JP3983762B2 - X-ray diffraction measurement analysis method and program - Google Patents

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Description

本発明は、X線回折測定解析方法及びプログラム、特に異種の薄膜を交互に積層した超格子構造の測定・解析に好適なX線回折測定解析方法及びプログラムに関する。   The present invention relates to an X-ray diffraction measurement analysis method and program, and more particularly to an X-ray diffraction measurement analysis method and program suitable for measurement and analysis of a superlattice structure in which different types of thin films are alternately stacked.

異種の薄膜を交互に積層した超格子構造を有する結晶構造は、通信分野で使用される高出力の半導体レーザの活性層を代表例として多くの用途に適用されている。   A crystal structure having a superlattice structure in which different types of thin films are alternately stacked is applied to many applications, using an active layer of a high-power semiconductor laser used in the communication field as a representative example.

近時、薄膜製造に対する要求精度が従前より更に厳しくなる中で、薄膜を測定・解析対象とする場合にX線回折を利用する高精度の測定解析法が多用されてきており、その中でも、異種の薄膜を交互に積層した超格子構造の測定・解析には、いわゆるロッキングカーブ測定・解析が利用されている。   Recently, the accuracy required for thin film production has become more stringent than before, and high-precision measurement analysis methods using X-ray diffraction have been widely used when measuring and analyzing thin films. The so-called rocking curve measurement / analysis is used for the measurement / analysis of the superlattice structure in which the thin films are alternately laminated.

ロッキングカーブ測定・解析を行なう従来のX線回折測定解析方法においては、基板に入射するX線の入射角を変化させていくと、その角度が基板結晶やその基板上に交互に積層された超格子構造の薄膜のブラッグ角にそれぞれ一致するところでX線が相互に強め合うように回折・出射することで、回折X線強度が回折角度の変化に応じてその基板及び超格子構造に由来する特定のパターンで変化する。したがって、回折角度を変えて結晶構造情報を含む回折X線強度変化のパターンを測定することで、そのプロファイル解析から超格子構造の異種薄膜の積層周期や膜厚や格子定数等の値を知ることができる。   In the conventional X-ray diffraction measurement analysis method that performs rocking curve measurement / analysis, when the incident angle of X-rays incident on the substrate is changed, the angle is superposed by alternately laminating the substrate crystal and the substrate. By diffracting and emitting X-rays so that X-rays intensify each other where they match the Bragg angle of a thin film with a lattice structure, the diffracted X-ray intensity is specified from the substrate and superlattice structure according to changes in the diffraction angle. The pattern changes. Therefore, by measuring the diffraction X-ray intensity change pattern including crystal structure information by changing the diffraction angle, it is possible to know the values of the stacking period, film thickness, lattice constant, etc. of different types of thin films with superlattice structure from the profile analysis. Can do.

前記測定に際しては、例えばX線源からのX線ビームを試料に照射し、回折X線の強度をX線カウンタでカウントすると、横軸をX線回折角度、縦軸をX線回折強度として表わされるX線の実測プロファイル中に、基板よりの回折X線に由来する基板ピークや、その基板上に積層された超格子構造に由来する複数のサテライトピークが現れる。   In the measurement, for example, when a sample is irradiated with an X-ray beam from an X-ray source and the intensity of diffracted X-rays is counted by an X-ray counter, the horizontal axis is expressed as an X-ray diffraction angle and the vertical axis is expressed as an X-ray diffraction intensity. The substrate peak derived from the diffracted X-ray from the substrate and a plurality of satellite peaks derived from the superlattice structure laminated on the substrate appear in the measured X-ray profile.

一方、X線回折現象による上記プロファイルの解析に際しては、基板上に超格子構造を持つ結晶構造体の既知の情報(基板の結晶構造情報や基板及び超格子構造の設計情報)に基づいて、X線のプロファイルを特徴付ける4つの変数をパラメータとして実測プロファイルに対応する解析プロファイルを理論計算で求め、前記4つの変数を変更しながらフィッティング処理を行なって、最終的に実測プロファイルに最も近い一致を見た時点の前記4つの変数を測定値としている。このように、X線回折で測定された実測プロファイルを解析することにより、結晶構造を数値的に把握することができる。   On the other hand, in the analysis of the profile by the X-ray diffraction phenomenon, based on the known information of the crystal structure having a superlattice structure on the substrate (the crystal structure information of the substrate and the design information of the substrate and the superlattice structure) The analysis profile corresponding to the measured profile was obtained by theoretical calculation using the four variables characterizing the line profile as parameters, and the fitting process was performed while changing the four variables, and finally the closest match to the measured profile was found. The above four variables at the time are measured values. Thus, by analyzing the actual measurement profile measured by X-ray diffraction, the crystal structure can be grasped numerically.

より具体的には、例えば、歪量子井戸半導体レーザの活性層を構成する量子井戸層の格子定数及び膜厚、並びにバリア層の格子定数及び膜厚の4つの値をパラメータとして、理論計算で解析プロファイルを求め、その解析プロファイルのパターンが実測プロファイルのパターンと、より良く一致するように理論計算のパラメータを変化させて、両プロファイルのフィッティングを行なう。そして、フィッティングにより最も良く一致する解析プロファイルの4つのパラメータ、すなわち量子井戸層の格子定数及び膜厚並びにバリア層の格子定数及び膜厚を測定値とする。なお、実測プロファイルと解析プロファイルを得る方法は、それぞれ既に確立されており学術界・産業界に広く普及している。   More specifically, for example, analysis is performed by theoretical calculation using four values of the lattice constant and film thickness of the quantum well layer constituting the active layer of the strained quantum well semiconductor laser and the lattice constant and film thickness of the barrier layer as parameters. Profiles are obtained, and the parameters of the theoretical calculation are changed so that the pattern of the analysis profile better matches the pattern of the actually measured profile, and fitting of both profiles is performed. Then, the four parameters of the analysis profile best matched by fitting, that is, the lattice constant and film thickness of the quantum well layer and the lattice constant and film thickness of the barrier layer are taken as measured values. Note that methods for obtaining an actual measurement profile and an analysis profile have already been established, and are widely used in academia and industry.

一方、上述のフィッティング処理は、対象によって異なるが、例えば最小二乗法近似によるフィッティングが良く知られている。この最小二乗法近似は、実測プロファイルと解析プロファイルの差の二乗誤差が最小になるようにフィッティングを行なうものであり、プロファイルの全角度範囲にわたって両プロファイルの差の二乗値を均等に加算し平方根をとりサンプル数で除算するという単純なアルゴリズムを採用でき、計算機を用いて容易に自動化することができる。また、パラメータの初期値を適切に設定すれば、コンピュータプログラムによって自動的にもっとも良く一致する点を見つけ出すことができるので、比較的広いパラメータ範囲を探索するような場合に適している。   On the other hand, although the above-described fitting process varies depending on the object, for example, fitting by least square method approximation is well known. In this least square method approximation, fitting is performed so that the square error of the difference between the measured profile and the analysis profile is minimized, and the square root of the difference between both profiles is added evenly over the entire angle range of the profile. A simple algorithm of dividing by the number of samples can be adopted and can be easily automated using a computer. Further, if the initial values of the parameters are set appropriately, the computer program can automatically find the best matching point, which is suitable for searching a relatively wide parameter range.

しかし、実測プロファイルにはノイズ等が多く含まれており、パターン認識処理も容易ではないので、ソフトウェアにより最も一致した点を見つけ出すために、例えば、実測プロファイルデータに対してスムージング(平滑化)処理を施してノイズを含む実測プロファイルから超格子構造の特徴を示す主要なピーク(例えばサテライトピーク)についてのフィッティングを実行し、次いで、このスムージングを徐々に減らしていきながら、プロファイルの細かい特徴部分についてのフィッティングを行なうという手法が採られている(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。
特表2002−532703号公報 PANalytical社の「Press Releases」、「New X'Pert Epitaxy software from Philips Analytical makes rocking-curve analysis easier than ever」[2004年12月10日検索]、インターネットURL<http://www.panalytical.com/index.cfm?pid=21&itemid=153&contentitemid=12>。
However, since the actual measurement profile contains a lot of noise and the pattern recognition process is not easy, for example, smoothing (smoothing) processing is performed on the actual measurement profile data in order to find the most consistent point by software. Perform fitting for major peaks (for example, satellite peaks) showing the characteristics of the superlattice structure from the measured profile including noise, and then gradually fitting this feature while gradually reducing this smoothing. (For example, refer to Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
Special Table 2002-532703 “Press Releases” from PANalytical, “New X'Pert Epitaxy software from Philips Analytical makes rocking-curve analysis easier than ever” [searched on December 10, 2004], Internet URL <http://www.panalytical.com/ index.cfm? pid = 21 & itemid = 153 & contentitemid = 12>.

しかしながら、上記従来のX線回折測定解析方法及びプログラムにあっては、最小二乗法近似を用いているため、スムージングによる主要ピークについての第1段階のフィッティングとスムージングを減らしながらの第2段階のフィッティングとを行ったとしても、小さなピークやノイズまでフィッティングの対象としてしまうので、条件次第で本来1つしかない一致点が複数得られてしまうという結果を招きかねないという問題があった。   However, in the above conventional X-ray diffraction measurement analysis method and program, since the least square method approximation is used, the first step fitting for the main peak due to smoothing and the second step fitting while reducing the smoothing. However, since even small peaks and noises are subject to fitting, there is a problem that a plurality of matching points that are originally only one may be obtained depending on conditions.

一方、基板の結晶に関する格子定数、並びに超格子構造の各種薄膜の配置、膜厚、格子定数等の設計値は既知であり、更に、実測プロファイルには、基板ピークと共に、超格子構造の平均格子定数に対応する0次のサテライトピークを中心に超格子構造の周期(L)、すなわち、交互に積層される薄膜の膜厚の和に相当する回折角度間隔を隔てて複数の他次数のサテライトピークが複数現れる。すなわち、実測プロファイルの形状的特徴とパラメータの間の特定の関係が明らかになっている。   On the other hand, the lattice constant related to the crystal of the substrate and the design values such as the arrangement, film thickness, and lattice constant of various thin films of the superlattice structure are known, and the measured profile includes the average peak of the superlattice structure along with the substrate peak. A plurality of other-order satellite peaks separated by a diffraction angle interval corresponding to the period (L) of the superlattice structure around the zero-order satellite peak corresponding to the constant, that is, the sum of the film thicknesses of the alternately stacked thin films Appears multiple times. That is, a specific relationship between the shape characteristics of the actually measured profile and the parameters has been clarified.

したがって、このように実測プロファイルの形状的特徴と前記4つの変数(パラメータ)の明らかな関係を利用し、4つの変数を2つの独立変数に集約すれば、重要情報を有するプロファイル形状部分(特定のサテライトピーク)のみに着目してフィッティングを行なうことができる。このようにすれば、小ピーク、ノイズ等の微視的プロファイル部分の悪影響を抑えた簡便且つ確実な解析が可能になる。   Therefore, by utilizing the obvious relationship between the shape characteristics of the actually measured profile and the four variables (parameters) in this way, if the four variables are aggregated into two independent variables, the profile shape portion having the important information (specific Fitting can be performed by paying attention only to the satellite peak). In this way, simple and reliable analysis can be performed while suppressing the adverse effects of microscopic profile portions such as small peaks and noise.

そこで、本発明は、サテライトピーク間にある小さなピークやノイズはフィッティングに用いずに超格子構造を反映する主要サテライトピークについてフィッティングを行ない、既知の情報及び実測データに基づいて選択した特定のサテライトピークのフィッティングによって、必要にして十分な精度の解析が行なえるX線回折測定解析方法及びプログラムを実現することを目的とするものであり、併せて、4パラメータの一致状態を一般性を失うことなく大局的に見通しよく理解できるような2次元表示を実現することを目的とする。   Therefore, the present invention does not use small peaks or noises between satellite peaks for fitting, but performs fitting for main satellite peaks that reflect the superlattice structure, and selects specific satellite peaks selected based on known information and measured data. The purpose of this method is to realize an X-ray diffraction measurement analysis method and program that can perform analysis with sufficient accuracy if necessary, and at the same time, without losing generality of the coincidence state of four parameters. The purpose is to realize a two-dimensional display that can be understood with a broad perspective.

本願の発明者は、解析プロファイルの4つの変数(パラメータ)を変化させて解析プロファイルを実測プロファイルに一致させることに代えて、まず、超格子物理の自然法則から、これら変数の従属関係を明確にすることで、4つの変数を2つの独立変数に集約できるとの知見を得、簡便、正確で局所最適値に陥る危険性のない優れた測定解析方法を創作したものである。また、これにより、2変数による鳥瞰図的な4変数の全体像を大局的に見通しよく表示することも可能となる。   Instead of changing the four variables (parameters) of the analysis profile to match the analysis profile with the actual measurement profile, the inventor of the present application first clearly defines the dependency relationship of these variables from the natural law of superlattice physics. In this way, the knowledge that four variables can be aggregated into two independent variables has been obtained, and an excellent measurement analysis method has been created that is simple, accurate, and without risk of falling into a local optimum value. In addition, this makes it possible to display a bird's-eye view of the four variables as a whole, with a good overall perspective.

すなわち、本発明は、上記目的達成のため、(1)基板上に複数の第1組成薄膜と複数の第2組成薄膜とが交互に積層された超格子構造を有する結晶構造にX線を入射し回折されたX線を検出して得られるX線回折測定情報に基づき、横軸をX線回折角度、縦軸をX線回折強度として表わされ、前記基板よりの回折X線に由来する基板ピーク及び前記積層された超格子構造に由来する複数のサテライトピークを有する実測プロファイルと、4つの変数として前記第1組成薄膜の格子定数及び膜厚並びに前記第2組成薄膜の格子定数及び膜厚を用いたX線回折現象の理論計算により、横軸をX線回折角度、縦軸をX線回折強度として表わされる解析プロファイルとを、前記4つの変数を変化させながら比較し、最も良く一致した状態における前記解析プロファイルの4つの変数を、前記第1組成薄膜の格子定数及び膜厚並びに前記第2組成薄膜の格子定数及び膜厚のそれぞれの測定値とするX線回折測定解析方法において、前記実測プロファイルの中の複数の主要なサテライトピークの間隔から前記超格子構造の周期(L)を求め、且つ前記実測プロファイルの中の超格子構造の平均組成に対応するサテライトピークと前記基板ピークとの間隔から前記超格子構造の平均格子定数(a)を求めるとともに、前記4つの変数のうち前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の膜厚(L1)及び前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の格子定数(a1)の初期値を設定する設定段階と、前記超格子構造の周期(L)と前記超格子構造の平均格子定数(a)と前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)の初期値とから、前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜の膜厚のうち他方の薄膜の膜厚(L2)及び格子定数(a2)の値を算出する変数算出段階と、前記超格子構造の周期(L)、前記超格子構造の平均格子定数(a)、前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)の初期値、並びに前記他方の薄膜の膜厚(L2)及び格子定数(a2)の値に基づいて、前記理論計算により前記解析プロファイルを得る解析プロファイル作成段階と、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルを比較して、両プロファイルの一致の度合いを調べる比較段階と、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすか否かを判定し、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすときは、そのときの前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)の設定値並びに前記他方の薄膜の膜厚(L2)及び格子定数(a2)の値を膜厚測定値及び格子定数測定値とし、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たさないときは、前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)のうちいずれかの設定値を変更して再び変数算出段階に戻る判定段階と、を含むことを特徴とするものである。   That is, in order to achieve the above object, the present invention (1) makes X-rays incident on a crystal structure having a superlattice structure in which a plurality of first composition thin films and a plurality of second composition thin films are alternately stacked on a substrate. Based on the X-ray diffraction measurement information obtained by detecting the diffracted X-ray, the horizontal axis is expressed as the X-ray diffraction angle and the vertical axis is expressed as the X-ray diffraction intensity, which is derived from the diffracted X-rays from the substrate. A measured profile having a substrate peak and a plurality of satellite peaks derived from the laminated superlattice structure, and the lattice constant and film thickness of the first composition thin film and the lattice constant and film thickness of the second composition thin film as four variables Based on the theoretical calculation of the X-ray diffraction phenomenon using X, the analysis profile expressed as the X-ray diffraction angle on the horizontal axis and the X-ray diffraction intensity on the vertical axis was compared while changing the above four variables, and the best agreement was obtained. Before in state In the X-ray diffraction measurement analysis method in which the four variables of the analysis profile are the measured values of the lattice constant and film thickness of the first composition thin film and the lattice constant and film thickness of the second composition thin film, The period (L) of the superlattice structure is obtained from the interval between a plurality of main satellite peaks in the medium, and the interval between the satellite peak corresponding to the average composition of the superlattice structure in the measured profile and the substrate peak is While obtaining the average lattice constant (a) of the superlattice structure, the film thickness (L1) of one of the first composition thin film and the second composition thin film among the four variables and the first composition thin film or the A setting step of setting an initial value of the lattice constant (a1) of one of the second composition thin films, a period (L) of the superlattice structure, and an average lattice constant (a And the initial value of the film thickness (L1) and the lattice constant (a1) of the one thin film, the film thickness (L2) of the other thin film and the lattice of the first composition thin film or the second composition thin film A variable calculation stage for calculating a value of the constant (a2), a period (L) of the superlattice structure, an average lattice constant (a) of the superlattice structure, a film thickness (L1) of the one thin film, and a lattice constant ( Based on the initial value of a1), the film thickness (L2) of the other thin film, and the value of the lattice constant (a2), an analysis profile creating step for obtaining the analysis profile by the theoretical calculation, the analysis profile, and the actual measurement A comparison stage for comparing the profiles to check the degree of matching between the two profiles; determining whether the degree of matching satisfies a predetermined matching criterion; and determining whether the matching degree is a predetermined matching criterion. Satisfaction In this case, the set values of the film thickness (L1) and the lattice constant (a1) of the one thin film and the values of the film thickness (L2) and the lattice constant (a2) of the other thin film at that time are measured values. When the degree of coincidence does not satisfy a predetermined coincidence criterion, the setting value of either the film thickness (L1) or the lattice constant (a1) of the one thin film is changed. And a determination step for returning to the variable calculation step again.

