TW200525143A - Method for analyzing membrane structure and apparatus therefor - Google Patents

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200525143 , 九、發明說明： ‘【發明所屬之技術領域】 本毛明ίτ'有關膜構造解析方法及其裝置者。具體上， ?:月係有關於由具有兩種分解能及動態範圍之光學系戶斤 r測定數據’同時配適模擬演算數據，以解析膜試料 .構k的膜構造解析方法及其裝置者。 【先前技術】 、X線的反射率測定’係、以觀察膜之各界面反射之 V的現象’對測定結果配適模擬演算數據，而能予以 密度、膜厚度及其粗度(rough—^^ 、、山度，可由全反射臨界角度算出，而該層以外之宓 二即可由其：涉譜之振幅大小算出。而且各層膜厚度； 1辰動周期异出。該粗度即能由反射率測定數據全體之 衷厂率及在高角度側的干涉譜振幅的衰減算出（參照 碎寸開2001-349849號公報。 《專利文獻1》曰本 [發明所需解決的問題] 以層膜厚度為數百奈米的多層薄膜為對象，進行X怒 ，測定時，即須將入射[線的發散角度及波長擴展言: =於微小範圍後進行。有例如於入射侧使用Si或以等男 全結晶之單色光鏡（monochr⑽eter )者。完全結晶單色光^ ，制由光源發生的X線波長擴展，且僅取出平行成分的; 、泉其一射於薄膜的X線強度，即較不使用完全沾曰罝 先鏡日4到mo至1/1GQ之程度。尤於使用四結晶光學秀 316142 5 200525143 時，能減少約1/1〇〇的入射X線強度，因而，於χ線反射 率測定時’有動態範圍（dynamic range)不充足的情形。 也就是說；使用完全結晶單色光鏡時，因動態範圍過 小無法測定至高角度侧，致使有無法充分評價粗度的情 形亦有於多層膜中有薄膜層時，因對應於該膜厚的振動 周期小，乃有忽視該層而立即進行配適（fitting)的情形。 —第3圖係解析一種使用Ge(220)四結晶光學系，以測 定Si系薄膜數據（入射1線之發散角度為〇 〇〇45。左右） 者。對该測定數據進行模擬數據配適的結果，可預測該薄 ::基板上形成單層膜，而於表2所示之解析結果亦有Κ 值為0.01 586之非常吻合結果。 [表2]

另而再配Γ度、粗度等的參數初期值設。 而結果為與表2所_::::= 收教為一雖小，二升 316142 6 200525143 [表3]

