JP3348269B2 - X-ray reflectance measurement method - Google Patents
X-ray reflectance measurement methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はX線反射率測定方法
に関するものであり、特に、試料表面へのX線の入射角
の変化に対するX線反射率の変化から、薄膜材料の物理
的な性質を評価するためのX線反射率測定方法に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring X-ray reflectivity, and more particularly, to a method for measuring the reflectivity of a thin film material based on a change in X-ray reflectivity with respect to a change in an incident angle of X-rays on a sample surface. The present invention relates to an X-ray reflectivity measuring method for evaluating physical properties.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、X線反射率法は、半導体装置等の
種々の薄膜を堆積させた多層構造を有している試料の表
面構造の評価に有効な方法として用いられており、この
様な半導体装置等における極めて薄い薄膜の評価や積層
界面の平坦性などの積層膜の詳細な評価を行うために
は、広い範囲のX線入射角に対応する情報を得ることが
必要になる。2. Description of the Related Art Conventionally, the X-ray reflectivity method has been used as an effective method for evaluating the surface structure of a sample having a multilayer structure in which various thin films such as semiconductor devices are deposited. It is necessary to obtain information corresponding to a wide range of X-ray incident angles in order to evaluate a very thin thin film and a detailed evaluation of a laminated film such as flatness of a laminated interface in a simple semiconductor device or the like.
【0003】このX線反射率法は、反射X線強度プロフ
ァイルの試料へのX線入射角依存性を、シミュレーショ
ン結果と合わせることによって物性を評価する手法であ
り、例えば、薄膜/基板界面の平坦な試料については、
反射X線強度は理論的には試料へのX線入射角の4乗に
逆比例して減衰し、薄膜/基板界面が平坦でない場合に
はさらに急激に減衰する。The X-ray reflectivity method is a method of evaluating physical properties by matching the dependence of a reflected X-ray intensity profile on an X-ray incident angle on a sample with a simulation result. For a good sample,
The reflected X-ray intensity theoretically attenuates in inverse proportion to the fourth power of the X-ray incident angle on the sample, and more rapidly when the thin film / substrate interface is not flat.
【0004】この場合、精度の高い解析を行うために
は、出来るだけ広いX線入射角の範囲で測定を行う必要
があり、したがって、広い範囲にわたる反射X線強度の
測定・検出が要求されることになる。In this case, in order to perform a highly accurate analysis, it is necessary to perform measurement in the range of the X-ray incident angle as wide as possible. Therefore, it is required to measure and detect the reflected X-ray intensity over a wide range. Will be.
【0005】従来の、X線反射率測定装置においては、
X線検出器が正しく検出できるX線強度の限界で測定強
度の限界が決まり、この測定限界により測定可能なX線
入射角が制限されていた。In a conventional X-ray reflectivity measuring apparatus,
The limit of the measured intensity is determined by the limit of the X-ray intensity that can be detected correctly by the X-ray detector, and the measurable limit has limited the measurable X-ray incident angle.
【0006】この様子を図6を参照して説明する。 図6参照 従来のX線反射率測定装置は、回転対陰極等のX線源1
1、スリット12、チャネルカット結晶13、スリット
14、入射X線強度モニター15、ゴニオメーター1
7、スリット18、及び、X線検出器19から概略的に
構成されており、X線源11からのX線はスリット1
2、チャネルカット結晶13、及び、スリット14を介
して単色化、平行化と減衰・整形したのち入射X線強度
モニター15を介してゴニオメーター17上に載置した
被測定試料16に所定のX線入射角22で入射する。This situation will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 6, a conventional X-ray reflectometer measures an X-ray source 1 such as a rotating anti-cathode.
1, slit 12, channel cut crystal 13, slit 14, incident X-ray intensity monitor 15, goniometer 1
7, a slit 18, and an X-ray detector 19.
2. After monochromatizing, collimating, attenuating, and shaping through the channel cut crystal 13 and the slit 14, a predetermined X is applied to the sample 16 to be measured placed on the goniometer 17 through the incident X-ray intensity monitor 15. Light is incident at a line incident angle 22.
【0007】この入射X線20は被測定試料16の表面
構造に応じた反射率で反射され、この反射X線21がス
リット18を介してX線検出器19で検出されることに
なり、この場合、ゴニオメーター17により被測定試料
16の入射X線20に対する角度(ゴニオメーターの回
転角)を変化させながら測定を行うことになる。なお、
符号23は、X線検出器19の仰角である。The incident X-ray 20 is reflected at a reflectance according to the surface structure of the sample 16 to be measured, and the reflected X-ray 21 is detected by the X-ray detector 19 through the slit 18. In this case, the measurement is performed while the angle of the sample 16 to be measured 16 with respect to the incident X-ray 20 (the rotation angle of the goniometer) is changed by the goniometer 17. In addition,
Reference numeral 23 denotes an elevation angle of the X-ray detector 19.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、この様なX線
反射率測定装置及び測定方法において、X線強度が測定
限界を越えないようにするためのX線強度の調整方法
は、X線源11自体の強度を調整するか、或いは、スリ
ット12,14,18によりX線を減衰させるかであ
り、このX線強度の調整方法では比較的狭いX線入射角
範囲での測定しか行うことができず、X線反射率プロフ
ァイルが緩やかに変化する極めて薄い薄膜の評価や、X
線入射角22の大きな領域の情報を必要とする多層膜の
界面の平坦性等を評価しようとする場合、解析に耐える
だけの精度を持ったデータを得ることは困難であった。However, in such an X-ray reflectivity measuring apparatus and method, the method of adjusting the X-ray intensity so that the X-ray intensity does not exceed the measurement limit is determined by an X-ray source. Either to adjust the intensity of the X-ray itself or to attenuate the X-rays by the slits 12, 14, and 18. In this method of adjusting the X-ray intensity, measurement can be performed only in a relatively narrow X-ray incident angle range. Evaluation of extremely thin thin films that cannot be performed and the X-ray reflectance profile changes slowly
When trying to evaluate the flatness or the like of the interface of a multilayer film that requires information on a region having a large line incident angle 22, it has been difficult to obtain data with sufficient accuracy to withstand the analysis.
