JP5424239B2 - LAYER STRUCTURE ANALYSIS METHOD, DEVICE, AND PROGRAM USING X-RAY REFLECTIVE METHOD - Google Patents

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Description

本発明は、X線反射率法を用いて、基板上に単層膜、多層膜、密度不均一層などの層構造が形成された積層体の該層構造を解析する方法、装置及びプログラムに関するものである。   The present invention relates to a method, apparatus, and program for analyzing a layered structure in which a layered structure such as a single layer film, a multilayered film, or a non-uniform density layer is formed on a substrate using an X-ray reflectivity method. Is.

物質のX線に対する屈折率は1よりわずかに小さい値をもち、平坦かつ平滑な物質表面に全反射臨界角よりも浅い角度で入射したX線は物質の外部で光学的な全反射現象を生じる。そして、入射角θが全反射臨界角θc以上の場合には、入射X線に対して散乱角2θで反射される鏡面反射X線と、媒体表面から媒体内部に浸透する屈折X線とが生じるが、この鏡面反射X線強度と入射X線強度との比をX線反射率という。   The refractive index of a substance with respect to X-rays has a value slightly smaller than 1, and X-rays incident on a flat and smooth material surface at an angle shallower than the total reflection critical angle cause an optical total reflection phenomenon outside the substance. . When the incident angle θ is equal to or greater than the total reflection critical angle θc, specular reflection X-rays reflected at the scattering angle 2θ with respect to the incident X-rays and refraction X-rays penetrating from the medium surface into the medium are generated. However, the ratio between the specular reflection X-ray intensity and the incident X-ray intensity is referred to as X-ray reflectivity.

また、媒体表面から媒体内部に浸透する屈折X線強度は表面から深さ方向に指数関数的に減衰する。このため、媒体内部で散乱し表面から出射するX線は、表面近傍で散乱されたX線が主となり、表面近傍の情報を反映したものとなっている。   Further, the refractive X-ray intensity penetrating from the medium surface into the medium attenuates exponentially in the depth direction from the surface. For this reason, X-rays scattered inside the medium and emitted from the surface are mainly X-rays scattered near the surface, and reflect information near the surface.

X線反射率法では、この特徴を利用して物質の表面や薄膜の深さ方向の内部構造を非破壊的に求めることができる。具体的には、積層体が多層膜の場合、表面或いは多層膜界面で反射したX線の干渉効果により、反射X線の強度が入射角に伴って振動変化する。X線反射率法では、このX線反射率の入射角依存を解析することにより表面多層膜の各層の厚さや密度、表面粗さ(ラフネス)、界面粗さ(ラフネス)を非破壊的に求めることができる。   In the X-ray reflectivity method, it is possible to nondestructively determine the surface of the substance and the internal structure in the depth direction of the thin film using this feature. Specifically, when the laminate is a multilayer film, the intensity of the reflected X-rays changes with the incident angle due to the interference effect of the X-rays reflected at the surface or the multilayer film interface. In the X-ray reflectivity method, the thickness and density, surface roughness (roughness), and interface roughness (roughness) of each layer of the surface multilayer film are determined nondestructively by analyzing the incident angle dependence of the X-ray reflectivity. be able to.

近年では、半導体などの多層膜の解析に、かかるX線反射率法が広く用いられるようになってきている。例えば特許文献1では、X線反射率法を用いたパラメータフィッティングによる薄膜の密度測定法が開示されている。   In recent years, the X-ray reflectivity method has been widely used for analysis of multilayer films such as semiconductors. For example, Patent Document 1 discloses a thin film density measurement method by parameter fitting using an X-ray reflectivity method.

また、特許文献2では、積層体からのX線反射率データからフーリエ変換を利用して振動成分を抽出し各層膜厚を求め、その結果と、X線反射率の理論値と測定値のカーブフィッティングとを併用して、界面ラフネスその他の物理量を求める方法が開示されている。   Moreover, in patent document 2, a vibration component is extracted from the X-ray reflectivity data from a laminated body using Fourier transform, the film thickness of each layer is calculated | required, the result, the curve of the theoretical value of X-ray reflectivity, and a measured value A method of obtaining interface roughness and other physical quantities using fitting together is disclosed.

また、特許文献3では、基板上に被着した被膜の表面からの反射X線強度の対数値の入射角依存性を表すX線反射曲線を、基板の表面からの反射X線強度の対数値の入射角依存性を表すX線反射曲線で除したデータにより、前記被膜の評価を行う方法が開示されている。   In Patent Document 3, an X-ray reflection curve representing the incident angle dependence of the logarithmic value of the reflected X-ray intensity from the surface of the coating deposited on the substrate is used as the logarithmic value of the reflected X-ray intensity from the surface of the substrate. Discloses a method for evaluating the coating film based on the data divided by the X-ray reflection curve representing the incident angle dependency of the film.

さらに、特許文献4では、シリコン酸化膜のように、基板と酸化膜との密度が近く、両者の屈折率も近い場合に、X線反射率法に基づいてX線反射率強度の振動成分を理論値と測定値のパラメータフィッティングを行い、測定対象の薄膜の膜厚、表面ラフネス、界面ラフネスのパラメータを求める際に、その屈折率の差を拡大するX線波長を選択してフィッティング精度を向上させ、X線反射率の振動成分の検出感度を向上させる方法が開示されている。   Further, in Patent Document 4, when the density of the substrate and the oxide film is close and the refractive indexes of both are close like the silicon oxide film, the vibration component of the X-ray reflectivity intensity is calculated based on the X-ray reflectivity method. Performing parameter fitting of theoretical values and measured values, and improving the fitting accuracy by selecting the X-ray wavelength that expands the difference in refractive index when determining the film thickness, surface roughness, and interface roughness parameters of the thin film to be measured And a method for improving the detection sensitivity of the vibration component of the X-ray reflectivity is disclosed.

また、特許文献5では、基板上に単層または多層の薄膜を形成した材料における該薄膜の物質特性(膜厚、密度、表面および界面の粗さ)をX線反射率曲線から容易に且つ短時間で解析する方法として、マキシマムエントロピ法により得られる最適値を基にして,X線反射率カーブの最小2乗法によるパラメータフィッティングを精密化する方法が開示されている。   Further, in Patent Document 5, the material properties (film thickness, density, surface and interface roughness) of a material in which a single-layer or multilayer thin film is formed on a substrate are easily and shortly determined from an X-ray reflectivity curve. As a method of analyzing by time, a method of refining parameter fitting by the least square method of the X-ray reflectivity curve based on the optimum value obtained by the maximum entropy method is disclosed.

また、特許文献6では、X線反射率法を用いた膜構造解析方法に関し、得られた反射X線強度の振動成分をフーリエ変換し、求めた各構成層の膜厚を初期値として用いてX線反射率カーブの最小2乗法フィッティング解析を行い、薄膜試料の膜構造を解析する方法が開示されている。   Moreover, in patent document 6, regarding the film structure analysis method using the X-ray reflectivity method, the vibration component of the obtained reflected X-ray intensity is Fourier-transformed, and the obtained film thickness of each constituent layer is used as an initial value. A method for analyzing the film structure of a thin film sample by performing a least square fitting analysis of the X-ray reflectivity curve is disclosed.

また、特許文献7では、単層膜または多層膜からなる膜試料の構造をX線反射率測定法により解析する膜構造解析方法において、同一の膜試料を分解能およびダイナミックレンジのうちの、少なくともいずれかの条件が異なる測定条件により、測定した複数の測定データを同時に解析することにより膜構造を決定する方法が開示されている。   In Patent Document 7, in a film structure analysis method for analyzing the structure of a film sample composed of a single layer film or a multilayer film by an X-ray reflectivity measurement method, the same film sample is selected from at least one of resolution and dynamic range. A method for determining a film structure by simultaneously analyzing a plurality of measured measurement data under different measurement conditions is disclosed.

また、特許文献8では、被測定試料に注入された不純物元素の深さ分布を密度の異なる多層膜層に置き換えて、X線反射率を表す解析式に干渉振動曲線をパラメータフィッティングすることにより解析する方法が開示されている。   In Patent Document 8, the depth distribution of the impurity element injected into the sample to be measured is replaced with a multilayer film layer having a different density, and analysis is performed by parameter-fitting an interference vibration curve to an analytical expression representing the X-ray reflectivity. A method is disclosed.

このように、X線反射率法による積層構造の解析法は、X線反射率の測定結果とX線反射率理論計算値とを比較し膜構造を求める解析法であるが、特に、多層膜においては、X線反射率理論計算において、積層膜の密度、膜厚、表面粗さ(ラフネス)、界面粗さ(ラフネス)をパラメータとしたモデルをたて、そのモデルについて理論計算値を求め、測定値とのパラメータフィッティングを行うことによって膜構造のパラメータを決定する方法がとられている。   As described above, the analysis method of the laminated structure by the X-ray reflectivity method is an analysis method for obtaining the film structure by comparing the measurement result of the X-ray reflectivity with the theoretical calculation value of the X-ray reflectivity. In X-ray reflectivity theoretical calculation, a model with the density, film thickness, surface roughness (roughness), and interface roughness (roughness) of the laminated film as parameters is obtained, and a theoretical calculation value is obtained for the model. A method for determining a parameter of a film structure by performing parameter fitting with a measured value is employed.

ここで、データ解析に使用されるX線反射率の理論式は、例えば非特許文献1〜4に紹介されているように、Parrattの多層膜モデル(非特許文献5)に、Nevot−Croceのラフネスの式(非特許文献6)を組み合わせた理論式が使われる。また、Nevot−Croceのラフネスの式を詳しく解析して表面ラフネスによる散漫散乱を求めた式がSinha(非特許文献7)によって報告されている。また、Parrattの多層膜モデルを漸化式法ではなく、マトリックス法についてラフネスの式を組み合わせた式がVidal(非特許文献8)によって報告されている。   Here, the theoretical formula of the X-ray reflectivity used for the data analysis is, for example, as shown in Non-Patent Documents 1 to 4, in the Parratt multilayer film model (Non-Patent Document 5), the Nevot-Croce A theoretical formula combining the roughness formula (Non-Patent Document 6) is used. In addition, Sinha (Non-patent Document 7) reports an equation for obtaining diffuse scattering due to surface roughness by detailed analysis of a Nevot-Cross roughness equation. Also, Vidal (Non-Patent Document 8) reports an equation that combines the roughness equation with the matrix method instead of the recurrence method for the Parratt multilayer model.

また、Parrattの多層膜モデルにNevot−Croceのラフネスの式を組み合わせたX線反射率の理論式は、特許文献4に(数2)の式(7)、(数8)の式(17)として、特許文献8に(数2)の式(2)、式(3)として、特許文献7が引用している特許文献9の同発明内容を発明者が説明している論文である非特許文献9に式(1)、式(2)、式(7)として、非特許文献2に式(1.69)、式(1.116)、式(3.8)、式(3.15)として、非特許文献3に(2.4)節において、非特許文献4に式(1)−(5)として開示されている。   The theoretical formula of the X-ray reflectivity obtained by combining the Nertot-Cross roughness formula with the Parratt multilayer film model is expressed by the following formulas (7) and (17) in Patent Document 4. As a non-patent document in which the inventor explains the contents of the invention of Patent Document 9 cited in Patent Document 7 as Expression (2) and Expression (3) of (Equation 2) in Patent Document 8 Reference 9 includes Formula (1), Formula (2), and Formula (7), and Non-Patent Document 2 includes Formula (1.69), Formula (1.116), Formula (3.8), and Formula (3.15). ) As disclosed in Non-Patent Document 3 in section (2.4) and Non-Patent Document 4 as equations (1) to (5).

ここで、X線反射率法の基本原理と理論式とを説明する。なお、以下では説明を簡単にするために、入射X線の電場振幅が表面に平行なS偏光の場合を例にとって説明する。X線が進行する媒体としての多層膜の座標軸を図7に示すように定義する。   Here, the basic principle and theoretical formula of the X-ray reflectivity method will be described. In the following, in order to simplify the description, the case where the electric field amplitude of the incident X-ray is S-polarized light parallel to the surface will be described as an example. The coordinate axes of the multilayer film as a medium through which X-rays travel are defined as shown in FIG.

ここで、X線の波数ベクトルの大きさkは、X線の波長をλとして、
で示される。
Here, the size k 0 of the wave vector of the X-ray as the X-ray wavelength lambda,
Indicated by

j層の屈折率をn、j−1層とj層間の界面の平均粗さをσj−1,jとする。またj層からj+1層への入射X線の振幅をE,波数ベクトルをk、反射X線の振幅をE’,透過X線の振幅をEj+1、波数ベクトルをkj+1とする。 The refractive index of the j layer is n j , and the average roughness of the interface between the j−1 layer and the j layer is σ j−1, j . Further, it is assumed that the incident X-ray amplitude from the j layer to the j + 1 layer is E j , the wave number vector is k j , the reflected X-ray amplitude is E j ′, the transmitted X-ray amplitude is E j + 1 , and the wave vector is k j + 1 .

ここで、試料へ侵入する前の入射X線の波数ベクトルをk=(k0,x,0,k0,z)とし、入射部分の空間のX線屈折率に関してn
=1とおくと、媒体中のX線の波数ベクトルの表面に平行な成分は入射X線の波数ベクトルの表面に平行な成分と変わらず、kj,x=k0,xであり、また、媒体中のX線の波数ベクトルの表面に垂直な深さ方向の成分は、
で示される。
Here, the wave vector of incident X-rays before entering the sample is k 0 = (k 0, x , 0, k 0, z ), and n 0 regarding the X-ray refractive index in the space of the incident part.
= 1, the component parallel to the surface of the wave vector of X-rays in the medium is not different from the component parallel to the surface of the wave vector of incident X-rays, and k j, x = k 0, x , The component in the depth direction perpendicular to the surface of the wave vector of X-rays in the medium is
Indicated by

また、多層膜の深さ方向のj層からj+1層に入射するX線のj,j+1界面での反射率を示すフレネル(Fresnel)反射係数rj,j+1は、
で示される。
Further, the Fresnel reflection coefficient r j, j + 1 indicating the reflectivity at the j, j + 1 interface of X-rays incident on the j + 1 layer from the j layer in the depth direction of the multilayer film is:
Indicated by

また、多層膜の深さ方向のj層からj+1層に入射するX線のj,j+1界面での透過率を示すフレネル(Fresnel)透過係数tj,j+1は、
で示される。
Further, the Fresnel transmission coefficient t j, j + 1 indicating the transmittance at the j, j + 1 interface of X-rays incident on the j + 1 layer from the j layer in the depth direction of the multilayer film is
Indicated by

すると,図7のように、j層からj+1層への振幅EのX線に加えて、逆にj+1層からj層への振幅Ej+1’のX線が存在するとき、j層のX線の振幅E
,E’と、j+1層のX線の振幅Ej+1
,Ej+1’との関係は、
で示される。ここで、hはj層の厚さであり、この関係式には、
の関係が使われている。
Then, as shown in FIG. 7, when there is an X-ray of amplitude E j + 1 ′ from the j + 1 layer to the j layer in addition to the X-ray of amplitude E j from the j layer to the j + 1 layer, Line amplitude E j
, E j ′, and the amplitude E j + 1 of the j + 1 layer X-ray
, E j + 1 '
Indicated by Here, h j is the thickness of the j layer, and this relational expression is
The relationship is used.

