JP2544428B2 - 応力測定方法及び応力測定装置 - Google Patents

応力測定方法及び応力測定装置

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JP2544428B2 JP63044407A JP4440788A JP2544428B2 JP 2544428 B2 JP2544428 B2 JP 2544428B2 JP 63044407 A JP63044407 A JP 63044407A JP 4440788 A JP4440788 A JP 4440788A JP 2544428 B2 JP2544428 B2 JP 2544428B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は微小部の応力測定方法及び装置に係り、特
に、被測定試料がLSI素子のように極微少で、その応力
測定が困難な場合に好適な応力測定方法及び装置に関す
る。
〔従来の技術〕
従来、ラマン分光法による応力測定方法及び装置につ
いては、ソリツド ステート エレクトロニクス,第23
巻(1980)第31頁から第33頁(Solid−State Electroni
ce,Vol,23(1980)pp31−33)、及び日経マイクロデバ
イス、1987年12月号、第173頁〜178頁において論じられ
ている。また、X線回折法による応力測定法及び装置に
ついては、X線応力測定法,養賢堂(1966)において論
じられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
被測定試料に強い単色可視光線を照射すると、その試
料の分子振動に起因して入射光が振動数変化し、入射光
と振動数が異なるラマン散乱光が発生する。その振動数
変化に対するラマン散乱光強度を測定したものをラマン
スペクトルといい、このラマンスペクトルがピークを示
す振動数位置から定性分析ができ、また、散乱光強度か
ら定量分析ができる。応力が負荷されるとラマンスペク
トルがピークを示す振動数位置がシフトし、このシフト
量を検出することにより応力の定量的評価ができる。
被測定試料にX線を照射すると、試料によつて回折さ
れた回折線が発生する。回折角に対する回折線強度を測
定したものを回折スペクトルといい、この回折スペクト
ルがピークを示す回折角位置から定性分析ができ、ま
た、回折線強度から定量分析ができる。応力が負荷され
ると回折スペクトルがピークを示す回折角位置がシフト
し、このシフト量を検出することにより、格子間隔の変
化量、すなわち、歪量を求め、歪量から応力の定量的評
価ができる。
上記の従来の方法及び装置は、レーザーやX線等のス
ポツトサイズに下限界があるため、例えば、LSI素子の
ように、該限界よりも小さい領域内で、応力値が急変す
る試料や応力分布を持つ試料の場合は、測定の精度が悪
くなる欠点があつた。
本発明の目的は、スポツト径以下の微小部の応力又は
応力分布を求める応力測定方法及び装置を提供すること
にある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、ラマン分光法やX線回折法等による応力
測定方法において、スポツト径及び強度分布の既知なレ
ーザー又はX線を用い、該スポツト径以下の移動量で試
料もしくは該レーザー又はX線を走査し、各走査点で測
定したスペクトルと、同一測定系で得られたスポツト径
内の応力が一様な場合の被測定材料と同一材の応力とス
ペクトルとの関係、及びレーザー又はX線の強度分布デ
ータ等を組み合わせることにより、達成される。
また、上記目的は、レーザー光源又はX線源と分光計
又は計数管とからなる装置において、試料を載置する台
と、該試料を載置する台をスポツト径以下の移動量で走
査する手段と、スポツト径,レーザー又はX線の強度分
布データ,応力とスペクトルとの関係等のデータベース
とを設けたことにより、達成される。
すなわち本発明方法は、ラマン分光法やX線回折法等
による応力測定方法において、スポツト径及び強度分布
の既知なレーザー又はX線を用い、該スポツト径以下の
移動量で試料もしくは該レーザー又はX線を走査し、各
走査点で測定したスペクトルと、同一測定系で得られた
スポツト径内の応力が一様な場合の被測定材料と同一材
の応力とスペクトルとの関係、及びレーザー又はX線の
強度分布データ等を組み合わせることにより、スポツト
径以下の微小部の応力値又は応力分布を得ることを特徴
とする。
本方法の望ましい実施態様は次の通りである。
(1)既知の応力分布の組み合せから回折や干渉等の影
響を考慮して計算したスペクトルが各走査点で測定した
スペクトルにベストフイツトするように、各応力分布の
比例定数を決定すること。
(2)一部の既知の応力値と各走査点で得られる差スペ