【0009】したがって、本発明は、X線入射角22の
より広い範囲に渡って精度の高いX線反射率の測定を行
うことの出来るX線反射率測定装置及び測定方法を提供
することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide an X-ray reflectivity measuring apparatus and a measuring method capable of measuring an X-ray reflectivity with high accuracy over a wider range of the X-ray incident angle 22. And
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図1参照 (1)本発明は、X線源とX線検出器との間のX線通路
にX線吸収体を設けたX線反射率測定装置を用いるとと
もに、測定するX線入射角領域を2つ以上の領域に分割
し、前記分割した領域毎に異なったX線吸収体を使用す
るX線反射率測定方法において、X線入射角が小さくな
る方向へX線入射角の走査を行うことを特徴とする。FIG. 1 is an explanatory view of the principle configuration of the present invention. Referring to FIG. 1, means for solving the problems in the present invention will be described. See FIG. 1. (1) The present invention relates to an X-ray path between an X-ray source and an X-ray detector.
When an X-ray reflectometer equipped with an X-ray absorber is used,
Dividing the X-ray incident angle area to be measured into two or more areas
Then, a different X-ray absorber is used for each of the divided areas.
In the X-ray reflectivity measuring method, the X-ray incident angle is small.
Scanning at an X-ray incident angle in a predetermined direction .
【0011】この様に、X線入射角が小さくなる方向へ
X線入射角の走査を行うことにより、逆方向に走査した
場合に比べて、X線検出器6を損傷することがなくな
る。 即ち、X線入射角が大きくなる方向へX線入射角の
走査を行った場合、X線吸収体2の交換の際に、交換し
たX線吸収体2のX線吸収量の減少の程度が大きすぎる
とX線検出器6を損傷させることになるが、X線入射角
が小さくなる方向へX線入射角の走査を行う場合には、
X線吸収体2を厚くなるように交換するので、どの様に
交換してもX線検出器6が交換後直ちに損傷を受けるこ
とがなくなる。 Thus, in the direction in which the X-ray incident angle becomes smaller
Scanning was performed in the opposite direction by scanning at the X-ray incident angle.
In comparison with the case, the X-ray detector 6 is not damaged.
You. In other words, the X-ray incident angle increases in the direction in which the X-ray incident angle increases.
When scanning is performed, replace the X-ray absorber 2
Of X-ray absorption of the X-ray absorber 2 is too large
And the X-ray detector 6 will be damaged.
When scanning at an X-ray incident angle in a direction in which
How to replace the X-ray absorber 2 to make it thicker
Even if it is replaced, the X-ray detector 6 may be damaged immediately after replacement.
Disappears.
【0012】(2)また、本発明は、上記(1)におい
て、測定するX線入射角領域の分割を、反射X線強度に
応じて行うことを特徴とする。[0012] (2), in the above (1), the division of the X-ray incidence angle range to be measured, and performing in accordance with the reflected X-ray strength of.
【0013】この場合には、測定過程で設定した反射X
線強度上限を越えた場合、或いは、設定した反射X線強
度下限を下回った場合に、X線吸収体2を交換すること
によって、X線検出器6を破壊することなく、且つ、広
範囲のX線入射角における精度の高い測定が可能にな
る。In this case, the reflection X set during the measurement process
When the X-ray intensity exceeds the upper limit or falls below the set lower limit of the reflected X-ray intensity, the X-ray absorber 6 is replaced without destroying the X-ray detector 6 and a wide range of X-rays. Highly accurate measurement at the line incident angle becomes possible.
【0014】(3)また、本発明は、上記(1)におい
て、測定するX線入射角領域の分割を、X線入射角に応
じて行うことを特徴とする。[0014] (3) Regarding the above (1), the division of the X-ray incidence angle range to be measured, and performing in accordance with the X-ray incidence angle.