關係=表2結果及表3結果，亦可知悉界面粗度之大小 安，，、，4遇多個解答之處亦不少，要判定那個為正 圖I : 4二判斷該雙方是否皆無充分的解析’僅使用第3 二二θ所不之測定數據而實施即有其困難性。粗度數 見象，雖可由測定到更高角度側的數據予以判 ^範圍不足時，亦不能進行充分的解析。 發明係有鑑於上述問題而作，而提供 =3獲得的測定數據，施行配適模擬演算數據，以 防止㈣之解析結果’陷 造解析方法“2:::度的膜構造解析結果之膜構 【發明内容】 [角午決問題的手段] 本發明解決上述課題之第1方案係： 提供一種膜構造解析方法，將單層膜 膜試料的構造，以X線反 〜夕層膜斤成之 法中，將nm 射率 ~析之料造解析方 字同-朕试枓以分解能及動態範圍 316142 7 200525143 <條件相異測試條件進行測定多 •析，以決定膜構造者。—據，予以同時解 本發明解決課題之第2方案係： h七、種膜構造解析方法，對單$ > 瞪岬粗从主ι 了早層腰或多層膜所成之 胰4枓的表面臨界角附近之角度 數據，使至少工個以上之/= 而獲得之測定 ^ 表不试料之物性參數變化而進杆 錢演算而獲得之模擬演算數據予以 測定數據與模擬演算數據的差異^ 2 值，以決定膜試料構造之膜構造解析二=茶數值為取適 能X線照射膜試料而獲得之第心=中，對以高分解 數據同時予以配適者。數據，分別將模擬演算 本發明解決課題之第3方案係， …提供-種膜構造解㈣置，將單層膜或多層膜 膑试料的構造，以X線反射 署由. 对半劂疋法解析之膜構造解析裝 置中，將同一膜試料以分 條件相異之測試條件，進圍二者之至少一個 Bn 1 η進m之多個測定數據，予以同 %解析，以決定膜構造者。 而於本發明解決課題之第4方案係： ^提供-種膜構造解㈣置，對單層膜或多層^ 试料的表面臨界角附近之角声 、 、 if /… 角度之X線入射而獲得之測定數 據’使至少1個以上試料之物 默 而獲得模擬演算數據予以㈣=％進行模擬演算 “ 配適，未取測定數據與模擬演瞀 數據的差異為最小時之參數 致值為取適值，以決定膜試料構 316142 8 200525143 造之膜構造解析裝詈中， _ 獲得之第1測定數據另 i解能x線照射膜試料而 得 、數據’及以低分解能X線照射膜試料而獲 者。，、u據’分別將模擬演算數#同時予以配適 [發明的效果] 測定：的膜構造解析方法及其裝置，對x線反射率 定數據，予以進行配適模㈣算數據，解 析朕構造之膜槿i止醢格士 ^ 局部性之自κ ，可防止由配適之解析結果陷於 以’而能獲得高準確度的膜構造解析結果。 【貫施方式】 [實施本發明之最佳態樣] 本發明之膜構造解析方法係：將單層膜 =料的構造，以X線反射率㈣法解析之膜構造 法中，將同-膜試料以分解能及動態範圍二者之至少一個 條件相異測試條件進行敎之多個測定數據，予以同時解 膜構造者。具體上，係對單層膜或多層膜所成 版试料的表面臨界角附近之角度之x線入射而獲得之測定 數據使至少1個以上之試料之物性參數變化而進行模擬 演算而獲得模擬演算數據予以配適，而決定膜試料的構造 者0 而該配適方式，係使用最小二乘法的解析，以求W 線反射率之因子為參數（變數），逐次變化參數值，以計算 其反射♦’以決定與實際反射率數據4殘差=乘和為最= 之最配適於測定數據之1組參數。 316142 9 200525143 ;由最j —乘法的解析，由於配適之順序及方法， =初期值之適合及不適合等，難以單純地使殘差二乘和 ，取小’而由發散導致無法配適之事亦不少。已知通常解 析之對X線反射率測定數據的模擬演算數據之配適係以實 知下§己順序而收束其解答。 (1)衣作包含基板薄膜之層構造模型。 ⑵對測定數據及模擬演算數據，使較臨界低 之隶大強度為一致。 — • ⑶使測定數據之強度與模型背景強度為一致。 (4) 決上在— 模型參數中能以之值。很多情形因基板為 :固U讀。若臈厚及密度等其他參數中有既 數則予以定數化。 (5) 以目視，由手動方々 a 為一致。 式決疋測定數據及模擬演算數據 (6) 實施自動配適。 夂數取Γ疋數據與模擬演算數據之差異為最小時之 多數值為敢適值。此時，其田 一 9 ^ ^ ^ 1 η 2 取小二乘和的殘差為小數點以 下2位數（nr〗之層級）， 之配適。 P 了 d辦為已經具有相當準確度 於本發明的膜構造解 古八妒v。 析方法中，在其測定時，對於以 问分角午能X線照射膜試料 八# ν ^ 而後侍之弟1測定數據，及以低 刀角午犯X線照射膜試料而# Π0.. 又侍之弟2測定數據，分別將模 二細…配適，以實施參數之最適化。 士 ’藉由H结晶單色光鏡對膜試料照射X線以取 316142 10 200525143 •得第1測定數據，另外不由6八α X ^ 9 , 9凡王結晶單色光鏡對膜試料 =取…測定數據。然 詈々入蛀日的立 進仃麥數最適化。若於入射側設 兀王、、、口日日早色光鏡時， 丄 j &侍鬲分解能、且狹窄動態 ^ , 面右於入射側不設置完全結晶 •之測定數據。 以低刀解能、且廣闊動態範圍 弟1圖係於入射相丨丨又〆由 + fe π 不使用元全結晶單色光鏡的測定結 果C發散角度〇 〇 5。m -,e ,, . ^ · 力怨靶圍9位數）。可知能獲得較廣 活1勺動怨範圍，且可觀測到 -m m ^ , ^ s ^ 孕乂大周功振動。由此，可預測 先與m Α盾族存在。唯因上述測定為低分解能 子’、目虽於臈厚約400_的振動則無法觀測。 行圖表示對第1敎數據及第2敎數據同時進 气科構造取適麥數係如表1所示。 [表1 ]

膜厚[nm]粗度[nm] [§/cm3]

