(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料にＸ線を照射し、該試料から反射してきたＸ線の強度を測定するＸ線測定装置において、
前記Ｘ線強度に関する任意の測定データ点を中心に、その前後を含む数点の測定データ点の荷重平均を算出して測定データを平滑化処理する測定データ処理方法であって、
少なくとも試料の分析に直接用いられるシャープな谷部にある測定データ点については、前記平滑化処理の対象から除外することを特徴とする測定データ処理方法。
【請求項２】
請求項１の測定データ処理方法において、
更に、Ｘ線強度に関する任意の基準値を設定し、前記試料から反射してきたＸ線の強度が該基準値より強いデータ領域については、該基準値のデータに比べ前記平滑化処理の程度を小さくすることを特徴とする測定データ処理方法。
【請求項３】
請求項１の測定データ処理方法において、
更に、Ｘ線強度に関する任意の基準値を設定し、前記試料から反射してきたＸ線の強度が該基準値より弱いデータ領域については、該基準値のデータに比べ前記平滑化処理の程度を大きくすることを特徴とする測定データ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、試料にＸ線を照射し、該試料から反射してきたＸ線の強度を測定するＸ線測定装置において、Ｘ線強度に関する任意の測定データ点を中心に、その前後を含む数点の測定データ点の荷重平均を算出して測定データを平滑化処理する測定データ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線を用いた試料の分析には、Ｘ線回折装置、Ｘ線反射率測定装置、ロッキングカーブ測定装置など、試料の特性に応じて種々のＸ線測定装置が適用される。
これらのＸ線測定装置は、試料にＸ線を照射し、該試料から反射してきたＸ線（回折Ｘ線、散乱Ｘ線、反射Ｘ線など）の強度を検出するとともに、検出されたＸ線強度に関する測定データを分析評価可能なデータに解析処理する機能を備えている。
【０００３】
一般に、この種のＸ線測定装置においては、測定データの解析処理に際して、その前段階で平滑化処理が行われている。この平滑化処理は、検出されたＸ線強度が弱かったりノイズレベルに近い等の原因から生じる測定データの統計変動を抑制する等の目的で行われる。
従来のＸ線測定装置における平滑化処理の一般的な手法として、次式に基づき、任意の一点の測定データ点Ｙｉを中心に、その前後の測定データ点を数点（±ｎ）使って荷重平均を行う手法が知られている。
【０００４】
【数１】
0003846762.tif 000002
【０００５】
ここで、
Ｙｉ  ：任意の一点（ｉ番目）の測定データ
Ｙｉ’：任意の一点（ｉ番目）の平滑化データ
Ｗｊ  ：荷重平均を算出する際の荷重（多項式やガウス関数に基づく）
ｎ    ：平滑化点数
【０００６】
この手法により、中心とする測定データ点を測定データの始点から終点まで順次移動して各々の荷重平均を算出し、測定データの平滑化を行うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
さて、近年、電子デバイスの高密度化，小型化の要請から、シリコン（Ｓｉ）などの基板（ウエハ）上に極めて薄い薄膜を積層させる多層成膜技術がめざましく進歩してきている。それに伴い、形成された多層膜の層構造（例えば、各層の組成、密度、膜厚、裏面や界面の粗さなど）の分析評価に、Ｘ線測定装置が利用されるようになってきた。
【０００８】
