(57)【要約】【課題】ロッキングカーブ解析によるＸ線回折による分析において、専門家やＸ線分析の熟練者でなくとも、測定から解析まで一貫して簡単な操作により、薄膜の膜厚や組成を解析できるようにする。【解決手段】Ｘ線回折測定装置で測定された測定データを、Ｘ線回折分析装置から、ロッキングカーブ解析装置に転送する。そして、ユーザは、ロッキングカーブ解析装置に、膜構造のパラメタを入力する。入力させたパラメタを初期値として含むある範囲の中から、測定データと計算データのロッキングカーブの乖離が少ないパラメタを、パラレルテンパリング法によって探索して、最適パラメータとして求め、その後に、精密化として、最小二乗法によって、さらに、測定データと計算データのロッキングカーブの乖離が少ないパラメタを、試料構造のパラメタとして求める。【選択図】図２０
2010249784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定結果とシュミレーション結果とをフィッテングして、試料を解析するＸ線回折分析システムにおいて、
Ｘ線回折測定装置と、Ｘ線回折分析装置と、試料解析装置とを備え、
前記Ｘ線回折測定装置は、
光学系と、
前記光学系と測定される試料に関する調整パラメタを、前記Ｘ線回折分析装置から受信する調整パラメタ受信部と、
試料測定のための測定条件を、前記Ｘ線回折分析装置から受信する測定条件受信部と、
前記光学系による測定データを収集する測定部と、
前記測定データを、前記Ｘ線回折分析装置に送信する測定データ送信部とを有し、
前記Ｘ線回折分析装置は、
前記Ｘ線回折測定装置から測定データを受信する測定データ受信部と、
前記Ｘ線回折分析装置に入力された調整パラメタを、前記前記Ｘ線回折測定装置に送信する調整パラメタ送信部と、
試料測定のための測定条件を、前記Ｘ線回折測定装置に送信する測定条件送信部と、
前記光学系と測定される試料に関する調整パラメタを入力させる光学系・試料位置調整設定部と、
前記入力された測定条件に基づき、前記Ｘ線回折測定装置に試料測定をおこなうことを指示する試料測定部とを有し、
前記試料解析装置は、前記Ｘ線回折分析装置から測定データを受信する測定データ受信部と、
試料構造を入力させる試料構造設定部と、
統計的手法により、試料解析のパラメタの最適解を探索する最適探索部と、
試料解析のパラメタの精密化シュミレーションをおこなう精密化シュミレーション部と、
試料解析の解析結果を、前記Ｘ線回折分析装置に送信する解析結果送信部とを有し、
前記試料解析装置は、
前記試料構造設定部により、試料構造のパラメタを入力させ、
前記最適パラメタ探索部により、入力させたパラメタを初期値として含むある範囲の中から、測定データと計算データの乖離が少ないパラメタを、統計的手法によって探索して、最適パラメタとして求め、
前記精密化シュミレーション部により、前記求められた最適パラメタを、さらに、最小二乗法によって、さらに、測定データと計算データの乖離が少ないパラメタを、試料解析のパラメタとして求め、
前記求められた試料解析のパラメタを、前記解析結果送信部により、前記前記Ｘ線回折分析装置に送信するか、または、表示装置に出力するＸ線回折分析システムであって、測定条件と解析条件とを、事前に総べて入力し、実行に移ったあとは、所定のステップに基づき、測定と解析をおこない、結果を出力することを特徴とするＸ線回折分析システム。
【請求項２】
測定される試料は、基板上に、一つ以上の薄膜が形成された構造であり、前記試料構造のパラメタが、前記基板または前記薄膜の膜厚または組成比であることを特徴とする請求項１記載のＸ線回折分析システム。
【請求項３】
前記Ｘ線回折分析装置と、前記試料解析装置とは、ネットワークにより接続されたことを特徴とする請求項１記載のＸ線回折分析システム。
【請求項４】
測定結果とシュミレーション結果とをフィッテングして、試料を解析するＸ線回折分析方法において、
前記Ｘ線回折分析システムは、Ｘ線回折測定装置と、Ｘ線回折分析装置と、試料解析装置とを備え、
前記Ｘ線回折分析装置に、光学系と測定される試料に関する調整パラメタを入力させる手順と、
前記Ｘ線回折分析装置から前記Ｘ線回折測定装置に、入力された調整パラメタを送信する手順と、
前記Ｘ線回折測定装置において、前記送信された調整パラメタに基づき、光学系と試料位置を調整する手順と、
前記Ｘ線回折分析装置に、試料測定の測定条件を入力する手順と、
前記Ｘ線回折分析装置から前記Ｘ線回折測定装置に、入力された前記測定条件を送信する手順と、
前記Ｘ線回折分析装置が指示し、前記送信された測定条件に基づき、前記Ｘ線回折測定装置により、試料測定をおこなう手順と、
前記Ｘ線回折測定装置から前記Ｘ線回折分析装置に、試料測定の測定データを送信する手順と、