本発明の方法では、まず、実測プロファイルから超格子構造の周期(L)と超格子構造の平均格子定数(a)が求められ、これらの値と既知の情報とに基づいて、第1又は第2組成薄膜のうち一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)の初期値が4つの変数のうち2つの変数の初期値として設定され(設定段階)、これらの値を基に残りの2つの変数が算出されると(変数算出段階)、それまでに得られた情報に基づいて、理論計算により解析プロファイルが作成される(解析プロファイル作成段階)。そして、その解析プロファイル及び実測プロファイルが比較され(比較段階)、両プロファイルの一致の度合いが一致基準を満たすときには、そのときの4つの変数が測定値とされ、一致の度合いが前記基準を満たさないときには、2つの変数である設定値のいずれかを変更して再び変数算出段階に戻る(判定段階)。したがって、4パラメータの一致状態を一般性を失うことなく2つのパラメータに集約することで、適切な2つの初期値の設定とこれら設定値のいずれか一方又は双方を変更するだけのフィッティング処理を収束計算的に迅速に実行することができ、しかも、所要の測定精度が確保できることになる。   In the method of the present invention, first, the period (L) of the superlattice structure and the average lattice constant (a) of the superlattice structure are obtained from the actually measured profile, and based on these values and known information, The initial value of the film thickness (L1) and lattice constant (a1) of one of the two composition thin films is set as the initial value of two of the four variables (setting stage), and the remaining values are based on these values. Are calculated (variable calculation stage), an analysis profile is created by theoretical calculation based on the information obtained so far (analysis profile creation stage). Then, the analysis profile and the actual measurement profile are compared (comparison stage), and when the degree of coincidence of both profiles satisfies the coincidence criterion, the four variables at that time are set as measured values, and the degree of coincidence does not satisfy the above-mentioned criterion. Sometimes, one of the two variable set values is changed and the process returns to the variable calculation stage again (determination stage). Therefore, by consolidating the matching status of the four parameters into two parameters without losing generality, it is possible to converge an appropriate setting of two initial values and a fitting process that only changes one or both of these setting values. The calculation can be executed quickly, and the required measurement accuracy can be ensured.

この発明の方法においては、(2)前記設定段階において、前記積層された超格子構造に関する設計値情報に基づき、前記実測プロファイルから周期性のある孤立したピークを抽出して前記主要サテライトピークを特定するのが好ましい。これにより、小ピーク、ノイズ等の微視的プロファイル部分の悪影響をより有効に回避でき、しかも、処理を簡単化できることになる。   In the method of the present invention, (2) in the setting step, the main satellite peak is identified by extracting a periodic isolated peak from the measured profile based on design value information regarding the stacked superlattice structure. It is preferable to do this. As a result, adverse effects of microscopic profile portions such as small peaks and noise can be avoided more effectively, and the processing can be simplified.

この発明の方法においては、さらに、(3)前記設定段階において、前記実測プロファイルから求めた前記超格子構造の周期(L)及び平均格子定数(a)と、前記一方及び他方の薄膜の膜厚(L1、L2)及び格子定数(a1、a2)の設計値情報とに基づいて、前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)の初期値を設定するのがよい。実測プロファイルや設計情報等から得られる情報を基に、より得るべき測定値に近い初期値が設定できるからである。   In the method of the present invention, (3) in the setting step, the period (L) and average lattice constant (a) of the superlattice structure obtained from the measured profile, and the film thicknesses of the one and the other thin films The initial values of the film thickness (L1) and the lattice constant (a1) of the one thin film are preferably set based on the design value information of (L1, L2) and the lattice constant (a1, a2). This is because an initial value closer to a measured value to be obtained can be set based on information obtained from an actual measurement profile, design information, or the like.

また、この発明の方法においては、(4)前記比較段階において、前記複数のサテライトピークのうち前記超格子構造の平均格子定数(a)に対応する0次のサテライトピークについて、前記解析プロファイルを前記縦軸方向及び横軸方向でそれぞれ前記実測プロファイルに合わせ、前記主要サテライトピークのうち他の次数のサテライトピークについて、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いを調べるのが好ましい。これにより、4つの変数の変化に対する解析プロファイルの変化の特性を考慮して、一致度の比較処理を簡単化できることになる。   In the method of the present invention, (4) in the comparison step, the analysis profile of the zero-order satellite peak corresponding to the average lattice constant (a) of the superlattice structure among the plurality of satellite peaks It is preferable to check the degree of coincidence of the analysis profile and the actual measurement profile for the satellite peaks of other orders among the main satellite peaks in accordance with the actual measurement profile in the vertical axis direction and the horizontal axis direction, respectively. This makes it possible to simplify the matching degree comparison process in consideration of the characteristics of changes in the analysis profile with respect to changes in the four variables.

また、この発明の方法においては、(5)前記判定段階において、前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)のうちいずれかの設定値を変更して再び変数算出段階に戻る際、前記超格子構造の周期(L)を一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚(L1)の設定値を微調整するのがよい。超格子構造の周期(L)は実測プロファイルから正確に得られるからであり、この周期(L)を固定することで、一致点への収束を早めることができる。   In the method of the present invention, (5) in the determination step, one of the thin film thickness (L1) and the lattice constant (a1) is changed to return to the variable calculation step. At this time, it is preferable to finely adjust the set value of the film thickness (L1) of the one thin film while keeping the period (L) of the superlattice structure constant. This is because the period (L) of the superlattice structure can be accurately obtained from the actually measured profile. By fixing this period (L), convergence to the coincidence point can be accelerated.

この場合、さらに、(6)前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)のうちいずれかの設定値を変更して再び変数算出段階に戻る際、前記超格子構造の周期(L)を一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚(L1)の設定値を微調整するのに先立って、前記一方の薄膜の格子定数(a1)を微調整するのが望ましい。膜厚(L1)と格子定数(a1)の変化における相関性を考慮して、一致点への収束を早めることができるからである。   In this case, (6) when changing one of the set values of the film thickness (L1) and the lattice constant (a1) of the one thin film and returning to the variable calculation stage again, the period of the superlattice structure ( It is desirable to finely adjust the lattice constant (a1) of the one thin film before finely adjusting the set value of the film thickness (L1) of the one thin film while keeping L) constant. This is because the convergence to the coincidence point can be accelerated considering the correlation in the change of the film thickness (L1) and the lattice constant (a1).

また、この発明の方法においては、(7)前記判定段階で、前記一方又は他方の薄膜の膜厚(L1又はL2)と前記一方又は他方の薄膜の格子定数(a1又はa2)の値を、該格子定数及び膜厚を縦軸及び横軸とする等高線図様の分布図上の点として記憶しておき、該記憶情報に基づいて前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いを示す分布図を作成するとともに、該分布図上に、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いが最も高い一致領域と、前記一致の度合いが前記一致領域よりも低く前記一致領域を取り囲むように分布する少なくとも1つの環状分布領域とを視覚的に区別される表示態様で表示し、前記分布図上の点が、該分布図上の前記一致領域及び環状分布領域のうちどの領域に属するかで前記一致の度合いを視覚的に識別可能に表示するのが好ましい。これにより、解析プロファイル及び実測プロファイルの一致の度合いがどの程度かを容易に見て取れることになり、ユーザーの迅速・的確な判断が可能になる。   In the method of the present invention, (7) in the determination step, the value of the film thickness (L1 or L2) of the one or other thin film and the lattice constant (a1 or a2) of the one or other thin film, A distribution diagram showing the degree of coincidence between the analysis profile and the measured profile based on the stored information, stored as points on a contour map like the vertical axis and horizontal axis of the lattice constant and film thickness. On the distribution map, the matching region having the highest degree of matching between the analysis profile and the measured profile, and at least distributed so as to surround the matching region with the matching degree lower than the matching region One circular distribution area is displayed in a visually distinguishable display manner, and the points on the distribution map belong to which of the matching area and the circular distribution area on the distribution map Preferably visually identifiably displayed a degree of the match or. As a result, the degree of coincidence between the analysis profile and the actual measurement profile can be easily seen, and the user can make a quick and accurate determination.

本発明は、また、(8)基板上に複数の第1組成薄膜と複数の第2組成薄膜とが交互に積層された超格子構造を有する結晶構造にX線を入射し回折されたX線を検出して得られるX線回折測定情報に基づき、横軸をX線回折角度、縦軸をX線回折強度として表わされ、前記基板よりの回折X線に由来する基板ピーク及び前記積層された超格子構造に由来する複数のサテライトピークを有する実測プロファイルと、4つの変数として前記第1組成薄膜の格子定数及び膜厚並びに前記第2組成薄膜の格子定数及び膜厚を用いたX線回折現象の理論計算により、横軸をX線回折角度、縦軸をX線回折強度として表わされる解析プロファイルとを、前記4つの変数を変化させながら比較し、最も良く一致した状態における前記解析プロファイルの4つの変数を、前記第1組成薄膜の格子定数及び膜厚並びに前記第2組成薄膜の格子定数及び膜厚のそれぞれの測定値とするX線回折測定解析プログラムであって、コンピュータにより、前記実測プロファイルの中の複数の主要なサテライトピークの間隔から前記超格子構造の周期(L)を求める周期算出手段(11)と、前記実測プロファイルの中の超格子構造の平均組成に対応するサテライトピークと前記基板ピークとの間隔から前記超格子構造の平均格子定数(a)を求める平均格子定数算出手段と、前記4つの変数のうち前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の膜厚(L1)及び前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の格子定数(a1)の初期値を設定する初期値設定手段と、前記超格子構造の周期(L)と前記超格子構造の平均格子定数(a)と前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)の設定値とから、前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜の膜厚のうち他方の薄膜の膜厚(L2)及び格子定数(a2)の値をそれぞれ算出する変数算出手段と、前記超格子構造の周期(L)、前記超格子構造の平均格子定数(a)、前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)の設定値並びに前記他方の薄膜の膜厚(L2)及び格子定数(a2)の値に基づいて、前記理論計算により前記解析プロファイルを作成する解析プロファイル作成手段と、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルを比較して、両プロファイルの一致の度合いを調べる比較手段と、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすか否かを判定し、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすときは、そのときの前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)の設定値、並びに前記他方の薄膜の膜厚(L2)及び格子定数(a2)の値を膜厚測定値及び格子定数測定値とし、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たさないときは、前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)のうちいずれかの設定値を変更して前記変数算出手段に再度算出を実行させる判定手段と、の機能を実現させることを特徴とするものである。   The present invention also provides (8) X-rays that are diffracted by incident X-rays on a crystal structure having a superlattice structure in which a plurality of first composition thin films and a plurality of second composition thin films are alternately laminated on a substrate. Based on the X-ray diffraction measurement information obtained by detecting the X-ray diffraction angle, the horizontal axis represents the X-ray diffraction angle, the vertical axis represents the X-ray diffraction intensity, the substrate peak derived from the diffracted X-rays from the substrate and the laminated X-ray diffraction using a measured profile having a plurality of satellite peaks derived from a superlattice structure, and the lattice constant and film thickness of the first composition thin film and the lattice constant and film thickness of the second composition thin film as four variables According to the theoretical calculation of the phenomenon, an analysis profile expressed as the X-ray diffraction angle on the horizontal axis and the X-ray diffraction intensity on the vertical axis is compared while changing the four variables, and the analysis profiles in the best match state are compared. Four An X-ray diffraction measurement analysis program having variables as measured values of a lattice constant and a film thickness of the first composition thin film and a lattice constant and a film thickness of the second composition thin film, respectively, Period calculation means (11) for determining the period (L) of the superlattice structure from the interval between a plurality of main satellite peaks in the satellite, the satellite peak corresponding to the average composition of the superlattice structure in the measured profile, and the substrate Mean lattice constant calculation means for obtaining an average lattice constant (a) of the superlattice structure from the distance from the peak, and the film thickness of one of the four composition thin films of the first composition thin film or the second composition thin film (L1) and an initial value setting means for setting an initial value of the lattice constant (a1) of one of the first composition thin film and the second composition thin film, and the circumference of the superlattice structure (L), the average lattice constant (a) of the superlattice structure, and the set values of the film thickness (L1) and the lattice constant (a1) of the one thin film, the first composition thin film or the second composition thin film Among the film thicknesses, variable calculation means for calculating values of the film thickness (L2) and the lattice constant (a2) of the other thin film, the period (L) of the superlattice structure, and the average lattice constant (a ), Based on the set values of the film thickness (L1) and lattice constant (a1) of the one thin film and the values of the film thickness (L2) and lattice constant (a2) of the other thin film, the analysis is performed by the theoretical calculation. Analysis profile creation means for creating a profile, comparison means for comparing the analysis profile and the actual measurement profile to check the degree of matching between both profiles, and whether or not the degree of matching satisfies a predetermined matching criterion The When the degree of coincidence satisfies a predetermined coincidence criterion, the set values of the film thickness (L1) and lattice constant (a1) of the one thin film and the film thickness of the other thin film at that time When the values of (L2) and the lattice constant (a2) are the film thickness measurement values and the lattice constant measurement values, and the degree of coincidence does not satisfy a predetermined coincidence criterion, the film thickness (L1) of the one thin film And a function of a determination unit that changes any set value of the lattice constant (a1) and causes the variable calculation unit to execute the calculation again.

このプログラムにより、4パラメータの一致状態を一般性を失うことなく2つのパラメータに集約することで、適切な2つの初期値の設定とこれら設定値のいずれか一方又は双方を変更するだけのフィッティング処理を収束計算的に迅速に実行することができ、しかも、所要の測定精度が確保できることになる。   By this program, the matching state of four parameters is aggregated into two parameters without losing generality, so that it is possible to set two appropriate initial values and only change one or both of these setting values. Can be executed quickly in terms of convergence calculation, and the required measurement accuracy can be ensured.

本発明のプログラムにおいては、(9)前記初期値設定手段が、前記積層された超格子構造に関する設計値情報に基づき、前記実測プロファイルから前記超格子構造の周期(L)に対応する周期性を有する孤立した複数のピークを抽出して前記主要サテライトピークを特定するのがよい。このようにすると、小ピーク、ノイズ等の微視的プロファイル部分の悪影響をより有効に回避でき、しかも、処理を簡単化できることになる。   In the program of the present invention, (9) the initial value setting means obtains the periodicity corresponding to the period (L) of the superlattice structure from the measured profile based on the design value information regarding the stacked superlattice structure. It is preferable to identify the main satellite peak by extracting a plurality of isolated peaks. In this way, the adverse effects of microscopic profile portions such as small peaks and noise can be avoided more effectively, and the processing can be simplified.

また、この発明のプログラムにおいては、(10)前記初期値設定手段が、前記実測プロファイルから求めた前記超格子構造の周期(L)及び平均格子定数(a)と、前記一方及び他方の薄膜の膜厚(L1、L2)及び格子定数(a1、a2)の設計値情報とに基づいて、前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)の初期値を設定するのがよい。この構成により、実測プロファイルや設計情報等から得られる情報を基に、より得るべき測定値に近い初期値が設定可能となる。   In the program of the present invention, (10) the initial value setting means includes the period (L) and average lattice constant (a) of the superlattice structure obtained from the measured profile, and the one and the other thin films. Based on the design value information of the film thickness (L1, L2) and the lattice constant (a1, a2), the initial value of the film thickness (L1) and the lattice constant (a1) of the one thin film may be set. With this configuration, an initial value closer to the measurement value to be obtained can be set based on information obtained from an actual measurement profile, design information, or the like.

また、この発明のプログラムにおいては、(11)前記比較手段が、前記複数のサテライトピークのうち前記超格子構造の平均格子定数(a)に対応する0次のサテライトピークについて、前記解析プロファイルを前記縦軸方向及び横軸方向でそれぞれ前記実測プロファイルに合わせるシミュレーションを実行し、前記主要サテライトピークのうち他の次数のサテライトピークについて、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いを調べるのが好ましい。これにより、4つの変数の変化に対する解析プロファイルの変化の特性を考慮して、一致度の比較処理を簡単化できることになる。   Further, in the program of the present invention, (11) the comparison means sets the analysis profile for the zero-order satellite peak corresponding to the average lattice constant (a) of the superlattice structure among the plurality of satellite peaks. It is preferable to execute a simulation to match the actual measurement profile in the vertical axis direction and the horizontal axis direction, respectively, and examine the degree of coincidence of the analysis profile and the actual measurement profile for the satellite peaks of other orders among the main satellite peaks. This makes it possible to simplify the matching degree comparison process in consideration of the characteristics of changes in the analysis profile with respect to changes in the four variables.

この発明のプログラムにおいては、さらに、(12)前記判定手段が前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)のうちいずれかの設定値を変更して前記変数算出手段に再度算出を実行させるとき、前記初期値設定手段が、前記超格子構造の周期(L)を一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚(L1)の設定値を微調整するのがよい。これにより、超格子構造の周期(L)は実測プロファイルから正確に得られるからであり、この周期(L)を固定することで、一致点への収束を早めることが可能となる。   In the program according to the present invention, further, (12) the determination means changes one of the set values of the thin film thickness (L1) and the lattice constant (a1) of the one thin film, and recalculates the variable calculation means. The initial value setting means may finely adjust the set value of the film thickness (L1) of the one thin film while keeping the period (L) of the superlattice structure constant. This is because the period (L) of the superlattice structure can be accurately obtained from the actually measured profile. By fixing this period (L), it is possible to speed up the convergence to the coincidence point.

この場合、さらに、(13)前記判定手段が前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)のうちいずれかの設定値を変更して前記変数算出手段に再度算出を実行させるとき、前記初期値設定手段が、前記超格子構造の周期(L)を一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚(L1)の設定値を微調整するのに先立って、前記一方の薄膜の格子定数(a1)を微調整するのが望ましい。これにより、膜厚(L1)と格子定数(a1)の変化における相関性に基づき、一致点への収束を早めることが可能となる。   In this case, further, (13) When the determination unit changes any one of the film thickness (L1) and the lattice constant (a1) of the one thin film, and causes the variable calculation unit to execute the calculation again Before the initial value setting means finely adjusts the set value of the film thickness (L1) of the one thin film while keeping the period (L) of the superlattice structure constant, the lattice constant of the one thin film is set. It is desirable to finely adjust (a1). Thereby, based on the correlation in the change of the film thickness (L1) and the lattice constant (a1), the convergence to the coincidence point can be accelerated.

また、この発明のプログラムにおいては、(14)前記コンピュータに、前記一方又は他方の薄膜の膜厚(L1又はL2)と前記一方又は他方の薄膜の格子定数(a1又はa2)の値を、該格子定数及び膜厚を縦軸及び横軸とする等高線図様の分布図上の点として記憶する記憶手段と、該記憶手段の記憶情報に基づいて、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いを示す分布図の画像情報を生成する分布図作成手段と、の機能を実現させるのがよい。このプログラムにより、複数の測定値の分布を、解析プロファイル及び実測プロファイルの一致の度合いの分布として視覚的に容易に把握可能となる。   In the program of the present invention, (14) the computer is provided with values of the film thickness (L1 or L2) of the one or other thin film and the lattice constant (a1 or a2) of the one or other thin film. Storage means for storing the lattice constant and film thickness as points on a contour map-like distribution map with the vertical and horizontal axes, and the degree of coincidence between the analysis profile and the actual measurement profile based on the storage information of the storage means It is preferable to realize a function of a distribution map creating means for generating image information of a distribution map indicating With this program, the distribution of a plurality of measurement values can be easily grasped visually as the distribution of the degree of coincidence between the analysis profile and the actual measurement profile.

