JPH1130511A

JPH1130511A - 表面形状検査装置

Info

Publication number: JPH1130511A
Application number: JP18500797A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ueda; 和浩上田; Tatsumi Hirano; 辰己平野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 1999-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】短時間で高精度に散漫分布を計測し、試料の表
面形状の面内分布を短時間で高精度に得ることのできる
表面形状検査装置を提供する。【解決手段】試料５を支持する試料台２４と、試料５に
対してＸ線ビーム４を予め定めた入射角度で照射するＸ
線源３と、試料５をＸ線源３に対して相対的に移動させ
る試料台移動手段２４と、試料台移動手段の移動量を制
御する制御手段２８と、試料５によって散乱されたＸ線
ビーム７の強度分布をビーム断面方向に２次元に検出す
るための２次元Ｘ線強度分布検出手段１６と、２次元Ｘ
線強度分布検出手段１６によって検出された強度分布か
ら、試料５で散乱されたＸ線強度の試料５からの出射角
依存データを求める演算手段２８とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線を用いた表面
形状検査方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスや磁気ヘッド素子を作り
込む基板は、これらの素子の微細化に伴い、その表面形
状の平坦化が要求されている。また、磁気記録媒体の基
板は、表面に凹凸加工を加えてあり、凹凸の形状精度が
記録媒体の特性に大きく影響することが知られている。
このため、高性能の素子や記録媒体を開発および製造す
るために、また、製造された素子や記録媒体の特性のば
らつきを少なくするために、基板の表面形状の計測が重
要である。

【０００３】従来、表面形状の計測には、触針式表面形
状計測方法が用いられていたが、ｎｍレベルの凹凸を計
測する分解能がなく、しかも、得られる情報が表面形状
の凹凸高さ（ラフネス）だけであるという問題があっ
た。

【０００４】そのため、近年では、原子間力顕微鏡（Ａ
ＦＭ）を用いた表面形状の計測が行われている。ＡＦＭ
による計測は、原子レベルの分解能がある。しかも、得
られた計測表面形状データについて、フラクタル次元解
析を行うことが研究されており、これにより試料表面の
凹凸高さ（ラフネス）と、凹凸の面内情報とを得ること
が可能になりつつある。しかし、ＡＦＭは、原子レベル
の分解能で計測する場合には、試料表面の計測範囲が１
μｍ×１μｍ程度の狭い範囲に制限されるという問題が
ある。逆に計測範囲を例えば１ｍｍ×１ｍｍ程度に広げ
ると、分解能は数百ｎｍ程度に低下する。このため、Ａ
ＦＭでは、試料表面の広い範囲についての平均的な表面
形状を計測することが困難である。

【０００５】また、最近では、Ｘ線反射率法を用いた表
面形状の計測が注目されている。これは、試料すれすれ
に、単色で平行性の良いＸ線を入射させ、入射角と等し
い出射角で鏡面反射されたＸ線の強度を測定する方法で
ある。Ｘ線の入射強度に対する反射強度の減衰率は、試
料表面の凹凸高さが大きくなるにしたがって大きくなる
関係にあるため、この減衰率を解析することにより、試
料表面の凹凸高さを求めることができる。また、このＸ
線反射率法は、試料表面の凹凸高さだけでなく、試料表
面に積層されている薄膜の膜厚や、界面ラフネスを同時
に計測することも可能である。しかし、Ｘ線反射率法で
は、試料表面の面内の凹凸周期などを計測することはで
きない。

【０００６】また、Ｘ線を用いた別の試料表面形状の計
測方法として、Ｘ線散漫散乱法が研究されている。Ｘ線
散漫散乱法は、図１（ａ）のように試料５表面すれすれ
にＸ線４を入射させ、試料５の表面で反射された反射Ｘ
線６と、試料５の表面の凹凸で散乱された散乱Ｘ線７と
を計測し、散乱Ｘ線７の強度分布から基板表面の凹凸情
報を解析する計測方法である。

【０００７】Ｘ線散漫散乱法の計測方法としては、図１
（ａ）のように試料５へのＸ線の入射角ωを一定にし
て、散乱Ｘ線７の強度分布を出射角αの関数として計測
する方法と、試料５へのＸ線の入射角ωを変化させ、一
定の出射角αにおける散乱Ｘ線７の強度を入射角ωの関
数として計測する方法とがある。前者の計測方法の場
合、図１（ａ）のようにＸ線検出器８をα方向に少しず
つ移動させて散乱Ｘ線７の強度を測定し、図２のような
強度分布を得る。図２において、鋭いピークは、反射Ｘ
線６であり、なだらかなピークは、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
漫散乱ピークである。ヨネダ・ウイングのピーク強度
は、図２（ｂ）のように試料表面の凹凸高さを表すラフ
ネス（σ）１１と相関があり、散漫散乱Ｘ線の積分強度
は試料表面の凹凸周期の平均値（ξ）１２と相関があ
り、散漫散乱強度分布の高角度領域での減衰率はフラク
タル次元（Ｄ）１３、１４と相関があるため、図２の強
度分布を詳細に解析することにより、試料の表面形状に
関する情報が得られる。なお、フラクタル次元（Ｄ）１
３、１４は、その値が２に近いほどスムースな表面であ
ることを表し、３に近くなるほどギザギザした表面であ
ることを示す。散漫散乱強度分布と試料の表面形状との
関係は、S.K.Sinha et.al.:Phys.Rev.B38,2297(1988)
や、W.Weber et.al.:Phys.Rev.B46,7953(1992)に詳細に
述べられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｘ線散
漫散乱法は、入射Ｘ線の強度が一般に１０⁶〜１０⁷ｃｐ
ｓ程度であり、しかも、散漫散乱強度が通常、入射強度
に対して１０^-5〜１０^-7であるため、散漫散乱強度を
０．１ｃｐｓ以下の強度まで計測する必要がある。この
ような非常に弱い散漫散乱Ｘ線を１％以上の統計精度で
Ｓ／Ｎよく測定するには、図２の１点のデータを得るた
めに、Ｘ線検出器で計測時間を３分以上にする必要があ
る。このため、試料上の１点について、図２のようなグ
ラフを得るための測定だけで、多大な計測時間を必要と
する。したがって、試料上の複数の点について、表面の
凹凸情報を得るには、膨大な計測時間が必要となるた
め、試料面の形状の面内分布の評価にＸ線散漫散乱法を
用いるのは非常に困難である。