前記試料解析装置は、前記Ｘ線回折分析装置から転送される前記測定データを受信する手順と、
前記試料解析装置に、測定される試料の構造を試料解析パラメタとして入力させる手順と、
前記試料解析装置は、入力させたパラメタを初期値として含むある範囲の中から、測定データと計算データの乖離が少ないパラメタを、統計的手法によって探索して、最適パラメータとして求める手順と、
前記試料解析装置は、前記求められた最適パラメータを、さらに、最小二乗法によって、さらに、測定データと計算データの乖離が少ないパラメタを、試料解析パラメタとして求める手順と、
前記試料解析装置は、前記求められた試料解析パラメタを、前記前記Ｘ線回折分析装置に送信するか、または、表示装置に出力する手順とを有し、
測定条件と解析条件を事前に総べて入力し、実行に移ったあとは、所定の手順に基づき、結果を出力することを特徴とするＸ線回折分析方法。
【請求項５】
測定される試料は、基板上に、一つ以上の薄膜が形成された構造であり、前記試料構造のパラメタが、前記基板または前記薄膜の膜厚または組成比であることを特徴とする請求項４記載のＸ線回折分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線回折分析システム、および、Ｘ線回折分析方法に係り、特に、ロッキングカーブ解析により、薄膜などの組成を分析する際に、測定から解析までを一貫しておこなう用途に用いて好適なＸ線回折分析システム、および、Ｘ線回折分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の結晶配向性や薄膜の膜厚などを調べるために、ロッキングカーブ解析という手法が知られている。特許文献１には、Ｘ線検出器の各面におけるＸ線強度を記録することにより、ロッキングカーブを得るようにしたＸ線回折装置が開示されている。
【０００３】
ロッキングカーブ解析は、Ｘ線の入射角度と検出器の角度を２θとし、２θ付近の回折のピーク位置を固定して、試料基板面と入射Ｘ線の角度ωを、θ付近で微小に変化させて、Ｘ線強度を測定する手法であり、結晶性のよい多層エピタキシャル膜や、超格子構造を解析するのに適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２９２３７９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】伊庭  幸人他著「計算統計II  マルコフ連鎖モンテカルロ法とその周辺  （統計科学のフロンティア）」，岩波書店,２００５年１０月２７日，ｐ．７４−７８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、Ｘ線回折におけるロッキングカーブ解析の手法は、単に研究で使われる段階から、製品開発のために積極的に生産現場でも使用される段階に移行し、必ずしも、専門家やＸ線分析の熟練者だけによって使用されるものでなくなってきている。例えば、半導体装置の製造時に、製膜した基板を測定・解析し、設計どおりに成膜ができたかということを検査する場合には、必ずしも、Ｘ線分析の専門家や、経験をつんだ製膜技術者でもない人が、結果を知りたいという要請が生まれてきた。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、ロッキングカーブ解析によるＸ線回折による分析において、専門家やＸ線分析の熟練者でなくとも、測定から解析まで一貫して簡単な操作により、薄膜の膜厚や組成を解析できるようなＸ線回折分析システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のロッキングカーブ測定をおこない試料の性質を分析するＸ線回折分析システムは、Ｘ線回折測定装置と、Ｘ線回折分析装置と、ロッキングカーブ解析装置とを備えている。
【０００９】
Ｘ線回折測定装置は、光学系を有し、試料を測定する装置である。
【００１０】
Ｘ線回折分析装置は、光学系と測定される試料に関する調整パラメタと、測定条件を入力して、Ｘ線回折測定装置にそれらを転送して、Ｘ線回折測定装置に指示を与えて、ロッキングカーブ測定をおこなわせる。
【００１１】
ロッキングカーブ解析装置は、Ｘ線回折分析装置から転送されてくる測定データに基づき、ロッキングカーブ解析をおこない、以下の手順により、試料の構造を決定する。試料でよく解析されるのは、基板上に薄膜が複数形成された構造であり、膜厚や薄膜の組成比を決定する場合である。
【００１２】