この場合、さらに、(15)前記分布図作成手段が、前記記憶手段の記憶情報に基づいて、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いが最も高い一致領域と、前記一致の度合いが前記一致領域よりも低く前記一致領域を取り囲むように分布する少なくとも1つの環状分布領域とを視覚的に区別される表示態様で表示するのが好ましい。これにより、解析プロファイル及び実測プロファイルの一致の度合いがどの程度かを容易に見て取れることになり、ユーザーの迅速・的確な大局的判断が可能になる。   In this case, further, (15) the distribution map creating means, based on the storage information of the storage means, the matching region having the highest degree of matching between the analysis profile and the actually measured profile, and the degree of matching Preferably, at least one annular distribution region distributed so as to surround the matching region lower than the region is displayed in a visually distinguishable display mode. As a result, the degree of coincidence between the analysis profile and the actual measurement profile can be easily seen, and the user can make a quick and accurate global determination.

本発明のプログラムは、あるいは、(16)基板上に複数の第1組成薄膜と複数の第2組成薄膜とが交互に積層された超格子構造を有する結晶構造にX線を異なる角度で入射したとき測定情報に基づきプロファイル表示される、前記角度に応じて変化する回折X線強度の実測プロファイルと、4つの変数として前記第1組成薄膜の格子定数(a1)及び膜厚(L1)並びに前記第2組成薄膜の格子定数(a2)及び膜厚(L2)を用いた理論計算に基づきプロファイル表示される、前記角度に応じて変化する回折X線強度の解析プロファイルとを、前記解析プロファイルの4つの変数を変化させながら比較し、最も良く一致した状態における前記解析プロファイルの4つの変数を、前記第1組成薄膜の格子定数及び膜厚並びに前記第2組成薄膜の格子定数及び膜厚のそれぞれの測定値とするX線回折測定解析プログラムであって、nを正の整数とするとき、n個の前記角度の値(x,x,・・・x)及び該角度に対応するn個の回折X線強度の測定値(g,g,・・・g)を順次メモリに記憶させる実測データ記憶手段(41)と、前記メモリに記憶されたデータに基づいて前記角度に応じて変化する回折X線強度の実測プロファイルを表示出力可能な所定のプロファイル表示形式で作成する実測プロファイル作成手段(42)と、前記実測プロファイルの中の複数の主要なサテライトピークの間隔から前記超格子構造の周期(L)を求める周期算出手段(47)と、前記実測プロファイルの中に超格子構造の平均組成に対応して現れるサテライトピークと前記実測プロファイルの中に前記基板に由来して現れる基板ピークとの間隔から前記超格子構造の平均格子定数(a)を求める平均格子定数算出手段(47)と、前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の膜厚(L1又はL2)及び前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の格子定数(a1又はa2)の初期値を、前記4つの変数(a1,L1,a2,L2)のうち2つの変数の初期値として設定する初期値設定手段(44)と、前記超格子構造の周期(L)と、前記超格子構造の平均格子定数(a)と、前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)の設定値とから、前記4つの変数(a1、L1、a2、L2)のうち残りの2つの変数である前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜の膜厚のうち他方の薄膜の膜厚(L2)及び格子定数(a2)の値をそれぞれ算出する変数算出手段(48)と、前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)の設定値と、前記変数算出手段(48)で算出された前記他方の薄膜の膜厚(L2)及び格子定数(a2)の値とを、前記4つの変数として、前記複数のサテライトピークのうち次数の異なる特定のサテライトピークに対応する角度範囲を特定する前記nより少ない正の整数であるm個の角度値(x,x,・・・xi+m-1;但し、i、jはそれぞれmより小さい正の整数)について、回折X線強度の値(f,f,・・・fi+m-1)を前記理論計算により算出して前記解析プロファイルを作成する解析プロファイル作成手段(49)と、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルを前記複数のサテライトピークのうち前記次数の異なる特定のサテライトピークにつき比較して、両プロファイルの一致の度合いを調べる比較手段(51)と、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすか否かを判定し、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすときは、そのときの前記解析プロファイルの4つの変数(a1,L1,a2,L2)を前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数並びに前記他方の薄膜の膜厚及び格子定数の測定値として出力し、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たさないときは、前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)のうちいずれかの設定値を変更して前記変数算出手段に再度算出を実行させる判定手段(52)と、の機能をコンピュータを使用して実現させることを特徴とするものである。 According to the program of the present invention, (16) X-rays are incident on a crystal structure having a superlattice structure in which a plurality of first composition thin films and a plurality of second composition thin films are alternately stacked on a substrate at different angles. When the profile is displayed on the basis of the measurement information, the measured profile of the diffracted X-ray intensity varying with the angle, the lattice constant (a1) and the film thickness (L1) of the first composition thin film as the four variables, and the first The analysis profile of the diffraction X-ray intensity that changes according to the angle, which is displayed based on the theoretical calculation using the lattice constant (a2) and the film thickness (L2) of the two-component thin film, The four variables of the analysis profile in the best match state are compared while changing the variables, and the lattice constant and the film thickness of the first composition thin film and the second composition thin An X-ray diffraction measurement analysis program to the respective measurement values of the lattice constant and the film thickness, when n is a positive integer, n number of the angle values (x 1, x 2, ··· x n ) and the measured values (g 1 , g 2 ,..., g n ) of n diffraction X-ray intensities corresponding to the angle are sequentially stored in a memory, and stored in the memory. A measured profile creating means (42) for creating a measured profile of the diffraction X-ray intensity that changes according to the angle based on the measured data in a predetermined profile display format capable of being displayed and output, and a plurality of the measured profiles in the measured profile Period calculation means (47) for determining the period (L) of the superlattice structure from the interval between main satellite peaks, and satellite peaks appearing in the measured profile corresponding to the average composition of the superlattice structure Mean lattice constant calculating means (47) for obtaining an average lattice constant (a) of the superlattice structure from an interval with a substrate peak appearing in the actual measurement profile derived from the substrate, and the first composition thin film or the second thin film The initial value of the film thickness (L1 or L2) of one thin film of the composition thin films and the lattice constant (a1 or a2) of one thin film of the first composition thin film or the second composition thin film is expressed by the four variables ( initial value setting means (44) for setting as initial values of two variables of a1, L1, a2, and L2), a period (L) of the superlattice structure, and an average lattice constant (a) of the superlattice structure And the first composition which is the remaining two variables of the four variables (a1, L1, a2, L2) from the set value of the film thickness (L1) and the lattice constant (a1) of the one thin film. The other of the thicknesses of the thin film or the second composition thin film Variable calculation means (48) for calculating the film thickness (L2) and the lattice constant (a2) of the thin film, the set values of the film thickness (L1) and the lattice constant (a1) of the one thin film, Specific satellites having different orders among the plurality of satellite peaks, with the film thickness (L2) and lattice constant (a2) values of the other thin film calculated by the variable calculation means (48) as the four variables. M angle values (x i , x j ,..., X i + m−1 ), which are positive integers less than n that specify the angle range corresponding to the peak, where i and j are smaller than m, respectively. Analysis profile creation means (49) for creating the analysis profile by calculating the value (f i , f j ,... F i + m-1 ) of the diffraction X-ray intensity for the positive integer) by the theoretical calculation. And the analysis profile and the actual measurement profile A comparison means (51) for comparing a plurality of satellite peaks with respect to specific satellite peaks of different orders and checking the degree of coincidence of both profiles, and the degree of coincidence satisfies a predetermined coincidence criterion When the degree of coincidence satisfies a predetermined coincidence criterion, the four variables (a1, L1, a2, L2) of the analysis profile at that time are used as the film thickness of the one thin film. When the degree of coincidence does not satisfy a predetermined coincidence criterion, the film thickness (L1) and the lattice of the one thin film are output. The function of the determination means (52) for changing any set value of the constant (a1) and causing the variable calculation means to execute the calculation again is realized by using a computer. And it is characterized in and.

このプログラムにより、4パラメータの一致状態を一般性を失うことなく2つのパラメータに集約することで、適切な2つの初期値の設定とこれら設定値のいずれか一方又は双方を変更するだけのフィッティング処理を収束計算的に迅速に実行することができ、しかも、所要の測定精度が確保できることになる。   By this program, the matching state of four parameters is aggregated into two parameters without losing generality, so that it is possible to set two appropriate initial values and only change one or both of these setting values. Can be executed quickly in terms of convergence calculation, and the required measurement accuracy can be ensured.

本発明によれば、サテライトピーク間にある小さなピークやノイズはフィッティングに用いることなく、既知の情報及び実測データに基づいて選択した特定のサテライトピークについて、適切な2つの変数の初期値設定とこれら初期値のいずれか一方又は双方を変更するだけのフィッティング処理を収束計算的に迅速に実行するので、超格子構造を反映する主要サテライトピークについて迅速で且つ有効なフィッティングを行ない、必要にして十分な精度の解析が行なえるX線回折測定解析方法及びプログラムを実現することができる。また、4パラメータの一致状態を一般性を失うことなく2つのパラメータに集約することで、一致状態を一般性を失うことなく大局的に見通しよく理解できるような2次元表示を実現することができる。   According to the present invention, small peaks and noises between satellite peaks are not used for fitting, and initial values of appropriate two variables are set for specific satellite peaks selected based on known information and measured data. Since the fitting process that only changes one or both of the initial values is performed quickly in terms of convergent calculation, a fast and effective fitting is performed on the main satellite peak reflecting the superlattice structure, which is sufficient if necessary. An X-ray diffraction measurement analysis method and program capable of analyzing the accuracy can be realized. In addition, by consolidating the coincidence state of the four parameters into two parameters without losing generality, it is possible to realize a two-dimensional display that allows the consensus state to be understood globally with good visibility without losing generality. .

すなわち、本発明は、解析プロファイルの4つの変数の従属関係を明確にすることで、4つの変数を2つの独立変数に集約させ、簡便、正確で局所最適値に陥る危険性のない優れた測定解析方法を創作したものであり、これにより、2変数による鳥瞰図的な4変数の全体像を大局的に見通しよく表示することも可能としたものである。   In other words, the present invention clarifies the dependency relationship of the four variables in the analysis profile, thereby consolidating the four variables into two independent variables, making it easy, accurate, and excellent without risk of falling into a local optimum value. This is a creation of an analysis method, which makes it possible to display a bird's-eye view of the four variables as a whole, with a good overall perspective.

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1乃至図9は本発明の1つの実施の形態に係るX線回折測定解析方法を実施するための測定解析装置を示す図であり、この装置は本発明のX線回折測定解析プログラムに従って後述する処理を実行する。   1 to 9 are diagrams showing a measurement analysis apparatus for carrying out an X-ray diffraction measurement analysis method according to one embodiment of the present invention, which will be described later according to the X-ray diffraction measurement analysis program of the present invention. Execute the process.

まず、その構成について説明する。   First, the configuration will be described.

図1及び図2に模式的に示すように、この測定装置では、第1回転台1に支持されたサンプル基板10に対し、X線源20からのX線ビームが照射されるとともに、サンプル基板10で回折したX線を第2回転台2に支持されたX線カウンタ30で検出し、そのX線強度を測定する光学系が構成されている。第1回転台1は、サンプル基板10へのX線ビームの入射角度が変化するよう角速度ωで回転(往復回動)可能であり、第2回転台2は第1回転台1と同一中心軸回りに第1回転台1とは異なる角速度で回転可能である。これら回転台1、2は、それぞれに対応する公知の駆動手段3、4によって回転駆動されるとともに、回転中のサンプル基板10の基板面と入射X線ビームのなす角度θ(視射角)に対して、X線ビームの照射軸線(図1に一点鎖線で示す)に対しX線カウンタ30のX線受光軸線のなす角度が常に角度2θに保たれるように回転制御されるようになっている。すなわち、サンプル基板10に対するX線ビームの入射角変化に対して常に回折出射角方向にX線カウンタ30が配置された状態を保つようになっている。   As schematically shown in FIGS. 1 and 2, in this measurement apparatus, the sample substrate 10 supported by the first turntable 1 is irradiated with the X-ray beam from the X-ray source 20 and the sample substrate. An X-ray diffracted at 10 is detected by an X-ray counter 30 supported on the second turntable 2, and an optical system for measuring the X-ray intensity is configured. The first turntable 1 can be rotated (reciprocatingly rotated) at an angular velocity ω so that the incident angle of the X-ray beam to the sample substrate 10 changes, and the second turntable 2 has the same central axis as the first turntable 1. It can be rotated around at an angular velocity different from that of the first turntable 1. These turntables 1 and 2 are driven to rotate by known driving means 3 and 4 corresponding to each of the turntables 1 and 2 and at an angle θ (viewing angle) formed by the substrate surface of the rotating sample substrate 10 and the incident X-ray beam. On the other hand, rotation is controlled so that the angle formed by the X-ray receiving axis of the X-ray counter 30 with respect to the X-ray beam irradiation axis (indicated by a one-dot chain line in FIG. 1) is always maintained at the angle 2θ. Yes. That is, the X-ray counter 30 is always arranged in the direction of the diffracted emission angle with respect to the change in the incident angle of the X-ray beam with respect to the sample substrate 10.

サンプル基板10は、基板上に複数の第1組成薄膜と複数の第2組成薄膜とが交互に積層された超格子構造を有する結晶構造体で、例えばインジウム燐(以下、InPという)基板上に異種のインジウムガリウム砒素燐(InGaAsP)の薄膜を積層したもので、半導体レーザの活性層となるバリア層と量子井戸層の薄膜(例えば60オングストローム程度)を積層した多重量子井戸(MQW)構造を有している。   The sample substrate 10 is a crystal structure having a superlattice structure in which a plurality of first composition thin films and a plurality of second composition thin films are alternately stacked on the substrate, for example, on an indium phosphide (hereinafter referred to as InP) substrate. A thin film of different types of indium gallium arsenide phosphorus (InGaAsP) is stacked, and it has a multiple quantum well (MQW) structure in which a barrier layer serving as an active layer of a semiconductor laser and a thin film of a quantum well layer (for example, about 60 Å) are stacked. is doing.

X線源20は、例えばX線管21、湾曲ミラー22及びモノクロメータ23によって構成されており、X線管21で発生したX線束を湾曲ミラー22によってサンプル基板10の測定面上に収束させるとともに、モノクロメータ23によって特定波長域に単色化するようになっている。また、X線カウンタ30は、例えばシンチレーションカウンタで構成されており、回折X線の強度に応じたカウント値を出力するようになっている。   The X-ray source 20 includes, for example, an X-ray tube 21, a bending mirror 22, and a monochromator 23. The X-ray bundle generated by the X-ray tube 21 is converged on the measurement surface of the sample substrate 10 by the bending mirror 22. The monochromator 23 is used to make a single color in a specific wavelength range. The X-ray counter 30 is constituted by, for example, a scintillation counter, and outputs a count value corresponding to the intensity of the diffracted X-ray.

図2に示すように、X線源20のX線管21の駆動回路5並びに第1回転台1及び第2回転台2の駆動手段3、4はそれぞれ測定解析制御装置40に接続されており、この測定解析制御装置40によって上述のような測定系の動作制御がなされる。また、X線カウンタ30の信号処理回路31からのカウント情報並びに第1回転台1及び第2回転台2の回転位置検出器6、7の検出情報がそれぞれ測定解析制御装置40に取り込まれるようになっており、測定解析制御装置40はこれら入力情報及び設定・入力部406からの設定入力又は操作入力等に基づいて、所定のX線回折測定解析プログラムを実行し、公知のディスプレイデバイスからなる表示部407に横軸を回折角度(秒単位)とし縦軸を回折X線強度とする回折X線図形を表示出力したり、その表示画像情報を外部に出力したりするようになっている。   As shown in FIG. 2, the drive circuit 5 of the X-ray tube 21 of the X-ray source 20 and the drive means 3 and 4 of the first turntable 1 and the second turntable 2 are connected to the measurement analysis control device 40, respectively. The measurement analysis control device 40 controls the operation of the measurement system as described above. Further, the measurement information from the signal processing circuit 31 of the X-ray counter 30 and the detection information of the rotational position detectors 6 and 7 of the first rotary table 1 and the second rotary table 2 are respectively taken into the measurement analysis control device 40. The measurement analysis control device 40 executes a predetermined X-ray diffraction measurement analysis program on the basis of the input information and the setting input or operation input from the setting / input unit 406, and displays a known display device. The unit 407 is configured to display and output a diffracted X-ray pattern having the horizontal axis as the diffraction angle (in seconds) and the vertical axis as the diffracted X-ray intensity, and to output the display image information to the outside.

測定解析制御装置40は、詳細のハードウェア構成を図示しないが、概略、例えばCPU(Central Processing Unit)401、ROM(Read Only Memory)402、RAM(Random Access Memory)403及び入出力インターフェース回路404に加え、ディスクドライブ等の補助記憶装置405を内蔵して構成され得るもので、前記設定・入力部406及び表示部407が付設されている。また、この測定解析制御装置40は、CPU401がROM402及び補助記憶装置405に記憶された制御プログラムに従って、RAM403との間でデータを授受しながら、X線カウンタ30の信号処理回路31からのカウント情報、回転位置検出器6、7の検出情報及び設定・入力部406からの入力情報等に基づいて、回折X線強度や回折角度を把握する演算処理を実行するとともに、図3に機能ブロックで示す各部の機能を発揮するようになっている。   Although a detailed hardware configuration is not shown in the drawing, the measurement analysis control device 40 is roughly divided into, for example, a CPU (Central Processing Unit) 401, a ROM (Read Only Memory) 402, a RAM (Random Access Memory) 403, and an input / output interface circuit 404. In addition, an auxiliary storage device 405 such as a disk drive can be built in, and the setting / input unit 406 and the display unit 407 are attached. In addition, the measurement analysis control device 40 receives count information from the signal processing circuit 31 of the X-ray counter 30 while the CPU 401 exchanges data with the RAM 403 in accordance with a control program stored in the ROM 402 and the auxiliary storage device 405. Based on the detection information of the rotational position detectors 6 and 7, the input information from the setting / input unit 406, etc., an arithmetic process for grasping the diffraction X-ray intensity and the diffraction angle is executed, and a functional block is shown in FIG. The function of each part is demonstrated.

