JPH1078313A - Ｘ線薄膜膜厚解析方法及び解析装置 - Google Patents
Ｘ線薄膜膜厚解析方法及び解析装置Info
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- JPH1078313A JPH1078313A JP23318796A JP23318796A JPH1078313A JP H1078313 A JPH1078313 A JP H1078313A JP 23318796 A JP23318796 A JP 23318796A JP 23318796 A JP23318796 A JP 23318796A JP H1078313 A JPH1078313 A JP H1078313A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｘ線を用いて高精度で迅速な膜厚マッピング
を行う。 【解決手段】 単色Ｘ線を所定の入射角度で薄膜試料に
入射させて前記試料から発生される散乱Ｘ線の出射角に
対する強度分布を測定する。単色Ｘ線の波長をλ、薄膜
の全反射臨界角をθc とするとき、強度分布の隣り合う
極大値と極小値を与える出射角α1，α2から、薄膜の膜
厚ｔを下式により求める。 ｔ＝λ／｛２｜（α1 2 −θc 2）1/2−（α2 2 −θc 2）
1/2｜｝
を行う。 【解決手段】 単色Ｘ線を所定の入射角度で薄膜試料に
入射させて前記試料から発生される散乱Ｘ線の出射角に
対する強度分布を測定する。単色Ｘ線の波長をλ、薄膜
の全反射臨界角をθc とするとき、強度分布の隣り合う
極大値と極小値を与える出射角α1，α2から、薄膜の膜
厚ｔを下式により求める。 ｔ＝λ／｛２｜（α1 2 −θc 2）1/2−（α2 2 −θc 2）
1/2｜｝
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線を用いた薄膜
の膜厚計測方法及びそのための装置に関する。
の膜厚計測方法及びそのための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜材料は半導体、磁気ディスク等の多
くの分野のデバイスに用いられている。デバイスの特性
は、薄膜の膜厚や密度、結晶構造、ラフネスなどによる
影響を大きく受けるため、これらの計測はデバイスの開
発に当たって、あるいは製造されるデバイスの特性を均
一に保つために重要である。
くの分野のデバイスに用いられている。デバイスの特性
は、薄膜の膜厚や密度、結晶構造、ラフネスなどによる
影響を大きく受けるため、これらの計測はデバイスの開
発に当たって、あるいは製造されるデバイスの特性を均
一に保つために重要である。
【０００３】このうち膜厚は従来は触針法で求められて
いたが、非破壊での計測が重要視され、蛍光Ｘ線法、エ
リプソメトリ法が用いられるようになっている。また、
最近では、Ｘ線を用いた薄膜の膜厚計測方法としてＸ線
反射率法が注目されている。これは試料表面すれすれに
単色で平行性のよいＸ線を入射し、入射角＝出射角の条
件で、反射（鏡面反射）されたＸ線の強度を測定する手
法である。測定される反射強度は、試料表面及び薄膜界
面で反射されたＸ線が互いに干渉するため、入射角（＝
出射角）に従って振動する。この振動構造を解析して薄
膜の膜厚を求める方法である。
いたが、非破壊での計測が重要視され、蛍光Ｘ線法、エ
リプソメトリ法が用いられるようになっている。また、
最近では、Ｘ線を用いた薄膜の膜厚計測方法としてＸ線
反射率法が注目されている。これは試料表面すれすれに
単色で平行性のよいＸ線を入射し、入射角＝出射角の条
件で、反射（鏡面反射）されたＸ線の強度を測定する手
法である。測定される反射強度は、試料表面及び薄膜界
面で反射されたＸ線が互いに干渉するため、入射角（＝
出射角）に従って振動する。この振動構造を解析して薄
膜の膜厚を求める方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】Ｘ線反射率法は有用な
膜厚計測法ではあるが、Ｘ線を試料表面すれすれに入射
させる必要があるため、幅ｗのＸ線ビームは試料表面で
ｗ／sinω（ω：入射角）だけ広がってしまう。実際の
測定では、入射角ωを臨界角（０．１〜０．２°）程度
から、１〜２°程度まで変化させる。このため実用的に
用いられている幅ｗ＝０．０５ｍｍのＸ線ビームでは、
試料上の測定領域は１０ｍｍ程度（入射角：臨界角近
傍）から１〜２ｍｍ（入射角：２〜１°）まで変化す
る。このため面内の構造が不均一な試料や、サイズの小
さな試料に対しては高精度な測定を行うことができな
い。
膜厚計測法ではあるが、Ｘ線を試料表面すれすれに入射
させる必要があるため、幅ｗのＸ線ビームは試料表面で
ｗ／sinω（ω：入射角）だけ広がってしまう。実際の
測定では、入射角ωを臨界角（０．１〜０．２°）程度
から、１〜２°程度まで変化させる。このため実用的に
用いられている幅ｗ＝０．０５ｍｍのＸ線ビームでは、
試料上の測定領域は１０ｍｍ程度（入射角：臨界角近
傍）から１〜２ｍｍ（入射角：２〜１°）まで変化す
る。このため面内の構造が不均一な試料や、サイズの小
さな試料に対しては高精度な測定を行うことができな
い。
【０００５】その解決策として、入射角や出射角に連動
してＸ線ビームの出射スリット幅を変える方法が考案さ
れているが、この方法では制御機構が複雑になるととも
に、実用上のスリット幅も極端に狭くできないので１ｍ
