JP7791673B2 - Method and apparatus for evaluating the shape of a crystal surface of a semiconductor substrate, and computer program for evaluating the shape of a crystal surface of a semiconductor substrate - Google Patents
Method and apparatus for evaluating the shape of a crystal surface of a semiconductor substrate, and computer program for evaluating the shape of a crystal surface of a semiconductor substrateInfo
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Description
この発明は、半導体基板の結晶面の形状を評価する技術に関し、特に、結晶面の三次元形状を評価する技術に関する。 This invention relates to a technique for evaluating the shape of a crystal surface of a semiconductor substrate, and in particular to a technique for evaluating the three-dimensional shape of a crystal surface.
安定相の酸化ガリウム(β-Ga2O3)、炭化ケイ素(SiC)あるいは窒化ガリウム(GaN)をはじめとするバンドギャップの広い半導体(ワイドギャップ半導体)は、絶縁破壊電界が高く、高耐圧・低損失のパワーデバイスを実現するパワーデバイス材料として好適である。 Wide band gap semiconductors, such as stable phase gallium oxide (β-Ga 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), and gallium nitride (GaN), have a high breakdown field and are suitable as power device materials for realizing high-voltage, low-loss power devices.
これらのワイドギャップ半導体は、熱的安定性および化学的安定性が高いため、基板を製造する際における結晶成長は、1000℃から2400℃の高温で行う必要がある。そのため、結晶成長中や結晶成長後の冷却段階における温度勾配により熱応力が発生し、製造された基板に結晶面の湾曲が生じる虞がある。また、基板の平坦化も容易ではないため、平坦化処理中に加わる機械的応力等により、基板に結晶面の湾曲が生じる虞がある。 These wide-gap semiconductors have high thermal and chemical stability, so crystal growth during substrate manufacturing must be carried out at high temperatures of 1000°C to 2400°C. This means that thermal stresses can occur due to temperature gradients during crystal growth and in the cooling stage after crystal growth, which can cause the crystal planes of the manufactured substrate to curve. Furthermore, because flattening the substrate is not easy, mechanical stresses applied during the flattening process can also cause the crystal planes of the substrate to curve.
このような結晶面の湾曲は、基板の反りや割れの発生原因となる。また、結晶面が湾曲した基板にエピタキシャル成長を行うと、局所的な結晶方位が面内の位置によって変化するため、不純物濃度等が面内で不均一になる虞がある。このように、結晶面の湾曲は種々の問題の発生原因となる。そのため、結晶面の湾曲を低減することが強く求められているが、結晶面の湾曲を低減するためには、結晶面の湾曲を非破壊的な手法で評価する必要がある。そこで、結晶面の湾曲を含む単結晶基板の反りを非破壊的に測定する方法が種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Such curvature of the crystal plane can cause warping and cracking of the substrate. Furthermore, when epitaxial growth is performed on a substrate with a curved crystal plane, the local crystal orientation varies depending on the position within the plane, which can lead to uneven impurity concentrations within the plane. As such, curvature of the crystal plane can cause a variety of problems. For this reason, there is a strong demand for reducing the curvature of the crystal plane, but in order to do so, it is necessary to evaluate the curvature of the crystal plane using a non-destructive method. Accordingly, various methods have been proposed for non-destructively measuring the warpage of single crystal substrates, including the curvature of the crystal plane (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1では、ロッキングカーブの幅を基に基板の曲率半径を算出しているが、ロッキングカーブの幅は、結晶面の面間隔の変動の影響も受けるため、曲率半径の測定精度を十分に高くすることは容易でない。さらに、特許文献1に開示された手法では、基板の曲率半径を測定することは可能であるが、結晶面の湾曲の低減に有用な情報となる結晶面の三次元的な形状を評価することができない。 In Patent Document 1, the radius of curvature of the substrate is calculated based on the width of the rocking curve, but because the width of the rocking curve is also affected by variations in the interplanar spacing of the crystal planes, it is not easy to measure the radius of curvature with sufficient accuracy. Furthermore, while the method disclosed in Patent Document 1 is capable of measuring the radius of curvature of the substrate, it is not able to evaluate the three-dimensional shape of the crystal planes, which provides information useful for reducing the curvature of the crystal planes.
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、非破壊的な手法により、半導体基板における結晶面の三次元形状を評価する技術を提供することを目的とする。 The present invention was made to solve the above-mentioned conventional problems, and aims to provide a technology for evaluating the three-dimensional shape of crystal planes in semiconductor substrates using a non-destructive method.
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 To achieve at least part of the above objectives, the present invention can be realized in the following forms or application examples.