クトルとから、応力値を決定すること。
(3)応力値をパラメータとしてレーザー又はX線の強
度分布から回折や干渉等の影響を考慮して計算したスペ
クトルが、各走査点で測定したスペクトルにベストフイ
ツトするように、応力値を決定すること。
(4)上記(2)において、応力値をパラメータとして
レーザー又はX線の強度分布から回折や干渉等の影響を
考慮して計算したスペクトルが、各走査点で測定したス
ペクトルにベストフイツトするように、応力値を決定
し、これを既知の応力値とすること。
(5)上記(3)において、一部の既知の応力値と各走
査点で得られる差スペクトルとから応力値を決定し、こ
れを初期の応力値とすること。
また、本発明装置の一つは、レーザー光源及び/又は
X線源と、分光計及び/又は計数管とからなる装置にお
いて、試料を載置する台と、該試料を載置する台をスポ
ツト径以下の移動量で走査する手段と、スポツト径,レ
ーザー又はX線の強度分布データ,同一測定系で得られ
たスポツト径内の応力が一様な場合の被測定試料と同一
材の応力とスペクトルとの関係等のデータベースと、走
査制御・データ処理用コンピュータと、画像処理装置と
を設けたことを特徴とする。
更に、本発明装置の一つは、レーザー光源及び/又は
X線源,分光計及び/または計数管からなる装置におい
て、スポツト径及びレーザー又はX線の強度分布の測定
器と、試料を載置する台と、該試料を載置する台をスポ
ツト径以下の移動量で走査する微動ステージと、同一測
定系で得られたスポツト径内の応力が一様な場合の被測
定試料と同一材の応力とスペクトルとの関係等のデータ
ベースと、走査制御・データ処理用コンピュータと、画
像処理装置とを設けたことを特徴とする。
〔作用〕
上記のように、スポツト径及び強度分布の既知はレー
ザー又はX線を用い、該スポツト径以下の移動量で試料
もしくは該レーザー又はX線を走査し、各走査点で測定
したスペクトルと、同一測定系で得られたスポツト径内
の応力が一様な場合の被測定試料と同一材の応力とスペ
クトルとの関係、及びレーザー又はX線の強度分布デー
タ等を組み合わせることにより、従来困難であつたスポ
ツト径以下の微小部の応力又は応力分布を把握できる。
また上記のように、試料を載置する台と、該試料を載
置する台をスポツト径以下の移動量で走査する手段と、
スポツト径,レーザー又はX線の強度分布データ,応力
とスペクトルとの関係等のデータベースとを設けたこと
により、スポツト径以下の微小部の各走査点の位置と応
力を精度良く把握することができるので、高精度の測定
を行うことができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図に示す実施例は、本発明の基本的態様であり、
レーザー光源1から出たレーザー光2はプリズム3によ
り顕微鏡4内に導かれ絞られた後試料5に照射される。
試料表面から出たラマン光は顕微鏡4を通り、ハーフミ
ラー6により公知の分光計8に導かれる。分光計8で得
られたラマンスペクトルはコンピユータ9に読み込まれ
る。試料5は、レーザースポツト径以下の移動量で移動
可能な微動ステージ7上に置かれており、このステージ
7を移動させることで、レーザー光2を試料5上で走査
し、各位置におけるラマンスペクトルと位置情報をコン
ピユータ9に読み込ませる。このコンピユータ9には、
スポツト径,測定系の試料面位置におけるスポツト径内
のレーザー強度分布データ,試料と同一材料における応
力−ラマンスペクトルの関係のデータをインプツトして
おき、前記の各走査点で測定したラマンスペクトルとこ
れらのデータベースとを組み合わせて、各走査点での応
力値を求め、画像処理装置10によりその応力分布を画像
処理したものである。
スポツト径及びレーザー強度分布については、第1図
のレーザー光源1と試料5との間のいずれかの光路中
に、CCDセンサ(固体撮影素子)等を応用した測定器を
置き測定することも可能である。
第2図に示す実施例は、他の発明の基本的態様で、X
線源11から出たX線12は試料5に照射され、該試料5に
よつて回折された回折線13は公知の計数管14に導かれ
る。該計数管14で得られた回折スペクトルはコンピユー
タ9に読み込れる。試料5は、X線スポツト径以下の移
動量で移動可能な微動ステージ7上に置かれており、該
ステージ7を移動させることで、X線12を試料5上で走
査し、各位置における回折スペクトルと位置情報をコン
ピユータ9に読み込ませる。該コンピユータ9には、ス
ポツト径,測定系の試料面位置におけるスポツト径内の
X線強度分布データ,試料と同一材料における応力−回
折スペクトルの関係のデータをインプツトしておき、前
記の各走査点で測定した回折スペクトルとこれらのデー
タベースとを組み合わせて、各走査点での応力値を求
