JPH0459582B2

JPH0459582B2 -

Info

Publication number: JPH0459582B2
Application number: JP58101555A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Haga; Yoshinori Hosokawa
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1983-06-04
Filing date: 1983-06-04
Publication date: 1992-09-22
Also published as: JPS59225339A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、シリコンウエハなどの結晶性物質の
結晶面傾き角度を測定する装置に関する。

ここに、結晶面傾き角度とは、結晶性物質の表
面（以下、試料面と云う）に対する結晶面のなす
角を云う。そして、この結晶面傾き角度は、例え
ば半導体製造工程においてイオン打ち込み角度を
決める上での重要な要素となる。

〔従来の技術〕

従来、結晶面傾き角度を測定するのに、波長分
散方式が採用されていた。この方式は、結晶性物
質からの回折Ｘ線を分光結晶で分光させ、分光結
晶の傾き角度から回折Ｘ線エネルギーを算出し、
その理論値とのずれより、結晶面傾き角度を算出
する方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この従来手段では、一つの結晶
性物質の結晶面傾き角度を測定するのに、結晶性
物質をおいたターンテーブルを回転させるだけで
なく、分光器をも回転させなければならないため
に、膨大な時間がかかり、半導体製造工程におけ
るシリコンウエハの検査などの用途には、全く適
さないものであつた。

本発明は、上述の事柄に留意してなされたもの
で、その目的とするところは、ターンテーブルの
みを１回転するだけで、結晶性物質の結晶面傾き
角度を迅速かつ精度よく測定することができる結
晶面傾き角度測定装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明に係る結晶面
傾き角度測定装置は、ターンテーブルと、このタ
ーンテーブル上に置かれた結晶性物質にＸ線を照
射するＸ線管と、結晶性物質からの回折Ｘ線を検
出するエネルギー分散型Ｘ線検出器とを備え、タ
ーンテーブルを１回転して回折Ｘ線エネルギーの
最大値E_nax若しくは最小値E_nioを求め、これらの
値から結晶面の傾き角度θ₀を、 θ₀＝sin−〔ｎ・ｈ・ｃ・√j²＋k²＋l₂／2aE_nio〕＝−
45° 若しくは、 θ₀＝45°−sin−〔ｎ・ｈ・ｃ・√j²＋k²＋l₂／2aE_nax〕で表わされる式（但し、ｎは整数、ｈはプランク
定数、ｃは光速、ｊ、ｋ、ｌはミラー定数、ａは
格子定数）によつて算出するように構成されてい
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら
説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示し、この図に
おいて、１はターンテーブル、２はこのターンテ
ーブル１の駆動部、３はターンテーブル１の上に
置かれたシリコンウエハなどの結晶性物質（以
下、試料と云う）、４はこの試料３にＸ線を照射
するＸ線管、５はＸ線管４の駆動用高圧電源、６
は試料３からの回折Ｘ線エネルギーを検出するエ
ネルギー分散型Ｘ線検出器としての例えばSi（Li）
Ｘ線検出器、７はこのＸ線検出器６の駆動用高圧
電源、８はＸ線検出器６からの信号をＡ／Ｄ変換
するリニアアンプ、９はマルチチヤンネルアナラ
イザー、１０は演算処理部である。

今、試料３の結晶面３ａが試料面３ｂに対し
て、第２図に示すように、θ₀の角度（この角度が
結晶面傾き角度である）をもつていたとする。こ
のような試料３を互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸で
表される座標のＸ−Ｙ平面内に置くと、第３図の
ようになる。

そして、ｎは結晶面３ａに対して垂直な結晶面
法線ベクトルであるが、この場合、この結晶面法
線ベクトルｎは、第４図に示すように、Ｚ軸に対
してθ₀の角度をなす。また、ｒは入射Ｘ線ベクト
ルを表し、ωは結晶面方位を表す。

このように、Ｘ−Ｙ平面内に置かれた試料３に
対して、いま、45°の角度でＸ線が入射したとす
ると、入射Ｘ線と結晶面３ａとのなす角度θは、
次のようにして求められる。

すなわち、前記第３図に示す座標系により、ｎ→＝（n_x、n_y、n_z）ｒ→＝（r_x、r_y、r_z）ここにｎ→は結晶の方向と大きさに、仮にｎとす
る。ｒ→はＸ線の入射方向、借りに大きさをｒとす
る。

そして、第３図から、 n_x＝ｎ sinθ₀ cosω n_y＝ｎ sinθ₀ cosω n_z＝ｎ cosθ₀ また、 r_x＝ｒ cos45°＝ｒ／√２ r_y＝０ r_z＝ｒ sin45°＝ｒ／√２そして、ベクトルの内積の定理により、ｎ→・ｒ→＝｜ｎ→｜×｜ｒ→｜×cos ζ ＝n_xr_x＋n_yr_y＋n_zr_z 従つて、 cos ζ＝（n_xr_x＋n_yr_y＋n_zr_z）／ｎ×ｒ＝（ｎ sinθ₀ cosω×ｒ／√２＋０＋ｎ cosθ₀×ｒ／√２）／ｎ×ｒ＝１／√２（sinθ₀ cosω＋cosθ₀）ここで、第５図に示すように、ζは（90°−θ）
であるから、 cosζ＝cos（90°−θ）＝sinθである。

従つて、 sinθ＝１／√２（sinθ₀ cosω＋cosθ₀）故に、入射Ｘ線と結晶面３ａとのなす角度θ
は、 θ＝sin〔１／√２（sinθ₀ cosω＋cosθ₀）〕……(1) 一方、ブラツグの回折条件は、 2d sinθ＝nλ ……(A) である。

