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JP5347461B2 - Sample analyzer and sample analysis method - Google Patents
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JP5347461B2 - Sample analyzer and sample analysis method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample analyzer capable of evaluating local uniformity of a sample surface or an interface, by converting simply an X-ray intensity distribution into an actual image. <P>SOLUTION: A sample 2 which is a measuring object and an X-ray reflecting mirror 3 are irradiated with an interfering X-ray, and a control part 7 controls an incident angle or an incident position to the X-ray of the sample 2 or the X-ray reflecting mirror 3 so that a first reflected X-ray from the sample and a second reflected X-ray from the X-ray reflecting mirror 3 are overlapped together. Then, the X-ray intensity distribution by interference between the overlapped first reflected X-ray and second reflected X-ray is detected by a detection part 8, and an operation processing part 9 converts the X-ray intensity distribution into actual space data. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、試料分析装置及び試料分析方法に関し、特に、X線を用いて試料を分析する試料分析装置及び試料分析方法に関する。   The present invention relates to a sample analyzer and a sample analysis method, and more particularly to a sample analyzer and a sample analysis method for analyzing a sample using X-rays.

半導体MOS(Metal Oxide Semiconductor)デバイスを代表とする電子デバイスまたは磁気デバイスには、各種の薄膜が使用されている。薄膜の均一性(膜厚、密度、表面界面凹凸、膜応力、磁化分布など)と、デバイス性能や信頼性は緊密に関係しており、これらを詳細に分析することは、デバイスの高性能化や高信頼性を実現するための重要な要素となっている。   Various thin films are used for electronic devices or magnetic devices typified by semiconductor MOS (Metal Oxide Semiconductor) devices. Thin film uniformity (film thickness, density, surface interface roughness, film stress, magnetization distribution, etc.) and device performance and reliability are closely related. Analyzing these in detail improves device performance. It is an important element for realizing high reliability.

薄膜評価方法として、X線反射を利用した反射率法やX線散乱を利用した小角散乱法があり、X線が照射された部分の平均的な膜厚や密度や凹凸の分析が可能であった。また、表面の均一性を観察する手法としてSEM(Scanning Electron Microscope)やAFM(Atomic Force Microscope)という表面分析法がある。
特開2000−35408号公報 特開昭61−116380号公報
Thin film evaluation methods include a reflectance method using X-ray reflection and a small-angle scattering method using X-ray scattering, and it is possible to analyze the average film thickness, density, and unevenness of a portion irradiated with X-rays. It was. As a method for observing surface uniformity, there are surface analysis methods such as SEM (Scanning Electron Microscope) and AFM (Atomic Force Microscope).
JP 2000-35408 A JP-A-61-116380

しかし、反射率法や小角散乱法では、X線照射面内の局所的な均一性を分析することはできず、SEMやAFMでは、界面など試料内部の均一性を評価することはできなかった。   However, the reflectance method and the small angle scattering method cannot analyze the local uniformity within the X-ray irradiation surface, and the SEM and AFM cannot evaluate the uniformity inside the sample such as the interface. .

本発明者は、試料の構造の均一性を評価する手段として、位相がほぼ揃った干渉性のX線(以下コヒーレントX線という)を試料に照射し、散乱X線のスペックルパターン(強度分布)を分析する手法を提案している(特願2007−283057)。   As a means for evaluating the homogeneity of the structure of the sample, the inventor irradiates the sample with coherent X-rays (hereinafter referred to as coherent X-rays) having substantially the same phase, and a speckle pattern (intensity distribution) of scattered X-rays. ) Has been proposed (Japanese Patent Application No. 2007-283057).

しかし、散乱X線の強度分布から、試料の表面凹凸などを評価するための実イメージ(実空間データ)に変換しようとする場合、位相に関する情報が失われているため、位相を復元するための長時間の繰り返し計算が必要になる。   However, when trying to convert the intensity distribution of scattered X-rays into a real image (real space data) for evaluating the surface irregularities of the sample, information on the phase is lost, so that the phase is restored. A long and repeated calculation is required.