ｍ以下の微小領域の測定は困難である。Ｘ線反射率法で
入射角を０．５°〜１°と大きくとり、しかも入射角の
走査範囲を狭くすることにより試料表面でのＸ線の広が
りと照射領域の変化を小さくすることは可能であるが、
この方法では入射角の４乗に反比例して正反射の強度が
減衰することと、表面のラフネスが大きい試料は入射角
に対する強度の減少が著しいため、膜厚の決定精度が低
下する。また、入射角を０．５°〜１°とし、しかも入
射角の走査範囲を狭くしたＸ線反射率法では１点の計測
に１〜２時間程度必要となり、膜厚のマッピングには多
大な計測時間を必要とする。
してＸ線ビームの出射スリット幅を変える方法が考案さ
れているが、この方法では制御機構が複雑になるととも
に、実用上のスリット幅も極端に狭くできないので１ｍ
ｍ以下の微小領域の測定は困難である。Ｘ線反射率法で
入射角を０．５°〜１°と大きくとり、しかも入射角の
走査範囲を狭くすることにより試料表面でのＸ線の広が
りと照射領域の変化を小さくすることは可能であるが、
この方法では入射角の４乗に反比例して正反射の強度が
減衰することと、表面のラフネスが大きい試料は入射角
に対する強度の減少が著しいため、膜厚の決定精度が低
下する。また、入射角を０．５°〜１°とし、しかも入
射角の走査範囲を狭くしたＸ線反射率法では１点の計測
に１〜２時間程度必要となり、膜厚のマッピングには多
大な計測時間を必要とする。
【０００６】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑み、より高精度で迅速な膜厚マッピング方法とそのた
めの装置を提供することを目的とする。
鑑み、より高精度で迅速な膜厚マッピング方法とそのた
めの装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、薄膜試料
の表面に単色Ｘ線を一定の入射角で入射させ、試料から
散乱されるＸ線を測定する実験を行う過程で、散乱Ｘ線
の強度が図２に例示するように出射角依存性を示す現象
を見出した。本発明は、この散乱Ｘ線の強度分布の振動
構造が薄膜の表面で散漫散乱されたＸ線と薄膜の裏面で
散漫されたＸ線の干渉に起因することを突き止め、この
振動構造から膜厚を求めることができることを見出して
完成されたものである。
の表面に単色Ｘ線を一定の入射角で入射させ、試料から
散乱されるＸ線を測定する実験を行う過程で、散乱Ｘ線
の強度が図２に例示するように出射角依存性を示す現象
を見出した。本発明は、この散乱Ｘ線の強度分布の振動
構造が薄膜の表面で散漫散乱されたＸ線と薄膜の裏面で
散漫されたＸ線の干渉に起因することを突き止め、この
振動構造から膜厚を求めることができることを見出して
完成されたものである。
【０００８】図１（ａ）は散乱Ｘ線の強度分布測定のた
めの装置の概略図、図１（ｂ）は図１（ａ）中の円で示
した部分の拡大図であり、薄膜でのＸ線の散乱を説明す
る図である。Ｘ線源１で発生したＸ線はＸ線分光器２で
単色化された後、スリット３で幅と高さを制限され、入
射Ｘ線４となる。この入射Ｘ線４を入射角ωで基板７上
に薄膜６が形成された試料５に入射する。試料表面での
入射Ｘ線４の幅Ｄは、入射Ｘ線４の幅をｗとすると、Ｄ
＝ｗ／sinωとなる。入射Ｘ線４は試料表面で屈折さ
れ、角度ω′になって薄膜６の中に入る。薄膜６中に入
ったＸ線は、薄膜６と基板７の界面で角度α′に散乱さ
れる。界面で散乱されたＸ線８は、薄膜６の表面で屈折
し、出射角αで空気中に出射する。試料表面で角度αに
散乱されたＸ線９と、薄膜６と基板７の界面で散乱され
て出射角αで空気中に出射したＸ線８は干渉して散乱Ｘ
線１０になる。
めの装置の概略図、図１（ｂ）は図１（ａ）中の円で示
した部分の拡大図であり、薄膜でのＸ線の散乱を説明す
る図である。Ｘ線源１で発生したＸ線はＸ線分光器２で
単色化された後、スリット３で幅と高さを制限され、入
射Ｘ線４となる。この入射Ｘ線４を入射角ωで基板７上
に薄膜６が形成された試料５に入射する。試料表面での
入射Ｘ線４の幅Ｄは、入射Ｘ線４の幅をｗとすると、Ｄ
＝ｗ／sinωとなる。入射Ｘ線４は試料表面で屈折さ
れ、角度ω′になって薄膜６の中に入る。薄膜６中に入
ったＸ線は、薄膜６と基板７の界面で角度α′に散乱さ
れる。界面で散乱されたＸ線８は、薄膜６の表面で屈折
し、出射角αで空気中に出射する。試料表面で角度αに
散乱されたＸ線９と、薄膜６と基板７の界面で散乱され
て出射角αで空気中に出射したＸ線８は干渉して散乱Ｘ
線１０になる。
【０００９】散乱Ｘ線１０の強度をＸ線検出器１１で出
射角を変えながら計測すると、図２に示すような散乱Ｘ
線の強度分布が得られる。図２中、矢印１２で示すピー
クは鏡面反射ピークであり、矢印１３の部分は臨界角に
最大強度を有するヨネダ・ウイング（Yoneda wing）と
呼ばれる散乱ピークである。散乱強度には、これらのピ
ーク以外に振動構造１４が見られる。
射角を変えながら計測すると、図２に示すような散乱Ｘ
線の強度分布が得られる。図２中、矢印１２で示すピー
クは鏡面反射ピークであり、矢印１３の部分は臨界角に
最大強度を有するヨネダ・ウイング（Yoneda wing）と
呼ばれる散乱ピークである。散乱強度には、これらのピ
ーク以外に振動構造１４が見られる。
【００１０】図２は、ガラス基板７の上にパーマロイ膜
６を蒸着した試料５からの波長λ＝０．１５４ｎｍのＸ
線の散乱強度分布であり、この試料を従来のＸ線反射率
法により膜厚を計測した結果、パーマロイ膜６の膜厚は
４９．４ｎｍであった。次に、散乱Ｘ線強度の振動構造