最下層である基板層の厚みhを無限大にとると、そこでのX線の振幅E’=0であることから、マトリックスから各層でのX線の振幅を、下から順次求め、X線反射率
を求めることができる。この方法が、マトリックス法による多層膜層表面からのX線反射率理論計算法であり、例えば、非特許文献2の式(1.76)として、また、非特許文献8の式(5)として示されている。
When the thickness h N of the lowermost substrate layer is infinite, since the X-ray amplitude E N ′ = 0 at that time, the X-ray amplitude in each layer is sequentially obtained from the matrix from the bottom. Line reflectivity
Can be requested. This method is a theoretical calculation method of the X-ray reflectivity from the surface of the multilayer film by the matrix method. For example, as formula (1.76) of Non-Patent Document 2 and as Formula (5) of Non-Patent Document 8 It is shown.

しかし、この式では表面粗さや界面粗さがまったく考慮されていないから、現実的なものとはいえない。そこで、表面粗さや界面粗さがある場合、そのラフネスに対応して、フレネル反射係数rj,j+1、フレネル透過係数tj,j+1が変化すると近似して、粗さのあるフレネル反射係数r’j,j+1、粗さのあるフレネル透過係数t’j,j+1に置き換えた計算がなされる。 However, this formula does not take into account the surface roughness or interface roughness at all, so it is not realistic. Therefore, when there is surface roughness or interface roughness, it is approximated that the Fresnel reflection coefficient r j, j + 1 and the Fresnel transmission coefficient t j, j + 1 change according to the roughness, and the Fresnel reflection coefficient r ′ having roughness is approximated. The calculation is performed by replacing j, j + 1 with a rough Fresnel transmission coefficient t ′ j, j + 1 .

その理論式が、例えば非特許文献8の式(22)として示されており、その理論式に従った計算プログラムコードが非特許文献2の付録Aとして示されている。また、その計算例が、例えば非特許文献2の図1.13、図1.18などに示されている。   The theoretical formula is shown as, for example, Formula (22) of Non-Patent Document 8, and the calculation program code according to the theoretical formula is shown as Appendix A of Non-Patent Document 2. Examples of the calculation are shown in FIGS. 1.13 and 1.18 of Non-Patent Document 2, for example.

粗さのあるフレネル反射係数r’j,j+1、粗さのあるフレネル透過係数t’j,j+1をどのように近似しているかについては後述するが、この理論式において、粗さのあるフレネル透過係数t’j,j+1はX線反射率に関係しないことがわかる。 How to approximate the rough Fresnel reflection coefficient r ′ j, j + 1 and the rough Fresnel transmission coefficient t ′ j, j + 1 will be described later. It can be seen that the coefficients t ′ j, j + 1 are not related to the X-ray reflectivity.

マトリックス法では、X線反射率と各層での反射X線振幅との関係についての見透しが悪いので、各層でのX線反射振幅の漸化式の形で表したParrattの多層膜モデル(非特許文献5)式が使われる。次に、このParrattの漸化式法について説明する。   In the matrix method, the perspective between the X-ray reflectivity and the reflection X-ray amplitude at each layer is poorly seen. Therefore, the Parratt multilayer film model expressed in the form of a recurrence formula of the X-ray reflection amplitude at each layer ( Non-patent document 5) is used. Next, the Parratt recursion formula method will be described.

j層からj+1層へ入射するX線の振幅Eと、j+1層からj層へ出射したX線の振幅E’との比をRj,j+1とすると、
であり、
である。
the amplitude E j of X-rays incident to the j + 1 Layers j layer, the ratio of R j between the amplitude E j 'of X-rays emitted to j layer from j + 1 layer, when j + 1,
And
It is.

また、最下層において、
であり、X線反射率は、
で求められる。これらの式がParratの多層膜モデルによるX線反射率の理論式である。この式で、フレネル透過係数t’j,j+1はX線反射率に関係しないことがわかり、表面粗さや界面粗さがある場合、フレネル反射係数rj,j+1を粗さのあるフレネル反射係数r’j,j+1に置き換えて計算をすれば良いことがわかる。
In the bottom layer,
And the X-ray reflectivity is
Is required. These formulas are theoretical formulas of the X-ray reflectivity according to the Parrat multilayer model. From this equation, it can be seen that the Fresnel transmission coefficient t ′ j, j + 1 is not related to the X-ray reflectivity, and when there is surface roughness or interface roughness, the Fresnel reflection coefficient r j, j + 1 is set to a rough Fresnel reflection coefficient r. 'It can be seen that the calculation should be performed with j and j + 1 .

粗さのあるフレネル反射係数r’j,j+1の近似方法については、表面や界面での反射率を示すフレネル反射係数が表面粗さや界面粗さによって指数関数的に減衰すると近似して、上記(数3)式で示されるj層とj+1層の界面でのフレネル反射係数rj,j+1に、表面粗さや界面粗さによる減衰項をかけて、
とするNevot−Croceのラフネスの式(非特許文献6)が広く一般に使われている。
About the approximation method of the Fresnel reflection coefficient r ′ j, j + 1 having roughness, it is approximated that the Fresnel reflection coefficient indicating the reflectance at the surface or interface is exponentially attenuated by the surface roughness or interface roughness. Multiplying the Fresnel reflection coefficient r j, j + 1 at the interface between the j layer and the j + 1 layer expressed by the equation (3) by an attenuation term due to the surface roughness or the interface roughness,
The Nevot-Cross roughness equation (Non-patent Document 6) is widely used.

また、Parrattの多層膜モデルにNevot−Croceのラフネスの式を組み合わせたX線反射率の理論式は、特許文献4に(数2)の式(7)、(数8)の式(17)として、特許文献8に(数2)の式(2)、式(3)として、特許文献7が引用している特許文献9の同発明内容を発明者が説明している論文である非特許文献9に式(1)、式(2)、式(7)として、非特許文献2に式(1.69)、式(1.116)、式(3.8)、式(3.15)として、非特許文献3に(2.4)節において、非特許文献4に式(1)−(5)として開示されている。   The theoretical formula of the X-ray reflectivity obtained by combining the Nertot-Cross roughness formula with the Parratt multilayer film model is expressed by the following formulas (7) and (17) in Patent Document 4. As a non-patent document in which the inventor explains the contents of the invention of Patent Document 9 cited in Patent Document 7 as Expression (2) and Expression (3) of (Equation 2) in Patent Document 8 Reference 9 includes Formula (1), Formula (2), and Formula (7), and Non-Patent Document 2 includes Formula (1.69), Formula (1.116), Formula (3.8), and Formula (3.15). ) As disclosed in Non-Patent Document 3 in section (2.4) and Non-Patent Document 4 as equations (1) to (5).

また、この理論式に従った計算プログラムコードが非特許文献2の付録Aとして示されており、また、その計算例が、例えば非特許文献2の図1.13、図1.18などに示されている。   A calculation program code according to this theoretical formula is shown as Appendix A of Non-Patent Document 2, and an example of the calculation is shown in FIGS. 1.13 and 1.18 of Non-Patent Document 2, for example. Has been.

すなわち、表面粗さや界面粗さを考慮した場合のフレネル反射係数をr’j,j+1とすると、
としている。
That is, if the Fresnel reflection coefficient in consideration of surface roughness and interface roughness is r ′ j, j + 1 ,
It is said.

しかし、このように入射X線が鏡面反射している場合のフレネル反射係数に減衰項をかけることだけによって反射率を下げる計算法では、図8(b)に示すように界面が粗れているモデルを、図8(a)に示すように密度ρが界面において連続的に変化しているモデルとして計算しているにすぎない(非特許文献2の図1.16)。 However, in the calculation method for reducing the reflectance only by applying an attenuation term to the Fresnel reflection coefficient when the incident X-ray is specularly reflected as described above, the interface is rough as shown in FIG. The model is merely calculated as a model in which the density ρ e continuously changes at the interface as shown in FIG. 8A (FIG. 1.16 of Non-Patent Document 2).

この計算法では、粗れた界面を、密度が連続的な多数の薄い平坦な膜の多層構造に置き換えて一つの界面としたモデルと区別がつかず、各界面で透過するX線と反射するX線は全て干渉に寄与しているという前提で計算されている。即ち、その連続密度多層構造界面においては鏡面反射方向以外の方向に散乱散逸するX線や屈折透過方向以外の方向に散乱散逸するX線が存在しないモデルとなっており、表面や界面における凹凸によって散漫散乱X線として非干渉成分となるX線の量による、反射X線の干渉成分と透過X線の干渉成分との和の減少を加味していない。特許文献7が引用している特許文献9の同発明内容を発明者が説明している論文(非特許文献9)においては、多層膜各層内におけるナノ粒子・空孔による密度不均一に伴う散漫散乱を加味しているが、該当多層膜各層の表面・界面が粗さを持つ場合は、非特許文献9で式(1)、式(2)、式(7)として示しているように、表面・界面での凹凸により生じる散漫散乱に伴う、反射X線の干渉成分と透過X線の干渉成分との和の減少を加味していない。 This calculation method is indistinguishable from a model in which a rough interface is replaced with a multi-layer structure of a large number of thin flat films having a continuous density, and is reflected from X-rays transmitted through each interface. All X-rays are calculated on the assumption that they contribute to interference. That is, at the continuous density multilayer structure interface, there is no model of X-rays scattered and diffused in directions other than the specular reflection direction and X-rays scattered and diffused in directions other than the refractive transmission direction. It does not take into account the reduction of the sum of the interference component of reflected X-rays and the interference component of transmitted X-rays due to the amount of X-rays that are non-interference components as diffusely scattered X-rays. In a paper (Non-Patent Document 9) in which the inventor has explained the contents of the invention of Patent Document 9 cited in Patent Document 7, a diffuse caused by non-uniform density due to nanoparticles and pores in each layer of the multilayer film In consideration of scattering, when the surface / interface of each layer of the multilayer film has roughness, as shown in Equation (1), Equation (2), and Equation (7) in Non-Patent Document 9, It does not take into account the reduction of the sum of the interference component of reflected X-rays and the interference component of transmitted X-rays due to diffuse scattering caused by irregularities at the surface / interface.

その反射率の漸化式は、
である。
The recurrence formula of the reflectance is
It is.

そこで、本発明者は、図3に示すように、W膜をSi基板上に形成した試料について、W膜表面の平均粗さσ0,1と、W膜とSi基板の界面の平均粗さσ1,2とをそれぞれ以下のように変化させて、従来の計算方法に従って反射率を計算してみることとした。入射X線についてはS偏光とし、波長は0.154nm(CuKα線)とする。入射角をθ、W膜表面の平均粗さをσ0,1、Si基板の界面の平均粗さをσ1,2、W膜の深さを10nmとする。計算結果を図9、図10、図11及び図12に示す。 Therefore, as shown in FIG. 3, the present inventor, for a sample in which a W film is formed on a Si substrate, the average roughness σ 0,1 of the W film surface and the average roughness of the interface between the W film and the Si substrate. The reflectance was calculated according to the conventional calculation method by changing σ 1 and 2 as follows. The incident X-ray is S-polarized light and the wavelength is 0.154 nm (CuKα ray). The incident angle is θ, the average roughness of the W film surface is σ 0,1 , the average roughness of the Si substrate interface is σ 1,2 , and the depth of the W film is 10 nm. The calculation results are shown in FIG. 9, FIG. 10, FIG. 11 and FIG.

表面と基板のどちらも平坦かつ平滑(理想平面)である場合(σ0,1=σ1,2=0nm)を図9に示す。試料表面で反射したX線と界面で反射したX線とが干渉するため、振動しながら減衰する。この振動の振幅は表面粗さや界面粗さに対応し、粗れているほど(界面がボケているほど)振動振幅は小さくなるから、表面と基板のどちらも平坦かつ平滑(理想平面)である場合(σ0,1=σ1,2=0nm)では、図9に示すように振動振幅は小さくならない。 FIG. 9 shows a case where both the surface and the substrate are flat and smooth (ideal plane) (σ 0,1 = σ 1,2 = 0 nm). Since the X-ray reflected from the sample surface interferes with the X-ray reflected from the interface, it attenuates while vibrating. The amplitude of this vibration corresponds to the surface roughness and the interface roughness, and the rougher (the more blurred the interface), the smaller the vibration amplitude, so that both the surface and the substrate are flat and smooth (ideal plane). In the case (σ 0,1 = σ 1,2 = 0 nm), the vibration amplitude does not decrease as shown in FIG.

また、図10、図11に示すように、表面と基板のどちらも同じだけ粗れている場合(σ0,1=σ1,2=0.3nm,σ0,1=σ1,2=0.5nm)は、粗さが大きくなると入射角が大きくなるにつれての反射率の減少は大きくなるが、試料表面で反射したX線と界面で反射したX線の干渉による振動の振幅は小さくならず、あたかも表面と基板界面のどちらも理想平面であるかのように干渉し振動している。これは、従来の計算方法が、フレネル反射係数に減衰項をかけて反射率を下げているものの干渉に寄与する透過波と反射波の合計は変わらないとする計算法であるためである。表面と基板がどちらも粗れている場合、鏡面反射方向での多重反射による干渉は弱くなってもっと振動の振幅が小さい滑らかなグラフになるはずである。 As shown in FIGS. 10 and 11, when both the surface and the substrate are rough by the same amount (σ 0,1 = σ 1,2 = 0.3 nm, σ 0,1 = σ 1,2 = In the case of 0.5 nm), as the roughness increases, the decrease in reflectivity increases as the incident angle increases, but the amplitude of vibration due to interference between the X-ray reflected at the sample surface and the X-ray reflected at the interface decreases. Instead, both the surface and the substrate interface interfere and vibrate as if they were ideal planes. This is because the conventional calculation method is a calculation method in which the sum of the transmitted wave and the reflected wave contributing to the interference does not change although the reflectance is lowered by applying an attenuation term to the Fresnel reflection coefficient. If both the surface and the substrate are rough, the interference due to multiple reflections in the specular reflection direction should be weaker and a smooth graph with smaller vibration amplitude should be obtained.