上記の点を鑑みて、本発明者は、簡単にX線の強度分布から実イメージに変換して、試料の表面や界面の局所的な均一性を評価可能な試料分析装置及び試料分析方法を提供することを目的とする。   In view of the above points, the present inventor has developed a sample analysis apparatus and a sample analysis method that can easily convert the X-ray intensity distribution into a real image and evaluate local uniformity of the surface and interface of the sample. The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、以下のような構成を有する試料分析装置が提供される。この試料分析装置は、X線反射ミラーと、試料及び前記X線反射ミラーに干渉性のX線を照射するX線照射部と、前記試料からの第1の反射X線と、前記X線反射ミラーからの第2の反射X線とが重なるように、前記試料または前記X線反射ミラーの前記X線に対する入射角または入射位置を制御する制御部と、重なった前記第1の反射X線と前記第2の反射X線との干渉によるX線強度分布を検出する検出部と、前記X線強度分布を実空間データに変換する演算処理部と、を有する。   In order to achieve the above object, a sample analyzer having the following configuration is provided. The sample analyzer includes an X-ray reflection mirror, an X-ray irradiation unit that irradiates the sample and the X-ray reflection mirror with coherent X-rays, a first reflected X-ray from the sample, and the X-ray reflection A control unit that controls an incident angle or an incident position of the sample or the X-ray reflecting mirror with respect to the X-ray so that the second reflected X-ray from the mirror overlaps; and the overlapping first reflected X-ray; A detector that detects an X-ray intensity distribution due to interference with the second reflected X-ray; and an arithmetic processing unit that converts the X-ray intensity distribution into real space data.

簡単にX線の強度分布から実イメージに変換して、試料の表面や界面の局所的な均一性を評価できる。   It is possible to easily convert the X-ray intensity distribution into a real image and evaluate the local uniformity of the surface and interface of the sample.

以下、本実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本実施の形態の試料分析装置の構成を示す図である。
試料分析装置1は、測定対象の試料2に併置されたX線反射ミラー3、X線照射部4、入射角/入射位置調整部5,6、制御部7、検出部8、演算処理部9、真空チャンバ10、コリメータ11を有している。
Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the sample analyzer of the present embodiment.
The sample analyzer 1 includes an X-ray reflection mirror 3, an X-ray irradiation unit 4, incident angle / incident position adjustment units 5 and 6, a control unit 7, a detection unit 8, and an arithmetic processing unit 9 that are juxtaposed to a sample 2 to be measured. And a vacuum chamber 10 and a collimator 11.

図2は、試料の一例を示す断面図である。
試料2は、たとえば、半導体基板2aと半導体基板2a上に形成されたSiO2(酸化シリコン)膜などの薄膜2bである。また、試料2として、複数層の薄膜2bが積層された多層膜構造のものを用いてもよい。本実施の形態の試料分析装置1は、このような試料2の薄膜2bの表面や界面を分析する。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a sample.
The sample 2 is, for example, a semiconductor substrate 2a and a thin film 2b such as a SiO 2 (silicon oxide) film formed on the semiconductor substrate 2a. Further, the sample 2 may have a multilayer structure in which a plurality of thin films 2b are stacked. The sample analyzer 1 of the present embodiment analyzes the surface and interface of the thin film 2b of such a sample 2.

図3は、X線反射ミラーの一例を示す斜視図である。
本実施の形態の試料分析装置1において、X線反射ミラー3は、たとえば、中央部に開口部3aを有し、試料2の表面を露出させるようにして、試料2を囲うような形状としている。また、X線反射ミラー3は、試料2の表面よりも凹凸が少ないものを用いる。たとえば、鏡面研磨したSi(シリコン)結晶が用いられる。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of the X-ray reflecting mirror.
In the sample analyzer 1 of the present embodiment, the X-ray reflection mirror 3 has, for example, a shape that surrounds the sample 2 so as to have an opening 3a at the center and expose the surface of the sample 2. . Further, the X-ray reflecting mirror 3 is used that has less irregularities than the surface of the sample 2. For example, mirror-polished Si (silicon) crystal is used.

X線照射部4は、試料2及びX線反射ミラー3にコヒーレントX線を照射する。X線照射部4は、たとえば、波長が軟X線または硬X線の波長領域であるX線管球からのX線、放射光などを、微少なピンホールによってコリメートしてコヒーレントX線として照射する。また、X線照射部4は、上記波長領域である短波長レーザや自由電子レーザを発生させてコヒーレントX線として照射してもよい。   The X-ray irradiation unit 4 irradiates the sample 2 and the X-ray reflection mirror 3 with coherent X-rays. For example, the X-ray irradiation unit 4 collimates X-rays, radiated light, and the like from an X-ray tube whose wavelength is a soft X-ray or hard X-ray wavelength region, and irradiates it as a coherent X-ray. To do. Further, the X-ray irradiation unit 4 may generate a short wavelength laser or a free electron laser that is in the above wavelength region and irradiate it as coherent X-rays.

