JP3293211B2 - Laminate film evaluation method, film evaluation apparatus and thin film manufacturing apparatus using the same - Google Patents

Laminate film evaluation method, film evaluation apparatus and thin film manufacturing apparatus using the same

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JP3293211B2
JP3293211B2 JP01046693A JP1046693A JP3293211B2 JP 3293211 B2 JP3293211 B2 JP 3293211B2 JP 01046693 A JP01046693 A JP 01046693A JP 1046693 A JP1046693 A JP 1046693A JP 3293211 B2 JP3293211 B2 JP 3293211B2
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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】半導体や液晶ディスプレイ、ある
いは磁気ファイルの分野で、基板上に複数の層を積層し
た材料や素子において、各層の膜厚や密度,界面の状態
を非破壊的に評価するのに好適なX線反射率法による積
層体評価方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION In the field of semiconductors, liquid crystal displays, or magnetic files, non-destructively evaluate the thickness, density, and interface state of each layer of materials and devices with multiple layers laminated on a substrate. The present invention relates to a method for evaluating a laminate by an X-ray reflectivity method which is suitable for the above.

【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
れた膜の膜厚や密度、あるいは界面の状態はしばしば特
性に影響を与えるため、精度良く制御することが重要で
あり、そのためにはこれらの正確な評価が必須である。
このため従来種々の方法で膜厚や膜質が評価されてきて
いる。例えば探針法,電子顕微鏡による断面観察観察や
エリプソメトリーなどの方法が一般には使用されてお
り、近年X線反射率から膜厚や膜質を評価する試みがな
されている。
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 thickness and density of the formed film, or the state of the interface often affect the characteristics, it is important to control the film with high accuracy. For that purpose, accurate evaluation of these is essential.
For this reason, the film thickness and film quality have been conventionally evaluated by various methods. For example, methods such as a probe method, cross-sectional observation observation with an electron microscope, and ellipsometry are generally used. In recent years, attempts have been made to evaluate film thickness and film quality from X-ray reflectance.

【0003】この中でX線反射率を用いた方法は、大気
中でできること、光に対し透明性の無い系、例えばSi
基板やガラス基板上に金属膜を形成した系での膜厚や界
面状態の評価が可能であり、しかも試料を破壊しないと
いう利点がある。しかし、基板上に多層の薄膜が形成さ
れている場合にはX線反射率プロファイルは非常に複雑
になり膜厚を始め、密度や界面状態の正確な評価には反
射プロファイルの正確な解析が必要である。このため膜
厚の評価に関してはフーリエ解析が有効であることが論
文“K. Sakurai and A. Iida : Jpn.J.Appl.Phys. 31(1
992)L113”にて発表されており、また密度や界面状態の
評価に実験反射率と理論反射率とのカーブフィッティン
グを用いた方法が論文(例えば J. M. Baribeau:Appl.
Phys.Lett. 57(1990)1748)にて示されている。
[0003] Among them, a method using X-ray reflectivity can be performed in the air, a system having no transparency to light, for example, Si.
It is possible to evaluate the film thickness and interface state in a system in which a metal film is formed on a substrate or a glass substrate, and there is an advantage that the sample is not destroyed. However, when a multi-layer thin film is formed on a substrate, the X-ray reflectivity profile becomes very complicated and the film thickness starts, and accurate analysis of the reflection profile is required for accurate evaluation of density and interface state It is. For this reason, the paper “K. Sakurai and A. Iida: Jpn.J. Appl. Phys. 31 (1
992) L113 ”, and a method using curve fitting between experimental reflectance and theoretical reflectance to evaluate density and interface state (for example, JM Baribeau: Appl.
Phys. Lett. 57 (1990) 1748).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述したようにX線反
射率による薄膜評価はどんな対象にも適用でき、その解
析法としてのフーリエ変換法,カーブフィッティング法
とも膜厚などを求めるのに非常に有効である。これら解
析法のうち、フーリエ変換法においてはX線反射率に生
じている振動構造を正確に抽出することが最も重要であ
り、カーブフィッティング法においては正しい膜構造モ
デルで初期値としてできるだけ真値に近い値を設定する
と共に、任意のパラメータのみフィッティングできるよ
うにしておくことが重要である。しかし、従来法ではX
線反射率に生じている振動構造の抽出に、多項式等の関
数によりベースラインをあてはめ、これにより補正を行
っていた。このため用いる関数により必ずしも測定領域
全体にわたって良好なベースラインとなり得ないことが
あり、また時間もかかるという問題があった。また、従
来のカーブフィッティングは試行錯誤的にパラメータを
変えながら計算を行うため、非常に多くの時間がかかる
という問題があった。
As described above, the evaluation of thin films by X-ray reflectivity can be applied to any object, and the Fourier transform method and curve fitting method as analysis methods are very difficult to obtain film thickness and the like. It is valid. Among these analysis methods, it is most important to accurately extract the vibration structure occurring in the X-ray reflectivity in the Fourier transform method, and to the true value as the initial value with the correct film structure model in the curve fitting method as the initial value. It is important to set close values and to be able to fit only arbitrary parameters. However, in the conventional method, X
In extracting a vibration structure occurring in the linear reflectance, a baseline is applied by a function such as a polynomial, and correction is performed by this. For this reason, there is a problem that a good baseline cannot always be obtained over the entire measurement area depending on the function used, and that it takes time. Further, in the conventional curve fitting, calculation is performed while changing parameters by trial and error, so that there is a problem that much time is required.

【0005】本発明の目的は、第1にフーリエ変換によ
り解析を行うに際し、振動構造を抽出するためのベース
ラインを、短時間でかつ解析者の判断を入れながら効率
良く求める方法を提供することであり、第2にカーブフ
ィッティングにより解析する際に、フィッティングパラ
メータを自由に選択して、信頼度の高い結果が得られる
ような解析法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method for efficiently obtaining a baseline for extracting a vibration structure in a short time and with the judgment of an analyst when performing an analysis by Fourier transform. Secondly, it is an object of the present invention to provide an analysis method in which fitting parameters are freely selected when performing analysis by curve fitting so that a highly reliable result can be obtained.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の解析法を以下に示す。
An analysis method of the present invention for achieving the above object will be described below.

【0007】第1にフーリエ変換に先立つベースライン
の求め方においては、任意のベースの算出に際し、該点
の両側複数点の均等平均を計算して該点のベース値とし
これを計測点全てについて行う。端部では平均に用いる
計測点が不足するが、不足する点は除外して平均をとる
ことで行う。この処理を任意の回数だけ繰り返しできる
ようにしておくと共に、結果を1回毎もしくは所定の回
数処理する毎にディスプレイ上に表示して、解析者が更
に均等平均を行うかどうかの判断を加えることができる
ようなアルゴリズムにすることを特徴とする。
First, in a method of obtaining a baseline prior to Fourier transform, when calculating an arbitrary base, an equal average of a plurality of points on both sides of the point is calculated and used as a base value of the point. Do. Although the measurement points used for averaging are insufficient at the end, the averaging is performed by excluding the insufficient points. This process can be repeated an arbitrary number of times, and the result is displayed on the display once or every predetermined number of times, so that the analyst can determine whether or not to perform an even average. It is characterized by making the algorithm such that

【0008】第2のカーブフィッティング法において
は、あらかじめフーリエ解析により得られた値を初期値
にすると共に、フィッティングさせたいパラメータと固
定しておきたいパラメータとを解析者が任意に選択でき
るようなアルゴリズムにすることを特徴とする。
In the second curve fitting method, a value obtained by a Fourier analysis in advance is set as an initial value, and an algorithm that allows an analyst to arbitrarily select a parameter to be fitted and a parameter to be fixed. It is characterized by the following.

【0009】本発明は、測定点のX線反射率の平均を求
める平均処理を任意の回数だけ繰り返すステップと、任
意の回数平均処理する毎に前記平均処理の結果を表示す
るステップと、外部入力により更に平均処理を行うかど
うかを選択するステップと、平均処理を行うことが選択
された場合には更に平均処理を任意の回数繰り返すステ
ップと、平均処理を行わないことを選択した場合には平
均処理の結果をベースラインとして出力するステップ
と、出力されたベースラインによりX線反射率パターン
を補正し、振動成分を抽出するステップと、抽出された
振動成分をフーリエ変換するステップとを有することを
特徴とするX線反射率解析法である。
According to the present invention, the average of the X-ray reflectivities at the measurement points is obtained.
Repeating the averaging process an arbitrary number of times
Displays the result of the averaging process every time the averaging process is performed
And whether to perform further averaging by external input.
To perform the averaging process
If the averaging process is repeated
And average if you choose not to perform averaging.
Outputting the result of the average processing as a baseline
And X-ray reflectance pattern by the output baseline
Correcting the vibration component and extracting the vibration component; and
And Fourier transforming the vibration component.
This is a characteristic X-ray reflectance analysis method.

【0010】さらに、本発明は上記X線反射率解析法に
おいてX線反射率の平均を求める平均処理を均等平均を
用いた処理とすることを特徴とするX線反射率解析法で
ある。
Further, the present invention relates to the above X-ray reflectance analysis method.
Average processing to find the average of X-ray reflectivity
X-ray reflectance analysis method characterized by using
is there.

【0011】さらに本発明は、上記X線反射率解析法に
おいて、X線反射率の平均を求める平均処理を加重平均
を用いた処理あるいは加重平均と均等平均とを組み合わ
せた処理とすることを特徴とするX線反射率解析法であ
る。
Further, the present invention relates to the above-mentioned X-ray reflectance analysis method.
In addition, the averaging process for obtaining the average of the X-ray reflectance is a weighted average
Or a combination of weighted average and even average
X-ray reflectance analysis method, characterized in that
You.

【0012】さらに本発明は、上記X線反射率解析法に
おいて、上記振動成分をフーリエ変換するステップは、
初めに高速フーリエ変換を行い、高速フーリエ変換の結
果に基づいてフーリエ変換を行うことを特徴とするX線
反射率解析法である。
Further, the present invention relates to the above-mentioned X-ray reflectance analysis method.
In the above, the step of Fourier transforming the vibration component includes:
First, fast Fourier transform is performed, and the result of fast Fourier transform is obtained.
X-ray characterized by performing a Fourier transform based on the result
This is a reflectance analysis method.

【0013】さらに本発明は、上記X線反射率解析法を
用いて求められた積層体の各層の膜厚、予め与えられた
X線に対する屈折率、および予め与えられた界面ラフネ
ス等の物理パラメータに基づいて、積層体のX線入射角
に対するX線反射率を計算によって求めるステップと、
測定されたX線反射率と計算によって求められたX線反
射率とに基づいて、非線形最小二乗フィッティング法に
より積層体の膜厚、X線に対する屈折率、および界面ラ
フネス等の物理パラメータを求めるステップとを有する
ことを特徴とするX線反射率解析法である。
Further, the present invention provides an X-ray reflectivity analysis method as described above.
The thickness of each layer of the laminate determined using
X-ray refractive index and interface roughness
X-ray incident angle of the laminate based on physical parameters such as
Calculating the X-ray reflectivity for
Measured X-ray reflectivity and calculated X-ray reflectivity
To the nonlinear least-squares fitting method based on the emissivity
The film thickness of the laminate, the refractive index for X-rays, and the interface
Obtaining physical parameters such as funnels.
This is an X-ray reflectivity analysis method characterized by the following.