また、図12に示すように、表面だけ粗れている場合(σ0,1=0.5nm,σ1,2=0nm)は、入射角が1度から1.5度にかけて極めて大きな振幅の振動をしている。この振幅は、表面と基板のどちらも平坦かつ平滑(理想平面)である場合(σ0,1=,σ1,2=0nm)の振動振幅よりも大きい。表面粗さが大きくなると、試料表面で反射したX線と界面で反射したX線の干渉による振動の振幅は小さくなるはずであるが、あたかも粗れた表面が基板界面と干渉ミラーの如く作用しているかの振動をしている。これは、従来の計算方法が、フレネル反射係数に減衰項をかけて反射率を下げているものの干渉に寄与する透過波と反射波の合計は変わらないとする計算法であるため、粗れた表面での反射波の減少に対応して透過波が増加する計算となって、ある特定の角度でその干渉効果が強くなっていることを示している。表面が粗れている場合のほうが平坦かつ平滑(理想平面)の場合よりも多重反射による干渉が強くなる計算結果は現実的ではなく、もっと振動の振幅が小さい滑らかなグラフになるはずであると考えられる。 In addition, as shown in FIG. 12, when only the surface is rough (σ 0,1 = 0.5 nm, σ 1,2 = 0 nm), the incident angle has an extremely large amplitude from 1 degree to 1.5 degrees. It is vibrating. This amplitude is larger than the vibration amplitude when both the surface and the substrate are flat and smooth (ideal plane) (σ 0,1 =, σ 1,2 = 0 nm). When the surface roughness increases, the amplitude of vibration due to the interference between the X-rays reflected at the sample surface and the X-rays reflected at the interface should decrease, but the rough surface acts like an interference mirror on the substrate interface. It is vibrating. This is a rough calculation because the conventional calculation method uses a damping term for the Fresnel reflection coefficient to reduce the reflectivity, but the sum of the transmitted wave and reflected wave that contribute to interference does not change. The calculation shows that the transmitted wave increases in response to a decrease in the reflected wave on the surface, indicating that the interference effect is strengthened at a specific angle. When the surface is rough, the calculation result that the interference due to multiple reflections is stronger than the flat and smooth (ideal plane) case is not realistic, and it should be a smooth graph with smaller vibration amplitude Conceivable.

したがって、従来方法は、いずれもラフネスを正確に検出しているとはいえない。   Therefore, none of the conventional methods accurately detects roughness.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、X線反射率法を用いて積層体の層構造を正確に解析することのできる方法、装置及びプログラムを提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the method, apparatus, and program which can analyze the layer structure of a laminated body correctly using a X-ray reflectivity method. .

従来の計算法では、多層膜でのX線反射率は、粗さを考慮する際に、表面又は界面でのフレネル反射係数に減衰項をかける事によって計算してきた。この計算方法で求めた反射率は粗さのない表面又は界面を考えた場合の反射率に減衰項をかけて値を小さくしたものであり、表面又は界面での凹凸に対応したものではない。実際に粗さのある表面又は界面では、該表面又は界面において、該表面又は界面の凹凸により散漫散乱として非干渉成分となるX線成分が生じ、反射X線の干渉成分と透過X線の干渉成分とのの減少が起こっているために、鏡面反射方向の反射波強度の入射角に伴う振動振幅が、表面又は界面での凹凸の大きさに対応して小さくなる。本発明は、かかる点に着目してなされたものである。 In the conventional calculation method, the X-ray reflectivity in the multilayer film has been calculated by applying an attenuation term to the Fresnel reflection coefficient at the surface or interface when considering the roughness. The reflectance obtained by this calculation method is obtained by reducing the value by applying an attenuation term to the reflectance when a rough surface or interface is considered, and does not correspond to irregularities on the surface or interface. The surface or interface is actually the roughness, the surface or interface, resulting X-ray component as a non-interfering component as a diffuse scattering by the surface or interface roughness, interference of the transmitted X-ray interference components of the reflected X-ray Since the reduction of the sum with the component occurs, the vibration amplitude accompanying the incident angle of the reflected wave intensity in the specular reflection direction becomes smaller corresponding to the size of the unevenness at the surface or interface. The present invention has been made paying attention to this point.

すなわち、本発明に係るX線反射率法を用いた積層体の層構造解析方法は、基板上に層構造が形成された積層体にX線源からX線を該積層体の表面に対して入射角θで照射する照射工程と、該積層体から前記照射されたX線である入射X線に対して散乱角2θで反射される鏡面反射X線を検出器で検出する検出工程と、この検出された鏡面反射X線の強度の前記入射X線の強度に対する割合であるX線反射率を測定器で測定する測定工程と、前記測定されたX線反射率を解析器で解析する解析工程とを備えたX線反射率法を用いた積層体の層構造解析方法であって、前記解析工程は、前記解析器で、前記積層体に表面粗さ又は界面粗さがある場合に該積層体の表面又は界面において該表面又は界面の凹凸により鏡面反射方向以外の方向にX線が散乱することによって、該表面又は界面での反射X線の干渉成分と透過X線の干渉成分との和が、入射成分よりも減少することを加味してX線反射率を解析するものであることを特徴とするものである。なお、前記積層体には、基板上に単層膜、多層膜、密度不均一層などの層構造が形成されたものを含む(以下、同様)。 That is, in the layered structure analysis method using the X-ray reflectivity method according to the present invention, the X-ray from the X-ray source is applied to the layered body in which the layer structure is formed on the substrate. An irradiation step of irradiating at an incident angle θ, a detection step of detecting, with a detector, specular reflection X-rays reflected at a scattering angle 2θ with respect to the incident X-rays that are the irradiated X-rays from the laminate; A measuring step of measuring the X-ray reflectivity, which is a ratio of the intensity of the specular reflection X-ray detected with respect to the intensity of the incident X-ray, by a measuring device, and an analyzing step of analyzing the measured X-ray reflectivity by the analyzer A layer structure analysis method of a laminate using an X-ray reflectivity method, wherein the analysis step is performed by the analyzer when the laminate has surface roughness or interface roughness. X-rays in a direction other than the specular reflection direction on the surface or interface of the body due to the unevenness of the surface or interface The X-ray reflectivity is analyzed in consideration of the fact that the sum of the interference component of the reflected X-rays and the transmitted X-rays at the surface or interface is reduced by the scattering than the incident component. It is characterized by this. Note that the laminate includes a substrate in which a layer structure such as a single layer film, a multilayer film, and a density non-uniform layer is formed (hereinafter the same).

本発明によれば、前記解析器で、前記積層体に表面粗さ又は界面粗さがある場合に該積層体の表面又は界面において該表面又は界面での凹凸により鏡面反射方向以外の方向にX線が散乱する、散漫散乱に伴う該表面又は界面での反射X線と透過X線との干渉成分の減少が加味されてX線反射率が解析されるので、鏡面反射方向の反射波強度の入射角に伴う振動振幅が表面又は界面での凹凸の大きさに対応して小さくなる解析結果が得られる。これにより、積層体の層構造を正確に解析することができるようになる。   According to the present invention, in the analyzer, when the laminate has a surface roughness or an interface roughness, the surface or interface of the laminate has an X in a direction other than the specular reflection direction due to irregularities at the surface or interface. The X-ray reflectivity is analyzed by taking into account the reduction of the interference component between the reflected X-rays and the transmitted X-rays at the surface or interface due to diffuse scattering, and the reflected wave intensity in the specular reflection direction is An analysis result is obtained in which the vibration amplitude associated with the incident angle becomes smaller corresponding to the size of the irregularities at the surface or interface. As a result, the layer structure of the laminate can be accurately analyzed.

請求項2記載の発明のように、前記積層体の内部が表面から深さ方向に密度不均一であるとすることが好ましい。   As in the invention described in claim 2, it is preferable that the inside of the laminate is non-uniform in density in the depth direction from the surface.

請求項2記載の発明によれば、前記積層体の内部が表面から深さ方向に密度不均一であるとするので、かかる密度不均一層のある積層体の層構造をより正確に解析することができるようになる。   According to the invention of claim 2, since the inside of the laminate is non-uniform in the depth direction from the surface, the layer structure of the laminate having such a non-uniform density layer can be analyzed more accurately. Will be able to.

ところで、従来の計算方法では、フレネル反射係数に減衰項をかけて反射率を下げているものの干渉に寄与する透過波と反射波との合計は変わらないとする計算法であるため、前記積層体に表面粗さ又は界面粗さがあり散漫散乱の強度が増大したときに,積層体から反射するX線や積層体を透過するX線の強度を含めたX線の強度全体の合計が増大することとなるが、これは実際にはありえない現象である。そこで、請求項3記載の発明のように、前記解析工程は、前記解析器で、前記干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の表面又は界面での反射率を示すフレネル反射係数と、該積層体の表面又は界面での透過率を示すフレネル透過係数との和が、該積層体の粗さがある表面又は界面において、1よりも減少することを加味することが好ましい。   By the way, in the conventional calculation method, although the reflectance is lowered by applying an attenuation term to the Fresnel reflection coefficient, the total of the transmitted wave and the reflected wave contributing to the interference is not changed. When the intensity of diffuse scattering increases due to surface roughness or interface roughness, the total of all X-ray intensities, including the intensity of X-rays reflected from the laminate and transmitted through the laminate, increases. This is a phenomenon that is impossible in practice. Therefore, as in the invention according to claim 3, the analysis step includes a Fresnel reflection coefficient indicating a reflectance at a surface or an interface of the laminated body when taking into account a decrease in the interference component in the analyzer. It is preferable to take into account that the sum of the Fresnel transmission coefficient indicating the transmittance at the surface or interface of the laminate is less than 1 at the surface or interface where the roughness of the laminate is present.

請求項3記載の発明によれば、前記解析工程は、前記解析器で、前記干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の表面又は界面での反射率を示すフレネル反射係数と、該積層体の表面又は界面での透過率を示すフレネル透過係数との和が、該積層体の粗さがある表面又は界面において、1よりも減少することを加味するので、前記積層体に表面粗さ又は界面粗さがあり散漫散乱の強度が増大したときに、積層体から反射するX線や積層体を透過するX線の強度を含めたX線の強度全体の合計が増大するといった、実際にはありえない現象を除外して、積層体の層構造を正確に解析することができるようになる。   According to a third aspect of the present invention, the analysis step includes a Fresnel reflection coefficient indicating a reflectance at a surface or an interface of the laminated body when taking into account a decrease in the interference component in the analyzer, Since the sum of the transmittance and the Fresnel permeability coefficient indicating the transmittance at the surface or interface of the laminate is less than 1 at the surface or interface where the roughness of the laminate is taken into account, the surface roughness is added to the laminate. When the intensity of diffuse scattering increases due to roughness or interfacial roughness, the total of the X-ray intensities including the X-ray reflected from the laminate and the intensity of the X-ray transmitted through the laminate increases. Therefore, it is possible to accurately analyze the layer structure of the laminated body, excluding phenomena that are impossible.

請求項4記載の発明のように、前記解析工程は、前記解析器で、前記干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の表面又は界面で反射するX線強度と、該積層体の表面又は界面を透過するX線強度との和が、該積層体の表面又は界面に入射するX線強度よりも減少することを加味することが好ましい。   According to a fourth aspect of the present invention, the analysis step includes the X-ray intensity reflected at the surface or interface of the laminate when the analyzer takes into account the reduction of the interference component, It is preferable to take into account that the sum of the X-ray intensity transmitted through the surface or interface is lower than the X-ray intensity incident on the surface or interface of the laminate.

請求項4記載の発明によれば、前記解析工程は、前記解析器で、前記干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の表面又は界面で反射するX線強度と、該積層体の表面又は界面を透過するX線強度との和が、該積層体の表面又は界面に入射するX線強度よりも減少することを加味するので、散漫散乱の強度が増大したときに、積層体から反射するX線や積層体を透過するX線の強度を含めたX線の強度全体の合計が増大するといった、実際にはありえない現象を確実に除外して、積層体の層構造を正確に解析することができるようになる。   According to the invention of claim 4, the analysis step includes the X-ray intensity reflected on the surface or interface of the laminate when the analysis device takes into account the reduction of the interference component, Considering that the sum of the X-ray intensity transmitted through the surface or interface is smaller than the X-ray intensity incident on the surface or interface of the laminate, when the diffuse scattering intensity is increased, Accurately analyze the layer structure of the laminate by reliably excluding phenomena that are not possible in practice, such as the total X-ray intensity, including the intensity of reflected X-rays and the intensity of X-rays transmitted through the laminate. Will be able to.

請求項5記載の発明のように、前記解析工程は、前記解析器で、前記干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の粗さがある表面又は界面を透過するX線強度において、該積層体の表面又は界面で反射するX線強度の表面粗さ又は界面粗さによる減少に伴う増大がないことを加味することが好ましい。   As in the invention of claim 5, in the analysis step, the X-ray intensity transmitted through the surface or interface having the roughness of the laminate when taking into account the reduction of the interference component in the analyzer, It is preferable to take into account that the X-ray intensity reflected at the surface or interface of the laminate does not increase due to a decrease in surface roughness or interface roughness.

請求項5記載の発明によれば、前記解析工程は、前記解析器で、前記干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の粗さがある表面又は界面を透過するX線強度において、該積層体の表面又は界面で反射するX線強度の表面粗さ又は界面粗さによる減少に伴う増大がないことを加味するので、散漫散乱の強度が増大したときに、積層体から反射するX線や積層体を透過するX線の強度を含めたX線の強度全体の合計が増大するといった、実際にはありえない現象を確実に除外して、積層体の層構造を正確に解析することができるようになる。   According to the invention of claim 5, in the analysis step, the X-ray intensity transmitted through the surface or interface having the roughness of the laminate when taking into account the reduction of the interference component in the analyzer. X-rays reflected from the laminate when the intensity of diffuse scattering increases because the X-ray intensity reflected at the surface or interface of the laminate does not increase with the surface roughness or decrease due to the interface roughness. It is possible to accurately analyze the layer structure of the laminate by reliably excluding phenomena that are impossible in practice, such as the increase in the total intensity of X-rays including the intensity of X-rays transmitted through the line and the laminate. become able to.

請求項6記載の発明のように、前記解析工程は、前記解析器で、前記干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の表面又は界面を透過するX線強度が、該積層体の粗さがある表面又は界面で表面粗さ又は界面粗さにより減少することを加味することが好ましい。   According to a sixth aspect of the present invention, in the analysis step, the X-ray intensity transmitted through the surface or interface of the laminate is taken into account when the analyzer takes into account the reduction of the interference component. It is preferable to take into account that surface roughness or interface roughness decreases due to surface roughness or interface roughness.

