JP3329197B2 - 薄膜積層体検査方法 - Google Patents
薄膜積層体検査方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に２層以上
形成された薄膜積層体において、そのＸ線反射率を測
定、得られた反射プロファイルの解析から、積層体の膜
厚が各膜毎に初期の目標通り形成されているか否かを非
破壊的に検査する手法に関する。
形成された薄膜積層体において、そのＸ線反射率を測
定、得られた反射プロファイルの解析から、積層体の膜
厚が各膜毎に初期の目標通り形成されているか否かを非
破壊的に検査する手法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、様々な目的で基板上に複数の薄膜
を形成した素子が工業的に製造されており、素子のより
高性能化を目指し、形成される膜は極薄化と共に積層さ
れる膜の数も増加している。このような積層体の膜厚や
密度は素子の特性に大きく影響するため、膜作製におけ
る高精度な制御と共に高い精度での薄膜検査法が必須に
なってきている。従来、膜厚検査には幾つかの方法が用
いられている。触針法，赤外分光法，エリプソメトリー
法，電子顕微鏡による断面観察法，蛍光Ｘ線分析法等が
あり、それぞれ一長一短がある。これらの中で、膜厚検
査法として最も簡易でかつ精度の高い方法として一般的
に用いられているのは蛍光Ｘ線分析法である。この方法
は、構成元素の蛍光Ｘ線のピーク強度から膜厚を検査す
る方法であるが、予め膜厚とピーク強度との相関を表す
校正曲線を求めておく必要がある相対的検査法であると
共に、積層された膜の中に同一元素が含まれている場合
には適用できないという問題点がある。
を形成した素子が工業的に製造されており、素子のより
高性能化を目指し、形成される膜は極薄化と共に積層さ
れる膜の数も増加している。このような積層体の膜厚や
密度は素子の特性に大きく影響するため、膜作製におけ
る高精度な制御と共に高い精度での薄膜検査法が必須に
なってきている。従来、膜厚検査には幾つかの方法が用
いられている。触針法，赤外分光法，エリプソメトリー
法，電子顕微鏡による断面観察法，蛍光Ｘ線分析法等が
あり、それぞれ一長一短がある。これらの中で、膜厚検
査法として最も簡易でかつ精度の高い方法として一般的
に用いられているのは蛍光Ｘ線分析法である。この方法
は、構成元素の蛍光Ｘ線のピーク強度から膜厚を検査す
る方法であるが、予め膜厚とピーク強度との相関を表す
校正曲線を求めておく必要がある相対的検査法であると
共に、積層された膜の中に同一元素が含まれている場合
には適用できないという問題点がある。
【０００３】これに対して近年、薄膜のＸ線反射率を測
定し、得られた反射プロファイルの解析から、積層体を
検査する方法が試みられている。Ｘ線管球から発生した
Ｘ線を結晶分光器等で単色化し、被検体の表面すれすれ
に入射させることにより反射されるＸ線を被検体への入
射角度の関数として測定し、得られた反射プロファイル
をフーリエ変換法、あるいは最小２乗フィッティング法
等により解析して、複数の薄膜を積層した素子の膜厚や
密度を、各膜毎に決定する方法である。通常Ｘ線源には
最も取扱いが簡単で、かつ十分な強度が得られるＣｕＫ
α線が用いられている。本方法では、蛍光Ｘ線法では不
可能であった積層膜中に同じ元素が含まれている場合を
も含め、膜厚の標準試料を準備することなく、高精度で
かつ非破壊的に各膜毎の膜厚や密度が検査出来るという
利点がある。
定し、得られた反射プロファイルの解析から、積層体を
検査する方法が試みられている。Ｘ線管球から発生した
Ｘ線を結晶分光器等で単色化し、被検体の表面すれすれ
に入射させることにより反射されるＸ線を被検体への入
射角度の関数として測定し、得られた反射プロファイル
をフーリエ変換法、あるいは最小２乗フィッティング法
等により解析して、複数の薄膜を積層した素子の膜厚や
密度を、各膜毎に決定する方法である。通常Ｘ線源には
最も取扱いが簡単で、かつ十分な強度が得られるＣｕＫ
α線が用いられている。本方法では、蛍光Ｘ線法では不
可能であった積層膜中に同じ元素が含まれている場合を
も含め、膜厚の標準試料を準備することなく、高精度で
かつ非破壊的に各膜毎の膜厚や密度が検査出来るという
利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、Ｘ線反
射率法は薄膜積層体の検査方法として非常に優れた方法
である。しかし、この方法は、原理的に表面及び界面で
反射されたＸ線の干渉効果により生ずる反射プロファイ
ル中の振動構造の解析から膜厚などを求める方法である
ため、界面でのＸ線反射強度が小さい場合には、各膜毎
の検査精度の低下や、薄膜の物質構成によっては検査が
不可能になるという課題があった。
