JP2821585B2 - In-plane distribution measuring method and apparatus - Google Patents

In-plane distribution measuring method and apparatus

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JP2821585B2
JP2821585B2 JP5043946A JP4394693A JP2821585B2 JP 2821585 B2 JP2821585 B2 JP 2821585B2 JP 5043946 A JP5043946 A JP 5043946A JP 4394693 A JP4394693 A JP 4394693A JP 2821585 B2 JP2821585 B2 JP 2821585B2
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sample
electromagnetic wave
plane distribution
ray
physical quantity
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辰巳 平野
勝久 宇佐美
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、液晶を用いたディスプ
レイ、磁気ファイル、半導体などの分野で基板上に薄
を積層した材料や素子において、これら材料や素子に関
する物理量の面内分布を非破壊的にかつ迅速に測定する
のに好適な面内分布測定方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION This invention provides a display using liquid crystal, magnetic file, in the material or element obtained by laminating a thin film on a substrate in the field of semiconductor, the in-plane distribution of the physical quantity related to these materials and elements non The present invention relates to an in-plane distribution measuring method and apparatus suitable for destructive and quick measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体を始め多くの分野で基板上に多数
の薄膜を積層した材料や素子が用いられている。形成さ
れた膜の特性は、材料や素子の機能に影響を与えるた
め、良く制御することが必要であり、そのためには膜特
性を示す物理量の正確な測定や膜面内での分布計測が必
須である。このため従来、いろいろな波長の電磁波によ
るいくつかの膜特性測定法が考案されている。この中の
一例として、電磁波としてX線を用いた膜特性測定法を
以下で説明する。
2. Description of the Related Art In many fields such as semiconductors, materials and elements in which a number of thin films are laminated on a substrate are used. Since the characteristics of the formed film affect the function of the material and the element, it is necessary to control it well, and for that purpose, accurate measurement of physical quantity indicating film characteristics and distribution measurement in the film plane are essential It is. For this reason, several methods for measuring film properties using electromagnetic waves of various wavelengths have been devised. As an example, a method for measuring film properties using X-rays as electromagnetic waves will be described below.

【0003】図2に従来の測定手法の概要を示す。X線
源1からのX線3をスリット2で適宜成型した後、試料
4に照射する。試料4から反射されたX線5の強度を試
料へのX線の視斜角θの関数としてX線検出器6により
計測する。試料と検出器の位置をθ/2θの関係を保持
して回転走査することにより反射X線プロファイルを測
定している。図3に試料基板上に膜が一層ある場合の反
射プロファイルの模式図を示す。X線の波長と基板或は
膜の物質で決まる全反射角度θcより僅かに大きい角度
領域に振動パターンが生じている。この反射プロファイ
ルから、膜厚、膜の屈折率、膜の密度、膜表面或は、膜
と基板の間のラフネス等の物理量が決定できる。これら
の物理量は、X線に照射された領域の平均値を示してい
る。一方、これら物理量の面内分布の測定は、試料を適
宜並進走査して所望の測定位置毎に反射プロファイルを
測定し試料全体の分布を求めている。
FIG. 2 shows an outline of a conventional measuring method. The X-ray 3 from the X-ray source 1 is appropriately shaped by the slit 2 and then irradiated onto the sample 4. The intensity of the X-rays 5 reflected from the sample 4 is measured by the X-ray detector 6 as a function of the oblique angle θ of the X-rays to the sample. The reflected X-ray profile is measured by rotationally scanning the position of the sample and the detector while maintaining the relationship of θ / 2θ. FIG. 3 shows a schematic diagram of a reflection profile when there is one film on the sample substrate. A vibration pattern is generated in an angle region slightly larger than the total reflection angle θc determined by the wavelength of the X-ray and the substance of the substrate or the film. From this reflection profile, physical quantities such as film thickness, film refractive index, film density, film surface or roughness between the film and the substrate can be determined. These physical quantities indicate the average value of the region irradiated with X-rays. On the other hand, in measuring the in-plane distribution of these physical quantities, the sample is appropriately translated and scanned, and the reflection profile is measured at each desired measurement position to obtain the distribution of the entire sample.

【0004】また特開平5−322804号公報におい
て、シート状のX線束を用い、シートの幅広方向に分割
された反射プロファイルから、分割されたX線の照射領
域での物理量を測定する装置が報告されている。
Japanese Patent Application Laid- Open No. Hei 5-322804 discloses an apparatus for measuring a physical quantity in an irradiation area of divided X-rays from a reflection profile divided in a wide direction of the sheet using a sheet-like X-ray flux. Have been.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】基板上に積層された膜
特性の面内分布は、材料や素子の特性向上、成膜プロセ
スの改良、品質管理、歩留り低下の上でも有用な知見と
なる。さらに微細加工技術や成膜技術の発達に伴い、基
板上に多数の素子形成が可能となることから、膜特性の
面内分布を高位置分解能で迅速に、しかも非破壊的に測
定したいという要求がある。しかし、従来装置では以下
に述べる問題点がある。
The in-plane distribution of the characteristics of the film laminated on the substrate is useful information for improving the characteristics of materials and elements, improving the film forming process, controlling the quality, and decreasing the yield. Furthermore, with the development of microfabrication technology and film deposition technology, many devices can be formed on a substrate. Therefore, there is a need to quickly and nondestructively measure the in-plane distribution of film characteristics with high positional resolution. There is. However, the conventional apparatus has the following problems.

【0006】測定した物理量は、電磁波が照射された領
域の平均値であるため、電磁波の照射領域より小さい領
域の物理量の測定は困難であるという問題がある。ま
た、面内分布の高分解能化のために電磁波の試料への照
射領域を小さく制限した場合は、電磁波の利用効率が低
下し膨大な測定時間が必要となるという問題がある。ま
たシート上の電磁波を分割して物理量を測定する場合に
おいても、分割された電磁波の照射領域より小さい領域
での測定は困難であるという問題がある。
Since the measured physical quantity is an average value of the area irradiated with the electromagnetic wave, there is a problem that it is difficult to measure the physical quantity in an area smaller than the area irradiated with the electromagnetic wave. Further, when the irradiation area of the electromagnetic wave to the sample is limited to be small in order to increase the resolution of the in-plane distribution, there is a problem that the use efficiency of the electromagnetic wave is reduced and an enormous measurement time is required. Further, even when the physical quantity is measured by dividing the electromagnetic wave on the sheet, there is a problem that it is difficult to measure in a region smaller than the irradiation region of the divided electromagnetic wave.

【0007】本発明の目的は、電磁波を用いて試料表面
の物理量の面内分布を高い分解能で非破壊で測定する方
法及び装置を提供することにある。
[0007] It is an object of the present invention to provide a method for measuring the surface of a sample
It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for non-destructively measuring the in-plane distribution of physical quantities at high resolution .

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明に係る面内分布測定方法は、相互の位置関係が特
定されている多数の方向から電磁波を試料に対して入射
すること、前記多数の入射電磁波に対応して前記試料か
ら反射した多数の反射電磁波を検出手段により一連に測
定すること、前記検出手段により検出された多数の反射
電磁波及び前記入射電磁波の相互位置関係に基づいてデ
ータ演算解析処理により前記電磁波の照射領域より小さ
い領域に対応する試料の物理量を求め、且つ試料の被測
定領域全面にわたって前記小領域毎に前記物理量を求め
ることにより該物理量の試料の面内分布を得ることを特
徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a method for measuring in-plane distribution according to the present invention, wherein electromagnetic waves are incident on a sample from a number of directions whose relative positions are specified. Measuring a large number of reflected electromagnetic waves reflected from the sample in response to a large number of incident electromagnetic waves in series by the detecting means, data based on the mutual positional relationship between the large number of reflected electromagnetic waves detected by the detecting means and the incident electromagnetic waves The in-plane distribution of the physical quantity of the sample is obtained by calculating the physical quantity of the sample corresponding to an area smaller than the irradiation area of the electromagnetic wave by arithmetic analysis processing, and obtaining the physical quantity for each of the small areas over the entire area to be measured of the sample. It is characterized by the following.