[適用例1]
半導体基板の結晶面の形状を評価する形状評価方法であって、入射X線の進行方向と、湾曲がないとした場合の結晶面である基準面において前記入射X線が回折した回折X線の進行方向と、を含む回折面の前記基準面の面内における方向が第1の方向である配置状態において、入射角方向の角度が異なる前記結晶面の複数のX線トポグラフィ像を含む第1のトポグラフィ画像群を取得する工程と、前記回折面の前記基準面の面内における方向が前記第1の方向と直交する第2の方向である配置状態において、前記入射角方向の角度が異なる前記結晶面の複数のX線トポグラフィ像を含む第2のトポグラフィ画像群を取得する工程と、前記第1のトポグラフィ画像群に含まれる前記複数のX線トポグラフィ像のそれぞれにおいて前記半導体基板上の同一位置におけるX線強度と、個々のX線トポグラフィ像の前記入射角方向の角度と、から表されるロッキングカーブから、前記半導体基板上の各位置における、前記基準面におけるブラッグ角である基準ブラッグ角からの、測定で得られる見かけのブラッグ角の偏移である第1のブラッグ角偏移を取得する工程と、前記第2のトポグラフィ画像群に含まれる前記複数のX線トポグラフィ像のそれぞれにおいて前記半導体基板上の同一位置におけるX線強度と、個々のX線トポグラフィ像の前記入射角方向の角度と、から表されるロッキングカーブから、前記半導体基板上の各位置における、前記基準ブラッグ角からの、前記見かけのブラッグ角の偏移である第2のブラッグ角偏移を取得する工程と、前記半導体基板上の各位置について、前記第1および第2のブラッグ角偏移から、前記第1および第2の方向のそれぞれにおける前記結晶面の前記基準面に対する傾斜角を取得する工程と、前記半導体基板上の各位置について、前記第1および第2の方向における前記結晶面の前記傾斜角から、前記結晶面の法線ベクトルを決定する工程と、前記法線ベクトルから、前記半導体基板上の各位置における前記結晶面の前記基準面からの変位を算出する工程と、を備える、形状評価方法。
[Application Example 1]
A shape evaluation method for evaluating a shape of a crystal plane of a semiconductor substrate, the method comprising the steps of: acquiring a first group of topographic images including a plurality of X-ray topographic images of the crystal plane having different angles of incident angle direction in an arrangement state in which a direction in the plane of a reference plane of a diffraction plane including a traveling direction of incident X-rays and a traveling direction of diffracted X-rays obtained by diffracting the incident X-rays at a reference plane that is a crystal plane when the incident X-rays are not curved is a first direction; acquiring a second group of topographic images including a plurality of X-ray topographic images of the crystal plane having different angles of incident angle direction in an arrangement state in which a direction in the plane of the reference plane of the diffraction plane is a second direction orthogonal to the first direction; and calculating a reference Bragg angle, which is a Bragg angle on the reference plane at each position on the semiconductor substrate, from a rocking curve represented by X-ray intensity at the same position on the semiconductor substrate in each of the plurality of X-ray topographic images included in the first topographic image group and the angle of the incident angle direction of each X-ray topographic image. acquiring a first Bragg angle shift , which is a shift in the apparent Bragg angle obtained by measurement from the first and second Bragg angle shifts; acquiring a second Bragg angle shift, which is a shift in the apparent Bragg angle from the reference Bragg angle at each position on the semiconductor substrate, from a rocking curve represented by X-ray intensity at the same position on the semiconductor substrate in each of the plurality of X-ray topography images included in the second topography image group and the angle of the incident angle direction of each X-ray topography image; acquiring, for each position on the semiconductor substrate, an inclination angle of the crystal plane with respect to the reference plane in each of the first and second directions from the first and second Bragg angle shifts; determining, for each position on the semiconductor substrate, a normal vector of the crystal plane from the inclination angle of the crystal plane in the first and second directions; and calculating, from the normal vector, a displacement of the crystal plane from the reference plane at each position on the semiconductor substrate.
通常、回折面と直交する方向における結晶面の湾曲によるブラッグ角偏移は、回折面に平行な方向における結晶面の湾曲によるブラッグ角偏移に対して、無視できる程度に小さい。そのため、この適用例によれば、第1および第2のブラッグ角偏移から、結晶面の形状の算出に使用される結晶面の法線ベクトルをより的確に決定することができるので、結晶面の三次元形状を的確に評価することができる。 Typically, the Bragg angle shift due to curvature of the crystal plane in a direction perpendicular to the diffraction plane is negligibly small compared to the Bragg angle shift due to curvature of the crystal plane in a direction parallel to the diffraction plane. Therefore, according to this application example, the normal vector of the crystal plane used to calculate the shape of the crystal plane can be more accurately determined from the first and second Bragg angle shifts, allowing the three-dimensional shape of the crystal plane to be accurately evaluated.