射率法は薄膜積層体の検査方法として非常に優れた方法
である。しかし、この方法は、原理的に表面及び界面で
反射されたＸ線の干渉効果により生ずる反射プロファイ
ル中の振動構造の解析から膜厚などを求める方法である
ため、界面でのＸ線反射強度が小さい場合には、各膜毎
の検査精度の低下や、薄膜の物質構成によっては検査が
不可能になるという課題があった。
【０００５】本発明は、任意の薄膜積層体に対し高い精
度で検査が可能なＸ線反射率法を提供することにある。
度で検査が可能なＸ線反射率法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、先ず薄膜積層体からのＸ線反射率について検討す
る。理論的には、Parratt(Phys. Rev.,95,359,(1954)）
により積層体からの反射率の計算方法が提示されてお
り、忠実に計算を実行すれば反射率プロファイルは求め
られる。しかし、提示されている方法は漸化式の形で与
えられており、反射率が薄膜のどのような物理量に依存
しているか一見しては判定できず、反射率、特に振動構
造の由来を詳細に調べる必要がある。
に、先ず薄膜積層体からのＸ線反射率について検討す
る。理論的には、Parratt(Phys. Rev.,95,359,(1954)）
により積層体からの反射率の計算方法が提示されてお
り、忠実に計算を実行すれば反射率プロファイルは求め
られる。しかし、提示されている方法は漸化式の形で与
えられており、反射率が薄膜のどのような物理量に依存
しているか一見しては判定できず、反射率、特に振動構
造の由来を詳細に調べる必要がある。
【０００７】一般的に取り扱うため、基板にｎ−１層の
膜が形成されている場合を考える。Parratt により与え
られている漸化式を非漸化式の形で厳密に表すことは不
可能なので、ここでは表面及び界面が滑らかでかつ膜の
吸収が小さいという近似を行う。この時、膜の全反射角
より大きな入射角θで入射したＸ線の反射強度Ｒは近似
的に数１で表される。ｊ＝１は空気、Ｊ=ｎ＋１は基板
である。
膜が形成されている場合を考える。Parratt により与え
られている漸化式を非漸化式の形で厳密に表すことは不
可能なので、ここでは表面及び界面が滑らかでかつ膜の
吸収が小さいという近似を行う。この時、膜の全反射角
より大きな入射角θで入射したＸ線の反射強度Ｒは近似
的に数１で表される。ｊ＝１は空気、Ｊ=ｎ＋１は基板
である。
【０００８】
【数１】
【０００９】数１中のγ（ｔ）は反射Ｘ線の位相を表す
量であり、Ｘ線の試料への入射角，膜厚，膜のＸ線に対
する屈折率等の関数である。
量であり、Ｘ線の試料への入射角，膜厚，膜のＸ線に対
する屈折率等の関数である。
【００１０】数１で第１の和の項は表面及び界面からの
反射率で、いずれもθの−４乗で減少する。この項から
は積層体に関する情報は引き出せない。一方、第２の和
の項は表面及び界面で反射されたＸ線の干渉による項で
ある。第１の和の項と同様にいずれもθの−４乗で減衰
するが、いずれもcos 関数が乗じられており、強度に振
動構造が表れることがわかる。この振動構造に積層体の
各膜の膜厚や密度の情報が入っている。即ち、反射率測
定から積層体の物性量を各膜毎に引き出すためにはΔδ
＝δ（ｊ＋１）−δ（ｊ）が観測可能な程度に大きいこ
と、言い変えれば、積層体の隣り合った膜の使用Ｘ線に
対する屈折率差が十分大きいことが必要である。
反射率で、いずれもθの−４乗で減少する。この項から
は積層体に関する情報は引き出せない。一方、第２の和
の項は表面及び界面で反射されたＸ線の干渉による項で
ある。第１の和の項と同様にいずれもθの−４乗で減衰
するが、いずれもcos 関数が乗じられており、強度に振
動構造が表れることがわかる。この振動構造に積層体の
各膜の膜厚や密度の情報が入っている。即ち、反射率測
定から積層体の物性量を各膜毎に引き出すためにはΔδ
＝δ（ｊ＋１）−δ（ｊ）が観測可能な程度に大きいこ
と、言い変えれば、積層体の隣り合った膜の使用Ｘ線に
対する屈折率差が十分大きいことが必要である。
【００１１】δ（ｊ）は第ｊ層の膜の使用Ｘ線に対する
屈折率の実部の１からのずれの量で、数２で表される。
屈折率の実部の１からのずれの量で、数２で表される。
【００１２】
【数２】
【００１３】数２より、δ（ｊ）は膜の密度や組成、Ｘ
線の波長に依存するが、積層体の物質構成によっては隣
り合った膜のδの差Δδが往々にして非常に小さくなる
場合がある。例えば、密度が同程度の場合である。この
様な場合には膜毎の情報を区別して引き出せない。本発
明はこのような場合でも積層体の検査が可能になる方法
を提供することにある。即ち、密度差１０％以下の隣り
合った膜の主構成元素をＡ，Ｂとし、これらの元素の吸
収端に対応する波長をλ（Ａ），λ（Ｂ）とした時、