【0014】さらに本発明は、上記X線反射率解析法に
おいて、求められた積層体の各層の膜厚、予め与えられ
たX線に対する屈折率、および予め与えられた界面ラフ
ネス等の物理パラメータの一覧を表示するステップと、
表示された物理パラメータの一覧から非線形最小二乗フ
ィッティング法で最適化する物理パラメータを選択する
ステップと、最適化された物理パラメータを初期値とし
て非線形最小二乗フィッティング法を用いて選択された
物理パラメータを求めるステップとを有することを特徴
とするX線反射率解析法である。
Further, the present invention relates to the above-mentioned X-ray reflectance analysis method.
In the above, the film thickness of each layer of the obtained laminate is given in advance.
Index of refracted X-rays and interface roughness given
Displaying a list of physical parameters such as nesting,
From the displayed list of physical parameters,
The physical parameters to be optimized by the fitting method
Steps and optimized physical parameters as initial values
Selected using a non-linear least squares fitting method
Obtaining a physical parameter.
X-ray reflectance analysis method.

【0015】さらに本発明は、薄膜製造装置において、
測定点のX線反射率の平均処理を任意の回数だけ繰り返
し平均処理の結果を表示する表示手段と、表示された結
果に基づき更に平均処理を行うかどうか選択できるアル
ゴリズムを用いてベースラインを求める手段と、測定さ
れた前記X線反射率および前記ベースラインに基づいて
測定された前記X線反射率の振動成分を抽出する手段
と、抽出された振動成分をフーリエ変換する手段とを有
することを特徴とする薄膜製造装置である。
Further, the present invention relates to a thin film manufacturing apparatus,
Repeat the average processing of the X-ray reflectivity at the measurement point any number of times
Display means for displaying the result of the averaging process, and the displayed result
To select whether to perform further averaging based on the results.
A means to determine the baseline using the algorithm and the measured
Based on the obtained X-ray reflectivity and the baseline
Means for extracting a vibration component of the measured X-ray reflectivity
And means for performing a Fourier transform on the extracted vibration component.
A thin film manufacturing apparatus characterized in that:

【0016】さらに本発明は、上記薄膜製造装置におい
て、フーリエ変換法により求められた膜厚,予め与えら
れたX線に対する屈折率、および予め与えられた界面ラ
フネス等の物理パラメータに基づいて積層体のX線入射
角に対するX線反射率を計算によって求める手段と、測
定されたX線反射率と計算によって求められた前記X線
反射率とに基づいて、非線形最小二乗フィッティング法
により積層体の膜厚,X線に対する屈折率、および界面
ラフネス等の物理パラメータを求める手段と、求められ
た物理パラメータを成膜条件にフィードバックすること
により、プロセス制御する手段と有することを特徴とす
る薄膜製造装置である。
Further, the present invention relates to the above thin film manufacturing apparatus.
And the film thickness obtained by the Fourier transform method
Index of refraction for given X-rays,
X-ray incidence on laminate based on physical parameters such as funes
Means for calculating the X-ray reflectivity for the angle by calculation;
X-rays determined by calculation and X-ray reflectivity determined
Nonlinear least squares fitting method based on reflectance
The thickness of the laminate, the refractive index for X-rays, and the interface
Means for determining physical parameters such as roughness
Feedback physical parameters to the deposition conditions
And means for controlling the process.
This is a thin film manufacturing apparatus.

【0017】さらに本発明は、X線反射率測定装置にお
いて、測定点のX線反射率の平均処理を任意の回数繰り
返し、その平均処理の結果を表示する表示手段と、更に
平均処理を行うかどうか選択できるアルゴリズムを用い
てベースラインを求める手段と、測定されたX線反射率
および求められたベースラインに基づいて測定されたX
線反射率の振動成分を抽出する手段と、抽出された振動
成分をフーリエ変換する手段とを有することを特徴とす
るX線反射率測定装置である。
Further, the present invention relates to an X-ray reflectometer.
Averaging the X-ray reflectivity at the measurement point an arbitrary number of times
Display means for displaying the result of the averaging process.
Using an algorithm that can select whether to perform averaging
Means to determine the baseline by using the measured X-ray reflectivity
And X measured based on the determined baseline
Means for extracting a vibration component of the linear reflectance, and the extracted vibration
Means for Fourier transforming the components.
X-ray reflectometer.

【0018】さらに本発明は、上記X線反射率測定装置
において、フーリエ変換法により求められた膜厚、予め
与えられたX線に対する屈折率、および予め与えられた
界面ラフネス等の物理パラメータに基づいて、積層体の
X線入射角に対するX線反射率を計算によって求める手
段と、測定されたX線反射率と計算によって求められた
前記X線反射率とに基づいて、非線形最小二乗フィッテ
ィング法により積層体の膜厚、X線に対する屈折率、お
よび界面ラフネス等の物理パラメータを求める手段とを
有することを特徴とするX線反射率測定装置である。
Further, the present invention provides the above-mentioned X-ray reflectance measuring apparatus.
In, the film thickness obtained by the Fourier transform method,
Index of refraction for a given x-ray, and given
Based on physical parameters such as interface roughness,
A method for calculating the X-ray reflectivity with respect to the X-ray incident angle by calculation
Step, measured X-ray reflectivity and calculated
Based on the X-ray reflectivity, a nonlinear least squares fite
The thickness of the laminate, the refractive index for X-rays, and the
And means for determining physical parameters such as interface roughness.
An X-ray reflectivity measuring apparatus characterized by having:

【0019】さらに本発明は、上記X線反射率解析法に
おいて、複数の膜が積層された積層体について、X線反
射率解析法により求めた膜厚等の物理パラメータに基づ
いて積層体のX線入射角に対するX線反射率を計算によ
って求めるステップと、測定されたX線入射角に対する
X線反射率と計算によって求められたX線反射率とに基
づいて非線形最小二乗フィッティング法により積層体の
膜厚、X線に対する屈折率、および界面ラフネス等の物
理パラメータを求めるステップとを有することを特徴と
するX線反射率解析法である。
Further, the present invention relates to the above-mentioned X-ray reflectance analysis method.
In addition, for a laminate in which a plurality of films are laminated, an X-ray counter
Based on physical parameters such as film thickness obtained by emissivity analysis
And calculate the X-ray reflectivity of the laminate with respect to the X-ray incidence angle.
And the measured X-ray incidence angle
Based on the X-ray reflectivity and the calculated X-ray reflectivity
Of the stack by the nonlinear least squares fitting method
Thickness, refractive index to X-rays, interface roughness, etc.
Determining a logical parameter.
X-ray reflectance analysis method.

【0020】さらに本発明は、X線反射率測定装置にお
いて、測定点のX線反射率の平均処理を任意の回数だけ
繰り返す手段と、任意の回数平均処理する毎に平均処理
の結果を表示する表示手段と、表示された結果に基づき
更に平均処理を行うかどうかを選択する手段と、平均処
理を行うことが選択されたときには更に平均処理を任意
の回数繰り返す手段と、平均処理を行わないことを選択
したときには平均処理の結果をベースラインとして出力
する手段と、出力されたベースラインによりX線反射率
パターンを補正し振動成分を抽出する手段と、振動成分
をフーリエ変換した結果を出力する手段と、フーリエ変
換した結果に基づいて膜厚等の物理パラメータを求める
手段と、求められた膜厚等の物理パラメータに基づいて
積層体のX線入射角に対するX線反射率を計算によって
求める手段と、測定されたX線反射率と計算によって求
められたX線反射率とに基づいて非線形最小二乗フィッ
ティング法により積層体の膜厚、X線に対する屈折率、
および界面ラフネス等の物理パラメータを求める手段と
を有することを特徴とするX線反射率測定装置である。
Further, the present invention relates to an X-ray reflectometer.
Averaging the X-ray reflectivity at the measurement point an arbitrary number of times
Means to repeat and averaging every time averaging is performed any number of times
Display means for displaying the result of the
Means for selecting whether or not to perform averaging processing;
If averaging is selected, further averaging is optional.
To repeat the number of times and not to perform averaging
Output the result of averaging as a baseline
Means and X-ray reflectivity by the output baseline
Means for correcting a pattern and extracting a vibration component, and a vibration component
Means for outputting the result of Fourier transform of
Calculate physical parameters such as film thickness based on the result
Based on the means and the physical parameters such as the determined film thickness
By calculating the X-ray reflectivity for the X-ray incident angle of the laminate
Means for obtaining the calculated X-ray reflectivity and calculation.
Nonlinear least squares fit based on the measured X-ray reflectivity
The thickness of the laminate, the refractive index for X-rays,
And means for determining physical parameters such as interface roughness
An X-ray reflectometer comprising:

【0021】[0021]

【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。
According to the present invention, the above object is achieved by the following operations.

【0022】図1はフーリエ解析においてベースライン
を求め、これを用いてフーリエ変換するまでの手順であ
る。
FIG. 1 shows a procedure for obtaining a baseline in Fourier analysis and performing Fourier transform using the baseline.

【0023】また図2はベースラインを求める過程での
ディスプレイ上の結果である。1回目の段階ではベース
ラインにまだ振動構造が残存しており、ベースラインと
しては不適当であることが容易に分かる。更に均等平均
を繰り返し、3回目の段階ではベースラインは計測範囲
全体に渡って滑らかになっており、これで充分であるこ
とが分かる。この後、計測値をこのベースラインで補正
すれば、反射率プロファイル全体に渡って振動構造が抽
出でき、より正しいフーリエ変換が可能となる。
FIG. 2 shows the result on the display in the process of obtaining the baseline. At the first stage, the vibration structure still remains at the baseline, and it is easily understood that the vibration structure is inappropriate as the baseline. Further, the uniform averaging is repeated, and at the third stage, the baseline is smooth over the entire measurement range, which indicates that this is sufficient. Thereafter, if the measured value is corrected with this baseline, the vibration structure can be extracted over the entire reflectance profile, and a more correct Fourier transform can be performed.

【0024】次に第2のカーブフィッティング法の手順
を図20に示す。初期値を設定するとき、膜に関するパ
ラメータは全て正であることを利用する。すなわち、固
定しておきたいパラメータの初期値には−符号を、また
フィッティングさせたいパラメータには+符号を付与し
ておく。解析プログラムでこれら初期値を読み込んだ
後、その正負を判定し、+符号のみ取り出して新たに番
号を付すと共に、順次並べ替えておく。この後、通常の
フィッティングプログラム、例えばマルカート法による
非線形最小二乗フィッティング法により、フィッティン
グパラメータのみの最適化が可能となる。
Next, the procedure of the second curve fitting method is shown in FIG. When setting the initial value, it is used that all parameters relating to the film are positive. That is, a minus sign is given to an initial value of a parameter to be fixed, and a plus sign is given to a parameter to be fitted. After reading these initial values by the analysis program, the sign is determined, only the + sign is taken out, a new number is given, and the values are sequentially rearranged. After that, it is possible to optimize only the fitting parameters by a normal fitting program, for example, a nonlinear least-squares fitting method using the Marquardt method.

【0025】[0025]

【実施例】【Example】

実施例1 請求項1記載のX線反射率解析法の実施例として厚さ約
80nmの銅膜を蒸着法により表面に形成させた溶融石
英基板上にカーボン膜をスパッタ法により形成し、カー
ボン膜及び銅膜の膜厚を求めた。
Example 1 As an example of the X-ray reflectivity analysis method according to claim 1, a carbon film is formed by sputtering on a fused quartz substrate having a copper film having a thickness of about 80 nm formed on the surface by vapor deposition. And the thickness of the copper film.