【0015】この場合には、X線入射角に対する大凡の
応じた反射X線強度を予めシミュレーションしておき、
測定過程で設定したX線入射角を越えた場合、或いは、
下回った場合に、X線吸収体2を交換することによっ
て、X線検出器6を破壊することなく、且つ、広範囲の
X線入射角における精度の高い測定が可能になるもので
あり、反射X線強度を監視することなく、ゴニオメータ
ー4の回転角の監視だけで交換が可能になる。In this case, the reflected X-ray intensity roughly corresponding to the X-ray incident angle is simulated in advance,
When the X-ray incidence angle set in the measurement process is exceeded, or
If the X-ray absorption ratio falls below the above range, the X-ray absorber 2 is exchanged to enable highly accurate measurement at a wide range of X-ray incident angles without destroying the X-ray detector 6. The replacement can be performed only by monitoring the rotation angle of the goniometer 4 without monitoring the line intensity.
【0016】[0016]
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【0019】[0019]
【0020】[0020]
【0021】[0021]
【0022】[0022]
【0023】[0023]
【0024】[0024]
【0025】[0025]
【0026】[0026]
【0027】[0027]
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態を図2
及び図3を参照して説明する。 図2参照 図2は本発明のX線反射率測定装置の概略的構成図であ
り、図6に示した従来のX線反射率測定装置のチャネル
カット結晶13と入射X線強度モニター15側のスリッ
ト14との間にX線吸収体24を設けたものに相当す
る。FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an X-ray reflectometer of the present invention. FIG. 2 shows a channel cut crystal 13 and an incident X-ray intensity monitor 15 of the conventional X-ray reflectometer shown in FIG. This corresponds to a structure in which the X-ray absorber 24 is provided between the slit 14 and the slit 14.
【0029】即ち、本発明のX線反射率測定装置は、回
転対陰極等のX線源11、X線源11からの入射X線2
0を整形するスリット12、スリット12を通過した入
射X線20の角度発散を抑える平行な二枚一組の平板状
シリコン結晶からなるチャネルカット結晶13、入射X
線20の強度を減衰させるAl板からなるX線吸収体2
4、X線吸収体24を通過した入射X線20を整形する
スリット14、スリット14を通過した入射X線20の
強度を測定するイオン・チャンバーからなる入射X線強
度モニター15、被測定試料16を載置し被測定試料1
6に対するX線入射角22を任意に設定するゴニオメー
ター17、被測定資料16からの反射X線21の入射を
制限するスリット18、スリット18を介して反射X線
21を検出するシンチレーションカウンターからなるX
線検出器19で構成される。That is, the X-ray reflectivity measuring apparatus of the present invention comprises: an X-ray source 11 such as a rotating anti-cathode;
Slit 12 for shaping 0, channel cut crystal 13 made of a pair of parallel plate-like silicon crystals for suppressing angular divergence of incident X-rays 20 passing through slit 12, incident X
X-ray absorber 2 made of an Al plate that attenuates the intensity of wire 20
4. A slit 14 for shaping the incident X-ray 20 passing through the X-ray absorber 24, an incident X-ray intensity monitor 15 comprising an ion chamber for measuring the intensity of the incident X-ray 20 passing through the slit 14, and a sample 16 to be measured. Place the sample to be measured 1
A goniometer 17 for arbitrarily setting an X-ray incident angle 22 with respect to 6, a slit 18 for restricting the incidence of the reflected X-ray 21 from the material 16 to be measured, and a scintillation counter for detecting the reflected X-ray 21 through the slit 18 X
It comprises a line detector 19.
【0030】この場合、スリット18及びX線検出器1
9はゴニオメーター17に固定されているアーム(図示
せず)に取り付けられて、ゴニオメーター17の回転に
連動して回転するようになっており、入射X線20のX
線入射角22とX線検出器19の仰角23が等しくなる
ように動作を設定する。In this case, the slit 18 and the X-ray detector 1
Numeral 9 is attached to an arm (not shown) fixed to the goniometer 17 so as to rotate in conjunction with the rotation of the goniometer 17.
The operation is set so that the line incident angle 22 and the elevation angle 23 of the X-ray detector 19 become equal.
【0031】図3参照 図3は、このX線反射率測定装置を用いて、Si基板上
に厚さ10nmのCo(コバルト)薄膜を堆積させた試
料の測定結果を示すもので、X線入射角22の走査をX
線入射角22が減少する様に行うものであり、反射X線
21の強度が予め検出限界値以下に設定した設定値を越
えた場合に、X線吸収体24をよりX線吸収量の多いも
の、即ち、より厚いX線吸収体24に交換する。FIG. 3 shows the measurement results of a sample obtained by depositing a 10 nm-thick Co (cobalt) thin film on a Si substrate using this X-ray reflectivity measuring apparatus. Scan the corner 22 by X
When the intensity of the reflected X-rays 21 exceeds a preset value equal to or less than the detection limit value, the X-ray absorber 24 is set to have a larger X-ray absorption amount. Replace it with a thicker X-ray absorber 24.