しかしながら、この種の多層膜試料の測定データは、ダイナミックレンジが極めて広く（例えば、５〜９桁）、この測定データ中にＸ線強度の強いデータ領域と弱いデータ領域とが共存している。このため、測定データの全域にわたり均一の荷重で平滑化した場合、Ｘ線強度の強い（統計変動の小さい）データ領域の分解能が低下したり、Ｘ線強度の弱い（統計変動の大きい）データ領域で平滑化効果が小さくなってしまう問題があった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ダイナミックレンジが広く、Ｘ線強度の強いデータ領域と弱いデータ領域とが共存しているような測定データに対する平滑化処理の適正化を図ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、試料にＸ線を照射し、該試料から反射してきたＸ線の強度を測定するＸ線測定装置において、Ｘ線強度に関する任意の測定データ点を中心に、その前後を含む数点の測定データ点の荷重平均を算出して測定データを平滑化処理する測定データ処理方法であって、Ｘ線強度に関する任意の基準値を設定し、試料から反射してきたＸ線の強度が該基準値より強いデータ領域については、該基準値付近のデータ領域に比べ平滑化処理の程度を小さくすることを特徴としている。
【００１１】
すなわち、ダイナミックレンジの広い測定データにおいて、Ｘ線強度の強いデータ領域には、誤差の少ない測定データ点が集まっているため、平滑化処理した後も、なるべくもとの測定データ点に近い値となることが好ましい。上述した本発明の方法によれば、任意の基準値よりＸ線強度が強いデータ領域については、該基準値付近のデータ領域に比べ平滑化処理の程度を小さくしているので、平滑化処理後も、もとの測定データ点に近い処理データを得ることができる。
【００１２】
また、本発明は、試料から反射してきたＸ線の強度が該基準値より弱いデータ領域については、Ｘ線強度に関する任意の基準値を設定し、該基準値付近のデータ領域に比べ平滑化処理の程度を大きくするようにしている。
【００１３】
すなわち、ダイナミックレンジの広い測定データにおいて、Ｘ線強度の弱いデータ領域は、ノイズ等の影響から統計変動が大きく（すなわち誤差が大きく）なるので、平滑化処理の程度を大きくすることにより、統計変動の小さな処理データを得ることができる。
【００１４】
さらに本発明は、少なくとも試料の分析に直接用いられる測定データ点については、平滑化処理の対象から除外するようにしてある。
例えば、Ｘ線反射率測定による多層膜試料等の測定データにおいては、しばしばシャープな谷状の測定データが観察され、この谷部にある測定データ点は多層膜試料の表面および界面の粗さ等を評価する上で重要な情報となる。
【００１５】
このため、本発明の方法では、このような試料の分析評価に直接用いられる測定データ点については平滑化処理を行わないようにして、もとのシャープな谷状のデータを損なわないようにした。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１はこの発明の実施形態に係る測定データ処理方法が適用されるＸ線反射率測定装置（Ｘ線測定装置）の概要を示す構成図である。
同図に示すＸ線反射率測定装置は、Ｘ線測定部１０、中央処理部２０、表示部３０、および出力部４０を備えている。
【００１７】
Ｘ線測定部１０は、Ｘ線源１１から放射されたＸ線を、モノクロメータ１２により単色平行Ｘ線に変換して、測定対象である多層膜試料Ｓに低角度で入射させる。多層膜試料Ｓに入射したＸ線は、その入射角θに応じて２θの角度に反射する。このように多層膜試料Ｓから反射してきたＸ線の強度（Ｘ線反射強度）を、Ｘ線検出器１３が検出し、中央処理部２０にその測定データを出力する構造となっている。
【００１８】
中央処理部２０は、Ｘ線測定部１０から入力した試料Ｓに関する測定データをハードディスク等の記録媒体に一旦記録し、その後、オペレータからの指令等に基づいて測定データを解析処理し、その解析結果を表示部３０に表示する。また、その解析結果は、プリンタなどの出力部４０から出力できるようになっている。なお、５０はキーボード，マウス等の入力部であり、測定の実行や解析処理に必要な指令やデータ等はこの入力部５０から入力される。
【００１９】
