(57)【要約】【課題】直接光の影響を効果的に低減できるＦＺＰ拡大法によるトポグラフィー測定装置を提供すること。【解決手段】本発明は、従来のＸ線トポグラフィー測定装置に加えて、回折Ｘ線ビーム１０３を遮る遮蔽体１と、その遮蔽体１を動かす遮蔽体駆動手段２と、所定の周期信号を発生する関数発生器３と、測定された回折Ｘ線ビーム１０３から遮蔽体１の動きの周期と同期した変動成分を抽出するロックインアンプ４と、プリアンプ５、及び周波数−電圧（Ｆ−Ｖ）変換器６を備える。遮蔽体駆動手段２は、関数発生器３が生成する周期信号に基づいて遮蔽体１を駆動し、ロックインアンプ４は、同じ周期信号に基づいて変動成分を抽出する。【選択図】図１
2009053101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定用結晶媒体にＸ線を入射し、結晶格子面でブラッグ条件を満たして反射した回折Ｘ線の画像をフレネルゾーンプレート（ＦＺＰ）で拡大し、前記拡大画像のＸ線強度分布を測定するＸ線トポグラフィー測定装置において、
所定の周期信号を発生する周期信号発生手段と、
前記測定試料近傍において前記回折Ｘ線を部分的に遮る遮蔽体と、
前記周期信号に同期して前記遮蔽体を動かす遮蔽体駆動手段と、
前記回折Ｘ線から前記周期信号と同期した変動成分を抽出する変動成分抽出手段と
を備えたことを特徴とするＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項２】
前記遮蔽体駆動手段は、前記遮蔽体を動かすことによって前記回折Ｘ線の透過量を変化させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項３】
前記遮蔽体は、前記ＦＺＰよりも前記測定用結晶媒体に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線トポグラフィー測定装置。
【請求項４】
測定用結晶媒体にＸ線を入射し、結晶格子面でブラッグ条件を満たして反射した回折Ｘ線の画像をフレネルゾーンプレート（ＦＺＰ）で拡大し、前記拡大画像のＸ線強度分布を測定するＸ線トポグラフィー測定方法において、
所定の周期信号を発生する周期信号発生ステップと、
前記測定試料近傍において前記回折Ｘ線を部分的に遮る遮蔽体を、前記周期信号に同期して動かす遮蔽体駆動ステップと、
前記回折Ｘ線から前記周期信号と同期した変動成分を抽出する変動成分抽出ステップと
を有することを特徴とするＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項５】
前記遮蔽体駆動ステップは、前記遮蔽体を動かすことによって前記回折Ｘ線の透過量を変化させることを特徴とする請求項４に記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【請求項６】
前記遮蔽体は、前記ＦＺＰよりも前記測定用結晶媒体に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のＸ線トポグラフィー測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線トポグラフィー測定装置及びその測定方法に関し、より詳細には、回折Ｘ線画像をフレネルゾーンプレート（ＦＺＰ）で拡大結像するＸ線トポグラフィー測定装置及びその測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の半導体素子は、益々微細化の傾向にあり、それに伴って微細加工により発生する局所歪みが素子の性能を大きく左右するようになってきた。
【０００３】
Ｘ線トポグラフィーは、このような歪みを評価するために広く用いられている測定方法である。Ｘ線による方法は、Ｘ線の透過力が大きいため、数百μｍの深部の歪み評価が可能であること、及び感度が高く１０-7ｍといった微小歪みまでも検出することができること等から、ラマン分光等の他の手法より優れている。
【０００４】
しかしながら、従来のＸ線トポグラフィーは、１μｍ以下の空間分解能を得ることが難しかった。そこで、回折Ｘ線像をフレネルゾーンプレート（ＦＺＰ）で拡大することにより１μｍ以下の空間分解能を得ることを可能にしたＸ線トポグラフィー測定装置が開発された（特許文献１参照）。図２に、従来のＸ線トポグラフィー測定装置の原理を説明する図を示す。測定試料１０１として、シリコン基板上にトレンチ加工を施したものを用いている。入射線Ｘ線ビーム１０２を測定試料１０１に照射すると、反射した回折Ｘ線ビーム１０３がＦＺＰ１０４に入射する。回折Ｘ線ビーム１０３には、試料結晶の格子歪みにより生じる濃淡画像（トポグラフ）が重畳されている。ＦＺＰ１０４はレンズの機能を有し、試料表面のトポグラフをスリット１０５上に拡大結像する。