入射角/入射位置調整部5,6は、たとえば、ゴニオメータや移動ステージなどにより実現される。
入射角/入射位置調整部5は、制御部7の制御のもと、試料2の角度や位置を調整して、コヒーレントX線の試料2への入射角や入射位置を調整する。
The incident angle / incident position adjusting units 5 and 6 are realized by, for example, a goniometer or a moving stage.
The incident angle / incident position adjustment unit 5 adjusts the angle and position of the sample 2 under the control of the control unit 7 to adjust the incident angle and the incident position of the coherent X-ray on the sample 2.

入射角/入射位置調整部6は、制御部7の制御のもと、X線反射ミラー3の角度や位置を調整して、コヒーレントX線のX線反射ミラー3への入射角や入射位置を調整する。
制御部7は、入射角/入射位置調整部5,6を制御し、コヒーレントX線の試料2またはX線反射ミラー3への入射角または入射位置をそれぞれ調整させ、試料2及びX線反射ミラー3からの反射X線が重なるようにする。
The incident angle / incident position adjustment unit 6 adjusts the angle and position of the X-ray reflection mirror 3 under the control of the control unit 7, and sets the incident angle and incident position of the coherent X-ray to the X-ray reflection mirror 3. adjust.
The control unit 7 controls the incident angle / incident position adjusting units 5 and 6 to adjust the incident angle or the incident position of the coherent X-ray to the sample 2 or the X-ray reflecting mirror 3, respectively. 3 so that the reflected X-rays from 3 overlap.

なお、試料2への入射角は、分析感度も考慮して調整する。たとえば、試料2が多層膜構造である場合、入射角を変えることにより、ある膜の表面または界面からの反射強度が強く(あるいは弱く)なる。そこで、分析感度を向上させたい膜の表面または界面からの反射強度が強くなるように、試料2の構造に応じてシミュレーションにより入射角を決定する。   The incident angle to the sample 2 is adjusted in consideration of analysis sensitivity. For example, when the sample 2 has a multilayer film structure, the reflection intensity from the surface or interface of a certain film is increased (or decreased) by changing the incident angle. Therefore, the incident angle is determined by simulation according to the structure of the sample 2 so that the reflection intensity from the surface or interface of the film whose analysis sensitivity is to be improved is increased.

検出部8は、試料2からの反射X線とX線反射ミラー3からの反射X線が重なってできる干渉X線の強度分布を検出する。検出部8は、たとえば、0次元検出器、1次元検出器または2次元検出器であり、たとえば、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサである。また、フォトダイオードアレイ、位置敏感比例係数管(PSPC:Position Sensitive Proportional Counter)、イメージングプレートなどを用いてもよい。   The detection unit 8 detects the intensity distribution of interference X-rays generated by overlapping the reflected X-rays from the sample 2 and the reflected X-rays from the X-ray reflecting mirror 3. The detection unit 8 is, for example, a zero-dimensional detector, a one-dimensional detector, or a two-dimensional detector, and is, for example, a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor. Further, a photodiode array, a position sensitive proportional coefficient tube (PSPC), an imaging plate, or the like may be used.

なお、図示を省略しているが、試料分析装置1は、検出部8の位置を調整する調整機構を有しており、たとえば、2次元検出器を用いる場合には、干渉X線の中心が検出面の中央にくるように検出部8の位置が調整される。   Although not shown, the sample analyzer 1 has an adjustment mechanism that adjusts the position of the detection unit 8. For example, when a two-dimensional detector is used, the center of the interference X-ray is The position of the detection unit 8 is adjusted so as to be in the center of the detection surface.

演算処理部9は、検出部8で検出された干渉X線の強度分布に対してフーリエ変換または逆フーリエ変換を行い、試料2の測定領域の実イメージに変換する。
制御部7と演算処理部9は、たとえば、1つまたは複数のコンピュータにより実現可能である。
The arithmetic processing unit 9 performs Fourier transform or inverse Fourier transform on the intensity distribution of the interference X-ray detected by the detection unit 8 to convert it into a real image of the measurement region of the sample 2.
The control unit 7 and the arithmetic processing unit 9 can be realized by one or a plurality of computers, for example.

真空チャンバ10は、試料2、X線反射ミラー3及び検出部8を含む分析領域を覆い、試料2の分析中に、大気の揺らぎなどによりX線の干渉性が低下するのを防止するために設けられている。図示しない排気ポンプによって、真空チャンバ10内が排気される。   The vacuum chamber 10 covers an analysis region including the sample 2, the X-ray reflection mirror 3, and the detection unit 8, and prevents the X-ray interference from being lowered during the analysis of the sample 2 due to atmospheric fluctuations. Is provided. The inside of the vacuum chamber 10 is exhausted by an exhaust pump (not shown).

