｘ線検出部は、スリット及びＸ線検出器を有し、
前記Ｘ線検出器は、前記スリットを通ったＸ線を検出するものであることを特徴とする付記１に記載のＸ線分析装置。
（付記３）
前記Ｘ線検出部は、スリット、第１のＸ線検出器及び第２のＸ線検出器を有し、
前記第２のＸ線検出器は、透過型積分電離箱であり、
前記第１のＸ線検出器は、前記第２のＸ線検出器を透過したＸ線のうち、前記スリットを通ったＸ線を検出するものであることを特徴とする付記１に記載のＸ線分析装置。
（付記４）
前記透過型積分電離箱は、イオンチェンバーであることを特徴とする付記３に記載のＸ線分析装置。
（付記５）
前記第１のφ軸回転ステージと前記第２のφ軸回転ステージとの間には、前記φ軸に直交する２次元方向において、
前記第１のφ軸回転ステージに対する前記第２のφ軸回転ステージの位置を調整するＸ軸調整ステージ及びＹ軸調整ステージと、
前記第１のφ軸回転ステージに対する前記第２のφ軸回転ステージの傾きを調整するスイベルＲｘ軸調整ステージ及びスイベルＲｙ軸調整ステージと、
を有することを特徴とする付記１から４のいずれかに記載のＸ線分析装置。
（付記６）
前記２θ軸と前記ω軸は同軸であることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載のＸ線分析装置。
（付記７）
前記ω軸と前記χ軸は直交する軸であり、前記χ軸と前記φ軸は直交する軸であることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載のＸ線分析装置。
（付記８）
試料に照射されるＸ線を出射するＸ線源と、
前記試料が設置される試料設置部と、
前記試料からのＸ線を検出するＸ線検出部と、
を有し、
前記試料設置部は、
第１のφ軸回転ステージの上に設置されており、第２のφ軸回転駆動部により、第１の軸を中心に前記試料を回転させる第２のφ軸回転ステージと、
第１のφ軸回転駆動部により、前記第１の軸を中心に前記第２のφ軸回転ステージの全体を回転させる第１のφ軸回転ステージと、
前記第１のφ軸回転ステージの全体を、第２の軸を中心に回転させるχ軸回転ステージと、
前記χ軸回転ステージの全体を、第３の軸を中心に回転させるω軸回転ステージと、
前記Ｘ線検出部を、前記第３の軸を中心に回転させる２θ回転ステージと、
を有しており、
前記第１の軸と前記第２の軸とは直交し、前記第２の軸と前記第３の軸とは直交するものであって、
前記第２のφ軸回転駆動部は、前記第１のφ軸回転駆動部よりも高速に回転するものであることを特徴とするＸ線分析装置。
（付記９）
第１のφ軸回転ステージの上に設置されており、試料を、φ軸を中心に回転させる第２のφ軸回転ステージと、
前記第２のφ軸回転ステージの全体を、前記φ軸を中心に回転させる第１のφ軸回転ステージと、
前記第１のφ軸回転ステージの全体を、χ軸を中心に回転させるχ軸回転ステージと、
前記χ軸回転ステージの全体を、ω軸を中心に回転させるω軸回転ステージと、
Ｘ線検出部を、２θ軸を中心に回転させる２θ回転ステージを有する試料設置部を備えたＸ線分析装置におけるＸ線分析方法において、
前記第２のφ軸回転ステージを高速に回転させた状態で、前記ω軸回転ステージを回転させてω軸を最適化する工程と、
前記ω軸を最適化した後に、前記第１のφ軸回転ステージを回転させてφ軸を最適化する工程と、
を有することを特徴とするＸ線分析方法。
（付記１０）
前記ω軸を最適化する工程及び前記φ軸を最適化する工程は、透過型積分電離箱を用いて、前記試料からのＸ線を検出することにより行なわれるものであることを特徴とする付記９に記載のＸ線分析方法。
（付記１１）
前記φ軸を最適化した後に、前記２θ回転ステージを回転させて２θ軸を最適化する工程を有することを特徴とする付記９または１０に記載のＸ線分析方法。