【０００９】本発明は、短時間で高精度に散漫分布を計
測し、試料の表面形状の面内分布を短時間で高精度に得
ることのできる表面形状検査装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のような表面形状検査装置が
提供される。

【００１１】すなわち、試料を支持する試料台と、前記
試料に対してＸ線ビームを予め定めた入射角度で照射す
るＸ線源と、前記Ｘ線ビームを前記試料上の予め定めた
任意の計測点に入射させるために、前記試料台を前記Ｘ
線源に対して相対的に移動させる試料台移動手段と、前
記試料台移動手段の移動量を制御する制御手段と、前記
試料によって散乱された前記Ｘ線ビームの強度分布をビ
ーム断面方向に２次元に検出するための２次元Ｘ線強度
分布検出手段と、前記２次元Ｘ線強度分布検出手段によ
って検出された前記強度分布から、前記試料で散乱され
たＸ線強度の前記試料からの出射角依存データを求める
演算手段とを有することを特徴とする表面形状検査装置
である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について以
下説明する。

【００１３】まず、第１の実施の形態の表面形状検査装
置について、図４、図８等を用いて説明する。

【００１４】図４のように、表面形状の面内分布を計測
すべき試料５は、ＸＹステージ付きの試料支持台２４上
に固定される。ゴニオメータ２５は、θ回転体２５ａ
と、θ回転体と同軸の２θ回転体２５ｂとを備えてい
る。試料支持台２４は、ゴニオメータ２５のθ回転体２
５ａの回転中心軸と試料５の主平面が一致するように固
定されている。また、２θ回転体２５ｂには、アーム２
６が取り付けられている。アーム２６の上には上下方向
（すなわち、ゴニオメータ２５の軸に平行な方向）に移
動方向をもつステージ１８が搭載され、この上に、プレ
ート状のＸ線強度分布記録媒体１６が、法線方向がゴニ
オメータ２５の回転中心軸を向くように搭載されてい
る。本実施の形態では、Ｘ線強度分布記録媒体１６とし
て、原子空孔を有するアモルファスからなり、アモルフ
ァス中の原子空孔に照射されたＸ線の光子を蓄積するこ
とにより感光し、感光部分にレーザ光を照射されると、
照射されたＸ線の強度に対応した強度の紫外光を放出す
る記録媒体（富士フィルム製、商品名イメージングプレ
ートＣＲＨＲ−Ｖ、ＢＡＳＵＲ５×５in）を用い
た。

【００１５】また、アーム２６には、図８のように、Ｘ
線強度分布記録媒体１６の前面を覆う位置に、スリット
１７が固定されている。スリット１７の開口部１７ａの
形状は、幅がＸ線強度分布記録媒体１６の幅とほぼ同じ
で、高さが試料５に照射されるＸ線４の高さとほぼ同じ
に形成されている。スリット１７は、アーム２６に固定
されているため、ステージ１８がＸ線強度分布記録媒体
１６を予め定めた一定間隔Ｌ移動させるごとに、図１３
のようにスリット１７の開口部１７ａが、Ｘ線強度分布
記録媒体１６上の領域１３１〜１３９の位置に移動す
る。

【００１６】また、試料５に入射させる入射Ｘ線ビーム
４を形成するために、図４では、シャッター付きスリッ
ト３のみしか図示していないが、シャッタ付きスリット
３の後方には、図７のようにＸ線源１と、Ｘ線分光器２
が配置されている。これらは、形成した入射Ｘ線ビーム
４をゴニオメータ２５の回転中心軸に向かって出射する
ように配置されている。なお、スリット３は、入射Ｘ線
ビーム４のビームの断面形状を短冊型に形成するととも
に、指示に応じてシャッターを開閉することにより、試
料５へのＸ線４の照射時間を制御する。

【００１７】ゴニオメータ２５のθ回転体２５ａおよび
２θ回転体２５ｂの駆動制御、試料台２４のＸＹステー
ジの駆動制御、ならびに、Ｘ線強度分布記録媒体１６の
ステージ１８の駆動制御は、ドライバー／コントローラ
２７を介して、コンピュータ２８が行う。