請求項6記載の発明によれば、前記解析工程は、前記解析器で、前記干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の表面又は界面を透過するX線強度が、該積層体の粗さがある表面又は界面で表面粗さ又は界面粗さにより減少することを加味するので、散漫散乱の強度が増大したときに、積層体から反射するX線や積層体を透過するX線の強度を含めたX線の強度全体の合計が増大するといった、実際にはありえない現象を確実に除外して、積層体の層構造を正確に解析することができるようになる。   According to the invention of claim 6, when the analysis step takes into account the reduction of the interference component in the analyzer, the X-ray intensity transmitted through the surface or interface of the laminate is In consideration of the decrease in surface roughness or interface roughness due to surface roughness or interface roughness, when the intensity of diffuse scattering increases, X-rays reflected from the laminate or transmitted through the laminate It is possible to accurately analyze the layer structure of the laminate by reliably excluding a phenomenon that is impossible in practice, such as an increase in the total of the X-ray intensity including the intensity.

請求項7記載の発明のように、前記解析工程は、前記解析器で、前記散漫散乱に伴う干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の表面又は界面で反射するX線強度と、前記積層体の表面又は界面を透過するX線強度との和が、前記散漫散乱の強度変化に対応して、該積層体の表面又は界面に入射するX線強度よりも減少することを加味することが好ましい。   As in the invention of claim 7, the analysis step includes the X-ray intensity reflected at the surface or interface of the laminate when taking into account the reduction of interference components accompanying the diffuse scattering in the analyzer. Considering that the sum of the X-ray intensity transmitted through the surface or interface of the laminate is smaller than the X-ray intensity incident on the surface or interface of the laminate corresponding to the intensity change of the diffuse scattering. It is preferable.

請求項7記載の発明によれば、前記解析工程は、前記解析器で、前記散漫散乱に伴う干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の表面又は界面で反射するX線強度と、前記積層体の表面又は界面を透過するX線強度との和が、前記散漫散乱の強度変化に対応して、該積層体の表面又は界面に入射するX線強度よりも減少することを加味するので、散漫散乱の強度が増大したときに、積層体から反射するX線や積層体を透過するX線の強度を含めたX線の強度全体の合計が増大するといった、実際にはありえない現象を確実に除外して、積層体の層構造を正確に解析することができるようになる。   According to the invention of claim 7, the analysis step includes the X-ray intensity reflected at the surface or interface of the laminate when taking into account the reduction of the interference component accompanying the diffuse scattering in the analyzer. Considering that the sum of the X-ray intensity transmitted through the surface or interface of the laminate is smaller than the X-ray intensity incident on the surface or interface of the laminate corresponding to the intensity change of the diffuse scattering. Therefore, when the intensity of diffuse scattering increases, a phenomenon that is impossible in practice, such as the total of all X-ray intensities, including X-rays reflected from the laminate and X-rays transmitted through the laminate, increases. It is possible to accurately exclude the layer structure of the laminated body by excluding it with certainty.

請求項8記載の発明のように、前記測定工程は、前記測定器で、X線反射率の測定を行うとともに、散漫散乱X線の強度の測定をも行い、前記解析工程は、前記解析器で、前記干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の表面又は界面で反射するX線強度と、前記積層体の表面又は界面を透過するX線強度との和が、該積層体の表面又は界面に入射するX線強度よりも,前記測定された散漫散乱X線の強度変化に対応して減少することを加味することが好ましい。   According to an eighth aspect of the present invention, the measuring step measures the X-ray reflectivity with the measuring instrument and also measures the intensity of diffuse scattered X-rays, and the analyzing step includes the analyzer. Then, when taking into account the reduction of the interference component, the sum of the X-ray intensity reflected at the surface or interface of the laminate and the X-ray intensity transmitted through the surface or interface of the laminate is It is preferable to take into account that the X-ray intensity incident on the surface or interface decreases corresponding to the intensity change of the measured diffuse scattered X-ray.

請求項8記載の発明によれば、前記測定工程は、前記測定器で、X線反射率の測定を行うとともに、散漫散乱X線の強度の測定をも行い、前記解析工程は、前記解析器で、前記干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の表面又は界面で反射するX線強度と、前記積層体の表面又は界面を透過するX線強度との和が、該積層体の表面又は界面に入射するX線強度よりも,前記測定された散漫散乱X線の強度変化に対応して減少することを加味するので、散漫散乱の強度が増大したときに、積層体から反射するX線や積層体を透過するX線の強度を含めたX線の強度全体の合計が増大するといった、実際にはありえない現象を確実に除外して、積層体の層構造を正確に解析することができるようになる。   According to an eighth aspect of the present invention, the measuring step measures the X-ray reflectance with the measuring instrument and also measures the intensity of diffuse scattered X-rays, and the analyzing step includes the analyzer. Then, when taking into account the reduction of the interference component, the sum of the X-ray intensity reflected at the surface or interface of the laminate and the X-ray intensity transmitted through the surface or interface of the laminate is Reflecting from the laminated body when the intensity of diffuse scattering increases, since the X-ray intensity incident on the surface or interface is taken into account in accordance with a decrease in the intensity of diffuse scattering X-rays measured. Accurately analyze the layer structure of the laminate by reliably excluding phenomena that are not possible in practice, such as the increase in total X-ray intensity, including the intensity of X-rays and X-rays that pass through the laminate. Will be able to.

請求項9記載の発明のように、評価器で、請求項1〜8のいずれか1項に記載の発明における解析工程でのX線反射率の解析結果に基づいて、前記積層体の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さのうちの少なくとも1つを求める評価工程をさらに備えることが好ましい。   As in the invention described in claim 9, based on the analysis result of the X-ray reflectivity in the analysis step in the invention described in any one of claims 1 to 8 by the evaluator, It is preferable to further include an evaluation step for obtaining at least one of the film thickness, the surface roughness, and the interface roughness.

請求項9記載の発明によれば、評価器で、請求項1〜8のいずれか1項に記載の発明における解析工程でのX線反射率の解析結果に基づいて、前記積層体の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さのうちの少なくとも1つを求める評価工程をさらに備えたので、散漫散乱の強度が増大したときに、積層体から反射するX線や積層体を透過するX線の強度を含めたX線の強度全体の合計が増大するといった、実際にはありえない現象を確実に除外して、積層体の物性を正確に評価することができるようになる。   According to invention of Claim 9, it is an evaluator, Based on the analysis result of the X-ray reflectivity in the analysis process in the invention of any one of Claims 1-8, Since the method further includes an evaluation step for obtaining at least one of the film thickness, surface roughness, and interface roughness, when the intensity of diffuse scattering increases, X-rays reflected from the laminate or X transmitted through the laminate It is possible to accurately evaluate the physical properties of the laminate by reliably excluding a phenomenon that is impossible in practice, such as an increase in the total X-ray intensity including the line intensity.

請求項10記載の発明のように、評価器で、前記積層体の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さをパラメータとしたX線反射率解析式をたて,前記X線反射率の入射角依存性の測定値に,該X線反射率解析式のX線反射率理論値が一致するように、最小2乗法又はマキシマムエントロピメソッドによるフィッティング手法により,前記積層体の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さのうちの少なくとも1つを求めることが好ましい。   As in the invention described in claim 10, an X-ray reflectivity analysis formula using the film thickness, surface roughness and interface roughness of the layered body as parameters is created by an evaluator, and the X-ray reflectivity is calculated. The thickness of the layer of the laminate is adjusted by a fitting method using the least squares method or the maximum entropy method so that the X-ray reflectivity theoretical value of the X-ray reflectivity analysis formula matches the incident angle dependency measurement value. It is preferable to determine at least one of surface roughness and interface roughness.

請求項10記載の発明によれば、評価器で、前記積層体の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さをパラメータとしたX線反射率解析式がたてられ、前記X線反射率の入射角依存性の測定値に、該X線反射率解析式のX線反射率理論値が一致するように、最小2乗法又はマキシマムエントロピメソッドによるフィッティング手法により、前記積層体の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さのうちの少なくとも1つが求められるので、かかる測定値と理論値とのフィッティングが良好に行われることにより、積層体の物性をより正確に評価することができるようになる。   According to the invention described in claim 10, an X-ray reflectivity analysis formula using the film thickness, surface roughness, and interface roughness of the layered product as parameters is established by the evaluator, and the X-ray reflectivity is calculated. The film thickness of the layer of the laminate by a fitting method using the least square method or the maximum entropy method so that the X-ray reflectivity theoretical value of the X-ray reflectivity analysis formula matches the measured value of the incident angle dependency of Since at least one of the surface roughness and the interface roughness is required, the physical properties of the laminate can be more accurately evaluated by performing a good fitting between the measured value and the theoretical value. Become.

請求項11記載の発明に係るX線反射率法を用いた積層体の層構造解析装置は、基板上に層構造が形成された積層体にX線を該積層体の表面に対して入射角θで照射するX線源と、該積層体から前記照射されたX線である入射X線に対して散乱角2θで反射される鏡面反射X線を検出する検出器と、この検出された鏡面反射X線の強度の前記入射X線の強度に対する割合であるX線反射率を測定する測定器と、前記測定されたX線反射率を解析する解析器とを備えたX線反射率法を用いた積層体の層構造解析装置であって、前記解析器は、前記積層体に表面粗さ又は界面粗さがある場合に該積層体の表面又は界面において該表面又は界面の凹凸により鏡面反射方向以外の方向にX線が散乱することによって、該表面又は界面での反射X線の干渉成分と透過X線の干渉成分との和が、入射成分よりも減少することを加味してX線反射率を解析するものであることを特徴とするものである。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided an apparatus for analyzing a layer structure of a laminate using an X-ray reflectivity method. An incident angle of X-rays to a surface of a laminate having a layer structure formed on a substrate. an X-ray source irradiated at θ, a detector for detecting specularly reflected X-rays reflected at a scattering angle 2θ with respect to incident X-rays that are the irradiated X-rays from the laminate, and the detected mirror surface An X-ray reflectivity method comprising: a measuring device that measures an X-ray reflectance that is a ratio of reflected X-ray intensity to the incident X-ray intensity; and an analyzer that analyzes the measured X-ray reflectance. The layered structure analysis apparatus of the used laminate, wherein the analyzer performs specular reflection on the surface or interface of the laminate due to irregularities on the surface or interface when the laminate has surface roughness or interface roughness. Interference of reflected X-rays at the surface or interface due to scattering of X-rays in directions other than the direction The sum of the interference components of the component and the transmitted X-rays, is characterized in that it is intended to analyze the X-ray reflectance in consideration of reducing than the incident component.

請求項11記載の発明によれば、前記本発明(方法)と同様の作用効果を奏する。   According to invention of Claim 11, there exists an effect similar to the said this invention (method).

請求項12記載の発明のように、請求項11記載の発明における解析器でのX線反射率の解析結果に基づいて、前記積層体の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さのうちの少なくとも1つを求める評価器をさらに備えることが好ましい。   As in the invention of claim 12, based on the analysis result of the X-ray reflectivity in the analyzer in the invention of claim 11, of the layer thickness, surface roughness and interface roughness of the layered product It is preferable to further comprise an evaluator that obtains at least one of

請求項12記載の発明によれば、請求項9記載の発明と同様の作用効果を奏する。   According to invention of Claim 12, there exists an effect similar to invention of Claim 9.

請求項13記載の発明に係る線反射率法を用いた積層体の層構造解析プログラムは、基板上に層構造が形成された積層体にX線源からX線を該積層体の表面に対して入射角θで照射し、該積層体から前記照射されたX線である入射X線に対して散乱角2θで反射される鏡面反射X線を検出器で検出したときに、この検出された鏡面反射X線の強度の前記入射X線の強度に対する割合であるX線反射率を測定する第一の機能と、前記積層体に表面粗さ又は界面粗さがある場合に該積層体の表面又は界面において該表面又は界面の凹凸により鏡面反射方向以外の方向にX線が散乱することによって、該表面又は界面での反射X線の干渉成分と透過X線の干渉成分との和が、入射成分よりも減少することを加味してX線反射率を解析する第二の機能とをコンピュータに実現させることを特徴とするものである。 According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a program for analyzing a layer structure of a laminated body using the linear reflectance method, wherein X-rays from an X-ray source are applied to a laminated body having a layer structure formed on a substrate. This is detected when the detector detects specular reflection X-rays reflected at a scattering angle 2θ with respect to the incident X-rays that are the irradiated X-rays from the laminate. The first function of measuring the X-ray reflectivity, which is the ratio of the intensity of specular reflection X-rays to the intensity of the incident X-ray, and the surface of the laminate when the laminate has surface roughness or interface roughness or by X-ray in a direction other than the specular reflection direction by the surface or interface roughness is scattered at the interface, the sum of the interference component of the interference component and transmitted X-ray of the reflected X-ray at the surface or interface, the incident the second function and analyzing the X-ray reflectance in consideration of reducing than component Is realized by a computer.

請求項13記載の発明によれば、基板上に層構造が形成された積層体にX線源からX線を該積層体の表面に対して入射角θで照射し、該積層体から前記照射されたX線である入射X線に対して散乱角2θで反射される鏡面反射X線を検出器で検出したときに、この検出された鏡面反射X線の強度の前記入射X線の強度に対する割合であるX線反射率を測定する第一の機能と、前記積層体に表面粗さ又は界面粗さがある場合に該積層体の表面又は界面において該表面又は界面の凹凸により鏡面反射方向以外の方向にX線が散乱することによって、該表面又は界面での反射X線の干渉成分と透過X線の干渉成分との和が、入射成分よりも減少することを加味してX線反射率を解析する第二の機能とがコンピュータによって実現されるので、鏡面反射方向の反射波の振幅が小さくなるような解析結果が得られる。これにより、積層体の層構造を正確に解析することができるようになる。 According to the thirteenth aspect of the present invention, the laminate having a layer structure formed on the substrate is irradiated with X-rays from an X-ray source to the surface of the laminate at an incident angle θ, and the irradiation is performed from the laminate. When the specular reflection X-ray reflected at the scattering angle 2θ is detected by the detector with respect to the incident X-ray that is the generated X-ray, the intensity of the detected specular reflection X-ray with respect to the intensity of the incident X-ray The first function of measuring the X-ray reflectivity as a ratio, and when the laminate has a surface roughness or an interface roughness, the surface or interface of the laminate has an irregularity on the surface or interface other than the specular reflection direction. by X-ray in a direction to the scattering of the sum of the interference component of the interference component and transmitted X-ray of the reflected X-ray at the surface or interface, the X-ray reflectance in consideration of reducing than incident component The second function of analyzing An analysis result is obtained such that the amplitude of the reflected wave in the direction becomes small. As a result, the layer structure of the laminate can be accurately analyzed.