１４を薄膜６の界面で散漫散乱されたＸ線の干渉現象と
して説明する。
６を蒸着した試料５からの波長λ＝０．１５４ｎｍのＸ
線の散乱強度分布であり、この試料を従来のＸ線反射率
法により膜厚を計測した結果、パーマロイ膜６の膜厚は
４９．４ｎｍであった。次に、散乱Ｘ線強度の振動構造
１４を薄膜６の界面で散漫散乱されたＸ線の干渉現象と
して説明する。
【００１１】図１を参照して、屈折率が（１−δ）で膜
厚ｔである薄膜６に細いＸ線４を入射角ωで入射させた
場合を考える。Ｘ線の波長をλ、入射角ωは、薄膜の臨
界角をθc として、ω＞θc とする。屈折の効果により
試料中での入射角をω′、出射角をα′とすると、薄膜
６の表面で散乱されたＸ線と、基板７と薄膜６の界面で
散乱されたＸ線の光路差は、薄膜６の密度が基板７の密
度より大きい場合は次の〔数１〕のようになり、薄膜６
の密度が基板７の密度より小さい場合は次の〔数２〕の
ようになる。
厚ｔである薄膜６に細いＸ線４を入射角ωで入射させた
場合を考える。Ｘ線の波長をλ、入射角ωは、薄膜の臨
界角をθc として、ω＞θc とする。屈折の効果により
試料中での入射角をω′、出射角をα′とすると、薄膜
６の表面で散乱されたＸ線と、基板７と薄膜６の界面で
散乱されたＸ線の光路差は、薄膜６の密度が基板７の密
度より大きい場合は次の〔数１〕のようになり、薄膜６
の密度が基板７の密度より小さい場合は次の〔数２〕の
ようになる。
【００１２】
【数１】ｔ（１−δ）（sinω′＋sinα′）＋０．５λ
【００１３】
【数２】ｔ（１−δ）（sinω′＋sinα′） 表面で散乱されたＸ線と界面で散乱されたＸ線は相互に
干渉するため、出射角を変えると散乱強度が振動する。
この振動構造の強度の極大値、又は強度の極小値を与え
る角度αと膜厚ｔには、Ｘ線の波長をλ、入射角をω、
薄膜の臨界角をθc とすると、近似的に次の〔数３〕の
関係が成り立つ。
干渉するため、出射角を変えると散乱強度が振動する。
この振動構造の強度の極大値、又は強度の極小値を与え
る角度αと膜厚ｔには、Ｘ線の波長をλ、入射角をω、
薄膜の臨界角をθc とすると、近似的に次の〔数３〕の
関係が成り立つ。
【００１４】
【数３】α2＝θc 2＋｛−（θc 2−ω2）1/2＋λ（Ｎ−
１）／２ｔ｝2 ここで、Ｎは干渉の次数を表す整数であり、密度の大き
い薄膜から密度の小さい基板に入る場合には、Ｎが偶数
のとき角度αで強度が極大となり、Ｎが奇数のとき角度
αで強度が極小になる。逆に、密度の小さい薄膜から密
度の大きい基板に入る場合には、Ｎが偶数のとき角度α
で強度が極小となり、Ｎが奇数のとき角度αで強度が極
大となる。
１）／２ｔ｝2 ここで、Ｎは干渉の次数を表す整数であり、密度の大き
い薄膜から密度の小さい基板に入る場合には、Ｎが偶数
のとき角度αで強度が極大となり、Ｎが奇数のとき角度
αで強度が極小になる。逆に、密度の小さい薄膜から密
度の大きい基板に入る場合には、Ｎが偶数のとき角度α
で強度が極小となり、Ｎが奇数のとき角度αで強度が極
大となる。
【００１５】前記〔数３〕を利用すると、散乱強度の極
大値又は極小値を与える角度αの組を用いて薄膜６の膜
厚ｔを求めることができる。一例として、振動構造の隣
接する強度の極大値と極小値を与える角度をα1，α2と
すると、膜厚ｔは角度α1，α2を用いて次の〔数４〕の
ように表すことができる。
大値又は極小値を与える角度αの組を用いて薄膜６の膜
厚ｔを求めることができる。一例として、振動構造の隣
接する強度の極大値と極小値を与える角度をα1，α2と
すると、膜厚ｔは角度α1，α2を用いて次の〔数４〕の
ように表すことができる。
【００１６】
【数４】ｔ＝λ／｛２｜（α1 2−θc 2）1/2−（α2 2−
θc 2）1/2｜｝ 図２の計測例の場合、パーマロイ膜の臨界角θc は０．
３９２５°（６．８４８×１０-3ｒａｄ）であり、α1
とα2の組としてα1＝０．７０１°（１．２２３×１０
-2ｒａｄ），α2＝０．７７７°（１．３５６×１０-2
ｒａｄ）を採用し、これらの値を〔数４〕に当てはめる
と、次式〔数５〕のように膜厚ｔは４９．１ｎｍと求め
られる。この結果は、従来のＸ線反射率法で求めた膜厚
４９．４ｎｍとよく一致している。
θc 2）1/2｜｝ 図２の計測例の場合、パーマロイ膜の臨界角θc は０．
３９２５°（６．８４８×１０-3ｒａｄ）であり、α1
とα2の組としてα1＝０．７０１°（１．２２３×１０
-2ｒａｄ），α2＝０．７７７°（１．３５６×１０-2
ｒａｄ）を採用し、これらの値を〔数４〕に当てはめる
と、次式〔数５〕のように膜厚ｔは４９．１ｎｍと求め
られる。この結果は、従来のＸ線反射率法で求めた膜厚
４９．４ｎｍとよく一致している。
【００１７】
【数５】ｔ＝０．１５４１／〔２｜｛（１．２２３×１
０-2）2−（６．８４８×１０-3）2｝1/2−｛（１．３
５６×１０-2）2−（６．８４８×１０-3）2｝1/2｜〕
≒４９．１ ここで、試料を移動可能な試料支持台に固定し、試料支
持台を移動しながら測定することにより、試料の膜厚を
マッピングすることが可能となる。膜厚のマッピングに
際しては、測定時間短縮の観点から、Ｘ線検出器として
位置敏感型Ｘ線検出器又は２次元Ｘ線検出器を用いるの
が実用的である。
０-2）2−（６．８４８×１０-3）2｝1/2−｛（１．３
５６×１０-2）2−（６．８４８×１０-3）2｝1/2｜〕
≒４９．１ ここで、試料を移動可能な試料支持台に固定し、試料支
持台を移動しながら測定することにより、試料の膜厚を