【００１８】また、本実施の形態の表面形状検査装置に
は、感光後のＸ線強度分布記録媒体１６のＸ線強度分布
を読み出す読み出し装置１９と、読み出し装置１９が読
み出したＸ線強度分布を画像として取り込み処理する画
像処理装置２０とが備えられている。読み出し装置１９
は、ステージ１８から取り外された、感光後のＸ線強度
分布記録媒体１６の全面にレーザ光を走査し、これによ
って放出される紫外光の面内強度分布を検出することに
よりＸ線強度分布を読み出す構成である。本実施の形態
では、読み出し装置１９として、富士写真フィルム製の
ＢＡＳ２０００または理学電気製のＲ−ＡＸＩＳ−ＤＳ
３を用いる。また、コンピュータ２８は、画像処理装置
２０が取り込んだ画像を解析することにより、試料５の
表面形状を計算し、その結果をＣＲＴに表示する構成で
ある。

【００１９】本実施の形態の表面形状検査装置によっ
て、試料の表面における表面形状の面内分布を求める動
作について説明する。

【００２０】本実施の形態の表面形状検査装置は、上述
のようにＸ線強度分布記録媒体１６の前面でスリット１
７が配置されているため、Ｘ線強度分布記録媒体１６の
感光領域を、スリット１７の開口部１７ａの領域に制限
できる。そこで、感光の都度、スリット１７の開口部１
７ａをＸ線強度分布記録媒体１６の異なる部位に移動さ
せることにより、図１３のようにＸ線強度分布記録媒体
１６の表面を複数の領域１３１〜１３９に区分けするこ
とができる。この複数の領域１３１〜１３９と、試料５
の表面の複数の計測点１２１〜１２９（図１２）とを１
対１に対応させて、試料５の複数の計測点からの散乱Ｘ
線７を別々の領域１３１〜１３９に記録する。また、記
録媒体１６は、Ｘ線の強度分布を２次元に記録できるた
め、媒体の幅方向に角度をもって散乱する散乱Ｘ線６の
角度分布を、記録媒体１６を移動させることなく一つの
領域内に連続的に記録することができる。よって、１枚
のＸ線強度分布記録媒体１６にすべての計測点の測定結
果を記録した後、読み出し装置１９によりＸ線の分布を
読み出し、これを処理することにより、試料上の複数の
計測点における表面形状データを一度に得ることができ
る。

【００２１】以下、感光および解析の手順をフローチャ
ートを用いてさらに詳しく説明する。

【００２２】コンピュータ２８は、図１０のフローチャ
ートに示したような感光用プログラムを、接続されてい
る磁気記録装置内の記録媒体から読み込んで、以下のよ
うに各部を制御する。

【００２３】まず、コンピュータ２８は、ユーザに対し
て、測定条件およびマッピング条件の入力を促すための
表示をＣＲＴに表示させ、接続されている入力装置を介
してユーザから測定条件およびマッピング条件の入力を
受け付ける（ステップ１００１、１００２）。測定条件
は、入射Ｘ線ビーム４の試料５への入射角ω（図７）
と、試料５の１つの測定点にＸ線を照射する時間（積算
時間）、Ｘ線強度分布記録媒体１６上でのスリット１７
の相対移動量Ｌである。マッピング条件とは、試料５の
表面の計測点の位置を決定するための条件であり、本実
施の形態では試料５表面の測定範囲と計測点の密度とを
受け付ける。ここでは、マッピング条件として、図１２
のように、試料５の中央部の測定範囲１３０に９点の計
測点１２１〜１２９を決定する。また、スリット１７の
相対移動量Ｌとしては、領域１３１〜１３９が互いに重
ならないように、しかも、９つの測定領域１３１〜１３
９が１枚のＸ線強度分布記録媒体１６に納まるように、
スリット開口部１７ａの縦の長さよりもわずかに大きい
値にＬを設定する。なお、本実施の形態では、入射角ω
＝０．７５゜、積算時間３０分を設定した。

【００２４】コンピュータ２８は、ステップ１００１お
よび１００２で受け付けたスリット条件、マッピング範
囲およびマッピング密度に基づいて、試料５上の計測点
１２１〜１２９の座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘ９，ｙ９）
を求める。また、スリット１７の移動量Ｌに基づいて、
スリット１７の開口部１７ａを移動させるべき座標Ｌ１
〜Ｌ９を求める。

【００２５】ついで、コンピュータ２８は、ユーザに対
して、試料５のセットと測定開始の指示を促すための表
示をＣＲＴに表示させ、ユーザから測定開始の指示を待
つ（ステップ１００４）。指示を受け付けた場合には、
ステップ１００５に進み、Ｘ線源１にＸ線の照射の開始
を指示するとともに、ゴニオメータ２５にθ１＝ωを指
示する。この指示に従って、ゴニオメータ２５は、試料
５の搭載されているθ回転体２５ａをω゜回転させ、Ｘ
線強度分布記録媒体１６の搭載されている２θ回転体２
５ｂを２倍のω゜回転させる。これにより、入射Ｘ線ビ
ーム４の試料への入射角がωに設定され、反射Ｘ線６が
Ｘ線強度分布記録媒体１６に法線方向から入射する位置
関係（図７）になる。また、Ｘ線源１からのＸ線が出射
され、Ｘ線分光器２により単色化され、スリット３に入
射し、幅５０μｍ、上下方向の長さ５ｍｍの短冊型のビ
ーム形状に形成される。ただし、この時点では、スリッ
ト３のシャッタはまだ閉じた状態であるので試料５には
入射しない。