【0009】また、試料に電磁波を照射することにより
該試料から多数方向に出射された多数の電磁波をその相
互の位置関係と共に検出手段により一連に測定するこ
と、前記検出手段により検出された多数の出射電磁波及
びその相互位置関係に基づいてデータ演算解析処理によ
り前記電磁波の照射領域より小さい領域に対応する試料
の物理量を求め、且つ試料の被測定領域全面にわたって
前記小領域毎に前記物理量を求めることにより該物理量
の試料の面内分布を得ることを特徴とする面内分布測定
方法である。
Further, by irradiating the sample with electromagnetic waves, a large number of electromagnetic waves emitted from the sample in a number of directions are measured in series together with their mutual positional relationship by detecting means, and a large number of electromagnetic waves detected by the detecting means are measured. Obtaining the physical quantity of the sample corresponding to an area smaller than the irradiation area of the electromagnetic wave by data arithmetic analysis processing based on the emitted electromagnetic waves and their mutual positional relationship, and obtaining the physical quantity for each of the small areas over the entire measurement area of the sample. The in-plane distribution measuring method is characterized in that the in-plane distribution of the physical quantity of the sample is obtained by the following method.

【0010】また、上記本発明方法を実現する本発明の
面内分布測定装置は、試料を保持する試料保持手段と、
電磁波を前記試料に入射させる電磁波発生源と、前記入
射電磁波に対応して前記試料から反射した反射電磁波を
を検出する検出手段と、前記入射電磁波の試料への入射
方向を相互の位置関係を特定しつつ変える位置変更機構
と、前記入射電磁波の各入射方向に対応して前記検出手
段により検出された一連の多数の反射電磁波及び前記入
射電磁波の相互位置関係に基づいてデータ演算解析処理
により前記電磁波の照射領域より小さい領域に対応する
試料の物理量を求め、且つ試料の被測定領域全面にわた
って前記小領域毎に前記物理量を求めることにより該物
理量の試料の面内分布を得る面内分布演算処理手段とを
備えたことを特徴とするものである。
Further, the in-plane distribution measuring apparatus of the present invention for realizing the above-mentioned method of the present invention comprises: a sample holding means for holding a sample;
An electromagnetic wave generation source that causes an electromagnetic wave to be incident on the sample; a detecting unit that detects a reflected electromagnetic wave reflected from the sample in response to the incident electromagnetic wave; and specifying a mutual positional relationship of an incident direction of the incident electromagnetic wave to the sample. And a position changing mechanism that changes the position of the electromagnetic wave by a data calculation analysis process based on a series of a large number of reflected electromagnetic waves detected by the detection means corresponding to each incident direction of the incident electromagnetic wave and the mutual positional relationship of the incident electromagnetic wave. An in-plane distribution calculation processing means for obtaining a physical quantity of the sample corresponding to an area smaller than the irradiation area, and obtaining the in-plane distribution of the physical quantity of the sample by obtaining the physical quantity for each of the small areas over the entire area to be measured of the sample. It is characterized by having.

【0011】また、試料を保持する試料保持手段と、電
磁波を前記試料に照射させる電磁波発生源と、前記照射
電磁波に対応して前記試料から出射された出射電磁波を
検出する検出手段と、前記試料と前記検出手段の相対位
置をその相互の位置関係を特定しつつ変える位置変更機
構と、前記検出手段により前記各位置毎に検出された一
連の多数の反射電磁波及びその相互位置関係に基づいて
データ演算解析処理により前記電磁波の照射領域より小
さい領域に対応する試料の物理量を求め、且つ試料の被
測定領域全面にわたって前記小領域毎に前記物理量を求
めることにより該物理量の試料の面内分布を得る面内分
布演算処理手段とを備えたことを特徴とする面内分布測
定装置である。
A sample holding means for holding the sample; an electromagnetic wave source for irradiating the sample with electromagnetic waves; a detecting means for detecting an emitted electromagnetic wave emitted from the sample in response to the irradiated electromagnetic waves; A position changing mechanism for changing the relative position of the detecting means and the mutual positional relationship while specifying the mutual positional relationship, and a series of multiple reflected electromagnetic waves detected for each of the positions by the detecting means and data based on the mutual positional relationship. The in-plane distribution of the physical quantity of the sample is obtained by calculating the physical quantity of the sample corresponding to an area smaller than the irradiation area of the electromagnetic wave by arithmetic analysis processing, and obtaining the physical quantity for each of the small areas over the entire area to be measured of the sample. An in-plane distribution measuring device comprising an in-plane distribution calculation processing means.

【0012】前記の面内分布測定装置において、前記位
置変更機構は、前記試料保持手段が試料の着目する面の
法線方向を中心に試料を回転する機構にて形成されたこ
とを特徴とするもの、又は試料の着目する面の法線方向
を中心に前記電磁波発生源と前記電磁波検出手段を回転
する機構にて形成されたことを特徴とするが挙げられ
る。ここで前記試料保持手段は、前記電磁波発生源から
出射される電磁波の進行方向と直交方向に試料を移動す
る機構を具備したものがよい。又は前記電磁波発生源及
び/又は前記電磁波検出手段は、試料の着目する面の法
線方向直交方向に移動する機構を具備したことを特徴と
するものがよい。
In the above-described in-plane distribution measuring apparatus, the position changing mechanism is characterized in that the sample holding means is formed by a mechanism for rotating the sample around a normal direction of a surface of interest of the sample. Or a mechanism formed by a mechanism for rotating the electromagnetic wave generation source and the electromagnetic wave detection means around the normal direction of the surface of interest of the sample. Here, the sample holding means preferably has a mechanism for moving the sample in a direction orthogonal to the traveling direction of the electromagnetic wave emitted from the electromagnetic wave generation source. Alternatively, it is preferable that the electromagnetic wave generation source and / or the electromagnetic wave detection unit include a mechanism that moves in a direction orthogonal to a normal direction of a surface of interest of the sample.

【0013】また前記の面内分布測定装置において、電
磁波検出手段は、細隙を介して電磁波を検出する電磁波
検出器を用い、前記試料からの電磁波の発生領域を制限
したことを特徴とするものがよい。また電磁波検出手段
は、一次元位置感応型検出器であるもの、又は二次元位
置感応型検出器であるものが挙げられる。また前記検出
手段は位置分解能を可変にする機構を具備したものがよ
い。また前記電磁波発生源と前記試料の間に、該電磁波
発生源から出射された電磁波の幅を拡大する機構を具備
したものがよい。また前記電磁波発生源と前記検出手段
の間に、該電磁波発生源から出射された電磁波の波長を
限定する又は波長を走査する機構を具備したものがよ
い。
In the above-mentioned in-plane distribution measuring apparatus, the electromagnetic wave detecting means uses an electromagnetic wave detector for detecting an electromagnetic wave through a slit, and limits an area where the electromagnetic wave is generated from the sample. Is good. The electromagnetic wave detecting means may be a one-dimensional position-sensitive detector or a two-dimensional position-sensitive detector. The detecting means preferably has a mechanism for changing the position resolution. Further, it is preferable that a mechanism is provided between the electromagnetic wave generation source and the sample, which has a mechanism for expanding the width of the electromagnetic wave emitted from the electromagnetic wave generation source. Further, it is preferable that a mechanism is provided between the electromagnetic wave generation source and the detection means, for limiting the wavelength of the electromagnetic wave emitted from the electromagnetic wave generation source or for scanning the wavelength.

【0014】[0014]

【作用】本発明によれば、次の作用により上記目的が達
成される。最初に、本発明による面内分布測定装置の構
成を図1に示し、本発明の作用を説明する。電磁波発生
源1から出射された電磁波3は、スリット2により成型
された後、試料4に視斜角θで入射する。試料により反
射された電磁波5を一次元位置感応型の電磁波検出器6
で測定する。測定した電磁波5の強度或は波長から適宜
なデータ解析処理により、一次元位置感応型検出器の一
素子に入射した電磁波5に対応する試料上の領域の平均
した物理量が得られる。例えば、電磁波としてX線を用
い、視斜角θを変数とした反射X線プロファイル(図3
参照)から試料照射領域で平均した膜厚d、屈折率n、
密度ρ、ラフネスσ等の物理量が得られる。これを試料
基板上に膜が一層ある場合について図4を参照しながら
説明する。図4でn1、n2及びn3は空気、薄膜及び基
板の屈折率である。
According to the present invention, the above object is achieved by the following operations. First, the configuration of the in-plane distribution measuring apparatus according to the present invention is shown in FIG. 1 and the operation of the present invention will be described. The electromagnetic wave 3 emitted from the electromagnetic wave source 1 is formed by the slit 2 and then enters the sample 4 at a viewing angle θ. A one-dimensional position-sensitive electromagnetic wave detector 6 detects the electromagnetic wave 5 reflected by the sample.
Measure with By an appropriate data analysis process based on the measured intensity or wavelength of the electromagnetic wave 5, an average physical quantity of a region on the sample corresponding to the electromagnetic wave 5 incident on one element of the one-dimensional position sensitive detector can be obtained. For example, a reflected X-ray profile using X-rays as an electromagnetic wave and the viewing angle θ as a variable (FIG. 3)
From the sample irradiation area, the refractive index n,
Physical quantities such as density ρ and roughness σ are obtained. This will be described with reference to FIG. 4 in the case where there is one film on the sample substrate. In FIG. 4, n 1 , n 2 and n 3 are the refractive indexes of air, the thin film and the substrate.