(｜λ−λ（Ａ）｜／λ（Ａ)）ｘ１００≦１％あるいは
（｜λ−λ(Ｂ)｜／λ（Ｂ））ｘ１００≦１％の条件を
満たす波長λを選択して反射率測定を行えばよい。この
時、隣り合った膜のΔδは十分大きな値になり、反射率
プロファイルの適宜な解析により積層体を各膜毎に検査
することが可能になる。元素の吸収端に対応する波長は
文献などに公表されており(例えばSasaki;KEK Report,8
8-14, February,1989)、容易に調べることが可能であ
る。また、選択すべき波長λは、公表されている適宜な
文献等により、調べることが可能であるが、より簡便に
は主構成元素であるＡあるいはＢをＸ線ターゲットと
し、そのＫβ線を用いれば上記条件を満たし、検査が可
能になる。また、シクロトロン放射光のような、連続的
な波長を有するＸ線源が使用できれば、ＡあるいはＢの
吸収端波長を使うことが可能である。また、積層体の中
には、隣り合った３層の膜の相互の密度差が非常に小さ
い、即ち、屈折率差が非常に小さい場合があり、この場
合には３層の膜の中間層の主構成元素の吸収端波長を使
用するか、あるいは主構成元素でできたＸ線ターゲット
を用い、そのＫβ線を使うことにより、３層の膜を区別
して検査することが可能である。以上の様に、検査を可
能にするにはＸ線波長の選択が重要であるが、２種以上
の元素でできたＸ線ターゲットを準備しておけば、Ｘ線
ターゲットをその都度取り替えることなく検査が可能に
なる。
線の波長に依存するが、積層体の物質構成によっては隣
り合った膜のδの差Δδが往々にして非常に小さくなる
場合がある。例えば、密度が同程度の場合である。この
様な場合には膜毎の情報を区別して引き出せない。本発
明はこのような場合でも積層体の検査が可能になる方法
を提供することにある。即ち、密度差１０％以下の隣り
合った膜の主構成元素をＡ，Ｂとし、これらの元素の吸
収端に対応する波長をλ（Ａ），λ（Ｂ）とした時、
(｜λ−λ（Ａ）｜／λ（Ａ)）ｘ１００≦１％あるいは
（｜λ−λ(Ｂ)｜／λ（Ｂ））ｘ１００≦１％の条件を
満たす波長λを選択して反射率測定を行えばよい。この
時、隣り合った膜のΔδは十分大きな値になり、反射率
プロファイルの適宜な解析により積層体を各膜毎に検査
することが可能になる。元素の吸収端に対応する波長は
文献などに公表されており(例えばSasaki;KEK Report,8
8-14, February,1989)、容易に調べることが可能であ
る。また、選択すべき波長λは、公表されている適宜な
文献等により、調べることが可能であるが、より簡便に
は主構成元素であるＡあるいはＢをＸ線ターゲットと
し、そのＫβ線を用いれば上記条件を満たし、検査が可
能になる。また、シクロトロン放射光のような、連続的
な波長を有するＸ線源が使用できれば、ＡあるいはＢの
吸収端波長を使うことが可能である。また、積層体の中
には、隣り合った３層の膜の相互の密度差が非常に小さ
い、即ち、屈折率差が非常に小さい場合があり、この場
合には３層の膜の中間層の主構成元素の吸収端波長を使
用するか、あるいは主構成元素でできたＸ線ターゲット
を用い、そのＫβ線を使うことにより、３層の膜を区別
して検査することが可能である。以上の様に、検査を可
能にするにはＸ線波長の選択が重要であるが、２種以上
の元素でできたＸ線ターゲットを準備しておけば、Ｘ線
ターゲットをその都度取り替えることなく検査が可能に
なる。
【００１４】尚、所望のＸ線波長は、Ｘ線源が一般の管
球型Ｘ線源でもシンクロトロン放射光でも、一般に用い
られている適宜な結晶分光器により取り出すことができ
る。
球型Ｘ線源でもシンクロトロン放射光でも、一般に用い
られている適宜な結晶分光器により取り出すことができ
る。
【００１５】
（発明の実施の形態１）積層体検査の例としてＳｉ基板
上に順にＴａ，パーマロイ（Ｎｉ80Ｆｅ20の組成であ
り、以下ＮｉＦｅと略記する），Ｃｕ，ＮｉＦｅ薄膜を
積層した被検体を準備した。図１に本発明による検査法
の手順を示す。本実施例の場合、密度差１０％以下の隣
り合った膜はＮｉＦｅとＣｕ膜である。図１の手順に従
い、ＮｉＦｅ，Ｃｕ膜の主構成元素であるＮｉ，Ｃｕの
吸収端波長を文献等で調べた。ここではＫ吸収端につい
て調べた。表１に調べた吸収端波長を示す。
上に順にＴａ，パーマロイ（Ｎｉ80Ｆｅ20の組成であ
り、以下ＮｉＦｅと略記する），Ｃｕ，ＮｉＦｅ薄膜を
積層した被検体を準備した。図１に本発明による検査法
の手順を示す。本実施例の場合、密度差１０％以下の隣
り合った膜はＮｉＦｅとＣｕ膜である。図１の手順に従
い、ＮｉＦｅ，Ｃｕ膜の主構成元素であるＮｉ，Ｃｕの
吸収端波長を文献等で調べた。ここではＫ吸収端につい
て調べた。表１に調べた吸収端波長を示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】次に、隣り合った膜に対し、ξ＝（｜λ−
