JPH11174003A - ２波長ｘ線散乱法および薄膜評価装置 - Google Patents
２波長ｘ線散乱法および薄膜評価装置Info
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- JPH11174003A JPH11174003A JP9344653A JP34465397A JPH11174003A JP H11174003 A JPH11174003 A JP H11174003A JP 9344653 A JP9344653 A JP 9344653A JP 34465397 A JP34465397 A JP 34465397A JP H11174003 A JPH11174003 A JP H11174003A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】試料の軸立てを迅速，簡便に行う方法とその方
法を用いた薄膜評価装置を提供すること。 【解決手段】Ｘ線源，ゴニオメーター，試料支持台，Ｘ
線検出器，前記Ｘ線検出器の信号が入力される信号処理
手段を有する薄膜評価装置を用い、Ｘ線を所定の入射角
度で試料に入射させ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２波長以上で計測する。
法を用いた薄膜評価装置を提供すること。 【解決手段】Ｘ線源，ゴニオメーター，試料支持台，Ｘ
線検出器，前記Ｘ線検出器の信号が入力される信号処理
手段を有する薄膜評価装置を用い、Ｘ線を所定の入射角
度で試料に入射させ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２波長以上で計測する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＸ線を用いた試料軸
立て方法およびそれを用いた薄膜評価装置に関する発明
である。
立て方法およびそれを用いた薄膜評価装置に関する発明
である。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスや磁気ヘッド素子の微細
化，小型化により、素子を構成する薄膜の極薄膜化が進
んでいる。このような、極薄膜の物性（結晶構造，膜
厚，結晶粒径，表面不純物濃度）計測はデバイスの開発
において、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。
化，小型化により、素子を構成する薄膜の極薄膜化が進
んでいる。このような、極薄膜の物性（結晶構造，膜
厚，結晶粒径，表面不純物濃度）計測はデバイスの開発
において、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】極薄膜の評価の手段として、表面の元素濃
度計測には全反射蛍光Ｘ線装置が、また極薄膜の膜厚計
測にはＸ線反射率法が、薄膜の結晶性評価には斜入射Ｘ
線回折法が、表面形状を測定する方法として斜入射Ｘ線
散漫散乱測定法がある。
度計測には全反射蛍光Ｘ線装置が、また極薄膜の膜厚計
測にはＸ線反射率法が、薄膜の結晶性評価には斜入射Ｘ
線回折法が、表面形状を測定する方法として斜入射Ｘ線
散漫散乱測定法がある。
【０００４】これら手法のコアの技術の一つが斜入射Ｘ
線法がある。この方法はＸ線を試料表面すれすれ（Ｘ線
の全反射近傍）に入射し、主に薄膜（表面）からの情報
を得る方法である。この方法は、Ｘ線を試料表面すれす
れに入射する必要があり、その入射角度制御が測定精
度，再現性に大きく影響する。
線法がある。この方法はＸ線を試料表面すれすれ（Ｘ線
の全反射近傍）に入射し、主に薄膜（表面）からの情報
を得る方法である。この方法は、Ｘ線を試料表面すれす
れに入射する必要があり、その入射角度制御が測定精
度，再現性に大きく影響する。
【０００５】従来、試料表面とＸ線を平行にする作業
（以後、軸立て作業と呼ぶ）は１）入射Ｘ線の強度が当
初の５０％になるように試料をＸ線を遮るように移動、
２）入射Ｘ線，試料表面の法線で構成される散乱面に垂
直な軸で試料を回転し、入射Ｘ線強度が最大になる角度
に調整。この１），２）の作業を繰り返し、最大強度が
当初の５０％、試料を回転すると強度が減少する様に試
料を調整する。この方法は半割り法と呼ばれているが精
度０.１°程度と低い。
（以後、軸立て作業と呼ぶ）は１）入射Ｘ線の強度が当
初の５０％になるように試料をＸ線を遮るように移動、
２）入射Ｘ線，試料表面の法線で構成される散乱面に垂
直な軸で試料を回転し、入射Ｘ線強度が最大になる角度
に調整。この１），２）の作業を繰り返し、最大強度が
当初の５０％、試料を回転すると強度が減少する様に試
料を調整する。この方法は半割り法と呼ばれているが精