【0026】X線反射率の測定はX線源にCuターゲッ
トを用い、発生するX線Ge(111)分光結晶で分光、C
uKα1を取り出し入射X線とした。測定角度範囲は0.
1°〜1.1°とし、角度のステップは0.001°、計
測点数は1001点とした。図1に本手法のデータ処理
手順の一例を表したフローチャートを示した。図3に計
測したX線反射強度を全反射強度で規格化した反射率の
角度依存性曲線1を示す。
The measurement of the X-ray reflectivity is performed by using a Cu target as an X-ray source, separating the generated X-ray Ge (111)
and the incident X-ray taken out uKα 1. The measurement angle range is 0.
The angle was 1 ° to 1.1 °, the angle step was 0.001 °, and the number of measurement points was 1001. FIG. 1 is a flowchart showing an example of a data processing procedure of the present method. FIG. 3 shows an angle dependence curve 1 of the reflectance obtained by normalizing the measured X-ray reflection intensity by the total reflection intensity.

【0027】図3の反射率曲線1は数1により近似でき
る。
The reflectance curve 1 shown in FIG.

【0028】[0028]

【数1】 (Equation 1)

【0029】数1からX線反射率曲線にはカーボン膜,
銅膜、及びカーボン膜+銅膜の層構造に起因する振動成
分が重畳する。これらの振動成分の周期には各層の厚み
dと屈折率δが寄与する。
From equation (1), the X-ray reflectance curve shows a carbon film,
Vibration components resulting from the layer structure of the copper film and the carbon film + the copper film are superimposed. The thickness d of each layer and the refractive index δ contribute to the period of these vibration components.

【0030】フーリエ変換によりこれらの振動成分を解
析する上で、振動成分以外の構造は解析上の妨害となる
ため、振動成分以外の成分をベースライン補正により除
去する。
In analyzing these vibration components by the Fourier transform, since the structure other than the vibration components hinders the analysis, the components other than the vibration components are removed by baseline correction.

【0031】ここで反射率曲線1の実測値をN点のデー
タセット{θn ,R(θn )、ただしn=1,N}で表現
する。X線反射率曲線R(θn)に対するベースライン曲
線B(θn)を数2の様にR(θn)を均等平均して求める。
Here, the measured value of the reflectance curve 1 is represented by a data set of {N} points {θ n , R (θ n ), where n = 1, N}. X-ray reflectance curve R (theta n) baseline curve B (θ n) as the number 2 for the R a (theta n) obtained by equally average.

【0032】[0032]

【数2】 (Equation 2)

【0033】数2ではLを大きく取ることにより、平滑
化の効率を高めることができる半面、理論的に計算量が
増えることになるが、加重平均でなく均等平均を採用す
ることにより、数3の関係式が利用でき、効率化を図れ
るため、極めて迅速にB(θn)を得ることができる。
In equation (2), by increasing L, the smoothing efficiency can be improved, but the amount of calculation theoretically increases. However, by adopting an equal average instead of a weighted average, the equation (3) is obtained. B (θ n ) can be obtained very quickly because the relational expression of ( 1 ) can be used and efficiency can be improved.

【0034】[0034]

【数3】 (Equation 3)

【0035】なお、数2においてn<L及びn>N−L
となる端点付近でのB(θn)の計算においては平均に用
いる前後各L個のR(θn+a)が揃わないため、(2L+
1)点で均等平均を取ることができない。そこで、本実
施例では足りない分は除外して平均を取ることとした。
すなわち、n=1及びn=N−Lの端点ではB(θn)を
(L+1)個のデータの平均で求める。なお、この他に
も端点の先にL個の値を補填して全領域で(2L+1)
点での均等平均を取る手法を用いることも可能である。
In Equation 2, n <L and n> NL
In the calculation of B (θ n ) in the vicinity of the end point where L (θ n + a ) before and after L used for averaging are not uniform, (2L +
1) It is not possible to take an even average at a point. Therefore, in the present embodiment, the average is calculated by excluding the missing parts.
That is, at the end points of n = 1 and n = NL, B (θ n ) is obtained by averaging (L + 1) data. In addition, in addition to the above, L values are supplemented before the end point to make (2L + 1) in the entire area.
It is also possible to use a method of taking an even average at points.

【0036】さて、B(θ)はベースラインであるので、
解析上有用な周期構造の情報が含まれることは望ましく
ない。しかし現実的には、一回の均等平均計算では、周
期構造がB(θ)に残ってしまうことが少なくない。そこ
で、数4のように、ベースライン曲線B(θ)の均等平均
を取ることを繰り返し、周期構造の含まれないベースラ
インを算出する。
Now, since B (θ) is the baseline,
It is not desirable to include information on the periodic structure that is useful for analysis. However, in reality, it is not rare that the periodic structure remains in B (θ) in one equal average calculation. Therefore, as shown in Expression 4, the average of the baseline curve B (θ) is repeatedly taken to calculate a baseline that does not include the periodic structure.

【0037】[0037]

【数4】 (Equation 4)

【0038】図4にL=12で25点の均等平均した例
を示す。図4中のベースライン2,3,4はそれぞれ繰
り返し回数mが3,6,9のときのベースラインで、ベ
ースライン3,4は意図的に下にずらして表示してい
る。このような途中経過のベースラインのプロファイル
を図2に示したように画面上でX線反射率測定結果に重
ねて表示し、ベースラインとして充分であるかオペレー
タに問い合わせる。この際、その段階でのベースライン
で補正した結果も判断基準として表示することも可能で
ある。図2の第1段階ではまだ周期構造が残存している
ため、ベースラインが充分か否かという問いかけに対し
オペレータはNOを入力し、均等平均を続行させる。こ
れを繰り返し、第3段階に達したときベースラインは計
測範囲全体に渡って滑らかになっているので、このとき
オペレータがYESを入力すれば、数5により補正が行
われ、振動構造が抽出される。
FIG. 4 shows an example in which L = 12 and 25 points are averaged equally. Baselines 2, 3, and 4 in FIG. 4 are baselines when the number of repetitions m is 3, 6, and 9, respectively. Baselines 3 and 4 are intentionally shifted downward. As shown in FIG. 2, the profile of such an intermediate baseline is displayed on the screen so as to be superimposed on the X-ray reflectance measurement result, and an operator is inquired whether the baseline is sufficient. At this time, the result corrected by the baseline at that stage can also be displayed as a criterion. In the first stage of FIG. 2, since the periodic structure still remains, the operator inputs NO in response to the question as to whether or not the baseline is sufficient, and continues the uniform averaging. This is repeated, and when the third stage is reached, the baseline is smooth over the entire measurement range. If the operator inputs YES at this time, the correction is performed according to Equation 5, and the vibration structure is extracted. You.

【0039】[0039]

【数5】 (Equation 5)

【0040】数5でlog 値を取っているのは1つには純
粋に振動成分を抽出する目的から、振動構造の中心をゼ
ロレベルに近付けるためである。
The reason for taking the log value in Equation 5 is, in part, to bring the center of the vibration structure closer to zero level for the purpose of purely extracting the vibration component.

【0041】なお、あらゆる系にフレキシブルな対応が
できるようオペレータの判断を要求する例を示したが、
求めたベースラインの妥当性をコンピュータにより判断
させこの操作を自動化することも勿論可能である。ベー
スラインの妥当性の判定基準として例えばベースライン
自身に含まれる振動成分の度合い、均等平均の繰り返し
によるベースラインの変化の度合いなどがある。
Although an example has been shown in which an operator's judgment is required so that any system can be flexibly dealt with,
It is of course possible to make the computer determine the validity of the obtained baseline and automate this operation. The criteria for determining the validity of the baseline include, for example, the degree of the vibration component included in the baseline itself, and the degree of change of the baseline due to repetition of the uniform average.

【0042】ここで、フーリエ変換による解析には全領
域のデータが使用できるわけではない。臨界角θc より
小さなθには周期構造が生じていないし、θが大きくな
れば反射率が減少し、構造が雑音に埋もれてしまってお
り、これらも含めてフーリエ変換をかけることは精度を
落す原因となる。そこで、精度良く解析を行うためにフ
ーリエ変換する領域を指定する。
Here, data of all regions cannot be used for analysis by Fourier transform. The periodic structure does not occur at θ smaller than the critical angle θ c, the reflectance decreases as θ increases, and the structure is buried in noise, and applying Fourier transform including these lowers the accuracy Cause. Therefore, an area to be Fourier-transformed is specified in order to perform analysis with high accuracy.

【0043】実際の手順としてディスプレイ上に図5の
ように補正したプロファイル5を表示し、オペレータに
キーボードやマウスを用いて、フーリエ変換に使用する
θの上限と下限とを指定させる。
As an actual procedure, the corrected profile 5 is displayed on the display as shown in FIG. 5, and the operator is caused to designate an upper limit and a lower limit of θ used for the Fourier transform using a keyboard or a mouse.

【0044】ここで、オペレータが図5の領域6を指定
したとする。
Here, it is assumed that the operator has designated the area 6 in FIG.

【0045】解析に当ってまず、カーボン膜に着目す
る。このとき数6によりΘを定義する。
In the analysis, first, attention is paid to the carbon film. At this time, Θ is defined by Expression 6.

【0046】[0046]

【数6】 (Equation 6)

【0047】このときδとしてカーボン膜のδの値を用
いる。これによりカーボン膜に起因する周期成分は数7
で表され、横軸をΘに変換することにより、カーボン膜
に起因する周期構造の周期が完全に一定値になる。
At this time, the value of δ of the carbon film is used as δ. As a result, the periodic component caused by the carbon film becomes
By converting the horizontal axis into Θ, the period of the periodic structure caused by the carbon film becomes a completely constant value.

【0048】[0048]

【数7】 (Equation 7)

【0049】この様な条件下でフーリエ解析が真に有効
になる。ただしこのとき、δはカーボン膜の値を使用し
ているので銅膜の周期構造に関しては周期が一定になら
ず、少しずつ周期がずれていることは明白である。
Under such conditions, Fourier analysis becomes truly effective. However, at this time, since δ uses the value of the carbon film, it is clear that the period is not constant with respect to the periodic structure of the copper film, and the period is slightly shifted.

【0050】実際の測定ではθを等間隔に変化させ、デ
ータサンプリングしているため、Θの測定値は等間隔に
はならない。フーリエ変換は数値積分であり、横軸が等
間隔で並んでいることが計算上望ましい。特に高速フー
リエ変換のアルゴリズムを利用する際には横軸のデータ
が等間隔に並んでいる必要が有る。また、高速フーリエ
変換を前提とする場合、データ点数は2のべき乗個であ
る必要が有る。
In actual measurement, since θ is changed at regular intervals and data sampling is performed, the measured values of Θ do not become regular intervals. The Fourier transform is a numerical integration, and it is desirable for calculation that the horizontal axes are arranged at equal intervals. In particular, when using the fast Fourier transform algorithm, the data on the horizontal axis must be arranged at equal intervals. When fast Fourier transform is assumed, the number of data points must be a power of two.