マッピングすることが可能となる。膜厚のマッピングに
際しては、測定時間短縮の観点から、Ｘ線検出器として
位置敏感型Ｘ線検出器又は２次元Ｘ線検出器を用いるの
が実用的である。
【００１８】また、〔数３〕の振動は、Ｃを定数とし、
試料中での出射角α′を用いて次の〔数６〕のように表
すことができる。
試料中での出射角α′を用いて次の〔数６〕のように表
すことができる。
【００１９】
【数６】cos(２πｔα′／λ＋Ｃ) そこで、得られた計測結果からベース成分を差し引き、
振動成分を抽出し、これをフーリエ解析する。フーリエ
変換して得られるピークの位置（周波数）から試料の膜
厚ｔを次のように求めることができる。すなわち、フー
リエピークの位置をｈとすると、〔数６〕より、２πｔ
α′／λ＝ｈα′となる。したがって、膜厚ｔは、次の
〔数７〕で与えられる。
振動成分を抽出し、これをフーリエ解析する。フーリエ
変換して得られるピークの位置（周波数）から試料の膜
厚ｔを次のように求めることができる。すなわち、フー
リエピークの位置をｈとすると、〔数６〕より、２πｔ
α′／λ＝ｈα′となる。したがって、膜厚ｔは、次の
〔数７〕で与えられる。
【００２０】
【数７】ｔ＝λｈ／２π 以上述べてきた薄膜膜厚解析方法は、基板の上に一層膜
がある場合のものである。基板上に複数膜がある場合
は、それぞれの膜の界面で散乱Ｘ線が発生するため、前
述の〔数１〕〜〔数４〕が各界面間で成り立つ。振動の
ピーク位置を界面の数より多く選ぶことにより、例えば
各界面間の式〔数４〕の連立方程式を解くことにより、
複数の膜のそれぞれの膜厚を求めることができる。
がある場合のものである。基板上に複数膜がある場合
は、それぞれの膜の界面で散乱Ｘ線が発生するため、前
述の〔数１〕〜〔数４〕が各界面間で成り立つ。振動の
ピーク位置を界面の数より多く選ぶことにより、例えば
各界面間の式〔数４〕の連立方程式を解くことにより、
複数の膜のそれぞれの膜厚を求めることができる。
【００２１】また、フーリエ解析する場合は、試料中で
の出射角α′をそれぞれの膜の屈折率で補正した後フー
リエ変換する。フーリエ変換して得られた複数のピーク
位置からそれぞれの膜厚を求めることができる。複数層
を挟んだ界面からの散乱は、屈折率としてそれぞれの膜
の屈折率の膜厚の加重平均を用いることにより、干渉し
ている界面間の距離（各層の合計膜厚に対応）が得られ
る。
の出射角α′をそれぞれの膜の屈折率で補正した後フー
リエ変換する。フーリエ変換して得られた複数のピーク
位置からそれぞれの膜厚を求めることができる。複数層
を挟んだ界面からの散乱は、屈折率としてそれぞれの膜
の屈折率の膜厚の加重平均を用いることにより、干渉し
ている界面間の距離（各層の合計膜厚に対応）が得られ
る。
【００２２】例えば、多層膜（Ａ膜／Ｂ膜／Ｃ膜）の場
合、散乱は表面、Ａ／Ｂ界面、Ｂ／Ｃ界面で発生し、互
いに干渉する。このため、フーリエピークは、表面−Ａ
／Ｂ界面、表面−Ｂ／Ｃ界面、Ａ／Ｂ−Ｂ／Ｃ界面の干
渉に対応したピークが得られる。フーリエ変換のとき横
軸をα′に変換する必要がある。表面−Ａ／Ｂ界面の干
渉からＡ膜の膜厚を求めるときはθc としてＡ膜の値を
用い、Ａ／Ｂ−Ｂ／Ｃ界面の干渉からＢ膜の膜厚を求め
るときはθc としてＢ膜の値を用いる。表面−Ｂ／Ｃ界
面の干渉を利用するときはθc にＡ膜のθc とＢ膜のθ
c を膜厚で加重平均した値を用いることにより、Ａ膜と
Ｂ膜を足した膜厚を求めることができる。
合、散乱は表面、Ａ／Ｂ界面、Ｂ／Ｃ界面で発生し、互
いに干渉する。このため、フーリエピークは、表面−Ａ
／Ｂ界面、表面−Ｂ／Ｃ界面、Ａ／Ｂ−Ｂ／Ｃ界面の干
渉に対応したピークが得られる。フーリエ変換のとき横
軸をα′に変換する必要がある。表面−Ａ／Ｂ界面の干
渉からＡ膜の膜厚を求めるときはθc としてＡ膜の値を
用い、Ａ／Ｂ−Ｂ／Ｃ界面の干渉からＢ膜の膜厚を求め
るときはθc としてＢ膜の値を用いる。表面−Ｂ／Ｃ界
面の干渉を利用するときはθc にＡ膜のθc とＢ膜のθ
c を膜厚で加重平均した値を用いることにより、Ａ膜と
Ｂ膜を足した膜厚を求めることができる。
【００２３】上述のように、本発明のＸ線薄膜膜厚解析
方法は、単色Ｘ線を所定の入射角度で薄膜試料に入射さ
せて試料から発生される散乱Ｘ線の出射角に対する強度
分布を測定し、強度分布の極大値又は極小値を与える出
射角の組み合わせを用いて、又は散乱Ｘ線強度の角度分
布をフーリエ変換して得られるピーク周波数を用いて薄
膜の膜厚を求めることを特徴とする。
方法は、単色Ｘ線を所定の入射角度で薄膜試料に入射さ
せて試料から発生される散乱Ｘ線の出射角に対する強度
分布を測定し、強度分布の極大値又は極小値を与える出
射角の組み合わせを用いて、又は散乱Ｘ線強度の角度分
布をフーリエ変換して得られるピーク周波数を用いて薄
膜の膜厚を求めることを特徴とする。
【００２４】また、本発明は、Ｘ線源と、ゴニオメータ
ーと、試料支持台と、Ｘ線検出器と、Ｘ線検出器の信号
が入力される信号処理手段とを備えるＸ線薄膜膜厚解析
装置において、Ｘ線検出器は所定の出射角範囲で試料か
ら発生される散乱Ｘ線強度を測定可能であり、信号処理
手段は、散乱Ｘ線の出射角に対する強度分布の極大値又
は極小値を与える角度の組み合わせを用いて試料の膜厚
を求める演算処理を行うものであることを特徴とする。
ーと、試料支持台と、Ｘ線検出器と、Ｘ線検出器の信号
が入力される信号処理手段とを備えるＸ線薄膜膜厚解析
装置において、Ｘ線検出器は所定の出射角範囲で試料か
ら発生される散乱Ｘ線強度を測定可能であり、信号処理