コリメータ11は、照射するコヒーレントX線のサイズを成型する。
以下、上記の試料分析装置1を用いた試料分析方法を説明する。
まず、真空チャンバ10内を、図示しない排気ポンプにより、たとえば、10E-3〜10E-8Torr程度に排気し、X線照射部4により試料2及びX線反射ミラー3にコヒーレントX線を照射する。
The collimator 11 shapes the size of the coherent X-ray to be irradiated.
Hereinafter, a sample analysis method using the sample analyzer 1 will be described.
First, the inside of the vacuum chamber 10 is exhausted to about 10E −3 to 10E −8 Torr, for example, by an exhaust pump (not shown), and the X-ray irradiation unit 4 irradiates the sample 2 and the X-ray reflection mirror 3 with coherent X-rays. .

図4は、コヒーレントX線の入射角や入射位置を調整する様子を示す図である。
試料2、X線反射ミラー3、制御部及び検出部8のみ図示しており、その他の構成については図示を省略している。
FIG. 4 is a diagram showing how the incident angle and the incident position of coherent X-rays are adjusted.
Only the sample 2, the X-ray reflecting mirror 3, the control unit, and the detection unit 8 are illustrated, and the other configurations are not illustrated.

試料2及びX線反射ミラー3は、図1の制御部7によって、Z軸方向の位置とコヒーレントX線15a,15bに対する入射角θ1,θ2を制御され、反射X線16a,16bが重なるように調整される。検出部8は、干渉X線を効率よく検出できるように、2θ1の位置に調整される。   The sample 2 and the X-ray reflection mirror 3 are controlled by the control unit 7 of FIG. 1 so that the position in the Z-axis direction and the incident angles θ1 and θ2 with respect to the coherent X-rays 15a and 15b are controlled so that the reflected X-rays 16a and 16b overlap. Adjusted. The detection unit 8 is adjusted to a position of 2θ1 so that the interference X-ray can be detected efficiently.

なお、図1で示したX線照射部4や、真空チャンバ10自体をX,Y,Z軸方向で調整し、コヒーレントX線15a,15bが、試料2及びX線反射ミラー3に照射されるように、位置合わせを行うようにしてもよい。   The X-ray irradiation unit 4 shown in FIG. 1 and the vacuum chamber 10 itself are adjusted in the X, Y, and Z axis directions, and the coherent X-rays 15 a and 15 b are irradiated to the sample 2 and the X-ray reflection mirror 3. In this way, alignment may be performed.

図5は、入射角θ1>θ2とした場合における反射X線による干渉の様子を示す図である。
以下では、検出部8として2次元検出器を用いた場合について示している。
FIG. 5 is a diagram showing the state of interference by reflected X-rays when the incident angle θ1> θ2.
Below, the case where a two-dimensional detector is used as the detection part 8 is shown.

入射角θ1>θ2とした場合には、試料2に入射されるコヒーレントX線17a,17bによる反射X線18a,18bは、図5において、試料2の左側のX線反射ミラー3に入射されるコヒーレントX線17c,17dによる反射X線18c,18dと重なる。検出部8の検出面において、試料2からの反射X線18a,18b及びX線反射ミラー3からの反射X線18c,18dが入射される領域8aでは干渉X線が検出される。領域8aの外周の領域8bは、試料2からの反射X線18a,18bが入射されない領域であり、分析には用いない。   When the incident angle θ1> θ2, the reflected X-rays 18a and 18b by the coherent X-rays 17a and 17b incident on the sample 2 are incident on the X-ray reflecting mirror 3 on the left side of the sample 2 in FIG. It overlaps with the reflected X-rays 18c and 18d by the coherent X-rays 17c and 17d. On the detection surface of the detector 8, interference X-rays are detected in a region 8 a where the reflected X-rays 18 a and 18 b from the sample 2 and the reflected X-rays 18 c and 18 d from the X-ray reflecting mirror 3 are incident. A region 8b on the outer periphery of the region 8a is a region where the reflected X-rays 18a and 18b from the sample 2 are not incident and is not used for analysis.

図6は、入射角θ1<θ2とした場合における反射X線による干渉の様子を示す図である。
入射角θ1<θ2とした場合には、試料2に入射されるコヒーレントX線19a,19bによる反射X線20a,20bは、図6において、試料2の右側のX線反射ミラー3に入射されるコヒーレントX線19c,19dによる反射X線20c,20dと重なる。検出部8の検出面において、試料2からの反射X線20a,20b及びX線反射ミラー3からの反射X線20c,20dが入射される領域8cでは干渉X線が検出される。領域8cの外周の領域8dは、試料2から反射X線20a,20bが入射されない領域であり、分析には用いない。
FIG. 6 is a diagram showing the state of interference by reflected X-rays when the incident angle θ1 <θ2.
When the incident angle θ1 <θ2, the reflected X-rays 20a and 20b by the coherent X-rays 19a and 19b incident on the sample 2 are incident on the X-ray reflecting mirror 3 on the right side of the sample 2 in FIG. It overlaps with the reflected X-rays 20c and 20d by the coherent X-rays 19c and 19d. On the detection surface of the detector 8, interference X-rays are detected in a region 8 c where the reflected X-rays 20 a and 20 b from the sample 2 and the reflected X-rays 20 c and 20 d from the X-ray reflecting mirror 3 are incident. The outer region 8d of the region 8c is a region where the reflected X-rays 20a and 20b are not incident from the sample 2 and is not used for analysis.

