(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を発散するＸ線源と、試料及びＸ線検出手段を一体的に走査移動させる試料移動手段と、Ｘ線源から発散して試料へ入射するＸ線に関して試料の走査移動方向と直角方向の高さを制限する高さ制限スリットとを有するＸ線トポグラフィック装置において、
上記高さ制限スリットの高さ寸法は、試料の走査移動に対応して変化することを特徴とするＸ線トポグラフィック装置。
【請求項２】
請求項１記載のＸ線トポグラフィック装置において、試料の移動量を検出する試料移動量検出手段と、高さ制限スリットの高さ寸法を変化させるスリット高さ変更手段と、そして、試料移動量検出手段の出力情報に基づいてスリット高さ変更手段の動作を制御する制御部とを有することを特徴とするＸ線トポグラフィック装置。
【請求項３】
請求項２記載のＸ線トポグラフィック装置において、スリット高さ変更手段は、モータによって駆動されて回転するネジ軸と、そのネジ軸にネジ嵌合すると共に高さ制限スリットを支持するスリットホルダとを含んで構成されることを特徴とするＸ線トポグラフィック装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちの少なくともいずれか１つに記載のＸ線トポグラフィック装置において、試料は円形状であり、高さ制限スリットの高さ寸法は、Ｘ線が試料の直径部分を照射するときに最も大きく、Ｘ線照射領域が直径部分から離れるに従って小さくなることを特徴とするＸ線トポグラフィック装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料の結晶格子面に関して回折条件を満足するようなＸ線を試料の全面に照射し、そのときに得られる回折Ｘ線をＸ線フィルム等といったＸ線検出手段によって検出し、その検出結果に基づいて試料内部の結晶格子状態を観察するＸ線トポグラフィック装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のＸ線トポグラフィック装置に関しては、従来より、Berg-Barrett 法、Lang 法、その他各種の方法に基づくものが知られている。例えば、Lang法に基づくＸ線トポグラフィック装置では、図４に示すように、点焦点のＸ線源Ｆから発散するＸ線の高さ寸法を高さ制限スリット５１によって制限し、さらにその幅寸法を幅制限スリット５２によって制限し、こうして得られる長細い断面形状のＸ線ビームを試料Ｓに照射する。このときのＸ線の入射角度は、試料Ｓの内部の結晶格子面に対して回折条件を満足する角度θに設定される。試料Ｓの結晶格子面で回折したＸ線は、試料Ｓの後段に配置した散乱線規制スリット５３を通ってＸ線フィルム５４に到達してそのＸ線フィルム５４を感光して回折像を結像する。
【０００３】
以上の状態のまま試料Ｓ及びＸ線フィルム５４を試料移動装置５６を用いて一体的に矢印Ａで示すように試料Ｓの表面に対して平行に移動する。これにより、長細い断面形状のＸ線ビームが回折条件を満足する状態のまま、試料Ｓの全面を走査し、その結果、試料Ｓの全面に関する回折Ｘ線像がＸ線フィルム５４に得られる。そして、このＸ線像を観察することにより、試料Ｓ内の格子欠陥、格子歪み分布、格子歪みの形等といった格子状態を知ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上の Lang 法の光学系からもわかるように、Ｘ線トポグラフィック装置では、図５に示すように、Ｘ線源Ｆから発散するＸ線の断面寸法を高さ制限スリット５１及び幅制限スリット５２によって制限する。この場合、幅制限スリット５２の幅寸法は、Ｘ線源Ｆの大きさと回折条件を満足する要素等によって決定される。そして一方、高さ制限スリット５１の寸法は、試料Ｓの最大径に合わせて決定される。
【０００５】
ところが、Ｘ線トポグラフィック装置では、試料Ｓが矢印Ａのように走査移動するので、スリット５１及び５２によって形成されるＸ線ビームが、図６に示すように試料Ｓの走査移動に従って試料Ｓの端部を照射するようになると、試料Ｓ以外の構造物、例えばホルダ５７や回転機構等にＸ線が当たり、そこから回折線、散乱線等が発生して、測定に悪い影響を与えるという問題があった。
【０００６】
このため従来は、試料Ｓが小さいときには、高さ制限スリット５１を高さ寸法Ｌh の小さいものと交換したり、試料Ｓの大きさに対応した丸穴５８を備えた散乱防止スクリーン５９を試料Ｓと幅制限スリット５２の間に配設して散乱線等の発生を防止しようとしていた。しかしながらこれらの方法では、試料Ｓが走査移動するときにその試料Ｓ以外の物体にＸ線が当たることを完全に防止することはできなかった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、試料を走査移動させる方式のＸ線トポグラフィック装置において、試料以外の物体にＸ線が当たることを防止して、得られる回折Ｘ線像が散乱線等によって悪影響を受けるのを防止することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係るＸ線トポグラフィック装置は、Ｘ線を発散するＸ線源と、試料及びＸ線検出手段を一体的に走査移動させる試料移動手段と、Ｘ線源から発散して試料へ入射するＸ線に関して試料の走査移動方向と直角方向の高さを制限する高さ制限スリットとを有するＸ線トポグラフィック装置において、試料の走査移動に対応させて上記高さ制限スリットの高さ寸法を変化させることを特徴とする。