[適用例2]
適用例1記載の形状評価方法であって、前記入射X線のビーム径は、前記半導体基板の全面を照射可能となる太さであり、前記第1および第2のトポグラフィ画像群を取得する前記工程は、それぞれ、前記入射角方向の角度を変化させて、前記回折X線の進行方向上に配置された撮像素子により前記撮像素子上に形成されたX線トポグラフィ像を撮影する工程を含む、形状評価方法。
[Application Example 2]
A shape evaluation method according to Application Example 1, wherein a beam diameter of the incident X-rays is large enough to irradiate the entire surface of the semiconductor substrate, and the steps of acquiring the first and second topography image groups each include the steps of changing the angle of incidence direction and capturing X-ray topography images formed on an image pickup element by an image pickup element arranged in the traveling direction of the diffracted X-rays.
この適用例によれば、撮像素子による撮影により半導体基板全面のX線トポグラフィ像を取得できるので、結晶面の三次元形状の評価に使用されるX線トポグラフィ像を、より短時間で取得することができる。 According to this application example, an X-ray topography image of the entire surface of a semiconductor substrate can be obtained by photographing with an imaging element, making it possible to obtain X-ray topography images used to evaluate the three-dimensional shape of crystal surfaces in a shorter time.
[適用例3]
適用例1記載の形状評価方法であって、前記入射X線のビーム径は、前記半導体基板を点状に照射する太さであり、前記第1および第2のトポグラフィ画像群を取得する前記工程は、それぞれ、前記基準面に平行な互いに直交する第1および第2の移動方向に前記半導体基板を移動させることにより、前記半導体基板の表面上で前記入射X線の照射位置を走査する工程と、前記照射位置ごとに、前記入射角方向の角度を変化させて、前記回折X線の進行方向上に配置されたX線検出器により前記回折X線の強度を取得する工程と、を含む、形状評価方法。
[Application Example 3]
A shape evaluation method according to Application Example 1, wherein a beam diameter of the incident X-rays is such that the semiconductor substrate is irradiated with points, and the steps of acquiring the first and second topography image groups include the steps of: scanning an irradiation position of the incident X-rays on a surface of the semiconductor substrate by moving the semiconductor substrate in first and second movement directions that are parallel to the reference plane and perpendicular to each other; and acquiring the intensity of the diffracted X-rays by changing the angle of the incident angle direction for each irradiation position using an X-ray detector arranged in the traveling direction of the diffracted X-rays.
この適用例によれば、入射X線のビーム径を細くしているため、入射X線に対する平行性の要求水準がより低くなるので、結晶面の三次元形状の評価に使用されるX線トポグラフィ像を、より簡便に取得することができる。 In this application example, the beam diameter of the incident X-rays is narrowed, which reduces the required level of parallelism for the incident X-rays, making it easier to obtain X-ray topography images used to evaluate the three-dimensional shape of crystal surfaces.
[適用例4]
適用例1記載の形状評価方法であって、前記入射X線のビーム径は、前記半導体基板を点状に照射する太さであり、前記第1および第2のトポグラフィ画像群を取得する前記工程は、それぞれ、前記入射角方向の角度を変化させる工程と、前記入射角方向の角度ごとに、前記基準面に平行な互いに直交する第1および第2の移動方向に前記半導体基板を移動させることにより、前記半導体基板の表面上で前記入射X線の照射位置を走査し、前記回折X線の進行方向上に配置されたX線検出器により前記回折X線の強度を取得する工程と、を含む、形状評価方法。
[Application Example 4]
A shape evaluation method according to Application Example 1, wherein a beam diameter of the incident X-rays is such that the semiconductor substrate is irradiated with points, and the steps of acquiring the first and second topography image groups each include the steps of: changing an angle of the incident angle direction; and scanning the irradiation position of the incident X -rays on the surface of the semiconductor substrate by moving the semiconductor substrate in first and second movement directions that are parallel to the reference plane and perpendicular to each other, for each angle of the incident angle direction, and acquiring the intensity of the diffracted X-rays using an X-ray detector arranged in the traveling direction of the diffracted X-rays.
この適用例においても、入射X線のビーム径を細くしているため、入射X線に対する平行性の要求水準がより低くなるので、結晶面の三次元形状の評価に使用されるX線トポグラフィ像を、より簡便に取得することができる。 In this application example, the beam diameter of the incident X-rays is also narrowed, which reduces the required level of parallelism for the incident X-rays, making it easier to obtain X-ray topography images used to evaluate the three-dimensional shape of crystal surfaces.
[適用例5]
適用例1ないし4のいずれか記載の形状評価方法であって、前記ロッキングカーブから前記ブラッグ角偏移を取得する工程は、ピーク形状関数を前記ロッキングカーブにフィッティングさせる工程と、フィッティングされた前記ピーク形状関数のピーク位置と、前記基準面におけるピーク形状関数のピーク位置との差であり、前記ブラッグ角偏移に対応するピークシフトを算出する工程と、を含む、形状評価方法。
[Application Example 5]
A shape evaluation method according to any one of Application Examples 1 to 4, wherein the step of acquiring the Bragg angle shift from the rocking curve includes the steps of fitting a peak shape function to the rocking curve and calculating a peak shift that is a difference between a peak position of the fitted peak shape function and a peak position of the peak shape function on the reference plane , the peak shift corresponding to the Bragg angle shift.