【0051】したがって、Θを等間隔で変化させながら
2のべき乗個、I(Θ)を測定できれば、解析上都合がよ
いが現実的にはそのようなスキャンは不可能である。そ
こで、図5で指定した周期構造が明瞭に観察されている
任意のθ区間6について、θからΘに横軸を変換し、指
定された区間を等分割してデータ点数が2のべき乗個と
なるようにΘを再設定し、I(Θ)をデータ補間法により
計算することとした。補間アルゴリズムとしては様々な
ものが存在するが本実施例では補間するθ′値に最も近
い実測データの組み合わせ{Θ,I(Θ)}三組からI
(Θ)を二次関数の形で決定し、等間隔で設定したΘに対
応するI(Θ)を算出する手法を用いた。
Therefore, if it is possible to measure the power of 2 and I (Θ) while changing Θ at equal intervals, it is convenient in terms of analysis, but such a scan is practically impossible. Therefore, for an arbitrary θ section 6 in which the periodic structure specified in FIG. 5 is clearly observed, the horizontal axis is converted from θ to Θ, and the specified section is equally divided so that the number of data points is 2 powers. Θ was reset so that I (Θ) was calculated by the data interpolation method. There are various interpolation algorithms, but in this embodiment, the combination of the measured data closest to the θ ′ value to be interpolated {Θ, I (Θ) か ら
(Θ) was determined in the form of a quadratic function, and a method of calculating I (Θ) corresponding to Θ set at equal intervals was used.

【0052】このとき、カーボン膜の屈折率δが必要に
なるが、図2左下の拡大図に見られる反射率が激減する
角度θc はカーボン膜表面で全反射が起こる臨界角であ
る。この臨界角θc と屈折率δとの間には数8が成立す
る。
At this time, the refractive index δ of the carbon film is required. The angle θ c at which the reflectivity sharply decreases as shown in the enlarged view at the lower left of FIG. 2 is a critical angle at which total reflection occurs on the surface of the carbon film. The number 8 is established between the critical angle theta c and a refractive index [delta].

【0053】[0053]

【数8】 (Equation 8)

【0054】カーボンの臨界角θc は図3から読み取っ
て約0.21° であるので、屈折率δは数8から約0.00
000672の近似値が得られる。こうして得られた屈折率を
用いて横軸をΘに変換し、さらに上述した補間法により
Θが等間隔なデータセットに変換した後、フーリエ変換
した結果を図6の実線に示す。
Since the critical angle θ c of carbon is about 0.21 ° as read from FIG. 3, the refractive index δ is
An approximate value of 000672 is obtained. Using the refractive index thus obtained, the horizontal axis is converted to 、, and Θ is converted to a data set with equal intervals by the above-described interpolation method, and the result of Fourier transform is shown by the solid line in FIG.

【0055】ピークは周期成分を示しており、チャンネ
ル数xから数9を用いて膜厚が換算される。
The peak indicates a periodic component, and the film thickness is converted using the number 9 from the number of channels x.

【0056】[0056]

【数9】 (Equation 9)

【0057】なお、ここでは数値積分によるフーリエ変
換を用いた結果を示したが、高速フーリエ変換のアルゴ
リズムを用いることも当然可能である。その時にはΘを
等間隔にして、補間をするときにデータ数を2のべき乗
個にすると便利である。
Although the result using the Fourier transform by numerical integration is shown here, it is naturally possible to use an algorithm of the fast Fourier transform. At that time, it is convenient to make Θ equal intervals and to make the number of data a power of 2 when performing interpolation.

【0058】ピーク7とピーク8は数9からそれぞれ3
4.7nmと89.8nmの膜厚に相当する。試料の作成
条件からピーク8は銅膜のものと考えられ、ピーク7が
カーボン膜のものと推察される。
The peak 7 and the peak 8 are 3
This corresponds to a film thickness of 4.7 nm and 89.8 nm. From the preparation conditions of the sample, it is considered that the peak 8 is for the copper film and the peak 7 is for the carbon film.

【0059】つぎに銅膜に着目し、解析する。銅の臨界
角θc は図3において明確に得られていない。この様な
場合には、数10によってδを近似できる。
Next, attention is paid to the copper film for analysis. The critical angle θ c of copper is not clearly obtained in FIG. In such a case, δ can be approximated by Expression 10.

【0060】[0060]

【数10】 (Equation 10)

【0061】銅の比重は8.93 であり、原子番号は2
9、原子量は63.546であることからδとして0.0000261
の近似値が得られる。この屈折率の値を用い、カーボン
膜に着目したときと同様に横軸を変換し、フーリエ変換
した結果を図6点線に示した。ピーク9とピーク10は
それぞれ数9から28.1nmと78.0nmの膜厚に相
当する。ピーク10はピーク8と同様、銅膜によるもの
と考えられ、銅膜の屈折率をΘの補正に用いたピーク1
0でフーリエ変換強度は大きくなっている。一方、ピー
ク7とピーク9はカーボン膜によるものであるので、カ
ーボン膜の屈折率をΘの補正に用いているピーク7でフ
ーリエ変換強度が大きくなっている。
The specific gravity of copper is 8.93 and the atomic number is 2
9. Since the atomic weight is 63.546, δ is 0.0000261 as δ.
Is obtained. Using the value of the refractive index, the horizontal axis is converted in the same manner as when focusing on the carbon film, and the result of Fourier transform is shown by the dotted line in FIG. Peak 9 and peak 10 correspond to the film thickness of 28.1 nm and 78.0 nm, respectively, from Formula 9 The peak 10 is considered to be due to the copper film, similarly to the peak 8, and the peak 1 in which the refractive index of the copper film was used to correct Θ.
At 0, the Fourier transform strength increases. On the other hand, since the peaks 7 and 9 are due to the carbon film, the Fourier transform intensity is high at the peak 7 where the refractive index of the carbon film is used for correcting Θ.

【0062】各層の膜厚決定にはそれぞれの膜の屈折値
を用いる必要があり、その屈折率の妥当性はフーリエ変
換強度に反映される。本例ではピーク7とピーク10が
有効であり、カーボン膜は34.7nm、銅膜は78.0
nmであると評価できる。
It is necessary to use the refractive value of each film to determine the film thickness of each layer, and the validity of the refractive index is reflected in the Fourier transform intensity. In this example, the peaks 7 and 10 are effective, the carbon film is 34.7 nm, and the copper film is 78.0.
It can be evaluated as nm.

【0063】以上説明した様に20点以上の均等平均を
繰り返すことによりベースラインが迅速に得られ、実測
値から容易に周期成分を抽出でき、フーリエ変換による
効率の良い膜厚評価を実現できる。
As described above, a baseline is quickly obtained by repeating the uniform averaging of 20 or more points, a periodic component can be easily extracted from an actually measured value, and efficient film thickness evaluation by Fourier transform can be realized.

【0064】実施例2第2 のX線反射率解析法の実施例として実施例1と同一
試料,測定データを用いてカーボン膜及び銅膜の膜厚を
求める。
Embodiment 2 As an embodiment of the second X-ray reflectivity analysis method, the film thicknesses of the carbon film and the copper film are obtained by using the same sample and the measurement data as in the embodiment 1.

【0065】図7に本手法のデータ処理手順の一例を表
したフローチャートを示した。本手法では振動の周期構
造を抽出するためのベースラインを任意の1点をスター
ト点として加重平均を繰り返して求める。図8に求めた
ベースライン(実線)と実測値(点線)を示した。図8
の実線はスタート点として入射角0.42° を指定し、
7点加重平均を7点加重平均を、平均操作の繰り返しを
継続するか否かを選択する方法により1200回繰り返
して得たベースラインである。こうして得られたベース
ラインにより補正した結果を図9に示す。この手法によ
れば特に小入射角でのベースラインの歪みが小さいとい
う利点がある。なお、任意の1点を固定しその点から均
等平均をとることを繰り返しベースラインを求める手段
や一部を加重平均,残りを均等平均をとることを繰り返
すことで求める手段もデータのプロファイルに応じて使
いわけることも当然可能である。
FIG. 7 is a flowchart showing an example of a data processing procedure of the present method. In this method, a baseline for extracting a periodic structure of vibration is obtained by repeatedly performing weighted averaging with an arbitrary point as a start point. FIG. 8 shows the obtained baseline (solid line) and measured value (dotted line). FIG.
Solid line designates an incident angle of 0.42 ° as the starting point,
7-point weighted average of the weighted average of 7 points, the repetition of the average operation
This is a baseline obtained by repeating 1200 times by a method of selecting whether or not to continue . FIG. 9 shows the result of correction based on the thus obtained baseline. According to this method, there is an advantage that distortion of the baseline at a small incident angle is small. In addition, a means for obtaining a baseline by repeatedly fixing an arbitrary point and taking an equal average from that point, and a means for obtaining a weighted average of a part and obtaining a uniform average by repeating the rest also correspond to the data profile. Of course, it is possible to use them properly.

【0066】こうして得られた補正値から実施例1と同
様の手法,範囲でフーリエ変換に使用するθの上限と下
限とを指定し、更に実施例1と同様カーボン膜,銅膜両
方の屈折率δを用いて横軸を変換し、Θを等間隔にして
補間を行う、フーリエ変換した結果を図10に示す。実
線はカーボン膜、点線は銅膜の屈折率を用いた結果であ
る。
From the correction values thus obtained, the upper limit and the lower limit of θ used for the Fourier transform are specified in the same method and range as in the first embodiment. Further, as in the first embodiment, the refractive indices of both the carbon film and the copper film are specified. FIG. 10 shows the result of Fourier transform in which the horizontal axis is transformed using δ and interpolation is performed with Θ being equally spaced. The solid line is the result using the refractive index of the carbon film, and the dotted line is the result using the refractive index of the copper film.

【0067】ピーク11とピーク12は数9からそれぞ
れ34.7nmと89.8nmの膜厚に相当する。試料の
作成条件からピーク12は銅膜のものと考えられ、ピー
ク11がカーボン膜のものと推察される。ピーク13と
ピーク14はそれぞれ数9から28.1nmと78.0n
mの膜厚に相当する。ピーク12とピーク14は銅膜に
よるものであるので、銅膜の屈折率をΘの補正に用いた
ピーク14でフーリエ変換強度は大きくなっている。一
方、ピーク11とピーク13はカーボン膜によるもので
あるので、カーボン膜の屈折率をΘの補正に用いている
ピーク11でフーリエ変換強度が大きくなっている。
The peak 11 and the peak 12 correspond to the film thicknesses of 34.7 nm and 89.8 nm, respectively, from Equation 9. From the preparation conditions of the sample, it is considered that the peak 12 is for the copper film and the peak 11 is for the carbon film. The peaks 13 and 14 correspond to the numbers 9 to 28.1 nm and 78.0 n, respectively.
m. Since the peaks 12 and 14 are due to the copper film, the Fourier transform intensity is high at the peak 14 where the refractive index of the copper film is used for correcting Θ. On the other hand, since the peaks 11 and 13 are due to the carbon film, the Fourier transform intensity is high at the peak 11 where the refractive index of the carbon film is used for correcting Θ.

【0068】各層の膜厚はそれぞれの膜の屈折率を用い
て行う必要があることからピーク11とピーク14が本
例では有効であり、カーボン膜は34.7nm、銅膜は
78.0nm であると評価できる。
Since the thickness of each layer needs to be determined by using the refractive index of each film, peaks 11 and 14 are effective in this example. The carbon film has a thickness of 34.7 nm and the copper film has a thickness of 78.0 nm. We can evaluate that there is.

【0069】このように任意の1点を選び値を固定し、
この点をスタート点として加重平均を繰り返すことによ
り小入射角で歪の小さいベースラインを得ることがで
き、実測値から容易に周期成分を抽出でき、フーリエ変
換による効率の良い膜厚評価を実現できる。
As described above, an arbitrary point is selected and the value is fixed.
By repeating weighted averaging with this point as a starting point, a baseline with a small incident angle and a small distortion can be obtained, a periodic component can be easily extracted from an actual measurement value, and efficient film thickness evaluation by Fourier transform can be realized. .