【０００９】
このＸ線トポグラフィック装置によれば、Ｘ線照射領域の所の試料寸法が試料の移動に従って変化する場合でも、その寸法変化に合わせてＸ線照射領域自体を調整できるので、試料以外の部分にＸ線が当たってそこから散乱線等といったノイズ要素が発生することを防止できる。
【００１０】
上記のＸ線トポグラフィック装置の望ましい実施態様として、以下のようないくつかの態様が考えられる。
（１）試料の移動量を検出する試料移動量検出手段と、高さ制限スリットの高さ寸法を変化させるスリット高さ変更手段と、そして、試料移動量検出手段の出力情報に基づいてスリット高さ変更手段を動作させる制御部とを含んでＸ線トポグラフィック装置を構成できる。また、
【００１１】
（２）上記のスリット高さ変更手段は、モータによって駆動されて回転するネジ軸と、そのネジ軸にネジ嵌合すると共に高さ制限スリットを支持するスリットホルダとを含んで構成できる。また、
【００１２】
（３）（ａ）円形状の物質を試料として供し、そして（ｂ）高さ制限スリットの高さ寸法を、Ｘ線が試料の直径部分を照射するときに最も大きく、Ｘ線照射領域が直径部分から離れるに従って小さくするという制御態様を採ることができる。この制御態様によれば、半導体ウエハ等といった円形状の物質を測定対象とする場合に特に有利である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るＸ線トポグラフィック装置の一実施形態を示している。ここに示すＸ線トポグラフィック装置は、図４に示すような Lang 法に基づく光学系配置を有するものである。このＸ線トポグラフィック装置は、点焦点のＸ線源Ｆと、発散制限スリット１と、上下一対の高さ制限スリット２と、幅制限スリット３と、試料Ｓを支持するための試料ホルダ４とを有する。試料Ｓよりも後段側に配設される光学要素は図４に示した装置と同じであるので、説明を省略する。
【００１４】
一対の高さ制限スリット２は、それぞれ、スリットホルダ６によって支持され、それらのホルダ６はネジ軸７にネジ嵌合する。ネジ軸７はパルスモータ８の出力軸に連結され、そのネジ軸７の上半分は例えば右ネジによって構成され、その下半分はそれと反対の左ネジによって構成されている。パルスモータ８の入力端子は制御部９を構成するＣＰＵ（中央処理装置）１１の出力ポートに接続されている。
【００１５】
試料ホルダ４による試料Ｓの支持の仕方には種々の方法が考えられるが、本実施形態では、Ｘ線透過率の高い一対の高張力フィルム１２の間に試料Ｓを挟むことによってその試料Ｓを支持する。試料ホルダ４は、スライドテーブル１３の上に固定されており、そのスライドテーブル１３は搬送装置１４によって駆動されて矢印Ａのように直線状に往復移動する。スライドテーブル１３の矢印Ａ方向の移動は、図４における試料Ｓ及びＸ線フィルム５４の矢印Ａ方向への走査移動方向に相当している。搬送装置１４は、例えばその内部にパルスモータを内蔵し、そのパルスモータの入力端子はＣＰＵ１１の出力ポートに接続される。
【００１６】
制御部９は、ＣＰＵ１１及びメモリ１６を含んで構成される。メモリ１６の内部には、Ｘ線トポグラフィック撮影の手順に対応したプログラムを格納したメインプログラム領域、各種の演算の際のテンポラリファイルとして使用される記憶領域等といった各種のメモリ領域が含まれる。また、メモリ部１６の中には図３に示すようなデータが演算式の形、あるいは、テーブル形式で格納されている。このデータは、横軸に試料Ｓの半径方向の移動量Ｄを示し、縦軸に高さ制限スリット２のスリット寸法の変位量δを示している。
【００１７】
ＣＰＵ１１は、メモリ部１６に格納されたプログラムに従ってＸ線トポグラフィック測定のための手順を演算し、その演算の中には、搬送装置１４によって駆動されて移動する試料Ｓの移動量に対応させて高さ制限スリット２の高さ寸法を調節するための演算も含まれる。
【００１８】
本実施形態では、試料Ｓの移動量を検出する試料移動量検出手段として、搬送装置１４内のパルスモータへ供給するパルス数をカウントするカウント装置を用いる。また、高さ制限スリット２の高さ寸法を変化させるスリット高さ変更手段として、パルスモータ８によって駆動されるネジ軸７及びそのネジ軸７にネジ嵌合するスリットホルダ６を含む構造を用いる。また、試料移動量検出手段の出力情報に基づいてスリット高さ変更手段を動作させる制御部として、ＣＰＵ１１及びメモリ部１６を含んで構成されるコンピュータを用いる。
【００１９】
本実施形態のＸ線トポグラフィック装置は以上のように構成されているので、搬送装置１４はＣＰＵ１１からの指令に従ってスライドテーブル１３を矢印Ａ方向へ移動させ、これにより、試料ＳがＸ線フィルム（図４の符号５４参照）と共に図４の矢印Ａ方向へ走査移動する。このとき、ＣＰＵ１１は図３に示すデータに基づいて試料Ｓの半径方向移動量Ｄからスリット変位量δを演算する。そして、求められた変位量δに基づいてパルスモータ８に回転用パルス信号を供給し、これにより、ネジ軸７が所定角度だけ回転する。このネジ軸７の回転により、スリット２の高さ寸法Ｈが小さく又は大きくなるように変化する。