この適用例によれば、トポグラフィ画像群に含まれる複数のX線トポグラフィ像の枚数を少なくしても、ブラッグ角偏移に対応するピークシフトの分解能を高くすることができるので、結晶面の三次元形状の評価精度を高く維持したまま、より容易に結晶面の三次元形状の評価をすることができる。 According to this application example, even if the number of multiple X-ray topography images included in the topography image group is reduced, the resolution of the peak shift corresponding to the Bragg angle shift can be increased, making it easier to evaluate the three-dimensional shape of the crystal plane while maintaining high evaluation accuracy of the three-dimensional shape of the crystal plane.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、半導体基板における結晶面の形状評価方法および形状の評価装置、それらの方法や装置の少なくとも一部の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の態様で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms. For example, it can be realized as a method and apparatus for evaluating the shape of a crystal surface in a semiconductor substrate, a computer program for implementing at least some of the functions of the method or apparatus, a recording medium on which the computer program is recorded, or a data signal containing the computer program and embodied in a carrier wave.
本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A:第1実施形態:
A1.X線トポグラフィの概要:
A2.湾曲した結晶面における回折:
A3.結晶面の湾曲によるブラッグ角の偏移:
A4.結晶面の形状の評価:
A5.第1実施形態の実施例:
B:第2実施形態:
B1.第2実施形態におけるX線トポグラフィ像の取得:
B2.第2実施形態の実施例:
C.変形例:
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to the following examples.
A: First embodiment:
A1. Overview of X-ray topography:
A2. Diffraction on curved crystal faces:
A3. Bragg angle shift due to curvature of crystal planes:
A4. Evaluation of crystal face shape:
A5. Example of the first embodiment:
B: Second embodiment:
B1. Acquisition of X-ray topography image in the second embodiment:
B2. Example of the second embodiment:
C. Variations:
A.第1実施形態:
A1.X線トポグラフィの概要:
図1は、基板10の結晶面の形状評価に使用されるX線トポグラフィの概要を示す説明図である。図1(a)および図1(b)は、X線トポグラフィによって、結晶面の三次元形状(以下、単に「形状」とも呼ぶ)の評価に使用される画像が撮影される様子を示している。ここで、基板10の結晶面とは、基板10の表面部分における特定の結晶面(以下、単に「結晶面」とも呼ぶ)を謂う。
A. First embodiment:
A1. Overview of X-ray topography:
1 is an explanatory diagram showing an overview of X-ray topography used to evaluate the shape of a crystal plane of a substrate 10. Figures 1(a) and 1(b) show how images used to evaluate the three-dimensional shape of a crystal plane (hereinafter simply referred to as "shape") are captured by X-ray topography. Here, the crystal plane of the substrate 10 refers to a specific crystal plane (hereinafter simply referred to as "crystal plane") on the surface portion of the substrate 10.
図1(a)に示すように、X線トポグラフィでは、一点鎖線で示すように、平行性および単色性が高く、基板10の全面を照射可能となるようにビーム径が太いX線ビーム(入射X線)BXIを基板10に照射する。このように基板10に照射される入射X線BXIとしては、平行性、単色性および輝度が高く、ビーム径が太く、広い波長域で波長が可変である放射光X線を用いるのが好ましい。但し、平行性および単色性が十分に高く、ビーム径が十分に太いX線ビームであれば、入射X線として放射光X線以外のものを使用することも可能である。 As shown in Figure 1(a), in X-ray topography, as indicated by the dashed-dotted line, an X-ray beam (incident X-ray) BXI is irradiated onto the substrate 10, which has high parallelism and monochromaticity and a wide beam diameter so that the entire surface of the substrate 10 can be irradiated. As the incident X-ray BXI irradiated onto the substrate 10 in this manner, it is preferable to use synchrotron X-rays, which have high parallelism, monochromaticity, and brightness, a wide beam diameter, and a wavelength that can be tuned over a wide wavelength range. However, it is also possible to use X-rays other than synchrotron X-rays as the incident X-rays, as long as the X-ray beam has sufficiently high parallelism and monochromaticity and a sufficiently wide beam diameter.
