TWI338131B - Method for analyzing membrane structure and apparatus therefor - Google Patents

Description

九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 各本明係有關膜構造解析方法及其裝置者。具體上， 本=明知有關於由具有S種分解能及動態範圍之光學系所 备又竹的測疋數據’同時配適模擬演算數據，以解析膜試料 構造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X線 干涉的現象’對敎結果配適模擬演算數據，而能予以解 _ ^之在度、膜厚度及其粗度（roughness )者。其最表面 ㈣的密度’彳由全反射臨界角度算出’而該層以外:密 即可由其干涉譜之振幅大小算出。而且各層臈厚度即 :由振動周期异出。該粗度即能由反射率測定數據全體之 哀減率及在高角度側的干涉譜振幅的衰減算出（參照專利 文獻1 )。 《專利文獻1》日本·特開2〇〇卜349849號公報。 [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 ，測定時，即須將入射χ線的發散角度及波長擴展設 =於微小範圍後進行。有例如於入射側使用Si或Ge等士 王結晶之單色光鏡（m〇n〇chr〇meter)者。完全結晶單夯 抑制由光源發生的X線波長擴展，且僅取出 、’兄

64 . ▲ 卞订成分的X "，/、照射於薄膜的）（線強度，即較不使用完全姅曰W 光鏡時小到1/1〇至之程度。尤於使用四結心= 316142 5 1338131 時’能減少約1 / 1 00的入射X線強度，因而，於χ線反射 率測疋時’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側，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（fittingh々情形。 第3圖係解析一種使用Ge(22〇)四結晶光學系，以測 疋Si系薄膜數據（入射χ線之發散角度為〇. 〇〇45。左右） 者。對該測定數據進行模擬數據配適的結果，可預測該薄 膜於基板上形成單層膜，而於表2所示之解析結果亦有r 值為〇. 01586之非常吻合結果。 [表2] —------ 1~~--- 密度 [g/cm3] 膜厚[nm ] 粗度[nmJ R值 Si2〇2CH3 'TTol2~ ~3?δΓ3〇~ L45 Si基板 ----—----- 2. 33 - 0. 81 ------- 0.01586

p ’膜密度、膜厚度、粗度㈣參數初期值設； 而…，度貫施配適，即可進行如第4圖所示之配i 而、，‘口果為與表2所示4士要；t日η 、 ㈣A 的解答，同時，亦能將1 •G15712’雖小’且有精度提升現象。 316142 6 1338131 [表3]

si俨反1表2。果及表3結果’亦可知悉界面粗度之大小 關係反轉。 確^上^遭遇多個解答之處亦不少，要判定那個為正 雙方是否皆無充分的解析，僅使用第3 " 圖所不之測定數據而實施即有其困難性。粗度數 :的Ϊ轉'象二雖可由測定到更高角度側的數據予以： ’於動態範圍不足時’亦不能進行充分的解析。 …本《明係有鑑於上述問題而作，而提供—種對X線反 射率測定所獲得的測定數據，施行配適 冓造之膜構造解析中，防止由配適之解 1较指&析，以獲得高準確度的膜構造解析結果之膜構 &知析方法及其裝置為課題者。 【發明内容】 [解決問題的手段] 本發明解決上述課題之第1方案係： 提供-種膜構造解析方法，將單層膜或多層膜所成之 法：料的構造，以X線反射率測定法解析之膜構造解析方 中，將同一膜試料以分解能及動態範圍二者之至少一個 316142 7 唯於由取小二乘法的解析，由於配適之順序及方法， 2以初期值之適合及不適合等，難以單純地使殘差二乘和 為最小’而由發散導致無法配適之事亦不少。已知通常解 2之對X線反射率測定數據的模擬演算數據之配適係以實 施下記順序而收束其解答。 (1) 製作包含基板薄膜之層構造模型。 (2) 對測定數據及模擬渖曾 贫數據，使較缸界角為低角度 之彔大強度為一致。 ⑶使測定數據之強度與模型背景強度為一致。 ⑷決定在模型參數中能固定之值。很多情形因基板為 :::固：該密度。若膜厚及密度等其他參數中有既知參 數則予以疋數化。 (5 )以目視，由手動方々、| 、 私站 式決疋測定數據及模擬演算數據 為一致。 (6)實施自動配適。 (Ό求取測定數據與模擬 久食令^ y士 、蚨决异數據之差異為最小時之 爹數值為琅適值。此時，婪旧 -T ? ^ ^ η n-2 « 取小二乘和的殘差為小數點以 數（10之層級），gp可判 之配適。 丨』判斷為已經具有相當準確度 於本發明的膜構造解柘古i山 XV ^ At γ . 斤方法中，在其測定時，對於以 问刀解月b X線,¾射膜試料 — 公解处γ从Λ ώ 4又件之弟1測定數據，及以低 为解π X線照射膜試料而獲 Μ ^ ^ Μ η 又侍之弟2測定數據’分別將模 械开數據同時予以配適， v$ll , — 以Λ知荃數之最適化。 例如，藉由完全社曰。。a 、°日日早色光鏡對膜試料照射X線以取 316142 10 1338131