（付記１２）
前記２θ軸を最適化する工程は、透過型積分電離箱を透過しスリットを通った前記試料からのＸ線を検出することにより行なわれるものであることを特徴とする付記１１に記載のＸ線分析方法。
（付記１３）
前記ω軸を最適化する工程の前に、前記第２のφ軸回転ステージを高速に回転させた状態で、前記χ軸回転ステージを回転させてχ軸を最適化する工程を有することを特徴とする付記９から１２のいずれかに記載のＸ線分析方法。
（付記１４）
前記χ軸を最適化する工程は、透過型積分電離箱を用いて、前記試料からのＸ線を検出することにより行なわれるものであることを特徴とする付記１３に記載のＸ線分析方法。
（付記１５）
前記ω軸を最適化する工程は、第２のω軸最適化工程であり、
前記第２のω軸最適化工程及び前記φ軸を最適化する工程の前に、
前記χ軸回転ステージを回転させてχ軸を最適化する工程と、
前記χ軸を最適化した後、前記ω軸回転ステージを回転させてω軸を最適化する第１のω軸最適化工程と、
前記第１のω軸最適化工程の後に、前記２θ回転ステージを回転させて２θ軸を最適化する第１の２θ軸最適化工程と、
前記第２のω軸最適化工程及び前記φ軸を最適化する工程の後に、前記２θ回転ステージを回転させて２θ軸を最適化する第２の２θ軸最適化工程と、
を有し、
前記第２のω軸最適化工程及び前記φ軸を最適化する工程は、第１の２θ軸最適化工程の後に行なわれるものであって、
前記χ軸を最適化する工程、前記第１のω軸最適化工程及び前記第１の２θ軸最適化工程により、前記試料における対称回折ピークの最適化がなされ、
前記第２のω軸最適化工程、前記φ軸を最適化する工程及び前記第２の２θ軸最適化工程により、前記試料における非対称回折ピークの最適化がなされることを特徴とする付記９に記載のＸ線分析方法。
（付記１６）
前記χ軸を最適化する工程、第１のω軸最適化工程、前記第２のω軸最適化工程及び前記φ軸を最適化する工程は、透過型積分電離箱を用いて、前記試料からのＸ線を検出することにより行なわれるものであることを特徴とする付記１５に記載のＸ線分析方法。
（付記１７）
前記第１の２θ軸最適化工程及び前記第２の２θ軸最適化工程は、透過型積分電離箱を透過しスリットを通った前記試料からのＸ線を検出することにより行なわれるものであることを特徴とする付記１５または１６に記載のＸ線分析方法。
（付記１８）
前記第１のω軸最適化工程、前記第１の２θ軸最適化工程、前記第２のω軸最適化工程及び前記第２の２θ軸最適化工程において最適化された値に基づき前記試料における歪みを算出することを特徴とする付記１５から１７のいずれかに記載のＸ線分析方法。
（付記１９）
前記２θ軸と前記ω軸は同軸であることを特徴とする付記９から１８のいずれかに記載のＸ線分析方法。
（付記２０）
前記ω軸と前記χ軸は直交する軸であり、前記χ軸と前記φ軸は直交する軸であることを特徴とする９から１９のいずれかに記載のＸ線分析方法。

１０１試料
１１０Ｘ線源
１２０Ｘ線検出部
１２１スリット
１２２Ｘ線検出器
１２３２θアーム
１３０試料設置部
１３１２θ軸回転ステージ
１３２ ω軸回転ステージ
１３３ χ軸回転ステージ
１３４第１のφ軸回転ステージ
１３５第２のφ軸回転ステージ
１４１２θ軸回転駆動部
１４２ ω軸回転駆動部
１４３ χ軸回転駆動部
１４４第１のφ軸回転駆動部
１４５第２のφ軸回転駆動部

Claims

試料に照射されるＸ線を出射するＸ線源と、
前記試料が設置される試料設置部と、
前記試料からのＸ線を検出するＸ線検出部と、
を有し、
前記試料設置部は、
第１のφ軸回転ステージの上に設置されており、第２のφ軸回転駆動部により、φ軸を中心に前記試料を回転させる第２のφ軸回転ステージと、
第１のφ軸回転駆動部により、前記φ軸を中心に前記第２のφ軸回転ステージの全体を回転させる第１のφ軸回転ステージと、
