JPH06258259A

JPH06258259A - 面内分布測定方法及び装置

Info

Publication number: JPH06258259A
Application number: JP5043946A
Authority: JP
Inventors: Tatsumi Hirano; 辰巳平野; Katsuhisa Usami; 勝久宇佐美
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-03-04
Filing date: 1993-03-04
Publication date: 1994-09-16
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JP2821585B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電磁波の照射領域よりも遥かに小さい領域の
分解能で、試料に関する物理量の面内分布を非破壊で測
定する手法及び装置を提供する。【構成】電磁波発生源１から出射された電磁波３は、
スリット２により成型された後、試料４に視斜角θで入
射する。試料により反射された電磁波を一次元位置感応
型の電磁波検出器９により測定する。測定した電磁波５
の強度或は波長から適宜な解析処理により、一次元位置
感応型検出器の一素子に入射した電磁波５に対応する試
料上の領域の平均した物理量が得られる。次に試料の注
目している面の法線方向を中心軸として所定角度試料を
回転させ、同様な測定から試料の物理量が得られる。こ
れを試料の回転が180度になるまで繰り返す。これらの
一連の測定から、コンピュータートモグラフィーのアル
ゴリズムにより該物理量の面内分布が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶を用いたディスプ
レイ、磁気ファイル、半導体などの分野で基板上にの薄
膜を積層した材料や素子において、これら材料や素子に
関する物理量の面内分布を非破壊的にかつ迅速に測定す
るのに好適な面内分布測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体を始め多くの分野で基板上に多数
の薄膜を積層した材料や素子が用いられている。形成さ
れた膜の特性は、材料や素子の機能に影響を与えるた
め、良く制御することが必要であり、そのためには膜特
性を示す物理量の正確な測定や膜面内での分布計測が必
須である。このため従来、いろいろな波長の電磁波によ
るいくつかの膜特性測定法が考案されている。この中の
一例として、電磁波としてＸ線を用いた膜特性測定法を
以下で説明する。

【０００３】図２に従来の測定手法の概要を示す。Ｘ線
源１からのＸ線３をスリット２で適宜成型した後、試料
４に照射する。試料４から反射されたＸ線５の強度を試
料へのＸ線の視斜角θの関数としてＸ線検出器６により
計測する。試料と検出器の位置をθ/２θの関係を保持
して回転走査することにより反射Ｘ線プロファイルを測
定している。図３に試料基板上に膜が一層ある場合の反
射プロファイルの模式図を示す。Ｘ線の波長と基板或は
膜の物質で決まる全反射角度θcより僅かに大きい角度
領域に振動パターンが生じている。この反射プロファイ
ルから、膜厚、膜の屈折率、膜の密度、膜表面或は、膜
と基板の間のラフネス等の物理量が決定できる。これら
の物理量は、Ｘ線に照射された領域の平均値を示してい
る。一方、これら物理量の面内分布の測定は、試料を適
宜並進走査して所望の測定位置毎に反射プロファイルを
測定し試料全体の分布を求めている。

【０００４】また特開平４−１２３６１１号公報におい
て、シート状のＸ線束を用い、シートの幅広方向に分割
された反射プロファイルから、分割されたＸ線の照射領
域での物理量を測定する装置が報告されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】基板上に積層された膜
特性の面内分布は、材料や素子の特性向上、成膜プロセ
スの改良、品質管理、歩留り低下の上でも有用な知見と
なる。さらに微細加工技術や成膜技術の発達に伴い、基
板上に多数の素子形成が可能となることから、膜特性の
面内分布を高位置分解能で迅速に、しかも非破壊的に測
定したいという要求がある。しかし、従来装置では以下
に述べる問題点がある。

【０００６】測定した物理量は、電磁波が照射された領
域の平均値であるため、電磁波の照射領域より小さい領
域の物理量の測定は困難であるという問題がある。ま
た、面内分布の高分解能化のために電磁波の試料への照
射領域を小さく制限した場合は、電磁波の利用効率が低
下し膨大な測定時間が必要となるという問題がある。ま
たシート上の電磁波を分割して物理量を測定する場合に
おいても、分割された電磁波の照射領域より小さい領域
での測定は困難であるという問題がある。