ＦＺＰ１０４は回折レンズであるため、レンズ機能の影響を受けずに素通りしてスリット１０５に到達する直接光スポット１０６が存在する。そこで、スリット開口部１０７を直接光の影響を受けない位置に設け、このスリット開口部１０７を通してシンチレーションカウンタ１０８により回折Ｘ線の強度を側定する。この状態で測定試料１０１をＸ−Ｙ面内で２次元スキャンすることにより拡大トポグラフを測定する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２５１８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のＦＺＰ拡大法（図２）の最大の課題は、直接光ビームの影響をいかに軽減するかという点にある。図２に示した構成では、スリット開口部１０７を直接光スポット１０６から外す方法が用いられている。しかしながら、直接光は限定された領域だけを照射するわけではない。特に、測定試料１０１の結晶品質が良くない場合、回折光ビームの発散角が拡がるため、スリット開口部１０７をずらして直接光を避けながら拡大トポグラフ像を捉えるのは容易ではない。直接光を避けられない場合、拡大トポグラフ像に直接光が重なり、Ｓ／Ｎ比が低下するといった問題を生じる。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、直接光の影響を効果的に低減できるＦＺＰ拡大法によるトポグラフィー測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、測定用結晶媒体にＸ線を入射し、結晶格子面でブラッグ条件を満たして反射した回折Ｘ線の画像をフレネルゾーンプレート（ＦＺＰ）で拡大し、前記拡大画像のＸ線強度分布を測定するＸ線トポグラフィー測定装置において、所定の周期信号を発生する周期信号発生手段と、前記測定試料近傍において前記回折Ｘ線を部分的に遮る遮蔽体と、前記周期信号に同期して前記遮蔽体を動かす遮蔽体駆動手段と、前記回折Ｘ線から前記周期信号と同期した変動成分を抽出する変動成分抽出手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載のＸ線トポグラフィー測定装置において、前記遮蔽体駆動手段は、前記遮蔽体を動かすことによって前記回折Ｘ線の透過量を変化させることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のＸ線トポグラフィー測定装置において、前記遮蔽体は、前記ＦＺＰよりも前記測定用結晶媒体に近い位置に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、測定用結晶媒体にＸ線を入射し、結晶格子面でブラッグ条件を満たして反射した回折Ｘ線の画像をフレネルゾーンプレート（ＦＺＰ）で拡大し、前記拡大画像のＸ線強度分布を測定するＸ線トポグラフィー測定方法において、所定の周期信号を発生する周期信号発生ステップと、前記測定試料近傍において前記回折Ｘ線を部分的に遮る遮蔽体を、前記周期信号に同期して動かす遮蔽体駆動ステップと、前記回折Ｘ線から前記周期信号と同期した変動成分を抽出する変動成分抽出ステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項４に記載のＸ線トポグラフィー測定方法において、前記遮蔽体駆動ステップは、前記遮蔽体を動かすことによって前記回折Ｘ線の透過量を変化させることを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項４又は５に記載のＸ線トポグラフィー測定方法において、前記遮蔽体は、前記ＦＺＰよりも前記測定用結晶媒体に近い位置に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
ＦＺＰにより拡大反転結像したトポグラフは、いわゆる近視野像であるため、トポグラフ像の微小領域の強度は遮蔽体の移動に対して敏感に反応する。一方、ＦＺＰを素通りした直接光スポットは遠視野像であるため、回折光発生領域全体の平均的な発散角の分布を表している。よって、その強度低下は遮蔽断面積に比例し、遮蔽体の僅かな位置変動に殆ど影響されない。したがって、本発明においては、ＦＺＰ拡大法において、遮蔽体の微小変動に対する回折光の強度変化を検出することにより、直接光の影響を低減する拡大トポグラフ像を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、直接光スポットの影響を効果的に除去することでき、高空間分解能トポグラフ像を高Ｓ／Ｎ比で測定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１に、本発明の一実施形態に係るＸ線トポグラフィー測定装置の構成図を示す。本発明は、図２に示す従来のＸ線トポグラフィー測定装置に加えて、遮蔽体１、遮蔽体駆動手段２、関数発生器３、ロックインアンプ４、プリアンプ５、及び周波数−電圧（Ｆ−Ｖ）変換器６を含む。尚、図１において図２と同じ符号を有するものは、図２と同じものである。