【0015】試料に波長λのX線が入射した時のX線反
射強度Rは、ジェイ.エイチ.アンダーウッド(J.
H.Underwood)とティー.ダブリュ.バービー(T.
W.Barbee)のエーアイーピー コンフェレンス プロ
シーディング,ロー エナジーX-レイ ダイアゴノステ
ィックス-1981,アメリカン インスティテュート オブ
フィジックス,ニューヨーク 1981(AIP Conferenc
e Proceeding,Low Energy X-ray Diagonostics-1
981,American Institute of Physics,NewYork 1
981)やビー.バイダル(B.Vidal)とピー.ビンセン
ト(P.Vivcent)(Appl.Ot.23巻 1794頁 1984
年)に記載されている数式をもとに計算すると以下のよ
うになる。ここで、dは膜厚、σ1及びσ2は各々空気と
膜及び膜と基板との界面のラフネスである。
The X-ray reflection intensity R when X-rays having a wavelength λ is incident on a sample is expressed by J. H. Underwood (J.
H. Underwood) and tea. W. Barbie (T.
W. Barbee) AIP Conference Proceedings, Law Energy X-Ray Diagnostics-1981, American Institute of Physics, New York 1981 (AIP Conferenc
e Proceeding, Low Energy X-ray Diagonostics-1
981, American Institute of Physics, New York 1
981) and bee. Baidaru (B.Vidal) and copy. Vincent (P.Vivcent) (Appl.O p t.23 Vol. 1794, pp. 1984
The following is the calculation based on the formula described in (Year). Here, d is the film thickness, and σ 1 and σ 2 are the roughness of the interface between the air and the film and the interface between the film and the substrate, respectively.

【0016】[0016]

【数1】 (Equation 1)

【0017】また、δ2及びδ3は膜及び基板での屈折率
nの実部の1からのずれの量を表し次式で与えられる。
ここで、reは古典電子半径、N0はアボガドロ数、Zは
原子番号、Aは原子量、ρは密度である。
Further, δ 2 and δ 3 represent the amounts of deviation of the real part of the refractive index n from 1 in the film and the substrate, and are given by the following equations.
Here, r e is the classical electron radius, N 0 is Avogadro's number, Z is the atomic number, A is the atomic weight, [rho is the density.

【0018】[0018]

【数2】 (Equation 2)

【0019】式(数1)においては、屈折率の虚部βの
Rへの寄与を無視したこと、R≪1という近似を用い
た。式(数1)からRはθに関するd、δ、σの関数で
あることがわかる。特に図3のθcより大きな角度での
X線反射強度の振動は、式(数1)の(1)式の第3項
の cos 成分であるd2とδ2に依存している。以上か
ら、測定したX線反射強度Rから式(数1)を用いるこ
とにより、膜厚d、ラフネスσ、δ等の物理量を求める
ことができる。また式(数2)より膜の密度ρも求める
ことができる。以上までが従来法による物理量の求め方
である。しかし、得られた物理量はX線が照射された広
い領域(X線の入射角が小さいため、X線の入射方向に
長く伸びた領域)のものである。そこで、上記で得られ
た物理量はX線の照射領域での平均値と考えることと、
従来から用いられているコンピュータートモグラフィー
(CT)の手法を用いることにより、上記物理量の面内
分布をX線の試料照射利用域よりも遥かに小さい分解能
で求めることが、本発明のポイントである。次にこの測
定法と求め方について説明する。
In the equation (Equation 1), the contribution of the imaginary part β of the refractive index to R is neglected, and the approximation R≪1 is used. From equation (1), it can be seen that R is a function of d, δ, and σ with respect to θ. In particular, the oscillation of the X-ray reflection intensity at an angle larger than θc in FIG. 3 depends on the cos components d 2 and δ 2 of the third term of the equation (1) of the equation (Equation 1). From the above, physical quantities such as the film thickness d, the roughness σ, and δ can be obtained from the measured X-ray reflection intensity R by using the equation (Equation 1). Further, the density ρ of the film can be obtained from the equation (Equation 2). The above is the method of obtaining the physical quantity by the conventional method. However, the obtained physical quantity is that of a wide region irradiated with X-rays (a region that extends long in the X-ray incident direction because the X-ray incident angle is small). Therefore, considering the physical quantity obtained above as an average value in the X-ray irradiation area,
The point of the present invention is to obtain the in-plane distribution of the physical quantity at a resolution much smaller than the utilization area of the sample irradiation of X-rays by using a conventionally used computer tomography (CT) technique. Next, the measurement method and the method of obtaining the measurement will be described.

【0020】上記の手順によれば、X線のある照射領域
での物理量が得られる。次に試料の注目している面の法
線方向を中心軸として所定角度試料を回転させ、同様な
測定から試料の物理量が得られる。これを試料の回転が
180度或は360度になるまで繰り返す。これらの一連の測
定から、以下に述べる解析処理により該物理量の面内分
布が得られる。
According to the above-described procedure, a physical quantity in an irradiation area with X-rays can be obtained. Next, the sample is rotated by a predetermined angle around the normal direction of the surface of interest of the sample as a central axis, and the physical quantity of the sample is obtained from the same measurement. This is the rotation of the sample
Repeat until 180 or 360 degrees. From these series of measurements, an in-plane distribution of the physical quantity can be obtained by an analysis process described below.

【0021】図5に面内分布を求める原理図を示した。
今注目している物理量の面内分布をd(x,y)とし、
実験室に固定した座標系x’−y’と試料に固定した座
標系x−yとのなす角度をφとする。上記測定におい
て、試料の角度φ、一次元位置感応型検出器の位置x’
の素子の測定から得られた物理量D(x’,φ)は、X
線の照射領域での平均値であるため、次式のように表さ
れる。
FIG. 5 shows a principle diagram for obtaining the in-plane distribution.
Let d (x, y) be the in-plane distribution of the physical quantity of interest,
The angle between the coordinate system x′-y ′ fixed to the laboratory and the coordinate system xy fixed to the sample is defined as φ. In the above measurement, the angle φ of the sample, the position x ′ of the one-dimensional position-sensitive detector
The physical quantity D (x ′, φ) obtained from the measurement of the element of
Since it is the average value in the irradiation area of the line, it is expressed by the following equation.

【0022】[0022]

【数3】 (Equation 3)

【0023】次に、次式(数4)で示すP(x’,φ)
により、式(数3)は次の式(数5)ようになる。
Next, P (x ', φ) shown by the following equation (Equation 4)
Thus, Equation (Equation 3) becomes the following Equation (Equation 5).

【0024】[0024]

【数4】 (Equation 4)

【0025】[0025]

【数5】 (Equation 5)

【0026】式(数5)から、一般のコンピュータトモ
グラフィー(CT)のアルゴリズムの手法を用いること
により、d(x,y)を求めることができる。以下に一
般のCTで用いられているフィルター逆投影法の結果だ
けを示す。
From the equation (5), d (x, y) can be obtained by using a general computer tomography (CT) algorithm. Hereinafter, only the results of the filter back projection method used in general CT are shown.