【０００７】本発明の目的は、電磁波の照射領域よりも
遥かに小さい領域の分解能で物理量の面内分布を非破壊
で測定する方法及び装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明に係る面内分布測定方法は、相互の位置関係が特
定されている多数の方向から電磁波を試料に対して入射
すること、前記多数の入射電磁波に対応して前記試料か
ら反射した多数の反射電磁波を検出手段により一連に測
定すること、前記検出手段により検出された多数の反射
電磁波及び前記入射電磁波の相互位置関係に基づいてデ
ータ演算解析処理により前記電磁波の照射領域より小さ
い領域に対応する試料の物理量を求め、且つ試料の被測
定領域全面にわたって前記小領域毎に前記物理量を求め
ることにより該物理量の試料の面内分布を得ることを特
徴とするものである。

【０００９】また、試料に電磁波を照射することにより
該試料から多数方向に出射された多数の電磁波をその相
互の位置関係と共に検出手段により一連に測定するこ
と、前記検出手段により検出された多数の出射電磁波及
びその相互位置関係に基づいてデータ演算解析処理によ
り前記電磁波の照射領域より小さい領域に対応する試料
の物理量を求め、且つ試料の被測定領域全面にわたって
前記小領域毎に前記物理量を求めることにより該物理量
の試料の面内分布を得ることを特徴とする面内分布測定
方法である。

【００１０】また、上記本発明方法を実現する本発明の
面内分布測定装置は、試料を保持する試料保持手段と、
電磁波を前記試料に入射させる電磁波発生源と、前記入
射電磁波に対応して前記試料から反射した反射電磁波を
を検出する検出手段と、前記入射電磁波の試料への入射
方向を相互の位置関係を特定しつつ変える位置変更機構
と、前記入射電磁波の各入射方向に対応して前記検出手
段により検出された一連の多数の反射電磁波及び前記入
射電磁波の相互位置関係に基づいてデータ演算解析処理
により前記電磁波の照射領域より小さい領域に対応する
試料の物理量を求め、且つ試料の被測定領域全面にわた
って前記小領域毎に前記物理量を求めることにより該物
理量の試料の面内分布を得る面内分布演算処理手段とを
備えたことを特徴とするものである。

【００１１】また、試料を保持する試料保持手段と、電
磁波を前記試料に照射させる電磁波発生源と、前記照射
電磁波に対応して前記試料から出射された出射電磁波を
検出する検出手段と、前記試料と前記検出手段の相対位
置をその相互の位置関係を特定しつつ変える位置変更機
構と、前記検出手段により前記各位置毎に検出された一
連の多数の反射電磁波及びその相互位置関係に基づいて
データ演算解析処理により前記電磁波の照射領域より小
さい領域に対応する試料の物理量を求め、且つ試料の被
測定領域全面にわたって前記小領域毎に前記物理量を求
めることにより該物理量の試料の面内分布を得る面内分
布演算処理手段とを備えたことを特徴とする面内分布測
定装置である。

【００１２】前記の面内分布測定装置において、前記位
置変更機構は、前記試料保持手段が試料の着目する面の
法線方向を中心に試料を回転する機構にて形成されたこ
とを特徴とするもの、又は試料の着目する面の法線方向
を中心に前記電磁波発生源と前記電磁波検出手段を回転
する機構にて形成されたことを特徴とするが挙げられ
る。ここで前記試料保持手段は、前記電磁波発生源から
出射される電磁波の進行方向と直交方向に試料を移動す
る機構を具備したものがよい。又は前記電磁波発生源及
び／又は前記電磁波検出手段は、試料の着目する面の法
線方向直交方向に移動する機構を具備したことを特徴と
するものがよい。

【００１３】また前記の面内分布測定装置において、電
磁波検出手段は、細隙を介して電磁波を検出する電磁波
検出器を用い、前記試料からの電磁波の発生領域を制限
したことを特徴とするものがよい。また電磁波検出手段
は、一次元位置感応型検出器であるもの、又は二次元位
置感応型検出器であるものが挙げられる。また前記検出
手段は位置分解能を可変にする機構を具備したものがよ
い。また前記電磁波発生源と前記試料の間に、該電磁波
発生源から出射された電磁波の幅を拡大する機構を具備
したものがよい。また前記電磁波発生源と前記検出手段
の間に、該電磁波発生源から出射された電磁波の波長を
限定する又は波長を走査する機構を具備したものがよ
い。

【００１４】

【作用】本発明によれば、次の作用により上記目的が達
成される。最初に、本発明による面内分布測定装置の構
成を図１に示し、本発明の作用を説明する。電磁波発生
源１から出射された電磁波３は、スリット２により成型
された後、試料４に視斜角θで入射する。試料により反
射された電磁波５を一次元位置感応型の電磁波検出器６
で測定する。測定した電磁波５の強度或は波長から適宜
なデータ解析処理により、一次元位置感応型検出器の一
素子に入射した電磁波５に対応する試料上の領域の平均
した物理量が得られる。例えば、電磁波としてＸ線を用
い、視斜角θを変数とした反射Ｘ線プロファイル（図３
参照）から試料照射領域で平均した膜厚ｄ、屈折率ｎ、
密度ρ、ラフネスσ等の物理量が得られる。これを試料
基板上に膜が一層ある場合について図４を参照しながら
説明する。図４でｎ₁、ｎ₂及びｎ₃は空気、薄膜及び基
板の屈折率である。