【0032】この場合には、X線吸収体22を用いずに
測定を開始したのち、反射X線21の強度が設定値(約
2.5×105 cps:カウント/秒)を越えた場合
に、即ち、X線入射角22が低角側の領域ではX線吸収
体24として厚さ0.9mmのAl板を挿入したもので
あり、0.9mmのAl板によって入射X線20の強度
を略1/1000(10-3)に減衰することができ、検
出限界が3〜4×105cps程度のX線検出器19を
用いて108 cpsを越える値に対応する測定結果を得
ることができる。In this case, after the measurement is started without using the X-ray absorber 22, the intensity of the reflected X-rays 21 exceeds a set value (about 2.5 × 10 5 cps: count / second). That is, in the region where the X-ray incident angle 22 is on the low angle side, an Al plate having a thickness of 0.9 mm is inserted as the X-ray absorber 24, and the intensity of the incident X-ray 20 is increased by the 0.9 mm Al plate. Can be attenuated to approximately 1/1000 (10 −3 ), and a measurement result corresponding to a value exceeding 10 8 cps is obtained using the X-ray detector 19 having a detection limit of about 3 to 4 × 10 5 cps. be able to.
【0033】そして、得られた測定結果は、X線吸収体
24を挿入する時に、同じX線入射角22において、挿
入前と挿入後の反射X線21の強度を測定して、両者の
強度が同じになるように挿入後の反射X線21の強度を
補正して測定結果を連続させて、被測定試料16の層構
造を評価する。When the X-ray absorber 24 is inserted, the intensity of the reflected X-rays 21 before and after the insertion is measured at the same X-ray incidence angle 22 when the X-ray absorber 24 is inserted. Then, the intensity of the reflected X-ray 21 after insertion is corrected so that the measurement results are continuous, and the layer structure of the sample 16 to be measured is evaluated.
【0034】例えば、図3のような結果が得られた場合
には、フレネルの式に基づく解析により、被測定試料1
6の層構造が10nmのCo膜ではなく、実際には、密
度の違う3層からなり、各層の膜厚は表面から2nm、
10nm、2nmで、各界面の凹凸が数Åであると評価
することになる。For example, when the results shown in FIG. 3 are obtained, the sample 1 to be measured is analyzed by the analysis based on the Fresnel equation.
The layer structure of No. 6 is not a 10 nm Co film, but actually consists of three layers having different densities.
At 10 nm and 2 nm, the unevenness of each interface is evaluated to be several Å.
【0035】この様に、反射X線21の強度に応じてX
線吸収体24を交換して反射X線21の強度を測定する
ことによって、X線入射角22の大きな領域における測
定を大きな強度の入射X線20を用いて行うことができ
るので、測定時間を短縮化しても、精度の高い測定を行
うことができる。As described above, according to the intensity of the reflected X-ray 21, X
By exchanging the line absorber 24 and measuring the intensity of the reflected X-rays 21, it is possible to perform measurement in a region where the X-ray incident angle 22 is large by using the incident X-rays 20 having a large intensity. Even with the shortening, highly accurate measurement can be performed.
【0036】また、第1の実施の形態の様に、X線入射
角22の走査をX線入射角22が減少する様に行うこと
によって、反射X線21の強度のプロファイルを確認し
ながら、適切な厚さのX線吸収体24に交換することが
できるので、プロファイルの精度を損なうことはない。Further, as in the first embodiment, by scanning the X-ray incident angle 22 so that the X-ray incident angle 22 decreases, the profile of the intensity of the reflected X-ray 21 can be checked. Since the X-ray absorber 24 having an appropriate thickness can be replaced, the accuracy of the profile is not impaired.
【0037】なお、この様なX線反射率の測定において
は、その強度は図から明らかなように波打つことになる
ので、この様な場合のプロファイルの精度を損なわない
ように、X線入射角22が減少するように走査したにも
拘らず、途中で反射X線21の強度が減少し、予め設定
した設定値を下回ったときには、より吸収量の小さな薄
いX線吸収体24に交換して測定を行うようにしても良
い。In such a measurement of the X-ray reflectivity, the intensity is wavy as is apparent from the figure, so that the X-ray incident angle is set so as not to impair the accuracy of the profile in such a case. When the intensity of the reflected X-rays 21 decreases on the way and falls below a preset value in spite of scanning so as to reduce the number 22, the X-ray absorber 24 having a smaller absorption amount is replaced with a thin X-ray absorber 24. The measurement may be performed.
【0038】また、上記の第1の実施の形態において
は、X線吸収体24を一度挿入するだけ、即ち、厚さ0
mmのX線吸収体24から厚さ0.9mmのX線吸収体
24へ交換するの相当するものであるが、より精密な且
つ広範囲のX線入射角22の測定を行うために、複数回
の交換を行っても良いものである。In the first embodiment, the X-ray absorber 24 is inserted only once, that is, when the thickness is zero.
It is equivalent to replacing the X-ray absorber 24 having a thickness of 0.9 mm with the X-ray absorber 24 having a thickness of 0.9 mm, but in order to measure the X-ray incident angle 22 more precisely and over a wide range, a plurality of times are required. May be exchanged.
【0039】また、上記の第1の実施の形態において
は、反射X線21の強度によってX線吸収体24を交換
しているが、反射X線21の強度と入射X線20の強度
との相関の大まかな様子が知られている場合には、X線
入射角22に設定値を設け、この設定値を下回った場合
に、より厚いX線吸収体24に置き換えるようにしても
良い。In the first embodiment, the X-ray absorber 24 is replaced by the intensity of the reflected X-rays 21. However, the intensity of the reflected X-rays 21 and the intensity of the incident X-rays 20 are different. If a rough state of the correlation is known, a set value may be provided for the X-ray incident angle 22, and if the set value falls below this set value, the X-ray absorber 24 may be replaced with a thicker X-ray absorber 24.