【0070】実施例3第3 のX線反射率解析法の実施例として実施例1と同一
試料,測定データを用いてカーボン膜及び銅膜の膜厚を
求める場合を考える。図11にそのフローチャートの一
例を示した。
Embodiment 3 As an embodiment of the third X-ray reflectivity analysis method, the case where the thicknesses of a carbon film and a copper film are obtained by using the same sample and measurement data as in the embodiment 1 will be considered. FIG. 11 shows an example of the flowchart.

【0071】実施例1に示した様に均等平均の繰返しに
より求めたベースラインで補正を行い、横軸をΘに変換
し、等間隔にデータが並ぶよう補間したものをフーリエ
変換し、ピークから膜厚を評価する際、まず全周期成分
を高速に計算できる高速フーリエ変換のアルゴリズムで
フーリエ変換する。このときには補間データ点数は2の
べき乗個になるように間隔を区切った。その結果を図1
2の高速フーリエ変換結果の様に画面に表示する。この
際、ベースライン補正には実施例2に示した加重平均を
繰り返す方法を用いることも当然可能である。
As shown in the first embodiment, the correction is performed using the baseline obtained by repeating the uniform averaging, the horizontal axis is converted into Θ, and the data obtained by performing interpolation so that the data are arranged at equal intervals is subjected to Fourier transform. When evaluating the film thickness, first, a Fourier transform is performed by a fast Fourier transform algorithm that can calculate all the periodic components at high speed. At this time, the intervals were divided so that the number of interpolation data points was a power of two. Figure 1 shows the results.
It is displayed on the screen like the result of the fast Fourier transform of 2. At this time, it is naturally possible to use the method of repeating the weighted average shown in the second embodiment for the baseline correction.

【0072】オペレータは画面上のピークの内、より詳
細にフーリエ変換したいピークもしくは領域を指定し、
指定のピーク付近もしくは領域を数値積分によるフーリ
エ変換でより詳細にフーリエ変換を行い、その結果を画
面に表示する。例えば図12の高速フーリエ変換結果で
はチャンネル数xが15付近で大きなピークが見られ
る。そこでチャンネル数15付近を図12の20倍細分
化して数値積分によりフーリエ変換した結果を求め、図
13の様に表示した。図13の実線は詳細に数値積分に
よりフーリエ変換した結果で、点線は高速フーリエ変換
の結果である。
The operator designates a peak or an area to be Fourier-transformed in more detail among the peaks on the screen,
Fourier transform is performed in more detail on the vicinity of the specified peak or in the area by Fourier transform by numerical integration, and the result is displayed on the screen. For example, in the result of the fast Fourier transform in FIG. 12, a large peak is seen when the number of channels x is around 15. Therefore, the result of the Fourier transform obtained by subdividing the vicinity of the number of channels 15 by 20 in FIG. 12 by numerical integration and displaying it as shown in FIG. The solid line in FIG. 13 is the result of Fourier transform by numerical integration in detail, and the dotted line is the result of fast Fourier transform.

【0073】数値積分によるフーリエ変換は詳細な解析
が可能であるが、計算時間が非常に多く掛かるため広い
周期領域を計算するには不利である。一方、高速フーリ
エ変換は迅速に全領域を計算できるので、どの領域にピ
ークがあるかの見当を付けるのには適しているが、詳細
な解析には使用できない。そこで、本手法のように最初
に高速フーリエ変換し、全周期領域のプロファイルを求
めておき、必要なピークをピックアップし、その部分の
みの詳細なフーリエ変換を行うことにより、迅速かつ効
率的に解析が可能になる。
The Fourier transform by numerical integration enables a detailed analysis, but it is disadvantageous for calculating a wide periodic region because the calculation time is extremely long. On the other hand, the fast Fourier transform can quickly calculate the entire region, and thus is suitable for estimating a region in which a peak exists, but cannot be used for detailed analysis. Therefore, fast Fourier transform is first performed as in this method, the profile of the entire periodic area is obtained, the required peak is picked up, and a detailed Fourier transform is performed on only that portion, thereby quickly and efficiently analyzing the peak. Becomes possible.

【0074】実施例4第4 のX線反射率解析法の実施例として実施例1と同一
試料,測定データを用いて銅膜の屈折率を求めた例を示
す。
Example 4 As an example of the fourth X-ray reflectivity analysis method, an example in which the refractive index of a copper film was obtained using the same sample and measurement data as in Example 1 will be described.

【0075】図14に本手法のデータ処理手順の一例を
表したフローチャートを示した。
FIG. 14 is a flowchart showing an example of a data processing procedure of the present method.

【0076】屈折率δの値を変化させながら実施例1と
同様の手順でフーリエ変換し、銅膜に起因するピークの
フーリエ変換強度を求め、屈折率δと銅膜に起因するピ
ークのフーリエ変換強度の相関を求めた結果を図15に
示す。δ=0.000024でフーリエ変換強度が最大となるこ
とから銅膜のδは0.000024であることが本手法によりわ
かる。また、このδを用いたときの銅膜の膜厚は79.
9nm である。屈折率δが明確に分からない場合は数
8や数10により近似できるが、本手法によって、より
正確な値を得ることができる。また、本手法により定ま
る屈折率δと数10を用いれば極薄膜の密度ρの簡易な
評価が可能である。
Fourier transform is performed in the same procedure as in Example 1 while changing the value of the refractive index δ, and the Fourier transform intensity of the peak caused by the copper film is obtained. The Fourier transform of the peak caused by the refractive index δ and the copper film is performed. FIG. 15 shows the result of calculating the intensity correlation. Since the Fourier transform intensity becomes maximum when δ = 0.000024, it can be seen by the present method that δ of the copper film is 0.000024. The thickness of the copper film using this δ is 79.
9 nm. When the refractive index δ is not clearly understood, it can be approximated by Expressions 8 and 10, but a more accurate value can be obtained by this method. Further, by using the refractive index δ and Equation 10 determined by this method, it is possible to easily evaluate the density ρ of the ultrathin film.

【0077】本手法を用いたもう一例としてシリコン基
板上の屈折率δ,膜厚d共に未知な有機膜を評価した例
を示す。図16にこの試料の実測したX線反射率曲線を
示した。X線反射率測定条件は測定範囲が入射角0.2
5〜1.0°であることを除けば、実施例1と同一であ
る。有機物の屈折率δは通常、0.000004〜0.000006の範
囲にある。図17にδとして0.0000045 を仮定し、実施
例1と同じ計算手順でもとめたフーリエ変換結果を示
す。チャンネル数x=16付近にピークが観察され、試
料が単層膜であることからこれが有機膜によるものと考
えられる。屈折率δを変化させながらこのピークのフー
リエ変換強度を求め、それらの相関をとったものを図1
8に示した。この結果から有機膜の屈折率は約0.000004
8、膜厚は94.3nm であることがわかった。こうし
て求めたδと数10からこの有機膜の密度ρは大体1.
50と見積もられる(Z/Aは0.5に概ね近似でき
る)。さらに、試料の設置に関し、入射角に微妙なずれ
が生じていることが予測されるが、そのずれの値を評価
することは困難である。しかし、そのずれを横軸変換
(θ→Θ)において考慮して本解析を行うことにより可
能である。図18に入射角の補正値Δθを変えたときの
フーリエ変換強度のプロファイルを示したもので、この
プロファイルから本測定データにおける入射角のずれは
約0.008° であり、この値を用いて入射角のずれを
補正することにより解析の精度を高めることができる。
As another example using this method, an example in which an organic film whose refractive index δ and thickness d are unknown on a silicon substrate is evaluated. FIG. 16 shows the measured X-ray reflectance curve of this sample. The X-ray reflectivity measurement condition is such that the measurement range is an incident angle of 0.2.
It is the same as Example 1 except that it is 5 to 1.0 °. The refractive index δ of the organic substance is usually in the range of 0.000004 to 0.000006. FIG. 17 shows the Fourier transform result obtained by assuming 0.0000045 as δ and using the same calculation procedure as in the first embodiment. A peak is observed near the number of channels x = 16, and it is considered that this is due to the organic film because the sample is a single-layer film. The Fourier transform intensity of this peak was determined while changing the refractive index δ, and the correlation between them was obtained as shown in FIG.
8 is shown. From this result, the refractive index of the organic film is about 0.000004
8. The film thickness was found to be 94.3 nm. From δ thus obtained and Equation 10, the density ρ of the organic film is approximately 1.
It is estimated to be 50 (Z / A can be approximately approximated to 0.5). Further, it is expected that a slight shift occurs in the incident angle when the sample is set, but it is difficult to evaluate the value of the shift. However, it is possible to perform this analysis by considering the deviation in the horizontal axis conversion (θ → Θ). FIG. 18 shows a profile of the Fourier transform intensity when the correction value Δθ of the incident angle is changed. From this profile, the deviation of the incident angle in the main measurement data is about 0.008 °. The accuracy of the analysis can be improved by correcting the deviation of the incident angle.

【0078】実施例5 厚さ約80nmの銅膜を蒸着法により表面に形成させた
溶融石英基板上にカーボン膜をスパッタ法により形成
し、銅及びカーボンの膜厚,カーボン表面及びカーボン
層と銅層との界面のラフネスをX線反射率プロファイル
の最小二乗フィッティング法を適用して求めた。
Example 5 A carbon film was formed by a sputtering method on a fused quartz substrate on which a copper film having a thickness of about 80 nm was formed by a vapor deposition method. The roughness of the interface with the layer was determined by applying the least-squares fitting method of the X-ray reflectance profile.

【0079】X線反射率の測定はX線源にCuターゲッ
トを用い、発生するX線Ge(111)分光結晶で分光、C
uKα1を取り出し入射X線とした。測定角度範囲は0.
1°≦θ≦1.1°とし、角度のステップは0.001
°,計測点数は1001点とした。X線反射率のプロフ
ァイルには基板及び各膜の以下の物理パラメータが影響
を与える。
The X-ray reflectivity was measured by using a Cu target as the X-ray source, separating the generated X-ray Ge (111)
and the incident X-ray taken out uKα 1. The measurement angle range is 0.
1 ° ≦ θ ≦ 1.1 °, and the angle step is 0.001.
°, the number of measurement points was 1001 points. The following physical parameters of the substrate and each film affect the X-ray reflectivity profile.

【0080】石英基板 :屈折率の実部及び虚部,銅/
石英基板界面のラフネス 銅膜 :屈折率の実部及び虚部,膜厚,カーボン膜
/銅膜界面のラフネス カーボン膜:屈折率の実部及び虚部,膜厚,カーボン膜
表面のラフネス 実験反射率と理論反射率とをフィッティングするために
は、上記物理パラメータの外に実験上のパラメータであ
るX線入射角度のゼロ点補正量,強度のスケール因子に
ついてもフィッティングする必要がある。即ち、パラメ
ータの数は13になる。これらを同時にフィッティング
することは非常に難しく、たとえある値に収束しても得
られた値の確かさには疑問が残る。また溶融石英基板や
Cuの屈折率のようによく調べられている物質のパラメ
ータ、あるいは軽元素で構成された物質の屈折率の虚部
のように一般に非常に小さくその変化は反射率には殆ど
影響を及ぼさないパラメータは固定した方がより正しい
結果に導かれると考えられる。
Quartz substrate: real and imaginary parts of refractive index, copper /
Roughness of quartz substrate interface Copper film: Real part and imaginary part of refractive index, film thickness, carbon film
/ Film interface roughness Carbon film: Real and imaginary parts of refractive index, film thickness, roughness of carbon film surface In order to fit the experimental reflectance and the theoretical reflectance, besides the above physical parameters, it is necessary to use the experimental parameters. It is necessary to fit parameters such as the zero-point correction amount of the X-ray incident angle and the scale factor of the intensity, which are parameters. That is, the number of parameters is 13. It is very difficult to fit these at the same time, and even if it converges to a certain value, the certainty of the obtained value remains questionable. In addition, the parameters of well-examined substances such as the refractive index of a fused silica substrate or Cu, or the imaginary part of the refractive index of a substance composed of a light element are generally very small, and the change is hardly reflected in the reflectance. It is thought that fixing parameters that have no effect will lead to more correct results.