【００１５】試料に波長λのＸ線が入射した時のＸ線反
射強度Ｒは、ジェイ．エイチ．アンダーウッド（Ｊ．
Ｈ．Ｕnderwood）とティー．ダブリュ．バービー（Ｔ．
Ｗ．Ｂarbee）のエーアイーピーコンフェレンスプロ
シーディング，ローエナジーＸ-レイダイアゴノステ
ィックス-1981，アメリカンインスティテュートオブ
フィジックス，ニューヨーク 1981（ＡＩＰＣonferenc
e Ｐroceeding，Ｌow Ｅnergy Ｘ-ray Ｄiagonostics-1
981，Ａmerican Institute of Ｐhysics，ＮewＹork 1
981）やビー．バイダル（Ｂ．Ｖidal）とピー.ビンセン
ト(Ｐ．Ｖivcent)（Ａppl．Ｏot．23巻 1794頁 1984
年）に記載されている数式をもとに計算すると以下のよ
うになる。ここで、ｄは膜厚、σ₁及びσ₂は各々空気と
膜及び膜と基板との界面のラフネスである。

【００１６】

【数１】

【００１７】また、δ₂及びδ₃は膜及び基板での屈折率
ｎの実部の１からのずれの量を表し次式で与えられる。
ここで、ｒ_eは古典電子半径、Ｎ₀はアボガドロ数、Ｚは
原子番号、Ａは原子量、ρは密度である。

【００１８】

【数２】

【００１９】式（数１）においては、屈折率の虚部βの
Ｒへの寄与を無視したこと、Ｒ≪１という近似を用い
た。式（数１）からＲはθに関するｄ、δ、σの関数で
あることがわかる。特に図３のθcより大きな角度での
Ｘ線反射強度の振動は、式（数１）の（１）式の第３項
の cos 成分であるｄ₂とδ₂に依存している。以上か
ら、測定したＸ線反射強度Ｒから式（数１）を用いるこ
とにより、膜厚ｄ、ラフネスσ、δ等の物理量を求める
ことができる。また式（数２）より膜の密度ρも求める
ことができる。以上までが従来法による物理量の求め方
である。しかし、得られた物理量はＸ線が照射された広
い領域（Ｘ線の入射角が小さいため、Ｘ線の入射方向に
長く伸びた領域）のものである。そこで、上記で得られ
た物理量はＸ線の照射領域での平均値と考えることと、
従来から用いられているコンピュータートモグラフィー
（ＣＴ）の手法を用いることにより、上記物理量の面内
分布をＸ線の試料照射利用域よりも遥かに小さい分解能
で求めることが、本発明のポイントである。次にこの測
定法と求め方について説明する。

【００２０】上記の手順によれば、Ｘ線のある照射領域
での物理量が得られる。次に試料の注目している面の法
線方向を中心軸として所定角度試料を回転させ、同様な
測定から試料の物理量が得られる。これを試料の回転が
180度或は360度になるまで繰り返す。これらの一連の測
定から、以下に述べる解析処理により該物理量の面内分
布が得られる。

【００２１】図５に面内分布を求める原理図を示した。
今注目している物理量の面内分布をｄ(ｘ，ｙ）とし、
実験室に固定した座標系ｘ’−ｙ’と試料に固定した座
標系ｘ−ｙとのなす角度をφとする。上記測定におい
て、試料の角度φ、一次元位置感応型検出器の位置ｘ’
の素子の測定から得られた物理量Ｄ（ｘ’，φ）は、Ｘ
線の照射領域での平均値であるため、次式のように表さ
れる。

【００２２】

【数３】

【００２３】次に、次式（数４）で示すＰ（ｘ’，φ）
により、式（数３）は次の式（数５）ようになる。

【００２４】

【数４】

【００２５】

【数５】

【００２６】式（数５）から、一般のコンピュータトモ
グラフィー（ＣＴ）のアルゴリズムの手法を用いること
により、ｄ（ｘ，ｙ）を求めることができる。以下に一
般のＣＴで用いられているフィルター逆投影法の結果だ
けを示す。