【００２６】つぎに、コンピュータ２８は、ドライバー
／コントローラ２７を介して、試料支持台２４のＸＹス
テージに計測点１２１の座標（ｘ１，ｙ１）への移動を
指示すると同時に、ステージ１８に座標Ｌ１への移動を
指示する（ステップ１０１１）。これにより、入射Ｘ線
ビーム４は、計測点１２１に入射する位置関係となる。
また、計測点１２１からの反射Ｘ線６および散乱Ｘ線７
が、Ｘ線強度分布記録媒体１６の領域１３１に入射する
位置関係となる。

【００２７】つぎに、コンピュータ２８は、スリット３
にシャッタを開くように指示し、ステップ１００１で設
定された積算時間が経過するのを待って、再びシャッタ
を閉じるように指示する（ステップ１０１２〜１０１
４）。これにより、入射Ｘ線ビーム４が入射角ωで試料
５に入射し、試料５で反射された反射Ｘ線６および散乱
された散乱Ｘ線７が、Ｘ線強度分布記録媒体１６の領域
１３１に入射し、これを感光させる。散乱Ｘ線７は、媒
体１６の幅方向の出射角αについて強度分布があるた
め、領域１３１の感光パターンは、Ｘ線の強度分布を濃
度分布として表すと、図９のパターン９１のようにな
る。

【００２８】つぎに、ステップ１０１１に戻り、コンピ
ュータ２８は、ドライバー／コントローラ２７を介し
て、試料支持台２４のＸＹステージに次の計測点１２２
の座標（ｘ２，ｙ２）への移動を、ステージ１８に座標
Ｌ２への移動を指示する（ステップ１０１１）。そし
て、ステップ１０１２〜１０１４により、計測点１２２
により反射Ｘ線６および散乱Ｘ線７をＸ線強度分布記録
媒体１６の領域１３２に入射させ、この領域を感光させ
る。

【００２９】同様に、コンピュータ２８は、このステッ
プ１０１１〜１０１４の動作を繰り返し（ステップ１０
０５）、計測点１２３〜１２９からの反射Ｘ線６および
散乱Ｘ線７を、それぞれＸ線強度分布記録媒体１６の領
域１３３〜１３９に順に入射させ、これらを感光させ
る。

【００３０】以上のステップにより、Ｘ線強度分布記録
媒体１６には、計測点１２１〜１２９からの散乱Ｘ線７
および反射Ｘ線の出射角αの分布を表すパターン９１〜
９９（図９）が記録される。これにより、Ｘ線強度分布
記録媒体１６の感光動作は終了する。

【００３１】つぎに、ユーザは、Ｘ線強度分布記録媒体
１６をステージ１８から取り外し、読み出し装置１９に
セットする。

【００３２】コンピュータ２８は、図１１のフローチャ
ートに示したような解析用プログラムを、接続されてい
る磁気記録装置内の記録媒体から読み込んで、以下のよ
うに各部を制御する。

【００３３】まず、コンピュータ２８は、読み出し装置
１９に動作を指示する（ステップ１１０１）。この指示
により、読み出し装置１９は、感光後のＸ線強度分布記
録媒体１６の全面にレーザ光を走査しながら照射して励
起し、放出される紫外光の強度分布を検出する。読み出
し装置１９は、検出した紫外光の強度情報を、Ｘ線強度
分布記録媒体１６上の位置情報と対応させて画像処理装
置２０に出力する。

【００３４】コンピュータ２８の指示に応じて、画像処
理装置２０は、受け取った紫外光の濃度を輝度データと
し、位置情報と対応させることにより、Ｘ線強度分布記
録媒体１６の感光パターンを、Ｘ線強度を輝度で表す画
像データとして生成する。生成された画像データは、図
９のパターン９１〜９９を表す画像となる。パターン９
１〜９９の上下方向の長さは、入射Ｘ線ビーム４の高さ
とほぼ同じの約５ｍｍであるので、画像処理装置２０
は、パターン９１〜９９をそれぞれ上下方向に５ｍｍに
わたってＸ線強度情報を積算し、これを記録媒体の幅方
向の位置と対応させることにより、Ｘ線強度の出射角α
方向の分布データを得る。また、パターン９１〜９９の
上方または下方１０ｍｍ程度の領域において同様に上下
方向に５ｍｍにわたってＸ線強度情報を積算し、これを
バックグランドの角度分布データを求める。このバック
グランドを先のＸ線強度の出射角α方向の分布データか
ら差し引くことにより、散乱Ｘ線７および反射Ｘ線６の
強度（Ｉｄｉｆｆｕｓｅ)の出射角α方向の分布データ
を得る。これを、入射Ｘ線ビーム４の強度（ダイレクト
ビーム強度：Ｉ０）で規格化することにより、図３のよ
うに、規格化した散乱Ｘ線７および反射Ｘ線６の強度
（Ｉｄｉｆｆｕｓｅ／Ｉ０)の出射角α依存を表すグラ
フを得る。このグラフは、図９のようにＸ線強度分布記
録媒体１６の領域１３１〜１３９のそれぞれの領域につ
いて得られる（ステップ１１０２）。

【００３５】ステップ１１０２で得られた図３のグラフ
は、定性的には、ヨネダ・ウイング１５の面積が大きい
方が試料５の表面の凹凸の周期の平均値（ξ）が大き
く、ヨネダ・ウイング１５のピーク強度が大きい方が表
面ラフネス（σ）が大きいことを示す。本実施の形態で
は、コンピュータ２８が図３のグラフの曲線を、ξ、
σ、フラクタル次元Ｄを定義するための公知の（数１）
にフィッティングすることにより、ξ、σ、Ｄの数値を
求める。