請求項14記載の発明のように、請求項13記載の発明における第二の機能でのX線反射率の解析結果に基づいて、前記積層体の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さのうちの少なくとも1つを求める第三の機能をコンピュータにさらに実現させることが好ましい。   As in the invention of the fourteenth aspect, based on the analysis result of the X-ray reflectivity in the second function in the invention of the thirteenth aspect, the film thickness, surface roughness, and interface roughness of the layer of the laminate. It is preferable that the computer further realizes a third function for obtaining at least one of them.

請求項14記載の発明によれば、請求項13記載の発明における第二の機能でのX線反射率の解析結果に基づいて、前記積層体の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さのうちの少なくとも1つを求める第三の機能がコンピュータによってさらに実現されるので、鏡面反射方向の反射波の振幅が小さくなるような解析結果が得られる。これにより、積層体の層構造を正確に解析することができるようになる。   According to the invention of claim 14, based on the analysis result of the X-ray reflectivity in the second function in the invention of claim 13, the film thickness, surface roughness and interface roughness of the layered body. Since the third function for obtaining at least one of these is further realized by the computer, an analysis result is obtained such that the amplitude of the reflected wave in the specular reflection direction is reduced. As a result, the layer structure of the laminate can be accurately analyzed.

本発明によれば、前記解析器で、前記積層体に表面粗さ又は界面粗さがある場合に該積層体の表面又は界面において該表面又は界面の凹凸により鏡面反射方向以外の方向にX線が散乱することによって、該表面又は界面での反射X線の干渉成分と透過X線の干渉成分との和が、入射成分よりも減少することが加味されてX線反射率が解析されるので、鏡面反射方向の反射波強度の入射角に伴う振動振幅が表面又は界面での凹凸の大きさに対応して小さくなる解析結果が得られる。これにより、積層体の層構造を正確に解析することができるようになる。 According to the present invention, in the analyzer, when the laminate has a surface roughness or an interface roughness, an X-ray is emitted in a direction other than the specular reflection direction on the surface or interface of the laminate due to the unevenness of the surface or interface. by but scattered, the sum of the interference component of the interference component and transmitted X-ray of the reflected X-ray at the surface or interface, so are consideration to decrease the X-ray reflectance is analyzed than incident component Thus, an analysis result is obtained in which the vibration amplitude accompanying the incident angle of the reflected wave intensity in the specular reflection direction becomes smaller corresponding to the size of the irregularities on the surface or interface. As a result, the layer structure of the laminate can be accurately analyzed.

本発明の一実施形態に係るX線反射率法を用いた積層体の層構造解析装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the laminated body layer structure analysis apparatus using the X-ray reflectivity method which concerns on one Embodiment of this invention. X線反射率法を用いた積層体の層構造解析の計算手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation procedure of the layer structure analysis of a laminated body using a X-ray reflectivity method. 試料の断面構造を模式的に示すモデル図である。It is a model figure which shows the cross-sectional structure of a sample typically. 本装置による解析結果(表面と基板のどちらも粗れている場合:σ0,1=σ1,2=0.3nm)を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result (when both the surface and a board | substrate are rough: (sigma) 0,1 = (sigma) 1,2 = 0.3nm) by this apparatus. 本装置による解析結果(表面と基板のどちらも粗れている場合:σ0,1=σ1,2=0.5nm)を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result (When both the surface and a board | substrate are rough: (sigma) 0, 1 = (sigma) 1,2 = 0.5nm) by this apparatus. 本装置による解析結果(表面と基板のどちらも粗れている場合:σ0,1=0.5nm、σ1,2=0nm)を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result (when both the surface and a board | substrate are rough: (sigma) 0,1 = 0.5nm, (sigma) 1,2 = 0nm) by this apparatus. 反射率を計算するための多層膜の概念図である。It is a conceptual diagram of the multilayer film for calculating a reflectance. 試料の断面構造を模式的に示すモデル図であって、(a)は密度が連続的に変化しているモデル図、(b)は界面が粗れているモデル図である。It is a model figure which shows the cross-sectional structure of a sample typically, Comprising: (a) is a model figure in which the density is changing continuously, (b) is a model figure in which the interface is rough. 従来方法による解析結果(表面と基板のどちらも平坦かつ平滑である場合:σ0,1=σ1,2=0nm)を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result (when both the surface and a board | substrate are flat and smooth: (sigma) 0,1 = (sigma) 1,2 = 0nm) by the conventional method. 従来方法による解析結果(表面と基板のどちらも粗れている場合:σ0,1=σ1,2=0.3nm)を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result by the conventional method (when both the surface and the substrate are rough: σ 0,1 = σ 1,2 = 0.3 nm). 従来方法による解析結果(表面と基板のどちらも粗れている場合:σ0,1=σ1,2=0.5nm)を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result by the conventional method (when both the surface and the substrate are rough: σ 0,1 = σ 1,2 = 0.5 nm). 従来方法による解析結果(表面と基板のどちらも粗れている場合:σ0,1=5nm、σ1,2=0nm)を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result by the conventional method (when both the surface and the substrate are rough: σ 0,1 = 5 nm, σ 1,2 = 0 nm).

以下、本発明の特徴を図に沿って具体的に説明する。なお、以下の説明は本願発明の理解を容易にするためのものであり、これに制限されるものではない。すなわち、本願発明の技術思想に基づく変形、実施態様、他の例は本願発明に含まれるものである。   The features of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. In addition, the following description is for making an understanding of this invention easy, and is not restrict | limited to this. That is, modifications, embodiments, and other examples based on the technical idea of the present invention are included in the present invention.

図1は本発明の一実施形態に係るX線反射率法を用いた積層体の層構造解析装置(以下、「本装置」という。)10の全体構成を示すブロック図である。図1に示すように、本装置10は、積層体である試料1を所定のピッチ角度で回転可能に載置するゴニオメータ2と、ゴニオメータ2上に載置した試料1に照射するX線を発生するX線源3と、このX線源から照射されたX線を分光して試料1への入射X線(Xi)とするモノクロメータ4と、試料1からの反射X線(Xr)を検出する検出器5と、コンピュータ8とを備えている。これらのゴニオメータ2、X線源3、モノクロメータ4、検出器5及びコンピュータ8のハードウエア自体は、いずれも市販のものを使用することができる。なお、検出器5は、ゴニオメータ2の回転に連動して回転することで、X線源3からモノクロメータ4を介して試料1に照射される入射X線の入射角θと、該検出器5の仰角θ’とが等しくなるように動作が設定されており、この動作設定により、検出器5は、試料1から入射X線に対して散乱角2θで反射される鏡面反射X線を検出することができるようになっている。   FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a layered structure analysis apparatus (hereinafter referred to as “the present apparatus”) 10 using a X-ray reflectivity method according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this apparatus 10 generates a goniometer 2 on which a sample 1 that is a laminate is rotatably mounted at a predetermined pitch angle, and X-rays that irradiate the sample 1 placed on the goniometer 2. The X-ray source 3 to be detected, the monochromator 4 which splits the X-rays irradiated from the X-ray source to make the X-rays incident on the sample 1 (Xi), and the reflected X-rays (Xr) from the sample 1 are detected. The detector 5 and the computer 8 are provided. Commercially available hardware can be used for the goniometer 2, the X-ray source 3, the monochromator 4, the detector 5, and the computer 8 themselves. The detector 5 rotates in conjunction with the rotation of the goniometer 2, so that the incident angle θ of incident X-rays irradiated from the X-ray source 3 through the monochromator 4 to the sample 1, and the detector 5. The operation is set so that the elevation angle θ ′ is equal to each other. By this operation setting, the detector 5 detects the specular reflection X-ray reflected from the sample 1 with respect to the incident X-ray at the scattering angle 2θ. Be able to.

例えばコンピュータ8は、各種演算等を実行するCPU(Central processing unit)81aと、各種プログラム等を予め記憶しておくROM(Read−only memory)81bと、各種データ等を一時的に記憶するRAM(Randam−access memory)81cとを備えたパーソナルコンピュータであり、これにキーボードやマウスなどの入力部6と、CRTや液晶などの表示部7とがそれぞれ電気的に接続されている。   For example, the computer 8 includes a CPU (Central processing unit) 81a for executing various calculations, a ROM (Read-only memory) 81b for storing various programs in advance, and a RAM (temporarily storing various data). Randam-access memory) 81c, to which an input unit 6 such as a keyboard and a mouse and a display unit 7 such as a CRT and a liquid crystal are electrically connected.

そして、前記ROM81bに記憶しておいた各種プログラム等を前記CPU81aに読み込んで実行することで、検出データ処理部82と、X線反射率演算部(測定器、解析器に相当する。)83と、物性評価部(評価器に相当する。)84と、X線源制御部85と、ゴニオメータ制御部86と、検出器制御部87とがそれぞれ構築されるようになっている。   Then, by reading various programs stored in the ROM 81b into the CPU 81a and executing them, a detection data processing unit 82 and an X-ray reflectivity calculation unit (corresponding to a measuring instrument and an analyzer) 83 are obtained. A physical property evaluation unit (corresponding to an evaluator) 84, an X-ray source control unit 85, a goniometer control unit 86, and a detector control unit 87 are constructed.

検出データ処理部82は、検出器5から取り込んだ検出データを用いて反射X線の強度を演算するものである。   The detection data processing unit 82 calculates the intensity of the reflected X-ray using the detection data acquired from the detector 5.

X線反射率演算部83は、検出データ処理部82で演算された反射X線の強度を用いてX線反射率を計測する計測器としての機能(第一の機能に相当する。)と、試料1に表面粗さ又は界面粗さがある場合にその試料1の表面又は界面において該表面又は界面の凹凸により鏡面反射方向以外の方向にX線が散乱することによって、該表面又は界面での反射X線の干渉成分と透過X線の干渉成分との和が、入射成分よりも減少することを加味して、前記演算されたX線反射率を解析する解析器としての機能(第二の機能に相当する。)とを有するものである。このX線反射率の解析工程において散漫散乱に伴う干渉成分の減少を加味する手法としては、例えば下記(1)〜(6)などが挙げられる。 The X-ray reflectivity calculation unit 83 functions as a measuring instrument (corresponding to a first function) that measures the X-ray reflectivity using the intensity of the reflected X-ray calculated by the detection data processing unit 82. When the sample 1 has surface roughness or interface roughness, X-rays are scattered in the direction other than the specular reflection direction by the unevenness of the surface or interface on the surface or interface of the sample 1, thereby Considering that the sum of the interference component of the reflected X-ray and the interference component of the transmitted X-ray is smaller than the incident component, it functions as an analyzer for analyzing the calculated X-ray reflectivity (second Corresponding to a function). Examples of a technique that takes into account the reduction in interference components associated with diffuse scattering in the X-ray reflectivity analysis step include the following (1) to (6).

(1)散漫散乱に伴う干渉成分の減少を加味する際に、試料1の表面又は界面での反射率を示すフレネル反射係数と、試料1の表面又は界面での透過率を示すフレネル透過係数との和が、該表面又は界面において、1よりも減少することを加味する。 (1) When taking into account the reduction of interference components due to diffuse scattering, the Fresnel reflection coefficient indicating the reflectance at the surface or interface of the sample 1 and the Fresnel transmission coefficient indicating the transmittance at the surface or interface of the sample 1 In the surface or interface is less than 1.

(2)散漫散乱に伴う干渉成分の減少を加味する際に、試料1の表面又は界面で反射するX線強度と、試料1の表面又は界面を透過するX線強度との和が、該試料1の表面又は界面に入射するX線強度よりも減少することを加味する。 (2) The sum of the X-ray intensity reflected from the surface or interface of the sample 1 and the X-ray intensity transmitted through the surface or interface of the sample 1 when taking into account the reduction of the interference component accompanying diffuse scattering is the sample. Considering that the X-ray intensity incident on the surface or interface of 1 is reduced.

(3)散漫散乱に伴う干渉成分の減少を加味する際に、試料1の表面又は界面を透過するX線強度において、試料1の表面又は界面で反射するX線強度の表面粗さ又は界面粗さによる減少に伴う増大がないことを加味する。 (3) The surface roughness or interface roughness of the X-ray intensity reflected at the surface or interface of the sample 1 in the X-ray intensity transmitted through the surface or interface of the sample 1 when taking into account the reduction of interference components due to diffuse scattering Taking into account that there is no increase due to the decrease.

(4)散漫散乱に伴う干渉成分の減少を加味する際に、試料1の表面又は界面を透過するX線強度が、試料1の粗さがある表面又は界面で表面粗さ又は界面粗さにより減少することを加味する。 (4) When taking into account the reduction of interference components due to diffuse scattering, the X-ray intensity transmitted through the surface or interface of the sample 1 depends on the surface roughness or interface roughness at the surface or interface where the sample 1 is rough. Take into account the decrease.

(5)散漫散乱に伴う干渉成分の減少を加味する際に、試料1の表面又は界面で反射するX線強度と、試料1の表面又は界面を透過するX線強度との和が、前記散漫散乱の強度変化に対応して、該試料1の表面又は界面に入射するX線強度よりも減少することを加味する。 (5) When taking into account the reduction of interference components associated with diffuse scattering, the sum of the X-ray intensity reflected at the surface or interface of sample 1 and the X-ray intensity transmitted through the surface or interface of sample 1 is the diffuse In consideration of the change in the intensity of scattering, the X-ray intensity incident on the surface or interface of the sample 1 is taken into account.

(6)X線反射率の測定を行うとともに、散漫散乱X線の強度の測定をも行っておき、散漫散乱に伴う干渉成分の減少を加味する際に、試料1の表面又は界面で反射するX線強度と、試料1の表面又は界面を透過するX線強度との和が、該試料1の表面又は界面に入射するX線強度よりも,前記測定された散漫散乱X線の強度変化に対応して減少することを加味する。 (6) In addition to measuring the X-ray reflectivity, the diffuse scattered X-ray intensity is also measured and reflected at the surface or interface of the sample 1 when taking into account the reduction of interference components accompanying diffuse scattering. The sum of the X-ray intensity and the X-ray intensity transmitted through the surface or interface of the sample 1 is more dependent on the intensity change of the diffuse scattered X-ray measured than the X-ray intensity incident on the surface or interface of the sample 1. Take into account the corresponding decrease.