度０.１°程度と低い。
【０００６】別の方法としては試料のＸ線の全反射角θ
ｃを用いる方法がある。試料の複素屈折率をｎとすると
ｎ＝１−δ−ｉβ，θｃ＝（２δ)0.5の関係があり、測
定試料の全反射角を測定し、入射角の原点を決める方法
である。
ｃを用いる方法がある。試料の複素屈折率をｎとすると
ｎ＝１−δ−ｉβ，θｃ＝（２δ)0.5の関係があり、測
定試料の全反射角を測定し、入射角の原点を決める方法
である。
【０００７】この方法は、ほとんどの試料の場合、複素
屈折率が未知のため、試料のバクル密度と構成元素の濃
度から求めた理論値を用いて全反射角を計測する必要が
ある。このため、この方法での角度の精度は０.０２°
程度になる。
屈折率が未知のため、試料のバクル密度と構成元素の濃
度から求めた理論値を用いて全反射角を計測する必要が
ある。このため、この方法での角度の精度は０.０２°
程度になる。
【０００８】また、富士通の特願平7−260712 号出願に
書いた方法がある。この方法は試料を回転させながら、
全反射角を測定し、その角度が試料の回転によって変化
しないように軸立てする方法がある。この方法を用いれ
ば０.００５° の精度で軸立てができる。
書いた方法がある。この方法は試料を回転させながら、
全反射角を測定し、その角度が試料の回転によって変化
しないように軸立てする方法がある。この方法を用いれ
ば０.００５° の精度で軸立てができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、試料表面はそ
の薄膜形成過程でほとんどの場合反っている。反った試
料軸立て方法を用いた場合、その再現性は大きく低下す
る。このような場合、前述の斜入射Ｘ線を用いた試料評
価法は、その測定精度，再現性が低下することになる。
の薄膜形成過程でほとんどの場合反っている。反った試
料軸立て方法を用いた場合、その再現性は大きく低下す
る。このような場合、前述の斜入射Ｘ線を用いた試料評
価法は、その測定精度，再現性が低下することになる。
【００１０】そこで、高い精度と再現精度よく試料を評
価するには反りに影響されにくいＸ線の入射角度の高精
度決定方法が必要である。
価するには反りに影響されにくいＸ線の入射角度の高精
度決定方法が必要である。
【００１１】また、反った試料をマッピング測定する場
合、試料位置を変えると入射角が多少変化する。この変
化量をなくすには、再度軸立てをする必要がある。現実
的には測定時間の都合から軸立てをしないで、そのまま
入射角の変化量が小さいとして測定しているため、測定
場所により、精度が異なり、再現性を悪くする原因とな
る。
合、試料位置を変えると入射角が多少変化する。この変
化量をなくすには、再度軸立てをする必要がある。現実
的には測定時間の都合から軸立てをしないで、そのまま
入射角の変化量が小さいとして測定しているため、測定
場所により、精度が異なり、再現性を悪くする原因とな
る。
【００１２】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、試料表面へのＸ線の入射角を短時間で高精
度に決定し、試料の軸立てを素早く、高精度に実施する
方法と本軸立て方法を用いた薄膜評価装置を提供するこ
とにある。
題点に鑑み、試料表面へのＸ線の入射角を短時間で高精
度に決定し、試料の軸立てを素早く、高精度に実施する
方法と本軸立て方法を用いた薄膜評価装置を提供するこ
とにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は２波長以上を含
む入射Ｘ線と試料を保持する試料支持台、試料を移動，
回転させるゴニオメーター、試料の回転軸と同軸で回転
するテーブルに配置されたＸ線検出器で構成される装置
において、入射Ｘ線に平行になるように前記、半割り法
などで試料調整する。次に、所定の入射角度で試料にＸ
線を入射させ試料から発生する散乱Ｘ線の出射角に対す
る強度分布を、２波長以上で計測し、それぞれの波長で
測定した強度分布におけるピーク位置の差から入射角度
を正確に決定することを特徴とする。
む入射Ｘ線と試料を保持する試料支持台、試料を移動，
回転させるゴニオメーター、試料の回転軸と同軸で回転
するテーブルに配置されたＸ線検出器で構成される装置
において、入射Ｘ線に平行になるように前記、半割り法
などで試料調整する。次に、所定の入射角度で試料にＸ
線を入射させ試料から発生する散乱Ｘ線の出射角に対す
る強度分布を、２波長以上で計測し、それぞれの波長で
測定した強度分布におけるピーク位置の差から入射角度
を正確に決定することを特徴とする。
【００１４】前記散乱Ｘ線の強度分布を計測する波長
は、Ｘ線源に用いた金属のＫα線，Ｋβ線などの特性Ｘ
線を用いることを特徴とする。