【0040】さらに、X線入射角22の走査方向を逆に
しても良く、この場合には、最初に一番厚いX線吸収体
24を挿入し、所定の設定値を下回った場合に、より薄
いX線吸収体24に交換していけば良い。Further, the scanning direction of the X-ray incident angle 22 may be reversed. In this case, the thickest X-ray absorber 24 is inserted first, and when the X-ray absorber 24 falls below a predetermined set value, the scanning direction becomes larger. What is necessary is just to replace it with a thin X-ray absorber 24.
【0041】但し、この場合には、交換の際に、交換し
たX線吸収体24のX線吸収量の減少の程度が大きすぎ
るとX線検出器19を損傷させることになり、また、交
換したX線吸収体24のX線吸収量の減少の程度が小さ
すぎると頻繁な交換が必要となるので注意を要すること
になる。However, in this case, if the amount of X-ray absorption of the replaced X-ray absorber 24 is excessively reduced during replacement, the X-ray detector 19 will be damaged, and the replacement will be performed. If the degree of decrease in the amount of X-ray absorption of the X-ray absorber 24 is too small, frequent replacement is required, so that caution is required.
【0042】次に、図4及び図5を参照して本発明の第
2の実施の形態を説明する。なお、図4は第2の実施の
形態の測定方法を概念的に説明するものであって、X線
入射角領域を2つの領域、即ち、低角領域Aと高角領域
Bとに分割するものであり、図4(a)は反射X線強度
を示し、図4(b)は入射X線強度を示す。この場合、
測定データをスムーズに接続するために低角領域Aと高
角領域Bとがオーバラップする接続領域Cを設けてお
く。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 conceptually illustrates the measurement method according to the second embodiment, in which the X-ray incident angle region is divided into two regions, that is, a low-angle region A and a high-angle region B. 4 (a) shows the reflected X-ray intensity, and FIG. 4 (b) shows the incident X-ray intensity. in this case,
In order to smoothly connect the measurement data, a connection area C where the low-angle area A and the high-angle area B overlap is provided.
【0043】図4(a)参照 まず、X線吸収体24を用いないで、X線入射角22が
減少するように走査しながら、高角領域Bにおける反射
X線21の強度を測定し、接続領域Cにおいては、X線
吸収体24を挿入した場合と外した場合について測定
し、その後の低角領域Aにおいては、X線吸収体24を
挿入して測定を行う。Referring to FIG. 4A, the intensity of the reflected X-rays 21 in the high-angle area B is measured without using the X-ray absorber 24 while scanning so that the X-ray incident angle 22 is reduced. In the region C, the measurement is performed for the case where the X-ray absorber 24 is inserted and the case where the X-ray absorber 24 is removed, and in the subsequent low-angle region A, the measurement is performed with the X-ray absorber 24 inserted.
【0044】また、この測定データを接続する場合に
は、接続領域Cにおける低角領域Aにおけるデータと高
角領域Bにおけるデータの平均値が一致するように接続
するものであり、X線反射率プロファイルは見かけ上、
X線検出器19の測定上限を越えており、従来のX線反
射率プロファイルよりもX線強度の広い範囲に渡る測
定、即ち、広いX線入射角22の範囲での測定を行うこ
とになっており、従って、基板の表面構造に関して従来
よりも高精度の評価が可能になる。When the measurement data is connected, the connection is performed such that the average value of the data in the low-angle area A and the average value of the data in the high-angle area B in the connection area C are equal to each other. Is apparently
The measurement exceeds the upper limit of the measurement of the X-ray detector 19, and the measurement is performed over a wider range of the X-ray intensity than the conventional X-ray reflectivity profile, that is, the measurement is performed within the range of the X-ray incident angle 22. Therefore, it is possible to evaluate the surface structure of the substrate with higher accuracy than before.
【0045】図4(b)参照 なお、この場合の接続領域Cにおける低角領域Aにおけ
るデータと高角領域Bにおけるデータの接続は、反射X
線21の強度ではなく、図に示す入射X線強度モニター
15における入射X線20の強度の測定値を用いて行っ
ても良い。Referring to FIG. 4B, the connection between the data in the low-angle area A and the data in the high-angle area B in the connection area C in this case is represented by a reflection X
The measurement may be performed by using the measured value of the intensity of the incident X-ray 20 on the incident X-ray intensity monitor 15 shown in FIG.
【0046】何れにしても、接続領域Cにおける低角領
域Aにおけるデータと高角領域Bにおけるデータの接続
は、それらの間のズレが最小になるような方法であれば
いかなる方法でも構わないものであり、通常は最小二乗
法を用いる。In any case, the connection of the data in the low-angle area A and the data in the high-angle area B in the connection area C may be performed by any method as long as the deviation between them is minimized. Yes, usually using the least squares method.
