JP5237186B2 - X線散乱測定装置およびx線散乱測定方法 - Google Patents
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Description
(全体構成)
図1は、X線散乱測定装置100の構成を示す斜視図である。図1に示すように、X線散乱測定装置100は、試料台110、アーム120、130、X線源140、ミラーユニット150、スリット部160、2次元検出器170およびビームストップ180を備えている。
次に、X線散乱測定装置100の光学系の基本原理とともに各ミラーの特徴を説明する。図2は、X線散乱測定装置100の光学系を示す平面図である。また、図3は、X線散乱測定装置100の光学系を示す側面図である。なお、図2では、コリメーションブロック161、162を省略している。図2に示すように、第1のミラー151は、発生したX線を、試料表面に平行な面内で反射し、2次元検出器170に集光する。出射角βおよび面内の散乱角2θで散乱されたX線は2次元検出器170により検出される。第1のミラー151は、試料表面に平行な面内でX線を反射し2次元検出器170に集光するように所定の曲率で湾曲している。
図4は、ミラーユニット150内部の斜視図である。ミラー支持部153は、第1のミラー151および第2のミラー152を、各反射面が互いに直交するように調整された状態で一体に支持する。ミラー支持部153は、第1のミラー151の反射角を変えるとともに第2のミラー152をそのX線入射面に垂直に移動させる回転軸A1で回転可能に設置されている。また、第2のミラー152の反射角を変えるとともに第1のミラー151をそのX線入射面に垂直に移動させる回転軸B1で回転可能に設置されている。
次に、上記のように構成されたX線散乱測定装置100を用いて試料表面上の微細構造を測定する方法を説明する。まず、試料Sの表面微細構造の方向性を考慮して試料台110に設置する。そして、試料SのZ位置、XY面における位置および試料Sの向きを調整する。第1のミラー151および第2のミラー152は、あらかじめ焦点位置をそれぞれ2次元検出器および試料位置に合わせるよう微調整しておく。
実際に、上記の構成を有するX線散乱測定装置100を作製した。作製されたX線散乱測定装置100では、試料位置に試料表面に垂直な面内でX線を集束させるよう第1のミラー151を配置し、試料位置から400mmの位置に、試料表面に平行な面内でX線を集束させるよう第2のミラー152を配置した。
作製したX線散乱測定装置100を用い、シリコン基板表面に100nmピッチのグレーティング試料に入射角0.16°でX線を照射し、試料をZ軸回りで回転させながら測定した。図9は、実験により得られた回折パターンを示す図である。図9に示す回折パターンは、2次元検出器170上の(ログスケール)データとして示されている。図9に示す回折パターンでは、面内2θ方向にグレーティングに由来する多数のピークが観測されているだけでなく、出射角β方向にも、グレーティングの高さを反映した干渉縞を確認できた。これらのデータを解析することにより、非破壊でグレーティングの2次元断面を測定することができる。
110 試料台
111 固定部
112 上下可動部
113 回転可動部
114 XYステージ
120、130 アーム
140 X線源
150 ミラーユニット
151 第1のミラー
152 第2のミラー
153 ミラー支持部
160 スリット部
161、162 コリメーションブロック
163 旋回軸
170 2次元検出器
180 ビームストップ
A1 回転軸
B1 回転軸
A2 回転軸A1に平行な軸
B2 回転軸B1に平行な軸
S 試料
Claims (11)
- 試料表面上の微細構造の計測に適したX線散乱測定装置であって、
X線を発生させるX線源と、
前記発生したX線を反射する第1のミラーと、
前記第1のミラーで反射されたX線を反射する第2のミラーと、
前記第2のミラーで反射されたX線が照射される前記試料を支持する試料台と、
前記試料表面で散乱したX線を検出する2次元検出器と、を備え、
前記第1のミラーは、前記発生したX線を、前記試料表面に平行な面内で前記2次元検出器上の焦点位置に集光し、
前記第2のミラーは、前記第1のミラーで反射されたX線を、前記試料表面に垂直な面内で前記試料表面上の焦点位置に集光することを特徴とするX線散乱測定装置。 - 試料表面上の微細構造の計測に適したX線散乱測定装置であって、