ロッキングカーブ解析装置は、先ず、解析を始める前に、ユーザより、膜構造などの試料構造のパラメタを入力させる。そして、入力させたパラメタを初期値として含むある範囲の中から、測定データと計算データのロッキングカーブの乖離が少ないパラメタを、統計的手法であるパラレルテンパリング法によって探索して、最適パラメタとして求める。その後に、精密化として、求められた最適パラメタを、さらに、最小二乗法によって、さらに、測定データと計算データのロッキングカーブの乖離が少ないパラメタを、試料構造のパラメタとして求める。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ロッキングカーブ解析によるＸ線回折による分析において、専門家やＸ線分析の熟練者でなくとも、測定から解析まで一貫して簡単な操作により、薄膜の膜厚や組成を解析できるようなＸ線回折分析システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るＸ線回折分析システムのシステム構成図である。
【図２】Ｘ線回折測定装置の光学系の概略図である。
【図３】Ｘ線回折分析装置のハードウェア構成図である。
【図４】ロッキングカーブ解析装置のハードウェア構成図である。
【図５】Ｘ線回折分析によるロッキングカーブ測定とロッキングカーブ解析の手順を示すフローチャートである。
【図６】Ｘ線回折分析装置１００における光学系調整設定ダイアログを示す図である。
【図７】Ｘ線回折分析装置１００における試料位置調整設定ダイアログを示す図である。
【図８】Ｘ線回折分析装置１００におけるロッキングカーブ予備測定設定ダイアログを示す図である。
【図９】Ｘ線回折分析装置１００におけるロッキングカーブ測定設定ダイアログを示す図である。
【図１０】ロッキングカーブ解析のメインウィンドウを示す図である。
【図１１】ロッキングカーブ解析の手順を示すフローチャートである。
【図１２】プロファイルウィンドウに測定データによるロッキングカーブを表示したときの図である。
【図１３】試料構造設定データとして、膜構造作成時の基本条件を設定するダイアログを示す図である。
【図１４】試料の一例として採り上げる膜構造を示す図である。
【図１５】図１４に示される試料の基板に関する条件を設定するときの図である。
【図１６】第１番目の膜に関する条件を設定するときの図である。
【図１７】第２番目の膜に関する条件を設定するときの図である。
【図１８】グローバルフィット条件を設定するときの図である。
【図１９】最適化前のパラメタ設定のプロファイルウィンドウを表す図である。
【図２０】最適化後のパラメタ設定のメインウィンドウを表す図である。
【図２１】精密化のときのパラメタ設定の状態を表す図である。
【図２２】精密化が終了したのときのメインウィンドウを表す図である。
【図２３】出力されるレポートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る一実施形態を、図１ないし図２３を用いて説明する。
【００１６】
先ず、図１ないし図４を用いて本発明の一実施形態に係るＸ線回折分析システムのシステム構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＸ線回折分析システムのシステム構成図である。
【００１７】
Ｘ線回折分析システムは、Ｘ線回折測定装置０００、Ｘ線回折分析装置１００、ロッキングカーブ解析装置２００からなり、Ｘ線回折測定装置０００とＸ線回折分析装置１００とが、ケーブルで接続されており、Ｘ線回折分析装置１００、ロッキングカーブ解析装置２００とが、ネットワークにより接続されている。
【００１８】
Ｘ線回折測定装置０００は、調整パラメタ受信部０１０、測定条件受信部０２０、測定データ送信部０３０、光学系０４０、測定部０５０からなる。
【００１９】
調整パラメタ受信部０１０は、Ｘ線回折分析装置１００から光学系や試料位置のパラメタを受け取る部分である。
【００２０】
測定条件受信部０２０は、Ｘ線回折分析装置１００からロッキングカーブ測定の測定条件を受け取る部分である。
【００２１】
測定データ送信部０３０は、測定部０５０により収集された測定データをＸ線回折分析装置１００に送信する部分である。
【００２２】
光学系０４０は、試料をＸ線回折により分析するための光学系であり、調整パラメタ受信部０１０が受信したパラメタにより、光学系や試料位置を調整する機能を有する。
【００２３】
測定部０５０は、光学系０４０での測定データを収集して、測定データ送信部０３０に伝える。
【００２４】
Ｘ線回折分析装置１００は、測定データ受信部１１０、調整パラメタ送信部１２０、測定条件送信部１３０、光学系・試料位置調整設定部１４０、ロッキングカーブ測定部１５０、測定データ送信部１６０、解析条件ファイル送信部１７０、解析結果受信・表示部１８０からなる。
【００２５】
測定データ受信部１１０は、Ｘ線回折測定装置０００で測定された測定データを受信する部分である。
【００２６】