め、画像処理装置10によりその応力分布を画像処理した
ものである。
スポツト径及びX線強度分布については、第2図のX
線源11と試料5との間の測定器を置き測定することも可
能である。
本実施例の応力測定手順は第3図の基本フローチヤー
トに示したように、次の各ステツプによる。
第1ステツプ;スポツト径,測定系の試料表面位置にお
けるスポツト径内のレーザー又はX線の強度分布デー
タ,試料と同一材料における応力−スペクトル関係デー
タ、及び測定条件設定データを読み込む。
第2ステツプ;試料のスペクトルを測定する。
第3ステツプ;レーザー又はX線を走査する。指定した
繰返し数まで第2及び第3ステツプを繰返す。該繰返し
数まで繰返した後、解析ステツプを実行し、応力又は応
力分布を求め、終了となる。
本実施例では、第3図に示すように、大別して三つの
解析手法から成つている。以下、各々について図面に基
づいて説明する。
第1の解析手法は、応力発生機構が予想でき、応力分
布の形が応力解析により把握できる場合に用いる。この
場合の解析の各ステツプを第4図及び第7図を用いて説
明する。
第1ステツプ;応力解析による応力分布データの読込
み。
第2ステツプ;応力分布関数の選択(第7図f
(x))。
第3ステツプ;比例定数Cの初期値設定とこの場合のス
ペクトル計算。
この計算は、レーザー又はX線のスポツト17が第7図
の位置にある場合は次のように行なう。
g(λ)=T4・h(Cf(x1))+T3・h(Cf(x2))+… g(λ):ラマン又は回折スペクトル T4,T3,…回折や干渉等の影響を考慮して規格化されたレ
ーザー又はX線調度 h(σ):応力σの時のラマン又は回折スペクトル 第4ステツプ;測定結果G(λ)と計算されたラマン又
は回折スペクトルの差の最小二乗 を最小にするようにCを決定。
上記の第3ステツプと第4ステツプは、複数個の測定
位置における差の最小二乗が最小となるように選ぶと精
度が向上する。
第5ステツプ;精度評価 上記最小二乗が十分小さくならない場合は、初期に選
んだ関数を選び直し、同様の操作をくり返す。
第6ステツプ;応力の決定 Cが定まれば応力分布が求まつたことになる。
第2の解析手法はラマン又は回折スペクトルの既知な
部分がある場合である。即ち、応力の既知な部分が有る
か、第8図のように試料とは異なるラマン又は回折スペ
クトルの既知な材料の膜が近く有る場合である。
この場合の解析の各ステツプを第5図及び第8図を用
いて説明する。
第1ステツプ;応力既知な部分の応力データ読込み。ラ
マン又は回折スペクトルu(λ)が既知な時はu(λ)
を読込む。
第2ステツプ;読込みデータから応力既知な部分のラマ
ン又は回折スペクトルu(λ)を計算。
第3ステツプ;第8図に示すように、スポツト径内のT1
の部分のみが応力未知な部分に照射された時に得られた
ラマン又は回折スペクトルG(λ)と計算したu
(λ)との差をとり、その差スペクトルに対応する応力
を初期値とする。
第4ステツプ;スポツト径内のT1及びT2の部分が応力未
知な部分に照射された時に得られたラマン又は回折スペ
クトルG(λ)と上記のG(λ)とを比較し、レー
ザー又はX線の強度分布等を考慮してこれらの差をと
り、この差スペクトルに相当する応力値を初期応力値と
の関係から求め、これをT1部分に対応する試料の位置に
おける応力値とする。このように、各走査点で得られた
ラマン又は回折スペクトルと、その1つ隣りの走査点で
得られたそれとの差スペクトルと、初期応力値とから、
各走査点での応力値を求める。
第5ステツプ;精度評価。
第3の解析手法は応力又は応力分布が未知の場合であ
る。この場合の解析の各ステツプを第6図を用いて説明
する。
第1ステツプ;応力値をパラメータとして、初期応力値
を設定し、レーザー又はX線の強度分布を用いてこの場
合のラマン又は回折スペクトルg(λ)を回折や干渉等
の影響を考慮して計算。
第2ステツプ;測定したラマン又は回折スペクトルG
(λ)と計算したラマン又は回折スペクトルg(λ)の
差の最小二乗 を最小にするように、応力値を決定する。
第3ステツプ;精度評価。
指定した精度内に入れば、その時の値が求める応力値
となる。
〔発明の効果〕
上述のとおり、本発明に係る方法は、スポツト径及び
強度分布の既知なレーザー又はX線を用い、該スポツト
径以下の移動量で試料もしくは該レーザー又はX線を走
査し、各走査点で測定したスペクトルと、同一測定系で
得られたスポツト径内の応力が一様な場合の被測定試料
と同一材の応力とスペクトルとの関係、及びレーザー又
はX線の強度分布データ等を組み合わせるものであるか
ら、従来困難であつたスポツト径以下の微小部の応力又
は応力分布を把握する効果がある。
また、本発明に係る装置は、試料を載知する台と、該
試料を載置する台をスポツト径以下の移動量で走査する