図3に示すように、測定解析制御装置40においては、回折X線強度とそのときの回折角度の情報が順次実測データ記憶部41に記憶される。すなわち、上述のようにサンプル基板10に対するX線ビームの入射角度を変化させながら、サンプル基板10の結晶構造にX線を入射し回折されたX線をX線カウンタ30で検出して得られるX線回折測定情報が、実測データ記憶部41に順次記憶される。このとき、具体的には、例えば、n(正の整数)個の角度の値x,x,・・・x及びその角度に対応するn個の回折X線強度の測定値g,g,・・・gを順次メモリに記憶させることになる。 As shown in FIG. 3, in the measurement analysis control device 40, information on the diffraction X-ray intensity and the diffraction angle at that time is sequentially stored in the actual measurement data storage unit 41. That is, X-rays obtained by detecting X-rays incident on the crystal structure of the sample substrate 10 and diffracted by the X-ray counter 30 while changing the incident angle of the X-ray beam to the sample substrate 10 as described above. The line diffraction measurement information is sequentially stored in the actual measurement data storage unit 41. In this case, specifically, for example, n (positive integer) angle values x 1 , x 2 ,... X n and n diffraction X-ray intensity measured values g 1 corresponding to the angles. , G 2 ,... Gn are sequentially stored in the memory.

実測プロファイル作成部42は、この実測データ記憶部41の記憶データに基づき、横軸をX線回折角度、縦軸をX線回折強度として表わされる実測プロファイル、すなわち実測データから得られる回折X線図を公知の図形化処理によって作成する。この実測プロファイルは、X線回折測定結果として、横軸に角度、縦軸にX線強度をとったグラフで表示され、例えば図4に示すように、その横軸の回折角度が、サンプル基板10のうち基板層の結晶の格子定数に対応した最大の鋭いピーク(基板ピーク)P10を中心に相対角度(秒)で示され、縦軸の回折X線強度が毎秒当たりのカウント数(counts/sec)で示されている。   Based on the data stored in the actual measurement data storage unit 41, the actual measurement profile creation unit 42 represents an actual measurement profile represented by the X-ray diffraction angle on the horizontal axis and the X-ray diffraction intensity on the vertical axis, that is, a diffraction X-ray diagram obtained from the actual measurement data. Is created by a known graphic processing. This actual measurement profile is displayed as a result of X-ray diffraction measurement as a graph with the angle on the horizontal axis and the X-ray intensity on the vertical axis. For example, as shown in FIG. The maximum sharp peak (substrate peak) P10 corresponding to the crystal lattice constant of the substrate layer is shown as a relative angle (seconds) around the center, and the diffracted X-ray intensity on the vertical axis indicates the number of counts per second (counts / sec ).

実際の実測プロファイルは、図4に例示するように、サンプル基板10の基板層よりの回折X線に由来する基板ピークP10の他に、そこに積層された超格子構造に由来する複数のサテライトピークP20(0次サテライトピーク)、P21(−1次サテライトピーク)、P22(+1次サテライトピーク)、P23(+2次サテライトピーク)等が超格子における異種薄膜の積層周期Lに対応する角度間隔で現れる。なお、図4中の他のピークは超格子構造に含まれる他の薄膜、例えば半導体レーザの光ガイド層を構成する複数層のインジウムガリウム砒素燐(InGaAsP)の薄膜層(例えば100オングストローム程度)からの回折X線等に基づくものである。   As shown in FIG. 4, the actual measured profile includes a plurality of satellite peaks derived from the superlattice structure laminated thereon, in addition to the substrate peak P10 derived from the diffracted X-rays from the substrate layer of the sample substrate 10. P20 (0th order satellite peak), P21 (-1st order satellite peak), P22 (+ 1st order satellite peak), P23 (+ secondary satellite peak), etc. appear at angular intervals corresponding to the stacking period L of different thin films in the superlattice. . The other peaks in FIG. 4 are derived from other thin films included in the superlattice structure, for example, a plurality of indium gallium arsenide phosphorous (InGaAsP) thin film layers (for example, about 100 angstroms) constituting the light guide layer of the semiconductor laser. This is based on the diffracted X-rays.

サンプル基板10となる超格子構造の設計情報(交互に積層される異種薄膜の積層周期、各層の薄膜の膜厚及び格子情報、配置等)は、設計情報記憶部43に予め設定記憶されている。   Design information of the superlattice structure to be the sample substrate 10 (stacking cycle of different thin films stacked alternately, film thickness and lattice information of each layer, lattice information, arrangement, etc.) is preset and stored in the design information storage unit 43. .

この設計情報記憶部43の記憶情報は、実測プロファイル作成部からの実測プロファイル情報と共に特定ピーク選択部45に取り込まれ、この特定ピーク選択部45において、積層された超格子構造に関する設計値情報に基づき、実測プロファイル中で前記超格子構造の周期Lに対応する周期性を有する孤立した複数のピークの発生領域が特定される。   The storage information of the design information storage unit 43 is taken into the specific peak selection unit 45 together with the actual measurement profile information from the actual measurement profile creation unit, and the specific peak selection unit 45 is based on the design value information regarding the superlattice structure stacked. In the actual measurement profile, a region where a plurality of isolated peaks having periodicity corresponding to the period L of the superlattice structure is identified.

ここで特定のピークの発生領域を特定する条件は、ピーク特定条件記憶部46に記憶されている。この条件は、例えば超格子を構成する異種の薄膜の格子定数とサンプル基板10の基板層の結晶の格子定数との大小関係、並びに、それに応じて異なるサテライトピークの現れ方の特性に関する情報に基づいて、サテライトピークのうち孤立したサテライトピーク(例えば図4に示すサテライトピークP20、P21のように他の大きなピークとの干渉が少なく独立してピーク波形を形成しているもの)が発生する蓋然性が高い領域を回折角度範囲で特定する条件である。例えば、第1組成薄膜の格子定数が基板層(InP)の格子定数より大きく、第2組成薄膜の格子定数が基板層の格子定数と同等の設計仕様の場合には、通常、孤立したサテライトピークが基板ピークの左側(マイナス側角度域で超格子の積層周期に応じた所定角度範囲の特定領域内)に複数現れ、あるいは、第1組成薄膜の格子定数が基板層(InP)の格子定数と同等で、第2組成薄膜の格子定数が基板層の格子定数より小さい設計仕様の場合には、通常、孤立したサテライトピークが基板ピークの右側(プラス側角度域で超格子の積層周期に応じた所定角度範囲の特定領域内)に複数現れ、あるいはまた、第1組成薄膜の格子定数が基板層(InP)の格子定数より大きく、第2組成薄膜の格子定数が基板層の格子定数より小さい設計仕様の場合には、通常、孤立したサテライトピークが基板ピークの両側にそれぞれ複数現れる。そして、これらの孤立したサテライトピークがフィッティングに有効なサテライトピークとなる一般的傾向がある。このような条件に基づいて、フィッティングに有効な特定サテライトピークの発生領域を判定することができる。   Here, the conditions for specifying the occurrence region of the specific peak are stored in the peak specifying condition storage unit 46. This condition is based on, for example, information on the magnitude relationship between the lattice constants of different types of thin films constituting the superlattice and the crystal lattice constant of the substrate layer of the sample substrate 10 and the characteristics of the appearance of satellite peaks that differ accordingly. Thus, there is a probability that an isolated satellite peak (for example, satellite peaks P20 and P21 shown in FIG. 4 that form an independent peak waveform with little interference with other large peaks) is generated. This is a condition for specifying a high region in the diffraction angle range. For example, when the lattice constant of the first composition thin film is larger than the lattice constant of the substrate layer (InP) and the lattice constant of the second composition thin film has a design specification equivalent to the lattice constant of the substrate layer, an isolated satellite peak is usually used. Appear on the left side of the substrate peak (in a specific region of a predetermined angle range corresponding to the superlattice lamination period in the minus side angle region), or the lattice constant of the first composition thin film is the lattice constant of the substrate layer (InP). In the case of an equivalent design specification in which the lattice constant of the second composition thin film is smaller than the lattice constant of the substrate layer, the isolated satellite peak usually corresponds to the stacking period of the superlattice on the right side of the substrate peak (plus-side angular region). A design in which the lattice constant of the first composition thin film is larger than the lattice constant of the substrate layer (InP) and the lattice constant of the second composition thin film is smaller than the lattice constant of the substrate layer. In the case of like, generally isolated satellite peak appears more on each side of the substrate peak. Then, there is a general tendency that these isolated satellite peaks become satellite peaks effective for fitting. Based on such conditions, it is possible to determine a specific satellite peak generation region effective for fitting.

また、特定ピーク選択部45で孤立したサテライトピークを抽出する処理は、例えば特定のサテライトピークの発生領域内でのサテライトピークの間隔より十分に狭い所定角度範囲の単位で平均の回折X線強度を求めて各次数のサテライトピークを抽出することができる。この際、サテライトピークの間隔は設計情報に基づいて概ね予測でき、各次数のサテライトピークを特定(角度範囲で特定)するためのサンプリングは比較的少数で足りる。なお、0次や−1次、+1次のサテライトピークが基板ピークや他の層に起因するピークに埋もれている場合は、他の孤立したサテライトピークを使用する。   In addition, the process of extracting the isolated satellite peak by the specific peak selection unit 45 is performed, for example, by calculating the average diffracted X-ray intensity in a unit of a predetermined angle range that is sufficiently narrower than the interval between the satellite peaks in the generation region of the specific satellite peak. The satellite peaks of each order can be extracted. At this time, the interval between the satellite peaks can be generally predicted based on the design information, and a relatively small number of samplings are required for identifying the satellite peaks of each order (identifying by the angle range). In addition, when the 0th-order, −1st-order, and + 1st-order satellite peaks are buried in the substrate peaks or the peaks caused by other layers, other isolated satellite peaks are used.

特定ピーク選択部45でこのようにピーク特定条件記憶部46の記憶情報に基づいて特定された主要サテライトピークに関するプロファイル情報は、周期・平均格子定数算出部47に送られ、ここで、第1組成薄膜及び第2組成薄膜の積層周期、すなわち多重量子井戸構造の井戸層及びバリア層からなる超格子の積層周期Lと多重積層された超格子構造の平均格子定数aが算出される。   The profile information regarding the main satellite peak specified by the specific peak selection unit 45 based on the storage information of the peak specification condition storage unit 46 is sent to the period / average lattice constant calculation unit 47, where the first composition The stacking period of the thin film and the second composition thin film, that is, the stacking period L of the superlattice composed of the well layer and the barrier layer of the multiple quantum well structure and the average lattice constant a of the superlattice structure stacked in multiple layers are calculated.

周期・平均格子定数算出部47においては、第1組成薄膜及び第2組成薄膜の積層周期Lが、実測プロファイル中の主要なサテライトピークの角度間隔から、具体的には、例えば特定の次数の異なるサテライトピークP20、P21が現れる回折角度θ、θと、X線の波長とから、次式(1)により直接的に精度良く算出できる。ただし、i、jはそれぞれサテライトピークの次数である。 In the period / average lattice constant calculation unit 47, the stacking period L of the first composition thin film and the second composition thin film is different from the angular interval of the main satellite peak in the actual measurement profile, specifically, for example, with a specific order. From the diffraction angles θ i and θ j at which the satellite peaks P20 and P21 appear and the wavelength of the X-ray, it can be directly and accurately calculated by the following equation (1). Here, i and j are the orders of the satellite peaks.

L=(i+j)λ/(2(sinθ−sinθ)) ・・・(1)
ここで、第1組成薄膜及び第2組成薄膜の積層周期Lに対して、第1組成薄膜(たとえば井戸層)の膜厚をL1とし、第2組成薄膜(例えばバリア層)の膜厚をL2とすると、これらは次式(2)で表すことができる。
L = (i + j) λ / (2 (sin θ i −sin θ j )) (1)
Here, with respect to the stacking period L of the first composition thin film and the second composition thin film, the film thickness of the first composition thin film (eg, well layer) is L1, and the film thickness of the second composition thin film (eg, barrier layer) is L2. Then, these can be expressed by the following formula (2).

L=L1+L2 ・・・(2)
したがって、2つのパラメータL1、L2には従属関係があり、パラメータとしてのL2を定めると、次式(3)のようにL1が定まり、逆に、L1を定めると自動的にL2が定まる。
L = L1 + L2 (2)
Accordingly, the two parameters L1 and L2 have a dependency relationship. When L2 is determined as a parameter, L1 is determined as in the following equation (3), and conversely, when L1 is determined, L2 is automatically determined.

L1=L−L2 ・・・(3)
周期・平均格子定数算出部47においては、また、実測プロファイル中の複数のサテライトピークのうち、超格子構造の平均組成である平均格子定数aに対応する0次サテライトピークP20が現れる回折角度と、サンプル基板のInP基板層の結晶による基板ピークP10が現れる回折角度との差から、平均格子定数aが精度良く直接的に算出できる。この平均格子定数aは、また、次式(4)で表すことができる。
L1 = L−L2 (3)
In the period / average lattice constant calculation unit 47, a diffraction angle at which a zero-order satellite peak P20 corresponding to the average lattice constant a, which is the average composition of the superlattice structure, among the plurality of satellite peaks in the actual measurement profile appears, From the difference from the diffraction angle at which the substrate peak P10 due to the crystal of the InP substrate layer of the sample substrate appears, the average lattice constant a can be directly calculated with high accuracy. This average lattice constant a can also be expressed by the following equation (4).

a=(a1・L1+a2・L2)/(L1+L2) ・・・(4)
この(4)式中では、量子井戸層とバリア層の格子定数をそれぞれa1、a2で示しており、パラメータとしてa1を選択すると、次のように表せる。
a = (a1 · L1 + a2 · L2) / (L1 + L2) (4)
In this equation (4), the lattice constants of the quantum well layer and the barrier layer are indicated by a1 and a2, respectively, and can be expressed as follows when a1 is selected as a parameter.

a1=(a・L−a2・L2)/(L−L2) ・・・(5)
このように、周期・平均格子定数算出部47は、複数の主要なサテライトピークの間隔から超格子構造の周期Lを求める周期算出手段の機能と、実測プロファイルの中の超格子構造の平均組成に対応するサテライトピークP20とInP基板に由来して実測プロファイル中に現れる基板ピークP10との間隔から超格子構造の平均格子定数aを求める平均格子定数算出手段の機能と、を併有している。
a1 = (a · L−a2 · L2) / (L−L2) (5)
As described above, the period / average lattice constant calculation unit 47 determines the function of the period calculation means for obtaining the period L of the superlattice structure from the interval between a plurality of main satellite peaks and the average composition of the superlattice structure in the measured profile. And a function of an average lattice constant calculating means for obtaining an average lattice constant a of the superlattice structure from an interval between the corresponding satellite peak P20 and the substrate peak P10 appearing in the actual measurement profile derived from the InP substrate.

ところで、上記(4)式の右辺の値が全て既知であるとき、すなわち、格子定数a2が定められると、従属関係により、一義的に他の格子定数a1が定まる。勿論、逆も真なりで、格子定数a1を定めると、自動的に格子定数a2が定まる。すなわち、従属関係によって、4つのパラメータが2つのパラメータに集約され得るということができる。   By the way, when all the values on the right side of the above equation (4) are known, that is, when the lattice constant a2 is determined, another lattice constant a1 is uniquely determined by the dependency. Of course, the reverse is also true, and when the lattice constant a1 is determined, the lattice constant a2 is automatically determined. That is, it can be said that four parameters can be aggregated into two parameters by the dependency relationship.

そこで、初期値設定/変更部44(初期値設定手段)では、4つのパラメータ(変数)L1、L2、a1、a2のうち、2つのパラメータ、すなわち、第1組成薄膜又は第2組成薄膜のうち一方の薄膜の膜厚L1の初期値と、第1組成薄膜又は第2組成薄膜のうち一方の薄膜の格子定数a1の初期値とを、それぞれ後述するように設定するとともに、その設定値を変更するようになっている。なお、これら膜厚L1の初期値と格子定数a1の初期値がそれぞれ設定されると、上述の従属関係から、第1組成薄膜又は第2組成薄膜のうち他方の薄膜の膜厚L2の初期と、第1組成薄膜又は第2組成薄膜のうち他方の薄膜の格子定数a2は一義的に定まる。   Therefore, in the initial value setting / changing unit 44 (initial value setting means), two parameters among the four parameters (variables) L1, L2, a1, and a2, that is, the first composition thin film or the second composition thin film. The initial value of the film thickness L1 of one thin film and the initial value of the lattice constant a1 of one thin film of the first composition thin film or the second composition thin film are set as described later, and the set value is changed. It is supposed to be. When the initial value of the film thickness L1 and the initial value of the lattice constant a1 are set, the initial value of the film thickness L2 of the other thin film of the first composition thin film or the second composition thin film is determined from the above-described dependency relationship. The lattice constant a2 of the other thin film of the first composition thin film or the second composition thin film is uniquely determined.

また、初期値設定/変更部44は、実測プロファイルから求めた超格子構造の周期L及び平均格子定数aの値と、これらの設計値並びに前記一方及び他方の薄膜の膜厚L1、L2及び格子定数a1、a2の設計値といった設計値情報とに基づいて、周期L及び平均格子定数aの設計値からのずれをも考慮して、前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1の初期値を例えば設計値と同一の相互比率を保つようにそれぞれ設定する。さらに、初期値設定/変更部44は、後述する条件判定部52(判定手段)からの更新指令を受けたとき、設定した初期値を所定の微調整量を単位として順次変更(増加又は減少)させる機能を有している。   The initial value setting / changing unit 44 also determines the values of the period L and average lattice constant a of the superlattice structure obtained from the measured profile, the design values thereof, the film thicknesses L1 and L2 of the one and the other thin films, and the lattice. Based on the design value information such as the design values of the constants a1 and a2, the initial value of the film thickness L1 and the lattice constant a1 of the one thin film is also considered in consideration of the deviation from the design value of the period L and the average lattice constant a. Are set to maintain the same mutual ratio as the design value, for example. Further, the initial value setting / changing unit 44 sequentially changes (increases or decreases) the set initial value in units of a predetermined fine adjustment amount when receiving an update command from a condition determination unit 52 (determination unit) described later. It has a function to make it.

変数算出部48(変数算出手段)は、初期値設定/変更部44で設定された前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1の各初期値又は変更された膜厚L1及び格子定数a1の各値と、周期・平均格子定数算出部47で算出された超格子構造の周期L及び超格子構造の平均格子定数aの値とに基づいて、上述の(3)、(5)式に示すような条件で、超格子を構成する他方の薄膜の膜厚L2及び格子定数a2をそれぞれ算出する。   The variable calculation unit 48 (variable calculation means) sets the initial values of the thin film thickness L1 and the lattice constant a1 set by the initial value setting / change unit 44 or the changed film thickness L1 and the lattice constant a1. Based on each value and the period L of the superlattice structure calculated by the period / average lattice constant calculation unit 47 and the value of the average lattice constant a of the superlattice structure, the above expressions (3) and (5) are shown. Under such conditions, the film thickness L2 and the lattice constant a2 of the other thin film constituting the superlattice are calculated.