調整パラメタ送信部１２０は、光学系・試料位置調整設定部１４０で設定された調整パラメタを、Ｘ線回折測定装置０００に送信する部分である。
【００２７】
測定条件送信部１３０は、ロッキングカーブ測定の測定条件をＸ線回折測定装置０００に送信する部分である。
【００２８】
光学系・試料位置調整設定部１４０は、Ｘ線回折測定装置０００での光学系０４０の光学系と試料位置の調整パラメタを設定する部分である。
【００２９】
ロッキングカーブ測定部１５０は、Ｘ線回折分析装置１００でのロッキングカーブ測定のための測定条件を入力させ、Ｘ線回折測定装置０００にロッキングカーブ測定を指示して、測定データを収集させる。
【００３０】
測定データ送信部１６０は、ロッキングカーブ解析装置２００に測定データを送信する部分である。
【００３１】
解析条件ファイル送信部１７０は、ロッキングカーブ解析装置２００に解析条件ファイルを送信する部分である。
【００３２】
解析結果受信・表示部１８０は、ロッキングカーブ解析装置２００から解析結果を受信し、表示する部分である。
【００３３】
ロッキングカーブ解析装置２００は、測定データ受信部２１０、解析結果送信部２２０、試料構造設定部２３０、最適パラメタ探索部２４０、精密化シュミレーション部２５０、レポート作成部２６０、解析条件ファイル受信部２７０よりなる。
【００３４】
測定データ受信部２１０は、Ｘ線回折分析装置１００から測定データを受信する部分である。
【００３５】
解析結果送信部２２０は、ロッキングカーブ解析装置２００から解析結果を送信する部分である。
【００３６】
試料構造設定部２３０は、最適パラメタ探索部２４０、精密化シュミレーション部２５０による解析のために、薄膜の膜厚や組成比などの試料の情報を設定する部分である。
【００３７】
最適パラメタ探索部２４０は、後述する統計的手法により、試料構造として入力されるパラメタの最適解を探索する部分である。
【００３８】
精密化シュミレーション部２５０は、最適パラメタ探索部２４０により求められたパラメタに基づいて、最小二乗法などの手法により、シュミレーションをおこない測定データと比較する部分である。
【００３９】
レポート作成部２６０は、最適パラメタ探索部２４０と精密化シュミレーション部２５０による解析結果をレポートとして作成する部分である。
【００４０】
解析条件ファイル受信部２７０は、ロッキングカーブ解析装置２００から、解析条件ファイルを受信する部分である。
【００４１】
本実施形態は、Ｘ線回折分析装置１００とロッキングカーブ解析装置２００が、別の装置としてインプリメントされているが、同一の装置でこれらの機能を実行してもよい。ただし、本実施形態のように、Ｘ線回折分析装置１００とロッキングカーブ解析装置２００が別々の装置である場合に、ロッキングカーブ解析装置２００に負荷がかかることがあっても、Ｘ線回折分析装置１００で別の処理をできる利点がある。また、別の装置で実現することにより、システムの柔軟性が向上する。また、Ｘ線回折分析装置１００からロッキングカーブ解析装置２００にアクセスするためには、Ｘ線回折分析装置１００の環境設定ファイルに、ロッキングカーブ解析装置２００のＩＰアドレスを設定しておくことにより、接続先をユーザが意識することなく、自動的に取得するようにしておく。
【００４２】
Ｘ線回折分析装置１００がロッキングカーブ測定に関する測定データを得るたびに、ロッキングカーブ解析装置２００に、解析の実行を指示する解析実行コマンドが自動的に送信され、解析を自動実行するようにしてもよい。Ｘ線回折分析装置１００は、ロッキングカーブ解析装置２００は、解析の終了を待たずとも、次の測定を実施することができる。
【００４３】
ロッキングカーブ解析装置２００では、Ｘ線回折分析装置１００からの解析実行コマンドは、随時受け付けられ、連続して測定と解析をおこなう場合であっても、前に発行された解析コマンドは、全て蓄積され、ロッキングカーブ解析装置２００で、順次、その解析コマンドに基づくロッキングカーブ解析がおこなわれる。
【００４４】
測定が終了して、ロッキングカーブ解析装置２００がシャットダウンされた場合であっても、解析コマンドは、蓄積されるので、ロッキングカーブ解析は、引き続きおこなわれる。
【００４５】
次に、図２を用いてＸ線回折測定装置０００の光学系０４０について簡単に説明する。
図２は、Ｘ線回折測定装置の光学系の概略図である。
【００４６】
光学系０４０は、Ｘ線を照射する入射系と、Ｘ線の回折強度を測定する検出器とからなる。図に示されるように、Ｘ線の入射角度と検出器との成す角度が２θのときに、θ近傍で、試料へのＸ線の照射角度ωを、スキャンする。
【００４７】
次に、図３および図４を用いてＸ線回折分析装置とロッキングカーブ解析装置のハードウェア構成を説明する。
図３は、Ｘ線回折分析装置のハードウェア構成図である。