X線を発生させるX線源と、
前記発生したX線を反射する第1のミラーと、
前記第1のミラーで反射されたX線を反射する第2のミラーと、
前記第2のミラーで反射されたX線が照射される前記試料を支持する試料台と、
前記試料表面で散乱したX線を検出する2次元検出器と、を備え、
前記第1のミラーは、前記発生したX線を、前記試料表面に垂直な面内で前記試料表面上の焦点位置に集光し、
前記第2のミラーは、前記第1のミラーで反射されたX線を、前記試料表面に平行な面内で前記2次元検出器上の焦点位置に集光することを特徴とするX線散乱測定装置。 - 前記第1のミラーおよび第2のミラーを反射面が互いに直交するように配置して一体に支持するミラー支持部を更に備え、
前記ミラー支持部は、前記第1のミラーによるX線の反射角を変えるとともに前記第2のミラーをそのX線入射面に垂直に移動させる回転軸と、前記第2のミラーによるX線の反射角を変えるとともに前記第1のミラーをそのX線入射面に垂直に移動させる回転軸とで、2軸回転可能に設置されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載のX線散乱測定装置。 - 前記第2のミラーは、前記試料表面でのX線のスポットサイズを、前記試料表面に垂直な方向について、50μm以下に制限可能であることを特徴とする請求項1記載のX線散乱測定装置。
- 前記第1のミラーは、前記試料表面でのX線のスポットサイズを、前記試料表面に垂直な方向について、50μm以下に制限可能であることを特徴とする請求項2記載のX線散乱測定装置。
- 前記試料台は、前記試料表面の面内回転を可能に設けられていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載のX線散乱測定装置。
- 前記第1または第2のミラーは、多層膜ミラーであることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載のX線散乱測定装置。
- 前記第1または第2のミラーは、結晶板で構成されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載のX線散乱測定装置。
- 前記第2のミラーと前記試料との間のX線通路部に、1組のコリメーションブロックを備えることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載のX線散乱測定装置。
- 試料表面上の微細構造の計測に適したX線散乱測定方法であって、
X線源で発生したX線を第1のミラーで反射させるステップと、
前記第1のミラーで反射されたX線を第2のミラーで反射させるステップと、
前記第2のミラーで反射されたX線を前記試料に入射させるステップと、
前記試料表面で散乱したX線を2次元検出器で検出するステップと、を含み、
前記第1のミラーで、前記発生したX線を集光するとともに、前記第2のミラーで、前記第1のミラーで反射されたX線を集光し、前記第1または第2のミラーの一方による前記試料表面に平行な面内での焦点位置を、前記2次元検出器上とし、前記第1または第2のミラーの他方による前記試料表面に垂直な面内での焦点位置を、前記試料表面上としつつ、前記試料表面で小角散乱したX線を検出することを特徴とするX線散乱測定方法。 - 試料表面上の微細構造の計測に適したX線散乱測定方法であって、
X線源で発生したX線を第1のミラーで反射させるステップと、
前記第1のミラーで反射されたX線を第2のミラーで反射させるステップと、
前記第2のミラーで反射されたX線を前記試料に入射させるステップと、
前記試料表面で散乱したX線を2次元検出器で検出するステップと、を含み、
前記第1のミラーで、前記発生したX線を集光するとともに、前記第2のミラーで、前記第1のミラーで反射されたX線を集光し、前記第1または第2のミラーの一方による前記試料表面に平行な面内での焦点位置を、前記2次元検出器上とし、前記第1または第2のミラーの他方による前記試料表面に垂直な面内での焦点位置を、前記試料表面上としつつ、前記試料を前記試料表面面内で回転させて、前記試料表面における周期構造で回折したX線を検出することを特徴とするX線散乱測定方法。
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