【0081】そこで本実施例では、求めたい量である銅
及びカーボンの膜厚,カーボン表面及びカーボンと銅と
の界面のラフネス、さらに作製条件により膜質が変化す
ると考えられるカーボンの屈折率の実部をフィッティン
グすべき物理パラメータとし、これらに実験上の2つの
パラメータを加えて非線形最小二乗フィッティングを行
うことにした。その他の物理パラメータは従来から知ら
れている値に固定した。フィッティングの手順を図20
に、フィッティングのための初期値を表1に示す。
In the present embodiment, therefore, the real part of the refractive index of carbon, whose film quality is considered to change depending on the desired film thickness of copper and carbon, the roughness of the carbon surface and the interface between carbon and copper, and the production conditions. Are the physical parameters to be fitted, and the two parameters in the experiment are added to these parameters to perform nonlinear least squares fitting. Other physical parameters were fixed at conventionally known values. Fig. 20 shows the fitting procedure.
Table 1 shows initial values for fitting.

【0082】[0082]

【表1】 [Table 1]

【0083】カーボンおよび銅の膜厚は実施例1〜4等
の方法によりフーリエ変換により求めた値を初期値に
し、ラフネスは不明のためいずれも6.0Å に設定し
た。初期値を読み込む際、固定すべきパラメータには−
符号を、フィッティングすべきパラメータには+符号を
付し、プログラムの中でパラメータの正負を判定、正の
パラメータのみ1より順次番号付けをすると共に番号順
に並べ替えて最小二乗フィッティングを行った。最小二
乗による最適化は一般によく知られているマルカート法
を用いた。またフィッティングは高角度側での実験結果
を有効に反映させるため、反射率の対数を取った量で行
った。フィッティング後得られた各パラメータの最適値
を表2に示す。
The thicknesses of carbon and copper were determined in Examples 1-4.
The value obtained by the Fourier transform by the method described in (1) above was set as the initial value, and the roughness was unknown and was set to 6.0 ° in each case. When reading initial values, the parameters to be fixed are-
Signs are given to the parameters to be fitted with + signs, the sign of the parameters is determined in the program, and only the positive parameters are numbered sequentially from 1 and rearranged in numerical order to perform least squares fitting. Optimization by least squares used the well-known Marquardt method. The fitting was performed with the logarithm of the reflectance in order to effectively reflect the experimental result on the high angle side. Table 2 shows the optimum values of the parameters obtained after the fitting.

【0084】[0084]

【表2】 [Table 2]

【0085】図21,図22はフィッティング前後の結
果を示した物である。点線は実測反射率であり、図21
中の実線はフィッティング前のパラメータ、即ち初期値
を用いて計算した反射率であり、図22中の実線はフィ
ッティング後の値を用いて計算した反射率である。フィ
ッティング前では振動の周期は高角度側でわずかにずれ
が見られるもののかなり良く一致しているが、振幅につ
いては大きなずれが認められる。振動の周期が良く一致
していることは初期値にフーリエ変換結果を用いたこと
により、また振幅の大きなずれは表面や界面のラフネ
ス、あるいはカーボン膜の屈折率の値が正しくないため
である。一方、フィッティング後は実測反射率と計算反
射率は非常に良く一致しており、フィッティングパラメ
ータの最適化が正しく行われていることを示している。
上記の様な結果に対し、銅及び溶融石英の屈折率の実部
を、表1に示した値とは異なった値を初期値にしてフィ
ッティングパラメータに加えたところ、ここで用いたマ
ルカート法では発散してしまい収束しなかった。
FIGS. 21 and 22 show the results before and after fitting. The dotted line indicates the measured reflectance, and FIG.
The solid line in the middle is the reflectance calculated using the parameter before fitting, that is, the initial value, and the solid line in FIG. 22 is the reflectance calculated using the value after fitting. Before the fitting, the vibration period is slightly well shifted on the high angle side, but agrees well, but the amplitude is greatly shifted. The reason why the periods of the vibrations coincide well is that the Fourier transform result is used as the initial value, and the large deviation of the amplitude is because the roughness of the surface or interface or the value of the refractive index of the carbon film is incorrect. On the other hand, after the fitting, the measured reflectivity and the calculated reflectivity match very well, indicating that the fitting parameters are correctly optimized.
In contrast to the above results, the real parts of the refractive indices of copper and fused silica were added to the fitting parameters with initial values different from the values shown in Table 1. It diverged and did not converge.

【0086】上記実施例に示した様に本方法によれば、
X線反射率に影響するパラメータは物理パラメータが1
1,実験上のパラメータが2の合計13であるが、フィ
ッティングパラメータを選択できるようにしたことによ
り、必要かつ重要な7つのパラメータのみフィッティン
グするだけですみ、フィッティング時間の短縮と共に非
線形最小二乗法でしばしば発生する数値上のオーバフロ
ーも生ぜず安定したフィッティングプロセスが得られる
という効果がある。またパラメータの数を減らすことに
より得られた値の信頼性も高くなるという効果がある。
According to the present method as shown in the above embodiment,
The physical parameter that affects the X-ray reflectivity is 1
Although the experimental parameters are 2 in total of 13, the fitting parameters can be selected, so only the necessary and important 7 parameters need to be fitted. The fitting time can be reduced and the nonlinear least squares method can be used. There is an effect that a stable fitting process can be obtained without causing a numerical overflow that often occurs. Also, there is an effect that the reliability of the value obtained by reducing the number of parameters increases.

【0087】実施例6 実施例1ではフィッティングさせたいパラメータと固定
しておきたいパラメータを、初期値に符号を付して区別
した。本実施例ではこの区別をより視覚的に、しかもよ
り簡単に行おうとするものである。即ち、反射率に影響
する物理パラメータの一覧をディスプレイ上に表示して
おき、最適化したいパラメータをディスプレイ画面上で
選択できるようにしたものである。一例を図23に示
す。第1カラムは被検体の表面から番号付けした膜番号
であり、第2,第3,第4カラムはそれぞれ屈折率の実
部,虚部,膜厚及び膜上面のラフネスである。それぞれ
初期値を与えておき、最適化したい項目のみ選択、枠で
囲み表示する。カラーディスプレイであれば色により表
示しても良い。選択後、結果をコンピュータで読み取
り、選択されたパラメータに番号を付すと共に番号順に
並べ替え、図1に示した手順により最適化を図る。
Sixth Embodiment In the first embodiment, parameters to be fitted and parameters to be fixed are distinguished from each other by adding signs to the initial values. In the present embodiment, this distinction is made more visually and more easily. That is, a list of physical parameters affecting the reflectance is displayed on the display, and the parameter to be optimized can be selected on the display screen. An example is shown in FIG. The first column is a film number numbered from the surface of the subject, and the second, third, and fourth columns are the real part, the imaginary part, the film thickness, and the roughness of the film upper surface of the refractive index, respectively. Initial values are given, and only the items to be optimized are selected and displayed in a frame. If it is a color display, it may be displayed in color. After the selection, the result is read by a computer, the selected parameters are numbered and sorted in numerical order, and optimization is performed by the procedure shown in FIG.

【0088】本実施例に依れば、最適化したいパラメー
タと固定しておきたいパラメータとを視覚的に区別する
ことができ、より容易に間違いのない手順を提供するこ
とができる。
According to the present embodiment, parameters to be optimized and parameters to be fixed can be visually distinguished, and a procedure without errors can be provided more easily.

【0089】実施例7 基板上に1層の膜が形成されている場合、X線反射率は
単純な振動パターンになる。このような単純な場合に
は、膜厚及び膜の屈折率の実部は反射率に生じている振
動ピークの角度から実施例1〜4等の方法により簡単に
求めることができる。即ち、反射強度が1より十分小さ
い角度領域ではn番目のピークの角度をθn とすれば、
良い精度で次式が成り立つ。
Embodiment 7 When a single-layer film is formed on a substrate, the X-ray reflectivity has a simple vibration pattern. In such a simple case, the real part of the film thickness and the refractive index of the film can be easily obtained from the angle of the vibration peak occurring in the reflectance by the method of Examples 1 to 4 . That is, in the angle region where the reflection intensity is sufficiently smaller than 1, if the angle of the n-th peak is θ n ,
The following equation holds with good accuracy.

【0090】[0090]

【数11】 [Equation 11]

【0091】ここで、dは膜厚、δは膜の屈折率の実
部、λは入射X線の波長である。数11よりd及びδを
求めるためにはピークの次数nを正確に求める必要があ
る。しかし、一般に振動構造は膜の全反射角度近傍から
生ずること、また基板の全反射角度が膜のそれより大き
い場合には、この角度の近傍で反射強度は複雑な挙動を
する等のためnを正確に決めることは非常に難しい。
Here, d is the film thickness, δ is the real part of the refractive index of the film, and λ is the wavelength of the incident X-ray. In order to determine d and δ from Equation 11, it is necessary to accurately determine the order n of the peak. However, in general, the vibrating structure is generated near the total reflection angle of the film, and when the total reflection angle of the substrate is larger than that of the film, the reflection intensity has a complicated behavior near this angle. It is very difficult to decide exactly.

【0092】そこで本実施例では、ピーク角度の差を利
用する。即ち、ピークに仮の番号を付し、n番目のピー
クの角度をθn,n+m番目のピークの角度をθn+mとす
るとき、d及びδはそれぞれ次式で表すことができる。
Therefore, in this embodiment, the difference between the peak angles is used. That is, when a temporary number is assigned to the peak and the angle of the n-th peak is θ n and the angle of the n + m-th peak is θ n + m , d and δ can be expressed by the following equations, respectively.

【0093】[0093]

【数12】 (Equation 12)

【0094】[0094]

【数13】 (Equation 13)

【0095】上式よりmを適宜設定、初期値d0及びδ0
を適宜与え繰り返し計算することにより数12,数13
を同時に満たすd及びδを決めることができる。以下で
は本方法を隣接ピーク法と呼ぶことにする。
From the above equation, m is appropriately set, and the initial values d 0 and δ 0
Are given as appropriate and are repeatedly calculated to obtain Equations 12 and 13
Can be determined at the same time. Hereinafter, this method is referred to as an adjacent peak method.

【0096】本実施例では上記隣接ピーク法をガラス上
に非晶質Siを形成した系に適用した。X線反射率はC
uKα1を用い0.001°ステップで計測した。表3は
読み取った10本のピークからm=2,3,4と変化さ
せ繰り返し計算させたて得られた結果である。
In this embodiment, the above-mentioned adjacent peak method was applied to a system in which amorphous Si was formed on glass. X-ray reflectivity is C
measured in 0.001 ° steps with uKα 1. Table 3 shows the results obtained by repeatedly calculating with m = 2, 3, and 4 from the ten peaks read.