図４は、ロッキングカーブ解析装置のハードウェア構成図である。
【００４８】
Ｘ線回折分析装置１００、ロッキングカーブ解析装置２００のハードウェア構成としては、ともに汎用的なパーソナルコンピュータで、必要なプログラムをＣＰＵで実行することにより、実現することができる。
【００４９】
Ｘ線回折分析装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、主記憶装置１０２、ネットワークＩ／Ｆ１０３、グラフィックＩ／Ｆ１０４、入出力Ｉ／Ｆ１０５、補助記憶装置Ｉ／Ｆ１０６が、バスにより結合された形態になっている。
【００５０】
ＣＰＵ１０１は、Ｘ線回折分析装置１００の各部を制御し、主記憶装置１０２にＸ線回折分析プログラムをロードして実行する。
【００５１】
主記憶装置１０２は、通常、ＲＡＭなどの揮発メモリで構成され、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、参照するデータが記憶される。
【００５２】
ネットワークＩ／Ｆ１０３は、外部ネットワークと接続するためのインタフェースであり、このインタフェースにより、ロッキングカーブ解析装置２００と接続されている。
【００５３】
グラフィックＩ／Ｆ１０４は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置１２０を接続するためのインタフェースである。
【００５４】
入出力Ｉ／Ｆ１０５は、入出力装置を接続するためのインタフェースである。図３の例では、キーボード１３１とポインティングデバイスのマウス１３２が接続されている。
【００５５】
補助記憶装置Ｉ／Ｆ１０６は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）４１やその他の補助記憶装置を接続するためのインタフェースである。
【００５６】
外部Ｉ／Ｆ１０７は、Ｘ線回折測定装置０００などの外部機器と接続するためのインタフェースである。
【００５７】
ＨＤＤ１４１は、大容量の記憶容量を有しており、本実施形態を実行するためのＸ線回折分析プログラムが格納されている。
【００５８】
Ｘ線回折分析プログラムは、図１に示した各部の機能を実現するための測定データ受信モジュール１１０ｍ、調整パラメタ送信モジュール１２０ｍ、測定条件送信モジュール１３０ｍ、光学系・試料位置調整設定モジュール１４０ｍ、ロッキングカーブ測定モジュール１５０ｍ、測定データ送信モジュール１６０、解析条件ファイル送信モジュール１７０、解析結果受信・表示モジュール１８０の各モジュールからなる。
【００５９】
これらのモジュールは、実行時に主記憶装置１０２にロードされて、ＣＰＵ１０１により実行される。
【００６０】
本実施形態のＸ線回折分析装置１００は、上記のようなパーソナルコンピュータに、 Ｘ線回折分析解析プログラムをインストールして、各機能を実行するものである。
【００６１】
ロッキングカーブ解析装置２００も、Ｘ線回折分析装置１００と同様のハードウェア構成で実現できる。
【００６２】
ただし、ＨＤＤ２４１に、ロッキングカーブ解析プログラムが、格納されていることが異なっている。
【００６３】
ロッキングカーブ解析プログラムは、図１に示した各部の機能を実現するための測定データ受信モジュール２１０ｍ、解析結果送信モジュール２２０ｍ、試料構造設定モジュール２３０ｍ、最適パラメタ探索モジュール２４０ｍ、精密化シュミレーションモジュール２５０ｍ、レポート作成モジュール２６０、解析条件ファイル２７０の各モジュールからなる。
【００６４】
次に、図５ないし図９、および、図１３ないし図１８を用いてロッキングカーブ測定とロッキングカーブ解析の手順について説明する。
図５は、Ｘ線回折分析によるロッキングカーブ測定とロッキングカーブ解析の手順を示すフローチャートである。
図６は、Ｘ線回折分析装置１００における光学系調整設定ダイアログを示す図である。
図７は、Ｘ線回折分析装置１００における試料位置調整設定ダイアログを示す図である。
図８は、Ｘ線回折分析装置１００におけるロッキングカーブ予備測定設定ダイアログを示す図である。
図９は、Ｘ線回折分析装置１００におけるロッキングカーブ測定設定ダイアログを示す図である。
図１３は、試料構造設定データとして、膜構造作成時の基本条件を設定するダイアログを示す図である。
図１４は、試料の一例として採り上げる膜構造を示す図である。
図１５は、図１４に示される試料の基板に関する条件を設定するときの図である。
図１６は、第１番目の膜に関する条件を設定するときの図である。
図１７は、第２番目の膜に関する条件を設定するときの図である。
図１８は、グローバルフィット条件を設定するときの図である。
【００６５】
先ず、ユーザは、Ｘ線回折分析装置１００における測定条件・解析条件の設定をおこなう（Ｓ００１）。