【0047】図5(a)参照 図5(a)は、図2に示すX線反射率測定装置を用い
て、Si基板上に厚さ10nmのCo(コバルト)薄膜
を堆積させた試料(図3の場合と同じ試料)の測定結果
を示すもので、まず、X線吸収体24を用いないで、X
線入射角22が減少するように走査しながら、高角領域
Bにおける反射X線21の強度を測定し、接続領域Cに
おいては、X線入射角22の200の測定点において、
X線吸収体24を挿入した場合と外した場合について測
定し、その後の低角領域Aにおいては、X線吸収体24
を挿入して測定を行う。FIG. 5A shows a sample in which a 10 nm thick Co (cobalt) thin film is deposited on a Si substrate using the X-ray reflectometer shown in FIG. 3 shows the measurement results of the same sample. First, without using the X-ray absorber 24,
While scanning so that the line incident angle 22 decreases, the intensity of the reflected X-ray 21 in the high-angle region B is measured. In the connection region C, at the 200 measurement points of the X-ray incident angle 22,
The measurement was performed for the case where the X-ray absorber 24 was inserted and for the case where the X-ray absorber 24 was removed.
Insert and measure.
【0048】この場合、X線吸収体24を外した状態で
高角領域Bから接続領域Cの低角領域A境界まで測定し
たのち、ゴニオメーター17の回転角を接続領域Cの高
角領域B境界まで戻し、X線吸収体24を挿入してその
後の測定を行うこともできるが、その場合には、X線入
射角22の値の再現性が悪くなる。In this case, after measuring from the high angle area B to the boundary of the low angle area A of the connection area C with the X-ray absorber 24 removed, the rotation angle of the goniometer 17 is measured to the boundary of the high angle area B of the connection area C. The X-ray absorber 24 can be inserted back, and the subsequent measurement can be performed. However, in that case, the reproducibility of the value of the X-ray incident angle 22 deteriorates.
【0049】しかし、本発明の実施の形態の場合には、
ゴニオメーター17の回転角の向きを一定にしたままで
測定することができるため、ゴニオメーター17の回転
角の精度(2/1000度)に匹敵するX線入射角22
の再現性が得られる。However, in the case of the embodiment of the present invention,
Since the measurement can be performed while the direction of the rotation angle of the goniometer 17 is kept constant, the X-ray incidence angle 22 equivalent to the accuracy (2/1000 degrees) of the rotation angle of the goniometer 17 is used.
Is obtained.
【0050】図5(b)参照 また、この測定データを接続する場合には、接続領域C
における低角領域Aにおけるデータと高角領域Bにおけ
るデータの平均値が一致するように接続するのであり、
図から明らかなように、X線反射率プロファイルは見か
け上、X線検出器19の測定上限を越えており、従来の
X線反射率プロファイルよりもX線強度の広い範囲に渡
る測定、即ち、広いX線入射角22の範囲での測定結果
となっており、従って、基板の層構造に関して従来より
も高精度の評価が可能になる。Referring to FIG. 5B, when connecting the measurement data, the connection area C
Are connected so that the average value of the data in the low-angle area A and the average value of the data in the high-angle area B are the same,
As is apparent from the figure, the X-ray reflectivity profile apparently exceeds the upper limit of the measurement of the X-ray detector 19, and measurement over a wider range of the X-ray intensity than the conventional X-ray reflectivity profile, that is, The measurement results are obtained in a wide range of the X-ray incident angle 22. Therefore, it is possible to evaluate the layer structure of the substrate with higher accuracy than before.
【0051】なお、図5(b)のような結果が得られた
場合には、図3の場合と同様に、フレネルの式に基づく
解析により、被測定試料16の層構造が密度の違う3層
からなり、各層の膜厚は表面から2nm、10nm、2
nmで、各界面の凹凸が数Åであると評価することにな
る。When the result as shown in FIG. 5B is obtained, the layer structure of the sample 16 to be measured has different densities by analysis based on the Fresnel equation, as in the case of FIG. Each layer has a thickness of 2 nm, 10 nm, 2 nm from the surface.
In nm, the unevenness of each interface is evaluated to be several Å.
【0052】なお、第2の実施の形態においては、接続
領域Cにおいて200の測定点で測定を行っているが、
最低1つの測定点で測定を行えば良く、さらに、2点以
上の測定点で測定を行うことが望ましい。In the second embodiment, the measurement is performed at 200 measurement points in the connection area C.
The measurement may be performed at least at one measurement point, and it is desirable to perform the measurement at two or more measurement points.
【0053】また、この様なX線反射率の測定において
は、第1の実施の形態と同様にその強度は図から明らか
なように波打つことになるので、この様な場合のプロフ
ァイルの精度を高めるために、X線入射角22が減少す
るように走査したにも拘らず、途中で反射X線21の強
度が減少し、予め設定した設定値を下回ったときには、
より吸収量の小さな薄いX線吸収体24に交換して測定
を行っても良い。In such measurement of the X-ray reflectivity, the intensity is wavy as is apparent from the figure, as in the first embodiment, so that the accuracy of the profile in such a case is reduced. In order to increase the intensity of the reflected X-rays 21 in the middle of the scan so as to decrease the X-ray incident angle 22 and decrease below the preset value,
The measurement may be performed by replacing the X-ray absorber 24 with a smaller absorption amount.