前記第１のφ軸回転ステージの全体を、χ軸を中心に回転させるχ軸回転ステージと、
前記χ軸回転ステージの全体を、ω軸を中心に回転させるω軸回転ステージと、
前記Ｘ線検出部を、２θ軸を中心に回転させる２θ回転ステージと、
を有しており、
前記第２のφ軸回転駆動部は、前記第１のφ軸回転駆動部よりも高速に回転するものであることを特徴とするＸ線分析装置。
前記Ｘ線検出部は、スリット、第１のＸ線検出器及び第２のＸ線検出器を有し、
前記第２のＸ線検出器は、透過型積分電離箱であり、
前記第１のＸ線検出器は、前記第２のＸ線検出器を透過したＸ線のうち、前記スリットを通ったＸ線を検出するものであることを特徴とする請求項１に記載のＸ線分析装置。
前記第１のφ軸回転ステージと前記第２のφ軸回転ステージとの間には、前記φ軸に直交する２次元方向において、
前記第１のφ軸回転ステージに対する前記第２のφ軸回転ステージの位置を調整するＸ軸調整ステージ及びＹ軸調整ステージと、
前記第１のφ軸回転ステージに対する前記第２のφ軸回転ステージの傾きを調整するスイベルＲｘ軸調整ステージ及びスイベルＲｙ軸調整ステージと、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線分析装置。
第１のφ軸回転ステージの上に設置されており、試料を、φ軸を中心に回転させる第２のφ軸回転ステージと、
前記第２のφ軸回転ステージの全体を、前記φ軸を中心に回転させる第１のφ軸回転ステージと、
前記第１のφ軸回転ステージの全体を、χ軸を中心に回転させるχ軸回転ステージと、
前記χ軸回転ステージの全体を、ω軸を中心に回転させるω軸回転ステージと、
Ｘ線検出部を、２θ軸を中心に回転させる２θ回転ステージを有する試料設置部を備えたＸ線分析装置におけるＸ線分析方法において、
前記第２のφ軸回転ステージを高速に回転させた状態で、前記ω軸回転ステージを回転させてω軸を最適化する工程と、
前記ω軸を最適化した後に、前記第１のφ軸回転ステージを回転させてφ軸を最適化する工程と、
を有することを特徴とするＸ線分析方法。
前記ω軸を最適化する工程及び前記φ軸を最適化する工程は、透過型積分電離箱を用いて、前記試料からのＸ線を検出することにより行なわれるものであることを特徴とする請求項４に記載のＸ線分析方法。
前記φ軸を最適化した後に、前記２θ回転ステージを回転させて２θ軸を最適化する工程を有することを特徴とする請求項４または５に記載のＸ線分析方法。
前記ω軸を最適化する工程は、第２のω軸最適化工程であり、
前記第２のω軸最適化工程及び前記φ軸を最適化する工程の前に、
前記χ軸回転ステージを回転させてχ軸を最適化する工程と、
前記χ軸を最適化した後、前記ω軸回転ステージを回転させてω軸を最適化する第１のω軸最適化工程と、
前記第１のω軸最適化工程の後に、前記２θ回転ステージを回転させて２θ軸を最適化する第１の２θ軸最適化工程と、
前記第２のω軸最適化工程及び前記φ軸を最適化する工程の後に、前記２θ回転ステージを回転させて２θ軸を最適化する第２の２θ軸最適化工程と、
を有し、
前記第２のω軸最適化工程及び前記φ軸を最適化する工程は、第１の２θ軸最適化工程の後に行なわれるものであって、
前記χ軸を最適化する工程、前記第１のω軸最適化工程及び前記第１の２θ軸最適化工程により、前記試料における対称回折ピークの最適化がなされ、
前記第２のω軸最適化工程、前記φ軸を最適化する工程及び前記第２の２θ軸最適化工程により、前記試料における非対称回折ピークの最適化がなされることを特徴とする請求項４に記載のＸ線分析方法。
前記第１のω軸最適化工程、前記第１の２θ軸最適化工程、前記第２のω軸最適化工程及び前記第２の２θ軸最適化工程において最適化された値に基づき前記試料における歪みを算出することを特徴とする請求項７に記載のＸ線分析方法。