基板10に照射された入射X線BXIは、基板10の結晶面により回折される。そして、回折されたX線ビーム(回折X線)BXDは、二点鎖線で示すように、基板10から撮像素子20に向かって進行し、撮像素子20に照射される。このように、基板10に照射された入射X線BXIが、基板10の結晶面で回折し、回折した回折X線BXDが、撮像素子20に照射されることにより、撮像素子20上には、基板10の結晶面についてのX線トポグラフィ像IT1が形成される。 The incident X-rays BXI irradiated onto the substrate 10 are diffracted by the crystal planes of the substrate 10. The diffracted X-ray beam (diffracted X-rays) BXD then travels from the substrate 10 towards the image sensor 20, as indicated by the two-dot chain line, and is irradiated onto the image sensor 20. In this way, the incident X-rays BXI irradiated onto the substrate 10 are diffracted by the crystal planes of the substrate 10, and the diffracted X-rays BXD are irradiated onto the image sensor 20, thereby forming an X-ray topography image IT1 of the crystal planes of the substrate 10 on the image sensor 20.
なお、回折X線BXDが撮像素子20に向かって進行するように、入射X線BXIの波長、ω方向(入射角方向)における基板10の基準面の角度、および、ω方向における撮像素子20の配置は、適宜調整される。ここで、基板10の基準面とは、湾曲がないとした場合における基板10の結晶面のことを謂う。 The wavelength of the incident X-rays BXI, the angle of the reference plane of the substrate 10 in the ω direction (incident angle direction), and the position of the image sensor 20 in the ω direction are adjusted appropriately so that the diffracted X-rays BXD travel toward the image sensor 20. Here, the reference plane of the substrate 10 refers to the crystal plane of the substrate 10 when it is not curved.
このようにして撮像素子20上に形成されたX線トポグラフィ像IT1を撮像素子20によって撮影することにより、X線トポグラフィ像IT1を表す画像が得られる。なお、X線トポグラフィ像IT1を表す画像も、X線トポグラフィ像IT1と捉えることができるので、以下では、特に区別が必要でない限り、X線トポグラフィ像IT1を表す画像も、X線トポグラフィ像IT1と呼ぶ。 By capturing the X-ray topography image IT1 formed on the image sensor 20 in this manner using the image sensor 20, an image representing the X-ray topography image IT1 is obtained. Note that an image representing the X-ray topography image IT1 can also be considered an X-ray topography image IT1, and therefore, hereinafter, unless a distinction is particularly necessary, an image representing the X-ray topography image IT1 will also be referred to as the X-ray topography image IT1.
また、図1(a)の例では、基板10の基準面がx-y面となり、入射X線BXIおよび回折X線BXDの進行方向がy-z面に平行となるように、直交座標系(x,y,z)を設定している。そのため、図1(a)の例におけるy-z面、すなわち、入射X線BXIの進行方向と回折X線BXDの進行方向とを含む面を、「回折面」とも呼ぶ。なお、以下の説明においても、図1(a)と同一の座標系を使用する。 In the example of Figure 1(a), the reference plane of the substrate 10 is the xy plane, and the Cartesian coordinate system (x, y, z) is set so that the propagation directions of the incident X-rays BXI and diffracted X-rays BXD are parallel to the yz plane. Therefore, the yz plane in the example of Figure 1(a), i.e., the plane containing the propagation directions of the incident X-rays BXI and diffracted X-rays BXD, is also referred to as the "diffraction plane." Note that the same coordinate system as Figure 1(a) will be used in the following explanation.
第1実施形態では、図1(a)の破線で示すように、基板10のω方向の角度を逐次変更して、ω方向の角度が異なる複数のX線トポグラフィ像IT1を含むトポグラフィ画像群を取得する。詳細については後述するが、このように取得されたトポグラフィ画像群は、基板10の結晶面の形状の評価に使用される。 In the first embodiment, as shown by the dashed line in Figure 1(a), the angle of the substrate 10 in the ω direction is sequentially changed to acquire a group of topography images including multiple X-ray topography images IT1 with different angles in the ω direction. As will be described in detail later, the group of topography images acquired in this manner is used to evaluate the shape of the crystal planes of the substrate 10.
図1(b)は、図1(a)に示す状態から基板10を面内で90°、すなわち、φ方向に90°回転して、トポグラフィ画像群を取得する様子を示している。図1(b)は、基板10を面内で90°回転している点と、基板10の面内における回転に伴い撮像素子20上に形成されるX線トポグラフィ像IT2が変化している点とで、図1(a)と異なっている。他の点は、図1(a)と同一であるので、ここではその説明を省略する。 Figure 1(b) shows how a group of topography images is acquired by rotating the substrate 10 by 90° in-plane, i.e., by 90° in the φ direction, from the state shown in Figure 1(a). Figure 1(b) differs from Figure 1(a) in that the substrate 10 is rotated by 90° in-plane and that the X-ray topography image IT2 formed on the imaging element 20 changes as the substrate 10 rotates in-plane. Other points are the same as Figure 1(a), so their description will be omitted here.