【００３６】

【数１】

【００３７】具体的には、ステップ１１０３で、σ、
ξ、Ｄの初期値と、試料５の入射Ｘ線ビーム４に対する
屈折率を定めるためのδおよびβと、フィッティングの
拘束条件をユーザから受け付ける。δおよびβは、試料
５の構成物質から予め理論的に求めた値を用いる。な
お、δの値は、ヨネダ・ウイングのピーク値から推測し
た値を用いることも可能である。そして、ステップ１１
０４で、図３のグラフのうち（Ｉｄｉｆｆｕｓｅ／Ｉ
０）の強度の少ない領域と、反射Ｘ線６の領域を除去
し、これを最小二乗法で数１にフィッティングすること
により、σ、ξ、ｈの値を求める。そして、ｈからＤ＝
３−ｈにより、フラクタル次元Ｄを求める（ステップ１
１０５、１１０６）。図３のグラフは、ステップ１１０
２でＸ線強度分布記録媒体１６の領域１３１〜１３９そ
れぞれについて得られているので、ステップ１１０４、
１１０５では、各領域１３１〜１３９のそれぞれについ
てσ、ξ、Ｄが求められる。領域１３１〜１３９に記録
されたデータは、それぞれ試料５の計測点１２１〜１２
９のデータであるため、本実施の形態では、試料５上の
計測点１２１〜１２９のそれぞれについて、表面ラフネ
スσ、凹凸周期の平均値ξ、フラクタル次元Ｄを求める
ことができる。これにより、試料５の表面ラフネスσ、
凹凸周期の平均値ξ、フラクタル次元Ｄの面内分布を得
ることができる。コンピュータ２８は、求めた表面粗さ
の面内分布情報をＣＲＴに表示させる。

【００３８】本実施の形態の表面形状検査装置では、上
述してきたような手順で感光および解析動作を行うた
め、Ｘ線強度分布記録媒体１６を出射角α方向に移動さ
せることなく、一度に一つの計測点からの散乱Ｘ線７の
出射角α依存性を記録することができる。しかも、スリ
ット１７に対して媒体１６を上下方向に移動させること
で、一枚のＸ線強度分布記録媒体１６を複数の領域１３
１〜１３９に分け、１枚のＸ線強度分布記録媒体１６に
複数の計測点からの散乱Ｘ線７の出射角α依存性を記録
することができる。その後、すべての計測点１２１〜１
２９からの散乱Ｘ線７による感光動作がすべて行った後
で、一度にＸ線強度分布記録媒体１６の全面の読み出し
を行う。これにより、複数の計測点を計測するにも関わ
らず、読み出し動作が一度のみでよく、計測時間を大幅
に短縮することができる。この時間短縮により、従来は
時間がかかりすぎて実用できなかった、試料上の複数の
計測点での計測が可能になるため、試料上の表面粗さ情
報の面内分布を得ることができる。

【００３９】また、本実施の形態では、２次元にＸ線強
度を記録することのできるＸ線強度分布記録媒体１６を
用いているため、散乱Ｘ線７および反射Ｘ線６の強度
（Ｉｄｉｆｆｕｓｅ／Ｉ０)のデータを媒体の幅方向
（出射角α方向）に連続して得ることができる（図
３）。しかも、パターン９１〜９９を２次元で記録でき
るため、上述のように各パターンのＸ線強度を上下方向
に積算して、検出精度を高めることができる。具体的に
は、例えば、図３のデータは、積算時間３０分で出射角
αが５゜の範囲でＩｄｉｆｆｕｓｅ／Ｉ０を１０^-8のレ
ベルまで、連続的に精度良く計測できているが、従来の
ように検出器を移動させながら測定する方法では、１点
ずつ計測しなければならないため、計測時間を１２０分
かけても出射角αが１．２゜の範囲でＩｄｉｆｆｕｓｅ
／Ｉ０を１０^-6のレベルで計測するのが精一杯である。
このため、（数１）にフィッティングを行う際に、従来
の方法で得られたデータを用いる場合よりも、本実施の
形態の方が、格段にフィッティング精度を高めることが
できるため、精度良く表面粗さ情報σ、ξ、Ｄを得るこ
とができる。

【００４０】なお、上述の実施の形態では、図１３のよ
うにＸ線強度分布記録媒体１６の幅いっぱいの領域１３
１〜１３９を上下方向に一列に配置し、パターン９１〜
９９が幅いっぱいに広がっても記録可能にしている。し
かし、散乱Ｘ線７の広がり角は通常あまり大きくなく、
３゜程度であり、計測点とＸ線強度分布記録媒体１６と
の距離も通常２００〜３００ｍｍ程度であるため、感光
パターンは、図９のパターン９１〜９９の幅は１０〜２
０ｍｍ程度になる。したがって、スリット１７の開口部
１７ｂの幅をパターン９１〜９９が納まる程度に狭めて
おき、ステージ１８によってＸ線強度分布記録媒体１６
を上下方向のみならず幅方向にも移動させることによ
り、領域１３１〜１３９をＸ線強度分布記録媒体１６の
上下および左右に複数並べるように配列することが可能
である。このように、上下および左右方向に領域を並べ
ることにより、１枚のＸ線強度分布記録媒体１６に図１
３よりも数多くの領域を設けることができるため、試料
５上の計測点の数を増やすことができる。