そして、上述のようにして得られた4つのパラメータ、すなわち、前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1の初期値、並びに、前記他方の薄膜の膜厚L2及び格子定数a2の値は、それぞれ解析プロファイル作成部49に取り込まれ、この解析プロファイル作成部49で、4つパラメータL1、L2、a1、a2に基づいて、これらの値を用いたX線回折現象の理論計算により、横軸をX線回折角度、縦軸をX線回折強度として表わされる解析プロファイルが作成される。そして、このとき、プロファイル作成領域が特定領域に特定されていることから、4つのパラメータL1、L2、a1、a2(変数)に基づき、複数の主要なサテライトピークのうち次数の異なる特定のサテライトピークに対応する角度範囲を特定する前記nより少ない正の整数であるm個の角度値x,x,・・・xi+m-1(但し、i、jはそれぞれmより小さい正の整数)について、回折X線強度の値f,f,・・・fi+m-1を前記理論計算により算出して解析プロファイルを作成することになる。 The four parameters obtained as described above, that is, the initial values of the film thickness L1 and the lattice constant a1 of the one thin film, and the values of the film thickness L2 and the lattice constant a2 of the other thin film are: Each is taken into the analysis profile creation unit 49, and the analysis profile creation unit 49 uses the four parameters L 1, L 2, a 1, a 2 to calculate the horizontal axis by the theoretical calculation of the X-ray diffraction phenomenon using these values. An analysis profile is created in which the X-ray diffraction angle and the vertical axis represent the X-ray diffraction intensity. At this time, since the profile creation area is specified as a specific area, a specific satellite peak having a different order among a plurality of main satellite peaks based on the four parameters L1, L2, a1, and a2 (variables). X angle values x i , x j ,..., X i + m-1 (where i and j are positive numbers smaller than m, respectively), which are positive integers less than n that specify the angle range corresponding to With respect to (integer), an analysis profile is created by calculating the diffraction X-ray intensity values f i , f j ,... F i + m−1 by the theoretical calculation.

比較部51では、解析プロファイル及び実測プロファイルのデータを実測プロファイル作成部42及び解析プロファイル作成部49からそれぞれ取り込み、両プロファイルを比較して、両プロファイルの一致の度合いを調べる。ここでは、次数の異なる特定のサテライトピークにつき比較して、両プロファイルの一致の度合いを調べるが、この比較は、例えば比較対象のサテライトピーク領域について平均二乗誤差Eを求めることで行われる。この平均二乗誤差Eは。比較対象として選択された特定のサテライトピークの個々のピーク形成角度範囲において、各サンプリング点の実測プロファイルの値、例えばf(i=1、2、・・・n)と解析プロファイルの値gの差(f−g)の二乗値を均等に加算してその平方根をとり、サンプル数nで除算したものである。すなわち、E={(f−g+(f−g+・・・+(f−g1/2/nを比較結果とする。 The comparison unit 51 takes in the data of the analysis profile and the actual measurement profile from the actual measurement profile creation unit 42 and the analysis profile creation unit 49, compares both profiles, and checks the degree of coincidence of both profiles. Here, specific satellite peaks having different orders are compared to examine the degree of coincidence between the two profiles. This comparison is performed, for example, by obtaining the mean square error E for the satellite peak region to be compared. This mean square error E is In selected individual peaks forming angle range of a particular satellite peaks as compared, the value of the measured profile of each sampling point, for example, f i (i = 1,2, ··· n) and the analysis profile value g i The square value of the difference (f i −g i ) is equally added to obtain the square root and divided by the number of samples n. That is, E = {(f 1 −g 1 ) 2 + (f 2 −g 2 ) 2 +... + (F n −g n ) 2 } 1/2 / n is used as the comparison result.

この比較部51での比較結果は、条件判定部52(判定手段)に取り込まれ、この条件判定部52において、各比較対象のサテライトピークについての平均二乗誤差Eが予め設定された許容値以下に達しているか否かが判定される。すなわち、前記一致の度合いが予め定められた一致基準(許容値以下)を満たすか否かを判定し、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすときは、そのときの前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1の設定値、並びに前記他方の薄膜の膜厚L2及び格子定数a2の値を、それぞれの膜厚測定値及び格子定数の測定値とする。一方、両プロファイルの一致の度合いが予め定められた一致基準を満たさないときは、前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1のうちいずれか1つの設定値を所定の微調整量単位で初期値設定/変更部44に変更させて、変数算出部48に再度変数の算出を実行させる。また、その結果が再度一致基準を満たさないときは、前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1のうち残りの1つの設定値を所定の微調整量単位で初期値設定/変更部44に変更させて、変数算出部48に再度変数の算出を実行させる。それ以降に、一致基準を満たさないときは、まず、前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1のうちいずれか1つの設定値を所定の微調整量単位で前回の設定値から変更させ、次いで、前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1のうち残りの1つの前回の設定値を所定の微調整量単位で再度変更させて、変数の再算出を実行させることになる。また、このような変数の変更による解析プロファイルの再作成(シミュレーション)を所定回数実行してもなお一致基準を満たさない場合は、当該サンプル基板10を不良と判定する。   The comparison result in the comparison unit 51 is taken into the condition determination unit 52 (determination means). In the condition determination unit 52, the mean square error E for each satellite peak to be compared is less than or equal to a preset allowable value. It is determined whether it has been reached. That is, it is determined whether or not the degree of coincidence satisfies a predetermined coincidence criterion (allowable value or less), and when the degree of coincidence satisfies a predetermined coincidence criterion, the one thin film at that time The set values of the film thickness L1 and the lattice constant a1 and the values of the film thickness L2 and the lattice constant a2 of the other thin film are the measured values of the film thickness and the lattice constant, respectively. On the other hand, when the degree of coincidence between both profiles does not satisfy a predetermined coincidence criterion, one of the set values of the thin film thickness L1 and the lattice constant a1 is initially set in units of a predetermined fine adjustment amount. The value is changed / changed by the value setting / changing unit 44, and the variable calculation unit 48 is made to execute the variable calculation again. Further, when the result does not satisfy the coincidence criterion again, the remaining one set value among the film thickness L1 and the lattice constant a1 of the one thin film is transferred to the initial value setting / changing unit 44 in a predetermined fine adjustment amount unit. Then, the variable calculation unit 48 executes the calculation of the variable again. After that, when the coincidence criterion is not satisfied, first, the setting value of any one of the film thickness L1 of the one thin film and the lattice constant a1 is changed from the previous setting value in a predetermined fine adjustment amount unit, Next, the remaining one previous set value of the film thickness L1 and the lattice constant a1 of the one thin film is changed again in units of a predetermined fine adjustment amount, and the recalculation of the variable is executed. Further, when the re-creation (simulation) of the analysis profile by changing such a variable is not performed even after a predetermined number of times, the sample substrate 10 is determined to be defective.

また、本実施形態においては、条件判定部52は、比較部51と協働して、複数のサテライトピークのうち超格子構造の平均格子定数aに対応する0次のサテライトピーク(ピークの点のみ)について、解析プロファイルを前記縦軸方向及び横軸方向でそれぞれ実測プロファイルに合わせるシミュレーションを最初に実行するようになっており、これらによって、比較手段のシミュレーション処理部が構成されている。   In the present embodiment, the condition determination unit 52 cooperates with the comparison unit 51 to select a zero-order satellite peak (only the peak point) corresponding to the average lattice constant a of the superlattice structure among the plurality of satellite peaks. ), A simulation for matching the analysis profile to the actual measurement profile in the vertical axis direction and the horizontal axis direction is executed first, and the simulation processing unit of the comparison means is configured by these.

そのため、条件判定部52が前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1のうちいずれかの設定値を変更して変数算出部48に再度算出を実行させるとき、初期値設定/変更部44及び変数算出部48は、超格子構造の周期Lを一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚L1の設定値を微調整し、更に、このように超格子構造の周期Lを一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚L1の設定値を微調整するのに先立って、前記一方の薄膜の格子定数a1を微調整するようになっている。   Therefore, when the condition determination unit 52 changes the set value of either the film thickness L1 or the lattice constant a1 of the one thin film and causes the variable calculation unit 48 to execute the calculation again, the initial value setting / change unit 44 and The variable calculation unit 48 finely adjusts the set value of the film thickness L1 of the one thin film while keeping the period L of the superlattice structure constant, and further, the one of the ones while keeping the period L of the superlattice structure constant. Prior to fine adjustment of the set value of the thin film thickness L1, the lattice constant a1 of the one thin film is finely adjusted.

また、比較部51で比較対象として選択されるサテライトピークは、初回は0次のサテライトピークとこれとは次数の異なるサテライトピーク(例えばマイナス側の一次サテライトピーク)であり、0次のサテライトピークについての平均二乗誤差Eが所定値以下となるように設定値が変更された後は、次数の異なるサテライトピークのみが比較対象であってもよい。すなわち、比較部51は、0次のサテライトピークについて両プロファイルを一致させるシミュレーション処理の後、主として他の次数のサテライトピークについて、前記一致の度合いを調べる誤差解析部となっている。   The satellite peak selected as a comparison target in the comparison unit 51 is a zero-order satellite peak at the first time and a satellite peak having a different order from this (for example, a negative-side primary satellite peak). After the set value is changed so that the mean square error E is equal to or less than a predetermined value, only satellite peaks having different orders may be compared. That is, the comparison unit 51 is an error analysis unit that examines the degree of matching mainly for satellite peaks of other orders after the simulation processing for matching both profiles for the zero-order satellite peaks.

このように、測定解析制御装置40は、補助記憶装置405に格納されたX線回折測定解析プログラムに従って、解析プロファイルを特定する4つのパラメータを2つに集約させつつ変化させながら実測プロファイルと解析プロファイルを比較し、両プロファイルが最も良く一致した状態における解析プロファイルの4つの変数を、第1、第2組成薄膜の格子定数a1、a2及び膜厚L1、L2のそれぞれの測定値として出力する。   As described above, the measurement analysis control device 40, in accordance with the X-ray diffraction measurement analysis program stored in the auxiliary storage device 405, changes the four parameters for specifying the analysis profile while consolidating them into two, and the actual measurement profile and the analysis profile. And the four variables of the analysis profile in a state where the two profiles are the best match are output as the measured values of the lattice constants a1 and a2 and the film thicknesses L1 and L2 of the first and second composition thin films.

また、測定解析制御装置40は、複数のサンプル基板10について上述のような測定解析が繰り返される場合に、条件判定部52により前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすと判定されたとき、あるいは不良判定がなされたときにも、そのときの前記一方又は他方の薄膜の膜厚L1又はL2と前記一方又は他方の薄膜の格子定数a1又はa2の値を、格子定数及び膜厚を縦軸及び横軸とする一致度分布図、例えば図5に示すような等高線図様の分布図あるいは図6に示しすように一致度に応じて無段階に輝度、又は色及び色濃度が変化する分布図上の点(図5中に丸印で示す)として補助記憶装置405(分布データ記憶手段)に記憶蓄積させていき、複数のサンプル基板10についての測定・解析がなされたとき、その分布データ記憶情報に基づいて、解析プロファイル及び実測プロファイルの一致の度合いの分布画像情報を生成する分布図作成手段の機能と、この分布図作成手段の機能により生成された分布画像情報を表示部407又は外部に出力する出力手段の機能とをそれぞれ有している。   In addition, when the measurement analysis control device 40 repeats the above-described measurement analysis for a plurality of sample substrates 10, the condition determination unit 52 determines that the degree of matching satisfies a predetermined matching criterion. Even when a defect is determined, the value of the film thickness L1 or L2 of the one or other thin film and the value of the lattice constant a1 or a2 of the one or other thin film is The coincidence distribution map with the axis and the horizontal axis, for example, a contour map-like distribution diagram as shown in FIG. 5 or a stepwise change in luminance, color or color density according to the coincidence as shown in FIG. When the points on the distribution diagram (indicated by circles in FIG. 5) are stored and accumulated in the auxiliary storage device 405 (distribution data storage means), and the measurement and analysis are performed on a plurality of sample substrates 10, the distribution is obtained. Based on the data storage information, the function of the distribution map creating means for generating the distribution image information of the degree of coincidence between the analysis profile and the measured profile, and the distribution image information generated by the function of the distribution map creating means are displayed on the display unit 407. Or it has the function of the output means to output outside, respectively.

図5に一例で示すように、分布図作成手段としての測定解析制御装置40は、補助記憶装置405内の分布データ記憶情報に基づいて、解析プロファイル及び実測プロファイルの一致の度合いが最も高い一致領域101と、前記一致の度合いが一致領域101よりも低く一致領域101を取り囲むように分布する少なくとも1つの環状分布領域、例えば4つの環状分布領域102、103、104とが視覚的に区別可能な表示態様で生成するようになっている。ここで、視覚的に区別可能な表示態様とは、例えば異なる色、濃さ、1つ以上の一致度等高線による表示領域の分割、図示するような塗りつぶし条件の相違(例えば異なる網掛け)であり、図6に示すように、色を一致度が高い内方側から低い外方側へと徐々に変化させ、結果的に内外での一致どの相違が判定できる無段階的な変化の態様であってもよい。なお、図6では多数の分布データの点を個々に視認できるようには図示せず、分布の度合いを示す同色(例えば黄色)同輝度の環状分布領域をグラデーションにより無段階に多数表示しているが、データ自体はこの分布図中の一座標を持つ点として記憶されることになる。また、図5に示すように、一致領域101(図6では最も輝度の高い白い楕円形部分)の中心が解析・実測プロファイルの完全な一致点であり、この点から離れるほどずれが大きいことになる。したがって、一致領域101を取り囲むように分布する4つの環状分布領域102、103、104(図6では白い楕円形部分を囲む外側ほど徐々に黒くなる環状部分)は、両プロファイルが僅かにずれている状態を示す内側の領域102から、両プロファイルが部分的には近いものの他の部分に隙間があるような状態を示す中間の領域103、両プロファイル間に明らかに隙間があるような状態を示す外側の領域104へと順次外側になり、その外方では、両プロファイルが乖離して大きな隙間があるような状態(図6中では濃い黒の部分)となる。   As shown in an example in FIG. 5, the measurement analysis control device 40 serving as a distribution diagram creation unit is based on the distribution data storage information in the auxiliary storage device 405, and the matching region has the highest degree of matching between the analysis profile and the actual measurement profile. 101 and a display in which the degree of coincidence is lower than the coincidence region 101 and at least one annular distribution region distributed so as to surround the coincidence region 101, for example, four annular distribution regions 102, 103, and 104 can be visually distinguished It is generated in the form. Here, the visually distinguishable display mode is, for example, a display area divided by different colors, darkness, one or more coincidence contours, and a different fill condition as shown (for example, different shading). As shown in FIG. 6, the color is gradually changed from the inner side where the degree of coincidence is high to the outer side where the degree of coincidence is low. May be. In FIG. 6, a large number of distribution data points are not shown so as to be individually visible, and a large number of annular distribution regions having the same color (for example, yellow) and the same luminance indicating the degree of distribution are displayed steplessly by gradation. However, the data itself is stored as a point having one coordinate in the distribution map. Further, as shown in FIG. 5, the center of the coincidence area 101 (the white elliptical portion having the highest luminance in FIG. 6) is a perfect coincidence point of the analysis / measurement profile, and the deviation increases as the distance from this point increases. Become. Therefore, in the four annular distribution regions 102, 103, and 104 distributed so as to surround the coincidence region 101 (in FIG. 6, the annular portion that gradually becomes black toward the outside surrounding the white elliptical portion), both profiles are slightly shifted. An intermediate region 103 showing a state in which there is a gap in the other part of the profile where both profiles are partially close from an inner region 102 showing the state, and an outside showing a state in which there is a clear gap between both profiles The region 104 is gradually moved to the outer region 104, and in the outer side, both profiles are separated from each other so that there is a large gap (a dark black portion in FIG. 6).

なお、本実施の形態においては、一方の薄膜である井戸層の膜厚L1が決まると、他方の薄膜であるバリア層の膜厚L2が一義的に定まるため、図5に示すように、一致度分布図の一方の軸、例えば横軸に2つの薄膜の膜厚を併記している。   In this embodiment, when the thickness L1 of the well layer which is one thin film is determined, the film thickness L2 of the barrier layer which is the other thin film is uniquely determined. Therefore, as shown in FIG. The thicknesses of the two thin films are shown on one axis of the degree distribution diagram, for example, the horizontal axis.

次に、上述の測定解析装置を用いて実施するX線回折測定解析方法の一実施形態について説明する。   Next, an embodiment of an X-ray diffraction measurement analysis method implemented using the above-described measurement analysis apparatus will be described.

図7は、本実施形態の測定解析装置で実行されるX線回折測定解析プログラムの概略の流れを示すフローチャートであり、このプログラムにより本発明の方法を実施することができる。   FIG. 7 is a flowchart showing a schematic flow of an X-ray diffraction measurement analysis program executed by the measurement analysis apparatus of this embodiment, and the method of the present invention can be implemented by this program.

まず、設計情報記憶部43への設計値情報の記憶やピーク特定条件記憶部46への条件入力等の準備を行った後(ステップS10)、測定を実行し(ステップS11)、実測データ記憶部41に実測データを記憶情報として順次格納する(ステップS12)。   First, after making preparations such as storage of design value information in the design information storage unit 43 and condition input to the peak specifying condition storage unit 46 (step S10), measurement is performed (step S11), and an actual data storage unit The actual measurement data is sequentially stored as storage information in 41 (step S12).

次いで、実測データ記憶部41の記憶情報に基づいて、実測プロファイル作成部42で実測プロファイルを作成する(ステップS13)。   Next, based on the stored information in the actual measurement data storage unit 41, the actual measurement profile creation unit 42 creates an actual measurement profile (step S13).

次いで、特定ピーク選択部45でピーク特定条件記憶部46の記憶条件に従って複数のうち孤立した次数の異なる特定のサテライトピークの発生領域を特定し(ステップS14)、周期・平均格子定数算出部47で超格子構造の平均組成に対応するこれら複数のサテライトピーク、例えばサテライトピークP20、P21の間隔から、超格子構造の積層周期Lを求めるともに(ステップS15)、実測プロファイルの中の主要なサテライトピーク、例えば0次のサテライトピークP20と基板ピークP10との間隔から超格子構造の平均格子定数aを求める(ステップS16)。   Next, the specific peak selection unit 45 specifies a region where a specific satellite peak having a different order is isolated among the plurality according to the storage conditions of the peak specification condition storage unit 46 (step S14), and the period / average lattice constant calculation unit 47 The stacking period L of the superlattice structure is obtained from the interval between the plurality of satellite peaks corresponding to the average composition of the superlattice structure, for example, satellite peaks P20 and P21 (step S15), and the main satellite peak in the measured profile is For example, the average lattice constant a of the superlattice structure is obtained from the interval between the zeroth-order satellite peak P20 and the substrate peak P10 (step S16).