物性評価部84は、X線反射率演算部83で演算されたX線反射率と、ゴニオメータ2の回転角度情報(すなわち、X線の試料1への入射角θである。)に基づいて、試料1の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さのうちの少なくとも1つを求める評価器としての機能(第三の機能に相当する。)を有するものである。すなわち、X線反射率とX線の試料1への入射角θとから、後述する図4、図5及び図6に示すように、試料1に表面粗さ又は界面粗さがある場合には、X線の試料1への入射角θが増大するにつれて、X線反射率は振動しながら減衰していくのであるが、そのときの振動振幅の周期から試料1の膜厚が求められ、その減衰の状況から表面粗さ及び界面粗さが求められる。この物性評価部84は、表示部7上に、試料1の物性を評価可能なグラフ表示などを行うだけのものとしてもよく、このグラフ表示などをユーザが視認して、試料1の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さのうちの少なくとも1つを求めることができる。   The physical property evaluation unit 84 is based on the X-ray reflectivity calculated by the X-ray reflectivity calculation unit 83 and the rotation angle information of the goniometer 2 (that is, the incident angle θ of the X-ray to the sample 1). It has a function (corresponding to a third function) as an evaluator for obtaining at least one of the film thickness, surface roughness, and interface roughness of the layer of Sample 1. That is, from the X-ray reflectivity and the incident angle θ of the X-ray to the sample 1, as shown in FIGS. 4, 5, and 6 to be described later, when the sample 1 has surface roughness or interface roughness As the incident angle θ of X-rays to the sample 1 increases, the X-ray reflectivity attenuates while vibrating, and the film thickness of the sample 1 is obtained from the period of the vibration amplitude at that time. Surface roughness and interface roughness are determined from the state of attenuation. The physical property evaluation unit 84 may be a graph display that can evaluate the physical properties of the sample 1 on the display unit 7. The user can visually recognize the graph display and the like, and the film of the layer of the sample 1 At least one of thickness, surface roughness and interface roughness can be determined.

X線源制御部85は、X線源3でのX線照射タイミングを制御し、ゴニオメータ制御部86は、ゴニオメータ2上に載置された試料1の回転タイミングを制御し、検出器制御部87は、前記動作設定の下に、試料1からの反射X線の検出タイミングを制御するものである。なお、各制御部85〜87は、コンピュータ8の外付けのコントローラとして別途設けることとしてもよい。   The X-ray source control unit 85 controls the X-ray irradiation timing at the X-ray source 3, and the goniometer control unit 86 controls the rotation timing of the sample 1 placed on the goniometer 2, and the detector control unit 87. Controls the detection timing of the reflected X-rays from the sample 1 under the operation settings. Each control unit 85 to 87 may be separately provided as an external controller of the computer 8.

引き続いて、本発明の特徴をなす表面又は界面の凹凸による散漫散乱に伴う表面又は界面での反射X線の干渉成分と透過X線の干渉成分とのの減少を加味したX線反射率法について詳述する。散漫散乱による干渉成分の減少を加味する手法としては、前記(4)を例にとって説明する。 Subsequently, an X-ray reflectivity method that takes into account the reduction of the sum of the interference component of the reflected X-ray and the interference component of the transmitted X-ray at the surface or interface due to diffuse scattering due to the unevenness of the surface or interface that characterizes the present invention Will be described in detail. As a technique for taking into account the reduction of interference components due to diffuse scattering, the above (4) will be described as an example.

従来の計算法では、多層膜でのX線反射率は、粗さを考慮する際に、各界面でのフレネル反射係数に減衰項をかけることによって計算してきた。この計算方法で求めた反射率は粗さのない界面を考えた場合の反射率に減衰項をかけて値を小さくしたものである。実際に粗さのある界面では、散漫散乱が起こっているために、鏡面反射方向の反射波の振幅が小さくなる。ここで、散漫散乱とは、表面粗さ又は界面粗さがある場合において、表面や界面における凹凸によって、鏡面反射スポットまわりに現れる微弱なX線をいう。この散漫散乱が起こっているということは、鏡面反射方向以外の方向に散乱散逸したX線や屈折透過方向以外の方向に散乱散逸したX線、即ち散漫散乱X線となり、非干渉成分となるX線の量による、干渉に寄与する反射X線の減少と、干渉に寄与する透過X線の強度変化をも考慮することが考えられる。以下、かかる点を考慮して、反射率の理論式を再検討する。   In the conventional calculation method, the X-ray reflectivity in the multilayer film has been calculated by applying an attenuation term to the Fresnel reflection coefficient at each interface when considering the roughness. The reflectance obtained by this calculation method is obtained by reducing the value by applying an attenuation term to the reflectance when an interface having no roughness is considered. In fact, diffuse scattering occurs at the rough interface, so that the amplitude of the reflected wave in the specular reflection direction becomes small. Here, diffuse scattering refers to weak X-rays that appear around specular reflection spots due to unevenness on the surface or interface when there is surface roughness or interface roughness. The fact that this diffuse scattering is occurring means that X-rays scattered and diffused in directions other than the specular reflection direction or X-rays scattered and diffused in directions other than the refractive transmission direction, that is, diffuse scattered X-rays, which are non-interference components. It is conceivable to consider the reduction of reflected X-rays contributing to interference and the intensity change of transmitted X-rays contributing to interference due to the amount of rays. In the following, considering this point, the theoretical formula of reflectance will be reviewed.

前記した反射率のマトリックス漸化式である
前述したように、この関係式には、
の関係が隠されている。この式は見てのとおり、反射波と屈折波のエネルギが入射波に一致する結果である。
It is a matrix recurrence formula of the reflectance described above
As mentioned above, this relational expression includes
The relationship is hidden. As can be seen, this equation is the result of the reflected and refracted wave energy matching the incident wave.

表面粗さや界面粗さがあり、散漫散乱が起こっている場合、上式を、鏡面反射X線強度に寄与する可干渉なX線成分のみについて示す式とすると、この値は1より小さくなる。すなわち、
である。そこで、これを正確に記載した理論式に戻って、反射率の理論式を再検討する。
When there is surface roughness or interface roughness and diffuse scattering occurs, this value is smaller than 1 when the above equation is an equation showing only a coherent X-ray component contributing to the specular reflection X-ray intensity. That is,
It is. Therefore, returning to the theoretical formula that accurately describes this, the theoretical formula of reflectance is reexamined.

これを入れて、反射率のマトリックス漸化式を書くと、
であり、反射率の漸化式は、
となる。
Put this and write the matrix recurrence formula of reflectance,
And the recurrence formula of the reflectance is
It becomes.

この正確に記載した理論式において、粗さのある界面でフレネル反射係数を
とすると、従来の方法では、前記(数19)式中で考慮すべき括弧( )内の係数を1として保存しているために、フレネル反射係数
r’ の減少を補うためにフレネル透過係数t’
が逆に増えている計算となっていることがわかる。実際には、界面が粗れていることにより散漫散乱が起こり、干渉に寄与する量はどちらも減少するはずである。そこで、反射係数とともに透過係数についても考慮する必要がある。
In this precisely described theoretical formula, the Fresnel reflection coefficient is calculated at the rough interface.
Then, in the conventional method, since the coefficient in parentheses () to be considered in the equation (19) is stored as 1, the Fresnel transmission coefficient t is used to compensate for the decrease in the Fresnel reflection coefficient r ′. '
On the contrary, it can be seen that the calculation is increasing. In practice, rough scattering of the interface will cause diffuse scattering and the amount contributing to interference should both decrease. Therefore, it is necessary to consider the transmission coefficient as well as the reflection coefficient.

粗さのある界面でのフレネル透過係数については、界面粗さが表面に平行な方向についての粗さ相関距離に対して変化する。例えば,Nevot−Croce(非特許文献6)やVidal(非特許文献8)では、界面の凹凸分布の空間周波数が高いとき、粗さのある界面でのフレネル透過係数が、
で示されることを報告している。すなわち、これは、粗さのある界面でのフレネル透過係数が平滑な界面でのフレネル透過係数よりも大きくなることを示しており、界面の凹凸分布の空間周波数が高いときは、界面が均一に密度変化をしている場合に近い透過をすることを示している。
Regarding the Fresnel transmission coefficient at the interface with roughness, the interface roughness varies with the roughness correlation distance in the direction parallel to the surface. For example, in Nevot-Croce (Non-Patent Document 6) and Vidal (Non-Patent Document 8), when the spatial frequency of the uneven distribution of the interface is high, the Fresnel transmission coefficient at the rough interface is
It is reported that. That is, this indicates that the Fresnel transmission coefficient at the rough interface is larger than the Fresnel transmission coefficient at the smooth interface, and when the spatial frequency of the uneven distribution at the interface is high, the interface is uniform. It shows that the transmission is close to that when the density changes.

しかし、この場合でも(r’j,j+1 +t’j,j+1t’j+1,j)の項は1よりも小さい。また、de Boer(非特許文献10)は、界面の凹凸分布の空間周波数が小さいとき、すなわち、ゆるやかな粗さのある界面でのフレネル透過係数が、
で示されることを報告している。すなわち、界面の凸凹の表面に平行な方向の分布が大きくなるとフレネル透過係数が小さくなることを示している。
However, even in this case, the term (r ′ j, j + 1 2 + t ′ j, j + 1 t ′ j + 1, j ) is smaller than 1. Also, de Boer (Non-Patent Document 10) shows that when the spatial frequency of the uneven distribution at the interface is small, that is, the Fresnel transmission coefficient at the interface with gentle roughness,
It is reported that. That is, when the distribution in the direction parallel to the uneven surface of the interface increases, the Fresnel transmission coefficient decreases.

また、Sinha(非特許文献7)は、動力学的な一次近似まで含めたDWBA計算により減衰因子
が得られることを示している。
Sinha (Non-Patent Document 7) uses a DWBA calculation including dynamical first order approximation to determine the damping factor.
Is obtained.

そこで、一般に、反射率の漸化式
において、表面粗さや界面粗さがある時のフレネル反射係数r'j,j+1、フレネル透過係数t'j,j+1と,滑らかな表面界面におけるフレネル反射係数rj,j+1、フレネル透過係数tj,j+1との関係を、
のように置く。ここで、Γは粗さがある時のフレネル反射係数の減衰因子であり、Tは粗さがある時のフレネル透過係数の変化因子である。また、Cj,j+1は、界面粗さの表面に平行な方向の相関関数であり界面の凹凸構造の分布を示す関数である。
Therefore, in general, a recurrence formula for reflectance
In the surface Fresnel reflection coefficient r when there is roughness and surface roughness 'j, j + 1, the Fresnel transmission coefficient t' j, j + 1 and the Fresnel reflection coefficients r j in a smooth surface interface, j + 1, the Fresnel transmission coefficient t j, The relationship with j + 1
Put like. Here, Γ is an attenuation factor of the Fresnel reflection coefficient when there is roughness, and T is a change factor of the Fresnel transmission coefficient when there is roughness. C j, j + 1 is a correlation function in a direction parallel to the surface of the interface roughness and a function indicating the distribution of the uneven structure at the interface.

関数ΓとTは、凹凸のある表面界面において、X線が可干渉な反射や透過をする割合を示す関数という物理的な意味を持つ。このように一般性のあるX線反射率の関数モデルによってX線反射率の測定結果を解析することで、表面粗さや界面粗さの大きさだけでなく、表面界面の凹凸構造の分布をも正確に求めることができる。   The functions Γ and T have a physical meaning as a function indicating the ratio of X-rays that are coherently reflected or transmitted at the uneven surface interface. By analyzing the measurement result of the X-ray reflectivity using the general function model of the X-ray reflectivity as described above, not only the surface roughness and the interface roughness, but also the distribution of the uneven structure at the surface interface can be obtained. It can be determined accurately.

例えば、透過X線も表面界面の凹凸によって反射X線と同様の減衰があるとしたモデルを考え、散漫散乱に伴う表面又は界面での反射X線の干渉成分と透過X線の干渉成分とのの減少を加味すること、すなわち、反射フレネル反射係数の減衰因子とフレネル透過係数の変化因子とに、Sinha(非特許文献7)が導いた減衰因子を採用すればどのような結果になるかを調べるために、
と置くことで(数19)に従い、本装置10を用いて二層膜について計算をしてみる。なお、この計算を通じて、本発明のX線反射率法を用いた積層体の層構造解析方法の各工程が具現化される。
For example, the transmitted X-rays also consider models that there is a similar attenuation and reflection X-ray by the unevenness of the surface interface, the interference component of the interference component and transmitted X-ray of the reflected X-ray at the surface or interface due to diffuse scattering Taking into account the reduction of the sum , that is, what results will be obtained if the attenuation factor derived by Sinha (Non-Patent Document 7) is adopted as the attenuation factor of the reflection Fresnel reflection coefficient and the change factor of the Fresnel transmission coefficient. To find out
Then, according to (Equation 19), calculation is performed for the two-layer film using the apparatus 10. In addition, through this calculation, each step of the layer structure analysis method of the laminated body using the X-ray reflectivity method of the present invention is realized.

図2は本装置10によるX線反射率を用いた積層体の層構造解析の計算手順を示すフローチャート、図3は試料1の断面構造を示す模式図、図4は本装置10による解析結果(表面と基板のどちらも粗れている場合:σ0,1=σ1,2=0.3nm)を示すグラフ、図5は本装置10による解析結果(表面と基板のどちらも粗れている場合:σ0,1=σ1,2=0.5nm)を示すグラフ、図6は本装置10による解析結果(表面のみ粗れている場合:σ0,1=0.5nm、σ1,2=0nm)を示すグラフである。 FIG. 2 is a flowchart showing the calculation procedure of the layer structure analysis of the laminate using the X-ray reflectivity by the apparatus 10, FIG. 3 is a schematic diagram showing the cross-sectional structure of the sample 1, and FIG. FIG. 5 is a graph showing the case where both the surface and the substrate are rough: σ 0,1 = σ 1,2 = 0.3 nm, and FIG. 5 shows the analysis result of the apparatus 10 (both the surface and the substrate are rough). Case: σ 0,1 = σ 1,2 = 0.5 nm), FIG. 6 is an analysis result by the apparatus 10 (when only the surface is rough: σ 0,1 = 0.5 nm, σ 1, 2 = 0 nm).

図3に示すような多層構造における、W膜表面の平均粗さとW膜とSi基板の界面の平均粗さをそれぞれ同じだけ変化させて反射率を計算する。入射X線についてはS偏光とし、波長は0.154nm(CuKα線)とする。入射角をθ、W膜表面の平均粗さをσ0,1、Si基板の界面の平均粗さをσ1,2、W膜の深さを10nmとする。 In the multilayer structure as shown in FIG. 3, the reflectance is calculated by changing the average roughness of the W film surface and the average roughness of the interface between the W film and the Si substrate by the same amount. The incident X-ray is S-polarized light and the wavelength is 0.154 nm (CuKα ray). The incident angle is θ, the average roughness of the W film surface is σ 0,1 , the average roughness of the Si substrate interface is σ 1,2 , and the depth of the W film is 10 nm.