手段は、散乱Ｘ線の出射角に対する強度分布の極大値又
は極小値を与える角度の組み合わせを用いて試料の膜厚
を求める演算処理を行うものであることを特徴とする。
【００２５】試料支持台を少なくとも２次元方向に移動
可能とし、試料支持台を２次元方向に移動して試料への
Ｘ線入射位置を走査することにより薄膜試料の膜厚をマ
ッピングすることができる。Ｘ線検出器としては位置敏
感型検出器又は２次元検出器を用いるのが好ましい。Ｘ
線源とゴオニメーターとの間には、Ｘ線を単色化するた
めのＸ線フィルタ又はＸ線分光器を設置することもで
き、入射Ｘ線を試料表面に集光させる集光鏡を備えるこ
ともできる。
可能とし、試料支持台を２次元方向に移動して試料への
Ｘ線入射位置を走査することにより薄膜試料の膜厚をマ
ッピングすることができる。Ｘ線検出器としては位置敏
感型検出器又は２次元検出器を用いるのが好ましい。Ｘ
線源とゴオニメーターとの間には、Ｘ線を単色化するた
めのＸ線フィルタ又はＸ線分光器を設置することもで
き、入射Ｘ線を試料表面に集光させる集光鏡を備えるこ
ともできる。
【００２６】本発明のＸ線薄膜解析方法あるいはＸ線薄
膜膜厚解析装置によると、試料表面での測定領域の変化
無く、薄膜の膜厚を求めることが可能となる。
膜膜厚解析装置によると、試料表面での測定領域の変化
無く、薄膜の膜厚を求めることが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図３は、本発明によるＸ線薄膜膜
厚解析装置の一例を示す全体構成図である。Ｘ線源で発
生したＸ線はＸ線フィルタ又はＸ線分光器（図示せず）
で単色化し、スリット３で幅２０μｍ高さ１ｍｍの短冊
状の入射Ｘ線４に形成し、試料５に入射角２°で入射す
ることにより、試料表面でのＸ線照射領域を１ｍｍ×１
ｍｍに制限することができる。
施の形態を説明する。図３は、本発明によるＸ線薄膜膜
厚解析装置の一例を示す全体構成図である。Ｘ線源で発
生したＸ線はＸ線フィルタ又はＸ線分光器（図示せず）
で単色化し、スリット３で幅２０μｍ高さ１ｍｍの短冊
状の入射Ｘ線４に形成し、試料５に入射角２°で入射す
ることにより、試料表面でのＸ線照射領域を１ｍｍ×１
ｍｍに制限することができる。
【００２８】試料５はＸＹステージ付き試料支持台１５
に固定されたゴニオメーター１６のω軸上に配置されて
いる。また、ω軸と同軸の２θアーム１７は、２θアー
ム１７上に配置したスリット１８とＸ線検出器の一種で
あるＮａＩシンチレーションカウンター１９を動かす軸
となっている。ゴニオメーター１６の各軸とＸＹステー
ジ付き試料支持台１５のＸ、Ｙ軸はパルスモーターで駆
動されており、その制御はドライバー／コントローラ２
０を介してコンピューター２１で行っている。またＮａ
Ｉシンチレーションカウンター１９で計測したＸ線強度
はスケラー／チャンネルアナライザー２２を経由してコ
ンピューター２１に取り込み、その結果を画像表示部２
３に示す構成になっている。
に固定されたゴニオメーター１６のω軸上に配置されて
いる。また、ω軸と同軸の２θアーム１７は、２θアー
ム１７上に配置したスリット１８とＸ線検出器の一種で
あるＮａＩシンチレーションカウンター１９を動かす軸
となっている。ゴニオメーター１６の各軸とＸＹステー
ジ付き試料支持台１５のＸ、Ｙ軸はパルスモーターで駆
動されており、その制御はドライバー／コントローラ２
０を介してコンピューター２１で行っている。またＮａ
Ｉシンチレーションカウンター１９で計測したＸ線強度
はスケラー／チャンネルアナライザー２２を経由してコ
ンピューター２１に取り込み、その結果を画像表示部２
３に示す構成になっている。
【００２９】この装置を用いて入射角（ω軸）を１°に
固定し、２θアーム１７を走査して散乱Ｘ線１０の強度
分布をを測定した。散乱強度分布は横軸を散乱角、縦軸
を強度として、図２に示すような測定結果が得られた。
散乱強度にみられる振動構造１４の隣接する極小値と極
小値、極大値と極大値を与える角度から前記〔数３〕や
〔数４〕を用いて計算することにより、あるいは計測結
果をフーリエ変換して得られるフーリエピークの位置か
ら前記〔数７〕を用いて膜厚を求めることができる。
固定し、２θアーム１７を走査して散乱Ｘ線１０の強度
分布をを測定した。散乱強度分布は横軸を散乱角、縦軸
を強度として、図２に示すような測定結果が得られた。
散乱強度にみられる振動構造１４の隣接する極小値と極
小値、極大値と極大値を与える角度から前記〔数３〕や
〔数４〕を用いて計算することにより、あるいは計測結
果をフーリエ変換して得られるフーリエピークの位置か
ら前記〔数７〕を用いて膜厚を求めることができる。
【００３０】このＸ線薄膜膜厚解析装置を用いれば、測
定中の入射角変化がないため、試料表面での測定領域の
変化が無く薄膜の膜厚を求めることが可能である。その
ため試料を面内で走査し、Ｘ線の照射位置を変えて計測
し、前記〔数３〕や〔数４〕や〔数７〕を用いた解析を
測定各点で行うことにより、試料面内の膜厚マッピング
を行うことができる。この膜厚マッピングは、前述のよ
うに、面内分解能１ｍｍ×１ｍｍ程度で行うことができ
る。
定中の入射角変化がないため、試料表面での測定領域の
変化が無く薄膜の膜厚を求めることが可能である。その
ため試料を面内で走査し、Ｘ線の照射位置を変えて計測
し、前記〔数３〕や〔数４〕や〔数７〕を用いた解析を
測定各点で行うことにより、試料面内の膜厚マッピング
を行うことができる。この膜厚マッピングは、前述のよ