λ0｜／λ0）ｘ１００≦１％（ここで吸収端波長をλ0
で代表させた）を満たす波長λを、容易に使用できる管
球型のＸ線源を念頭に置いて探索した。その結果、Ｃｕ
Ｋβ線，ＮｉＫβ線，ＷＬα線が条件を満たすことが分
かった。表１にはこの３種のＸ線に対するξの値、及
び、従来のＸ線反射率法で一般的に用いられているが上
記条件を満たさないＣｕＫα1線のξも合わせて示し
た。表から分かる様にＣｕＫα1線の場合、いずれの元
素の吸収端波長に対しても３％以上の差がある。一方、
ＣｕＫβ線の場合、Ｎｉに対してはξ＝６.４４％と差
は大きいが、Ｃｕに対してはξ＝０.８４％と条件を満
たしている。また、ＮｉＫβ線の場合Ｃｕに対してはξ
＝８.６６％と条件を満たしていないが、Ｎｉに対して
は０.８１％ と条件を満たしており、ＷＬα線の場合も
ＮｉＫβ線と同様にＣｕに対しては条件を満たしていな
いが、Ｎｉに対しては条件を満たしていることが分か
る。即ち、本実施例にあげた積層体の検査は、ＣｕＫα
1 線では不可能であるがＣｕＫβ線，ＮｉＫβ線，ＷＬ
α線では可能であると考えられる。以下に実験で本事実
を検証する。
λ0｜／λ0）ｘ１００≦１％（ここで吸収端波長をλ0
で代表させた）を満たす波長λを、容易に使用できる管
球型のＸ線源を念頭に置いて探索した。その結果、Ｃｕ
Ｋβ線，ＮｉＫβ線，ＷＬα線が条件を満たすことが分
かった。表１にはこの３種のＸ線に対するξの値、及
び、従来のＸ線反射率法で一般的に用いられているが上
記条件を満たさないＣｕＫα1線のξも合わせて示し
た。表から分かる様にＣｕＫα1線の場合、いずれの元
素の吸収端波長に対しても３％以上の差がある。一方、
ＣｕＫβ線の場合、Ｎｉに対してはξ＝６.４４％と差
は大きいが、Ｃｕに対してはξ＝０.８４％と条件を満
たしている。また、ＮｉＫβ線の場合Ｃｕに対してはξ
＝８.６６％と条件を満たしていないが、Ｎｉに対して
は０.８１％ と条件を満たしており、ＷＬα線の場合も
ＮｉＫβ線と同様にＣｕに対しては条件を満たしていな
いが、Ｎｉに対しては条件を満たしていることが分か
る。即ち、本実施例にあげた積層体の検査は、ＣｕＫα
1 線では不可能であるがＣｕＫβ線，ＮｉＫβ線，ＷＬ
α線では可能であると考えられる。以下に実験で本事実
を検証する。
【００１８】実際の反射率測定による積層体の検査で
は、入射Ｘ線の強度が大きいことが望ましい。それ故、
本実施例ではＸ線源として実験室で容易に入手できる管
球型のＣｕターゲットを用い、ＣｕＫβ線による反射率
測定を行い、検査の可否について調べた。図２に積層体
検査装置の概略を示す。１はＣｕターゲットを装備した
Ｘ線源、２はＸ線束制限スリット、３は結晶分光器（こ
こではＧｅ（１１１）結晶を使用）、４は入射スリッ
ト、５はゴニオメータ、６は被検査試料、７は検出スリ
ット、８は散乱防止スリット、９は検出器、１０は制御
装置、１１はデータ解析装置、１２は出力装置である。
２，４のスリットは、幅０.０５mm ，高さ１０mmに設定
し、結晶分光器３によりＣｕＫβ線を取り出した。検出
スリット，散乱防止スリットは、幅０.１mm ，高さ１０
mmに設定した。制御装置１０により、θ／２θ走査を行
い反射Ｘ線を検出器９により測定した。その後、測定デ
ータをデータ解析装置に転送し、反射率に変換後、従来
一般に用いられている最小２乗フィッティング法により
解析した。フィッティングの良さは数３のＲ値により評
価した。
は、入射Ｘ線の強度が大きいことが望ましい。それ故、
本実施例ではＸ線源として実験室で容易に入手できる管
球型のＣｕターゲットを用い、ＣｕＫβ線による反射率
測定を行い、検査の可否について調べた。図２に積層体
検査装置の概略を示す。１はＣｕターゲットを装備した
Ｘ線源、２はＸ線束制限スリット、３は結晶分光器（こ
こではＧｅ（１１１）結晶を使用）、４は入射スリッ
ト、５はゴニオメータ、６は被検査試料、７は検出スリ
ット、８は散乱防止スリット、９は検出器、１０は制御
装置、１１はデータ解析装置、１２は出力装置である。
２，４のスリットは、幅０.０５mm ，高さ１０mmに設定
し、結晶分光器３によりＣｕＫβ線を取り出した。検出
スリット，散乱防止スリットは、幅０.１mm ，高さ１０
mmに設定した。制御装置１０により、θ／２θ走査を行
い反射Ｘ線を検出器９により測定した。その後、測定デ
ータをデータ解析装置に転送し、反射率に変換後、従来
一般に用いられている最小２乗フィッティング法により
解析した。フィッティングの良さは数３のＲ値により評
価した。
【００１９】
【数３】
【００２０】Ｒ値は小さい方がフィッティングが良い、
即ち信頼度の高い結果である。比較のため、結晶分光器
の調整によりＣｕＫα1 を取り出し、ＣｕＫβと同様の
測定，解析を行った。
即ち信頼度の高い結果である。比較のため、結晶分光器