【００４１】上述の実施の形態では、Ｘ線強度分布記録
媒体１６として、光によってＸ線強度を読み出すことの
できるイメージングプレートを用いたが、これに限らず
Ｘ線フィルムを用いることも可能である。Ｘ線フィルム
を用いた場合も、２次元にＸ線強度分布を記録すること
ができるとともに、スリット１７を用いて、１枚のＸ線
フィルム上に図９のように複数の散乱Ｘ線のパターンを
記録することができる。なお、Ｘ線フィルムを用いた場
合には、読み出し装置１９の代わりに現像装置と、現像
後のＸ線フィルムの濃淡パターンを読み出すスキャナー
等が必要である。

【００４２】上述の実施の形態では、２次元にＸ線強度
分布を記録することのできるＸ線強度分布記録媒体１６
を用いたが、Ｘ線強度分布記録媒体１６の代わりに、幅
方向にのみＸ線強度分布を検出できる位置敏感性比例計
数管２１を用いることができる（図５）。位置敏感性比
例計数管２１は、出射角α方向についてＸ線強度分布を
検出できる計数管である。図５の構成の場合、位置敏感
性比例計数管２１には、マルチチャンネルアナライザ２
２を介してコンピュータ２８に接続する。試料台２４、
ゴニオメータ２５、ドライバー／コントローラ２７、Ｘ
線源１、スリット３等の構成は、図４の実施の形態の同
じである。また、図４の読み出し装置１９は、図５の実
施の形態では不要である。

【００４３】図５の表面形状検査装置で計測を行う場
合、上述の実施の形態と同じように試料５をＸＹ方向に
移動させて、予め決定した計測点に入射Ｘ線ビーム４を
予め定めた積算時間（３０分）だけ入射させ、散乱Ｘ線
７および反射Ｘ線６の出射角α方向の強度分布を位置敏
感性比例計数管２１で検出する。検出結果は、マルチチ
ャンネルアナライザ２２を経由してコンピュータ２８の
メモリに取り込む。つぎに、ステージ１８で位置敏感性
比例計数管２１を上方または下方に１０ｍｍ程度移動さ
せ、３０分間Ｘ線強度分布を検出し、これをバックグラ
ンドの強度分布としてコンピュータ２８に取り込む。コ
ンピュータ２８は、先ほど取り込んだ検出結果からバッ
クグランドを差し引き、入射Ｘ線ビーム強度で規格化す
ることにより、図３のような、その計測点についてのＩ
ｄｉｆｆｕｓｅ／Ｉ０の出射角α依存を表すグラフを得
ることができる。このようにして得られたＩｄｉｆｆｕ
ｓｅ／Ｉ０の出射角α依存を表すグラフを、図４の実施
の形態と同様に、数１にフィッティングすることによ
り、試料５上の１つの計測点についての表面粗さ情報
σ、ξ、Ｄが得られる。また、試料５上の複数の計測点
について繰り返すことにより、試料５上の表面粗さ情報
の面内分布が得られる。

【００４４】なお、１点の計測ごとにフィッティングを
行う方法以外に、すべての計測点についてのＩｄｉｆｆ
ｕｓｅ／Ｉ０およびバックグランドの情報をすべてメモ
リに格納しておき、一度にフィッティング行うようにす
ることももちろん可能である。

【００４５】位置敏感性比例計数管２１は、Ｘ線強度分
布記録媒体１６のように２次元方向にＸ線分布を記録す
ることはできないが、出射角α方向について１次元で連
続してＸ線強度分布を検出することができるため、出射
角α方向について連続して、散乱Ｘ線７の強度分布を一
度に検出することができる。このため、従来の出射角方
向に少しずつ検出器を移動させながら測定を行う方法と
比較すると、格段に短い時間で、出射角方向に連続した
データを得ることができる。これにより、フィッティン
グ精度が高まるため、表面粗さ情報の検出精度が向上す
るとともに、従来は、１点の計測に時間がかかりすぎて
現実的には行うことができなかった試料の表面粗さの面
内分布を検出することが可能になる。

【００４６】つぎに、さらに別の実施の形態として、Ｘ
線強度分布記録媒体１６の代わりに、２次元にＸ線強度
を検出可能なＣＣＤカメラ２３を用いた実施の形態を図
６を用いて説明する。図６の構成では、Ｘ線強度分布記
録媒体１６の代わりにＣＣＤカメラ２３を配置し、これ
をマルチチャンネルアナライザ２２を介してコンピュー
タ２８に接続している。なお、図４のステージ１８およ
び読み出し装置１９は、本実施の形態では不要である。
また、図４の実施の形態でのべたように、計測点とＣＣ
Ｄカメラ２３との距離が２００〜３００ｍｍ程度のと
き、パターン９１〜９９の幅は１０〜２０ｍｍ程度、高
さは入射Ｘ線ビームと同じ５ｍｍ程度であるので、ＣＣ
Ｄカメラ２３のサイズとしては、このパターン９１〜９
９の一つが記録できるサイズのものを用意する必要があ
る。本実施の形態では、ＣＣＤカメラ２３として、サイ
ズ：２５．９×２７．５ｍｍ、素子数：１１５２×１２
４２、素子サイズ：２２．５×２２．５μｍ、ダイナミ
ックレンジ：６００Photons／pixels0.1secのものを用
いた。