このような構成のＸ線反射率測定装置において、中央処理部２０は、入力した測定データを解析処理する前段階で、該測定データの平滑化処理を実行する。この平滑化処理は、例えば、既述した数１に基づき、任意の一点の測定データ点Ｙｉを中心に、その前後の測定データ点を数点（±ｎ）使って荷重平均をとる方法により行われる。
【００２０】
図２は多層膜試料のＸ線反射率測定データに対する従来方法による平滑化処理データの例を示している。
同図に示す従来の平滑化処理データは、数１の平滑化処理演算式を用いて、中心とする測定データ点を測定データの始点から終点まで順次移動して各々の荷重平均を算出することにより、測定データの全域にわたり均一に平滑化処理して得られたものである。具体的には数１の平滑化点数をｎ＝３とし、加重Ｗｉとしてガウス関数型の荷重を使用して、平滑化処理を実行した。
【００２１】
図２において、点で示されているのがＸ線測定部から入力した測定データ１であり、実線波形で示されているのが平滑化処理後のデータ（平滑化処理データ）２である。
多層膜試料の測定データのように、ダイナミックレンジが極めて広く（例えば、５〜９桁）、一の測定データ中にＸ線反射強度の強いデータ領域と弱いデータ領域とが共存しているＸ線反射率測定データでは、測定データの全域にわたり均一な平滑化処理を行うと、図２の実線波形で示すごとく、Ｘ線反射強度の強いデータ領域（例えば、Ｘ線反射強度が１０4以上の領域）においては、分解能が低下してピーク強度が実際の測定データ１よりも低くなってしまう。
【００２２】
一方、Ｘ線反射強度の弱いデータ領域（例えば、Ｘ線反射強度が１０3以下の領域）においては、統計変動が大きいため、平均的な平滑化処理では、充分な平滑化効果が得られず、誤差の大きな平滑化処理データが算出される。
また、既述したように、シャープな谷部にある測定データ点１ａは多層膜試料の表面および界面の粗さ等を評価する上で重要な情報となる。しかし、従来の平滑化処理データ２では、このシャープな谷部にある測定データ点１ａが、底上げされてしまう。したがって、この平滑化処理データ２では、多層膜試料の表面および界面の粗さ等を正確に分析評価することができない。
【００２３】
本発明の実施形態に係る測定データ処理方法は、これら従来の平滑化処理データの欠点を解決するものである。
すなわち、この実施形態の測定データ処理方法では、測定データのほぼ中央領域付近におけるＸ線反射強度を基準値として設定し、この基準値よりＸ線反射強度が強いデータ領域については、基準値付近のデータ領域に比べ平滑化処理の程度が小さくなるように調整して、数１に基づく平滑化処理を実行する。一方、基準値よりＸ線反射強度が弱いデータ領域については、基準値付近のデータ領域に比べ平滑化処理の程度が大きくなるように調整して、数１に基づく平滑化処理を実行する。
【００２４】
さらに、多層膜試料の表面および界面の粗さ等を評価する上で重要な情報となるところのシャープな谷部にある測定データ点については、平滑化処理の対象から除外するようにしてある。
【００２５】
図３は、上述した本実施形態の方法により処理して得られた平滑化処理データの例を示している。
具体的には、Ｘ線反射強度が１０3の桁（１０3ｃｐｓ以上１０4ｃｐｓ未満）を基準値とし、この基準値領域Ａにある測定データについては、既述の平滑化点数ｎ＝１として、数１に基づく平滑化処理を実行した。
【００２６】
そして、基準値よりＸ線反射強度が強いデータ領域Ｂについては、数１に基づく平滑化処理演算において、平滑化点数ｎ＝０とし、実質的に平滑化されない（すなわち、測定データ１に等しい）処理データ２を得るようにした。その結果、測定データ１のピーク強度が、図３に示すように、平滑化後の処理データ２へそのまま反映させることができた。
【００２７】