は、Ｘ線源に用いた金属のＫα線，Ｋβ線などの特性Ｘ
線を用いることを特徴とする。
【００１５】前記散乱Ｘ線の強度分布のヨネダピークに
着目し、２波長λ１，λ２で計測した前記ピーンの散乱
角θ１，θ２から、Ｘ線の入射角度ωを式（１）
着目し、２波長λ１，λ２で計測した前記ピーンの散乱
角θ１，θ２から、Ｘ線の入射角度ωを式（１）
【００１６】
【数２】 ω＝θ１−λ１（θ１−θ２)／(λ１−λ２） …（２） にしたがって決定することを特徴とする。
【００１７】また本発明は２波長以上を含むＸ線と試料
を保持する試料支持台，ゴニオメーター，Ｘ線検出器，
Ｘ線検出器の信号が入力される信号処理手段で構成され
る薄膜評価装置において、前記試料軸立て方法を用い入
射角度を正確に決定することを特徴とする。
を保持する試料支持台，ゴニオメーター，Ｘ線検出器，
Ｘ線検出器の信号が入力される信号処理手段で構成され
る薄膜評価装置において、前記試料軸立て方法を用い入
射角度を正確に決定することを特徴とする。
【００１８】前記散乱Ｘ線を２波長以上に分光するため
に、試料とＸ線検出器の間に分光素子を備える、または
前記Ｘ線検出器として半導体検出器を用いることを特徴
とする。
に、試料とＸ線検出器の間に分光素子を備える、または
前記Ｘ線検出器として半導体検出器を用いることを特徴
とする。
【００１９】以下、図面を用いて本発明の原理を説明す
る。
る。
【００２０】図３は本発明の軸立て方法のフローであ
る。Ｘ線に対する試料の屈折率ｎは、屈折率の実数部を
δ，虚数部をβ，Ｎａをアボガドロ数，古典電子半径を
ｒ０，Ｘ線の波長をλ，ρｊを密度，原子密度をＡｊ，
Ｚは原子番号，ｆ′ｊは原子散乱因子の異常分散項，μ
を吸収係数とすると、式（３）,（４）,（５）に示す様
に、Ｘ線の波長λと共に変化する。全反射角θｃと屈折
率ｎは式（３)〜(６）に示す関係がある。
る。Ｘ線に対する試料の屈折率ｎは、屈折率の実数部を
δ，虚数部をβ，Ｎａをアボガドロ数，古典電子半径を
ｒ０，Ｘ線の波長をλ，ρｊを密度，原子密度をＡｊ，
Ｚは原子番号，ｆ′ｊは原子散乱因子の異常分散項，μ
を吸収係数とすると、式（３）,（４）,（５）に示す様
に、Ｘ線の波長λと共に変化する。全反射角θｃと屈折
率ｎは式（３)〜(６）に示す関係がある。
【００２１】
【数３】 ｎ＝１−δ−ｉβ …（３）
【００２２】
【数４】 δ＝(Ｎａｒ０／２π)λ2Σ(ρｊ／Ａｊ)(Ｚｊ＋ｆ′ｊ） …（４）
【００２３】
【数５】 β＝μλ／４π …（５）
【００２４】
【数６】 θｃ＝（２δ)0.5 …（６） それぞれの波長で測定された散乱強度は図３の２０，２
１に図示した。
１に図示した。
【００２５】散乱強度分布はヨネダピークの位置２２と
鏡面反射の位置２３にピークをもつ。ヨネダピーク２２
は試料表面からの出射角αが全反射角θｃのとき、最大
強度を与える。波長を変えてヨネダピークの位置の差を
測定することで、試料表面の屈折率の実数部δを高精度
に求めることができる。
鏡面反射の位置２３にピークをもつ。ヨネダピーク２２
は試料表面からの出射角αが全反射角θｃのとき、最大
強度を与える。波長を変えてヨネダピークの位置の差を
測定することで、試料表面の屈折率の実数部δを高精度
に求めることができる。
【００２６】このとき、特性Ｘ線を用いれば、その波長
が高い精度で決まっているため屈折率の決定精度も向上
する。ヨネダピークが得られる散乱角はω＋θｃになる
ため、式（４）を用いてθｃを決めることにより、ωが
高精度に決定できる。本方法を用いれば、試料の測定位
置で高精度に入射角を決定することが可能となる。
が高い精度で決まっているため屈折率の決定精度も向上
する。ヨネダピークが得られる散乱角はω＋θｃになる
ため、式（４）を用いてθｃを決めることにより、ωが
高精度に決定できる。本方法を用いれば、試料の測定位
置で高精度に入射角を決定することが可能となる。
【００２７】図４を用いて試料が反っている場合の調整
方法を説明する。
方法を説明する。
【００２８】試料が反っている場合、入射角を所定の値
にし、検出器を走査して散乱強度分布を２波長で測定し
ます。測定はヨネダピークの位置θｃ１，θｃ２と鏡面
反射ピークの位置θｒを決定できるようにする。ヨネダ
ピークの位置は前述したように波長によって変化する
が、鏡面反射ピークの位置は波長によらず、試料表面に
対する入射角の２倍の位置になる。
にし、検出器を走査して散乱強度分布を２波長で測定し
ます。測定はヨネダピークの位置θｃ１，θｃ２と鏡面
反射ピークの位置θｒを決定できるようにする。ヨネダ
ピークの位置は前述したように波長によって変化する
が、鏡面反射ピークの位置は波長によらず、試料表面に
対する入射角の２倍の位置になる。
【００２９】つまり、前記方法で入射角ωをもとめる