【0054】また、上記の第2の実施の形態において
は、X線吸収体24を一度挿入するだけであるが、即
ち、厚さ0mmのX線吸収体24から厚さ0.9mmの
X線吸収体24へ交換することに相当するものである
が、より精密な且つ広範囲のX線入射角22の測定を行
うために、複数回の交換を行っても良いものである。In the second embodiment, the X-ray absorber 24 is only inserted once, that is, the X-ray absorber 24 having a thickness of 0 mm is shifted from the X-ray absorber 24 having a thickness of 0.9 mm. This is equivalent to replacing with the absorber 24, but may be replaced a plurality of times in order to measure the X-ray incident angle 22 more precisely and over a wide range.
【0055】また、上記の第2の実施の形態において
は、反射X線21の強度によってX線吸収体24を交換
しているが、反射X線21の強度と入射X線20の強度
との相関の大まかな様子が知られている場合には、X線
入射角22に設定値を設け、この設定値を下回った場合
に、より厚いX線吸収体24に置き換えるようにしても
良い。In the second embodiment, the X-ray absorber 24 is exchanged according to the intensity of the reflected X-rays 21. However, the intensity of the reflected X-rays 21 and the intensity of the incident X-rays 20 are different. If a rough state of the correlation is known, a set value may be provided for the X-ray incident angle 22, and if the set value falls below this set value, the X-ray absorber 24 may be replaced with a thicker X-ray absorber 24.
【0056】さらに、X線入射角22の走査方向を逆に
しても良く、この場合には、最初に一番厚にX線吸収体
24を挿入し、所定の設定値を下回った場合に、より薄
いX線吸収体24に交換していけば良い。Further, the scanning direction of the X-ray incidence angle 22 may be reversed. In this case, when the X-ray absorber 24 is first inserted into the thickest, and the X-ray absorber 24 falls below a predetermined set value, What is necessary is just to replace it with a thinner X-ray absorber 24.
【0057】なお、上記の各実施の形態においては、X
線吸収体24の交換手段については言及していないが、
反射X線21の測定強度、入射X線20の測定強度、或
いは、X線入射角22、即ち、ゴニオメーター17の回
転角に応じて自動的に交換する手段を用いても良いもの
である。In each of the above embodiments, X
Although the exchange means of the wire absorber 24 is not mentioned,
It is also possible to use means for automatically exchanging according to the measured intensity of the reflected X-ray 21, the measured intensity of the incident X-ray 20, or the X-ray incident angle 22, that is, the rotation angle of the goniometer 17.
【0058】例えば、X線検出器19で検出した反射X
線21の強度を比較増幅器に入力し、測定限界、一般的
には測定上限より予め低く設定した設定値と比較し、そ
の出力によってステップモータ等を駆動してX線吸収体
24を吸収量の異なるX線吸収体24に交換するように
すれば良い。For example, the reflection X detected by the X-ray detector 19
The intensity of the line 21 is input to a comparison amplifier and compared with a measurement limit, generally a set value lower than the measurement upper limit, and a step motor or the like is driven by the output to cause the X-ray absorber 24 to reduce the amount of absorption. What is necessary is just to replace it with a different X-ray absorber 24.
【0059】また、反射X線21の強度は入射X線強度
に依存することになるが、入射X線20の強度は入射X
線強度モニター15で測定しているので、入射X線強度
モニター15の測定した入射X線強度で規格化した反射
X線強度を得るようにすることによって、規格化された
反射X線強度によって広いX線入射角22の範囲におけ
るX線反射率を直接観測することができ、被測定試料1
6の表面構造の大凡の評価をリアルタイムに行うことが
できる。The intensity of the reflected X-rays 21 depends on the intensity of the incident X-rays.
Since the measurement is performed by the X-ray intensity monitor 15, the reflected X-ray intensity standardized by the incident X-ray intensity measured by the incident X-ray intensity monitor 15 is obtained, so that the reflected X-ray intensity is standardized. The X-ray reflectivity in the range of the X-ray incident angle 22 can be directly observed, and the measured sample 1
Rough evaluation of the surface structure of No. 6 can be performed in real time.
【0060】この場合、例えば、X線検出器19の後段
に設けた(図示せず)増幅器の増幅率を入射X線強度モ
ニター15が測定した入射X線強度に応じて変更するこ
とによって、見かけ上、スムーズに接続されたデータを
得ることができる。In this case, for example, by changing the amplification factor of an amplifier (not shown) provided after the X-ray detector 19 in accordance with the incident X-ray intensity measured by the incident X-ray intensity monitor 15, the apparent value is changed. In addition, connected data can be obtained smoothly.
【0061】なお、入射X線強度で規格化するというこ
とは、X線吸収体24のX線吸収率、即ち、X線吸収体
24の厚さで規格化するということと同等であるので、
X線検出器19の後段に設けた(図示せず)増幅器の増
幅率を挿入しているX線吸収体24の厚さに応じて変更
するようにしても良い。It is to be noted that normalization by the incident X-ray intensity is equivalent to normalization by the X-ray absorption rate of the X-ray absorber 24, that is, normalization by the thickness of the X-ray absorber 24.