【００６６】
測定条件・解析条件の設定には、光学系調整設定、試料位置調整設定、ロッキングカーブ予備測定設定、ロッキングカーブ測定設定・解析条件設定などの各種の設定がある。
【００６７】
光学系調整設定は、Ｘ線回折分析装置の光学系０４０の光学軸の調整のためにおこなうものであり、図６に示される光学系調整設定ダイアログからパラメタを入力することによりおこなう。
【００６８】
試料位置調整設定は、Ｘ線回折分析装置により測定される試料の情報を入力するものであり、図７に示される試料位置調整設定ダイアログからパラメタを入力することによりおこなう。
【００６９】
ロッキングカーブ予備測定設定は、ロッキングカーブ測定における軸立て調整のためにおこなうものであり、図８に示されるロッキングカーブ予備測定設定ダイアログからパラメタを入力することによりおこなう。軸立て調整は、ロッキングカーブ測定における測定軸（あおり軸）のずれを調整するものである。
【００７０】
ロッキングカーブ測定設定は、ロッキングカーブ測定における諸条件を入力するためにおこなうものであり、図９に示されるロッキングカーブ測定設定ダイアログからパラメタを入力することによりおこなう。
【００７１】
また、ユーザは、ロッキングカーブ解析のために、ロッキングカーブ解析装置２００に対して、膜構造のモデルを作成するための基本条件、基板情報・膜情報、ロッキングカーブ解析のためのグローバルフィット条件、精密条件などの各種設定をおこなう必要がある。
【００７２】
先ず、図１３に示される膜構造のモデルを作成するための膜構造ダイアログの「基本条件」タブを選択して、基本条件を設定する（Ｓ１０２１）。
【００７３】
次に、ユーザは、膜構造ダイアログの「膜」タブを選択して、図１４に示した膜構造モデルのデータを、基板、第１番目の膜、第２番目の膜の順に、図１５、図１６、図１７に示したように設定する（Ｓ１０２２）。
【００７４】
このように設定したデータは、ロッキングカーブ解析装置２００での各パラメータの初期値の基本データとして使われる。
【００７５】
本実施形態では、図１４に示される膜構造を例に採って、以下のロッキングカーブ解析の手順を説明するものとする。すなわち、ＧａＡs基板に、二層の膜が形成された構造であり、第１番目の膜は、ＧａＡsとＩｎＡsからなる膜であり、その組成比が、０．８であり、膜厚が、１０ｎｍ、第２番目の膜は、ＧａＡsからなる膜であり、膜厚が、５０ｎｍである。
【００７６】
次に、ユーザは、図１８に示されるように、膜構造ダイアログの「グローバルフィット条件」タブを選択して、グローバルフィット条件を入力する（Ｓ１０２３）。
【００７７】
次に、ユーザは、精密化ダイアログの「精密化条件」タブを選択して、精密化条件を入力する（Ｓ１０４１）。
【００７８】
上記の各種設定が終了したら、Ｘ線回折分析装置１００の実行ボタンをクリックする。上記設定が終了し、実行ボタンが押されると測定より解析までが、総べて自動的に実行される。
【００７９】
なお、上記の膜構造のモデルを作成するための基本条件、基板情報・膜情報、ロッキングカーブ解析のためのグローバルフィット条件、精密条件などの各種設定は、Ｘ線回折分析装置１００、ロッキングカーブ解析装置２００のいずれから入力できるようにしてもよい。特に、Ｘ線回折分析装置１００からこれらの条件を入力したときには、解析条件ファイルが、Ｘ線回折分析装置１００からロッキングカーブ解析装置２００に転送される。
【００８０】
先ず、光学系調整設定ダイアログから入力されたパラメタをＸ線回折分析装置１００からＸ線回折測定装置０００に転送し、光学系調整をおこなう（Ｓ００２）。
【００８１】
次に、Ｘ線回折測定装置０００のアタッチメント（図示せず）に試料を搭載し（Ｓ００３）、試料位置調整設定ダイアログから入力されたパラメタをＸ線回折分析装置１００からＸ線回折測定装置０００に転送し、試料位置の調整をおこなう（Ｓ００４）。
【００８２】
次に、ロッキングカーブ予備測定設定ダイアログから入力されたパラメタをＸ線回折分析装置１００からＸ線回折測定装置０００に転送し、軸立て調整をおこなう。また、ロッキングカーブ測定設定ダイアログから入力されたパラメタをＸ線回折分析装置１００からＸ線回折測定装置０００に転送し、ロッキングカーブ測定をおこなう（Ｓ００５）。
【００８３】
ロッキングカーブ測定による測定データは、Ｘ線回折測定装置０００からＸ線回折分析装置１００に送られ、その後に、ロッキングカーブ解析のために、Ｘ線回折解析装置２００に転送される。
【００８４】
これが、Ｓ００４とＳ００５のステップは、すべての試料（または測定点）について測定がおこなわれるまで、繰り返される（Ｓ００６）。
【００８５】