と、θｒ＝２ωとなるはずである。試料が反っている場
合、測定位置が中心をはずれるに従い、Ｚ軸の値も中心
の場合と異なる。このＺ方向の差は鏡面反射ピーク位置
がずれることで検出できる。そこでθｒ＝２ωとなるよ
うに、Ｚ軸を調整することで、Ｚ軸の補正ができる。本
軸立て方法を用いれば、反った試料のマッピング測定で
も測定位置で高精度な軸立てが可能となる。
と、θｒ＝２ωとなるはずである。試料が反っている場
合、測定位置が中心をはずれるに従い、Ｚ軸の値も中心
の場合と異なる。このＺ方向の差は鏡面反射ピーク位置
がずれることで検出できる。そこでθｒ＝２ωとなるよ
うに、Ｚ軸を調整することで、Ｚ軸の補正ができる。本
軸立て方法を用いれば、反った試料のマッピング測定で
も測定位置で高精度な軸立てが可能となる。
【００３０】
【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。
施の形態を説明する。
【００３１】（実施例１）図１は本発明による薄膜検査
装置の一例を示す装置構成図である。Ｘ線源で発生した
Ｘ線は、スリット２で幅５０μｍ，高さ５mmの短冊状に
入射Ｘ線１３に形成し、試料３に入射する。試料３はＸ
ＹＺステージ付き試料支持台４に固定されゴニオメータ
ー７のω軸上に配置されている。またω軸と同軸の２θ
アーム８は、２θアーム８上に配置した分光素子５とＸ
線検出器６を動かす軸となっている。
装置の一例を示す装置構成図である。Ｘ線源で発生した
Ｘ線は、スリット２で幅５０μｍ，高さ５mmの短冊状に
入射Ｘ線１３に形成し、試料３に入射する。試料３はＸ
ＹＺステージ付き試料支持台４に固定されゴニオメータ
ー７のω軸上に配置されている。またω軸と同軸の２θ
アーム８は、２θアーム８上に配置した分光素子５とＸ
線検出器６を動かす軸となっている。
【００３２】ゴニオメーター７の各軸とＸＹＺステージ
付き試料支持台４のＸ，Ｙ，Ｚ軸、分光素子５の駆動軸
（図示せず）はパルスモータで駆動されており、その制
御はドライバー／コントローラ１０を介してコンピュー
タ１２で行っている。またＸ線検出器５で計測したＸ線
強度はチャンネルアナライザ９を経由してコンピュータ
１２に取り込み、その結果をＣＲＴ１１に表示する構成
になっている。
付き試料支持台４のＸ，Ｙ，Ｚ軸、分光素子５の駆動軸
（図示せず）はパルスモータで駆動されており、その制
御はドライバー／コントローラ１０を介してコンピュー
タ１２で行っている。またＸ線検出器５で計測したＸ線
強度はチャンネルアナライザ９を経由してコンピュータ
１２に取り込み、その結果をＣＲＴ１１に表示する構成
になっている。
【００３３】図２は本発明の概念図である。ＣｕＸ線源
１で発生したＸ線はスリット２を形成し、試料に入射角
ω１７で試料３に入射する。試料３で散乱角２θ１９，
出射角α１８方向に散乱されたＸ線を分光素子５でＣｕ
Ｋα、またはＣｕＫβに分光し、Ｘ線検出器６で散乱強
度を測定する。
１で発生したＸ線はスリット２を形成し、試料に入射角
ω１７で試料３に入射する。試料３で散乱角２θ１９，
出射角α１８方向に散乱されたＸ線を分光素子５でＣｕ
Ｋα、またはＣｕＫβに分光し、Ｘ線検出器６で散乱強
度を測定する。
【００３４】図２（ａ）は分光素子は分光素子１枚型で
あり、図２（ｂ）はチャンネルカット型分光素子を用い
た方法である。どちらの方法も、Ｘ線検出器としてシン
チレーションカウンターを用いた。本実施例では試料と
して燐化ニッケルをアルミニウム基板の上に２〜３μｍ
程度メッキした試料を用いた。
あり、図２（ｂ）はチャンネルカット型分光素子を用い
た方法である。どちらの方法も、Ｘ線検出器としてシン
チレーションカウンターを用いた。本実施例では試料と
して燐化ニッケルをアルミニウム基板の上に２〜３μｍ
程度メッキした試料を用いた。
【００３５】この装置を用いて、試料の半割り法による
軸立てを行う。１）入射Ｘ線の強度が当初の５０％にな
るように試料がＸ線を遮るように試料台４のＺ軸を移動
させる。２）ゴニオメーターのω軸で試料を回転し、入
射ｘ線強度が最大になる角度に調整する。この１），
２）の作業を繰り返し、最大強度が当初の５０％、試料
を回転させると強度が減少するように試料を調整する。
軸立てを行う。１）入射Ｘ線の強度が当初の５０％にな
るように試料がＸ線を遮るように試料台４のＺ軸を移動
させる。２）ゴニオメーターのω軸で試料を回転し、入
射ｘ線強度が最大になる角度に調整する。この１），
２）の作業を繰り返し、最大強度が当初の５０％、試料
を回転させると強度が減少するように試料を調整する。
【００３６】次に、入射角ω１７を０.５° に固定し、
分光素子５で入射Ｘ線の内ＣｕＫαだけがＸ線検出器６
に入るようにする。２θ角を０.５°から０.９°まで走