なお、入射角θ1,θ2を調整する以外にも、コヒーレントX線に対する試料2のあおり角を調整することで、試料2からの反射X線と、X線反射ミラー3からの反射X線とを干渉させるようにしてもよい。   In addition to adjusting the incident angles θ1 and θ2, the reflected X-ray from the sample 2 and the reflected X-ray from the X-ray reflecting mirror 3 can be adjusted by adjusting the tilt angle of the sample 2 with respect to the coherent X-ray. You may make it interfere.

図7は、試料のあおり角φ≠0とした場合における反射X線による干渉の様子を示す図である。
たとえば、試料2をコヒーレントX線21a,21b,21c,21dの入射方向に対して、右側にあおり角φで傾けた場合、反射X線22a,22b,22c,22dは右側に曲がる。このとき、図7中で、試料2の右側のX線反射ミラー3に照射されたコヒーレントX線21e,21fによる反射X線22e,22fが、試料2からの反射X線22a,22b,22c,22dと重なり、干渉を起こす。これにより、検出部8の検出面において、領域8eでは、干渉X線が検出される。領域8eの外周の領域8fは、干渉X線が検出されない領域で、分析には用いない。
FIG. 7 is a diagram showing a state of interference by reflected X-rays when the tilt angle φ ≠ 0 of the sample.
For example, when the sample 2 is tilted at an angle φ on the right side with respect to the incident direction of the coherent X-rays 21a, 21b, 21c, and 21d, the reflected X-rays 22a, 22b, 22c, and 22d are bent to the right. At this time, in FIG. 7, the reflected X-rays 22e, 22f by the coherent X-rays 21e, 21f irradiated to the X-ray reflecting mirror 3 on the right side of the sample 2 are reflected X-rays 22a, 22b, 22c, It overlaps with 22d and causes interference. Thereby, the interference X-ray is detected in the region 8e on the detection surface of the detection unit 8. A region 8f on the outer periphery of the region 8e is a region where no interference X-ray is detected, and is not used for analysis.

図5〜図7で示したように、本実施の形態の試料分析装置1では、X線反射ミラー3として、試料2を囲うような形状のものを用いることで、試料2の周囲のX線反射ミラー3で反射したX線を利用でき、試料2からの反射X線と干渉させる調整が容易になる。   As shown in FIGS. 5 to 7, in the sample analyzer 1 of the present embodiment, the X-ray reflecting mirror 3 having a shape surrounding the sample 2 is used, so that X-rays around the sample 2 are used. X-rays reflected by the reflection mirror 3 can be used, and adjustment to interfere with the reflected X-rays from the sample 2 is facilitated.

なお、図5〜図7では、検出部8として2次元検出器を用いた場合について説明したが、図5〜図7の検出面(特に領域8a,8c,8e)をカバーするように、0次元検出器や1次元検出器をスキャンして干渉X線を検出するようにしてもよい。   5 to 7, the case where a two-dimensional detector is used as the detecting unit 8 has been described. However, the detection surface (particularly, the regions 8a, 8c, and 8e) of FIGS. Interference X-rays may be detected by scanning a dimension detector or a one-dimensional detector.

図8は、検出部で検出した干渉X線の強度分布の一例を示す図である。
ここでは、図5〜図7で示した検出部8の検出面で検出された、x軸方向の干渉X線の強度分布を示している。y軸方向の干渉X線の強度分布も同様に検出される。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the intensity distribution of the interference X-rays detected by the detection unit.
Here, the intensity distribution of the interference X-rays in the x-axis direction detected on the detection surface of the detection unit 8 shown in FIGS. The intensity distribution of the interference X-ray in the y-axis direction is also detected in the same manner.

横軸がx軸方向における位置(μm)で、縦軸が検出強度(a.u.)である。
ここで得られる強度分布は、X線反射ミラー3からの反射X線を参照波としたホログラムである。
The horizontal axis is the position (μm) in the x-axis direction, and the vertical axis is the detection intensity (au).
The intensity distribution obtained here is a hologram using the reflected X-ray from the X-ray reflecting mirror 3 as a reference wave.