の調整によりＣｕＫα1 を取り出し、ＣｕＫβと同様の
測定，解析を行った。
【００２１】図３に結果を示す。（ａ）はＣｕＫα
1 線，ＣｕＫβ線を用いたときの実験反射率（点線）と
最小２乗フィティングによる解析で得られた最適パラメ
ータを用いたときの計算反射率（実線）である。いずれ
も実験と計算は良く一致していることが判る。図３
（ｂ）は、Ｃｕの膜厚を最適値からずらした値に固定し
て最小２乗フィッティングを行い、Ｒ値のＣｕ膜厚依存
性を調べた結果である。縦軸はＲ値の最小値に対する相
対値で示した。ＣｕＫα1 線の場合Ｃｕの膜厚を変えて
も相対的なＲ値は誤差の範囲（本実験では誤差の範囲は
５％程度）に入ってしまっている。言い替えれば、Ｃｕ
Ｋα1 線の場合、図３（ａ）より一見実験反射率を良く
説明しているように見えるが、実際にはＣｕの膜厚を変
えても実験と計算は誤差の範囲で一致してしまうことを
示している。即ち、ＣｕＫα1 線による反射率測定では
Ｃｕの膜厚、引いては上下のＮｉＦｅの膜厚等の検査は
殆ど不可能であることを意味している。一方、ＣｕＫβ
線の場合、Ｃｕの膜厚が最適値からずれると相対的Ｒ値
は急に大きくなる、即ち、フィッティングにより得られ
た最適値は非常に信頼度の高い結果であることを示して
いる。Ｒ値の相対的誤差が５％程度であることから、Ｃ
ｕ膜厚は±０.２ｎｍ の精度で検査できることを示して
いる。本実施例ではＣｕＫβ線利用の結果を示したが、
Ｎｉの吸収端に近いＮｉＫβ線，ＷＬα線を用いても同
様の結果が得られる。
1 線，ＣｕＫβ線を用いたときの実験反射率（点線）と
最小２乗フィティングによる解析で得られた最適パラメ
ータを用いたときの計算反射率（実線）である。いずれ
も実験と計算は良く一致していることが判る。図３
（ｂ）は、Ｃｕの膜厚を最適値からずらした値に固定し
て最小２乗フィッティングを行い、Ｒ値のＣｕ膜厚依存
性を調べた結果である。縦軸はＲ値の最小値に対する相
対値で示した。ＣｕＫα1 線の場合Ｃｕの膜厚を変えて
も相対的なＲ値は誤差の範囲（本実験では誤差の範囲は
５％程度）に入ってしまっている。言い替えれば、Ｃｕ
Ｋα1 線の場合、図３（ａ）より一見実験反射率を良く
説明しているように見えるが、実際にはＣｕの膜厚を変
えても実験と計算は誤差の範囲で一致してしまうことを
示している。即ち、ＣｕＫα1 線による反射率測定では
Ｃｕの膜厚、引いては上下のＮｉＦｅの膜厚等の検査は
殆ど不可能であることを意味している。一方、ＣｕＫβ
線の場合、Ｃｕの膜厚が最適値からずれると相対的Ｒ値
は急に大きくなる、即ち、フィッティングにより得られ
た最適値は非常に信頼度の高い結果であることを示して
いる。Ｒ値の相対的誤差が５％程度であることから、Ｃ
ｕ膜厚は±０.２ｎｍ の精度で検査できることを示して
いる。本実施例ではＣｕＫβ線利用の結果を示したが、
Ｎｉの吸収端に近いＮｉＫβ線，ＷＬα線を用いても同
様の結果が得られる。
【００２２】以上の様に本発明による手法を用いれば、
従来不可能であった薄膜積層体の検査が、通常の管球型
Ｘ線源を用い精度良くかつ迅速に行えるという効果があ
る。 （発明の実施の形態２）薄膜積層体の検査で、λとして
吸収端波長そのものの使用も可能である。この場合、ξ
＝０となり勿論ξ≦１％という条件を満たす。実施の形
態１で示した様な積層体の場合にはＣｕ、あるいはＮｉ
の吸収端波長を入射Ｘ線として使用する。Ｘ線源１にシ
ンクロトロン放射光を用い、結晶分光器３にチャンネル
カット型のＳｉ（２２０）結晶分光器を用い、ＣｕＫ吸
収端波長のＸ線を取り出した。図４及び表２にＮｉＦｅ
／Ｃｕ／ＮｉＦｅ／Ｔａ／Ｓｉ基板なる積層体を検査し
た結果を示す。
従来不可能であった薄膜積層体の検査が、通常の管球型
Ｘ線源を用い精度良くかつ迅速に行えるという効果があ
る。 （発明の実施の形態２）薄膜積層体の検査で、λとして
吸収端波長そのものの使用も可能である。この場合、ξ
＝０となり勿論ξ≦１％という条件を満たす。実施の形
態１で示した様な積層体の場合にはＣｕ、あるいはＮｉ
の吸収端波長を入射Ｘ線として使用する。Ｘ線源１にシ
ンクロトロン放射光を用い、結晶分光器３にチャンネル
カット型のＳｉ（２２０）結晶分光器を用い、ＣｕＫ吸
収端波長のＸ線を取り出した。図４及び表２にＮｉＦｅ
／Ｃｕ／ＮｉＦｅ／Ｔａ／Ｓｉ基板なる積層体を検査し
た結果を示す。
【００２３】
【表２】
【００２４】膜作製の目標膜厚はそれぞれ、ｔ（ＮｉＦ
ｅ)＝１０.０ｎｍ，ｔ（Ｃｕ）＝１０.０ｎｍ，ｔ（Ｔ
ａ）＝１０.０ｎｍである。図４はフィッティングの状
況を示した結果であり、表２は得られた膜厚である。目
標膜厚に対し、Ｃｕは１％程度の精度で、また、ＮｉＦ
ｅ，Ｔａは１０％前後の精度で形成されていることが判
る。Ｎｉの吸収端波長を用いても同様な結果が得られ
る。