図2において、本装置10の例えば入力部6からの指示により電源を投入すると、コンピュータ8は、ROM81bに予め記憶しておいた各種プログラム(X線反射率法を用いた積層体の層構造解析プログラムを含む。)をCPU81aに読み込んで、各部82〜87を実行可能とする初期設定が行われる。これにより、X線源制御部85は、X線源3でのX線照射タイミングを制御する。そして、X線源3から発生するX線をモノクロメータ4で分光して試料1への入射X線とする(ステップS1:照射工程に相当する)。   In FIG. 2, when the apparatus 10 is turned on by, for example, an instruction from the input unit 6, the computer 8 performs various programs stored in the ROM 81 b in advance (layer structure analysis of the laminate using the X-ray reflectivity method). Program) is read into the CPU 81a, and initial setting is made so that the units 82 to 87 can be executed. Thereby, the X-ray source control unit 85 controls the X-ray irradiation timing in the X-ray source 3. Then, X-rays generated from the X-ray source 3 are spectrally separated by the monochromator 4 to be incident X-rays on the sample 1 (step S1: equivalent to an irradiation step).

ゴニオメータ制御部86は、ゴニオメータ2上に載置された試料1を所定角度ピッチで回転させる。そして、X線の試料1への入射角度を変化させるとともに、その回転角度情報をRAM81cに記憶させる。   The goniometer control unit 86 rotates the sample 1 placed on the goniometer 2 at a predetermined angular pitch. Then, the angle of incidence of X-rays on the sample 1 is changed, and the rotation angle information is stored in the RAM 81c.

検出器制御部87は、検出器5による試料1からの反射X線の検出タイミングを制御する。検出器5からの検出データがコンピュータ8に取り込まれる(ステップS2:検出工程に相当する)。   The detector control unit 87 controls the detection timing of the reflected X-ray from the sample 1 by the detector 5. Detection data from the detector 5 is taken into the computer 8 (step S2: corresponding to a detection step).

検出データ処理部82は、検出器5からの検出データに基づいて反射X線の強度を演算してRAM81cに記憶する(ステップS3:検出工程に相当する)。   The detection data processing unit 82 calculates the intensity of the reflected X-ray based on the detection data from the detector 5 and stores it in the RAM 81c (step S3: corresponding to the detection step).

X線反射率演算部83は、検出データ処理部82で演算された反射X線の強度を用いて、前記したような散漫散乱による干渉成分の減少を加味したX線反射率を演算する(ステップS4:測定工程、解析工程に相当する)。   The X-ray reflectivity calculation unit 83 uses the intensity of the reflected X-ray calculated by the detection data processing unit 82 to calculate an X-ray reflectivity that takes into account the reduction of interference components due to diffuse scattering as described above (step) S4: corresponds to a measurement process and an analysis process).

物性評価部84は、X線反射率演算部83で演算されたX線反射率と、RAM81cに記憶されたゴニオメータ2の回転角度情報(X線の試料1への入射角θ)とを用いて、試料1の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さのうちの少なくとも1つを求めるが、ここでは理解しやすいように、X線反射率と、X線の試料1への入射角θとの関係を表示部7にグラフ表示しており、このグラフ表示をユーザが視認することで、試料1の物性を評価可能とする(ステップS5:評価工程に相当する)。計算結果を図4、図5及び図6に示す。   The physical property evaluation unit 84 uses the X-ray reflectivity calculated by the X-ray reflectivity calculation unit 83 and the rotation angle information of the goniometer 2 (incident angle θ of X-rays to the sample 1) stored in the RAM 81c. In this case, at least one of the film thickness, surface roughness, and interface roughness of the layer of the sample 1 is obtained. Here, for easy understanding, the X-ray reflectance and the incident angle θ of the X-ray to the sample 1 are determined. Is displayed on the display unit 7 and the physical property of the sample 1 can be evaluated by the user visually recognizing the graph display (step S5: corresponding to an evaluation step). The calculation results are shown in FIGS.

これらの図4、図5及び図6において、実線は今回の計算結果、点線は従来の計算結果である。図4、図5の実線のグラフは破線のグラフに比べて、干渉による振動の振幅が小さくなっている。表面と界面がどちらも粗れているということは、両方とも滑らかな場合より散漫散乱波の強度が強くなり、鏡面反射方向での多重散乱による干渉は弱くなって振動の振幅が小さい、滑らかなグラフになるはずであるから、従来の計算結果とは異なり、今回の計算結果は実験値をよく表していると考えられる。   In FIG. 4, FIG. 5 and FIG. 6, the solid line is the current calculation result, and the dotted line is the conventional calculation result. The solid line graphs of FIGS. 4 and 5 have smaller amplitudes of vibration due to interference than the broken line graphs. Both the surface and the interface are rough, which means that the intensity of diffuse scattered waves is stronger than when both are smooth, the interference due to multiple scattering in the specular reflection direction is weakened, and the amplitude of vibration is small. Since it should be a graph, unlike the conventional calculation result, this calculation result is considered to represent the experimental value well.

図6の実線のグラフは破線のグラフに比べて、従来の計算結果で見られた、入射角θが1度から1.5度付近の異常な大きさの振幅の振動がなくなり、干渉による振動の振幅が小さくなっている。この振幅は、表面と基板のどちらも平坦かつ平滑(理想平面)である場合(σ0,1=σ1,2=0nm)の振動振幅よりも小さくなっている。表面粗さが大きくなると試料表面で反射したX線と界面で反射したX線の干渉による振動の振幅は小さくなるはずであるから、今回の計算結果は実験値をよく表していると考えられる。 The solid line graph of FIG. 6 eliminates the vibration of the abnormal amplitude with the incident angle θ of about 1 to 1.5 degrees, which is seen in the conventional calculation result, as compared with the broken line graph. The amplitude of is small. This amplitude is smaller than the vibration amplitude when both the surface and the substrate are flat and smooth (ideal plane) (σ 0,1 = σ 1,2 = 0 nm). As the surface roughness increases, the amplitude of vibration due to the interference between the X-rays reflected from the sample surface and the X-rays reflected from the interface should be reduced, so the results of this calculation are considered to represent experimental values well.

以上説明したように、本実施形態によれば、基板上に層構造が形成された積層体の一例である試料1にX線源3からX線が該試料1の表面に対して入射角θで照射され、試料1から前記照射されたX線である入射X線に対して散乱角2θで反射される鏡面反射X線が検出器5で検出され、この検出された鏡面反射X線の強度の前記入射X線の強度に対する割合であるX線反射率がX線反射率演算部83で測定され、同じくX線反射率演算部83で、前記試料1に表面粗さ又は界面粗さがある場合に該試料1の表面又は界面において表面又は界面の凹凸による散漫散乱に伴う該表面又は界面での反射X線と透過X線との干渉成分の減少が加味されて、前記測定されたX線反射率が解析されるので、鏡面反射方向の反射波強度の入射角に伴う振動振幅が表面又は界面での凹凸の大きさに対応して小さくなる解析結果が得られる。これにより、積層体の層構造を正確に解析することができるようになる。   As described above, according to the present embodiment, X-rays from the X-ray source 3 are incident on the surface of the sample 1 on the sample 1 which is an example of a laminate having a layer structure formed on the substrate. , And the specular reflection X-ray reflected from the sample 1 with respect to the incident X-ray that is the irradiated X-ray at a scattering angle 2θ is detected by the detector 5, and the intensity of the detected specular reflection X-ray is detected. The X-ray reflectivity, which is a ratio of the incident X-ray to the intensity of the incident X-ray, is measured by the X-ray reflectivity calculation unit 83, and the sample 1 also has a surface roughness or an interface roughness by the X-ray reflectivity calculation unit 83. In this case, the measured X-ray is obtained by taking into account the reduction of the interference component between the reflected X-ray and the transmitted X-ray at the surface or interface due to diffuse scattering due to the surface or interface irregularities on the surface or interface of the sample 1. Since the reflectivity is analyzed, the vibration vibration associated with the incident angle of the reflected wave intensity in the specular direction is reflected. An analysis result is obtained in which the width becomes smaller corresponding to the size of the unevenness at the surface or interface. As a result, the layer structure of the laminate can be accurately analyzed.

本実施形態では、さらに、物性評価部84で、前記X線反射率の解析結果に基づいて、試料1の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さのうちの少なくとも1つを求めるので、散漫散乱の強度が増大したときに、試料1から反射するX線や試料1を透過するX線の強度を含めたX線の強度全体の合計が増大するといった、実際にはありえない現象を確実に除外して、試料1の物性を正確に評価することができるようになる。   In the present embodiment, the physical property evaluation unit 84 further obtains at least one of the layer thickness, surface roughness and interface roughness of the sample 1 based on the analysis result of the X-ray reflectance. When the intensity of diffuse scattering increases, a phenomenon that is impossible in practice, such as the total of all X-ray intensities, including the X-ray reflected from the sample 1 and the intensity of the X-ray transmitted through the sample 1 is surely increased. By excluding it, the physical properties of the sample 1 can be accurately evaluated.

なお、上記実施形態では、積層体の一例である試料1として、図3に示すように、Si基板上にW膜が形成された二層構造を例示したが、それ以外の基板上に単層膜又は多層膜、密度不均一層などが形成された積層体についても同様に適用できる。また、不純物を注入した平坦な基板についても表面粗さがある場合に、表面の凹凸による散漫散乱に伴う表面での反射X線の干渉成分と透過X線の干渉成分との減少を加味することで同様に適用できる。 In the above embodiment, as the sample 1 which is an example of the laminated body, the two-layer structure in which the W film is formed on the Si substrate is illustrated as shown in FIG. 3, but the single layer is formed on the other substrate. The present invention can be similarly applied to a laminate in which a film, a multilayer film, a non-uniform density layer, or the like is formed. When there is a surface roughness also planar substrate injected impurities, considering the reduction of the sum of the interference component of the interference component and transmitted X-ray of the reflected X-ray at the surface due to diffuse scattering due to the unevenness of the surface It can be applied in the same way.

また、上記実施形態では、散漫散乱による干渉成分の減少を加味する手法(1)〜(6)のうちの、主として(4)について説明したが、その他についても同様に適用できる。ただし、手法(6)では、X線反射率の測定を行うとともに、散漫散乱X線の強度の測定をも行うこととしているが、X線反射率測定と同時に、散漫散乱X線の強度の測定をも行うことが好ましい。散漫散乱X線の強度の測定結果は,界面粗さの表面に平行な方向の相関関数Cj,j+1の決定精度を向上させる。 Moreover, in the said embodiment, although (4) was mainly demonstrated among methods (1)-(6) which considered the reduction | decrease of the interference component by diffuse scattering, it can apply similarly to others. However, in method (6), X-ray reflectivity is measured and diffuse scattered X-ray intensity is also measured. However, diffuse scattered X-ray intensity is measured simultaneously with X-ray reflectivity measurement. It is preferable to carry out as well. The measurement result of diffuse scattered X-ray intensity improves the accuracy of determining the correlation function C j, j + 1 in the direction parallel to the surface of the interface roughness.

また、上記実施形態では、検出データ処理部82、測定器と解析器とに相当するX線反射率演算部83、評価器に相当する物性評価部84のいずれについても、コンピュータ8のROM81bに予め記憶され、CPU81に読み込まれて実行される各種プログラム(ソフトウエア)の1つとして例示されているが、それらの全部又は一部をハードウエアで構成することとしてもよいのはもちろんである。   In the above embodiment, the detection data processing unit 82, the X-ray reflectance calculation unit 83 corresponding to the measuring instrument and the analyzer, and the physical property evaluation unit 84 corresponding to the evaluator are all stored in the ROM 81b of the computer 8 in advance. Although illustrated as one of various programs (software) that are stored and read by the CPU 81 and executed, it is needless to say that all or part of them may be configured by hardware.

また、上記実施形態では、本発明の各機能を発揮するためのプログラムが、コンピュータ8のROM81bに予め記憶されている場合を例示したが、このプログラムは、CDなどの外部メディアを用いて、コンピュータ8に簡単にインストールすることができる。これにより、既存の装置を用いて、本発明方法を実行することができるようになるので、非常に便利である。   Moreover, although the case where the program for exhibiting each function of this invention was previously memorize | stored in ROM81b of the computer 8 was illustrated in the said embodiment, this program is computer using external media, such as CD. 8 can be installed easily. This is very convenient because the method of the present invention can be performed using an existing apparatus.

10 X線反射率法を用いた積層体の層構造解析装置
1 試料(積層体の一例である。)
2 ゴニオメータ
3 X線源
4 モノクロメータ
5 検出器
6 入力部
7 表示部
8 コンピュータ
82 検出データ処理部
83 X線反射率演算部(測定器、解析器に相当する。)
84 物性評価部(評価器に相当する。)
85 X線源制御部
86 ゴニオメータ制御部
87 検出器制御部
10 Layer structure analysis apparatus 1 of laminate using X-ray reflectivity method Sample (an example of laminate)
2 Goniometer 3 X-ray source 4 Monochromator 5 Detector 6 Input unit 7 Display unit 8 Computer 82 Detection data processing unit 83 X-ray reflectivity calculation unit (corresponding to measuring instrument and analyzer)
84 Physical property evaluation unit (corresponds to an evaluator)
85 X-ray source controller 86 Goniometer controller 87 Detector controller

特開平3−146846号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-14684 特開平6−221841号公報JP-A-6-221841 特開平8−254509号公報JP-A-8-254509 特開平11−6804号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-6804 特開平11−258185号公報JP-A-11-258185 特開2000−35408号公報JP 2000-35408 A 特開2005−114475号公報JP 2005-114475 A 特開2007−51955号公報JP 2007-51955 A 特開2001−349849号公報JP 2001-349849 A