査する。このとき、測定点の間隔を０.００２° とし、
それぞれの測定点で、分光素子を動かし、波長がＣｕＫ
α，ＣｕＫβのときの散乱強度を測定する。得られた結
果を図３の２０，２１に示す。分光素子をＣｕＫαの条
件で散乱強度２０を測定したのち、分光素子をＣｕＫβ
の条件に変更し再度散乱強度２１を測定しても同様の結
果が得られる。
分光素子５で入射Ｘ線の内ＣｕＫαだけがＸ線検出器６
に入るようにする。２θ角を０.５°から０.９°まで走
査する。このとき、測定点の間隔を０.００２° とし、
それぞれの測定点で、分光素子を動かし、波長がＣｕＫ
α，ＣｕＫβのときの散乱強度を測定する。得られた結
果を図３の２０，２１に示す。分光素子をＣｕＫαの条
件で散乱強度２０を測定したのち、分光素子をＣｕＫβ
の条件に変更し再度散乱強度２１を測定しても同様の結
果が得られる。
【００３７】図３は得られた散乱強度分布とその処理の
フローである。測定された散乱強度を、コンピュータに
取り込みこのプロファイルの最大値と最小値の角度を求
める。最大値を与える角度をθｃ１，最小値を与える角
度をθｃ２とすると、入射角ωは
フローである。測定された散乱強度を、コンピュータに
取り込みこのプロファイルの最大値と最小値の角度を求
める。最大値を与える角度をθｃ１，最小値を与える角
度をθｃ２とすると、入射角ωは
【００３８】
【数７】 ω＝θc1−λCuka(θc1−θc2）／（λCuka−λCukb) …（７） で求めることができる。
【００３９】反った試料の場合の軸立て方法のフローを
図４に示す。反った試料では２θ角の走査範囲を０.５
°から１.２°までに広げ、鏡面反射ピーク位置も測定
する。ヨネダピーク２２の波長による差から入射角ωを
前述の方法と同様に求める。
図４に示す。反った試料では２θ角の走査範囲を０.５
°から１.２°までに広げ、鏡面反射ピーク位置も測定
する。ヨネダピーク２２の波長による差から入射角ωを
前述の方法と同様に求める。
【００４０】次に鏡面反射ピークの位置をθｒとすると
２ω＝θｒとなるように試料台のＺ軸を走査する。Ｚ軸
を調整することで、反りの影響によるＺ軸のずれ２４の
補正ができる。このとき、試料は入射角ωで、試料表面
がゴニオメーターの回転軸と一致し軸立てが完了する。
本軸立て方法を用いれば、反った試料のマッピング測定
でも測定位置で高精度な軸立てが可能となる。
２ω＝θｒとなるように試料台のＺ軸を走査する。Ｚ軸
を調整することで、反りの影響によるＺ軸のずれ２４の
補正ができる。このとき、試料は入射角ωで、試料表面
がゴニオメーターの回転軸と一致し軸立てが完了する。
本軸立て方法を用いれば、反った試料のマッピング測定
でも測定位置で高精度な軸立てが可能となる。
【００４１】前軸立て方法を全反射蛍光Ｘ線装置，Ｘ線
反射率法，斜入射Ｘ線回折法斜入射Ｘ線散漫散乱測定法
の試料の軸立てに適用することにより再現性の良い、高
精度な薄膜解析が可能となる。
反射率法，斜入射Ｘ線回折法斜入射Ｘ線散漫散乱測定法
の試料の軸立てに適用することにより再現性の良い、高
精度な薄膜解析が可能となる。
【００４２】（実施例２）図５は本発明による薄膜検査
装置の別の一例を示す概念図である。ＣｕＸ線源１で発
生したＸ線はスリット２で幅５０μｍ，高さ５mmの短冊
状に入射Ｘ線に形成し、試料に入射する。試料３はＸＹ
Ｚステージ付き試料支持台４に固定されゴニオメーター
７のω軸上に配置されている。またω軸と同軸の２θア
ーム８は、２θアーム８上に配置したスリット４とＸ線
検出器６の１種である半導体検出器を動かす軸となって
いる。
装置の別の一例を示す概念図である。ＣｕＸ線源１で発
生したＸ線はスリット２で幅５０μｍ，高さ５mmの短冊
状に入射Ｘ線に形成し、試料に入射する。試料３はＸＹ
Ｚステージ付き試料支持台４に固定されゴニオメーター
７のω軸上に配置されている。またω軸と同軸の２θア
ーム８は、２θアーム８上に配置したスリット４とＸ線
検出器６の１種である半導体検出器を動かす軸となって
いる。
【００４３】ゴニオメーターの各軸とＸＹＺステージ付
き試料支持台４のＸ，Ｙ，Ｚ軸はパルスモータで駆動さ
れており、その制御はドライバー／コントローラ１０を
介してコンピュータ１２で行っている。また半導体検出
器で計測したＸ線強度はマルチチャンネルアナライザ９
を経由してエネルギー分解し、強度をコンピュータ１２
に取り込み、その結果をＣＲＴ１１上に表示する構成に
なっている。ここでは試料として燐化ニッケルをアルミ
ニウム基板の上に２〜３μｍ程度メッキした試料を用い
た。
き試料支持台４のＸ，Ｙ，Ｚ軸はパルスモータで駆動さ
れており、その制御はドライバー／コントローラ１０を
介してコンピュータ１２で行っている。また半導体検出
器で計測したＸ線強度はマルチチャンネルアナライザ９