έ士曰D由上述解析可知悉形成有，僅使用在人射側設置完i 二晶早色光鏡獲得的測定數據進行配適時不出現的 氧化膜層。且關於粗度亦無陷於局部性之解析，而能求謂 316142 11 200525143 ，準確答案。 如上所述，蔣i # 予以同時配適，即；二同分解能及動態範圍的測定數據 及動態範圍不同的測==::及膜的厚薄。而分解能 為分解能及動態範圍，、月"使用2種以上’且不僅 數據予以同時解析：：例如選擇多個測定波長，將該 丨j 了％析而可期待同樣的效果。 本I明的膜構造解沐 解析方法之構成者。太^、有為實施上述膜構造 係為進行X後及㈤/、，本务明的膜構造解析裝置， ,M "射率測定方法之X線反射率測定妒置 本構成的膜構造解析#署，技W、午利疋衣置為基 m. ^ Λ th ^ ^ 、備.以將同一膜試料以分 解此及動恶乾圍二者之至 刀 測定多個測定數據之备诚丨―木4 /、之測試條件進行 定的多個測定數攄 段’及由數據測定手段測 造決定手2 予以同時解析’以決定膜構造之膜構 單色光鏡為S動=’，將=tx士線入射侧之完全結晶 色光鏡對膜試料日m而以二:犄’即糟由完全結晶單 1才…、射X線，以後得上述第】 移動完全結晶單色光鏡，以不 士曰單 斜 試料照射線，庐得上、、，°Ba早色先叙對胰 定數攄及笛9、二 疋數據’將獲得的第1測 測定數據輸入於電腦等之膜構造 > 定手p 者。 ％析方法具出取適於表示膜構造的參數 以上係本發明中之一態樣例，但本發明不限定於該事 316142 12 200525143 ，例，而能於各細部考慮及採用各種形態者。 -由本發明，得對以χ線反射率測 實施配適模擬演算數據，以解析膜構迕二:二定數據’ 防止由配適之解析結果陷於局部性、，解析十， 度的膜構造解析結果。 而此獲得高準確 也就是說；在習用技術中， 動態範圍變窄現象，以致 能的結果，有使 訊，導致用於配適的參數最後 =二 明t，使用高分解能且糸扑* 丨^ β因而於本發 此且為狹乍動態範圍之測 为解能且為廣闊動態範圍之 /、一 配適，決上:局; 度之表示構造t =具有複雜層構造的膜試料，求得高精 因X線反射率測定，俏庠 材料之機能及特性的評價糸=地被=各種機能性薄膜 析之本發明之膜構造兄稱^ 高度的期待其實用化。其裝置為極有用無疑，而 【圖式簡單說明】 笫1圖以本發明腺結& + ^ 表。 析方法獲得之測定數據例所示圖 中實施的配適最適化結果 第2圖以本發明臈解析方法 所示之圖表。 去中實施的配適最適化結果所 第3圖以習用膜解析方 示之圖表。 316142 13 200525143 第4圖以習用膜解析方法中實施的配適最適化結果所 * 示之另一圖表。

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Claims (1)

1. 200525143 _、申請專利範圍： 1. 2· 3· 一種膜構造解析方法，係將單芦膜 的構造’以X線反射率測定_2^層㈣成膜試料 中，將同一膜試料以八 干之朕構造解析方法 刀知月匕及動離截圖-j + 嶋異之測試條件進行測定之多個測—定數據;—個 時解析，以決定膜構造者。 □則疋數據’予以同 一種膜構造解析方法， 的表面臨界角附近之^之m多層蘭成膜試料 據，使至少1個以上獲得之測定數 算，之模擬演算數據予以配適數;二=演 差異為最小時之參數值為最適= ^科構造之膜構造解析方法中，對以高二 膜試料而獲得之第低分解能χ線照射 時予以配適者。、#據"刀別將模擬演算數據同 ::膜構造解析裝置’係將單層膜或多層膜 :構造…線反射率測定法解析之膜構造解析裝置 中’將同-膜m分解能及動態範圍二者之 異之，件進行測定之多個測定數據，予以同 蛉解析，以決定膜構造者。 ::膜構造解析裝置，係對單層膜或多層膜所成膜試料 Ί @ ^界_近之角度之χ線入射而獲得之測定數 ί ’使Η@ 上試料之物性參數變化而進行模擬演 -而獲得模擬演算數據Τ以配適，求取測定數據與模擬 316142 15 4· 200525143 演算數據的差異為最小時之參數值為最適值，以決定膜 試料構造之膜構造解析裝置中，對以高分解能X線照射 膜試料而獲得第1測定數據，及以低分解能X線照射膜 試料而獲得之第2測定數據，分別將模擬演算數據同時 予以配適者。

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