【0097】[0097]

【表3】 [Table 3]

【0098】相互にかなり良い精度で一致しており、隣
接ピーク法によりd及びδが正しく求められていること
を示している。
[0098] The values agree with each other with fairly good accuracy, indicating that d and δ are correctly obtained by the adjacent peak method.

【0099】本方法によればデータ処理のために特別な
システムを準備する必要はなく、ピークの位置を読み取
るだけですみ、非常に簡単に求められるという効果があ
る。 実施例8 上記積層体解析法を用い薄膜デバイスの製造ラインに適
用した。薄膜デバイスの製造ラインにおいて製品をX線
反射率測定装置に搬送・セットする機構を設け、X線反
射率測定を行う。さらに測定データに実施例1〜7記載
のデータ処理を施し、デバイスの各層の膜厚,屈折率,
ラフネス等をモニタし、それらの値が規定値から大きく
外れる場合には不良品として除いた。これにより品質の
揃った薄膜デバイスの製造が可能になった。また、成膜
条件を変えながら上記の手段でデバイスの各層の膜厚,
屈折率,ラフネス等をモニタし、その結果を成膜条件に
フィードバックすることにより、迅速なプロセス制御が
可能になった。上記の様に本法により精度の良い薄膜製
造装置が実現できる。また、オンラインで全製品を評価
するのでなく、何点か毎にダミー製品を抜き出し、評価
すること、あるいは薄膜デバイスの製造時にダミー基板
を設置しておき、ダミー基板の膜質を評価して薄膜デバ
イスの品質をロット毎に管理することも可能となり、こ
の場合、評価時間が短縮できることから製品のスループ
ットを大きくすることができる。さらに、一個もしくは
数個のモデル製品を本手法により正確に膜厚,屈折率,
ラフネス等を評価しておき、この評価済みの製品を他の
測定がより簡易な評価手段,例えば吸収分光法で評価
し、その結果とあらかじめ評価しておいた膜厚,屈折
率,ラフネス等との相関から検量線を作成、その検量線
から膜質を評価することも可能となり、より簡易なモニ
タ手段を実現することができる。
According to this method, there is no need to prepare a special system for data processing, and it is only necessary to read the position of the peak, and it is very easy to obtain the peak. Example 8 The above-described laminated body analysis method was applied to a thin film device production line. A mechanism is provided for transporting and setting a product to an X-ray reflectometer in a thin film device manufacturing line, and X-ray reflectivity is measured. Further, the data processing described in Examples 1 to 7 is applied to the measurement data, and the film thickness, refractive index,
Roughness and the like were monitored, and when those values greatly deviated from specified values, they were excluded as defective. This has made it possible to manufacture thin-film devices of uniform quality. Further, the film thickness of each layer of the device,
By monitoring the refractive index, roughness, and the like, and feeding back the results to the film forming conditions, rapid process control has become possible. As described above, an accurate thin film manufacturing apparatus can be realized by this method. Also, instead of evaluating all products online, extract and evaluate dummy products every few points, or place a dummy substrate during the manufacture of thin film devices and evaluate the film quality of the dummy substrate to evaluate thin film devices. Can be managed for each lot, and in this case, the evaluation time can be shortened and the product throughput can be increased. In addition, one or several model products can be accurately measured for film thickness, refractive index,
Evaluate the roughness, etc., and evaluate the evaluated product by other simpler evaluation means, such as absorption spectroscopy, and compare the results with the previously evaluated film thickness, refractive index, roughness, etc. It is also possible to create a calibration curve from the correlations and evaluate the film quality from the calibration curve, thereby realizing simpler monitoring means.

【0100】[0100]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
迅速かつ精度良く薄膜の膜厚,屈折率,ラフネスを評価
することができる。また、薄膜の密度の簡易な評価もで
き、試料設置のずれも評価できる。
As described above, according to the present invention,
The thickness, refractive index, and roughness of a thin film can be evaluated quickly and accurately. In addition, it is possible to easily evaluate the density of the thin film and to evaluate the displacement of the sample setting.

【0101】さらに、本手法を薄膜製造装置に導入する
ことにより、不良品を除去し、均質な製品を製造するこ
とができる。
Further, by introducing this method to a thin film manufacturing apparatus, defective products can be removed and a uniform product can be manufactured.

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

【図1】本発明のX線反射率解析の手順を示したフロー
チャート図である。
FIG. 1 is a flowchart showing a procedure of an X-ray reflectivity analysis of the present invention.

【図2】本発明において求めたベースラインの表示の説
明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a display of a baseline obtained in the present invention.

【図3】実施例として測定したX線反射率実測値を示し
た図である。
FIG. 3 is a diagram showing measured values of X-ray reflectivity measured as examples.

【図4】ベースライン途中経過の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the progress of a baseline.

【図5】ベースライン補正結果及び領域設定の説明図で
ある。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a baseline correction result and an area setting.

【図6】フーリエ変換結果を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a result of Fourier transform.

【図7】本発明のX線反射率解析の手順を示したフロー
チャート図である。
FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of X-ray reflectance analysis of the present invention.

【図8】求めたベースラインの説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of the obtained baseline.

【図9】ベースライン補正結果の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a baseline correction result.

【図10】フーリエ変換結果を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing a result of Fourier transform.

【図11】本発明のX線反射率解析の手順を示したフロ
ーチャート図である。
FIG. 11 is a flowchart illustrating a procedure of X-ray reflectivity analysis according to the present invention.

【図12】高速フーリエ変換結果を示した図である。FIG. 12 is a diagram showing a result of fast Fourier transform.

【図13】詳細フーリエ変換結果を示した図である。FIG. 13 is a diagram showing a detailed Fourier transform result.

【図14】本発明のX線反射率解析の手順を示したフロ
ーチャート図である。
FIG. 14 is a flowchart showing a procedure of X-ray reflectance analysis of the present invention.

【図15】屈折率δとフーリエ変換強度の相関を表わし
た図である。
FIG. 15 is a diagram showing a correlation between a refractive index δ and Fourier transform intensity.

【図16】シリコン上有機膜のX線反射率の実測値を示
した図である。
FIG. 16 is a diagram showing measured values of X-ray reflectivity of an organic film on silicon.

【図17】図16のデータを処理してフーリエ変換した
結果を示した図である。
FIG. 17 is a diagram showing a result obtained by processing the data of FIG. 16 and performing a Fourier transform;

【図18】屈折率δとフーリエ変換強度の相関を表わし
た図である。
FIG. 18 is a diagram showing a correlation between a refractive index δ and Fourier transform intensity.

【図19】入射角補正値Δθとフーリエ変換強度の相関
を表わした図である。
FIG. 19 is a diagram showing a correlation between an incident angle correction value Δθ and Fourier transform intensity.

【図20】本発明のフィッティングの手順を示したフロ
ーチャート図である。
FIG. 20 is a flowchart showing a fitting procedure according to the present invention.

【図21】フィッティング前の計算値と実測値を表わし
た図である。
FIG. 21 is a diagram showing calculated values and actual measured values before fitting.

【図22】フィッティング前の計算値と実測値を表わし
た図である。
FIG. 22 is a diagram showing calculated values and actual measured values before fitting.

【図23】本発明における最適化パラメータの選択の説
明図である。
FIG. 23 is an explanatory diagram of selection of an optimization parameter in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…実測したX線反射率曲線、2…ベースラインの途中
経過(繰り返し回数3回のもの)、3…ベースラインの
途中経過(繰り返し回数6回のもの)、4…ベースライ
ンの途中経過(繰り返し回数9回のもの)、5…ベース
ライン補正した結果、6…フーリエ変換に使用する領
域、7…カーボン膜によるピーク(カーボン膜のδを使
用)、8…銅膜によるピーク(カーボン膜のδを使
用)、9…カーボン膜によるピーク(銅膜のδを使
用)、10…銅膜によるピーク(銅膜のδを使用)、1
1…カーボン膜によるピーク(カーボン膜のδを使
用)、12…銅膜によるピーク(カーボン膜のδを使
用)、13…カーボン膜によるピーク(銅膜のδを使
用)、14…銅膜によるピーク(銅膜のδを使用)。
1 ... Measured X-ray reflectivity curve, 2 ... Middle progress of the baseline (three repetitions), 3 ... Middle progress of the base line (6 repetitions), 4 ... Middle progress of the baseline ( 9 times of repetition), 5: Baseline corrected result, 6: Area used for Fourier transform, 7: Peak due to carbon film (using δ of carbon film), 8: Peak due to copper film (of carbon film) δ), 9: peak due to carbon film (use δ of copper film), 10: peak due to copper film (use δ of copper film), 1
1 ... peak due to carbon film (using δ of carbon film), 12 ... peak due to copper film (using δ of carbon film), 13 ... peak due to carbon film (using δ of copper film), 14 ... due to copper film Peak (using copper film δ).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−50715(JP,A) 国際公開91/19989(WO,A1) ”Fourier Analysis of Interference S tructure in X−R ”Low angle x−ray reflection study o f ultrathin Ge (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 15/02 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-4-50715 (JP, A) WO 91/19989 (WO, A1) "Fourier Analysis of Interference Structure in X-R" Low angle x-ray reflection study of ultrathin Ge (58) Fields studied (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 15/02