うに、面内分解能１ｍｍ×１ｍｍ程度で行うことができ
る。
【００３１】図４は、本発明によるＸ線薄膜膜厚解析装
置の他の例を示す全体構成図である。Ｘ線源で発生した
Ｘ線はＸ線フィルタ又はＸ線分光器（図示せず）で単色
化され、スリット３で幅２０μｍ高さ１ｍｍの短冊状の
入射Ｘ線４に形成され、試料５に入射角２°で入射する
ことにより、試料表面でのＸ線照射領域を１ｍｍ×１ｍ
ｍに制限することができる。
置の他の例を示す全体構成図である。Ｘ線源で発生した
Ｘ線はＸ線フィルタ又はＸ線分光器（図示せず）で単色
化され、スリット３で幅２０μｍ高さ１ｍｍの短冊状の
入射Ｘ線４に形成され、試料５に入射角２°で入射する
ことにより、試料表面でのＸ線照射領域を１ｍｍ×１ｍ
ｍに制限することができる。
【００３２】試料５は、ＸＹステージ付き試料支持台１
５に固定され、ゴニオメーター１６のω軸上に配置され
ている。ω軸と同軸の２θアーム１７は、２θアーム１
７上に配置した位置敏感型Ｘ線検出器の一種である位置
敏感性比例計数管２４を動かす軸となっている。ゴニオ
メーター１６の各軸とＸＹステージ付き試料支持台１５
のＸ、Ｙ軸はパルスモーターで駆動されており、その制
御はドライバー／コントローラ２０を介してコンピュー
ター２１により行われる。位置敏感性比例計数管２４で
計測されたＸ線強度は、スケラー／チャンネルアナライ
ザー２２を経由してコンピューター２１に取り込まれ、
その結果が画像表示部２３に示される構成になってい
る。
５に固定され、ゴニオメーター１６のω軸上に配置され
ている。ω軸と同軸の２θアーム１７は、２θアーム１
７上に配置した位置敏感型Ｘ線検出器の一種である位置
敏感性比例計数管２４を動かす軸となっている。ゴニオ
メーター１６の各軸とＸＹステージ付き試料支持台１５
のＸ、Ｙ軸はパルスモーターで駆動されており、その制
御はドライバー／コントローラ２０を介してコンピュー
ター２１により行われる。位置敏感性比例計数管２４で
計測されたＸ線強度は、スケラー／チャンネルアナライ
ザー２２を経由してコンピューター２１に取り込まれ、
その結果が画像表示部２３に示される構成になってい
る。
【００３３】この装置を用いて入射角（ω軸）を１°に
固定し、散乱Ｘ線１０の強度を測定すると、散乱強度分
布は横軸を位置敏感性比例計数管上の位置、縦軸を強度
として測定される。位置敏感性比例計数管上の位置を散
乱角に変換し、入射角だけ補正すると図２と同様な結果
が得られた。散乱強度にみられる振動構造１４の隣接す
る極小値と極小値、極大値と極大値を与える角度から前
記〔数３〕や〔数４〕を用いた計算により、あるいは計
測結果をフーリエ変換して得られるフーリエピークの位
置から前記〔数７〕を用いて膜厚を求めることができ
た。
固定し、散乱Ｘ線１０の強度を測定すると、散乱強度分
布は横軸を位置敏感性比例計数管上の位置、縦軸を強度
として測定される。位置敏感性比例計数管上の位置を散
乱角に変換し、入射角だけ補正すると図２と同様な結果
が得られた。散乱強度にみられる振動構造１４の隣接す
る極小値と極小値、極大値と極大値を与える角度から前
記〔数３〕や〔数４〕を用いた計算により、あるいは計
測結果をフーリエ変換して得られるフーリエピークの位
置から前記〔数７〕を用いて膜厚を求めることができ
た。
【００３４】この装置を用いることで、試料上の１点の
計測時間を従来の１２０分から０．５分に短縮すること
ができた。また、この装置を用いれば測定中の入射角変
化がないため、試料表面での測定領域の変化無く薄膜の
膜厚を求めることが可能となる。そのため、試料を面内
で走査し、Ｘ線の照射位置を変えて計測し、前記〔数
３〕や〔数４〕や〔数７〕を用いた解析を測定各点で行
うことにより、試料面内の膜厚マッピングを行うことが
できる。試料面内の膜厚分布のマッピングは、面内分解
能１ｍｍ×１ｍｍ程度で行うことができる。
計測時間を従来の１２０分から０．５分に短縮すること
ができた。また、この装置を用いれば測定中の入射角変
化がないため、試料表面での測定領域の変化無く薄膜の
膜厚を求めることが可能となる。そのため、試料を面内
で走査し、Ｘ線の照射位置を変えて計測し、前記〔数
３〕や〔数４〕や〔数７〕を用いた解析を測定各点で行
うことにより、試料面内の膜厚マッピングを行うことが
できる。試料面内の膜厚分布のマッピングは、面内分解
能１ｍｍ×１ｍｍ程度で行うことができる。
【００３５】図５は、本発明によるＸ線薄膜膜厚解析装
置の別の例を示す全体構成図である。図５は集光したＸ
線を用いた例である。Ｘ線源で発生したＸ線はＸ線フィ
ルタ又はＸ線分光器（図示せず）で単色化、平行ビーム
化され、集光鏡２５で集光される。この集束Ｘ線２６
を、スリット３で幅２０μｍ高さ０．５ｍｍの短冊状の
入射Ｘ線４に形成し、試料５に入射角２°で入射するこ
とにより、試料表面でのＸ線照射領域を０．５ｍｍ×
０．５ｍｍに制限することができた。
置の別の例を示す全体構成図である。図５は集光したＸ
線を用いた例である。Ｘ線源で発生したＸ線はＸ線フィ
ルタ又はＸ線分光器（図示せず）で単色化、平行ビーム
化され、集光鏡２５で集光される。この集束Ｘ線２６
を、スリット３で幅２０μｍ高さ０．５ｍｍの短冊状の
入射Ｘ線４に形成し、試料５に入射角２°で入射するこ
とにより、試料表面でのＸ線照射領域を０．５ｍｍ×
０．５ｍｍに制限することができた。
【００３６】試料５はＸＹステージ付き試料支持台１５
に固定されゴニオメーター１６のω軸上に配置されてい
る。また、ω軸と同軸の２θアーム１７は、２θアーム