【００４７】このような図６の表面形状検査装置で計測
を行う場合、上述の実施の形態と同じように試料５をＸ
Ｙ方向に移動させて、予め決定した計測点に入射Ｘ線ビ
ーム４を予め定めた積算時間（３０分）だけ入射させ、
散乱Ｘ線７および反射Ｘ線６のパターンをＣＣＤカメラ
２３で検出する。検出結果は、マルチチャンネルアナラ
イザ２２を経由してコンピュータ２８のメモリに取り込
む。コンピュータ２８は、取り込んだ検出結果をパター
ンの上下方向に５ｍｍ積算し、散乱強度の出射角依存デ
ータを得る。また、パターンの情報または下方１０ｍｍ
の領域を同様に上限方向に５ｍｍ積算し、バックグラン
ドとする。このバックグランドを先ほどのデータから差
し引き、入射Ｘ線強度で規格化することにより、図３の
ような、その計測点についてのＩｄｉｆｆｕｓｅ／Ｉ０
の出射角α依存を表すグラフを得ることができる。この
ようにして得られたＩｄｉｆｆｕｓｅ／Ｉ０の出射角α
依存を表すグラフを、図４の実施の形態と同様に、数１
にフィッティングすることにより、試料５上の１つの計
測点についての表面粗さ情報σ、ξ、Ｄが得られる。ま
た、試料５上の複数の計測点について繰り返すことによ
り、試料５上の表面粗さ情報の面内分布が得られる。

【００４８】なお、１点の計測ごとにフィッティングを
行う方法以外に、すべての計測点についてのＩｄｉｆｆ
ｕｓｅ／Ｉ０およびバックグランドの情報をすべてメモ
リに格納しておき、一度にフィッティング行うようにす
ることももちろん可能である。

【００４９】図６のＣＣＤカメラ２３を用いる実施の形
態では、Ｘ線強度分布記録媒体１６と同様に２次元方向
に散乱Ｘ線７を記録することができるため、図４の実施
の形態の表面形状検査装置と同様に短時間で高精度に表
面粗さの面内分布を検出することができるという効果が
得られる。

【００５０】

【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
短時間で高精度に散漫分布を計測し、試料の表面形状の
面内分布を短時間で高精度に得ることのできる表面形状
検査装置を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）試料からの散漫散乱Ｘ線の出射角分布を
計測するための従来の装置の構成を示す説明図、（ｂ）
ａ図の試料へのＸ線の入射および出射の状態を拡大して
示す説明図。