【0027】[0027]

【数6】 (Equation 6)

【0028】式(数4)乃至(数6)を用いることで、
測定により得られた物理量D(x’,φ)からd(x,
y)を求めることができる。また得られるd(x,y)
の領域は、試料を回転する回数をN、一次元位置感応型
検出器の素子の数をMとすると、図1で示したX線の照
射領域の1/(N・M)という小さな領域である。以上
に述べた測定及び解析手法により電磁波の照射領域より
も遥かに小さい領域の分解能で物理量の面内分布を非破
壊で測定することが可能となる。
By using equations (4) to (6),
From the physical quantity D (x ′, φ) obtained by the measurement, d (x,
y) can be determined. D (x, y) obtained
Is a small area of 1 / (N · M) of the X-ray irradiation area shown in FIG. 1, where N is the number of times the sample is rotated and M is the number of elements of the one-dimensional position sensitive detector. is there. With the above-described measurement and analysis methods, it is possible to non-destructively measure the in-plane distribution of physical quantities with a resolution of a region much smaller than the irradiation region of the electromagnetic wave.

【0029】[0029]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図1に、本発明を適用してなる一実施例の面内分布測定
装置の構成図を示す。本実施例においては、電磁波とし
てX線を使用した。図示のように、X線源1から出射さ
れたX線3は、スリット2により成型された後、試料4
に入射する。試料4により反射されたX線5をX線検出
器6により測定する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on embodiments.
FIG. 1 shows a configuration diagram of an in-plane distribution measuring apparatus according to one embodiment to which the present invention is applied. In the present embodiment, X-rays were used as electromagnetic waves. As shown in the figure, an X-ray 3 emitted from an X-ray source 1 is shaped by a slit 2 and then a sample 4
Incident on. The X-ray 5 reflected by the sample 4 is measured by the X-ray detector 6.

【0030】X線源1には、Cuをターゲットに用いた
通常のX線管球を使用した。スリット2には、x’及び
z’方向のX線の角度発散を抑制するソーラースリット
を使用した。スリット2を通過したX線は、x’方向に
10mm、z’方向に0.1mm、角度発散は数mrad
程度に制限されている。またX線源1とスリット2に間
にNiフィルターを挿入することにより、Cu−Kβ線
を抑制し、Cu−Kα線による準単色光を実現してい
る。円盤状の試料4は、試料保持台7上に固定される。
試料保持台7には、x’,y’,z’方向の並進と
x’,y’,z’軸を中心とする回転機構を備えてお
り、これによって試料4の位置が調整できるようになっ
ている。X線検出器6には、二次元位置感応型検出器で
あるX線撮像管を使用した。X線撮像管は検出器台8上
に固定される。検出器台8には、x’,y’,z’方向
の並進機構とx’軸を中心とする回転機構を備えてお
り、これによって試料4の位置が調整できるようになっ
ている。検出器6、試料保持台7及び検出器台8は制御
部9により制御される。制御部9は、試料保持台7や検
出器台8の駆動機構用のドライバー、ドライバーコント
ローラや、X線撮像管のコントローラ、検出した画像処
理部及び、計算機等で構成されている。
As the X-ray source 1, an ordinary X-ray tube using Cu as a target was used. As the slit 2, a solar slit that suppresses angular divergence of X-rays in the x ′ and z ′ directions was used. X-ray passing through the slit 2 is 10 mm in the x 'direction, 0.1 mm in the z' direction, and the angular divergence is several mrad.
Limited to a degree. By inserting a Ni filter between the X-ray source 1 and the slit 2, Cu-Kβ rays are suppressed, and quasi-monochromatic light by Cu-Kα rays is realized. The disk-shaped sample 4 is fixed on a sample holder 7.
The sample holder 7 is provided with a translation mechanism in the x ′, y ′, z ′ directions and a rotation mechanism about the x ′, y ′, z ′ axes, so that the position of the sample 4 can be adjusted. Has become. As the X-ray detector 6, an X-ray imaging tube which is a two-dimensional position sensitive detector was used. The X-ray imaging tube is fixed on the detector base 8. The detector base 8 is provided with a translation mechanism in the x ′, y ′, z ′ directions and a rotation mechanism about the x ′ axis, so that the position of the sample 4 can be adjusted. The control unit 9 controls the detector 6, the sample holding table 7, and the detector table 8. The control unit 9 includes a driver for a driving mechanism of the sample holding table 7 and the detector table 8, a driver controller, a controller of an X-ray imaging tube, a detected image processing unit, a computer, and the like.

【0031】次に、このように構成される実施例装置を
用いて試料内の物理量の面内分布を測定する方法につい
て説明する。試料は、Si基板上に蒸着された厚み約1
00ÅのNi膜であり、X線反射プロファイルによる膜
厚、屈折率、ラフネスから、本発明に従ってこれらの面
内分布を求める。
Next, a method for measuring the in-plane distribution of the physical quantity in the sample using the apparatus of the embodiment configured as described above will be described. The sample has a thickness of about 1 deposited on a Si substrate.
It is a Ni film of 00 °, and its in-plane distribution is obtained according to the present invention from the film thickness, refractive index, and roughness according to the X-ray reflection profile.

【0032】スリット2を通過したX線3を直接、X線
撮像管で検出できるように検出器台8を調整し、試料と
X線撮像管の距離をRとする。次に試料保持台7によ
り、試料4のx’軸回りの回転軸が試料表面と一致する
ように調整する。同様にX線3と試料4の表面が平行
に、またX線3のx’方向の幅の中心と試料4のz’軸
回りの回転中心とが一致するように調整する。調整終了
後に試料4をx’軸を回転中心にして初期角度θ1(本
実施例においては0.1度)だけ回転させる。試料4に
より反射されたX線5の強度I(x’,z’)を、X線
撮像管により検出する。z’方向の強度はX線3の試料
4に対する視斜角θの関数であり、z’=Rtan2θの
関係がある。これからX線撮像管の検出位置z’から視
斜角θに変換できる。次に試料4を微小角度δθ回転さ
せて反射X線強度を測定する。この走査を予め設定して
おいた角度θ2(本実施例においては1.2度)まで繰
り返し、この一連の操作をx’を変えて繰り返すことに
より、各x’毎に図3で示したような反射X線プロファ
イルが得られる。このプロファイルとX線反射のフレネ
ルの式及び反射面を多層にした場合のシュミレーション
から、試料上のNi膜の膜厚、屈折率、密度、ラフネス
が得られる。今注目する物理量の一例として膜厚dをと
ると、反射X線プロファイルからd(x’)が得られ
る。
The detector base 8 is adjusted so that the X-ray 3 passing through the slit 2 can be directly detected by the X-ray imaging tube, and the distance between the sample and the X-ray imaging tube is R. Next, the sample holder 7 is adjusted so that the rotation axis around the x 'axis of the sample 4 coincides with the sample surface. Similarly, adjustment is performed so that the X-ray 3 and the surface of the sample 4 are parallel to each other, and the center of the width of the X-ray 3 in the x ′ direction coincides with the rotation center of the sample 4 around the z ′ axis. After the completion of the adjustment, the sample 4 is rotated by the initial angle θ1 (0.1 degrees in this embodiment) about the x ′ axis as the rotation center. The intensity I (x ′, z ′) of the X-ray 5 reflected by the sample 4 is detected by the X-ray imaging tube. The intensity in the z ′ direction is a function of the oblique angle θ of the X-ray 3 with respect to the sample 4, and has a relation of z ′ = Rtan2θ. From this, it is possible to convert the detection position z 'of the X-ray imaging tube into the viewing angle θ. Next, the sample 4 is rotated by a small angle δθ to measure the reflected X-ray intensity. This scanning is repeated up to a preset angle θ2 (1.2 degrees in the present embodiment), and this series of operations is repeated by changing x ′, thereby obtaining each x ′ as shown in FIG. The reflected X-ray profile can be obtained. The thickness, refractive index, density, and roughness of the Ni film on the sample can be obtained from this profile, the expression of Fresnel for X-ray reflection, and the simulation in the case where the reflection surface is multi-layered. Taking the film thickness d as an example of the physical quantity to be focused on now, d (x ′) can be obtained from the reflection X-ray profile.