【００２０】
具体的には、図１に示すようにＸ線照射領域Ｅが試料Ｓの最大径部分に一致するときの試料Ｓの移動量をＤ＝１５０ｍｍと設定し、他方、図２に示すように試料Ｓの水平方向の片端位置における移動量をＤ＝０ｍｍと設定したとき、スリット２の高さ寸法の変位量δは図３で表すような曲線Ｇを描く。ここにいう変位量δというのは、試料ＳがＤ＝１ｍｍだけ移動したときに、それに対応させて動かすべきスリット２の変位量のことである。試料Ｓが円周形状を有することから考えても分かるように、最大径位置Ｄ＝１５０ｍｍの位置で試料Ｓを水平半径方向に移動したとき、δの値はほとんど０に近く、一方、試料Ｓが移動量最大の０に近づくとき、δの値は急激に増加し、最終的にはδ＝１０ｍｍを越える変位量となる。
【００２１】
このようにスリット寸法を変化させる際には、図３の曲線Ｇに沿って滑らかな曲線状に変化させても良いし、あるいは、曲線Ｇに沿って細かな段階状にステップ的に寸法変化させても良い。なお、本実施形態では、試料Ｓの直径を３００ｍｍと考えて図３に示すようなＤ＝０〜１５０ｍｍまでのスリット高さ制御データを用意したが、試料Ｓの大きさが変更される場合には、それに応じて制御データにも変更を加える。
【００２２】
以上のように、高さ制限スリット２の高さ寸法Ｈを試料Ｓの半径方向への移動量に対応させて変化させれば、試料Ｓに対するＸ線照射領域Ｅの高さ寸法を、そのＸ線照射領域Ｅの所の試料Ｓの弦寸法に常に一致させることができ、その結果、Ｘ線が試料Ｓ以外の部分、例えば試料ホルダ４に当たることを防止できる。そしてその結果、試料ホルダ４等から測定に悪影響を及ぼす散乱線等の発生を未然に防止でき、よって、信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００２３】
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、図１の実施形態では、Lang法に基づくＸ線トポグラフィック装置に本発明を適用したが、Berg-Barrett法、あるいはその他各種のＸ線トポグラフィック装置に対しても本発明を適用できることはもちろんである。また、高さ制限スリット２の高さ寸法を調節するための構造として、図１では、パルスモータ８によって駆動されて回転するネジ軸７を用いたが、必要に応じてそれ以外の任意の構造を用いることができるのはもちろんである。また、図３に示した制御用のデータは好ましい一つの例示であり、必要に応じてこれ以外の他の制御用データを用いることもできる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１記載のＸ線トポグラフィック装置によれば、Ｘ線照射領域の所の試料寸法が試料の移動に従って変化する場合でも、その寸法変化に合わせてＸ線照射領域自体を調整できるので、試料以外の部分にＸ線が当たってその部分から測定に悪影響を及ぼす散乱線等といったノイズ要素が発生することを防止できる。
【００２５】
請求項２及び請求項３記載のＸ線トポグラフィック装置によれば、請求項１記載のＸ線トポグラフィック装置を複雑な構造とすることなく簡単に構成でき、しかも常に安定した動作を得ることができる。
【００２６】
請求項４記載のＸ線トポグラフィック装置によれば、半導体ウエハ等といった円形状の試料を測定対象とする場合に、散乱線等の影響を受けない信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００２７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線トポグラフィック装置の一実施形態の要部を示す斜視図である。
【図２】図１の装置において、試料が半径方向へ移動するのに対応して高さ制限スリットの高さ寸法が変化する様子を示す斜視図である。
【図３】試料の移動に対応させて高さ制限スリットの高さ寸法を調節する際の制御用データの一例を示すグラフである。
【図４】Ｘ線トポグラフィック装置の一例を模式的に示す図である。
【図５】従来のＸ線トポグラフィック装置の一例の要部を示す斜視図である。
【図６】図５の装置において試料が半径方向へ移動した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１          発散制限スリット
２          高さ制限スリット
３          幅制限スリット
４          試料ホルダ
６          スリットホルダ
７          ネジ軸
８          パルスモータ
９          制御部
１２          高張力フィルム
１３          スライドテーブル
１４          搬送装置
Ｄ          試料移動量
Ｅ          Ｘ線照射領域
Ｆ          Ｘ線源
Ｓ          試料
δ          スリット変位量
【図１】
0003644620.tif 000002
【図２】
0003644620.tif 000003
【図３】
0003644620.tif 000004
【図４】
0003644620.tif 000005
【図５】
0003644620.tif 000006
【図６】
0003644620.tif 000007