【００２７】

【数６】

【００２８】式（数４）乃至（数６）を用いることで、
測定により得られた物理量Ｄ（ｘ’，φ）からｄ（ｘ，
ｙ）を求めることができる。また得られるｄ（ｘ，ｙ）
の領域は、試料を回転する回数をＮ、一次元位置感応型
検出器の素子の数をＭとすると、図１で示したＸ線の照
射領域の１／（Ｎ・Ｍ）という小さな領域である。以上
に述べた測定及び解析手法により電磁波の照射領域より
も遥かに小さい領域の分解能で物理量の面内分布を非破
壊で測定することが可能となる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図１に、本発明を適用してなる一実施例の面内分布測定
装置の構成図を示す。本実施例においては、電磁波とし
てＸ線を使用した。図示のように、Ｘ線源１から出射さ
れたＸ線３は、スリット２により成型された後、試料４
に入射する。試料４により反射されたＸ線５をＸ線検出
器６により測定する。

【００３０】Ｘ線源１には、Ｃｕをターゲットに用いた
通常のＸ線管球を使用した。スリット２には、ｘ’及び
ｚ’方向のＸ線の角度発散を抑制するソーラースリット
を使用した。スリット２を通過したＸ線は、ｘ’方向に
１０ｍｍ、ｚ’方向に０．１ｍｍ、角度発散は数ｍrad
程度に制限されている。またＸ線源１とスリット２に間
にＮｉフィルターを挿入することにより、Ｃｕ−Ｋβ線
を抑制し、Ｃｕ−Ｋα線による準単色光を実現してい
る。円盤状の試料４は、試料保持台７上に固定される。
試料保持台７には、ｘ’，ｙ’，ｚ’方向の並進と
ｘ’，ｙ’，ｚ’軸を中心とする回転機構を備えてお
り、これによって試料４の位置が調整できるようになっ
ている。Ｘ線検出器６には、二次元位置感応型検出器で
あるＸ線撮像管を使用した。Ｘ線撮像管は検出器台８上
に固定される。検出器台８には、ｘ’，ｙ’，ｚ’方向
の並進機構とｘ’軸を中心とする回転機構を備えてお
り、これによって試料４の位置が調整できるようになっ
ている。検出器６、試料保持台７及び検出器台８は制御
部９により制御される。制御部９は、試料保持台７や検
出器台８の駆動機構用のドライバー、ドライバーコント
ローラや、Ｘ線撮像管のコントローラ、検出した画像処
理部及び、計算機等で構成されている。

【００３１】次に、このように構成される実施例装置を
用いて試料内の物理量の面内分布を測定する方法につい
て説明する。試料は、Ｓｉ基板上に蒸着された厚み約１
００ÅのＮｉ膜であり、Ｘ線反射プロファイルによる膜
厚、屈折率、ラフネスから、本発明に従ってこれらの面
内分布を求める。

【００３２】スリット２を通過したＸ線３を直接、Ｘ線
撮像管で検出できるように検出器台８を調整し、試料と
Ｘ線撮像管の距離をＲとする。次に試料保持台７によ
り、試料４のｘ’軸回りの回転軸が試料表面と一致する
ように調整する。同様にＸ線３と試料４の表面が平行
に、またＸ線３のｘ’方向の幅の中心と試料４のｚ’軸
回りの回転中心とが一致するように調整する。調整終了
後に試料４をｘ’軸を回転中心にして初期角度θ１（本
実施例においては０．１度）だけ回転させる。試料４に
より反射されたＸ線５の強度Ｉ（ｘ’，ｚ’）を、Ｘ線
撮像管により検出する。ｚ’方向の強度はＸ線３の試料
４に対する視斜角θの関数であり、ｚ’＝Ｒtan２θの
関係がある。これからＸ線撮像管の検出位置ｚ’から視
斜角θに変換できる。次に試料４を微小角度δθ回転さ
せて反射Ｘ線強度を測定する。この走査を予め設定して
おいた角度θ２（本実施例においては１．２度）まで繰
り返し、この一連の操作をｘ’を変えて繰り返すことに
より、各ｘ’毎に図３で示したような反射Ｘ線プロファ
イルが得られる。このプロファイルとＸ線反射のフレネ
ルの式及び反射面を多層にした場合のシュミレーション
から、試料上のＮｉ膜の膜厚、屈折率、密度、ラフネス
が得られる。今注目する物理量の一例として膜厚ｄをと
ると、反射Ｘ線プロファイルからｄ（ｘ’）が得られ
る。