なお、図1の例では、入射X線BXIが回折する基板10の結晶面が、基板10の表面と平行な状態、すなわち、入射X線BXIの回折が対称反射となるように結晶面の方位を選択している。そのため、図1(b)では基板10を面内で90°回転させた状態でX線トポグラフィを行っているが、基板10の結晶面と表面とが平行でない場合、基板10は、基準面の方向が図1(a)の状態と一致するように、y軸方向を廻る方向に適宜回転される。 In the example of Figure 1, the crystal plane of substrate 10, from which incident X-rays BXI are diffracted, is parallel to the surface of substrate 10; that is, the orientation of the crystal plane is selected so that the diffraction of incident X-rays BXI is symmetrically reflected. Therefore, in Figure 1(b), X-ray topography is performed with substrate 10 rotated 90° in-plane; however, if the crystal plane and surface of substrate 10 are not parallel, substrate 10 is rotated appropriately in the y-axis direction so that the direction of the reference plane matches the state in Figure 1(a).
第1実施形態における結晶面の形状評価方法においては、図1(a)および図1(b)に示すように、基準面の面内において回折面(y-z面)の方向が直交する2つの配置状態のそれぞれにおいて、トポグラフィ画像群を取得する。そして、詳細については後述するが、これら2つの配置状態におけるトポグラフィ画像群を用いることにより、基板10の結晶面の形状を評価することができる。 In the crystal plane shape evaluation method of the first embodiment, as shown in Figures 1(a) and 1(b), a group of topography images is acquired in each of two arrangement states in which the diffraction plane (y-z plane) is perpendicular to the reference plane. Then, as will be described in detail later, the group of topography images in these two arrangement states can be used to evaluate the shape of the crystal plane of the substrate 10.
なお、X線トポグラフィ像IT1,IT2を表す複数の画像、あるいは、複数のX線トポグラフィ像IT1,IT2を含むトポグラフィ画像群は、画像データとして図示しないコンピュータに供給される。そして、コンピュータは、供給されたトポグラフィ画像群に対して、後述する内容の処理を行うことにより、基板10の結晶面の形状の評価結果を生成する。 The multiple images representing the X-ray topography images IT1 and IT2, or the group of topography images including the multiple X-ray topography images IT1 and IT2, are supplied as image data to a computer (not shown). The computer then performs processing on the supplied group of topography images, as described below, to generate evaluation results for the shape of the crystal planes of the substrate 10.
従って、本発明に係る結晶面の三次元形状の評価技術は、画像データとして供給されるトポグラフィ画像群を取得するステップと、後述する各処理を行うステップとをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムとして実現することができる。 Therefore, the technology for evaluating the three-dimensional shape of crystal surfaces according to the present invention can be realized as a computer program that causes a computer to execute the steps of acquiring a group of topography images supplied as image data and performing the various processing steps described below.
また、本発明に係る結晶面の三次元形状の評価技術を、トポグラフィ画像群を取得する機能部と、後述する各処理を行う機能部とを有する形状評価装置として、実現することも可能である。この場合、各機能部の少なくとも一部を、ハードウェアで実現することも可能である。 The three-dimensional shape evaluation technology for crystal surfaces according to the present invention can also be implemented as a shape evaluation device having a functional unit that acquires topography images and a functional unit that performs the various processes described below. In this case, at least a portion of each functional unit can be implemented using hardware.
A2.湾曲した結晶面における回折:
図2は、湾曲した結晶面Sにおいて入射X線BXIが回折する様子を示す説明図である。図2(a)は、湾曲した結晶面Sにおいて入射X線BXIが回折する様子を回折面PDFに投影して示し、図2(b)は、結晶面Sにおける回折条件を規定するgベクトルghklの幾何学的な配位を示している。なお、図2に示すように、図面および数式においては、ベクトルを太字の記号で表しているが、本明細書の文中においては、記号の前に「ベクトル」との文言を付すことによりベクトルを表す。
A2. Diffraction on curved crystal faces:
Figure 2 is an explanatory diagram showing how incident X-rays BXI are diffracted at a curved crystal surface S. Figure 2(a) shows how incident X-rays BXI are diffracted at the curved crystal surface S projected onto the diffraction plane PDF, and Figure 2(b) shows the geometric configuration of g-vectors g hkl that define the diffraction conditions at the crystal surface S. As shown in Figure 2, vectors are represented by bold symbols in drawings and formulas, but in the text of this specification, vectors are represented by adding the word "vector" before the symbol.
ここで、図2(a)に示すように湾曲した結晶面Sにおいて、入射X線BXIがどのように回折するかを考える。まず、入射X線BXIが回折する結晶面Sは、一般的に、三次元の直交座標系(x,y,z)における点P(x,y,z)についてのスカラー関数f(P)が、次の式(1)を満たすような点P(x,y,z)の集合として表される。
このように、結晶面Sは、スカラー関数f(P)によって規定されるので、スカラー関数f(P)は、結晶面Sを表しているものと捉えることができる。そして、次の式(2)で表されるスカラー関数f(P)の勾配(grad)は、点Pにおける結晶面Sの法線ベクトルNとなる。
ここで、ベクトルi、ベクトルjおよびベクトルkは、それぞれ、x、yおよびz方向の単位ベクトルを表している。
In this way, since the crystal plane S is defined by the scalar function f(P), the scalar function f(P) can be considered to represent the crystal plane S. The gradient (grad) of the scalar function f(P) expressed by the following equation (2) is the normal vector N of the crystal plane S at point P.