桜井健次;X線反射率法の応用について,応用物理,第78巻,第3号(2009)pp.224−230Kenji Sakurai; Regarding the application of X-ray reflectivity method, Applied Physics, Vol. 78, No. 3 (2009) pp. 224-230 桜井健次;X線反射率法入門(講談社,2009)Kenji Sakurai; Introduction to X-ray reflectivity method (Kodansha, 2009) パベル・カリモフら;多層膜X線反射率シミュレーションプログラム,The Rigaku−Denki Journal 33(1)(2002)pp.20−24Pavel Karimov et al .; multilayer X-ray reflectivity simulation program, The Rigaku-Denki Journal 33 (1) (2002) pp. 20-24 小島勇夫;X線反射率法による薄膜の精密構造評価,The Rigaku−Denki Journal 30(2)(1999)pp.4−13Y. Kojima; Precise structural evaluation of thin films by X-ray reflectivity method, The Rigaku-Denki Journal 30 (2) (1999) pp. 4-13 L.G.Parratt;Surface Studies of Solids by Total Reflection of X−Rays,Phys.Rev.95(1954)pp.359−369L. G. Parratt; Surface Studies of Solids by Total Reflection of X-Rays, Phys. Rev. 95 (1954) pp. 359-369 L.Nevot et P.Croce;Caracterisation des surfaces par reflexion rasante de rayons X.Application a l’etude du polissage de quelques verres silicates,Rev.Phys.Appl.(Paris)15,761−779(1980)L. Nevot et P.M. Croce; Caracterization des surface par reflexion rasante de rayons X. Application a l'ete du policeage de queues verres silicates, Rev. Phys. Appl. (Paris) 15, 761-779 (1980) S.K.Sinha,etc.;X−ray and neutron scattering from rough surfaces,Phys.Rev.B Vol.38,No.4(1988)pp.2297−2311S. K. Sinha, etc. X-ray and neuron scattering from rough surfaces, Phys. Rev. B Vol. 38, no. 4 (1988) p. 2297-2311 B.Vidal and P.Vincent;Metallic multilayers for X rays using classical thin−film theory,Applied Optics,Vol.23,Issue 11(1984)pp.1794−1801B. Vidal and P.I. Vincent; Metallic multilayers for X rays using classical thin-film theory, Applied Optics, Vol. 23, Issue 11 (1984) pp. 199. 1794-1801 表和彦,伊藤義泰;反射X線小角散乱法による薄膜中のナノ粒子・空孔サイズ測定,X線分析の進歩,33(2002)pp.185−195Table Kazuhiko, Ito Yoshiyasu; Nanoparticle / hole size measurement in thin film by reflection X-ray small angle scattering method, Advances in X-ray analysis, 33 (2002) pp. 185-195 D.K.G.de Boer;X−ray reflection and transmission by rough surfaces,Phys.Rev.B51(1995)pp.5297−5305D. K. G. de Boer; X-ray reflection and transmission by rough surfaces, Phys. Rev. B51 (1995) pp. 5297-5305

Claims (14)

基板上に層構造が形成された積層体にX線源からX線を該積層体の表面に対して入射角θで照射する照射工程と、
該積層体から前記照射されたX線である入射X線に対して散乱角2θで反射される鏡面反射X線を検出器で検出する検出工程と、
この検出された鏡面反射X線の強度の前記入射X線の強度に対する割合であるX線反射率を測定器で測定する測定工程と、
前記測定されたX線反射率を解析器で解析する解析工程とを備えたX線反射率法を用いた積層体の層構造解析方法であって、
前記解析工程は、前記解析器で、前記積層体に表面粗さ又は界面粗さがある場合に該積層体の表面又は界面において該表面又は界面の凹凸により鏡面反射方向以外の方向にX線が散乱することによって、該表面又は界面での反射X線の干渉成分と透過X線の干渉成分との和が、入射成分よりも減少することを加味してX線反射率を解析するものであることを特徴とするX線反射率法を用いた積層体の層構造解析方法。
An irradiation step of irradiating the surface of the laminated body with an incident angle θ to the laminated body having a layer structure formed on the substrate from the X-ray source;
A detection step of detecting, with a detector, specular reflection X-rays reflected at a scattering angle 2θ with respect to the incident X-rays that are the irradiated X-rays from the laminate;
A measuring step of measuring an X-ray reflectance, which is a ratio of the intensity of the detected specular reflection X-ray to the intensity of the incident X-ray, with a measuring instrument;
An analysis step of analyzing the measured X-ray reflectance with an analyzer, and a layer structure analysis method for a laminate using an X-ray reflectance method,
In the analyzing step, when the laminate has a surface roughness or an interface roughness, X-rays are emitted in a direction other than the specular reflection direction on the surface or interface of the laminate due to unevenness of the surface or interface. The X-ray reflectivity is analyzed in consideration of the fact that the sum of the interference component of the reflected X-rays and the transmitted X-rays at the surface or interface is reduced by the scattering than the incident component. A layer structure analysis method for a laminate using an X-ray reflectivity method.
前記積層体の内部が表面から深さ方向に密度不均一であるとすることを特徴とする請求項1記載のX線反射率法を用いた測定対象の層構造解析方法。   2. The layer structure analysis method of a measurement object using an X-ray reflectivity method according to claim 1, wherein the inside of the laminate is non-uniform in density from the surface in the depth direction. 前記解析工程は、前記解析器で、前記干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の表面又は界面での反射率を示すフレネル反射係数と、該積層体の表面又は界面での透過率を示すフレネル透過係数との和が、該積層体の粗さがある表面又は界面において、1よりも減少することを加味することを特徴とする請求項1又は2記載のX線反射率法を用いた積層体の層構造解析方法。   In the analysis step, when the reduction of the interference component is taken into account by the analyzer, the Fresnel reflection coefficient indicating the reflectance at the surface or interface of the laminate and the transmittance at the surface or interface of the laminate The X-ray reflectivity method according to claim 1, wherein the sum of the Fresnel transmission coefficient and the Fresnel transmission coefficient is less than 1 at the surface or interface where the laminate is rough. The layer structure analysis method of the used laminated body. 前記解析工程は、前記解析器で、前記干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の表面又は界面で反射するX線強度と、該積層体の表面又は界面を透過するX線強度との和が、該積層体の表面又は界面に入射するX線強度よりも減少することを加味することを特徴とする請求項1又は2記載のX線反射率法を用いた積層体の層構造解析方法。   In the analysis step, when the analyzer is used to reduce the interference component, the X-ray intensity reflected at the surface or interface of the laminate, and the X-ray intensity transmitted through the surface or interface of the laminate The layer structure of the laminate using the X-ray reflectivity method according to claim 1 or 2, taking into account that the sum of the values decreases from the X-ray intensity incident on the surface or interface of the laminate. analysis method. 前記解析工程は、前記解析器で、前記干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の粗さがある表面又は界面を透過するX線強度において、該積層体の表面又は界面で反射するX線強度の表面粗さ又は界面粗さによる減少に伴う増大がないことを加味することを特徴とする請求項1又は2記載のX線反射率法を用いた積層体の層構造解析方法。   In the analysis step, when taking into account the reduction of the interference component in the analyzer, the X-ray intensity transmitted through the surface or interface having the roughness of the laminate is reflected at the surface or interface of the laminate. The layer structure analysis method for a laminate using the X-ray reflectivity method according to claim 1 or 2, taking into account that there is no increase due to a decrease in surface roughness or interface roughness of the X-ray intensity. 前記解析工程は、前記解析器で、前記干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の表面又は界面を透過するX線強度が、該積層体の粗さがある表面又は界面で表面粗さ又は界面粗さにより減少することを加味することを特徴とする請求項1又は2記載のX線反射率法を用いた積層体の層構造解析方法。   In the analysis step, the X-ray intensity transmitted through the surface or interface of the laminate is roughened at the surface or interface where the laminate has roughness when taking into account the reduction of the interference component. The layer structure analysis method for a laminate using the X-ray reflectivity method according to claim 1 or 2, taking into account a decrease due to roughness or interface roughness. 前記解析工程は、前記解析器で、前記干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の表面又は界面で反射するX線強度と、前記積層体の表面又は界面を透過するX線強度との和が、前記散漫散乱の強度変化に対応して、該積層体の表面又は界面に入射するX線強度よりも減少することを加味することを特徴とする請求項1又は2記載のX線反射率法を用いた積層体の層構造解析方法。   In the analysis step, when the analyzer is used to reduce the interference component, the X-ray intensity reflected at the surface or interface of the laminate and the X-ray intensity transmitted through the surface or interface of the laminate are The X-ray according to claim 1, wherein the sum of the X-rays is smaller than the X-ray intensity incident on the surface or interface of the laminate in accordance with the intensity change of the diffuse scattering. A layer structure analysis method of a laminate using a reflectance method. 前記測定工程は、前記測定器で、X線反射率の測定を行うとともに、散漫散乱X線の強度の測定をも行い、
前記解析工程は、前記解析器で、前記干渉成分の減少を加味する際に、前記積層体の表面又は界面で反射するX線強度と、前記積層体の表面又は界面を透過するX線強度との和が、該積層体の表面又は界面に入射するX線強度よりも,前記測定された散漫散乱X線の強度変化に対応して減少することを加味することを特徴とする請求項1又は2記載のX線反射率法を用いた積層体の層構造解析方法。
The measuring step is to measure the X-ray reflectivity with the measuring device and also measure the intensity of diffuse scattered X-rays.
In the analysis step, when the analyzer is used to reduce the interference component, the X-ray intensity reflected at the surface or interface of the laminate and the X-ray intensity transmitted through the surface or interface of the laminate are The sum of the above is taken into account that the X-ray intensity incident on the surface or interface of the laminate is reduced corresponding to the intensity change of the measured diffuse scattered X-ray. 3. A layer structure analysis method of a laminate using the X-ray reflectivity method described in 2.
評価器で、請求項1〜8のいずれか1項に記載の発明における解析工程でのX線反射率の解析結果に基づいて、前記積層体の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さのうちの少なくとも1つを求める評価工程をさらに備えたことを特徴とするX線反射率法を用いた積層体の層構造解析方法。   In the evaluator, based on the analysis result of the X-ray reflectivity in the analysis step according to any one of claims 1 to 8, the layer thickness, surface roughness and interface roughness of the layered product A method for analyzing the layer structure of a laminate using an X-ray reflectivity method, further comprising an evaluation step for obtaining at least one of the above. 評価器で、前記積層体の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さをパラメータとしたX線反射率解析式をたて、前記X線反射率の入射角依存性の測定値に、該X線反射率解析式のX線反射率理論値が一致するように、最小2乗法又はマキシマムエントロピメソッドによるフィッティング手法により,前記積層体の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さのうちの少なくとも1つを求めることを特徴とする請求項9記載のX線反射率法を用いた積層体の層構造解析方法。   With an evaluator, an X-ray reflectivity analytical expression using the film thickness, surface roughness, and interface roughness of the layered product as parameters was established, and the measured value of the incident angle dependence of the X-ray reflectivity was Of the layer thickness, surface roughness, and interface roughness of the laminate, the fitting method using the least squares method or the maximum entropy method is used so that the theoretical X-ray reflectance values of the X-ray reflectance analysis formula match. The layer structure analysis method for a laminate using the X-ray reflectivity method according to claim 9, wherein at least one is obtained. 基板上に層構造が形成された積層体にX線を該積層体の表面に対して入射角θで照射するX線源と、
該積層体から前記照射されたX線である入射X線に対して散乱角2θで反射される鏡面反射X線を検出する検出器と、
この検出された鏡面反射X線の強度の前記入射X線の強度に対する割合であるX線反射率を測定する測定器と、
前記測定されたX線反射率を解析する解析器とを備えたX線反射率法を用いた積層体の層構造解析装置であって、
前記解析器は、前記積層体に表面粗さ又は界面粗さがある場合に該積層体の表面又は界面において該表面又は界面の凹凸により鏡面反射方向以外の方向にX線が散乱することによって、該表面又は界面での反射X線の干渉成分と透過X線の干渉成分との和が、入射成分よりも減少することを加味してX線反射率を解析するものであることを特徴とするX線反射率法を用いた積層体の層構造解析装置。
An X-ray source that irradiates the surface of the laminate with an incident angle θ on the laminate having a layer structure formed on the substrate;
A detector that detects specular reflection X-rays reflected at a scattering angle 2θ with respect to incident X-rays that are the irradiated X-rays from the laminate;
A measuring instrument for measuring an X-ray reflectivity which is a ratio of the intensity of the detected specular reflection X-ray to the intensity of the incident X-ray;
An apparatus for analyzing a layer structure of a laminate using an X-ray reflectivity method, comprising an analyzer for analyzing the measured X-ray reflectivity;
When the analyzer has a surface roughness or an interface roughness, the analyzer scatters X-rays in a direction other than the specular reflection direction due to the unevenness of the surface or interface at the surface or interface of the laminate , the sum of the interference component of the interference component and transmitted X-ray of the reflected X-ray at the surface or interface, characterized in that in consideration of reducing than incident component is intended to analyze the X-ray reflectance Layered structure analysis device of laminate using X-ray reflectivity method.
請求項11記載の発明における解析器でのX線反射率の解析結果に基づいて、前記積層体の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さのうちの少なくとも1つを求める評価器をさらに備えたことを特徴とするX線反射率法を用いた測定対象の構造解析装置。   An evaluator that obtains at least one of the film thickness, surface roughness, and interface roughness of the layer of the laminate based on the analysis result of the X-ray reflectivity in the analyzer according to claim 11. A structural analysis apparatus for a measurement object using an X-ray reflectivity method, characterized in that it is provided. 基板上に層構造が形成された積層体にX線源からX線を該積層体の表面に対して入射角θで照射し、該積層体から前記照射されたX線である入射X線に対して散乱角2θで反射される鏡面反射X線を検出器で検出したときに、この検出された鏡面反射X線の強度の前記入射X線の強度に対する割合であるX線反射率を測定する第一の機能と、
前記積層体に表面粗さ又は界面粗さがある場合に該積層体の表面又は界面において該表面又は界面の凹凸により鏡面反射方向以外の方向にX線が散乱することによって、該表面又は界面での反射X線の干渉成分と透過X線の干渉成分との和が、入射成分よりも減少することを加味してX線反射率を解析する第二の機能とをコンピュータに実現させることを特徴とするX線反射率法を用いた積層体の層構造解析プログラム。
X-rays from an X-ray source are applied to the laminate having a layer structure formed on the substrate at an incident angle θ on the surface of the laminate, and the incident X-rays that are the irradiated X-rays are emitted from the laminate. On the other hand, when specular reflection X-rays reflected at a scattering angle 2θ are detected by a detector, an X-ray reflectance that is a ratio of the intensity of the detected specular reflection X-rays to the intensity of the incident X-rays is measured. The first function and
By X-ray is scattered in a direction other than the specular reflection direction by the surface or interface roughness at the surface or interface of the laminate when there is surface roughness or surface roughness to the laminate, in surface or interface wherein the sum of the interference component of the interference component and transmitted X-rays of the reflected X-rays, than incident component to achieve the second function of analyzing the X-ray reflectance in consideration of reducing the computer A layer structure analysis program for a laminate using the X-ray reflectivity method.
請求項13記載の発明における第二の機能でのX線反射率の解析結果に基づいて、前記積層体の層の膜厚、表面粗さ及び界面粗さのうちの少なくとも1つを求める第三の機能をコンピュータにさらに実現させることを特徴とするX線反射率法を用いた測定対象の構造解析プログラム。   A third method for obtaining at least one of the film thickness, surface roughness and interface roughness of the layer of the laminate based on the analysis result of the X-ray reflectance in the second function according to the invention of claim 13. The structure analysis program of the measurement object using the X-ray reflectivity method characterized by further realizing the function of the above in a computer.
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