JP2532867B2 - 薄膜構造評価装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は薄膜構造を評価するための薄膜構造評価装置
に関する。

従来技術 従来、例えば薄膜用のＸ線回折装置は、Ｘ線源、発散
スリット、ソーラースリット、受光スリット、平板モノ
クロメータおよび検出器等から構成されており、受光ス
リットと平板モノクロメータの間に薄膜の被測定試料が
配置される。その測定は、Ｘ線源で射出され発散スリッ
トを通った単色Ｘ線を１度程度の浅い入射角で薄膜試料
の表面に入射させ、薄膜表面からの散乱Ｘ線をソーラー
スリット、平板モノクロメータ、受光スリットおよび検
出器からなる検出部に導き、検出部を薄膜試料を中心と
して回転移動させることにより行なっていた。

この従来の装置では、検出器側に対称カットの平板モ
ノクロメータを使用しているため、平板モノクロメータ
により反射を受けたＸ線光束は、試料への入射時と同様
の広いままの状態であり、受光スリットを通り検出器に
入射して計測されるＸ線光束がその一部にすぎない。し
たがって、充分な感度が得ることができず、例えば結晶
質の薄膜の場合では約200オシグストローム、非晶質の
薄膜の場合では約6000オングストローム程度が解析に耐
える良好な信号を得ることのできる限界であった。した
がって、従来の装置では、例えば超格子や量子効果を狙
ったデバイスなどに関連して、数百オングストローム以
下の薄膜や散乱強度の微弱な非晶質薄膜等の測定する場
合に感度に問題があり、満足のゆくデータを得ることが
できなかった。

目 的 本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、感度の
優れた薄膜構造評価装置を提供することを目的とする。

構 成 本願発明は上記の目的を達成させるため、被測定試料
に放射線を照射することにより該被測定試料から射出さ
れる散乱放射線をモノクロメータを介して放射線検出器
に導き、被測定試料の薄膜構造を評価する薄膜構造評価
装置において、モノクロメータは、非対称反射のモノク
ロメータであることを特徴としたものである。以下、本
発明の一実施例に基づいて具体的に説明する。

第１図には本発明による薄膜構造評価の一実施例が示
されている。

本装置は、Ｘ線源10、発散スリット12、ソーラースリ
ット14、受光スリット16、非対称カットのモノクロメー
タ20、シンチレーションカウンタ22から構成されてい
る。

Ｘ線源10は、放射線としてＸ線を発生させるＸ線管等
のＸ線発生装置である。

発散スリット12は、Ｘ線源10で発生したＸ線束を例え
ば1/2または1/8というようにビームの広がりを設定する
ものであり、第１図に示されているようにＸ線源10と被
測定試料である薄膜試料18との間に配置されている。

ソーラースリット14は、複数のカミソリ刃状のスリッ
トからなり、薄膜試料18で散乱したＸ線束の平行成分だ
けを取り出すもので、薄膜試料18とモノクロメータ20と
の間に配置されている。また後述するように、測定はモ
ノクロメータ20とシンチレーションカウンタ22とを装着
した回転支持台を回転させながら行なうが、回転した時
にある角度に達するとＸ線源10で発生したＸ線束が直接
シンチレーションカウンタ22の受光部に照射される場合
がある。ソーラースリット14は、その直射を防御する役
割も果たしている。

受光スリット16は、モノクロメータ20によって反射さ
れたＸ線束のシンチレーションカウンタ22の受光部への
Ｘ線線量を決定するためのスリットである。

モノクロメータ20は、薄膜試料18において散乱した散
乱Ｘ線をシンチレーションカウンタ22に再集光させるた
めのものである。モノクロメータ20は、シリコン単結晶
やグラファイト単結晶からなり、そのカッティングは入
射角と反射角とが異なる非対称反射をするように非対称
カットになっている。非対称反射は、使用する特性Ｘ線
波長、モノクロメータの結晶および結晶表面付近の方位
によって異なるため、Ｘ線回折装置における適当な非対
称反射も一つではなく、その条件によって複数の非対称
反射が存在する。第３図には、その一例が示されてい
る。

この例では、特性Ｘ線にCuKα線（λ＝1.5405オング
ストローム）が使用され、モノクロメータ20の材料には
Si結晶が使用されている。例えば、第２図に示されてい
るようにSiの（100）面をモノクロメータ20の表面にし
て（311）反射を使用した場合、入射角53.30度で入射し
たＸ線束を射出角2.82度で射出することができ、光束の
エネルギ密度はsin53.30/sin2.82倍に集光することがで
きる。なお、この例は既成のSiウエハの（100）面をモ
ノクロメータの表面にしたものであるが、より回折効率
がよい例えば（111）面等を使用し、射出方向が表面に
対して浅い角度になるようにSiウエハの表面を研磨する
ことにより、薄膜Ｘ線回折用として良好な非対称モノク
ロメータを得ることができる。

シンチレーションカウンタ22は、シンチレータと光電
子増倍管からなる放射線検出器である。薄膜試料18は、
発散スリット12とモノクロメータ20との間に配置されて
いる。

以下、本装置による測定方法について具体的に説明す
る。

Ｘ線源10から射出された特性Ｘ線光束は、発散スリッ
ト12を通り薄膜試料18に照射される。この薄膜試料18へ
の照射におけるＸ線の入射角度αは、Ｘ線の薄膜上の照
射面積および照射体積を増大させるために約１度程度の
浅い角度に固定されている。この浅い角度での薄膜への
Ｘ線の入射によれば、薄膜中での実効的なＸ線侵入深さ
が長くなり、薄膜を保持している下地の基板から散乱さ
れる散乱Ｘ線の寄与分を減少させることができるため、
例えば薄膜が結晶質の場合には数百オングストローム程
度の膜厚で測定が可能となる。