【００３３】次に試料４をｚ’軸を中心に微小角度δφ
（本実施例では０．５度）だけ回転させ、同様の測定か
らｄ（ｘ’，δφ）を求める。この走査を試料４の回転
角度が１８０度になるまで繰り返す。これらの一連の測
定からｄ（ｘ’，φ）が得られる。最後に、ｄ（ｘ’，
φ）のデータ群から、作用の項で記述したコンピュータ
トモグラフィーのアルゴリズム（本実施例ではフィルタ
ー逆投影法）を用いてＮｉ膜の膜厚ｄ（ｘ，ｙ）の面内
分布を求めることができる。これは図１の制御部９内の
計算機により行われる。

【００３４】本実施例において、Ｘ線撮像管のｘ’方向
の位置分解能は２０μｍとし、ｘ’方向に５１２点測定
した。試料４のｚ’軸に関する回転数は３６０点であ
る。これから試料内での面内分布の分解能は約２０μｍ
程度であり、これは試料の照射領域１０mm×１０mmに比
べ遥かに小さい分解能でしかも非破壊で測定できること
を示している。

【００３５】本実施例において、一般に利用されている
コンピュータトモグラフィーのアルゴリズムや、高速フ
ーリエ変換専用のハードプロセッサーの利用が可能とな
ることから、物理量の面内分布の計算が高速化が可能と
なる効果がある。

【００３６】本実施例において、Ｘ線検出器６に二次元
位置感応型検出器であるＸ線撮像管を用いたため、反射
Ｘ線プロファイルの測定の際に、ｘ’方向のプロファイ
ルが同時に測定できると共に、視斜角θの走査に伴い検
出器６を移動させる必要がないため、プロファイル測定
が容易となる効果がある。またＸ線撮像管は、入射した
Ｘ線によりＸ線感光面に生成した電子−ホール対を電子
銃からの電子ビームにより、二次元的に読み見出すこと
によりＸ線画像の計測が可能となっている。この構造か
ら、読み出し電子ビームの走査範囲は任意に変更可能で
あるため、読み出すＸ線画像の位置分解能を、測定に即
して容易に変更できる。これから試料面上の注目物理量
の面内分布の位置分解能を試料の大きさに合わせて容易
に変更できるという効果がある。即ち、Ｘ線検出器６
に、検出位置分解能を可変にする機構を備えることによ
り、上述の効果を得ることができる。

【００３７】本実施例において、スリット２にソーラー
スリットを用いることにより、Ｘ線３の発散角を抑制
し、高い精度で反射Ｘ線プロファイル測定が可能となる
効果がある。

【００３８】本実施例において、試料４に対しＸ線３を
多数方向から入射させる機構に、試料４を回転させる方
式を採用したため、試料保持台７の構造が簡単となり、
測定装置全体を小型化できるという効果がある。

【００３９】次に、図１実施例の変形例について幾つか
説明する。最初に、図１の実施例に代えて、Ｘ線検出器
６として一次元位置感応型検出器であるフォトダイオー
ドアレイ（ＰＤＡ）を用いることができる。ＰＤＡの入
射窓にＸ線−可視光の蛍光膜を用いることによりＸ線検
出器６として使用できる。この場合、反射Ｘ線プロファ
イル測定には、試料の視斜角θの走査に同期させて検出
器６の位置ｚ’をｚ’＝Ｒtan２θの関係を保ちつつ駆
動させる必要がある。この他の測定手順は図１の実施例
と同様であり、試料内の注目物理量の面内分布の測定が
可能である。本変形例においては、Ｘ線検出器６に一次
元検出器を用いることにより、検出器からの信号処理系
が簡便になるという効果がある。また一次元検出器の採
用によりｘ’方向に関する反射Ｘ線プロファイルを同時
に測定できるため、計測時間を短縮できるという効果が
ある。

【００４０】次に、図１の実施例に代えて、Ｘ線検出器
６として位置検出機能がないシンチレーションカウンタ
ーを用いることができる。この場合、装置の構成として
例えば図２のようになる。本実施例における反射Ｘ線プ
ロファイル測定には、前述のＸ線検出器のｚ’方向の走
査に加えて、試料４をｘ’方向に走査する必要がある。
これらの走査により試料の注目物理量が、ｘ’とφの関
数として得られ、これ以降の測定手順は図１の実施例と
同じである。本変形例においては、検出器６として非常
に簡便な検出器を用いることにより、検出器６からの信
号処理系が非常に簡便になるという効果がある。また本
変形例においては、スリット２による非常に狭いビーム
であるＸ線３を使用できるので、試料上の注目物理量の
面内分布を数μｍの高分解能で測定できるという効果が
ある。