１７上に配置した２次元検出器（ＣＣＤカメラ）２７を
動かす軸となっている。ゴニオメーター１６の各軸とＸ
Ｙステージ付き試料支持台１５のＸ、Ｙ軸はパルスモー
ターで駆動されており、その制御はドライバー／コント
ローラ２０を介してコンピューター２１で行っている。
また２次元検出器（ＣＣＤカメラ）２７の各チャンネル
で計測したＸ線強度は、スケラー／チャンネルアナライ
ザー２２を経由してコンピューター２１に取り込み、そ
の結果を画像表示部２３に示す構成になっている。
に固定されゴニオメーター１６のω軸上に配置されてい
る。また、ω軸と同軸の２θアーム１７は、２θアーム
１７上に配置した２次元検出器（ＣＣＤカメラ）２７を
動かす軸となっている。ゴニオメーター１６の各軸とＸ
Ｙステージ付き試料支持台１５のＸ、Ｙ軸はパルスモー
ターで駆動されており、その制御はドライバー／コント
ローラ２０を介してコンピューター２１で行っている。
また２次元検出器（ＣＣＤカメラ）２７の各チャンネル
で計測したＸ線強度は、スケラー／チャンネルアナライ
ザー２２を経由してコンピューター２１に取り込み、そ
の結果を画像表示部２３に示す構成になっている。
【００３７】この装置を用いて入射角（ω軸）を２°に
固定し、散乱Ｘ線１０の強度を測定し縦方向に積算する
と、散乱強度分布は横軸は２次元検出器（ＣＣＤカメ
ラ）上の位置、縦軸は強度として測定される。２次元検
出器（ＣＣＤカメラ）上の位置を散乱角に変換し、入射
角だけ補正すると図２と同様の測定結果が得られた。こ
の図５の装置の場合、前述の図３又は図４の装置に比べ
て入射Ｘ線を集束していること、Ｘ線に角度広がりがあ
ることにより、散乱Ｘ線の強度が増加した。しかし、散
乱強度分布に見られる振動構造１４の周期は変化しなか
った。したがって、前記装置と同様に、隣接する極小値
と極小値、極大値と極大値を与える角度から前記〔数
３〕や〔数４〕を用いて計算を行うことにより、あるい
は計測結果をフーリエ変換して得られるフーリエピーク
の位置から前記〔数７〕を用いて試料の膜厚を求めるこ
とができた。
固定し、散乱Ｘ線１０の強度を測定し縦方向に積算する
と、散乱強度分布は横軸は２次元検出器（ＣＣＤカメ
ラ）上の位置、縦軸は強度として測定される。２次元検
出器（ＣＣＤカメラ）上の位置を散乱角に変換し、入射
角だけ補正すると図２と同様の測定結果が得られた。こ
の図５の装置の場合、前述の図３又は図４の装置に比べ
て入射Ｘ線を集束していること、Ｘ線に角度広がりがあ
ることにより、散乱Ｘ線の強度が増加した。しかし、散
乱強度分布に見られる振動構造１４の周期は変化しなか
った。したがって、前記装置と同様に、隣接する極小値
と極小値、極大値と極大値を与える角度から前記〔数
３〕や〔数４〕を用いて計算を行うことにより、あるい
は計測結果をフーリエ変換して得られるフーリエピーク
の位置から前記〔数７〕を用いて試料の膜厚を求めるこ
とができた。
【００３８】この装置によると、１点の計測時間を、前
述の装置同様に従来の１２０分から０．５分に短縮する
ことができた。また、この装置を用いれば測定中の入射
角変化がないため、試料表面での測定領域の変化無く膜
厚を求めることができる。これにより試料を面内で走査
し、Ｘ線の照射位置を変えて計測し、前記〔数３〕や
〔数４〕や〔数７〕を用いた解析を測定各点で行うこと
により、試料面内の膜厚マッピングを行うことができ
る。この膜厚マッピングは、面内分解能１ｍｍ×１ｍｍ
程度で行うことができる。
述の装置同様に従来の１２０分から０．５分に短縮する
ことができた。また、この装置を用いれば測定中の入射
角変化がないため、試料表面での測定領域の変化無く膜
厚を求めることができる。これにより試料を面内で走査
し、Ｘ線の照射位置を変えて計測し、前記〔数３〕や
〔数４〕や〔数７〕を用いた解析を測定各点で行うこと
により、試料面内の膜厚マッピングを行うことができ
る。この膜厚マッピングは、面内分解能１ｍｍ×１ｍｍ
程度で行うことができる。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、試料表面での測定領域
の変化無く試料面内の各測定点で膜厚を求めることがで
き、試料を面内走査することで試料面内の膜厚マッピン
グを高精度かつ迅速に行うことができる。さらに、位置
敏感型Ｘ線検出器又は２次元Ｘ線検出器を散乱強度の計
測に用いることにより、１点の測定時間を短縮すること
ができ、より迅速な膜厚マッピングが可能となる。
の変化無く試料面内の各測定点で膜厚を求めることがで
き、試料を面内走査することで試料面内の膜厚マッピン
グを高精度かつ迅速に行うことができる。さらに、位置
敏感型Ｘ線検出器又は２次元Ｘ線検出器を散乱強度の計
測に用いることにより、１点の測定時間を短縮すること
ができ、より迅速な膜厚マッピングが可能となる。
【図１】（ａ）は散乱Ｘ線の強度分布測定のための装置
の概略図、（ｂ）は（ａ）中の円で示した部分の拡大図
であり、薄膜でのＸ線の散乱を説明する図。
の概略図、（ｂ）は（ａ）中の円で示した部分の拡大図
であり、薄膜でのＸ線の散乱を説明する図。
【図２】散乱Ｘ線強度の出射角依存性を示す図。
【図３】本発明によるＸ線薄膜膜厚解析装置の一例の全
体構成図。
体構成図。
【図４】本発明によるＸ線薄膜膜厚解析装置の他の例の
全体構成図。
全体構成図。
【図５】本発明によるＸ線薄膜膜厚解析装置の他の例の
全体構成図。
全体構成図。