演算処理部9は、検出部8で検出した干渉X線の強度分布を取得して、それを逆フーリエ変換し、実空間データに変換する。たとえば、試料2の表面の凹凸を分析する場合、2次元検出器の検出位置(xd,yd)での検出強度をI(xd,yd)とすると、試料2の表面の位置(Xs,Ys)における高さZs(Xs,Ys)は、Zs(Xs,Ys)=IFFT(I(xd,yd))となる。   The arithmetic processing unit 9 acquires the intensity distribution of the interference X-ray detected by the detection unit 8, performs inverse Fourier transform on the intensity distribution, and converts it into real space data. For example, when analyzing the unevenness of the surface of the sample 2, if the detection intensity at the detection position (xd, yd) of the two-dimensional detector is I (xd, yd), the position (Xs, Ys) of the surface of the sample 2 The height Zs (Xs, Ys) at is Zs (Xs, Ys) = IFFT (I (xd, yd)).

“IFFT”は、強度I(xd,yd)に対する逆高速フーリエ変換を表している。なお、ここでは、干渉成分を変換するものであるため、逆フーリエ変換の代わりに、フーリエ変換を行っても、同じ結果が得られる。   “IFFT” represents an inverse fast Fourier transform for the intensity I (xd, yd). Here, since the interference component is converted, the same result can be obtained by performing Fourier transform instead of inverse Fourier transform.

図9は、逆フーリエ変換によって得られた試料の凹凸分布の例である。
横軸が試料2上での位置Xs、縦軸が高さZsである。このように、実空間データに変換することで、どの位置にどのような凹凸が生じているか、容易に評価できる。
FIG. 9 is an example of the uneven distribution of the sample obtained by inverse Fourier transform.
The horizontal axis is the position Xs on the sample 2, and the vertical axis is the height Zs. In this way, by converting into real space data, it is possible to easily evaluate what unevenness is generated at which position.

なお、2次元データを用いた場合には、2次元逆フーリエ変換により凹凸の2次元分布が得られる。
このように、本実施の形態の試料分析装置1では、試料2からの反射X線と、X線反射ミラー3からの反射X線とを重ね合わせて干渉させ、干渉X線の強度分布(ホログラム)を検出する。このホログラムを逆フーリエ変換することによって、長期間の繰り返し計算を行うことなく、簡単に実イメージに再現して試料2の表面や界面を評価できる。
When two-dimensional data is used, a two-dimensional distribution of unevenness is obtained by two-dimensional inverse Fourier transform.
Thus, in the sample analyzer 1 of the present embodiment, the reflected X-rays from the sample 2 and the reflected X-rays from the X-ray reflecting mirror 3 are overlapped and interfered, and the intensity distribution of the interference X-rays (hologram) ) Is detected. By performing inverse Fourier transform on this hologram, the surface and interface of the sample 2 can be evaluated easily by reproducing it into a real image without performing long-term repetitive calculations.

なお、上記では、特に外場を変えずに試料2の表面の均一性を評価する場合について説明したが、温度、磁場、電場または圧力などの外場を変化させて、そのときの試料2の表面や界面の密度などの均一性を分析するようにしてもよい。   In the above, the case where the uniformity of the surface of the sample 2 is evaluated without changing the external field has been described. However, the external field such as temperature, magnetic field, electric field or pressure is changed, and the sample 2 at that time is changed. You may make it analyze uniformity, such as the density of a surface or an interface.

図10は、温度、磁場、電場または圧力を変化させて測定を行う試料分析装置の構成を示す図である。
図1で示した試料分析装置1と同様の構成要素については同一符号を付している。
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a sample analyzer that performs measurement by changing temperature, magnetic field, electric field, or pressure.
The same components as those of the sample analyzer 1 shown in FIG.

図10で示す試料分析装置1aは、試料2に対して、熱、磁場、電場または圧力を加える外場印加部31を有している。
外場印加部31は、たとえば、He(ヘリウム)クライオスタット、ヒータ、ランプ、永久磁石、電磁石、超電導電磁石、高圧電源、パルス発生装置などであり、制御部7によって制御される。
The sample analyzer 1a shown in FIG. 10 has an external field application unit 31 that applies heat, a magnetic field, an electric field, or pressure to the sample 2.
The external field application unit 31 is, for example, a He (helium) cryostat, a heater, a lamp, a permanent magnet, an electromagnet, a superconducting electromagnet, a high voltage power source, a pulse generator, and the like, and is controlled by the control unit 7.