The amplification factor of an amplifier (not shown) provided after the X-ray detector 19 may be changed according to the thickness of the inserted X-ray absorber 24.
【0062】また、上記の各実施の形態においては、X
線吸収体24を入射X線20を減衰させる位置に挿入し
ているが、ゴニオメーター17に固定されたアームに取
り付けてゴニオメーター17とスリット18との間に設
け、反射X線21を減衰させるようにしても良く、その
場合には、入射X線20の強度を任意に大きくすること
ができるので、測定強度が向上し、また、測定時間が短
縮化される。In each of the above embodiments, X
The ray absorber 24 is inserted at a position where the incident X-ray 20 is attenuated, but is attached to the arm fixed to the goniometer 17 and provided between the goniometer 17 and the slit 18 to attenuate the reflected X-ray 21. In such a case, the intensity of the incident X-rays 20 can be arbitrarily increased, so that the measurement intensity is improved and the measurement time is shortened.
【0063】[0063]
【発明の効果】本発明によれば、X線検出器を損傷させ
ることなく、X線検出器が正しくX線を検出できる検出
限界を見かけ上越えた強度範囲での測定が可能になるた
め、X線反射率法による材料評価の精度や信頼性を格段
に向上させることができる。According to the present invention, the X-ray detector is damaged.
The X-ray detector can detect X-rays correctly and can measure in the range of apparently exceeding the detection limit, so the accuracy and reliability of material evaluation by the X-ray reflectivity method are greatly improved. Can be done.
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.
【図2】本発明のX線反射率測定装置の概略的構成の説
明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a schematic configuration of an X-ray reflectance measuring device of the present invention.
【図3】本発明の第1の実施の形態の測定結果の説明図
である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a measurement result according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第2の実施の形態の測定方法の説明図
である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a measuring method according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第2の実施の形態の測定結果の説明図
である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a measurement result according to the second embodiment of the present invention.
【図6】従来のX線反射率測定装置の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a conventional X-ray reflectivity measuring device.
1 X線源 2 X線吸収体 3 入射X線強度モニター 4 ゴニオメーター 5 被測定試料 6 X線検出器 7 X線通路 8 X線通路 11 X線源 12 スリット 13 チャンネルカット結晶 14 スリット 15 入射X線強度モニター 16 被測定試料 17 ゴニオメーター 18 スリット 19 X線検出器 20 入射X線 21 反射X線 22 X線入射角 23 仰角 24 X線吸収体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 X-ray source 2 X-ray absorber 3 Incident X-ray intensity monitor 4 Goniometer 5 Sample to be measured 6 X-ray detector 7 X-ray path 8 X-ray path 11 X-ray source 12 Slit 13 Channel cut crystal 14 Slit 15 Incident X Line intensity monitor 16 Sample to be measured 17 Goniometer 18 Slit 19 X-ray detector 20 Incident X-ray 21 Reflected X-ray 22 X-ray incident angle 23 Elevation angle 24 X-ray absorber
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−311165(JP,A) 特開 平5−142166(JP,A) 特開 平5−196583(JP,A) 特開 平2−186250(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 23/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-7-311165 (JP, A) JP-A-5-142166 (JP, A) JP-A-5-196583 (JP, A) JP-A-2- 186250 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 23/20
Claims (3)
X線吸収体を設けたX線反射率測定装置を用いるととも
に、測定するX線入射角領域を2つ以上の領域に分割
し、前記分割した領域毎に異なったX線吸収体を使用す
るX線反射率測定方法において、X線入射角が小さくな
る方向へX線入射角の走査を行うことを特徴とするX線
反射率測定方法。 1. An X-ray path between an X-ray source and an X-ray detector.
With the use of an X-ray reflectometer equipped with an X-ray absorber
Divided the X-ray incident angle area to be measured into two or more areas
Then, a different X-ray absorber is used for each of the divided areas.
In the X-ray reflectivity measuring method, the X-ray incident angle is small.
X-ray scanning at an incident angle of X-ray in a predetermined direction
Reflectance measurement method.
反射X線強度に応じて行うことを特徴とする請求項1記
載のX線反射率測定方法。2. The division of the X-ray incident angle region to be measured is
2. The method according to claim 1, wherein the measurement is performed in accordance with the intensity of the reflected X-ray.
X線入射角に応じて行うことを特徴とする請求項1記載
のX線反射率測定方法。3. The division of the X-ray incident angle area to be measured is as follows :
2. The method according to claim 1, wherein the measurement is performed in accordance with the X-ray incident angle.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP26517995A JP3348269B2 (en) | 1995-10-13 | 1995-10-13 | X-ray reflectance measurement method |
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JPH09105726A JPH09105726A (en) | 1997-04-22 |
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JP3889388B2 (en) * | 2003-10-06 | 2007-03-07 | 株式会社リガク | Membrane structure analysis method and apparatus |
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1995
- 1995-10-13 JP JP26517995A patent/JP3348269B2/en not_active Expired - Fee Related
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