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数の膜が積層された積層体について測定
されたX線入射角に対するX線反射率から、前記積層体
の膜厚をフーリエ変換法により求めるX線反射率解析法
において、測定点のX線反射率の平均を求める平均処理を任意の回
数だけ繰り返すステップと、 任意の回数平均処理する毎に前記平均処理の結果を表示
するステップと、 外部入力により更に平均処理を行うかどうかを選択する
ステップと、 平均処理を行うことが選択された場合には更に平均処理
を任意の回数繰り返すステップと、 更に平均処理を行わないことを選択した場合には前記平
均処理の結果をベースラインとして出力するステップ
と、 前記ベースラインによりX線反射率パターンを補正し、
振動成分を抽出するステップと、 抽出された前記振動成分をフーリエ変換するステップと
を有することを特徴とするX線反射率解析法。
From X-ray reflectivity to claim 1 wherein X-ray incidence angle measured for the laminate in which a plurality of films are laminated in an X-ray reflectivity analysis to determine the thickness of the laminate by the Fourier transform method, measurement Perform the averaging process to find the average of the X-ray reflectivity
Repeat the number of times and display the result of the averaging process every time the averaging process is performed any number of times
And whether to perform further averaging by external input
Steps and further averaging if averaging is selected
Is repeated an arbitrary number of times, and if no averaging process is selected,
Outputting the result of the average processing as a baseline
And correcting the X-ray reflectance pattern by the baseline,
Extracting a vibration component, and performing a Fourier transform on the extracted vibration component.
An X-ray reflectivity analysis method comprising:
【請求項2】請求項1において、 前記平均処理を、均等平均を用いた処理としたことを特
徴とするX線反射率解析法。
2. The method according to claim 1, wherein the averaging process is a process using uniform averaging.
X-ray reflectance analysis method as a feature.
【請求項3】請求項1において、 前記平均処理を、加重平均を用いた処理あるいは加重平
均と均等平均とを組み合わせた処理としたことを特徴と
するX線反射率解析法。
3. The method according to claim 1, wherein the averaging process is a process using a weighted average or a weighted average.
It is characterized by processing that combines average and even average.
X-ray reflectance analysis method.
【請求項4】請求項1において、 記振動成分をフーリエ変換するステップは、初めに高
速フーリエ変換を行い、前記高速フーリエ変換の結果に
基づいてフーリエ変換を行うことを特徴とするX線反射
率解析法。
4. The method of claim 1, before Symbol step of Fourier transforming the vibration component performs a fast Fourier transform on the first, X-rays reflections and performing a Fourier transform on the basis of the result of the Fast Fourier transform Rate analysis method.
【請求項5】請求項1において、 前記X線反射率解析法を用いて求められた前記積相体の
各層の膜厚,予め与えられたX線に対する屈折率、およ
び予め与えられた界面ラフネス等の物理パラメータに基
づいて、積層体のX線入射角に対するX線反射率を計算
によって求めるステップと、前記 測定されたX線反射率と、前記計算によって求めら
たX線反射率とに基づいて、非線形最小二乗フィッテ
ィング法により積層体の膜厚,X線に対する屈折率、お
よび界面ラフネス等の物理パラメータを求めるステップ
とを有することを特徴とするX線反射率解析法。
5. A method according to claim 1, wherein said product is obtained by using said X-ray reflectance analysis method .
The thickness of each layer, based on the refractive index, and physical parameters of the interface roughness, etc. previously given with respect to the X-ray previously given, a step of determining by calculation the X-ray reflectance with respect to the X-ray incidence angle of the stack, the Based on the measured X-ray reflectivity and the X-ray reflectivity obtained by the above calculation, physical parameters such as the film thickness of the laminate, the refractive index for X-rays, and the interface roughness are determined by a nonlinear least square fitting method. An X-ray reflectance analysis method.
【請求項6】請求項1において、 前記X線反射率解析法を用いて求められた前記積相体の
各層の膜厚,予め与えられたX線に対する屈折率、およ
び予め与えられた界面ラフネス等の 物理パラメータの一
覧を表示するステップと、前記物理パラメータの一覧から 非線形最小二乗フィッテ
ィング法で最適化する物理パラメータを選択するステッ
プと、前記物理パラメータを初期値として 非線形最小二乗フィ
ッティング法を用いて前記選択された物理パラメータを
求めるステップとを有することを特徴とするX線反射率
解析法。
6. A method according to claim 1, wherein said product is obtained by using said X-ray reflectance analysis method.
The thickness of each layer, the refractive index for a given X-ray, and
Displaying a list of the physical parameters of the interfacial roughness such previously given beauty, the steps of selecting a physical parameter to be optimized in a non-linear least square fitting method from the list of the physical parameters, the physical parameter as an initial value Obtaining the selected physical parameter using a non-linear least squares fitting method.
【請求項7】複数の膜が積層された積層体について測定
されたX線入射角に対するX線反射率から、前記積層体
の各層の膜厚をフーリエ変換法により求め、求められた
膜厚を成膜条件にフィードバックすることにより、プロ
セス制御する薄膜製造装置において、測定点X線反射率の平均処理を任意の回数だけ繰り返
し、前記平均処理の結果を表示する表示手段と、前記表
示手段に基づき更に平均処理を行うかどうか選択できる
アルゴリズムを用いてベースラインを求める手段と、 測定された前記X線反射率および前記ベースラインに基
づいて、測定された前記X線反射率の振動成分を抽出す
る手段と、抽出された前記振動成分をフーリエ変換する
手段を有することを特徴とする薄膜製造装置。
7. A film thickness of each layer of the laminated body is obtained by a Fourier transform method from an X-ray reflectance with respect to an X-ray incident angle measured for a laminated body in which a plurality of films are laminated. By feeding back to the film forming conditions, in the thin film manufacturing apparatus for controlling the process, an averaging process of the X-ray reflectance at the measurement point is repeated an arbitrary number of times, and a display means for displaying a result of the averaging process;
Means for obtaining a baseline using an algorithm capable of selecting whether or not to perform further averaging based on the indicating means; and a vibration of the measured X-ray reflectivity based on the measured X-ray reflectivity and the baseline. thin film manufacturing apparatus characterized by comprising means for extracting components, and means for Fourier-transforming the extracted said vibration component.
【請求項8】請求項7において、 前記フーリエ変換法により求められた膜厚,予め与えら
れたX線に対する屈折率、および予め与えられた界面ラ
フネス等の物理パラメータに基づいて、積層体のX線入
射角に対するX線反射率を計算によって求める手段と、 測定された前記X線反射率と、前記計算によって求めら
れた前記X線反射率とに基づいて、非線形最小二乗フィ
ッティング法により積層体の膜厚,X線に対する屈折
率、および界面ラフネス等の物理パラメータを求める手
と、 求められた物理パラメータを成膜条件にフィードバック
することにより、プロセス制御する手段と有することを
特徴とする薄膜製造装置。
8. The laminated body according to claim 7, wherein the film thickness, the refractive index with respect to a predetermined X-ray, and the predetermined physical parameters such as interface roughness are determined by the Fourier transform method. Means for calculating an X-ray reflectivity with respect to a line incident angle, based on the measured X-ray reflectivity and the X-ray reflectivity obtained by the calculation, based on the nonlinear least-squares fitting method. thickness, the refractive index with respect to X-rays, and means for determining the physical parameters of the interface roughness, etc., by feeding back the physical parameters obtained in the film formation conditions, a thin film manufacturing apparatus characterized by comprising a means for process control .
【請求項9】複数の膜が積層された積層体のX線入射角
に対するX線反射率を測定し、測定されたX線反射率か
ら前記積層体の各層の膜厚をフーリエ変換法により求め
るX線反射率測定装置において、測定 点のX線反射率の平均処理を任意の回数繰り返し、
前記平均処理の結果を表示する表示手段と、 に平均処理を行うかどうか選択できるアルゴリズムを
用いてベースラインを求める手段と、前記 測定されたX線反射率および前記ベースラインに基
づいて、前記測定されたX線反射率の振動成分を抽出す
る手段と、前記 抽出された振動成分をフーリエ変換する手段とを有
することを特徴とするX線反射率測定装置。
9. An X-ray reflectivity of a laminate in which a plurality of films are laminated with respect to an X-ray incident angle is measured, and a film thickness of each layer of the laminate is obtained from the measured X-ray reflectivity by a Fourier transform method. In the X-ray reflectance measuring device, the average processing of the X-ray reflectance at the measurement point is repeated an arbitrary number of times,
Said display means for displaying the result of the averaging processing, based means for determining a baseline using an algorithm that can be selected whether to average processing further, the measured X-ray reflectance and the base line, the means for extracting vibration components of the measured X-ray reflectance, X-rays reflectivity measuring apparatus characterized by having a means for Fourier transforming the extracted vibration component.
【請求項10】請求項9において、 前記フーリエ変換法により求められた膜厚,予め与えら
れたX線に対する屈折率、および予め与えられた界面ラ
フネス等の物理パラメータに基づいて、積層体のX線入
射角に対するX線反射率を計算によって求める手段と、 測定された前記X線反射率と、前記計算によって求めら
れた前記X線反射率とに基づいて、非線形最小二乗フィ
ッティング法により積層体の膜厚,X線に対する屈折
率、および界面ラフネス等の物理パラメータを求める手
段とを有することを特徴とするX線反射率測定装置。
10. The laminated body according to claim 9, wherein the thickness of the laminate is determined based on a physical parameter such as a film thickness, a predetermined refractive index for X-rays, and a predetermined interface roughness. Means for calculating an X-ray reflectivity with respect to a line incident angle, based on the measured X-ray reflectivity and the X-ray reflectivity obtained by the calculation, based on the nonlinear least square fitting method, An X-ray reflectivity measuring device comprising means for obtaining physical parameters such as a film thickness, a refractive index for X-rays, and interface roughness.
【請求項11】請求項1において、 複数の膜が積層された積層体について、前記X線反射率
解析法により求めた前記膜の膜厚等の物理パラメータに
基づいて、前記積層体のX線入射角に対するX線反射率
を計算によって求めるステップと、 前記積層体について測定されたX線入射角に対するX線
反射率と、前記計算によって求められたX線反射率とに
基づいて、非線形最小二乗フィッティング法により積層
体の膜厚,X線に対する屈折率、および界面ラフネス等
の物理パラメータを求めるステップとを有することを特
徴とするのX線反射率解析法。
11. The X-ray of the laminate according to claim 1, based on a physical parameter such as a film thickness of the film obtained by the X-ray reflectance analysis method for the laminate in which a plurality of films are laminated. Calculating the X-ray reflectivity with respect to the incident angle by calculation; based on the X-ray reflectivity with respect to the X-ray incident angle measured for the laminate and the X-ray reflectivity obtained by the calculation, nonlinear least squares Determining a physical parameter such as a film thickness of the laminate, a refractive index to X-rays, and interface roughness by a fitting method.
【請求項12】複数の膜が積層された積層体について
定されたX線入射角に対するX線反射率から、前記積層
体の膜厚等の物理パラメータを評価するX線反射率解析
装置において、 測定点のX線反射率の平均処理を任意の回数だけ繰り返
す手段と、 任意の回数平均処理する毎に前記平均処理の結果を表示
する表示手段と、 前記表示手段に基づき更に平均処理を行うかどうかを選
択する手段と、 前記更に平均処理を行うかどうか選択する手段において
平均処理を行うことが選択されたときには更に平均処理
を任意の回数繰り返す手段と、 前記更に平均処理を行うかどうか選択する手段において
平均処理を行わないことを選択したときには前記平均処
理の結果をベースラインとして出力する手段と、 前記ベースラインによりX線反射率パターンを補正し、
振動成分を抽出する手段と、 前記振動成分をフーリエ変換した結果を出力する手段
と、 前記フーリエ変換した結果に基づいて膜厚等の物理パラ
メータを求める手段と、 前記求められた膜厚等の物理パラメータに基づいて、
記積層体のX線入射角に対するX線反射率を計算によっ
て求める手段と、 前記積層体について測定されたX線反射率と、前記計算
によって求められた前記X線反射率とに基づいて、非線
形最小二乗フィッティング法により積層体の膜厚,X線
に対する屈折率、および界面ラフネス等の物理パラメー
タを求める手段とを有することを特徴とするX線反射率
測定装置。
12. A measurement of a laminate in which a plurality of films are laminated.
From the X-ray reflectivity for a specified X-ray incidence angle,
X-ray reflectance analysis to evaluate physical parameters such as body thickness
In the device, repeat the averaging process of the X-ray reflectivity at the measurement point any number of times.
Display the result of the averaging process every time the averaging process is performed an arbitrary number of times
Display means to perform the averaging process based on the display means.
And means for selecting whether or not to perform the averaging process.
When averaging is selected, further averaging
And a means for selecting whether or not to perform the averaging process.
If you choose not to perform averaging,
Means for outputting a processing result as a baseline, and correcting the X-ray reflectance pattern by the baseline,
Means for extracting a vibration component, and means for outputting a result of Fourier transform of the vibration component
And physical parameters such as film thickness based on the result of the Fourier transform.
Means for determining a meter, means for calculating an X-ray reflectivity with respect to an X-ray incident angle of the laminate based on physical parameters such as the determined film thickness, and X-ray reflection measured for the laminate. Means for obtaining physical parameters such as the film thickness of the laminate, the refractive index for X-rays, and the interface roughness by a nonlinear least-squares fitting method based on the reflectance and the X-ray reflectivity obtained by the calculation. An X-ray reflectance measuring device, characterized in that:
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