次いで、初期値設定/変更部44で前記4つの変数のうち第1組成薄膜又は第2組成薄膜のうち一方の薄膜の膜厚L1の初期値と、第1組成薄膜又は第2組成薄膜のうち一方の薄膜の格子定数a1の初期値とを、設計情報記憶部43の記憶情報及び周期・平均格子定数算出部47での算出結果L、aに基づいて、それぞれ設定する(ステップS17;設定段階)。この初期値は、実測プロファイルから求めた超格子構造の積層周期Lと平均格子定数aが設計値に近い場合には、設計値と同一の値であるが、実測プロファイルから求めた超格子構造の積層周期Lと平均格子定数aが設計値からずれている場合には、前記微調整量を単位としてそのずれ側に多少加減される。   Next, in the initial value setting / changing unit 44, among the four variables, the initial value of the film thickness L1 of one of the first composition thin film and the second composition thin film and the first composition thin film or the second composition thin film The initial value of the lattice constant a1 of one thin film is set based on the storage information in the design information storage unit 43 and the calculation results L and a in the period / average lattice constant calculation unit 47 (step S17; setting stage). ). This initial value is the same as the design value when the stacking period L and the average lattice constant a of the superlattice structure obtained from the actual measurement profile are close to the design value, but the initial value of the superlattice structure obtained from the actual measurement profile. When the stacking period L and the average lattice constant a are deviated from the design values, they are slightly adjusted to the deviating side in units of the fine adjustment amount.

次いで、変数算出部48で、超格子構造の周期Lと、超格子構造の平均格子定数aと、前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1の設定値とから、第2組成薄膜又は第1組成薄膜の膜厚のうち他方の薄膜の膜厚L2及び格子定数a2の値をそれぞれ算出する(ステップS18;変数算出段階)。   Next, the variable calculation unit 48 calculates the second composition thin film or the second composition thin film from the period L of the superlattice structure, the average lattice constant a of the superlattice structure, and the set values of the film thickness L1 and the lattice constant a1 of the one thin film. Of the film thicknesses of one composition thin film, the film thickness L2 and the lattice constant a2 of the other thin film are calculated (step S18; variable calculation stage).

次いで、解析プロファイル作成部49で、超格子構造の周期L、超格子構造の平均格子定数a、前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1の設定値、並びに前記他方の薄膜の膜厚L2及び格子定数a2の値に基づいて、前記理論計算により解析プロファイルを作成する(ステップS19;解析プロファイル作成段階)。   Next, in the analysis profile creation unit 49, the period L of the superlattice structure, the average lattice constant a of the superlattice structure, the set values of the film thickness L1 and the lattice constant a1 of the one thin film, and the film thickness L2 of the other thin film Based on the value of the lattice constant a2, an analysis profile is created by the theoretical calculation (step S19; analysis profile creation stage).

次いで、比較部51で、作成された解析プロファイル及び実測プロファイルを比較して、両プロファイルの一致の度合いを調べる(ステップS20;比較段階)。   Next, the comparison unit 51 compares the created analysis profile and the actual measurement profile to check the degree of coincidence of both profiles (step S20; comparison stage).

次いで、条件判定部52で、0次のサテライトピークについての一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすか否かを判定し(ステップS21)、一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすときは、次数の異なるサテライトピーク、例えば−1次サテライトピークについての一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすか否かを判定する(ステップS22)。勿論、必要により、2次サテライトピーク(例えば−2次サテライトピーク)についての一致度合いを判定するステップ(ステップS23)があってもよい。   Next, the condition determination unit 52 determines whether or not the degree of matching for the zeroth-order satellite peak satisfies a predetermined matching criterion (step S21), and the degree of matching satisfies a predetermined matching criterion. When it is determined whether or not the degree of coincidence for satellite peaks having different orders, for example, −1st order satellite peaks, satisfies a predetermined coincidence criterion (step S22). Of course, if necessary, there may be a step (step S23) of determining the degree of coincidence for the secondary satellite peak (for example, the -secondary satellite peak).

ここで一致の度合いが予め定められた一致基準を満たす場合、そのときの前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1の設定値並びに前記他方の薄膜の膜厚L2及び格子定数a2の値をそれぞれの膜厚測定値及び格子定数測定値として測定結果を表示部407に出力する(ステップS24)。   Here, when the degree of coincidence satisfies a predetermined coincidence criterion, the set values of the film thickness L1 and the lattice constant a1 of the one thin film and the values of the film thickness L2 and the lattice constant a2 of the other thin film at that time The measurement results are output to the display unit 407 as the respective film thickness measurement values and lattice constant measurement values (step S24).

一方、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たさないときは、前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1のうちいずれか1つの設定値を初期値設定/変更部44で変更して(ステップS26)、再び変数算出部48での変数算出段階に戻る(ステップS18)。   On the other hand, when the degree of coincidence does not satisfy a predetermined coincidence criterion, one of the set values of the thin film thickness L1 and the lattice constant a1 is changed by the initial value setting / changing unit 44. (Step S26), the process returns to the variable calculation stage in the variable calculation unit 48 again (step S18).

次いで、解析プロファイルを再度作成し(ステップS19)、複数のサテライトピークのうち超格子構造の平均格子定数aに対応する0次のサテライトピークP20について、比較部51でのチェックを再度実行する(ステップS21)。このように、最初に0次のサテライトピークP20のピーク点について、解析プロファイルを縦軸方向及び横軸方向でそれぞれ実測プロファイルに合わせるように、初期値設定/変更部44での設定値の変更を実行させる。このとき、例えば、最初に0次ピーク強度を調整し、また、特定のサテライトピークP20、P21の角度間隔が解析プロファイルと実測プロファイルで一致していなければ、周期Lを加減してその間隔を近付ける。このような設定値変更は、図8中の左右両側に示すような解析プロファイルの変化をもたらす。すなわち、周期Lを増加させると、同図右側に示すようにサテライトピーク同士が近付き、周期Lを低減させると、同図左側に示すようにサテライトピーク同士が離れる。   Next, an analysis profile is created again (step S19), and the check in the comparison unit 51 is executed again for the zeroth-order satellite peak P20 corresponding to the average lattice constant a of the superlattice structure among the plurality of satellite peaks (step S19). S21). As described above, the initial value setting / changing unit 44 changes the setting value so that the analysis profile is matched to the actual measurement profile in the vertical axis direction and the horizontal axis direction for the peak point of the zeroth-order satellite peak P20 first. Let it run. At this time, for example, the zero-order peak intensity is first adjusted, and if the angular interval between the specific satellite peaks P20 and P21 does not match between the analysis profile and the actual measurement profile, the period L is adjusted to make the interval closer. . Such a change in the set value brings about a change in the analysis profile as shown on the left and right sides in FIG. That is, when the period L is increased, the satellite peaks approach each other as shown on the right side of the figure, and when the period L is reduced, the satellite peaks move away as shown on the left side of the figure.

そして、0次のサテライトピークP20のピーク点について一致基準を満たした場合に、主要サテライトピークのうち他の次数のサテライトピーク、例えば1次サテライトピークP21について、解析プロファイル及び実測プロファイルの一致の度合いを確認し(ステップS22、S23)、一致していなければ、初期値設定/変更部44での設定値の変更を実行させる(ステップS26)。   Then, when the coincidence criterion is satisfied for the peak point of the zeroth-order satellite peak P20, the degree of coincidence between the analysis profile and the actual measurement profile for the satellite peak of another order among the main satellite peaks, for example, the primary satellite peak P21 is set. Confirmation is made (steps S22 and S23), and if they do not match, the initial value setting / changing unit 44 changes the setting value (step S26).

この間、前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1の設定値変更が所定回数に達したか否かを判別し(ステップS25)、所定回数に達した場合には不良と判定し、その判定結果を表示部407に出力する(ステップS27)。   During this time, it is determined whether or not the set value change of the film thickness L1 and the lattice constant a1 of the one thin film has reached a predetermined number of times (step S25). The result is output to the display unit 407 (step S27).

また、条件判定部52では、前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1のうちいずれかの設定値を変更して再び変数算出部48での算出を再度実行させる際、超格子構造の周期Lを一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚L1の設定値を微調整する(ステップS26)。さらに、このように超格子構造の周期Lを一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚L1の設定値を微調整するのに先立って、0次のサテライトピークP20のピーク点について一致基準を満たすまで、前記一方の薄膜の格子定数a1を微調整する(ステップS26)。このような設定値変更は、図8中の上下に示すような解析プロファイルの変化をもたらす。すなわち、格子定数を増加させると、同図上側に示すように複数のサテライトピークに接する包絡線ENが同図中の反時計方向に傾き、格子定数を低減させると、同図下側に示すように複数のサテライトピークに接する包絡線ENが同図中の時計方向に傾くように、解析プロファイルが変化する。したがって、格子定数を加減すると、その影響は次数の多いサテライトピークほど強く現れることになる。   In the condition determination unit 52, when changing the set value of either the film thickness L1 of the one thin film or the lattice constant a1 and executing the calculation in the variable calculation unit 48 again, the period of the superlattice structure The set value of the film thickness L1 of the one thin film is finely adjusted while keeping L constant (step S26). Further, before finely adjusting the set value of the film thickness L1 of the one thin film while keeping the period L of the superlattice structure constant, the coincidence criterion is satisfied for the peak point of the zero-order satellite peak P20. Then, the lattice constant a1 of the one thin film is finely adjusted (step S26). Such a change in the set value brings about a change in the analysis profile as shown in the upper and lower parts in FIG. That is, when the lattice constant is increased, as shown in the upper side of the figure, the envelope EN in contact with the plurality of satellite peaks is inclined counterclockwise in the figure, and when the lattice constant is reduced, as shown in the lower side of the figure. In addition, the analysis profile changes so that the envelopes EN in contact with the plurality of satellite peaks are inclined clockwise in FIG. Therefore, when the lattice constant is adjusted, the effect becomes stronger as the satellite peak has a higher order.

このような膜厚L1及び格子定数a1一連の設定変更により、解析プロファイルは、図9に実践で模式的に示すように、同図に破線で概形を示す実測プロファイルに対して、同図(a)に示す最初の初期状態段階から、同図(b)に示す0次サテライトピークの一致段階を経て、同図(c)に示すような一致基準を満たす段階へと収束的に変化することになる。   By such a series of setting changes of the film thickness L1 and the lattice constant a1, the analysis profile is the same as that shown in FIG. Convergently change from the initial initial state stage shown in a) to the stage satisfying the coincidence criteria shown in FIG. 10C through the zero-order satellite peak matching stage shown in FIG. become.

一方、測定結果を表示部407に出力するか(ステップS24)、あるいは、不良判定結果を表示部407に出力するか(ステップS27)した場合、条件判定部52で、前記一方又は他方の薄膜の膜厚L1又はL2の値と、前記一方又は他方の薄膜の格子定数a1又はa2の値とを、図5に例示したような格子定数及び膜厚を縦軸及び横軸とする等高線図様の分布図上の点として、補助記憶装置405に記憶しておき(ステップS29)、この記憶情報の蓄積に基づいて解析プロファイル及び実測プロファイルの一致の度合いを示す分布図を後から作成できるようにしておく。   On the other hand, when the measurement result is output to the display unit 407 (step S24) or the failure determination result is output to the display unit 407 (step S27), the condition determination unit 52 determines whether the one or the other thin film is to be output. The value of the film thickness L1 or L2 and the value of the lattice constant a1 or a2 of the one or the other thin film are shown in a contour diagram like the lattice constant and film thickness illustrated in FIG. As points on the distribution map, they are stored in the auxiliary storage device 405 (step S29), and a distribution map indicating the degree of coincidence between the analysis profile and the actual measurement profile can be created later based on the accumulation of the stored information. deep.

そして、分布図の作成を指示する操作入力がなされたか否かをチェックし(ステップS30)、指示された場合には、補助記憶装置405に記憶蓄積された一致度のデータを基に分布図を作成して、その分布図上に、解析プロファイル及び実測プロファイルの一致の度合いが最も高い一致領域101と、一致の度合いが一致領域101よりも低く一致領域101を取り囲むように分布する少なくとも1つの環状分布領域102〜104とを上述したような視覚的に区別可能な表示態様で表示させ、一致度分布図上の点が、その分布図上の一致領域101及び環状分布領域102〜104のうちどの領域に属するかで前記一致の度合いを視覚的に識別可能にする(ステップS32)。   Then, it is checked whether or not an operation input for instructing creation of a distribution map has been made (step S30), and when instructed, the distribution map is displayed based on the data of the degree of coincidence stored and stored in the auxiliary storage device 405. A matching region 101 having the highest matching degree between the analysis profile and the actual measurement profile and at least one ring distributed so as to surround the matching region 101 is lower than the matching region 101 on the distribution map created. The distribution areas 102 to 104 are displayed in the visually distinguishable display manner as described above, and the points on the coincidence distribution map indicate which of the coincidence area 101 and the circular distribution areas 102 to 104 on the distribution map. The degree of coincidence can be visually identified by belonging to a region (step S32).

また、測定終了を指示する操作入力がなされたか否かをチェックし、指示された場合には、処理を終了する(ステップS33)。また、終了指示がなければ、ステップS11に戻って、次の測定開始のため待機する。   Further, it is checked whether or not an operation input for instructing the end of measurement has been made. If instructed, the process is terminated (step S33). If there is no end instruction, the process returns to step S11 and waits for the start of the next measurement.

このように、本実施形態の回折X線測定解析方法及びプログラムにおいては、実測プロファイルから超格子構造の周期Lと超格子構造の平均格子定数aが求められ、これらの値と既知の情報とに基づいて、第1又は第2組成薄膜のうち一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1の初期値が4つの変数のうち2つの変数の初期値として設定され、これらの値を基に残りの2つの変数が算出されると、それまでに得られた情報に基づいて、理論計算により解析プロファイルが作成され、その解析プロファイルと実測プロファイルが比較され、その比較結果に応じて、一致の度合いが一致基準を満たすときには、そのときの4つの変数が測定値とされ、基準を満たさないときには、2つの変数である前記初期値のいずれかを変更して再び変数算出段階に戻る。したがって、適切な2つの初期値設定とこれら設定値のいずれか一方又は双方を変更するだけのフィッティング処理を収束計算的に迅速に実行することができ、しかも、所要の測定精度が確保できることになる。   As described above, in the diffraction X-ray measurement analysis method and program of the present embodiment, the period L of the superlattice structure and the average lattice constant a of the superlattice structure are obtained from the measured profile, and these values and known information are used. Based on these values, the initial values of the film thickness L1 and the lattice constant a1 of one of the first and second composition thin films are set as the initial values of two of the four variables. When the two variables are calculated, an analysis profile is created by theoretical calculation based on the information obtained so far, the analysis profile is compared with the actual measurement profile, and the degree of coincidence is determined according to the comparison result. When the coincidence criterion is satisfied, the four variables at that time are measured values, and when the criterion is not satisfied, one of the initial values that are two variables is changed and the variable calculation step is performed again. Back. Therefore, it is possible to quickly execute appropriate two initial value settings and a fitting process for changing either one or both of these set values in terms of convergence calculation, and to ensure required measurement accuracy. .

また、本実施形態においては、設定段階において、積層された超格子構造に関する設計値情報に基づき、実測プロファイルから周期性のある孤立したピークを抽出して主要サテライトピークを特定するので、小ピーク、ノイズ等の微視的プロファイル部分の悪影響をより有効に回避でき、しかも、処理を簡単化することができる。   In the present embodiment, in the setting stage, the main satellite peak is identified by extracting a periodic isolated peak from the measured profile based on the design value information related to the stacked superlattice structure. The adverse effect of the microscopic profile portion such as noise can be avoided more effectively, and the processing can be simplified.

しかも、前記設定段階において、実測プロファイルから求めた超格子構造の周期L及び平均格子定数aと、前記一方及び他方の薄膜の膜厚L1、L2及び格子定数a1、a2の設計値情報とに基づいて、前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1の初期値を設定するので、実測プロファイルや設計情報等から得られる情報を基に、より得るべき測定値に近い初期値が設定できる。   In addition, based on the period L and the average lattice constant a of the superlattice structure obtained from the measured profile and the design value information of the film thicknesses L1 and L2 and the lattice constants a1 and a2 of the one and the other thin films obtained from the measured profile in the setting stage. Thus, since the initial values of the film thickness L1 and the lattice constant a1 of the one thin film are set, an initial value closer to the measured value to be obtained can be set based on information obtained from the actual measurement profile, design information, and the like.

また、本実施形態においては、比較段階において、複数のサテライトピークのうち超格子構造の平均格子定数aに対応する0次のサテライトピークP20について、解析プロファイルを縦軸方向及び横軸方向でそれぞれ実測プロファイルに合わせ、主要サテライトピークのうち他の次数のサテライトピークP21等について、解析プロファイル及び実測プロファイルの一致の度合いを調べるので、4つの変数の変化に対する解析プロファイルの変化の特性を考慮して、一致度の比較処理を簡単化することができる。   In the present embodiment, in the comparison stage, the analysis profiles of the zero-order satellite peak P20 corresponding to the average lattice constant a of the superlattice structure among the plurality of satellite peaks are measured in the vertical axis direction and the horizontal axis direction, respectively. In accordance with the profile, the degree of coincidence between the analysis profile and the actual measurement profile of the satellite peak P21 of other orders among the main satellite peaks is examined. The degree comparison process can be simplified.

また、判定段階において、一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1のうちいずれかの設定値を変更して再び変数算出段階に戻る際、超格子構造の周期Lを一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚L1の設定値を微調整するので、実測プロファイルから正確に得られる周期Lを固定することで、一致点への収束を早めることができる。   Further, in the determination stage, when one of the setting values of the film thickness L1 and the lattice constant a1 of one thin film is changed and the process returns to the variable calculation stage again, the one thin film is made constant while keeping the period L of the superlattice structure constant. Since the set value of the film thickness L1 is finely adjusted, the convergence to the coincidence point can be accelerated by fixing the period L accurately obtained from the actual measurement profile.

さらに、前記一方の薄膜の膜厚L1及び格子定数a1のうちいずれかの設定値を変更して再び変数算出段階に戻る際、超格子構造の周期Lを一定にしつつ膜厚L1の設定値を微調整するのに先立って、前記一方の薄膜の格子定数a1を微調整するので、膜厚L1と格子定数a1の変化における相関性を考慮して、一致点への収束を早めることができる。   Furthermore, when changing one of the set values of the thin film thickness L1 and the lattice constant a1 and returning to the variable calculation stage again, the set value of the film thickness L1 is set while keeping the period L of the superlattice structure constant. Prior to the fine adjustment, the lattice constant a1 of the one thin film is finely adjusted, so that the convergence to the coincidence point can be accelerated considering the correlation in the change of the film thickness L1 and the lattice constant a1.