１ Ｘ線源 ２ Ｘ線分光器 ３ スリット ４ 入射Ｘ線 ５ 試料 ６ 薄膜 ７ 基板 ８ 界面で散乱されたＸ線 ９ 表面で散乱されたＸ線 １０ 散乱Ｘ線 １１ Ｘ線検出器 １２ 鏡面反射ピーク １３ ヨネダ・ウイング １４ 振動構造 １５ ＸＹステージ付き試料支持台 １６ ゴニオメーター １７ ２θアーム １８ スリット １９ ＮａＩシンチレーションカウンター ２０ ドライバー／コントローラ ２１ コンピュータ ２２ スケーラ／チャンネルアナライザー ２３ 画像出力装置 ２４ 位置敏感性比例計数管 ２５ 集光鏡 ２６ 集束Ｘ線 ２７ ２次元Ｘ線検出器（ＣＣＤカメラ）
Claims (9)
- 【請求項１】 単色Ｘ線を所定の入射角度で薄膜試料に
入射させて前記試料から発生される散乱Ｘ線の出射角に
対する強度分布を測定し、前記強度分布の極大値又は極
小値を与える出射角の組み合わせを用いて薄膜の膜厚を
求めることを特徴とするＸ線薄膜膜厚解析方法。 - 【請求項２】 請求項１記載のＸ線薄膜膜厚解析方法に
おいて、 前記単色Ｘ線の波長をλ、前記薄膜の全反射臨界角をθ
c とするとき、前記強度分布の隣り合う極大値と極小値
を与える出射角α1，α2から、薄膜の膜厚ｔを下式によ
り求めることを特徴とするＸ線薄膜膜厚解析方法。 ｔ＝λ／｛２｜（α1 2 −θc 2）1/2−（α2 2 −θc 2）
1/2｜｝ - 【請求項３】 請求項１記載のＸ線薄膜膜厚解析方法に
おいて、 散乱Ｘ線強度の角度分布をフーリェ変換して得られるピ
ーク周波数から薄膜の膜厚を求めることを特徴とするＸ
線薄膜膜厚解析方法。 - 【請求項４】 請求項３記載のＸ線薄膜膜厚解析方法に
おいて、 前記ピーク周波数をｈとするとき、薄膜の膜厚ｔを下式
により求めることを特徴とするＸ線薄膜膜厚解析方法。 ｔ＝λｈ／２π - 【請求項５】 Ｘ線源と、ゴニオメーターと、試料支持
台と、Ｘ線検出器と、前記Ｘ線検出器の信号が入力され
る信号処理手段とを備えるＸ線薄膜膜厚解析装置におい
て、 前記Ｘ線検出器は所定の出射角範囲で試料から発生され
る散乱Ｘ線強度を測定可能であり、前記信号処理手段
は、前記散乱Ｘ線の出射角に対する強度分布の極大値又
は極小値を与える角度の組み合わせを用いて試料の膜厚
を求める演算処理を行うものであることを特徴とするＸ
線薄膜膜厚解析装置。 - 【請求項６】 請求項５記載のＸ線薄膜膜厚解析装置に
おいて、 前記試料支持台は少なくとも２次元方向に移動可能であ
り、前記試料支持台を２次元方向に移動して試料へのＸ
線入射位置を走査することにより薄膜試料の膜厚をマッ
ピングする機能を有することを特徴とするＸ線薄膜膜厚
解析装置。 - 【請求項７】 請求項５又は６記載のＸ線薄膜膜厚解析
装置において、前記Ｘ線検出器として位置敏感型検出器
又は２次元検出器を用いることを特徴とするＸ線薄膜膜
厚解析装置。 - 【請求項８】 請求項５、６又は７記載のＸ線薄膜膜厚
解析装置において、前記Ｘ線源と前記ゴオニメーターと
の間にＸ線フィルタ又はＸ線分光器を設置したことを特
徴とするＸ線薄膜膜厚解析装置。 - 【請求項９】 請求項５〜８のいずれか１項記載のＸ線
薄膜膜厚解析装置において、入射Ｘ線を試料表面に集光
させる集光鏡を備えることを特徴とするＸ線薄膜膜厚解
析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23318796A JP3856500B2 (ja) | 1996-09-03 | 1996-09-03 | Ｘ線薄膜膜厚解析方法及び解析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23318796A JP3856500B2 (ja) | 1996-09-03 | 1996-09-03 | Ｘ線薄膜膜厚解析方法及び解析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1078313A true JPH1078313A (ja) | 1998-03-24 |
| JP3856500B2 JP3856500B2 (ja) | 2006-12-13 |
Family
ID=16951110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23318796A Expired - Fee Related JP3856500B2 (ja) | 1996-09-03 | 1996-09-03 | Ｘ線薄膜膜厚解析方法及び解析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3856500B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009109387A (ja) * | 2007-10-31 | 2009-05-21 | Fujitsu Ltd | 試料分析装置および試料分析方法 |
-
1996
- 1996-09-03 JP JP23318796A patent/JP3856500B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009109387A (ja) * | 2007-10-31 | 2009-05-21 | Fujitsu Ltd | 試料分析装置および試料分析方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3856500B2 (ja) | 2006-12-13 |
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