ロッキングカーブ解析装置２００では、測定データを受信し、ロッキングカーブ解析をおこなう（Ｓ１００）。ロッキングカーブ解析の詳細については、後に説明する。
【００８６】
解析結果は、ロッキングカーブ解析装置２００からＸ線回折分析装置１００に転送される。
【００８７】
次に、図１０ないし図１２、図１９ないし図２３を用いて、ロッキングカーブ解析について詳細に説明する。
図１０は、ロッキングカーブ解析のメインウィンドウを示す図である。
図１１は、ロッキングカーブ解析の手順を示すフローチャートである。
図１２は、プロファイルウィンドウに測定データによるロッキングカーブを表示したときの図である。
図１９は、最適化前のパラメタ設定のプロファイルウィンドウを表す図である。
図２０は、最適化後のパラメタ設定のメインウィンドウを表す図である。
図２１は、精密化のときのパラメタ設定の状態を表す図である。
図２２は、精密化が終了したのときのメインウィンドウを表す図である。
図２３は、出力されるレポートの一例を示す図である。
【００８８】
先ず、ロッキングカーブ解析の考え方と解析手法の概要について説明する。
【００８９】
ロッキングカーブ測定は、結晶性のよい多層エピタキシャル膜などの多層膜の構造を決定する場合に用いられることが多い。ところが、一般に測定したロッキングカーブから直接、多層膜の膜厚や組成比を決定することはできない。そのため実際の分析では、回折理論によって、ある多層膜のモデル（膜厚や組成比を仮定したもの）に基づく、ロッキングカーブをシミュレーションし、このシミュレーションによって、実測のロッキングカーブをよく再現できるように、膜厚や組成比を変化させることにより、解析をおこなう。具体的には、層の膜厚や組成などの多数の変数を変動させ、最小二乗法により、実測データとモデル解析結果の一致具合のよい解を探索していた。
【００９０】
このとき、多層膜のモデルの初期値パラメタが適切でなく、実測値と大きくずれている場合には、このようなすり合わせ作業（フィッテング）が収束せず、最適な解を求めることが困難になる場合がある。従来、適切な初期値パラメタを設定するためには、薄膜の分析に関して、経験と勘が必要であって、経験者、熟練者でないとロッキングカーブ解析をおこなうことが難しかった。
【００９１】
本実施形態では、このような事態に鑑み、簡単かつ効率的に、ロッキングカーブ解析をおこなえるようにしたものである。すなわち、変数の探索範囲を広げて、統計的手法を利用することにより、最適解を絞る手法（大域最適化、グローバルオプティマイゼイションという）を導入した。統計的手法としては、マルコフ連鎖モンテカルロ法に属する手法であるパラレルテンパリング法を用いることとした。このパラレルテンパリング（Parallel Tempering）法は、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ、Genetic Algorithm）法、やきなまし（Simulated Annealing、ＳＡ）法とは異なり、データ毎にパラメタの調整をする必要がなく、広い変数空間の中で最適化を容易におこなうことができる。パラレルテンパリング法については、非特許文献１に解説がある。
【００９２】
例えば、膜厚の条件を１０ｎｍと入力すると、５ｎｍから２０ｎｍに条件を広げて、シュミレーションし、フィッテングするようにしている。そして、フィッテングの後、ある程度の収束後、最小二乗法を使ってさらに、精密化する、このように、一連の作業を単純な手順で進めることにより、専門家でなくとも、簡単にロッキングカーブ解析がおこなえるようにした。
【００９３】
次に、図１０を用いてロッキングカーブ解析装置２００に表示されるロッキングカーブ解析のメインウィンドウについて説明する。
【００９４】
ロッキングカーブ解析のメインウィンドウ３００は、ロッキングカーブ解析のためにユーザから入力された膜構造パラメタ、解析結果、シュミレーション結果と実測データの一致具合の評価、解析の手順の誘導を表示するウィンドウであり、図１０に示されるように、プロファイルウィンドウ３１０、膜構造パラメタリスト３２０、フローバー３３０、Ｒ値推移グラフ領域３４０からなる。
【００９５】
プロファイルウィンドウ３１０は、ロッキングカーブ解析の測定データ、シュミレーションによるプロファイルを表示する領域である。
【００９６】
膜構造パラメタリスト３２０は、入力された膜構造のパラメタ、および、ロッキングカーブ解析に使われた膜構造のパラメタをリスト状に表示する領域である。
【００９７】
フローバー３３０は、ロッキングカーブ解析の手順を誘導するバーであり、現在の状態は、色を変えて表示される。
【００９８】
Ｒ値推移グラフ領域３４０は、膜構造パラメタリスト３２０に示される膜構造モデルによるシュミレーション結果と実測データの一致具合の評価するＲ値グラフを表示する領域である。