【００４１】次に、図１の実施例に代えて、Ｘ線源１に
高強度・連続波長のＸ線の放射が可能なＸ線光源を用
い、Ｘ線源１と試料４の間にＸ線３の波長の走査が可能
な結晶分光器を設けることができる。結晶分光器として
は、Ｓｉ（１１１）のチャンネルカット分光器を用い、
波長走査の際に分光器を並進駆動させることにより、分
光器から出射されるＸ線３の出射位置を一定とすること
ができる。この場合、反射Ｘ線プロファイルの測定は、
Ｘ線波長に対する反射Ｘ線強度の測定となる。このＸ線
波長に対する反射Ｘ線プロファイルから図１の実施例と
同様なシュミレーションから試料上の膜の膜厚、屈折
率、密度、ラフネス等の物理量が得られる。本実施例に
おいては、反射Ｘ線プロファイルの測定にＸ線の波長を
走査するために、Ｘ線検出器６の試料の視斜角θについ
ての駆動走査が不要となり、検出器台８の構造が簡便に
なるという効果がある。また本実施例においては、注目
元素のＸ線吸収端波長を含む波長範囲で走査することに
より、試料上の膜の特定元素のみの情報を得ることがで
きるという効果がある。

【００４２】また、図１の実施例に代えて、Ｘ線源１と
試料４の間にＸ線源１から出射されるＸ線３のｘ’方向
の幅を広げる非対称反射結晶を設けることができる。本
発明によれば、試料４に入射するＸ線の幅は試料の口径
と同程度であれば、高い効率で面内分布の測定が可能で
ある。試料の口径がＸ線源１から出射されるＸ線の幅よ
りも遥かに大きい場合、本実施例によるＸ線幅の拡大は
有効である。図６に非対称反射結晶によるＸ線幅を拡大
する原理図を示した。非対称反射結晶として、Ｓｉ（１
１１）のチャンネルカット結晶を使用した。結晶は、図
６のように第１結晶と第２結晶の表面が非平行になるよ
うに切り出したもので、第１結晶と第２結晶のＸ線を反
射する格子面は平行であり、第２結晶が非対称反射結晶
となっている。チャンネルカット結晶に入射したＸ線３
は第１及び第２結晶により回折した後、分光されたＸ線
がチャンネルカット結晶より出射される。この時、第２
結晶に対するＸ線の入射角と出射角とが異なることによ
り、チャンネルカット結晶から出射されたＸ線の幅Ｗou
tは、入射Ｘ線の幅Ｗinに比べ拡大される。本実施例に
おいては、第１結晶と第２結晶とのなす角度を１１．５
度とし、Ｘ線源１からのＣｕ−Ｋα線に対して、Ｘ線の
入射幅に対する出射幅の拡大率を９倍とした。本実施例
における測定手順は図１実施例と同様である。本実施例
において、チャンネルカット結晶からの出射Ｘ線の発散
角度幅は、入射Ｘ線の受光角度幅にくらべ３倍小さくな
る。これは、試料４に入射するＸ線の平行性が高くなる
ことを示しており、試料４からの反射Ｘ線の角度広がり
によるぼけが抑制されることから、試料上の物理量の面
内分布の測定精度が高くなるという効果がある。

【００４３】図７に、本発明を適用してなる別の実施例
の面内分布測定装置の構成図を示す。試料４にＸ線波長
１．２４Åの幅広Ｘ線３を照射する。試料４からのＣｕ
−Ｋ線の蛍光Ｘ線（励起線）の全反射角度に出射される
Ｘ線をソーラースリット１２を経てＸ線検出器６で計測
する。ソーラースリット１２は、試料４からの蛍光Ｘ線
の出射角度を制限すると共に、試料４におけるｘ’方向
の発光領域を制限する。Ｘ線検出器６にはＣharge Ｃou
pled Ｄevice（ＣＣＤ）を使用した。このＣＣＤは、二
次元位置感応型検出器であると共に、測定Ｘ線の波長を
高分解能で測定できる。本測定では、試料からのＣｕ−
Ｋ線のみ信号を処理した。この測定により、試料からの
Ｃｕ−Ｋ線のＸ線強度Ｉ（ｘ’，φ）が得られる。ここ
でＩ（ｘ’，φ）は試料の表面上にあるＣｕ元素量に比
例する。次に試料４をｚ’軸を中心に微小角度δφ（本
実施例では０．５度）だけ回転させ、同様の測定からＩ
（ｘ’，δφ）を求める。この走査を試料４の回転角度
が１８０度になるまで繰り返す。これらの一連の測定か
らＩ（ｘ’，φ）が得られる。最後に、Ｉ（ｘ’，φ）
のデータ群から、作用の項で記述したコンピュータトモ
グラフィーのアルゴリズム（本実施例ではフィルター逆
投影法）を用いて試料上のＩ（ｘ，ｙ）、即ち試料表面
上に分布するＣｕ元素量の面内分布を求めることができ
る。