【0033】次に試料4をz’軸を中心に微小角度δφ
(本実施例では0.5度)だけ回転させ、同様の測定か
らd(x’,δφ)を求める。この走査を試料4の回転
角度が180度になるまで繰り返す。これらの一連の測
定からd(x’,φ)が得られる。最後に、d(x’,
φ)のデータ群から、作用の項で記述したコンピュータ
トモグラフィーのアルゴリズム(本実施例ではフィルタ
ー逆投影法)を用いてNi膜の膜厚d(x,y)の面内
分布を求めることができる。これは図1の制御部9内の
計算機により行われる。
Next, the sample 4 is set at a small angle δφ around the z ′ axis.
(0.5 degrees in the present embodiment), and d (x ′, δφ) is obtained from the same measurement. This scanning is repeated until the rotation angle of the sample 4 becomes 180 degrees. From these series of measurements, d (x ′, φ) is obtained. Finally, d (x ',
From the data group of (φ), the in-plane distribution of the film thickness d (x, y) of the Ni film can be obtained by using the computer tomography algorithm (the filter back projection method in this embodiment) described in the section of the operation. . This is performed by a computer in the control unit 9 of FIG.

【0034】本実施例において、X線撮像管のx’方向
の位置分解能は20μmとし、x’方向に512点測定
した。試料4のz’軸に関する回転数は360点であ
る。これから試料内での面内分布の分解能は約20μm
程度であり、これは試料の照射領域10mm×10mmに比
べ遥かに小さい分解能でしかも非破壊で測定できること
を示している。
In this embodiment, the position resolution of the X-ray imaging tube in the x 'direction was set to 20 μm, and 512 points were measured in the x' direction. The number of rotations of the sample 4 with respect to the z ′ axis is 360 points. From now on, the resolution of the in-plane distribution in the sample is about 20 μm
This indicates that the measurement can be performed with a much smaller resolution and nondestructively than the irradiation area of the sample of 10 mm × 10 mm.

【0035】本実施例において、一般に利用されている
コンピュータトモグラフィーのアルゴリズムや、高速フ
ーリエ変換専用のハードプロセッサーの利用が可能とな
ることから、物理量の面内分布の計算が高速化が可能と
なる効果がある。
In the present embodiment, it is possible to use a generally used algorithm for computer tomography or a hardware processor dedicated to fast Fourier transform, so that the calculation of the in-plane distribution of physical quantities can be speeded up. There is.

【0036】本実施例において、X線検出器6に二次元
位置感応型検出器であるX線撮像管を用いたため、反射
X線プロファイルの測定の際に、x’方向のプロファイ
ルが同時に測定できると共に、視斜角θの走査に伴い検
出器6を移動させる必要がないため、プロファイル測定
が容易となる効果がある。またX線撮像管は、入射した
X線によりX線感光面に生成した電子−ホール対を電子
銃からの電子ビームにより、二次元的に読み見出すこと
によりX線画像の計測が可能となっている。この構造か
ら、読み出し電子ビームの走査範囲は任意に変更可能で
あるため、読み出すX線画像の位置分解能を、測定に即
して容易に変更できる。これから試料面上の注目物理量
の面内分布の位置分解能を試料の大きさに合わせて容易
に変更できるという効果がある。即ち、X線検出器6
に、検出位置分解能を可変にする機構を備えることによ
り、上述の効果を得ることができる。
In this embodiment, since the X-ray image pickup tube, which is a two-dimensional position sensitive detector, is used as the X-ray detector 6, the profile in the x 'direction can be simultaneously measured when measuring the reflected X-ray profile. At the same time, it is not necessary to move the detector 6 in accordance with the scanning of the oblique angle θ, so that there is an effect that the profile measurement becomes easy. The X-ray image pickup tube can measure an X-ray image by reading and finding two-dimensionally an electron-hole pair generated on an X-ray photosensitive surface by an incident X-ray by an electron beam from an electron gun. I have. With this structure, the scanning range of the read-out electron beam can be arbitrarily changed, so that the positional resolution of the read-out X-ray image can be easily changed according to the measurement. This has the effect that the positional resolution of the in-plane distribution of the physical quantity of interest on the sample surface can be easily changed according to the size of the sample. That is, the X-ray detector 6
In addition, by providing a mechanism for changing the detection position resolution, the above-described effect can be obtained.

【0037】本実施例において、スリット2にソーラー
スリットを用いることにより、X線3の発散角を抑制
し、高い精度で反射X線プロファイル測定が可能となる
効果がある。
In this embodiment, by using a solar slit as the slit 2, the divergence angle of the X-ray 3 is suppressed, and the reflection X-ray profile can be measured with high accuracy.

【0038】本実施例において、試料4に対しX線3を
多数方向から入射させる機構に、試料4を回転させる方
式を採用したため、試料保持台7の構造が簡単となり、
測定装置全体を小型化できるという効果がある。
In this embodiment, the mechanism for rotating the sample 4 is adopted as the mechanism for causing the X-rays 3 to enter the sample 4 from many directions, so that the structure of the sample holder 7 is simplified.
There is an effect that the entire measuring device can be reduced in size.

【0039】次に、図1実施例の変形例について幾つか
説明する。最初に、図1の実施例に代えて、X線検出器
6として一次元位置感応型検出器であるフォトダイオー
ドアレイ(PDA)を用いることができる。PDAの入
射窓にX線−可視光の蛍光膜を用いることによりX線検
出器6として使用できる。この場合、反射X線プロファ
イル測定には、試料の視斜角θの走査に同期させて検出
器6の位置z’をz’=Rtan2θの関係を保ちつつ駆
動させる必要がある。この他の測定手順は図1の実施例
と同様であり、試料内の注目物理量の面内分布の測定が
可能である。本変形例においては、X線検出器6に一次
元検出器を用いることにより、検出器からの信号処理系
が簡便になるという効果がある。また一次元検出器の採
用によりx’方向に関する反射X線プロファイルを同時
に測定できるため、計測時間を短縮できるという効果が
ある。
Next, some modifications of the embodiment of FIG. 1 will be described. First, a photodiode array (PDA) which is a one-dimensional position-sensitive detector can be used as the X-ray detector 6 instead of the embodiment of FIG. By using an X-ray-visible light fluorescent film for the entrance window of the PDA, it can be used as the X-ray detector 6. In this case, in measuring the reflected X-ray profile, it is necessary to drive the position z ′ of the detector 6 in synchronization with the scanning of the sample at the oblique angle θ while maintaining the relationship z ′ = Rtan2θ. Other measurement procedures are the same as those in the embodiment of FIG. 1, and the in-plane distribution of the physical quantity of interest in the sample can be measured. In this modification, the use of a one-dimensional detector as the X-ray detector 6 has the effect of simplifying the signal processing system from the detector. Further, since the reflected X-ray profile in the x 'direction can be simultaneously measured by employing the one-dimensional detector, there is an effect that the measurement time can be reduced.

【0040】次に、図1の実施例に代えて、X線検出器
6として位置検出機能がないシンチレーションカウンタ
ーを用いることができる。この場合、装置の構成として
例えば図2のようになる。本実施例における反射X線プ
ロファイル測定には、前述のX線検出器のz’方向の走
査に加えて、試料4をx’方向に走査する必要がある。
これらの走査により試料の注目物理量が、x’とφの関
数として得られ、これ以降の測定手順は図1の実施例と
同じである。本変形例においては、検出器6として非常
に簡便な検出器を用いることにより、検出器6からの信
号処理系が非常に簡便になるという効果がある。また本
変形例においては、スリット2による非常に狭いビーム
であるX線3を使用できるので、試料上の注目物理量の
面内分布を数μmの高分解能で測定できるという効果が
ある。
Next, a scintillation counter having no position detecting function can be used as the X-ray detector 6 instead of the embodiment shown in FIG. In this case, the configuration of the device is, for example, as shown in FIG. In the reflection X-ray profile measurement in this embodiment, it is necessary to scan the sample 4 in the x ′ direction in addition to the scanning in the z ′ direction of the X-ray detector described above.
By these scans, the physical quantity of interest of the sample is obtained as a function of x ′ and φ, and the subsequent measurement procedure is the same as the embodiment of FIG. In this modification, the use of a very simple detector as the detector 6 has an effect that the signal processing system from the detector 6 becomes very simple. Further, in this modification, since the X-ray 3 which is a very narrow beam by the slit 2 can be used, there is an effect that the in-plane distribution of the physical quantity of interest on the sample can be measured with a high resolution of several μm.