ｅ)＝１０.０ｎｍ，ｔ（Ｃｕ）＝１０.０ｎｍ，ｔ（Ｔ
ａ）＝１０.０ｎｍである。図４はフィッティングの状
況を示した結果であり、表２は得られた膜厚である。目
標膜厚に対し、Ｃｕは１％程度の精度で、また、ＮｉＦ
ｅ，Ｔａは１０％前後の精度で形成されていることが判
る。Ｎｉの吸収端波長を用いても同様な結果が得られ
る。
【００２５】本実施例の様に吸収端波長を使用すれば、
隣り合った膜の屈折率差Δδがより大きくなり、数１に
示した関係式から、振動構造の振幅がより明瞭に生じ検
査の精度がより向上するという効果がある。
隣り合った膜の屈折率差Δδがより大きくなり、数１に
示した関係式から、振動構造の振幅がより明瞭に生じ検
査の精度がより向上するという効果がある。
【００２６】（発明の実施の形態３）検査したい積層体
には磁性多層膜の様に隣り合った３層の膜の密度差が互
いに小さい場合が往々にしてある。この様な場合、積層
体を形成している膜のうち、密度差１０％以下の隣り合
った膜を含む３層の膜を基板側よりａ，ｂ，ｃとし（ａ
は基板であってもよい）、３層の膜の主構成元素をＡ，
Ｂ，Ｃとした時、中間膜の主構成元素ＢのＫβ線を入射
Ｘ線として使用すれば、ξ≦１％という条件を満たすと
共に、互いに隣り合う膜の屈折率差Δδは十分大きくな
り、ａ，ｂ，ｃの膜厚や密度を個々に検査することが可
能である。
には磁性多層膜の様に隣り合った３層の膜の密度差が互
いに小さい場合が往々にしてある。この様な場合、積層
体を形成している膜のうち、密度差１０％以下の隣り合
った膜を含む３層の膜を基板側よりａ，ｂ，ｃとし（ａ
は基板であってもよい）、３層の膜の主構成元素をＡ，
Ｂ，Ｃとした時、中間膜の主構成元素ＢのＫβ線を入射
Ｘ線として使用すれば、ξ≦１％という条件を満たすと
共に、互いに隣り合う膜の屈折率差Δδは十分大きくな
り、ａ，ｂ，ｃの膜厚や密度を個々に検査することが可
能である。
【００２７】例としてＣｕ／Ｃｏ／ＮｉＦｅ／Ｓｉ基板
の場合を示す。密度差はＣｕとＣｏ，ＣｏとＮｉＦｅい
ずれも１０％以下である。ξ≦１％を満たす波長とし
て、ＣｕＫβを使用波長として選定すればＣｕとＣｏは
区別して検査できるが、ＣｏとＮｉＦｅ間の屈折率差Δ
δが小さくなり、区別して検査できない。また、ＮｉＫ
βを選定すればＣｏとＮｉＦｅは区別して検査できる
が、同様な理由でＣｕとＣｏは区別できない。ＣｕＫ
β，ＮｉＫβ両方の検査からＣｕ，Ｃｏ，ＮｉＦｅそれ
ぞれ検査することも可能であるが２回の検査が必要にな
る。これに対し、中間層のＣｏＫβを用いれば、１回の
検査でそれぞれ独立に検査可能である。検査可能である
ことの検証をＣｕ（３）／Ｃｏ（３)／ＮｉＦｅ（３)／
Ｓｉ基板（括弧内は膜厚で単位はｎｍ）なる積層体を想
定し、本積層体中のＣｏの膜厚を０.３ｎｍ増減させ、
これに対応させてＣｕ，ＮｉＦｅの膜厚を０.１５ｎｍ
減少、あるいは増加させて(全体の膜厚は一定)、これら
３つの積層体からの反射率の違いを計算機シミュレーシ
ョンにより調べた。結果を図５（ａ）に、また、拡大図
を図５（ｂ）に示す。本結果より、Ｘ線の入射角１.２
度以上の角度領域で相互に明らかな違いが認められ、反
射率強度の正確な測定と従来から行われている最小２乗
フィッティング法を用いた精密な解析により、３ｎｍの
膜厚が１０％以内の精度で独立に検査できることがわか
る。本積層体の基板側、あるいは表面側に他の膜が形成
されている場合でも差は認められ、各々の膜の検査は可
能である。
の場合を示す。密度差はＣｕとＣｏ，ＣｏとＮｉＦｅい
ずれも１０％以下である。ξ≦１％を満たす波長とし
て、ＣｕＫβを使用波長として選定すればＣｕとＣｏは
区別して検査できるが、ＣｏとＮｉＦｅ間の屈折率差Δ
δが小さくなり、区別して検査できない。また、ＮｉＫ
βを選定すればＣｏとＮｉＦｅは区別して検査できる
が、同様な理由でＣｕとＣｏは区別できない。ＣｕＫ
β，ＮｉＫβ両方の検査からＣｕ，Ｃｏ，ＮｉＦｅそれ
ぞれ検査することも可能であるが２回の検査が必要にな
る。これに対し、中間層のＣｏＫβを用いれば、１回の
検査でそれぞれ独立に検査可能である。検査可能である
ことの検証をＣｕ（３）／Ｃｏ（３)／ＮｉＦｅ（３)／
Ｓｉ基板（括弧内は膜厚で単位はｎｍ）なる積層体を想
定し、本積層体中のＣｏの膜厚を０.３ｎｍ増減させ、
これに対応させてＣｕ，ＮｉＦｅの膜厚を０.１５ｎｍ
減少、あるいは増加させて(全体の膜厚は一定)、これら
３つの積層体からの反射率の違いを計算機シミュレーシ
ョンにより調べた。結果を図５（ａ）に、また、拡大図
を図５（ｂ）に示す。本結果より、Ｘ線の入射角１.２
度以上の角度領域で相互に明らかな違いが認められ、反
射率強度の正確な測定と従来から行われている最小２乗
フィッティング法を用いた精密な解析により、３ｎｍの
膜厚が１０％以内の精度で独立に検査できることがわか