【００４４】本実施例において、ＣＣＤのｘ’方向の位
置分解能は２０μｍとし、ｘ’方向に５１２点測定し
た。試料４のｚ’軸に関する回転数は３６０点である。
これから試料内での面内分布の分解能は約２０μｍ程度
であり、これは試料の照射領域に比べ遥かに小さい分解
能で、しかも非破壊で測定できることを示している。本
実施例において、試料４からの全反射角度で取り出した
蛍光Ｘ線を測定しているため、試料の表面から数Å程度
の深さの元素の分布量が測定できるという効果がある。
またこの取り出し角度を大きくするにつれて試料の注目
する深さを変えることができる。そこでＣＣＤからの信
号を多波長、二次元的に処理Ｉ（ｘ’，φ，ｚ’，Ｅ）
することにより、多元素でしかも、深さ方向も含んだ面
内分布の測定が可能となるという効果がある。

【００４５】以上述べた実施例においては、電磁波とし
てＸ線を用いたが、本発明はラジオ波、赤外線、可視
光、紫外線、軟Ｘ線、γ線等の電磁波に適用できる。そ
の場合、各々の電磁波と物質との相互作用が異なるた
め、得られる物理量の面内分布は異なる。例えば、赤外
線の場合、試料上の分子配向の面内分布が、可視光のレ
ーザー光線の場合、試料の膜厚、密度が、また軟Ｘ線で
は、試料の軽元素に関する膜厚、屈折率、密度等の面内
分布が得られる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
試料に対し多数方向から電磁波を入射して該試料から反
射した電磁波を測定し、或は試料に電磁波を照射して試
料から多数方向に出射された電磁波の一連の測定から、
電磁波と物質の相互作用の基づいた試料の物理量の面内
分布を電磁波の試料照射領域に比べ遥かに小さい分解能
でしかも、非破壊で測定できるという効果がある。

【００４７】また、試料からの電磁波の測定から注目物
理量の面内分布を求める計算処理において、一般に利用
されているコンピュータトモグラフィーのアルゴリズム
や、高速フーリエ変換専用のハードプロセッサーの利用
が可能となることから、物理量の面内分布の計算が高速
化が可能となる効果がある。

【００４８】また、本発明の面内分布測定装置によれ
ば、試料に対し電磁波を多数方向から照射する機構或
は、試料から多数方向に反射或は、励起された電磁波を
検出する機構を設けることにより、簡単に本発明を実現
できる。また、上記の機構を組み込むだけでよいことか
ら、既存の装置に簡単に適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の試料に対し多数方向から電磁波（Ｘ
線）を照射する機構を備えた一実施例の面内分布測定装
置の全体構成図である。