また、基準値よりＸ線反射強度が弱いデータ領域Ｃについては、数１に基づく平滑化処理演算において、Ｘ線反射強度の桁数が基準値の桁数（３桁）から１桁減少するごとに、平滑化点数ｎをｎ＝１から１ずつ増加させて平滑化処理を実行した。この結果、Ｘ線反射強度が弱く統計変動の大きな測定データ領域ほど平滑化の程度が大きくなり、誤差の少ない平滑化処理データを得ることができた。
【００２８】
以上の処理方法をまとめると、まず、Ｘ線反射強度が１０００カウントの桁のに含まれる測定データ１に対しては、数１の平滑化処理演算を、ｎ＝１として実行し、Ｘ線反射強度が１００００カウント以上の桁の測定データ１に対してはｎ＝０、同じく１００カウントの桁の測定データ１に対してはｎ＝２、１０カウントの桁の測定データ１に対してはｎ＝３、同じく１カウントの桁の測定データに対してはｎ＝４として、数１の平滑化演算処理を実行した。
【００２９】
さらにこの実施形態では、多層膜試料の表面および界面の粗さ等の評価に用いられるシャープな谷部にある測定データ点１ａについては、数１に基づく平滑化処理演算において、平滑化処理の対象（Ｙｉ）から除外するようにした。その結果、シャープな谷部にある測定データ点１ａの値を、そのまま平滑化処理後の処理データ２に反映させることができた。
【００３０】
ここで、多層膜試料の表面および界面の粗さ等の評価に用いられるシャープな谷部にある測定データ点１ａは、平滑化処理の際、または同処理の前段階で認識する必要がある。その認識方法としては、例えば、任意の一点の測定データ（対象データ点）について、その前後各数点の測定データに対するＸ線反射強度を調べ、前方にある数点の測定データ点が対象データ点に向かって順次減少しており、かつ後方にある数点の測定データ点が対象データ点に向かって順次増加している場合に、対象データ点が谷部にある測定データ点であると認識する方法がある。
【００３１】
対象データ点の前後をそれぞれ何点調べるかは、任意の一定点数とする他、平均化点数ｎの変化に応じて適宜加減することもできる。例えば、Ｘ線反射強度の強い測定データ点については少ない点数とし、Ｘ線反射強度の弱い測定データ点について調べる点数を多くする。
【００３２】
シャープな谷部にある測定データ点の認識方法としては、上記の他に例えば、測定データを表示部３０の画面上に表示し、オペレータがマウスなどを使い、シャープな谷部にある測定データ点を指定する人為的な方法や、一般のＸ線測定装置におけるピークサーチ処理工程で用いられている一次微係数ゼロクロス法などの解析手法を利用することもできる。
なお、この実施形態においても数１における加重Ｗｉとして、ガウス関数型の荷重を採用した。
【００３３】
図４は、上述した本実施形態の処理方法を実行する際の中央処理部の動作を示すフローチャートである。
図１に示したＸ線反射率測定装置において、中央処理部２０は測定データの平滑化処理を実行する際、まず、記録媒体に記録してある測定データを読み出し（Ｓ１）、表示部３０の画面上にグラフィック表示する（Ｓ２）。続いて、オペレータにより入力部５０から平滑化条件が入力されたか否かを確認し（Ｓ３）、入力を確認した後、入力した平滑化条件をＲＡＭ等の記憶手段に読み込む（Ｓ４）。
【００３４】
ここで入力する平滑化条件には、既述した数１の平滑化処理演算式の項目（例えば、平滑化点数ｎや使用する荷重Ｗｉ）が含まれる。オペレータは、表示部３０の画面上に表示された測定データを参照しながら、上述した本実施形態の処理方法に基づいて、Ｘ線反射強度の領域を指定するとともに、該領域に対する平滑化点数ｎを指定する。
【００３５】
次に、中央処理部２０は、読み込んだ平滑化条件にしたがい、数１に基づく平滑化演算処理を実行する。平滑化演算処理では、まず測定データ点の初期値ｉ＝１を指定するとともに（Ｓ５）、平均化点数の初期値ｎ＝０を指定し（Ｓ６）、最初の測定データ点Ｙｉ（ｉ＝１）がシャープな谷部の測定データ点か否かを識別する（Ｓ７）。
【００３６】
Ｙｉが谷部の測定データ点でなかった場合には、該測定データ点ＹｉのＸ線反射強度に応じて、先に入力された平滑化条件に基づき、平滑化点数ｎや荷重Ｗｉを設定する（Ｓ８）。その後、数１の平滑化処理演算を実行し、平滑化データＹｉ’を算出する（Ｓ９）。