温度を変化させて行う測定は、たとえば、結晶構造の変化や、強誘電体の強誘電ドメインの変化を分析するために行われる。
外場印加部31は、制御部7の制御のもと真空チャンバ10内を、低温状態(たとえば、4K)または高温状態(たとえば、1300K)にする。このとき、検出部8で検出した干渉X線の強度分布を、たとえば、逆フーリエ変換により実イメージに変換する。
The measurement performed by changing the temperature is performed, for example, in order to analyze the change of the crystal structure or the change of the ferroelectric domain of the ferroelectric.
The external field application unit 31 puts the inside of the vacuum chamber 10 into a low temperature state (for example, 4K) or a high temperature state (for example, 1300K) under the control of the control unit 7. At this time, the intensity distribution of the interference X-ray detected by the detection unit 8 is converted into a real image by, for example, inverse Fourier transform.

これにより、温度による結晶構造の変化や強誘電ドメインの変化に起因した試料2の表面や界面の凹凸の変化や、強誘電ドメインのばらつきなどを、実イメージで分析することができる。つまり、試料2のどの位置で強誘電ドメインが変化しているかを分析することができる。   As a result, it is possible to analyze the changes in the surface and interface irregularities of the sample 2 due to changes in the crystal structure and the ferroelectric domain due to temperature, variations in the ferroelectric domain, and the like with real images. That is, it is possible to analyze at which position of the sample 2 the ferroelectric domain is changed.

磁場を変化させて行う測定は、たとえば、磁気ドメインの変化や、磁性の変化(キューリー温度、ネール温度)を分析するために行われる。
外場印加部31は、制御部7の制御のもと、試料2に、たとえば、0〜10Teslaの磁場を印加する。このとき、検出部8で検出した干渉X線の強度分布を実イメージに変換することで、磁場印加による磁気ドメインや磁性の変化が、試料2のどの位置で起こっているかを分析することができる。
The measurement performed by changing the magnetic field is performed, for example, to analyze a change in the magnetic domain or a change in magnetism (Curie temperature, Neel temperature).
The external field application unit 31 applies, for example, a magnetic field of 0 to 10 Tesla to the sample 2 under the control of the control unit 7. At this time, by converting the intensity distribution of the interference X-rays detected by the detection unit 8 into a real image, it is possible to analyze at which position of the sample 2 the change of the magnetic domain and magnetism due to the magnetic field application occurs. .

電圧を変化させて行う測定は、たとえば、強誘電体の強誘電ドメインの変化を分析するために行われる。
外場印加部31は、制御部7の制御のもと、試料2に、たとえば、±10KVの電圧を印加する。このとき、検出部8で検出した干渉X線の強度分布を実イメージに変換することで、電圧印加による強誘電ドメインの変化が、試料2のどの位置で起こっているかを分析することができる。
The measurement performed by changing the voltage is performed, for example, to analyze the change of the ferroelectric domain of the ferroelectric.
The external field application unit 31 applies, for example, a voltage of ± 10 KV to the sample 2 under the control of the control unit 7. At this time, by converting the intensity distribution of the interference X-rays detected by the detection unit 8 into an actual image, it is possible to analyze at which position of the sample 2 the change of the ferroelectric domain due to voltage application occurs.

このほかにも、試料2に応力を印加してその影響を検討するために、検出した干渉X線の強度分布を実イメージに変換して分析するようにしてもよい。
以上、複数の実施の形態に基づき、本件の試料分析装置及び試料分析方法について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。
In addition, in order to apply stress to the sample 2 and examine the influence thereof, the intensity distribution of the detected interference X-ray may be converted into an actual image and analyzed.
As described above, the sample analysis apparatus and the sample analysis method of the present case have been described based on a plurality of embodiments, but these are merely examples and are not limited to the above description.

たとえば、X線反射ミラー3として、上記の説明では、試料2を囲うような形状のものを用いた場合について述べたが、試料2の周囲を取り囲むように複数のミラーを配置し、それぞれ入射角や入射位置を調整できるようにしてもよい。ただし、コヒーレントX線が試料2とX線反射ミラー3に同時に照射されるように、試料2に近接して配置されていることが望ましい。   For example, in the above description, the X-ray reflecting mirror 3 has a shape that surrounds the sample 2. However, a plurality of mirrors are arranged so as to surround the sample 2, and the incident angle is set respectively. Or the incident position may be adjustable. However, it is desirable that the coherent X-rays are arranged close to the sample 2 so that the sample 2 and the X-ray reflecting mirror 3 are simultaneously irradiated.