を経由してエネルギー分解し、強度をコンピュータ１２
に取り込み、その結果をＣＲＴ１１上に表示する構成に
なっている。ここでは試料として燐化ニッケルをアルミ
ニウム基板の上に２〜３μｍ程度メッキした試料を用い
た。
【００４４】この装置を用いて、試料の半割り法による
軸立てを行う。１）入射Ｘ線の強度が当初の５０％にな
るように試料がＸ線を遮るようにＺ軸で移動する。２）
ゴニオメーターのω軸で試料を回転し、入射Ｘ線強度が
最大になる角度に調整する。この１），２）の作業を繰
り返し、最大強度が当初の５０％、試料を回転させると
強度が減少するように試料を調整する。
軸立てを行う。１）入射Ｘ線の強度が当初の５０％にな
るように試料がＸ線を遮るようにＺ軸で移動する。２）
ゴニオメーターのω軸で試料を回転し、入射Ｘ線強度が
最大になる角度に調整する。この１），２）の作業を繰
り返し、最大強度が当初の５０％、試料を回転させると
強度が減少するように試料を調整する。
【００４５】次に、入射角（ω軸）を０.５° に固定
し、２θ角を０.５°から０.９まで走査する。このと
き、測定点の間隔を０.００２° とし、半導体検出器で
波長がＣｕＫα，ＣｕＫβの散乱強度を測定する。本実
施例では半導体検出器を用いることにより、複数の波長
のＸ線強度を同時に測定できる。実施例１と比較して、
軸立て時間を７５％程度短縮することが可能となった。
し、２θ角を０.５°から０.９まで走査する。このと
き、測定点の間隔を０.００２° とし、半導体検出器で
波長がＣｕＫα，ＣｕＫβの散乱強度を測定する。本実
施例では半導体検出器を用いることにより、複数の波長
のＸ線強度を同時に測定できる。実施例１と比較して、
軸立て時間を７５％程度短縮することが可能となった。
【００４６】図３は得られた散乱強度分布とその処理フ
ローである。測定された散乱強度は、コンピュータに取
り込みこのプロファイルの最大値と最小値の角度を求め
る。最大値を与える角度をθｃ１，最小値を与える角度
をθｃ２とすると、入射角ωは、
ローである。測定された散乱強度は、コンピュータに取
り込みこのプロファイルの最大値と最小値の角度を求め
る。最大値を与える角度をθｃ１，最小値を与える角度
をθｃ２とすると、入射角ωは、
【００４７】
【数８】 ω＝θc1−λCuka(θc1−θc2）／（λCuka−λCukb) …（８） で求めることができる。
【００４８】反った試料の場合の軸立て方法のフローを
図４に示す。反った試料では２θ角の走査範囲を０.５
°から１.２°までに広げ、鏡面反射ピーク位置も測定
する。ヨネダピーク２２の波長による差から入射角ωを
前述の方法と同様に求める。次に鏡面反射ピークの位置
をθｒとすると２ω＝θｒとなるように試料台のＺ軸を
走査する。Ｚ軸を調整することで、反りの影響によるＺ
軸のずれ２４の補正ができる。このとき、試料は入射角
ωで、試料表面がゴニオメーターの回転軸と一致し軸立
てが完了する。
図４に示す。反った試料では２θ角の走査範囲を０.５
°から１.２°までに広げ、鏡面反射ピーク位置も測定
する。ヨネダピーク２２の波長による差から入射角ωを
前述の方法と同様に求める。次に鏡面反射ピークの位置
をθｒとすると２ω＝θｒとなるように試料台のＺ軸を
走査する。Ｚ軸を調整することで、反りの影響によるＺ
軸のずれ２４の補正ができる。このとき、試料は入射角
ωで、試料表面がゴニオメーターの回転軸と一致し軸立
てが完了する。
【００４９】本軸立て方法は短時間軸立てが可能なた
め、反った試料のマッピング測定時に測定位置毎に本軸
立て方法を実施することにより、高精度な薄膜マッピン
グ測定が可能となる。
め、反った試料のマッピング測定時に測定位置毎に本軸
立て方法を実施することにより、高精度な薄膜マッピン
グ測定が可能となる。
【００５０】前記軸立て方法を全反射蛍光Ｘ線装置，Ｘ
線反射率法，斜入射Ｘ線回折法斜入射Ｘ線散漫散乱測定
法の試料の軸立てに適用することにより再現性の良い、
高精度な薄膜解析が可能となる。
線反射率法，斜入射Ｘ線回折法斜入射Ｘ線散漫散乱測定
法の試料の軸立てに適用することにより再現性の良い、
高精度な薄膜解析が可能となる。
【００５１】（実施例３）ここでは、実施例１または２
で測定した散乱強度分布を最小２乗法フィッテングで詳
細に解析し、ヨネダピークの位置を高精度に求める実施
例を示す。
で測定した散乱強度分布を最小２乗法フィッテングで詳
細に解析し、ヨネダピークの位置を高精度に求める実施
例を示す。
【００５２】散乱強度分布と散乱角の関係はSinhaら、W
eberらの論文（S.K.Sinha et.al.:Phys.Rev.B38,2297(1
988),W.Weber et.al.:Phys.Rev.B46,7953(1992)）に詳