【0041】次に、図1の実施例に代えて、X線源1に
高強度・連続波長のX線の放射が可能なX線光源を用
い、X線源1と試料4の間にX線3の波長の走査が可能
な結晶分光器を設けることができる。結晶分光器として
は、Si(111)のチャンネルカット分光器を用い、
波長走査の際に分光器を並進駆動させることにより、分
光器から出射されるX線3の出射位置を一定とすること
ができる。この場合、反射X線プロファイルの測定は、
X線波長に対する反射X線強度の測定となる。このX線
波長に対する反射X線プロファイルから図1の実施例と
同様なシュミレーションから試料上の膜の膜厚、屈折
率、密度、ラフネス等の物理量が得られる。本実施例に
おいては、反射X線プロファイルの測定にX線の波長を
走査するために、X線検出器6の試料の視斜角θについ
ての駆動走査が不要となり、検出器台8の構造が簡便に
なるという効果がある。また本実施例においては、注目
元素のX線吸収端波長を含む波長範囲で走査することに
より、試料上の膜の特定元素のみの情報を得ることがで
きるという効果がある。
Next, instead of the embodiment shown in FIG. 1, an X-ray source capable of emitting X-rays of high intensity and continuous wavelength is used as the X-ray source 1, and an X-ray source is provided between the X-ray source 1 and the sample 4. A crystal spectrograph capable of scanning the wavelength of the line 3 can be provided. As the crystal spectrometer, a channel cut spectrometer of Si (111) was used.
By driving the spectroscope in translation during wavelength scanning, the emission position of the X-rays 3 emitted from the spectroscope can be kept constant. In this case, the measurement of the reflected X-ray profile
This is a measurement of the reflected X-ray intensity with respect to the X-ray wavelength. From the reflection X-ray profile with respect to the X-ray wavelength, physical quantities such as the film thickness, the refractive index, the density, and the roughness of the film on the sample can be obtained from the same simulation as in the embodiment of FIG. In the present embodiment, the scanning of the X-ray wavelength for the measurement of the reflected X-ray profile eliminates the need for the X-ray detector 6 to perform the driving scan for the viewing angle θ of the sample, and the structure of the detector base 8 is reduced. This has the effect of being simple. Further, in this embodiment, by scanning in the wavelength range including the X-ray absorption edge wavelength of the element of interest, there is an effect that information on only a specific element of the film on the sample can be obtained.

【0042】また、図1の実施例に代えて、X線源1と
試料4の間にX線源1から出射されるX線3のx’方向
の幅を広げる非対称反射結晶を設けることができる。本
発明によれば、試料4に入射するX線の幅は試料の口径
と同程度であれば、高い効率で面内分布の測定が可能で
ある。試料の口径がX線源1から出射されるX線の幅よ
りも遥かに大きい場合、本実施例によるX線幅の拡大は
有効である。図6に非対称反射結晶によるX線幅を拡大
する原理図を示した。非対称反射結晶として、Si(1
11)のチャンネルカット結晶を使用した。結晶は、図
6のように第1結晶と第2結晶の表面が非平行になるよ
うに切り出したもので、第1結晶と第2結晶のX線を反
射する格子面は平行であり、第2結晶が非対称反射結晶
となっている。チャンネルカット結晶に入射したX線3
は第1及び第2結晶により回折した後、分光されたX線
がチャンネルカット結晶より出射される。この時、第2
結晶に対するX線の入射角と出射角とが異なることによ
り、チャンネルカット結晶から出射されたX線の幅Wou
tは、入射X線の幅Winに比べ拡大される。本実施例に
おいては、第1結晶と第2結晶とのなす角度を11.5
度とし、X線源1からのCu−Kα線に対して、X線の
入射幅に対する出射幅の拡大率を9倍とした。本実施例
における測定手順は図1実施例と同様である。本実施例
において、チャンネルカット結晶からの出射X線の発散
角度幅は、入射X線の受光角度幅にくらべ3倍小さくな
る。これは、試料4に入射するX線の平行性が高くなる
ことを示しており、試料4からの反射X線の角度広がり
によるぼけが抑制されることから、試料上の物理量の面
内分布の測定精度が高くなるという効果がある。
In place of the embodiment shown in FIG. 1, an asymmetrical reflection crystal is provided between the X-ray source 1 and the sample 4 to increase the width of the X-rays 3 emitted from the X-ray source 1 in the x 'direction. it can. According to the present invention, the in-plane distribution can be measured with high efficiency if the width of the X-ray incident on the sample 4 is substantially equal to the diameter of the sample. When the diameter of the sample is much larger than the width of the X-rays emitted from the X-ray source 1, the enlargement of the X-ray width according to the present embodiment is effective. FIG. 6 shows a principle diagram for expanding the X-ray width by the asymmetric reflection crystal. As an asymmetric reflection crystal, Si (1
The channel cut crystal of 11) was used. The crystal is cut out so that the surfaces of the first crystal and the second crystal are non-parallel as shown in FIG. 6, and the lattice planes of the first crystal and the second crystal that reflect the X-rays are parallel, and The two crystals are asymmetric reflection crystals. X-ray 3 incident on the channel cut crystal
After diffracted by the first and second crystals, the separated X-rays are emitted from the channel cut crystal. At this time, the second
Since the incident angle and the outgoing angle of the X-ray with respect to the crystal are different, the width Wou of the X-ray emitted from the channel cut crystal is
t is enlarged as compared with the width Win of the incident X-ray. In this embodiment, the angle between the first crystal and the second crystal is 11.5.
With respect to the Cu-Kα ray from the X-ray source 1, the magnification of the emission width with respect to the X-ray incidence width was set to 9 times. The measurement procedure in this embodiment is the same as that in the embodiment of FIG. In the present embodiment, the divergence angle width of the outgoing X-rays from the channel cut crystal is three times smaller than the incident angle width of the incident X-rays. This indicates that the parallelism of the X-rays incident on the sample 4 is increased, and the blur due to the angular spread of the reflected X-rays from the sample 4 is suppressed. This has the effect of increasing the measurement accuracy.

【0043】図7に、本発明を適用してなる別の実施例
の面内分布測定装置の構成図を示す。試料4にX線波長
1.24Åの幅広X線3を照射する。試料4からのCu
−K線の蛍光X線(励起線)の全反射角度に出射される
X線をソーラースリット12を経てX線検出器6で計測
する。ソーラースリット12は、試料4からの蛍光X線
の出射角度を制限すると共に、試料4におけるx’方向
の発光領域を制限する。X線検出器6にはCharge Cou
pled Device(CCD)を使用した。このCCDは、二
次元位置感応型検出器であると共に、測定X線の波長を
高分解能で測定できる。本測定では、試料からのCu−
K線のみ信号を処理した。この測定により、試料からの
Cu−K線のX線強度I(x’,φ)が得られる。ここ
でI(x’,φ)は試料の表面上にあるCu元素量に比
例する。次に試料4をz’軸を中心に微小角度δφ(本
実施例では0.5度)だけ回転させ、同様の測定からI
(x’,δφ)を求める。この走査を試料4の回転角度
が180度になるまで繰り返す。これらの一連の測定か
らI(x’,φ)が得られる。最後に、I(x’,φ)
のデータ群から、作用の項で記述したコンピュータトモ
グラフィーのアルゴリズム(本実施例ではフィルター逆
投影法)を用いて試料上のI(x,y)、即ち試料表面
上に分布するCu元素量の面内分布を求めることができ
る。
FIG. 7 shows a configuration diagram of an in-plane distribution measuring apparatus according to another embodiment to which the present invention is applied. The sample 4 is irradiated with wide X-rays 3 having an X-ray wavelength of 1.24 °. Cu from sample 4
X-rays emitted at the total reflection angle of K-ray fluorescent X-rays (excitation rays) are measured by the X-ray detector 6 through the solar slit 12. The solar slit 12 limits the emission angle of the fluorescent X-rays from the sample 4 and limits the light emitting area of the sample 4 in the x ′ direction. The X-ray detector 6 has Charge Cou
A pled device (CCD) was used. This CCD is a two-dimensional position-sensitive detector and can measure the wavelength of the measurement X-ray with high resolution. In this measurement, Cu-
Only the K line processed the signal. By this measurement, the X-ray intensity I (x ′, φ) of the Cu—K line from the sample is obtained. Here, I (x ′, φ) is proportional to the amount of Cu element on the surface of the sample. Next, the sample 4 is rotated by a small angle δφ (0.5 degrees in this embodiment) about the z ′ axis,
(X ′, δφ) is obtained. This scanning is repeated until the rotation angle of the sample 4 becomes 180 degrees. From these series of measurements, I (x ′, φ) is obtained. Finally, I (x ', φ)
Using the computer tomography algorithm (filter back projection in this embodiment) described in the section of the operation, I (x, y) on the sample, that is, the surface of the Cu element amount distributed on the sample surface Inner distribution can be determined.