る。本積層体の基板側、あるいは表面側に他の膜が形成
されている場合でも差は認められ、各々の膜の検査は可
能である。
【００２８】本実施例によれば、検査すべき積層体中の
隣り合った３層の膜の密度が非常に小さい場合でも、使
用すべきＸ線波長が容易に選定できると共に通常の管球
型Ｘ線源を用い精度良く積層体の検査が可能になるとい
う効果がある。
隣り合った３層の膜の密度が非常に小さい場合でも、使
用すべきＸ線波長が容易に選定できると共に通常の管球
型Ｘ線源を用い精度良く積層体の検査が可能になるとい
う効果がある。
【００２９】（発明の実施の形態４）上記実施例からわ
かるように、積層体の検査ではＸ線波長の適切な選択が
重要である。従来、管球型のＸ線ターゲットは１種類の
元素で作られているため、必要に応じ、Ｘ線ターゲット
を変更する必要があった。ここでは、ＣｕとＣｏの合金
でできたＸ線ターゲットを作製し、検査装置のＸ線源１
とした。これにより、ターゲットを変更することなく、
ＣｕＫα線，ＣｕＫβ線,ＣｏＫα線,ＣｏＫβ線による
反射率測定が可能になり、検査がより迅速に行えるよう
になった。
かるように、積層体の検査ではＸ線波長の適切な選択が
重要である。従来、管球型のＸ線ターゲットは１種類の
元素で作られているため、必要に応じ、Ｘ線ターゲット
を変更する必要があった。ここでは、ＣｕとＣｏの合金
でできたＸ線ターゲットを作製し、検査装置のＸ線源１
とした。これにより、ターゲットを変更することなく、
ＣｕＫα線，ＣｕＫβ線,ＣｏＫα線,ＣｏＫβ線による
反射率測定が可能になり、検査がより迅速に行えるよう
になった。
【００３０】
【発明の効果】本発明により、従来、薄膜積層体の検査
が不可能かあるいは可能でも精度が非常に悪い場合で
も、精度良く且つ迅速に行えるという効果がある。
が不可能かあるいは可能でも精度が非常に悪い場合で
も、精度良く且つ迅速に行えるという効果がある。
【図１】薄膜積層体検査方法のフロー。
【図２】薄膜積層体検査装置の構成。
【図３】（ａ）はＣｕＫα1 線，ＣｕＫβ線を入射Ｘ線
とした時の、積層体；ＮｉＦｅ（１０）／Ｃｕ（２）／
ＮｉＦｅ（１０）／Ｔａ（１０）／Ｓｉ基板（括弧内は
膜厚で単位はｎｍ）からの実験反射率（点線）と最小２
乗フィッティングにより求めた最適パラメータを用いた
計算反射率（実線）。（ｂ）は（ａ）の積層体中、Ｃｕ
の膜厚を固定して最小２乗フィッティングした時の相対
的Ｒ値のＣｕ膜厚依存性。
とした時の、積層体；ＮｉＦｅ（１０）／Ｃｕ（２）／
ＮｉＦｅ（１０）／Ｔａ（１０）／Ｓｉ基板（括弧内は
膜厚で単位はｎｍ）からの実験反射率（点線）と最小２
乗フィッティングにより求めた最適パラメータを用いた
計算反射率（実線）。（ｂ）は（ａ）の積層体中、Ｃｕ
の膜厚を固定して最小２乗フィッティングした時の相対
的Ｒ値のＣｕ膜厚依存性。
【図４】ＣｕＫ端波長を用いた時の、積層体；ＮｉＦｅ
（１０）／Ｃｕ（１０）／ＮｉＦｅ（１０）／Ｔａ（１
０）／Ｓｉ基板（括弧内は膜作製時の目標膜厚で単位は
ｎｍ）からの実験反射率と最適化パラメータを用いた計
算反射率。
（１０）／Ｃｕ（１０）／ＮｉＦｅ（１０）／Ｔａ（１
０）／Ｓｉ基板（括弧内は膜作製時の目標膜厚で単位は
ｎｍ）からの実験反射率と最適化パラメータを用いた計
算反射率。
【図５】（ａ）はＣｕ（３−Δｔ／２）／Ｃｏ（３＋Δ
ｔ）／ＮｉＦｅ(３−Δｔ／２)／Ｓｉ基板なる積層体
（括弧内は膜厚、単位はｎｍ）で、Δｔ＝０，０.３ｎ
ｍ，−０.３ｎｍ の時のＣｏＫβ線による計算反射率。
（ｂ）は（ａ）の拡大図。
ｔ）／ＮｉＦｅ(３−Δｔ／２)／Ｓｉ基板なる積層体
（括弧内は膜厚、単位はｎｍ）で、Δｔ＝０，０.３ｎ
ｍ，−０.３ｎｍ の時のＣｏＫβ線による計算反射率。
（ｂ）は（ａ）の拡大図。
１…Ｘ線源、２…Ｘ線束制限スリット、３…結晶分光
器、４…入射スリット、５…ゴニオメータ、６…試料、
７…検出スリット、８…散乱防止スリット、９…検出
器、１０…制御装置、１１…データ解析装置、１２…出
力装置。
器、４…入射スリット、５…ゴニオメータ、６…試料、
７…検出スリット、８…散乱防止スリット、９…検出
器、１０…制御装置、１１…データ解析装置、１２…出
力装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 菊井 広行 (56)参考文献 特開 平６−258259（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−322804（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−273357（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 23/20 - 23/207
Claims (6)