得第1測定數據，另外T 不稭由完全結晶單色光鏡對膜試料 照射X線而取得第？.‘目丨丨中& u 仟弟Z測疋數據。然後，對各測定數據，同 時配適模擬演算數據，以進 ^ 。。 進仃麥數取適化。右於入射側設 兀王，、口日日早色光鏡時’即可獲得高分解能、且 範圍之測定數據，另—古； 八乍勒心 方面’若於入射側不設置完全处晶 單色光鏡而測定時，即可捭γ俏八疋王、·.口日日 之測定數據。 D—、且廣闊動態範圍 第1圖係於入射側不使用— σ 果仏與W η… 日日羊色光鏡的測定結 =政角度U5，動態範圍9位數）。可知能獲得較廣 闊的動態範圍，且可觀測到較大周期振動。由I可預測 4膜试料上有極薄的層膜存在。 、 共與多^ 唯因上述測定為低分解能 先予糸，故相當於膜厚約彻⑽的振動則無法觀測。 1第2圖表示對第i敎數據及第2測定數據同時進 己適七果所後得的模擬演算數據。配適結果所 試料構造最適參數係如表1所示。 又’、 [表1] 膜厚[nm]粗度[nm]

密度 [g/cm3] 由上述解析可知悉形成有，僅 結晶單色光鏡獲得的測定數據進行 中側吹置凡全 氧化臈層。且關於粗度亦無陷於局部性之二出現的叫 丨王之·％析，而能求得 316142 11 如上所述’將兩種不prj γ 予以同時配適，即可同:刀^能及動感範圍的測定數據 及動態範圍不同的測定=析粗度及膜的厚薄。而分解能 為分解能及動態範圍，丨亦能使用2種以上，且不僅 數據予以同時解析而可期;個測定波長’將該 ,^ Μ侍问樣的效果。 本發明的膜構造解析 解析方法之構成者。且H為實施上述膜構造 係為進行X線反射率測:方丰本發明的膜構造解析裝置， 本構成的膜構造解析裝置：：χ線反射率測定裝置為基 解能及動態範圍 ：:、備.以將同-膜試料以分 測定多個測定數據之數據;;1=件相異之測試條件進行 定的多個測定數據，i 手段’及由數據測定手段測 造決定手段者。丨以冋時解析，以決定膜構造之膜構 X線反=""地表不本發明的膜構造解析裝置，係於一般 單色光鏡為置中，將設置於x線入射側之完全結晶 色先知為可移動方式，而於 試料照射X線，以獲得上述;; 移動完全結晶單多#— 佩丹 試料昭射X線P兄’错由完全結晶單色光鏡對膜 定數據及第”上述第2測定數據’將獲得的第1測 逸，- 屑疋數據輸入於電腦等之膜構造決定手段， 者:处膜構造解析方法算出最適於表示膜構造的參數 以上係本發明中 之 態樣例，但本發明不限定於該事 316142 12 1338131 例’而能於各細部考慮及採用各種形態者。 明，得對以X線反射率測定獲得的測定數據， ;二己適模擬演算數據，以解析膜構造之膜構造解析令， ==適之解析結果陷於局部性解析，而 度的膜構造解析結果。 卞门半確 =是說；在習用技術中，提升分解能的結 現象，—職造時無法獲得充分資 :中V:用：配適的參數最後成為局部解答本 :二使:：分解能且為狹窄動態範圍之測定數據，= :: 廣闊動態範圍之測定數據，能對反映膜試;;構 句話說；由本發明對具有複速局部解答的問題。換 度之表示構造之參數。_層構造的膜試料’求得高精 因X線反射❸収’係廣泛地㈣於各 =機能及特性的評價，因此，以高 ： 2本發明之料造料方^其裝 = 向度的期待其實用化。 ^用…破而 【圖式簡單說明】 弟1圖以本發明膜解批 表。 斤方法後得之測定數據例所示圖 苐2圖以本發明膜解析 所示之圖表。 第3圖以習用膜解析方 示之圖表。 方法中實施的配適最適化結果 法中實施的配適最適化結果所 η 316Η2 1338131 第 示之另 圖以習用膜解析方法中實施的配適最適化結果所 圖表。 316142

Claims (1)

1338131 弟93〗30085蛇專利申，^ 十、申請專利範圍： （"年*月2°日 造解析方法，係將單層膜或多 :::徵射率測定法解析之膜構造解析：； 之至少解⑽咖二者 2. 3. 數據予以同時解析，以決定輯造。 収 一種臈構造解析方法，係對單芦 料的表面臨界角附近之角卢〜结”曰、所成膜之試 數據，使至幻個心獲得之測定 :亍模擬演算而獲得之模擬演算數據予以配適， 數據與模擬演算數據的差異為最小時之參 值，以決定膜關構造之膜構造解析方法，其=為. 對以南分解能X線照射膜試•獲得第丨測定數據為及 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。 -種膜構造解析裝置，係將單層膜或多層臈所成膜之試 料的構造，以X線反射率測定法解析之膜構造解析裂 置，其特徵為具備：數據測定手段’將同一膜試 解能及動態範圍二者之至少-個條件相異之測試條件刀 進行多個數據的測定；及膜構造解析手段，藉由同時解 析由該數據測定手段所測定之多個測定數據，以決定膜 構造。 一種膜構造解析裝置，係對單層膜或多層膜所成之膜试 料的表面臨界角附近之角度之X線入射而獲得之測定 316142絛正版 15 4. 1338131 第93130085號專利申請案 數據，使至少1個以上之表 （99年㈠2曰） 行模擬演算而獲得模擬演首數據$ ^生的參數變化而進 據與模擬演算數據的差異值=數 構造之膜構造解析裳置，其特徵為具 1據土疋手段’對以高分解能X線照射膜試料而獲 仔數據、及以低分解能X線照射膜試料而獲得 之第2測定數據予以測定；及膜構造解析手段，對由該 數據測定手段所測定之第1測定數據及第2測定數據， 刀別將模擬屬异數據同時予以配適，藉此測定膜構造。 16 316142修正版