Here, vector i, vector j, and vector k represent unit vectors in the x, y, and z directions, respectively.
上記式(2)から分かるように、法線ベクトルNは、点P(x,y,z)に依存するものの、直交座標系(x,y,z)の採り方に依存しない。そのため、本明細書においては、図1および図2に示すように、基板10(図1)の基準面PRFをx-y面とし、回折面PDFをy-z面としている。このように直交座標系(x,y,z)を採ることにより、図2(a)に示すように、点P(x,y,z)におけるz(=f(x,y))は、基準面PRFからの結晶面Sの変位(以下、単に「変位」とも呼ぶ)を表すことになる。 As can be seen from equation (2) above, the normal vector N depends on the point P(x, y, z), but does not depend on the Cartesian coordinate system (x, y, z). Therefore, in this specification, as shown in Figures 1 and 2, the reference plane PRF of the substrate 10 (Figure 1) is the xy plane, and the diffraction plane PDF is the yz plane. By adopting the Cartesian coordinate system (x, y, z) in this way, as shown in Figure 2(a), z (= f(x, y)) at point P(x, y, z) represents the displacement of the crystal plane S from the reference plane PRF (hereinafter simply referred to as "displacement").
そして、基準面PRF上の任意の点PC(xC,yC)における変位zは、次の式(3)で与えられるため、結晶面Sの形状は、結晶面Sの法線ベクトルNによって一意に決定される。
なお、上記式(3)は、点PC(xC,yC)における変位zが、起点P0(x0,y0)から点PC(xC,yC)に至る任意の経路Cに沿って、関数f(x,y)の勾配、すなわち、法線ベクトルN(P(x,y))を積分することにより与えられることを表している。 Note that the above equation (3) indicates that the displacement z at point PC ( xC , yC ) is given by integrating the gradient of the function f(x, y), i.e., the normal vector N( P ( x , y )), along any path C from the starting point P0 ( x0 , y0 ) to point PC(xC, yC).
このように、法線ベクトルN(P(x,y))により結晶面Sの形状が決定されるので、結晶面Sの形状は、法線ベクトルN(P(x,y))を取得することにより評価することができる。 In this way, the shape of the crystal surface S is determined by the normal vector N(P(x,y)), so the shape of the crystal surface S can be evaluated by obtaining the normal vector N(P(x,y)).
第1実施形態においては、上述の通り、結晶面Sの形状を評価するため、入射X線BXIが回折することにより得られるX線トポグラフィを利用している。このようなX線の回折条件であるブラッグ条件(「ブラッグの法則」とも呼ばれる)は、入射X線BXIの波数ベクトルki、回折X線BXDの波数ベクトルkdおよびgベクトルghklを用いて、次の式(4)で表される。
上記式(4)におけるgベクトルghklは、結晶面Sの逆格子ベクトルであり、その方向は、回折が生じる結晶面(hkl)の法線方向、すなわち、基板10(図1)の表面部分における特定の結晶面Sの法線ベクトルNの方向に一致する。 The g vector g hkl in the above formula (4) is the reciprocal lattice vector of the crystal plane S, and its direction coincides with the normal direction of the crystal plane (hkl) where diffraction occurs, i.e., the direction of the normal vector N of the specific crystal plane S on the surface portion of the substrate 10 ( FIG. 1 ).
上述の通り、基板10に照射される入射X線BXIは、平行性および単色性を十分に高くしているので、入射X線BXIの波数ベクトルkiは、入射X線BXIが照射される基板10上の各位置において一定である。一方、回折X線BXDの波数ベクトルkdは、図1に示すように、ω方向における撮像素子20の配置で決定されている。 As described above, the incident X-rays BXI irradiating the substrate 10 have sufficiently high parallelism and monochromaticity, so the wave vector k i of the incident X-rays BXI is constant at each position on the substrate 10 irradiated with the incident X-rays BXI. On the other hand, the wave vector k d of the diffracted X-rays BXD is determined by the arrangement of the image sensor 20 in the ω direction, as shown in FIG. 1 .
このように、入射X線BXIおよび回折X線BXDの波数ベクトルki,kdが既知であるため、gベクトルghklは、基準面PRF上の点P(x,y)のベクトル関数ghkl(x,y)として与えられる。そして、ベクトル関数ghkl(x,y)を法線ベクトルN(P(x,y))として扱うことにより、上記式(3)において説明したように、結晶面Sの形状を求めることができる。 In this way, since the wave vectors k i and k d of the incident X-ray BXI and the diffracted X-ray BXD are known, the g vector g hkl is given as a vector function g hkl (x, y) of the point P(x, y) on the reference plane PRF. Then, by treating the vector function g hkl (x, y) as the normal vector N(P(x, y)), the shape of the crystal plane S can be obtained, as explained in the above formula (3).