また、本実施形態においては、前記判定段階で、一方又は他方の薄膜の膜厚値L1又はL2と、一方又は他方の薄膜の格子定数値a1又はa2とを、格子定数及び膜厚を縦軸及び横軸とする等高線図様の分布図上の点として記憶しておき、その記憶情報に基づいて解析プロファイル及び実測プロファイルの一致の度合いを示す分布図を作成するとともに、その分布図上に、解析プロファイル及び実測プロファイルの一致の度合いが最も高い一致領域101と、一致の度合いが一致領域101よりも低く一致領域101を取り囲むように分布する環状分布領域102〜104とを視覚的に区別される表示態様で表示し、分布図上の点が、その分布図上の一致領域101及び環状分布領域102〜104のうちどの領域に属するかで一致の度合いを視覚的に識別可能に表示するので、解析プロファイル及び実測プロファイルの一致の度合いがどの程度かを容易に見て取れることになり、ユーザーの迅速・的確な大局的判断が可能になる。   In the present embodiment, in the determination step, the film thickness value L1 or L2 of one or the other thin film, the lattice constant value a1 or a2 of the one or the other thin film, the lattice constant and the film thickness are plotted on the vertical axis. And stored as points on a contour map like the contour map on the horizontal axis, creating a distribution map showing the degree of coincidence between the analysis profile and the actual measurement profile based on the stored information, and on the distribution map, The discriminating region 101 having the highest degree of coincidence between the analysis profile and the actual measurement profile is visually distinguished from the annular distribution regions 102 to 104 that are lower than the coincidence region 101 and are distributed so as to surround the coincidence region 101. The degree of coincidence depending on which region of the distribution map the points on the distribution map belong to among the matching region 101 and the circular distribution regions 102 to 104 displayed in the display mode Since visually identifiably indicated, it will be seen readily how much the degree of matching of the analysis profile and the measured profile, allowing the user quick and accurate global judgment.

なお、上述の実施形態においては、異種の薄膜を交互に積層した超格子構造を有する結晶構造として、通信分野で使用される高出力の半導体レーザの活性層を例としていたが、半導体レーザ以外の異種の薄膜を交互に積層した他の超格子構造にも適用できることはいうまでもない。   In the above-described embodiment, the active layer of a high-power semiconductor laser used in the communication field is taken as an example of a crystal structure having a superlattice structure in which different types of thin films are alternately stacked. Needless to say, the present invention can also be applied to other superlattice structures in which different types of thin films are alternately stacked.

本発明は、以上説明したように、サテライトピーク間にある小さなピークやノイズはフィッティングに用いることなく、既知の情報及び実測データに基づいて選択した特定のサテライトピークについて、適切な2つの変数の設定値設定とこれら初期値のいずれか一方又は双方を変更するだけのフィッティング処理を収束計算的に迅速に実行するので、超格子構造を反映する主要サテライトピークについて迅速で且つ有効なフィッティングを行ない、必要にして十分な精度の解析が行なえるX線回折測定解析方法及びプログラムを実現することができ、さらに、一致度の分布表示による大局的判断を可能にできるX線回折測定解析方法及びプログラムを実現できるという効果を奏するものであり、異種の薄膜を交互に積層した超格子構造の測定・解析に用いるX線回折測定解析方法及びプログラム全般に有用である。   As described above, the present invention does not use a small peak or noise between satellite peaks for fitting, but sets appropriate two variables for a specific satellite peak selected based on known information and measured data. Since the fitting process that only changes the value setting and one or both of these initial values is performed quickly in terms of convergent calculation, quick and effective fitting is necessary for the main satellite peak reflecting the superlattice structure. An X-ray diffraction measurement analysis method and program capable of performing analysis with sufficient accuracy can be realized, and further, an X-ray diffraction measurement analysis method and program capable of making a global judgment by displaying the distribution of coincidence can be realized. Measurement of a superlattice structure in which different types of thin films are stacked alternately It is useful for X-ray diffraction measurement analysis method and program as a whole is used in the analysis.

本発明の第1の実施の形態に係る回折X線測定解析方法を実施する装置の測定系の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the measurement system of the apparatus which implements the diffraction X-ray measurement analysis method which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る回折X線測定解析方法を実施する装置の全体の概略構成図である。1 is an overall schematic configuration diagram of an apparatus that performs a diffraction X-ray measurement analysis method according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係る回折X線測定解析方法を実施する装置の制御装置の要部機能ブロック図である。It is a principal part functional block diagram of the control apparatus of the apparatus which implements the diffraction X-ray measurement analysis method which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る回折X線測定解析方法で作成される解析・実測プロファイルの一例を例示する回折X線のプロファイル図で、縦軸は回折X線強度を、横軸は回折角度をそれぞれ示している。FIG. 5 is a profile diagram of a diffracted X-ray illustrating an example of an analysis / measurement profile created by the diffracted X-ray measurement and analysis method according to the first embodiment of the present invention, where the vertical axis indicates the diffracted X-ray intensity and the horizontal axis indicates Each diffraction angle is shown. 本発明の第1の実施の形態に係る回折X線測定解析方法で作成される解析・実測プロファイルの一致度分布図で、縦軸は一方又は他方の薄膜の格子定数を、横軸はその薄膜の膜厚としている。FIG. 5 is a coincidence distribution diagram of analysis / measurement profiles created by the diffraction X-ray measurement analysis method according to the first embodiment of the present invention, where the vertical axis represents the lattice constant of one or the other thin film, and the horizontal axis represents the thin film The film thickness is as follows. 本発明の第1の実施の形態に係る回折X線測定解析方法で作成される解析・実測プロファイルの異なる態様の一致度分布図で、縦軸は一方又は他方の薄膜の格子定数を、横軸はその薄膜の膜厚としている。FIG. 5 is a coincidence distribution diagram of different modes of analysis / measurement profiles created by the diffraction X-ray measurement analysis method according to the first embodiment of the present invention, where the vertical axis represents the lattice constant of one or the other thin film, and the horizontal axis Is the thickness of the thin film. 本発明の第1の実施の形態に係るX線回折測定解析プログラムの概略の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the general | schematic flow of the X-ray-diffraction measurement analysis program which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る回折X線測定解析方法で行われるパラメータ変更とそれによる解析プロファイルの変化の関係を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the relationship between the parameter change performed with the diffraction X-ray measurement analysis method which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and the change of an analysis profile by it. 本発明の第1の実施の形態に係る回折X線測定解析方法で行われるフィッティング処理とそれにより解析プロファイルが実測プロファイルに近付く状態を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the fitting process performed with the diffraction X-ray measurement analysis method which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and the state by which an analysis profile approaches an actual measurement profile by it.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1回転台
2 第2回転台
3、4 駆動手段
6、7 回転位置検出器
10 サンプル基板(基板)
20 X線源
21 X線管
22 湾曲ミラー
23 モノクロメータ
30 X線カウンタ
40 測定解析制御装置(分布図作成手段、出力手段)
41 実測データ記憶部(実測データ記憶手段)
42 実測プロファイル作成部(実測プロファイル作成手段)
43 設計情報記憶部(設計情報記憶手段)
45 特定ピーク選択部
46 ピーク特定条件記憶部(特定条件記憶手段)
47 周期・平均格子定数算出部(周期算出手段、平均格子定数算出手段)
48 変数算出部(変数算出手段)
49 解析プロファイル作成部(解析プロファイル作成手段)
51 比較部(シミュレーション処理部、誤差解析部)
52 条件判定部(判定手段、シミュレーション処理部)
101 一致領域
102、103、104 環状分布領域
401 CPU
402 ROM
403 RAM
404 入出力インターフェース回路
405 補助記憶装置(分布データ記憶手段)
406 設定・入力部
407 表示部(出力手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st turntable 2 2nd turntable 3, 4 Drive means 6, 7 Rotation position detector 10 Sample substrate (substrate)
20 X-ray source 21 X-ray tube 22 Curved mirror 23 Monochromator 30 X-ray counter 40 Measurement analysis control device (distribution map creation means, output means)
41 Measured data storage unit (measured data storage means)
42 Measurement profile creation unit (measurement profile creation means)
43 Design information storage unit (design information storage means)
45 specific peak selection unit 46 peak specific condition storage unit (specific condition storage means)
47 Period / average lattice constant calculation unit (period calculation means, average lattice constant calculation means)
48 variable calculation unit (variable calculation means)
49 Analysis profile creation unit (analysis profile creation means)
51 Comparison unit (simulation processing unit, error analysis unit)
52 Condition determination unit (determination means, simulation processing unit)
101 Matching areas 102, 103, 104 Annular distribution area 401 CPU
402 ROM
403 RAM
404 I / O interface circuit 405 Auxiliary storage device (distributed data storage means)
406 Setting / input unit 407 Display unit (output means)

Claims (16)