薄膜試料18による散乱Ｘ線の検出は、第３図に示され
ているようにソーラースリット14、モノクロメータ20、
およびシンチレーションカウンタ22からなる検出部30に
よって行なわれる。検出部30は、扇状支持台32、モノク
ロメータ支持台34、およびシンチレーションカウンタ支
持台36からなり、扇状支持台32は薄膜試料18を中心に回
動可能な状態で取り付けられており、パルスモータによ
って回転動作が行なわれる。モノクロメータ支持台34
は、モノクロメータ20をソーラースリット14に対して一
定の角度を保つように扇状支持台32に装着されており、
さらにシンチレーションカウンタ支持台36を回動可能な
状態に装着する役割を果たしている。シンチレーション
カウンタ支持台36は、扇状支持台32の上にモノクロメー
タ支持台34を中心として回動可能な状態に装着されてい
る。以上の扇状支持台32を薄膜試料18を中心として回転
させ、さらにシンチレーションカウンタ支持台36をモノ
クロメータ支持台34を中心として回転させ、Ｘ線強度を
その回転角の関数として計数することにより薄膜試料18
からの散乱Ｘ線の検出を行なうことができる。

なお、本実施例における非対称カットのモノクロメー
タ20の結晶は完全結晶のものを使用したが、完全結晶の
ものではなくモザイク状結晶のものを使用することがで
きる。このモザイク状結晶のものは、回折効率がよく、
検出部30のセッティング操作の容易性もよい。

また本発明は、薄膜デバイスや超格子デバイスなどの
評価装置にも応用することができる。

参考のため、薄膜Ｘ線回折装置として従来使用されて
いるものの例が第４図に示されている。

この装置は、第４図に示されているようにＸ線源１、
発散スリット２、ソーラースリット３、受光スリット
４、平板モノクロメータ６、検出器７から構成されてい
る。

Ｘ線源１で射出された特性Ｘ線光束は、発散スリット
２を通り被測定試料である薄膜試料５に照射される。薄
膜試料５からの散乱Ｘ線の検出は、本発明の薄膜構造評
価装置による測定動作と同様に、ソーラースリット３、
平板モノクロメータ６、受光スリット４および検出器７
を所定の位置に固定した検出部を薄膜試料５を中心とし
て回転させながら回転角の関数としてのＸ線強度を計数
することにより行なう。

この装置における平板モノクロメータ６は、溶融グラ
ファイト結晶またはSi単結晶板を使用し、対称なブラッ
グ反射を利用している。このため平板モノクロメータ６
により反射を受けたＸ線光束は、入射時と同様の広いま
まの状態であり、受光スリット４を通り検出器７に入射
し計測されるＸ線光束はその一部にすぎないため、充分
な感度が得ることができない。したがって、従来の装置
では、例えば超格子や量子効果を狙ったデバイスなどに
関連して、数百オングストローム以下の薄膜や散乱強度
の微弱な非晶質薄膜等の測定する場合に感度に問題があ
り、満足のゆくデータを得ることができなかった。

しかし、実施例に示された本発明の装置は、モノクロ
メータに非対称カットのモノクロメータ20を使用してい
るため、薄膜試料18において散乱し、ソーラースリット
14を通った散乱Ｘ線信号を広い面積で受光し、細い回折
線に変換して受光スリット16側に反射することが可能に
なるため、シンチレーションカウンタ22における感点を
向上させることができる。また、その測定感度は、従来
の測定器の約10倍程度にもなるため、超薄膜や非晶質薄
膜等の測定を行なうことができる。

効 果 本発明によれば、放射線回折装置のモノクロメータに
非対称カットのモノクロメータを使用しているため、薄
膜試料において散乱した散乱放射線信号を広い面積で受
光し、細い回折線に変換して放射線検出器に集光させる
ことができる。このため、放射線検出器の感度を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による薄膜構造評価装置の一実施例を
示す構成図、 第２図は、本発明による薄膜構造評価装置の非対称モノ
クロメータの反射例を示す説明図、 第３図は、同実施例による薄膜構造評価装置の検出部を
示す正面図、 第４図は、従来の薄膜構造評価装置の一例を示す構成図
である。 主要部分の符号の説明 10……Ｘ線源 12……発散スリット 14……ソーラースリット 16……受光スリット 18……薄膜試料 20……非対称モノクロメータ 22……シンチレーションカウンタ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定試料に放射線を照射することにより
   該被測定試料から射出される散乱放射線をモノクロメー
   タを介して放射線検出器に導き、被測定試料の薄膜構造
   を評価する薄膜構造評価装置において、前記モノクロメ
   ータには、所定の角度に設定した非対称反射のモノクロ
   メータを用い、該非対称反射のモノクロメータにより前
   記被測定試料からの散乱放射線を集光させて放射線検出
   器に導くことを特徴とする薄膜構造評価装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の薄膜構造評
   価装置において、前記非対称反射のモノクロメータに
   は、非対称カットの結晶板が用いられることを特徴とす
   る薄膜構造評価装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項に記載の薄膜構造評
   価装置において、前記非対称反射のモノクロメータは、
   前記放射線検出器に対してブラッグ反射が生じる角度に
   固定され、前記放射線検出器と一体で前記被測定試料を
   中心に回転可能となっていることを特徴とする薄膜構造
   評価装置。