【００９９】
次に、図１１を用いてロッキングカーブ解析の手順の概略について説明する。
【０１００】
先ず、ロッキングカーブ解析装置２００は、Ｘ線回折分析装置１００より、ロッキングカーブ測定の測定データを読み込む（Ｓ１０１）。
【０１０１】
測定データを読み込むと、図１０に示したメインウィンドウ３００のプロファイルウィンドウ３１０に、図１２に示されるように、読み込んだ測定データに基づくロッキングカーブ、および、入力された膜構造モデルに基づいて計算データが表示される。
【０１０２】
次に、Ｓ１０２１、Ｓ１０２２、Ｓ１０２３で入力したデータと条件が、自動的に読み込まれ（Ｓ１０２）、入力されたグローバルフィット条件に基づき、グローバルフィットをおこなう（Ｓ１０３）。
【０１０３】
グローバルフィット（大域最適化）とは、既に説明したように、各パラメタに対して、設定した初期値を含む「ある範囲」の各パラメタの最適解を探索する手法であり、本実施形態では、パラレルテンパリングという統計手法を用いて最適解を探索する。このグローバルフィットは、図４に示した最適パラメタ探索モジュールが、ＣＰＵに実行されることによりおこなわれる。
【０１０４】
ここで、「ある範囲」とは、各パラメタごとに異ならせる。例えば、膜厚の場合は、設定した初期値の０．５〜２．０倍の範囲とし、組成比の場合は、設定した初期値±０．２の範囲とする。もちろん、これはユーザが設定できるようにしてもよい。この例では、図１４のモデルに従い、第２番目の膜厚の初期値を、５０ｎｍと設定したときに、その膜厚の最適解は、２５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にあるとして、グローバルフィットがおこなわれる。
【０１０５】
本発明の第１のフィッテング過程、すなわち、グローバルオプティマイゼイションでは、初期値の設定が、それ程、正しくなくとも、図２０に示されるように、測定データと計算データのロッキングカーブがほぼ一致する状態になる。この一致の度合いは、Ｒ値推移グラフ領域３４０に表示されるＲ値により示される。Ｒ値は、０に近いほど、それぞれのロッキングカーブが一致している度合いが強いことを示す指標である。
【０１０６】
ユーザは、測定データと計算データのロッキングカーブが、ほぼ一致し、Ｒ値推移グラフ領域３４０に表示されるＲ値が、あまり変化しなくなったら、グローバルフィットの実行（Ｓ１０３）を中止する。
【０１０７】
グローバルフィットは、精密な解を求めるのが目的ではなく、解の近傍の値を探し当てることを目的としている。測定データと計算データのロッキングカーブがほぼ一致したら、グローバルフィットを中止し、次のステップである精密化に進む。
【０１０８】
第１のフィッテング過程（グローバルオプティマイゼイション）で、使用する初期値は、基本条件設定Ｓ１０２１、基板情報・膜構造設定Ｓ１０２２、グローバル条件設定Ｓ１０２３で入力されたデータを基にしている。
【０１０９】
また、第２のフィッテング過程（精密化）では、精密化条件Ｓ１０３１で入力されたデータを、初期値のパラメタとしている。
【０１１０】
精密化では、既に、図２１に示される精密化ダイアログにより、精密化条件を設定されていることが前提である（Ｓ１０４１）。
【０１１１】
そして、精密化ダイアログの［精密化］ボタンをクリックすることにより、精密化のシュミレーションを指示すると、設定した精密化条件が自動的に読み込まれ（Ｓ１０４）、精密化が実行される（Ｓ１０５）。
【０１１２】
精密化のシュミレーションは、最小二乗法を使ったシュミレーションであり、図２２に示すように、測定データと計算データのロッキングカーブが、ほぼ一致し、Ｒ値が収束したことを確認するまで続ける。
【０１１３】
このような手順で満足した結果が得られたのち、プロジェクトとして解析結果を保存する（Ｓ１０６）。解析結果は、ロッキングカーブ解析装置２００から、Ｘ線回折分析装置１００に転送される。
【０１１４】
そして、図２３に示されるように、解析結果をレポートとして、画面に出力する（Ｓ１０７）。レポートのファイル形式は、ｈｔｍｌファイルなどの汎用性のあるものが望ましい。
【０１１５】
なお、本実施形態では、Ｘ線回折におけるロッキングカーブ測定について述べてきたが、この手法は、薄膜測定、反射率測定についても応用することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
０００…Ｘ線回折測定装置、１００…Ｘ線回折分析装置、２００…ロッキングカーブ解析装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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