手段と、スポツト径,レーザー又はX線の強度分布デー
タ,応力とスペクトルとの関係等のデータベースとを設
けたものであるから、スポツト径以下の微小部の各走査
点の位置と応力を精度良く把握する効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は夫々本発明の実施例に係る応力測定
装置の構成部品配置図、第3図は本発明の実施例に係る
応力測定方法を説明するフロー図、第4図,第5図及び
第6図は夫々第3図の応力測定例における解析手法の具
体例を示すフロー図、第7図は第4図の解析フローを用
いる場合の試料とスポツト及び応力との関係を示す説明
図、第8図は第5図の解析フローを用いる場合の試料と
スポツト及び応力との関係を示す説明図である。 1……レーザー光源、2……レーザー光、3……プリズ
ム、4……対物レンズ、5……試料、6……ハーフミラ
ー、7……微動台、8……分光器、9……コンピユー
タ、10……画像処理装置、11……X線源、12……X線、
13……回析線、14……計数管、15付着膜、16……試料面
応力、17……スポツト。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スポツト径及び強度分布の既知なるレーザ
    ーを使用し、該スポツト径以下の移動量となるよう試料
    〜レーザーの関係を走査し、各走査点で測定したスペ
    クトルと、同一測定系で得られたスポツト径内の応力
    が一様な場合における前記試料と同一材の応力〜スペク
    トルの関係と、レーザー強度分布データとに基づい
    て、スポツト径以下の微小部の応力値及び/または応力
    分布を得ることを特徴とする応力測定方法。
  2. 【請求項2】スポツト径及び強度分布の既知なるX線を
    使用し、該スポツト径以下の移動量となるよう試料〜X
    線の関係を走査し、各走査点で測定したスペクトル
    と、同一測定系で得られたスポツト径内の応力が一様
    な場合における前記試料と同一材の応力〜スペクトルの
    関係と、X線強度分布データとに基づいて、スポツト
    径以下の微小部の応力値及び/または応力分布を得るこ
    とを特徴とする応力測定方法。
  3. 【請求項3】レーザー光源と、分光計を備え、試料を載
    置する台と、該台をスポツト径以下の移動量で走査する
    手段と、データベースと、走査制御・データ処理用のコ
    ンピユータと、及び画像処理装置を付帯し、前記データ
    ベースはスポツト径,レザ強度分布データ,同一測定系
    が得られたスポツト径内の応力が一様な場合の前記試料
    と同一材の応力とスペクトルの関係を少なくとも具備し
    てなることを特徴とする応力測定装置。
  4. 【請求項4】レーザー光源と、分光計を備え、スポツト
    径及びレーザー強度分布の測定器と、試料を載置する台
    と、該台をスポツト径以下の移動量で走査する微動ステ
    ージと、データベースと、走査制御・データ処理用コン
    ピユータと、画像処理装置トを付帯し、前記データベー
    スは同一測定系で得られたスポツト径内の応力が一様な
    場合の前記試料と同一材の応力とスペクトルとの関係を
    少なくとも備えてなる応力測定装置。
  5. 【請求項5】X線源と、計数管を備え、試料を載置する
    台と、該台をスポツト径以下の移動量で走査する手段
    と、データベースと、走査制御・データ処理用のコンピ
    ユータと、及び画像処理装置を付帯し、前記データベー
    スはスポツト径、X線強度分布データ、同一測定手段で
    得られたスポツト径内の応力が一様な場合の前記試料と
    同一材の応力がスペクトルの関係を少なくとも具備して
    なることを特徴とする応力測定装置。
  6. 【請求項6】X線源と、計数管を備え、スポツト径及び
    X線強度分布の測定器と、試料を載置する台と、該台を
    スポツト径以下の移動量で走査する微動ステージと、デ
    ータベースと、走査制御・データ処理用コンピユータ
    と、画像処理装置を付帯し、前記データベースは同一測
    定系で得られたスポツト径内の応力が一様な場合の前記
    試料と同一材の応力がスペクトルの関係を少なくとも備
    えてなる応力測定装置。
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KR20160029851A (ko) * 2013-07-08 2016-03-15 노바 메주어링 인스트루먼츠 엘티디. 샘플 내 응력변형 분포 결정 방법 및 시스템

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