本実施の形態の試料分析装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the sample analyzer of this Embodiment. 試料の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a sample. X線反射ミラーの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of an X-ray reflective mirror. コヒーレントX線の入射角や入射位置を調整する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the incident angle and incident position of a coherent X-ray are adjusted. 入射角θ1>θ2とした場合における反射X線による干渉の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of interference by reflected X-ray in the case of incident angle (theta) 1> (theta) 2. 入射角θ1<θ2とした場合における反射X線による干渉の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of interference by reflected X-ray in the case of incident angle (theta) 1 <(theta) 2. 試料のあおり角φ≠0とした場合における反射X線による干渉の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of interference by reflected X-rays when the tilt angle φ ≠ 0 of the sample. 検出部で検出した干渉X線の強度分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the intensity distribution of the interference X-ray detected by the detection part. 逆フーリエ変換によって得られた試料の凹凸分布の例である。It is an example of the uneven | corrugated distribution of the sample obtained by the inverse Fourier transform. 温度、磁場、電場または圧力を変化させて測定を行う試料分析装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the sample analyzer which measures by changing temperature, a magnetic field, an electric field, or a pressure.

符号の説明Explanation of symbols

1 試料分析装置
2 試料
3 X線反射ミラー
4 X線照射部
5,6 入射角/入射位置調整部
7 制御部
8 検出部
9 演算処理部
10 真空チャンバ
11 コリメータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sample analyzer 2 Sample 3 X-ray reflection mirror 4 X-ray irradiation part 5,6 Incident angle / incident position adjustment part 7 Control part 8 Detection part 9 Arithmetic processing part 10 Vacuum chamber 11 Collimator

Claims (5)

試料を囲う形状であるX線反射ミラーと、
前記試料及び前記X線反射ミラーに干渉性のX線を照射するX線照射部と、
前記試料からの第1の反射X線と、前記X線反射ミラーからの第2の反射X線とが重なるように、前記試料または前記X線反射ミラーの前記X線に対する入射角または入射位置を制御する制御部と、
重なった前記第1の反射X線と前記第2の反射X線との干渉によるX線強度分布を検出する検出部と、
前記X線強度分布を実空間データに変換する演算処理部と、
を有することを特徴とする試料分析装置。
An X-ray reflecting mirror having a shape surrounding the sample ;
And X-ray irradiation unit for irradiating the coherent X-ray to the sample and the X-ray reflecting mirror,
An incident angle or an incident position of the sample or the X-ray reflecting mirror with respect to the X-ray is set so that the first reflected X-ray from the sample and the second reflected X-ray from the X-ray reflecting mirror overlap each other. A control unit to control;
A detector that detects an X-ray intensity distribution due to interference between the first reflected X-ray and the second reflected X-ray,
An arithmetic processing unit for converting the X-ray intensity distribution into real space data;
A sample analyzer characterized by comprising:
前記試料、前記X線反射ミラー及び前記検出部を含む分析領域は、真空チャンバで覆われていることを特徴とする請求項1に記載の試料分析装置。The sample analysis apparatus according to claim 1, wherein an analysis region including the sample, the X-ray reflection mirror, and the detection unit is covered with a vacuum chamber. 前記試料に対して熱、磁場、電場または圧力を加える外場印加部を有していることを特徴とする請求項1または2に記載の試料分析装置。The sample analyzer according to claim 1, further comprising an external field applying unit that applies heat, a magnetic field, an electric field, or pressure to the sample. 前記試料は、1または複数の膜を有し、前記制御部は、分析感度を上げたい前記膜の表面または界面からの反射強度が高くなるように前記試料に対する前記入射角を制御することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の試料分析装置。The sample has one or a plurality of films, and the control unit controls the incident angle with respect to the sample so that the reflection intensity from the surface or interface of the film whose analysis sensitivity is desired to be increased. The sample analyzer according to any one of claims 1 to 3. 試料と前記試料を囲う形状であるX線反射ミラーに干渉性のX線を照射し、Irradiate the sample and the X-ray reflecting mirror having a shape surrounding the sample with coherent X-rays,
前記試料からの第1の反射X線と、前記X線反射ミラーからの第2の反射X線とが重なるように、前記試料または前記X線反射ミラーの前記X線に対する入射角または入射位置を制御し、  An incident angle or an incident position of the sample or the X-ray reflecting mirror with respect to the X-ray is set so that the first reflected X-ray from the sample and the second reflected X-ray from the X-ray reflecting mirror overlap each other. Control
重なった前記第1の反射X線と前記第2の反射X線との干渉によるX線強度分布を検出し、  Detecting an X-ray intensity distribution due to interference between the first reflected X-ray and the second reflected X-ray,
前記X線強度分布を実空間データに変換することを特徴とする試料分析方法。  A sample analysis method, wherein the X-ray intensity distribution is converted into real space data.
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