【図２】図１の構成で測定した散漫散乱Ｘ線および反射
Ｘ線強度の出射角依存データを示すグラフ。

【図３】図４の表面形状検査装置で得た散乱Ｘ線および
反射Ｘ線強度の出射角依存データを示すグラフ。

【図４】本発明の一実施の形態の表面形状検査装置の構
成を示す説明図。

【図５】本発明の別の実施の形態の表面形状検査装置の
構成を示す説明図。

【図６】本発明のさらに別の実施の形態の表面形状検査
装置の構成を示す説明図。

【図７】図４の装置において試料５へのＸ線の入射およ
び出射の状態を示す説明図。

【図８】図４の表面形状検査装置のスリット１７とＸ線
強度分布記録媒体１６との位置関係を示す斜視図。

【図９】図４の表面形状検査装置において、Ｘ線強度分
布記録媒体１６に入射する散乱Ｘ線および反射Ｘ線のパ
ターンを示す説明図。

【図１０】図４の表面形状検査装置のコンピュータ２８
による試料５へのＸ線の照射およびＸ線強度分布記録媒
体１６の感光の動作の制御を示すフローチャート。

【図１１】図４の表面形状検査装置のコンピュータ２８
によるＸ線強度分布記録媒体１６からのＸ線強度分布の
読み出し、および、解析の動作を示すフローチャート。

【図１２】図４の表面形状検査装置で決定された試料５
の計測点の位置を示す説明図。

【図１３】図４の表面形状検査装置でスリット１７の開
口部１７ａに対して、Ｘ線強度分布記録媒体１６上で移
動させることにより領域分けされた状態を示す説明図。

【符号の説明】

１・・・Ｘ線源、２・・・Ｘ線分光器、３・・・スリッ
ト、４・・・入射Ｘ線ビーム、５・・・試料、６・・・
反射Ｘ線、７・・・散乱Ｘ線、８・・・検出器、１６・
・・２次元Ｘ線強度記録媒体、１７・・・スリット、１
８・・・ステージ、１９・・・読み出し装置、２０・・
・画像処理装置、２１・・・位置敏感性比例計数管、２
２・・・マルチチャンネルアナライザー、２３・・・Ｃ
ＣＤカメラ、２４・・・試料台、２５・・・ゴニオメー
タ、２６・・・アーム、２７・・・ドライバ／コントロ
ーラ、２８・・・コンピュータ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を支持する試料台と、前記試料に対し
てＸ線ビームを予め定めた入射角度で照射するＸ線源
と、前記Ｘ線ビームを前記試料上の予め定めた任意の計
測点に入射させるために、前記試料台を前記Ｘ線源に対
して相対的に移動させる試料台移動手段と、前記試料台
移動手段の移動量を制御する制御手段と、前記試料によ
って散乱された前記Ｘ線ビームの強度分布をビーム断面
方向に２次元に検出するための２次元Ｘ線強度分布検出
手段と、前記２次元Ｘ線強度分布検出手段によって検出
された前記強度分布から、前記試料で散乱されたＸ線強
度の前記試料からの出射角依存データを求める演算手段
とを有することを特徴とする表面形状検査装置。
【請求項２】請求項１に記載の表面形状検査装置におい
て、前記Ｘ線源は、前記Ｘ線ビームとして、断面形状
が、前記試料の主平面に平行な方向に長い短冊型のビー
ムを照射し、前記演算手段は、前記２次元Ｘ線強度分布
検出手段によって検出された強度分布を前記ビームの長
手方向に積算し、該積算した強度の前記出射角依存デー
タを求めることを特徴とする表面形状検査装置。
【請求項３】請求項１に記載の表面形状検査装置におい
て、前記演算手段は、前記Ｘ線強度の出射角依存データ
から、前記試料表面の粗さを示すパラメータを求めるこ
と特徴とする表面形状検査装置。
【請求項４】請求項１に記載の表面形状検査装置におい
て、前記２次元Ｘ線強度記録手段は、照射されたＸ線強
度の情報を蓄積するＸ線強度記録媒体と、前記Ｘ線強度
分布記録媒体の前面に配置された、前記試料上の１点に
よって散乱された前記Ｘ線ビーム全体が通過可能な大き
さの開口部を有するスリットと、前記スリットに対して
前記Ｘ線強度記録媒体を相対的に移動させる媒体移動手
段とを備え、前記Ｘ線強度記録媒体は、前記スリットの開口部の２倍
以上の面積を有し、前記媒体移動手段は、前記制御手段によって制御され、前記制御手段は、前記試料台移動手段に、前記試料上の
予め定めた別の計測点に前記Ｘ線ビームが照射されるよ
うに前記試料を移動させた場合には、同時に、前記媒体
移動手段に前記Ｘ線強度分布記録媒体上の予め定めた別
の領域に前記開口部を移動させ、前記試料上の複数の計
測点を前記Ｘ線強度分布記録媒体の複数の領域に１対１
で対応させて散乱Ｘ線を記録させることを特徴とする表
面形状検査装置。
【請求項５】請求項４に記載の表面形状検査装置におい
て、前記Ｘ線強度記録媒体は、感光体のプレートである
ことを特徴とする表面形状検査装置。
【請求項６】請求項１に記載の表面形状検査装置におい
て、前記２次元Ｘ線強度記録手段は、ＣＣＤカメラであ
ることを特徴とする表面形状検査装置。
【請求項７】試料を支持する試料台と、前記試料に対し
てＸ線ビームを予め定めた入射角度で照射するＸ線源
と、前記Ｘ線ビームを前記試料上の予め定めた任意の計
測点に入射させるために、前記試料台を前記Ｘ線源に対
して相対的に移動させる試料台移動手段と、前記移動手
段の移動量を制御する制御手段と、前記試料によって散
乱された前記Ｘ線ビームの出射角方向の強度分布を一度
に検出するための１次元Ｘ線強度分布検出手段と、前記
１次元Ｘ線強度分布検出手段によって検出された前記強
度分布から、前記試料で散乱されたＸ線強度の前記試料
からの出射角依存データを求める演算手段とを有するこ
とを特徴とする表面形状検査装置。
【請求項８】請求項７に記載の表面形状検査装置におい
て、前記１次元Ｘ線強度分布検出手段は、前記出射角方
向に長手方向を有する位置敏感性比例計数管であること
を特徴とする表面形状検査装置。
【請求項９】試料の第１の計測点に予め定めた角度でＸ
線ビームを入射させ、前記試料で散乱されたＸ線ビーム
のビーム断面方向のＸ線強度分布を、２次元Ｘ線強度分
布記録媒体上の第１の領域に記録させる第１のステップ
と、前記試料を前記Ｘ線ビームに対して移動させ、前記試料
の第２の計測点に前記Ｘ線ビームを前記角度で入射させ
る位置に配置するとともに、前記Ｘ線強度分布記録媒体
を前記Ｘ線ビームに対して移動させ、前記散乱されたＸ
線ビームが前記Ｘ線強度分布記録媒体上の第２の領域に
入射する位置に配置する第２のステップと、前記試料の第２の計測点に前記角度でＸ線ビームを入射
させ、前記試料で散乱されたＸ線ビームのビーム断面方
向のＸ線強度分布を、前記２次元Ｘ線強度分布記録媒体
上の第２の領域に記録させる第３のステップと、前記第２および第３のステップを、予め定めたすべての
計測点について終了するまで繰り返す第４のステップ
と、前記Ｘ線強度分布記録媒体上の前記領域のすべてについ
て、記録されているＸ線の強度分布を読み出す第５のス
テップと、前記読み出した散乱Ｘ線の強度分布の出射角依存データ
を、前記領域ごとに求める第６のステップと、前記領域ごとに求めた前記データから前記試料の表面粗
さ情報を求めることにより、前記計測点のすべてについ
てそれぞれ表面粗さ情報を求めることを特徴とする表面
形状計測方法。
【請求項１０】請求項９に記載の表面形状計測方法にお
いて、前記第１および第３のステップでは、前記Ｘ線ビ
ームとして、断面形状が、前記試料の主平面に平行な方
向に長い短冊型のビームを入射させ、前記第６のステッ
プでは、前記領域ごとに、前記Ｘ線強度分布記録媒体上
の強度分布を前記ビームの長手方向に積算し、該積算し
た強度の前記出射角依存データを求めることを特徴とす
る表面形状検査装置。
【請求項１１】請求項９記載の表面形状計測方法を実現
するためのプログラムを保持した機械読みとり可能な媒
体。