【００１８】
先ず、従来のＸ線トポグラフィー測定装置に相当する構成部分について説明する。入射Ｘ線ビーム１０２のサイズは直径５０μｍで、フォトンエネルギーは８ＫｅＶである。この条件において、入射Ｘ線ビーム１０２を測定試料１０１に照射し、θB＝３４．８°で（４００）対称反射させた回折Ｘ線ビーム１０３をＦＺＰ１０４に入射する。回折Ｘ線ビーム１０３は、測定試料１０１の結晶格子面でブラッグ条件を満たして反射したものである。
【００１９】
ＦＺＰ１０４は、位相変調型であり、厚み１μｍのＳｉＮ膜上に厚み１μｍのＴａ膜で同心円状のパターンを形成したものである。ＦＺＰ１０４部の直径は６４μｍ、最外周線幅は０．１μｍである。ＦＺＰ１０４の空間分解能は、最外周線幅にほぼ等しいため、このＦＺＰ１０４の理論空間分解能は約０．１μｍである。
【００２０】
フォトンエネルギー８ＫｅＶにおける焦点距離は、ｆ＝４１．３ｍｍである。また、測定試料１０１からＦＺＰ１０４までの距離はａ＝４３．５ｍｍ、ＦＺＰ１０４から結像面としてのスリット１０５までの距離はｂ＝８９６ｍｍとした。よって、本実施形態における拡大倍率は、ｍ＝ｂ／ａ＝２１である。
【００２１】
回折Ｘ線ビーム１０３がＦＺＰ１０４を透過すると、トレンチ加工に伴う歪みを映すＸ線像はスリット１０５上に拡大されたトポグラフ像として結像される。その拡大トポグラフ像の目的部分にスリット開口部１０７を移動させ、スリット開口部１０７を通ってくるＸ線強度をシンチレーションカウンタ１０８で測定する。この測定の際、直接光の影響を低減するために、スリット開口部１０７を中心から約２００μｍの位置にセットする。スリット開口寸法は、約□１０μｍである。よって、本実施形態における空間分解能は、１０μｍ／２１＝０．４８μｍである。
【００２２】
次に、本発明のＸ線トポグラフィー測定装置において新に加わる構成部分について説明する。遮蔽体１は、厚み２００μｍのガラス板上に幅１μｍ、厚み１μｍの白金ストライプをパターニングしたものである。また、遮蔽体１は、ＦＺＰ１０４よりも測定試料１０１に近い位置に配置する。遮蔽体駆動手段２は、パルスモータにより駆動される往復運動体であり、その往復運動部分に遮蔽体１が取り付けられて回折光ビームの一部を遮断する。関数発生器３は、周期信号により遮蔽体駆動手段２の運動を制御すると共に、同一周期信号をロックインアンプ４に入力する。本実施形態では信号周期を１秒とする。シンチレーションカウンタ１０８は、フォトカウントに相当するパルス信号を発生し、その信号はプリアンプ５により増幅後、Ｆ−Ｖ変換器６により回折光強度としてのアナログ信号に変換されてロックインアンプ４に入力される。ロックインアンプ４は、回折光強度信号から関数発生器３の信号周期と同一周期の信号を抽出してその振幅を出力する。これが試料の１地点のトポグラフ像強度に相当する。したがって、直接光が照射されている範囲も含めて測定試料１０１の位置を２次元Ｘ−Ｙスキャンすることにより、トポグラフ像の全体を得ることができる。
【００２３】
本実施形態においてスリット開口部１０７を通して測定されるＸ線強度は、拡大トポグラフ像の□０．５μｍの微小領域のＸ線強度と、回折角度分布像に相当するＦＺＰのレンズ効果を受けない回折直接光との重ね合わせである。このうち前者は遮蔽体１の幅１μｍのストライプ通過時に大きく低下する。ところが、後者に対しては、入射ビーム（□５０μｍ）に対する１μｍ幅の遮蔽効果が現れるのみであるから、遮蔽体の直接光ビーム強度への影響は殆ど無視することができる。
【００２４】
以上のように、本発明においては、直接光スポットの影響を低減して拡大トポグラフ像のみを高Ｓ／Ｎ比で測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来のＸ線トポグラフィー測定装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＸ線トポグラフィー測定装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  遮蔽体
２  遮蔽体駆動手段
３  関数発生器
４  ロックインアンプ
５  プリアンプ
６  周波数−電圧（Ｆ−Ｖ）変換器
１０１  測定試料
１０２  入射Ｘ線ビーム
１０３  回折Ｘ線ビーム
１０４  フレネルゾーンプレート（ＦＺＰ）
１０５  スリット
１０６  直接光スポット
１０７  スリット開口部
１０８  シンチレーションカウンタ
【図１】
2009053101.tif 000003
【図２】
2009053101.tif 000004