細に述べられている。Weber らの関係式を以下に示す。
Ｘ線の入射角をω，出射角をαとし、散乱ベクトルを
ｑ，試料内部への透過波の散乱ベクトルをｑt とする。
eberらの論文（S.K.Sinha et.al.:Phys.Rev.B38,2297(1
988),W.Weber et.al.:Phys.Rev.B46,7953(1992)）に詳
細に述べられている。Weber らの関係式を以下に示す。
Ｘ線の入射角をω，出射角をαとし、散乱ベクトルを
ｑ，試料内部への透過波の散乱ベクトルをｑt とする。
【００５３】
【数９】
【００５４】ｋは入射Ｘ線の波数である。Ｔｒ(ω)，Ｔ
ｒ(α)はそれぞれ粗れた面フレネルの透過係数であり、
δΘは検出器の取り出し角を表している。Ｓ(ｑt）は散
乱ベクトル（ｑt ）の関数として表面形状による散乱の
大きさを表す表面構造因子と呼ばれる量である。
ｒ(α)はそれぞれ粗れた面フレネルの透過係数であり、
δΘは検出器の取り出し角を表している。Ｓ(ｑt）は散
乱ベクトル（ｑt ）の関数として表面形状による散乱の
大きさを表す表面構造因子と呼ばれる量である。
【００５５】
【数１０】
【００５６】
【数１１】
【００５７】
【数１２】
【００５８】式（９)〜(１２）を用いてそれぞれの波長
での散乱強度分布を最小２乗法フィッテングで詳細に解
析する。屈折率ｎはｑr，ｑz tにも含まれているので試
料表面の波長毎の屈折率が得られる。試料の屈折率は
での散乱強度分布を最小２乗法フィッテングで詳細に解
析する。屈折率ｎはｑr，ｑz tにも含まれているので試
料表面の波長毎の屈折率が得られる。試料の屈折率は
【００５９】
【数１３】 ｎ＝１−δ−ｉβ …（１３）
【００６０】
【数１４】 δ＝(Ｎａｒ０／２π)λ2Σ(ρｊ／Ａｊ)(Σｊ＋ｆ′ｊ） …（１４）
【００６１】
【数１５】 β＝μλ／４π …（１５） となるので、それぞれの波長での屈折率の変化量が前記
式と一致するように入射角を補正することにより、非常
に高精度にＸ線の入射角を決定することが可能となる。
本方法は、前述の２方法でヨネダピークの位置を決定す
る方法の高精度化方法である。また本実施例はピーク位
置の決定精度が測定のサンプリング間隔より１桁程度よ
くなるため、軸立て時間の短縮および、高精度化が可能
である。
式と一致するように入射角を補正することにより、非常
に高精度にＸ線の入射角を決定することが可能となる。
本方法は、前述の２方法でヨネダピークの位置を決定す
る方法の高精度化方法である。また本実施例はピーク位
置の決定精度が測定のサンプリング間隔より１桁程度よ
くなるため、軸立て時間の短縮および、高精度化が可能
である。
【００６２】反った試料の場合でも、入射角ω１７を決
定するときに本方法を用いれば、入射角ω１７を高精度
で決定可能であり、２ω＝θｒとなるように試料台のＺ
軸を走査するときも、入射角ωの精度が影響するので、
Ｚ軸の補正を高精度に行うことが可能となる。
定するときに本方法を用いれば、入射角ω１７を高精度
で決定可能であり、２ω＝θｒとなるように試料台のＺ
軸を走査するときも、入射角ωの精度が影響するので、
Ｚ軸の補正を高精度に行うことが可能となる。
【００６３】前軸立て方法を全反射蛍光Ｘ線装置，Ｘ線
反射率法，斜入射Ｘ線回折法斜入射Ｘ線散漫散乱測定法
の試料の軸立てに適用することにより再現性の良い、し
かも高速，高精度な薄膜解析が可能となる。
反射率法，斜入射Ｘ線回折法斜入射Ｘ線散漫散乱測定法
の試料の軸立てに適用することにより再現性の良い、し
かも高速，高精度な薄膜解析が可能となる。
【００６４】
【発明の効果】本発明によれば、試料に入射角を固定し
てＸ線を入射し、試料からの散乱Ｘ線の強度の出射依存
性を２波長以上で計測し、波長の違いによるヨネダピー
ク位置の差から入射角を高精度に決定することが可能と
なる。また、本発明を用いればマッピング測定のそれぞ
れの場所で、高精度に入射角、Ｚ軸の補正が可能とな
り、高精度な薄膜マッピング測定が可能となる。
てＸ線を入射し、試料からの散乱Ｘ線の強度の出射依存
性を２波長以上で計測し、波長の違いによるヨネダピー
ク位置の差から入射角を高精度に決定することが可能と
なる。また、本発明を用いればマッピング測定のそれぞ
れの場所で、高精度に入射角、Ｚ軸の補正が可能とな
り、高精度な薄膜マッピング測定が可能となる。
【図１】本発明による薄膜検査装置の一例の構成図。
【図２】本発明による薄膜検査装置の一例の概念図。
【図３】本発明による軸立て方法のフロー図。
【図４】本発明による反った試料の軸立て方法のフロー
図。
図。
【図５】本発明による薄膜検査装置の他の例の概念図。
１…Ｘ線源、２…スリット、３…試料、４…試料支持
台、５…分光素子、６…Ｘ線検出器、７…ゴニオメータ