【0044】本実施例において、CCDのx’方向の位
置分解能は20μmとし、x’方向に512点測定し
た。試料4のz’軸に関する回転数は360点である。
これから試料内での面内分布の分解能は約20μm程度
であり、これは試料の照射領域に比べ遥かに小さい分解
能で、しかも非破壊で測定できることを示している。本
実施例において、試料4からの全反射角度で取り出した
蛍光X線を測定しているため、試料の表面から数Å程度
の深さの元素の分布量が測定できるという効果がある。
またこの取り出し角度を大きくするにつれて試料の注目
する深さを変えることができる。そこでCCDからの信
号を多波長、二次元的に処理I(x’,φ,z’,E)
することにより、多元素でしかも、深さ方向も含んだ面
内分布の測定が可能となるという効果がある。
In this embodiment, the position resolution of the CCD in the x 'direction was 20 μm, and 512 points were measured in the x' direction. The number of rotations of the sample 4 with respect to the z ′ axis is 360 points.
From this, the resolution of the in-plane distribution in the sample is about 20 μm, which indicates that the resolution can be measured with a much smaller resolution than the irradiation region of the sample and nondestructively. In the present embodiment, since the fluorescent X-rays taken at the angle of total reflection from the sample 4 are measured, there is an effect that the distribution amount of the element at a depth of about several Å from the surface of the sample can be measured.
Also, as the take-out angle is increased, the depth of interest of the sample can be changed. Therefore, the signal from the CCD is processed two-dimensionally at multiple wavelengths I (x ′, φ, z ′, E)
By doing so, there is an effect that it is possible to measure the in-plane distribution including multiple elements and also including the depth direction.

【0045】以上述べた実施例においては、電磁波とし
てX線を用いたが、本発明はラジオ波、赤外線、可視
光、紫外線、軟X線、γ線等の電磁波に適用できる。そ
の場合、各々の電磁波と物質との相互作用が異なるた
め、得られる物理量の面内分布は異なる。例えば、赤外
線の場合、試料上の分子配向の面内分布が、可視光のレ
ーザー光線の場合、試料の膜厚、密度が、また軟X線で
は、試料の軽元素に関する膜厚、屈折率、密度等の面内
分布が得られる。
In the embodiments described above, X-rays are used as electromagnetic waves. However, the present invention can be applied to electromagnetic waves such as radio waves, infrared rays, visible light, ultraviolet rays, soft X-rays, and γ-rays. In that case, the interaction between each electromagnetic wave and the substance is different, so that the obtained in-plane distribution of the physical quantity is different. For example, in the case of infrared rays, the in-plane distribution of molecular orientation on the sample, the thickness and density of the sample in the case of a visible laser beam, and in the case of soft X-rays, the thickness, refractive index, and density of the light element of the sample. Are obtained.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
試料に対し多数方向から電磁波を入射して該試料から反
射した電磁波を測定し、或は試料に電磁波を照射して試
料から多数方向に出射された電磁波の一連の測定から、
電磁波と物質の相互作用の基づいた試料の物理量の面内
分布を電磁波の試料照射領域に比べ遥かに小さい分解能
でしかも、非破壊で測定できるという効果がある。
As described above, according to the present invention,
From a series of measurements of electromagnetic waves incident on the sample from multiple directions and reflected from the sample and measuring the electromagnetic waves emitted from the sample by irradiating the sample with electromagnetic waves,
There is an effect that the in-plane distribution of the physical quantity of the sample based on the interaction between the electromagnetic wave and the substance can be measured with a much smaller resolution than the sample irradiation region of the electromagnetic wave and nondestructively.

【0047】また、試料からの電磁波の測定から注目物
理量の面内分布を求める計算処理において、一般に利用
されているコンピュータトモグラフィーのアルゴリズム
や、高速フーリエ変換専用のハードプロセッサーの利用
が可能となることから、物理量の面内分布の計算が高速
化が可能となる効果がある。
Further, in the calculation processing for obtaining the in-plane distribution of the physical quantity of interest from the measurement of the electromagnetic waves from the sample, it is possible to use a computer tomography algorithm that is generally used or a hardware processor dedicated to fast Fourier transform. This has the effect that the calculation of the in-plane distribution of the physical quantity can be speeded up.

【0048】また、本発明の面内分布測定装置によれ
ば、試料に対し電磁波を多数方向から照射する機構或
は、試料から多数方向に反射或は、励起された電磁波を
検出する機構を設けることにより、簡単に本発明を実現
できる。また、上記の機構を組み込むだけでよいことか
ら、既存の装置に簡単に適用できる。
Further, according to the in-plane distribution measuring apparatus of the present invention, there is provided a mechanism for irradiating the sample with electromagnetic waves from many directions, or a mechanism for detecting electromagnetic waves reflected or excited from the sample in many directions. Thus, the present invention can be easily realized. Further, since it is only necessary to incorporate the above mechanism, it can be easily applied to existing devices.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の試料に対し多数方向から電磁波(X
線)を照射する機構を備えた一実施例の面内分布測定装
置の全体構成図である。
FIG. 1 shows a sample of the present invention in which electromagnetic waves (X
1 is an overall configuration diagram of an in-plane distribution measuring apparatus according to an embodiment including a mechanism for irradiating a line.

【図2】電磁波としてX線を用いた従来法による膜厚測
定装置である。
FIG. 2 is a conventional film thickness measuring apparatus using X-rays as electromagnetic waves.

【図3】反射X線プロファイルの例を示す模式図であ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a reflection X-ray profile.

【図4】基板上に1層の薄膜がある場合のX線反射強度
計算のための計算モデルの図である。
FIG. 4 is a diagram of a calculation model for calculating X-ray reflection intensity when a single thin film is present on a substrate.

【図5】試料に対し多数方向から電磁波を照射し、試料
から反射した電磁波の一連の測定から試料に関する物理
量の面内分布を求める原理を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the principle of irradiating a sample with electromagnetic waves from a number of directions and obtaining the in-plane distribution of physical quantities relating to the sample from a series of measurements of the electromagnetic waves reflected from the sample.

【図6】非対称反射結晶によるX線幅を拡大する原理を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a principle of expanding an X-ray width by an asymmetric reflection crystal.

【図7】本発明の試料から多数方向に励起された電磁波
(蛍光X線)を検出する機構を備えた一実施例の面内分
布測定装置の構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of an in-plane distribution measuring apparatus according to an embodiment including a mechanism for detecting electromagnetic waves (fluorescent X-rays) excited in multiple directions from a sample according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 X線源(電磁波発生源) 2 スリット 3 入射X線(電磁波) 4 試料 5 出射或は励起X線(電磁波) 6 X線検出器(電磁波検出器) 7 試料保持台 8 検出器台 9 制御器 10 チャンネルカット結晶 11 蛍光X線 12 ソーラースリット Reference Signs List 1 X-ray source (electromagnetic wave generation source) 2 Slit 3 Incident X-ray (electromagnetic wave) 4 Sample 5 Emission or excitation X-ray (electromagnetic wave) 6 X-ray detector (electromagnetic wave detector) 7 Sample holder 8 Detector stand 9 Control Container 10 Channel cut crystal 11 Fluorescent X-ray 12 Solar slit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−6850(JP,A) 特開 昭64−72730(JP,A) 特開 平4−218754(JP,A) 特公 平3−22582(JP,B2) 特公 平1−36061(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 23/00 - 23/227────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-64-6850 (JP, A) JP-A-64-7730 (JP, A) JP-A-4-218754 (JP, A) 22582 (JP, B2) JP 1-36061 (JP, B2) (58) Fields surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G01N 23/00-23/227