【００３７】
一方、Ｙｉが谷部の測定データ点の場合には、平均化点数ｎ＝０の条件により数１の平滑化処理演算を実行し、平滑化データＹｉ’を算出する（Ｓ９）。この平滑化データＹｉ’は、実質的には平滑化されておらず測定データと等しい値を示す。
【００３８】
Ｙｉに対する平滑化演算処理が終了した後、ｉの値を１つ増加して（Ｓ１０）、再びＳ６のステップに戻り、ｎ＝０の条件にて次の測定データ点Ｙｉがシャープな谷部の測定データ点か否かを識別する（Ｓ７）。そして、その識別結果に応じて、平均化点数ｎの値を変更して、数１の平滑化演算処理を実行する（Ｓ９）。
【００３９】
このようにして、ｉの値を１つ増加して（Ｓ１０）、測定データの最後に位置する測定データ点Ｙｉ（ｉ＝ｍ）まで、順次平均化演算処理を進めていき（Ｓ１１）、最後の測定データ点Ｙｉ（ｉ＝ｍ）につき平均化演算処理が終了した後、それら処理済みの平滑化データを表示部３０の画面にグラフィック表示する（Ｓ１２）。
【００４０】
オペレータは、表示部３０の画面に表示された平滑化データを確認し、適正と認めたとき、入力部５０からその旨の回答を入力する（Ｓ１３）。この入力にしたがい、中央処理部２０は平滑化データを記録媒体に保存するとともに（Ｓ１４）、該平滑化データをデータ処理ルーチンに転送する（Ｓ１５）。
【００４１】
以上で平滑化処理を終了するが、オペレータは平滑化データが不適正と判断した場合には、入力部５０からその旨の回答を入力するとともに（Ｓ１３）、新たな平滑化条件を入力し（Ｓ３）、再度平滑化処理を実行させる。
【００４２】
なお、この発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、既述した数１以外の演算式に基づいて、平滑化処理を実行することもできる。また、数１における平滑化点数ｎを一定にし、測定データのＸ線強度に応じて荷重Ｗｉを変更するか、あるいは平均化点数ｎと荷重Ｗｉとを共に変更することにより、本発明の処理方法を実施することもできる。
【００４３】
測定データのＸ線強度が基準値よりも強いか弱いかの判定は、表示部３０の画面に表示された測定データを参照してオペレータが人為的に行う方法や、あらかじめ中央処理部２０にＸ線強度に関するしきい値（基準値）を設定し、平滑化処理と一括して自動的に行う方法等を適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の測定データ処理方法によれば、ダイナミックレンジが広く、Ｘ線強度の強いデータ領域と弱いデータ領域とが共存しているような測定データに対し、適正な平滑化処理を実行することができ、Ｘ線測定による試料の分析評価を高精度に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係る測定データ処理方法が適用されるＸ線反射率測定装置（Ｘ線測定装置）の概要を示す構成図である。
【図２】多層膜試料のＸ線反射率測定データに対する従来方法による平滑化処理データの例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る方法により処理して得られた平滑化処理データの例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る処理方法を実行する際の中央処理部の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０：Ｘ線測定部      ２０：中央処理部
３０：表示部          ４０：出力部
５０：入力部
【図１】
0003846762.tif 000003
【図２】
0003846762.tif 000004
【図３】
0003846762.tif 000005
【図４】
0003846762.tif 000006