- 【請求項１】基板上に形成した積層体にＸ線を入射し、
表面及び界面で反射されたＸ線の干渉効果により生ずる
反射プロファイルの振動構造の解析をする薄膜積層体検
査方法において、積層体中密度差１０％以下の隣り合っ
た膜（基板を含む）の主構成元素Ａ，Ｂの吸収端波長を
λ(Ａ)，λ(Ｂ)としたとき、（｜λ−λ(Ａ)｜／λ(Ａ)）×１００≦１％ あるいは （｜λ−λ(Ｂ)｜／λ(Ｂ)）×１００≦１％ を満たす波長λを入射Ｘ線として使用することを特徴と
する薄膜積層体検査方法。 - 【請求項２】請求項１において、波長λとして構成元素
のＫβ線を入射Ｘ線として使用することを特徴とする薄
膜積層体検査方法。 - 【請求項３】基板上に形成した積層体にＸ線を入射し、
積層体からのＸ線反射率測定による薄膜積層体検査方法
において、積層体を形成している膜のうち、密度差１０
％以下の隣り合った２つの膜を含む３層の膜（基板を含
む）の主構成元素をＡ，Ｂ，Ｃとした時、中間膜の主構
成元素ＢのＫβ線を入射Ｘ線として使用することを特徴
とする薄膜積層体検査方法。 - 【請求項４】基板上にパーマロイ／Ｃｕの積層膜を含む
積層体のＸ線反射率法による薄膜積層体検査方法におい
て、ＣｕＫβ線あるいはＷＬα線を入射Ｘ線として使用
することを特徴とする薄膜積層体検査方法。 - 【請求項５】基板上にＣｏ薄膜を含む各種薄膜を形成し
た積層体のＸ線反射率法による薄膜積層体検査方法にお
いて、ＣｏＫβ線を入射Ｘ線として使用することを特徴
とする薄膜積層体検査方法。 - 【請求項６】請求項１から請求項５のいずれかにおい
て、Ｘ線源に少なくとも２種以上の元素で構成されたＸ
線ターゲットを用いることを特徴とする薄膜積層体検査
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19035696A JP3329197B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 薄膜積層体検査方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19035696A JP3329197B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 薄膜積層体検査方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038821A JPH1038821A (ja) | 1998-02-13 |
| JP3329197B2 true JP3329197B2 (ja) | 2002-09-30 |
Family
ID=16256836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19035696A Expired - Lifetime JP3329197B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 薄膜積層体検査方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3329197B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3706989B2 (ja) * | 1999-04-07 | 2005-10-19 | 富士通株式会社 | 蛍光ｘ線を用いた膜厚測定方法 |
| JP4282878B2 (ja) * | 2000-07-25 | 2009-06-24 | 富士通株式会社 | 薄膜の密度測定方法 |
| JP3914925B2 (ja) | 2004-01-28 | 2007-05-16 | 株式会社リガク | 膜厚測定方法及び装置 |
| JP3927960B2 (ja) | 2004-03-04 | 2007-06-13 | 株式会社リガク | 空孔率の測定方法及び装置並びに粒子率の測定方法及び装置 |
| JP4041808B2 (ja) | 2004-03-22 | 2008-02-06 | 株式会社リガク | Ｘ線反射率の測定方法 |
| JP4665169B2 (ja) * | 2005-08-18 | 2011-04-06 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 基板に注入した不純物元素の深さ分布を測定する測定方法 |
-
1996
- 1996-07-19 JP JP19035696A patent/JP3329197B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1038821A (ja) | 1998-02-13 |
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