ー、８…２θアーム、９…チャンネルアナライザー、１
０…ドライバー／コントローラー、１１…ＣＲＴ、１２
…コンピュータ、１３…入射Ｘ線、１４…散乱Ｘ線、１
５…受光スリット、１６…半導体検出器、１７…入射角
（ω）、１８…出射角（α）、１９…散乱角（２θ）、
２０…ＣｕＫαの散乱強度分布、２１…ＣｕＫβの散乱
強度分布、２２…ヨネダピーク、２３…鏡面反射ピー
ク、２４…反りによるＺ軸のずれ。
台、５…分光素子、６…Ｘ線検出器、７…ゴニオメータ
ー、８…２θアーム、９…チャンネルアナライザー、１
０…ドライバー／コントローラー、１１…ＣＲＴ、１２
…コンピュータ、１３…入射Ｘ線、１４…散乱Ｘ線、１
５…受光スリット、１６…半導体検出器、１７…入射角
（ω）、１８…出射角（α）、１９…散乱角（２θ）、
２０…ＣｕＫαの散乱強度分布、２１…ＣｕＫβの散乱
強度分布、２２…ヨネダピーク、２３…鏡面反射ピー
ク、２４…反りによるＺ軸のずれ。
Claims (4)
- 【請求項１】２波長以上を含む入射Ｘ線と試料を保持す
る試料支持台、試料を移動，回転させるゴニオメータ
ー、試料の回転軸と同軸で回転するテーブルに配置され
たＸ線検出器で構成される装置において、入射Ｘ線に平
行になるように試料を固定し、所定の入射角度で試料に
Ｘ線を入射させ試料から発生する散乱Ｘ線の出射角に対
する強度分布を、２波長以上で計測し、それぞれの波長
で測定した強度分布におけるピーク位置の差から入射角
度を正確に決定することを特徴とする試料軸立て法を用
いた２波長Ｘ線散乱法。 - 【請求項２】請求項１記載の試料軸立て方法において、
前記散乱Ｘ線の強度分布を計測する波長は、Ｘ線源に用
いた金属のＫα線，Ｋβ線などの特性Ｘ線を用いること
を特徴とする２波長Ｘ線散乱法。 - 【請求項３】請求項１記載の試料軸立て方法において、
前記散乱Ｘ線の強度分布のヨネダウイングピークに着目
し、２波長λ１，λ２で計測した前記ピークの位置θ
１，θ２から下記記載の式で、Ｘ線の入射角度ωを決定
することを特徴とする２波長Ｘ線散乱法。 【数１】 ω＝θ１−λ１(θ１−θ２)／(λ１−λ２） …（１） - 【請求項４】２波長以上を含むＸ線と試料を保持する試
料支持台，ゴニオメーター，Ｘ線検出器，Ｘ線検出器の
信号が入力される信号処理手段で構成される薄膜評価装
置において、請求項１から３記載の試料軸立て方法を用
い入射角度を正確に決定することを特徴とする薄膜評価
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9344653A JPH11174003A (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | ２波長ｘ線散乱法および薄膜評価装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9344653A JPH11174003A (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | ２波長ｘ線散乱法および薄膜評価装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11174003A true JPH11174003A (ja) | 1999-07-02 |
Family
ID=18370943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9344653A Pending JPH11174003A (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | ２波長ｘ線散乱法および薄膜評価装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11174003A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003506673A (ja) * | 1999-07-30 | 2003-02-18 | ハイパーネックス，インコーポレイテッド | 半導体ウェハのテクスチャ解析のための装置および方法 |
-
1997
- 1997-12-15 JP JP9344653A patent/JPH11174003A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003506673A (ja) * | 1999-07-30 | 2003-02-18 | ハイパーネックス，インコーポレイテッド | 半導体ウェハのテクスチャ解析のための装置および方法 |
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