ここに、ｄは格子面間隔、θは入射Ｘ線と試料
面３ａとのなす角度、λは使用したＸ線の波長、
ｎは反射次数である。

そして、Ｘ線のエネルギーＥは、Ｅ＝hc／λ ……(B) と表される。

ここに、ｈはプランク定数、ｃは光速である。

従つて、前記(A)、(B)両式より、Ｅ＝hcn／2d sinθ ……(C) ここで、前記格子面間隔ｄは、立法晶系の場
合、ｈ、ｋ、ｌをミラー定数、ａを格子定数とす
ると、ｄ＝／√²＋²＋² と表されるから、前記(C)式は、Ｅ＝（hcn／２ sinθ）×√²＋²＋²／ａとなる。

よつて、回折されるＸ線のエネルギーＥは、
ω、θ₀の関数として、Ｅ（ω・θ₀）＝（ｎ・ｈ・ｃ・√²＋²＋²）／２・ａ・sinθ
……(2) なる式で表される。

そこで、前記ターンテーブル１（従つて、試料
３）１回転（従つて、ωを変化させる）すること
により、回折Ｘ線エネルギーが変化する。第６図
Ａ，Ｂは、例えばシリコンの結晶３にＸ線を照射
したときにおける蛍光Ｘ線と回折Ｘ線のスペクト
ルで、同図Ａ，Ｂはそれぞれθ_nax、θ_nioの場合を
それぞれ示している。これらの図から理解される
ように、回折Ｘ線のエネルギーのピークは左右方
向にずれる。そして、このように、ターンテーブ
ル１（試料３）を１回転させると、同図Ｃに示す
ように、0°〜360°の間の何れかの回転角におい
て、Ｘ線のエネルギーＥが最大E_naxおよび最小
E_nioになる。

これを第７図を用いて説明すると、ターンテー
ブル１（試料３）を回転していくと、同図Ａ，Ｂ
で示すようになる場合が生ずる。この図から理解
されるように、同図Ａの場合、θ＝45°＋θ₀とな
り、θは最大となる。そして、エネルギーＥは、
2d sinθ＝hc／Ｅであるから、最小となる。

一方、同図Ｂの場合、θ＝45°−θ₀となり、θ
は最大、エネルギーＥは最大となる。

従つて、前記(2)式において、 θ＝45°＋θ₀、Ｅ（ω・θ₀）＝E_nio、または、θ＝
45°−θ₀、Ｅ（ω・θ₀）＝E_naxをそれぞれ代入して整
理すると、結晶面３ａの傾き角度θ₀は、次の何れ
かの式によつて表される。

すなわち、 θ₀＝sin^-〔ｎ・ｈ・ｃ・√j²＋k²＋l₂／2aE_nio〕＝−4
5°…… (3) または、 θ₀＝45°−sin−〔ｎ・ｈ・ｃ・√j²＋k²＋l₂／2aE_nax〕…… (4) 前記回折Ｘ線のエネルギーＥは、エネルギー分
散型Ｘ線検出器６によつて検出でき、また、その
最小値E_nioまたは最大値E_naxは、ターンテーブル
１を１回転させることにより求めることができ
る。

従つて、上記(3)または(4)式の演算を演算処理部
１０で行うことにより、ターンテーブル１を最大
１回転させるだけで、結晶面３ａの傾き角度θ₀を
求めることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ターン
テーブルを１回転させる間の回折Ｘ線Ｘ線の最大
値または最小値の何れかを知るだけで、結晶面の
傾き角度を求めることができる。そして、この場
合、Ｘ線の入射角度を予め知る必要はないので、
測定を非常に簡単かつ迅速に行うことができる。

従つて、半導体製造工程の中での結晶面の傾き
角度の測定などに好適である。また、従来の波長
分散方式のような分光結晶およびそれを回転させ
るための手段が不要になるので、この種の装置を
小型かつ簡素化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る結晶面傾き角度測定装
置の全体構成を概略的に示す図である。第２図
は、試料の断面を示す図である。第３図は、試料
をＸ、Ｙ、Ｚ軸で表される座標のＸ−Ｙ平面内に
置いたときのベクトル図である。第４図は、結晶
面法線ベクトルとＺ軸との関係を示す図である。
第５図は、結晶面法線ベクトルと入射Ｘ線との関
係を示す図である。第６図Ａ，Ｂは、シリコンの
結晶にＸ線を照射したときにおける蛍光Ｘ線と回
折Ｘ線のスペクトルを示す図、同図Ｃは、試料の
回転角とＸ線エネルギーの強度との関係を示す図
である。第７図Ａ，Ｂは、試料を回転させたとき
の状態を示す図である。１……ターンテーブル、３……結晶性物質（試
料）、３ａ……結晶面、４……Ｘ線管、５……エ
ネルギー分散型Ｘ線検出器、θ₀……結晶面の傾き
角度。

Claims

【特許請求の範囲】１ターンテーブルと、このターンテーブル上に
置かれた結晶性物質にＸ線を照射するＸ線管と、
結晶性物質からの回折Ｘ線を検出するエネルギー
分散型Ｘ線検出器とを備え、ターンテーブルを１
回転して回折Ｘ線エネルギーの最大値E_nax若しく
は最小値E_nioを求め、これらの値から結晶面の傾
き角度θ₀を、 θ₀＝sin^-〔ｎ・ｈ・ｃ・√j²＋k²＋l₂／2aE_nio〕＝−4
5° 若しくは、 θ₀＝45°−sin−〔ｎ・ｈ・ｃ・√j²＋k²＋l₂／2aE_nax〕で表される式（但し、ｎは整数、ｈはプランク定
数、ｃは光速、ｊ、ｋ、ｌはミラー定数、ａは格
子定数）によつて算出するようにしたことを特徴
とする結晶面傾き角度測定装置。