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 試料面に対する視斜角を変化させながら
試料面に電磁波を照射する操作を、電磁波の照射領域の
法線を軸に前記試料面を電磁波の照射方向に対して相対
的に回転位置をずらしながら繰返し、前記試料面からの
反射電磁波を検出手段により一連に測定し、前記検出手
段により検出された反射電磁波及び前記照射電磁波の相
互位置関係に基づいて、コンピュータトモグラフィー法
による演算解析処理により、前記検出手段より見込んだ
前記試料面上の前記電磁波の照射領域より小さい領域に
対応する試料の物理量を試料の被測定領域全面にわたっ
て求めることにより該物理量の試料の面内分布を得るこ
とを特徴とする面内分布測定方法。
1. A method in which a viewing angle with respect to a sample surface is changed.
The operation of irradiating the sample surface with the electromagnetic wave
Relative to the direction of electromagnetic wave irradiation
Repeatedly while shifting the rotation position in the
Series in as measured by the reflection wave detection means, based on the mutual positional relationship of the reflection wave and the irradiating electromagnetic wave detected by said detecting means, a computer tomography
The arithmetic analysis processing by, anticipation from the detecting means
Over a physical quantity of the sample corresponding to the small old region Ri by irradiation area of the electromagnetic wave on the sample surface to be measured entire region specimen
Plane distribution measurement method characterized by obtaining the in-plane distribution of the sample of the physical quantity by determined Mel that Te.
【請求項2】 試料面に多方向から電磁波を照射するこ
とにより該試料から多方向に出射され多数の電磁波
をその相互の位置関係と共に検出手段により一連に測定
すること、前記検出手段により検出された多数の出射電
磁波及びその相互位置関係に基づいて、コンピュータト
モグラフィー法による演算解析処理により、前記検出手
段より見込んだ前記試料面上の前記電磁波の照射領域よ
り小さい領域に対応する試料の物理量を試料の被測定領
域全面にわたって求めることにより該物理量の試料の面
内分布を得ることを特徴とする面内分布測定方法。
2. A series to be measured by the detecting means with the mutual positional relationship between a large number of electromagnetic waves that will be emitted from the sample surface in multiple directions by irradiating electromagnetic waves from multiple directions on the sample surface, by the detection means Based on a large number of detected outgoing electromagnetic waves and their mutual positional relationship , computerized
The detection method can be performed by arithmetic
From the irradiation area of the electromagnetic wave on the sample surface ,
Plane distribution measurement method characterized by obtaining the in-plane distribution of the sample of the physical quantity by determined Mel it over the measurement area entire specimen the physical quantity of the sample corresponding to the small old region Ri.
【請求項3】 試料を保持する試料保持手段と、電磁波
を前記試料に入射させる電磁波発生源と、前記試料から
反射した反射電磁波を検出する検出手段と、前記入射電
磁波の試料への入射方向を相互の位置関係を特定しつつ
変える位置変更機構と、前記入射電磁波の各入射方向に
対応して前記検出手段により検出された一連の多数の反
射電磁波及び前記入射電磁波の相互位置関係に基づい
、コンピュータトモグラフィー法による演算解析処理
により、前記検出手段より見込んだ前記試料面上の前記
電磁波の照射領域より小さい領域に対応する試料の物理
を試料の被測定領域全面にわたって求めることにより
該物理量の試料の面内分布を得る面内分布演算処理手段
とを備え、前記位置変更機構は、前記入射電磁波の前記
試料面に対する視斜角を変化させる操作を、前記電磁波
の照射領域の法線を軸に前記試料面を電磁波の照射方向
に対して相対的に回転位置をずらしながら繰返し行う
とを特徴とする面内分布測定装置。
A sample holding means for holding 3. A sample entrance of an electromagnetic wave generation source to be incident an electromagnetic wave to said sample, detecting means for detect the reflected waves reflected from the front Symbol sample, to the sample of the incident electromagnetic wave A position changing mechanism that changes the direction while specifying the mutual positional relationship, and a series of multiple reflected electromagnetic waves detected by the detection means corresponding to each incident direction of the incident electromagnetic wave and a mutual positional relationship between the incident electromagnetic waves. Te, the arithmetic analysis processing by a computer tomography method, determined a physical quantity of the sample corresponding to the small old region Ri by irradiation area of the electromagnetic wave on anticipation than the detecting means and the sample surface over the measurement area entire specimen And an in-plane distribution calculation processing means for obtaining an in-plane distribution of the sample of the physical quantity by adjusting the position of the incident electromagnetic wave.
The operation of changing the viewing angle with respect to the sample surface is performed by the electromagnetic wave
The direction of electromagnetic wave irradiation on the sample surface with the normal to the irradiation area
An in-plane distribution measurement apparatus characterized in that the measurement is repeatedly performed while the rotational position is relatively shifted with respect to .
【請求項4】 試料を保持する試料保持手段と、電磁波
を前記試料に照射させる電磁波発生源と、前記照射電磁
波に対応して前記試料から出射された出射電磁波を検出
する検出手段と、前記試料と前記検出手段の相対位置を
その相互の位置関係を特定しつつ変える位置変更機構
と、前記検出手段により前記各位置毎に検出された一連
の多数の反射電磁波及びその相互位置関係に基づいて
コンピュータトモグラフィー法による演算解析処理によ
、前記検出手段より見込んだ前記試料面上の前記電磁
波の照射領域より小さい領域に対応する試料の物理量
料の被測定領域全面にわたって求めることにより該物
理量の試料の面内分布を得る面内分布演算処理手段とを
備えたことを特徴とする面内分布測定装置。
4. A sample holding means for holding a sample, an electromagnetic wave source for irradiating the sample with electromagnetic waves, a detecting means for detecting an emitted electromagnetic wave emitted from the sample in response to the irradiated electromagnetic waves, and And a position changing mechanism that changes the relative position of the detecting means while specifying the mutual positional relationship thereof, based on a series of a large number of reflected electromagnetic waves detected for each position by the detecting means and their mutual positional relationship ,
The operation analysis processing by a computer tomography method, a physical quantity of the sample corresponding to the small old region Ri by irradiation area of the electromagnetic wave on the sample surface in anticipation from the detecting means
Plane distribution measuring apparatus characterized by comprising a plane distribution computing means for obtaining the in-plane distribution of the sample of the physical quantity by Mel calculated over the measurement area entire specimen.
【請求項5】 請求項3又は4に記載の面内分布測定装
置において、前記位置変更機構は、前記試料保持手段が
試料の着目する面の法線方向を中心に試料を回転する機
構にて形成されたことを特徴とする面内分布測定装置。
5. The in-plane distribution measuring apparatus according to claim 3, wherein the position changing mechanism is a mechanism in which the sample holding unit rotates the sample around a normal direction of a surface of interest of the sample. An in-plane distribution measuring device characterized by being formed.
【請求項6】 請求項3又は4に記載の面内分布測定装
置において、前記位置変更機構は、試料の着目する面の
法線方向を中心に前記電磁波発生源と前記電磁波検出手
段を回転する機構にて形成されたことを特徴とする面内
分布測定装置。
6. The in-plane distribution measuring apparatus according to claim 3, wherein the position changing mechanism rotates the electromagnetic wave generating source and the electromagnetic wave detecting means around a normal direction of a plane of interest of the sample. An in-plane distribution measuring device formed by a mechanism.
【請求項7】 請求項3〜6のいずれかに記載の面内分
布測定装置において、前記試料保持手段は、前記電磁波
発生源から出射される電磁波の進行方向と直交方向に試
料を移動する機構を具備したこと特徴とする面内分布測
定装置。
7. The in-plane distribution measuring apparatus according to claim 3, wherein the sample holding unit moves the sample in a direction orthogonal to a traveling direction of an electromagnetic wave emitted from the electromagnetic wave generation source. An in-plane distribution measuring device, comprising:
【請求項8】 請求項3〜6のいずれかに記載の面内分
布測定装置において、前記電磁波発生源及び/又は前記
電磁波検出手段は、試料の着目する面の法線方向直交方
向に移動する機構を具備したことを特徴とする面内分布
測定装置。
8. The in-plane distribution measuring apparatus according to claim 3, wherein the electromagnetic wave generating source and / or the electromagnetic wave detecting means move in a direction orthogonal to a normal direction of a plane of interest of the sample. An in-plane distribution measuring device comprising a mechanism.
【請求項9】 請求項3〜8のいずれかに記載の面内分
布測定装置において、電磁波検出手段は、細隙を介して
電磁波を検出する電磁波検出器を用い、前記試料からの
電磁波の発生領域を制限したことを特徴とする面内分布
測定装置。
9. The in-plane distribution measuring device according to claim 3, wherein the electromagnetic wave detecting means uses an electromagnetic wave detector that detects the electromagnetic wave through a narrow gap, and generates the electromagnetic wave from the sample. An in-plane distribution measuring device characterized in that an area is limited.
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