基板上に複数の第1組成薄膜と複数の第2組成薄膜とが交互に積層された超格子構造を有する結晶構造にX線を入射し回折されたX線を検出して得られるX線回折測定情報に基づき、横軸をX線回折角度、縦軸をX線回折強度として表わされ、前記基板よりの回折X線に由来する基板ピーク及び前記積層された超格子構造に由来する複数のサテライトピークを有する実測プロファイルと、
4つの変数として前記第1組成薄膜の格子定数及び膜厚並びに前記第2組成薄膜の格子定数及び膜厚を用いたX線回折現象の理論計算により、横軸をX線回折角度、縦軸をX線回折強度として表わされる解析プロファイルとを、
前記4つの変数を変化させながら比較し、
最も良く一致した状態における前記解析プロファイルの4つの変数を、前記第1組成薄膜の格子定数及び膜厚並びに前記第2組成薄膜の格子定数及び膜厚のそれぞれの測定値とするX線回折測定解析方法において、
前記実測プロファイルの中の複数の主要なサテライトピークの間隔から前記超格子構造の周期(L)を求め、且つ前記実測プロファイルの中の超格子構造の平均組成に対応するサテライトピークと前記基板ピークとの間隔から前記超格子構造の平均格子定数(a)を求めるとともに、前記4つの変数のうち前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の膜厚(L1)及び前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の格子定数(a1)の初期値を設定する設定段階と、
前記超格子構造の周期と前記超格子構造の平均格子定数と前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数の設定値とから、前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜の膜厚のうち他方の薄膜の膜厚(L2)及び格子定数(a2)の値を算出する変数算出段階と、
前記超格子構造の周期、前記超格子構造の平均格子定数、前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数の設定値並びに前記他方の薄膜の膜厚及び格子定数の算出値に基づいて、前記理論計算により前記解析プロファイルを得る解析プロファイル作成段階と、
前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルを比較して、両プロファイルの一致の度合いを調べる比較段階と、
前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすか否かを判定し、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすときは、そのときの前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数の初期値並びに前記他方の薄膜の膜厚及び格子定数の値を膜厚測定値及び格子定数測定値とし、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たさないときは、前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数のうちいずれかの設定値を変更して再び変数算出段階に戻る判定段階と、を含むことを特徴とするX線回折測定解析方法。
X-ray diffraction obtained by detecting X-rays incident on a crystal structure having a superlattice structure in which a plurality of first composition thin films and a plurality of second composition thin films are alternately laminated on a substrate Based on the measurement information, the horizontal axis represents the X-ray diffraction angle, the vertical axis represents the X-ray diffraction intensity, and a plurality of substrate peaks derived from the diffracted X-rays from the substrate and the stacked superlattice structures A measured profile with satellite peaks;
According to the theoretical calculation of the X-ray diffraction phenomenon using the lattice constant and film thickness of the first composition thin film and the lattice constant and film thickness of the second composition thin film as four variables, the horizontal axis represents the X-ray diffraction angle and the vertical axis represents An analysis profile expressed as X-ray diffraction intensity,
Compare the four variables while changing them,
X-ray diffraction measurement analysis in which the four variables of the analysis profile in the best match state are the measured values of the lattice constant and film thickness of the first composition thin film and the lattice constant and film thickness of the second composition thin film, respectively. In the method
The period (L) of the superlattice structure is obtained from the interval between a plurality of main satellite peaks in the measured profile, and the satellite peak corresponding to the average composition of the superlattice structure in the measured profile and the substrate peak The average lattice constant (a) of the superlattice structure is obtained from the distance between the first composition thin film and the first composition thin film or the second composition thin film among the four variables. A setting step of setting an initial value of the lattice constant (a1) of one of the composition thin film or the second composition thin film;
From the period of the superlattice structure, the average lattice constant of the superlattice structure, the film thickness of the one thin film, and the set value of the lattice constant, the other of the film thicknesses of the first composition thin film or the second composition thin film A variable calculation stage for calculating values of the film thickness (L2) and the lattice constant (a2) of the thin film;
The theoretical calculation based on the period of the superlattice structure, the average lattice constant of the superlattice structure, the set value of the film thickness and lattice constant of the one thin film, and the calculated value of the film thickness and lattice constant of the other thin film An analysis profile creating step for obtaining the analysis profile by:
A comparison step of comparing the analysis profile and the actual measurement profile to check the degree of matching between the two profiles;
It is determined whether or not the degree of coincidence satisfies a predetermined coincidence criterion. When the degree of coincidence satisfies a predetermined coincidence criterion, the film thickness and lattice constant of the one thin film at that time When the initial value and the film thickness and lattice constant value of the other thin film are used as the film thickness measurement value and the lattice constant measurement value, and the degree of coincidence does not satisfy a predetermined coincidence criterion, the film of the one thin film An X-ray diffraction measurement analysis method comprising: a determination step of changing any set value of the thickness and the lattice constant and returning to the variable calculation step again.
前記設定段階において、前記積層された超格子構造に関する設計値情報に基づき、前記実測プロファイルから周期性のある孤立したピークを抽出して前記主要サテライトピークを特定することを特徴とする請求項1に記載のX線回折測定解析方法。   The main satellite peak is identified by extracting an isolated peak having periodicity from the measured profile based on design value information regarding the stacked superlattice structure in the setting step. The X-ray diffraction measurement analysis method described. 前記設定段階において、前記実測プロファイルから求めた前記超格子構造の周期及び平均格子定数と、前記一方及び他方の薄膜の膜厚(L1、L2)及び格子定数(a1、a2)の設計値情報とに基づいて、前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数の初期値を設定することを特徴とする請求項1に記載のX線回折測定解析方法。   In the setting step, the period and average lattice constant of the superlattice structure obtained from the actual measurement profile, and design value information of the film thicknesses (L1, L2) and lattice constants (a1, a2) of the one and the other thin films, 2. The X-ray diffraction measurement analysis method according to claim 1, wherein an initial value of a film thickness and a lattice constant of the one thin film is set based on the above. 前記比較段階において、前記複数のサテライトピークのうち前記超格子構造の平均格子定数に対応する0次のサテライトピークについて、前記解析プロファイルを前記縦軸方向及び横軸方向でそれぞれ前記実測プロファイルに合わせ、前記主要サテライトピークのうち他の次数のサテライトピークについて、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いを調べることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載のX線回折測定解析方法。   In the comparison step, for the zero-order satellite peak corresponding to the average lattice constant of the superlattice structure among the plurality of satellite peaks, the analysis profile is adjusted to the actual measurement profile in the vertical axis direction and the horizontal axis direction, The X-ray diffraction measurement analysis according to any one of claims 1 to 3, wherein a degree of coincidence between the analysis profile and the actual measurement profile is examined for satellite peaks of other orders among the main satellite peaks. Method. 前記判定段階において、前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数のうちいずれかの設定値を変更して再び変数算出段階に戻る際、前記超格子構造の周期を一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚の設定値を微調整することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載のX線回折測定解析方法。   In the determination step, when changing one of the setting values of the film thickness and the lattice constant of the one thin film and returning to the variable calculation step again, the film of the one thin film is made constant while keeping the period of the superlattice structure constant. The X-ray diffraction measurement analysis method according to claim 1, wherein the set value of the thickness is finely adjusted. 前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数のうちいずれかの設定値を変更して再び変数算出段階に戻る際、前記超格子構造の周期を一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚の設定値を微調整するのに先立って、前記一方の薄膜の格子定数を微調整することを特徴とする請求項5に記載のX線回折測定解析方法。   When changing one of the setting values of the thin film thickness and the lattice constant and returning to the variable calculation stage again, the setting value of the film thickness of the one thin film is set while keeping the period of the superlattice structure constant. 6. The X-ray diffraction measurement analysis method according to claim 5, wherein a fine-tuning is performed on the lattice constant of the one thin film prior to fine-tuning. 前記判定段階で、前記一方又は他方の薄膜の膜厚(L1又はL2)と前記一方又は他方の薄膜の格子定数(a1又はa2)の値を、該格子定数及び膜厚を縦軸及び横軸とする等高線図様の分布図上の点として記憶しておき、該記憶情報に基づいて前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いを示す分布図を作成するとともに、
該分布図上に、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いが最も高い一致領域と、前記一致の度合いが前記一致領域よりも低く前記一致領域を取り囲むように分布する少なくとも1つの環状分布領域とを視覚的に区別される表示態様で表示し、
前記分布図上の点が、該分布図上の前記一致領域及び環状分布領域のうちどの領域に属するかで前記一致の度合いを視覚的に識別可能に表示することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載のX線回折測定解析方法。
In the determination step, the film thickness (L1 or L2) of the one or other thin film and the value of the lattice constant (a1 or a2) of the one or other thin film, the lattice constant and the film thickness are represented by the vertical axis and the horizontal axis. And stored as points on the distribution map of the contour map and creating a distribution map showing the degree of coincidence between the analysis profile and the actual measurement profile based on the stored information,
On the distribution map, a matching region having the highest matching degree between the analysis profile and the actually measured profile, and at least one annular distribution region distributed so as to surround the matching region with the matching degree being lower than the matching region. Are displayed in a visually distinguishable display manner,
The degree of coincidence is displayed so as to be visually identifiable according to which of the coincidence area and the annular distribution area the points on the distribution map belong to. 6. The X-ray diffraction measurement analysis method according to any one of 6 above.
基板上に複数の第1組成薄膜と複数の第2組成薄膜とが交互に積層された超格子構造を有する結晶構造にX線を入射し回折されたX線を検出して得られるX線回折測定情報に基づき、横軸をX線回折角度、縦軸をX線回折強度として表わされ、前記基板よりの回折X線に由来する基板ピーク及び前記積層された超格子構造に由来する複数のサテライトピークを有する実測プロファイルと、
4つの変数として前記第1組成薄膜の格子定数及び膜厚並びに前記第2組成薄膜の格子定数及び膜厚を用いたX線回折現象の理論計算により、横軸をX線回折角度、縦軸をX線回折強度として表わされる解析プロファイルとを、
前記4つの変数を変化させながら比較し、
最も良く一致した状態における前記解析プロファイルの4つの変数を、前記第1組成薄膜の格子定数及び膜厚並びに前記第2組成薄膜の格子定数及び膜厚のそれぞれの測定値とするX線回折測定解析プログラムであって、
コンピュータにより、
前記実測プロファイルの中の複数の主要なサテライトピークの間隔から前記超格子構造の周期を求める周期算出手段(47)と、
前記実測プロファイルの中の超格子構造の平均組成に対応するサテライトピークと前記基板ピークとの間隔から前記超格子構造の平均格子定数を求める平均格子定数算出手段(47)と、
前記4つの変数のうち前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の膜厚及び前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の格子定数の初期値を設定する初期値設定手段(44)と、
前記超格子構造の周期と前記超格子構造の平均格子定数と前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数の設定値とから、前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜の膜厚のうち他方の薄膜の膜厚及び格子定数の値をそれぞれ算出する変数算出手段(48)と、
前記超格子構造の周期、前記超格子構造の平均格子定数、前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数の設定値並びに前記他方の薄膜の膜厚及び格子定数の算出値に基づいて、前記理論計算により前記解析プロファイルを作成する解析プロファイル作成手段(49)と、
前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルを比較して、両プロファイルの一致の度合いを調べる比較手段(51)と、
前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすか否かを判定し、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすときは、そのときの前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数の設定値並びに前記他方の薄膜の膜厚及び格子定数の値を膜厚測定値及び格子定数測定値とし、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たさないときは、前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数のうちいずれかの設定値を変更して前記変数算出手段に再度算出を実行させる判定手段(52)と、の機能を実現させることを特徴とするX線回折測定解析プログラム。
X-ray diffraction obtained by detecting X-rays incident on a crystal structure having a superlattice structure in which a plurality of first composition thin films and a plurality of second composition thin films are alternately laminated on a substrate Based on the measurement information, the horizontal axis represents the X-ray diffraction angle, the vertical axis represents the X-ray diffraction intensity, and a plurality of substrate peaks derived from the diffracted X-rays from the substrate and the stacked superlattice structures A measured profile with satellite peaks;
According to the theoretical calculation of the X-ray diffraction phenomenon using the lattice constant and film thickness of the first composition thin film and the lattice constant and film thickness of the second composition thin film as four variables, the horizontal axis represents the X-ray diffraction angle and the vertical axis represents An analysis profile expressed as X-ray diffraction intensity,
Compare the four variables while changing them,
X-ray diffraction measurement analysis in which the four variables of the analysis profile in the best match state are the measured values of the lattice constant and film thickness of the first composition thin film and the lattice constant and film thickness of the second composition thin film, respectively. A program,
By computer
Period calculation means (47) for determining the period of the superlattice structure from the interval between a plurality of main satellite peaks in the actual measurement profile;
An average lattice constant calculating means (47) for obtaining an average lattice constant of the superlattice structure from an interval between the satellite peak corresponding to the average composition of the superlattice structure in the measured profile and the substrate peak;
The initial value of the film thickness of one thin film of the first composition thin film or the second composition thin film and the lattice constant of one thin film of the first composition thin film or the second composition thin film among the four variables is set. Initial value setting means (44) to perform,
From the period of the superlattice structure, the average lattice constant of the superlattice structure, the film thickness of the one thin film, and the set value of the lattice constant, the other of the film thicknesses of the first composition thin film or the second composition thin film Variable calculating means (48) for calculating the thickness of the thin film and the value of the lattice constant,
The theoretical calculation based on the period of the superlattice structure, the average lattice constant of the superlattice structure, the set value of the film thickness and lattice constant of the one thin film, and the calculated value of the film thickness and lattice constant of the other thin film An analysis profile creation means (49) for creating the analysis profile by:
Comparison means (51) for comparing the analysis profile and the actual measurement profile to check the degree of coincidence of both profiles;
It is determined whether or not the degree of coincidence satisfies a predetermined coincidence criterion. When the degree of coincidence satisfies a predetermined coincidence criterion, the film thickness (L1) of the one thin film at that time and When the set value of the lattice constant and the value of the other thin film and the value of the lattice constant are the film thickness measured value and the lattice constant measured value, and the degree of coincidence does not satisfy a predetermined coincidence criterion, X-ray diffraction measurement analysis characterized by realizing the function of a determination means (52) for changing any set value of the film thickness and lattice constant of the thin film and causing the variable calculation means to execute the calculation again. program.
前記初期値設定手段が、前記積層された超格子構造に関する設計値情報に基づき、前記実測プロファイル中で前記超格子構造の周期に対応する周期性を有する孤立した複数のピークの発生領域を特定する条件を記憶する特定条件記憶部を有し、該特定条件記憶部の記憶情報に基づいて前記主要サテライトピークを特定することを特徴とする請求項8に記載のX線回折測定解析プログラム。   The initial value setting means specifies a plurality of isolated peak generation regions having periodicity corresponding to the period of the superlattice structure in the measured profile based on design value information regarding the stacked superlattice structure. 9. The X-ray diffraction measurement analysis program according to claim 8, further comprising: a specific condition storage unit that stores conditions, and specifying the main satellite peak based on information stored in the specific condition storage unit. 前記初期値設定手段が、前記実測プロファイルから求めた前記超格子構造の周期及び平均格子定数と、前記一方及び他方の薄膜の膜厚(L1、L2)及び格子定数(a1、a2)の設計値情報とに基づいて、前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数の初期値を設定することを特徴とする請求項8又は9に記載のX線回折測定解析プログラム。   The initial value setting means determines the period and average lattice constant of the superlattice structure obtained from the actual measurement profile, and the design values of the film thicknesses (L1, L2) and lattice constants (a1, a2) of the one and the other thin films. The X-ray diffraction measurement analysis program according to claim 8 or 9, wherein an initial value of a film thickness and a lattice constant of the one thin film is set based on the information. 前記比較手段が、前記複数のサテライトピークのうち前記超格子構造の平均格子定数に対応する0次のサテライトピークについて、前記解析プロファイルを前記縦軸方向及び横軸方向でそれぞれ前記実測プロファイルに合わせるシミュレーションを実行するシミュレーション処理部(51、52)と、前記主要サテライトピークのうち他の次数のサテライトピークについて、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いを調べる誤差解析部(51)とを有することを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1つに記載のX線回折測定解析プログラム。   Simulation for matching the analysis profile with the actual measurement profile in the vertical axis direction and the horizontal axis direction for the zero-order satellite peak corresponding to the average lattice constant of the superlattice structure among the plurality of satellite peaks. A simulation processing unit (51, 52) for executing the above and an error analysis unit (51) for checking the degree of coincidence between the analysis profile and the actual measurement profile for satellite peaks of other orders among the main satellite peaks The X-ray diffraction measurement analysis program according to any one of claims 8 to 10. 前記判定手段が前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数のうちいずれかの設定値を変更して前記変数算出手段に再度算出を実行させるとき、前記初期値設定手段が、前記超格子構造の周期を一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚の設定値を微調整することを特徴とする請求項8乃至11のいずれか1つに記載のX線回折測定解析プログラム。   When the determination unit changes any set value of the film thickness and the lattice constant of the one thin film and causes the variable calculation unit to execute the calculation again, the initial value setting unit performs the period of the superlattice structure. The X-ray diffraction measurement analysis program according to any one of claims 8 to 11, wherein the set value of the film thickness of the one thin film is finely adjusted while maintaining a constant value. 前記判定手段が前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数のうちいずれかの設定値を変更して前記変数算出手段に再度算出を実行させるとき、前記初期値設定手段が、前記超格子構造の周期を一定にしつつ前記一方の薄膜の膜厚の設定値を微調整するとともに、前記一方の薄膜の格子定数を微調整することを特徴とする請求項12に記載のX線回折測定解析プログラム。   When the determination unit changes any set value of the film thickness and the lattice constant of the one thin film and causes the variable calculation unit to execute the calculation again, the initial value setting unit performs the period of the superlattice structure. 13. The X-ray diffraction measurement analysis program according to claim 12, wherein the set value of the thickness of the one thin film is finely adjusted while the lattice constant of the one thin film is finely adjusted. 前記コンピュータに、
前記一方又は他方の薄膜の膜厚(L1又はL2)と前記一方又は他方の薄膜の格子定数(a1又はa2)の値を、該格子定数及び膜厚を縦軸及び横軸とする等高線図様の分布図上の点として記憶する分布データ記憶手段(405)と、
該分布データ記憶手段の記憶情報に基づいて、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いの分布画像情報を生成する分布図作成手段(40)と、
該分布図作成手段で生成された分布画像情報を出力する出力手段と、の機能を実現させることを特徴とする請求項8乃至13のいずれか1つに記載のX線回折測定解析プログラム。
In the computer,
Contour plots with the film thickness (L1 or L2) of the one or other thin film and the value of the lattice constant (a1 or a2) of the one or other thin film as the vertical and horizontal axes. Distribution data storage means (405) for storing as points on the distribution map of
A distribution diagram creating means (40) for generating distribution image information of the degree of coincidence between the analysis profile and the actual measurement profile based on the storage information of the distribution data storage means;
The X-ray diffraction measurement analysis program according to any one of claims 8 to 13, which realizes the function of output means for outputting distribution image information generated by the distribution map creation means.
前記分布図作成手段が、前記分布データ記憶手段の記憶情報に基づいて、前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルの一致の度合いが最も高い一致領域と、前記一致の度合いが前記一致領域よりも低く前記一致領域を取り囲むように分布する少なくとも1つの環状分布領域とが視覚的に区別可能な表示画像の情報を生成することを特徴とする請求項14に記載のX線回折測定解析プログラム。   Based on the storage information of the distribution data storage means, the distribution map creating means has a matching area having the highest degree of matching between the analysis profile and the measured profile, and the matching degree is lower than the matching area. 15. The X-ray diffraction measurement analysis program according to claim 14, wherein the display image information is visually distinguishable from at least one annular distribution region distributed so as to surround the region. 基板上に複数の第1組成薄膜と複数の第2組成薄膜とが交互に積層された超格子構造を有する結晶構造にX線を異なる角度で入射したとき測定情報に基づきプロファイル表示される、前記角度に応じて変化する回折X線強度の実測プロファイルと、
4つの変数として前記第1組成薄膜の格子定数(a1)及び膜厚(L1)並びに前記第2組成薄膜の格子定数(a2)及び膜厚(L2)を用いた理論計算に基づきプロファイル表示される、前記角度に応じて変化する回折X線強度の解析プロファイルとを、
前記解析プロファイルの4つの変数を変化させながら比較し、
最も良く一致した状態における前記解析プロファイルの4つの変数を、前記第1組成薄膜の格子定数及び膜厚並びに前記第2組成薄膜の格子定数及び膜厚のそれぞれの測定値とするX線回折測定解析プログラムであって、
nを正の整数とするとき、n個の前記角度の値(x,x,・・・x)および該角度に対応するn個の回折X線強度の測定値(g,g,・・・g)を順次メモリに記憶させる実測データ記憶手段(41)と、
前記メモリに記憶されたデータに基づいて前記角度に応じて変化する回折X線強度の実測プロファイルを表示出力可能な所定のプロファイル表示形式で作成する実測プロファイル作成手段(42)と、
前記実測プロファイルの中の複数の主要なサテライトピークの間隔から前記超格子構造の周期(L)を求める周期算出手段(47)と、
前記実測プロファイルの中に超格子構造の平均組成に対応して現れるサテライトピークと前記実測プロファイルの中に前記基板に由来して現れる基板ピークとの間隔から前記超格子構造の平均格子定数(a)を求める平均格子定数算出手段(47)と、
前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の膜厚(L1又はL2)及び前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜のうち一方の薄膜の格子定数(a1又はa2)の初期値を、前記4つの変数(a1,L1,a2,L2)のうち2つの変数の初期値として設定する初期値設定手段(44)と、
前記超格子構造の周期(L)と、前記超格子構造の平均格子定数(a)と、前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)の設定値とから、前記4つの変数(a1、L1、a2、L2)のうち残りの2つの変数である前記第1組成薄膜又は前記第2組成薄膜の膜厚のうち他方の薄膜の膜厚(L2)及び格子定数(a2)の値をそれぞれ算出する変数算出手段(48)と、
前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)の設定値と、前記変数算出手段(48)で算出された前記他方の薄膜の膜厚(L2)及び格子定数(a2)の値とを、前記4つの変数として、前記複数のサテライトピークのうち次数の異なる特定のサテライトピークに対応する角度範囲を特定する前記nより少ない正の整数であるm個の角度値(x,x,・・・xi+m-1;但し、i、jはそれぞれmより小さい正の整数)について、回折X線強度の値(f,f,・・・fi+m−1)を前記理論計算により算出して前記解析プロファイルを作成する解析プロファイル作成手段(49)と、
前記解析プロファイル及び前記実測プロファイルを前記複数のサテライトピークのうち前記次数の異なる特定のサテライトピークにつき比較して、両プロファイルの一致の度合いを調べる比較手段(51)と、
前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすか否かを判定し、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たすときは、そのときの前記解析プロファイルの4つの変数(a1,L1,a2,L2)を前記一方の薄膜の膜厚及び格子定数並びに前記他方の薄膜の膜厚及び格子定数の測定値として出力し、前記一致の度合いが予め定められた一致基準を満たさないときは、前記一方の薄膜の膜厚(L1)及び格子定数(a1)のうちいずれかの設定値を変更して前記変数算出手段に再度算出を実行させる判定手段(52)と、の機能をコンピュータを使用して実現させることを特徴とするX線回折測定解析プログラム。
A profile is displayed based on measurement information when X-rays are incident at different angles on a crystal structure having a superlattice structure in which a plurality of first composition thin films and a plurality of second composition thin films are alternately stacked on a substrate; Measured profile of diffracted X-ray intensity that varies with angle,
The profile is displayed based on theoretical calculation using the lattice constant (a1) and film thickness (L1) of the first composition thin film and the lattice constant (a2) and film thickness (L2) of the second composition thin film as four variables. And an analysis profile of the diffracted X-ray intensity that changes according to the angle,
Compare the four variables of the analysis profile while changing them,
X-ray diffraction measurement analysis in which the four variables of the analysis profile in the best match state are the measured values of the lattice constant and film thickness of the first composition thin film and the lattice constant and film thickness of the second composition thin film, respectively. A program,
When n is a positive integer, n values of the angle (x 1 , x 2 ,... x n ) and n measured values of diffraction X-ray intensity corresponding to the angle (g 1 , g 2 ,..., G n ) are sequentially stored in the memory, and measured data storage means (41);
A measured profile creating means (42) for creating a measured profile of the diffracted X-ray intensity that changes in accordance with the angle based on the data stored in the memory in a predetermined profile display format capable of being displayed and output;
Period calculation means (47) for determining the period (L) of the superlattice structure from the interval between a plurality of main satellite peaks in the actual measurement profile;
The average lattice constant (a) of the superlattice structure from the interval between the satellite peak that appears in the measured profile corresponding to the average composition of the superlattice structure and the substrate peak that appears in the measured profile due to the substrate. Means for calculating an average lattice constant (47),
The film thickness (L1 or L2) of one thin film of the first composition thin film or the second composition thin film and the lattice constant (a1 or a2) of one thin film of the first composition thin film or the second composition thin film. Initial value setting means (44) for setting initial values as initial values of two of the four variables (a1, L1, a2, L2);
From the period (L) of the superlattice structure, the average lattice constant (a) of the superlattice structure, and the set values of the film thickness (L1) and the lattice constant (a1) of the one thin film, the four variables Of the remaining two variables (a1, L1, a2, L2), the film thickness of the other thin film (L2) and the lattice constant (a2) of the film thickness of the first composition thin film or the second composition thin film Variable calculation means (48) for calculating values respectively;
The set values of the film thickness (L1) and the lattice constant (a1) of the one thin film, and the values of the film thickness (L2) and the lattice constant (a2) of the other thin film calculated by the variable calculation means (48). As the four variables, m angle values (x i , x) that are positive integers less than n that specify an angle range corresponding to a specific satellite peak of a different order among the plurality of satellite peaks. j, ··· x i + m- 1; however, i, j for m a positive integer smaller than) respectively, the values of the diffracted X-ray intensity (f i, f j, the ··· f i + m-1) Analysis profile creation means (49) for creating the analysis profile calculated by the theoretical calculation;
Comparison means (51) for comparing the analysis profile and the actual measurement profile with respect to a specific satellite peak having a different order among the plurality of satellite peaks, and checking the degree of coincidence of both profiles;
It is determined whether or not the degree of coincidence satisfies a predetermined coincidence criterion. When the degree of coincidence satisfies a predetermined coincidence criterion, the four variables (a1, L1) of the analysis profile at that time , A2, L2) are output as measured values of the film thickness and lattice constant of the one thin film and the film thickness and lattice constant of the other thin film, and the degree of coincidence does not satisfy a predetermined coincidence criterion The computer has the function of a determination means (52) for changing the set value of either the film thickness (L1) or the lattice constant (a1) of the one thin film and causing the variable calculation means to execute the calculation again. An X-ray diffraction measurement analysis program characterized by being used.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070211248A1 (en) * 2006-01-17 2007-09-13 Innovative American Technology, Inc. Advanced pattern recognition systems for spectral analysis
JP5313468B2 (en) * 2007-08-02 2013-10-09 株式会社アルバック Film thickness measuring method and magnetic device manufacturing method
JP5095422B2 (en) * 2008-01-16 2012-12-12 株式会社日立製作所 Method for measuring film thickness of thin film laminate
JP5457650B2 (en) * 2008-08-28 2014-04-02 株式会社東芝 Method for controlling the amount of titanium oxide deposited on reactor structural materials
GB2481950B (en) * 2009-04-14 2017-08-23 Rigaku Denki Co Ltd Surface microstructure measurement method, surface microstructure measurement data analysis method and surface microstructure measurement system.
JP2010249784A (en) * 2009-04-20 2010-11-04 Rigaku Corp X-ray diffraction analysis system and x-ray diffraction analysis method
US10775323B2 (en) * 2016-10-18 2020-09-15 Kla-Tencor Corporation Full beam metrology for X-ray scatterometry systems
CN107085003B (en) * 2017-05-02 2020-03-17 合肥工业大学 X-ray diffraction in-situ characterization method for film oriented crystal growth

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3417537B2 (en) * 1997-12-25 2003-06-16 日本電信電話株式会社 Crystal structure analysis method
JP2000155102A (en) * 1998-11-19 2000-06-06 Rigaku Corp X-ray measuring apparatus and method therefor
JP3582776B2 (en) * 1999-07-06 2004-10-27 日本電信電話株式会社 Structural analysis method of strained quantum well structure and recording medium thereof
JP3676249B2 (en) * 2001-03-27 2005-07-27 独立行政法人科学技術振興機構 Crystal observation method and apparatus using X-ray diffraction
JP2002343948A (en) * 2001-05-11 2002-11-29 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp Evaluating method for soi wafer
JP2003166953A (en) * 2001-12-04 2003-06-13 Osaka Gas Co Ltd Structure analysis method and system of carbon material
JP2003294657A (en) * 2002-03-29 2003-10-15 Asahi Kasei Corp Method for analyzing degree of crystal strain

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