【図２】電磁波としてＸ線を用いた従来法による膜厚測
定装置である。

【図３】反射Ｘ線プロファイルの例を示す模式図であ
る。

【図４】基板上に１層の薄膜がある場合のＸ線反射強度
計算のための計算モデルの図である。

【図５】試料に対し多数方向から電磁波を照射し、試料
から反射した電磁波の一連の測定から試料に関する物理
量の面内分布を求める原理を示す図である。

【図６】非対称反射結晶によるＸ線幅を拡大する原理を
示す図である。

【図７】本発明の試料から多数方向に励起された電磁波
（蛍光Ｘ線）を検出する機構を備えた一実施例の面内分
布測定装置の構成図である。

【符号の説明】

１Ｘ線源（電磁波発生源）２スリット３入射Ｘ線（電磁波）４試料５出射或は励起Ｘ線（電磁波）６Ｘ線検出器（電磁波検出器）７試料保持台８検出器台９制御器１０チャンネルカット結晶１１蛍光Ｘ線１２ソーラースリット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相互の位置関係が特定されている多数の
方向から電磁波を試料に対して入射すること、前記多数
の入射電磁波に対応して前記試料から反射した多数の反
射電磁波を検出手段により一連に測定すること、前記検
出手段により検出された多数の反射電磁波及び前記入射
電磁波の相互位置関係に基づいてデータ演算解析処理に
より前記電磁波の照射領域より小さい領域に対応する試
料の物理量を求め、且つ試料の被測定領域全面にわたっ
て前記小領域毎に前記物理量を求めることにより該物理
量の試料の面内分布を得ることを特徴とする面内分布測
定方法。
【請求項２】試料に電磁波を照射することにより該試
料から多数方向に出射された多数の電磁波をその相互の
位置関係と共に検出手段により一連に測定すること、前
記検出手段により検出された多数の出射電磁波及びその
相互位置関係に基づいてデータ演算解析処理により前記
電磁波の照射領域より小さい領域に対応する試料の物理
量を求め、且つ試料の被測定領域全面にわたって前記小
領域毎に前記物理量を求めることにより該物理量の試料
の面内分布を得ることを特徴とする面内分布測定方法。
【請求項３】試料を保持する試料保持手段と、電磁波
を前記試料に入射させる電磁波発生源と、前記入射電磁
波に対応して前記試料から反射した反射電磁波をを検出
する検出手段と、前記入射電磁波の試料への入射方向を
相互の位置関係を特定しつつ変える位置変更機構と、前
記入射電磁波の各入射方向に対応して前記検出手段によ
り検出された一連の多数の反射電磁波及び前記入射電磁
波の相互位置関係に基づいてデータ演算解析処理により
前記電磁波の照射領域より小さい領域に対応する試料の
物理量を求め、且つ試料の被測定領域全面にわたって前
記小領域毎に前記物理量を求めることにより該物理量の
試料の面内分布を得る面内分布演算処理手段とを備えた
ことを特徴とする面内分布測定装置。
【請求項４】試料を保持する試料保持手段と、電磁波
を前記試料に照射させる電磁波発生源と、前記照射電磁
波に対応して前記試料から出射された出射電磁波を検出
する検出手段と、前記試料と前記検出手段の相対位置を
その相互の位置関係を特定しつつ変える位置変更機構
と、前記検出手段により前記各位置毎に検出された一連
の多数の反射電磁波及びその相互位置関係に基づいてデ
ータ演算解析処理により前記電磁波の照射領域より小さ
い領域に対応する試料の物理量を求め、且つ試料の被測
定領域全面にわたって前記小領域毎に前記物理量を求め
ることにより該物理量の試料の面内分布を得る面内分布
演算処理手段とを備えたことを特徴とする面内分布測定
装置。
【請求項５】請求項３又は４に記載の面内分布測定装
置において、前記位置変更機構は、前記試料保持手段が
試料の着目する面の法線方向を中心に試料を回転する機
構にて形成されたことを特徴とする面内分布測定装置。
【請求項６】請求項３又は４に記載の面内分布測定装
置において、前記位置変更機構は、試料の着目する面の
法線方向を中心に前記電磁波発生源と前記電磁波検出手
段を回転する機構にて形成されたことを特徴とする面内
分布測定装置。
【請求項７】請求項３〜６のいずれかに記載の面内分
布測定装置において、前記試料保持手段は、前記電磁波
発生源から出射される電磁波の進行方向と直交方向に試
料を移動する機構を具備したこと特徴とする面内分布測
定装置。
【請求項８】請求項３〜６のいずれかに記載の面内分
布測定装置において、前記電磁波発生源及び／又は前記
電磁波検出手段は、試料の着目する面の法線方向直交方
向に移動する機構を具備したことを特徴とする面内分布
測定装置。
【請求項９】請求項３〜８のいずれかに記載の面内分
布測定装置において、電磁波検出手段は、細隙を介して
電磁波を検出する電磁波検出器を用い、前記試料からの
電磁波の発生領域を制限したことを特徴とする面内分布
測定装置。
【請求項１０】請求項３〜９のいずれかに記載の面内
分布測定装置において、電磁波検出手段は、一次元位置
感応型検出器であることを特徴とする面内分布測定装
置。
【請求項１１】請求項３〜９のいずれかに記載の面内
分布測定装置において、電磁波検出手段は、二次元位置
感応型検出器であることを特徴とする面内分布測定装
置。
【請求項１２】請求項１０又は１１に記載の面内分布
測定装置において、前記検出手段は位置分解能を可変に
する機構を具備したことを特徴とする面内分布測定装
置。
【請求項１３】請求項３〜１２のいずれかに記載の面
内分布測定装置において、前記電磁波発生源と前記試料
の間に、該電磁波発生源から出射された電磁波の幅を拡
大する機構を具備したことを特徴とする面内分布測定装
置。
【請求項１４】請求項３〜１２のいずれかに記載の面
内分布測定装置において、前記電磁波発生源と前記検出
手段の間に、該電磁波発生源から出射された電磁波の波
長を限定する又は波長を走査する機構を具備したことを
特徴とする面内分布測定装置。