そして、基準面PRF、すなわち、湾曲がない基板10の結晶面Sについては、そのgベクトルg0に対応するブラッグ条件は、面間隔d、回折の次数nおよびブラッグ角θB0を用いて、次の式(5)で表される。
一方、図2(b)に示すように、点P(x,y)におけるgベクトルghkl(x,y)が、その回折面PDFへの射影であるベクトルg’hkl(x,y)に対してなす角をχとし、ベクトルg’hkl(x,y)が、基準面PRFのgベクトルg0に対してなす角をΔωとすると、点P(x,y)におけるgベクトルghkl(x,y)に対応するブラッグ条件は、面間隔d、回折の次数n、および、X線回折を使用した測定で得られる見かけのブラッグ角θB(x,y)を用いて、次の式(6)で表される。
上記式(5)および(6)から分かるように、図2(a)に示すように結晶面Sが回折面PDFの方向において湾曲している場合、点P(x,y)におけるgベクトルghkl(x,y)に対応する見かけのブラッグ角θB(x,y)は、gベクトルg0に対応するブラッグ角θB0からΔω分偏移する。 As can be seen from the above equations (5) and (6), when the crystal plane S is curved in the direction of the diffraction plane PDF as shown in Figure 2(a), the apparent Bragg angle θ B (x, y) corresponding to the g vector g hkl (x, y) at point P(x, y) deviates by Δω from the Bragg angle θ B0 corresponding to the g vector g 0 .
一方、結晶面Sが回折面PDFに直交する方向において湾曲し、gベクトルghkl(x,y)が回折面PDFと平行でない場合、見かけのブラッグ角θB(x,y)は、式(6)における因数cos χに応じて偏移する。但し、実際上は、cos χ≒1となるため、因数cos χに応じた見かけのブラッグ角θB(x,y)の偏移は、Δω分の偏移に対して無視できる程度に小さい。 On the other hand, when the crystal plane S is curved in a direction perpendicular to the diffraction plane PDF and the g vector g hkl (x, y) is not parallel to the diffraction plane PDF, the apparent Bragg angle θ B (x, y) shifts according to the factor cos χ in equation (6). However, in practice, cos χ ≈ 1, and therefore the shift of the apparent Bragg angle θ B (x, y) according to the factor cos χ is negligibly small compared to the shift Δω.
このように、因数cos χによる見かけのブラッグ角θB(x,y)の偏移が無視できる程度に小さいため、cos χ=1と置けば、上記式(5),(6)から判るように、ベクトルg’hkl(x,y)とgベクトルg0とがなす角度Δωは、基準面PRFのgベクトルg0で規定されるブラッグ角θB、すなわち、基準面PRFおけるブラッグ角(基準ブラッグ角)θB0から、見かけのブラッグ角θB(x,y)を減じた角度として与えられる。 In this way, since the shift in the apparent Bragg angle θ B (x, y) due to the factor cos χ is negligibly small, if we set cos χ = 1, as can be seen from the above equations (5) and (6), the angle Δω between the vector g' hkl (x, y) and the g vector g 0 is given as the Bragg angle θ B defined by the g vector g 0 of the reference plane PRF, that is, the angle obtained by subtracting the apparent Bragg angle θ B (x, y) from the Bragg angle (reference Bragg angle) θ B0 on the reference plane PRF.
なお、以上の説明から判るように、ベクトルg’hkl(x,y)は、結晶面Sにおけるgベクトルghkl(x,y)を回折面PDFに投影した射影であるため、ベクトルg’hkl(x,y)とgベクトルg0とがなす角度Δωは、回折面PDFの方向における結晶面Sの基準面PRFに対する傾斜角と一致する。 As can be seen from the above explanation, the vector g' hkl (x, y) is the projection of the g vector g hkl (x, y) on the crystal plane S onto the diffraction plane PDF, and therefore the angle Δω between the vector g' hkl (x, y) and the g vector g 0 coincides with the tilt angle of the crystal plane S with respect to the reference plane PRF in the direction of the diffraction plane PDF.
A3.結晶面の湾曲によるブラッグ角の偏移:
図3ないし図7は、結晶面の湾曲により見かけのブラッグ角θB(x,y)が基準ブラッグ角θB0から偏移する様子を示す説明図である。図3ないし図7において、枝番(a)を付した図は、湾曲した結晶面の形状を示し、枝番(b)を付した図は、湾曲した結晶面の法線ベクトルN(P(x,y))を示している。また、図3ないし図7において、枝番(c)を付した図は、見かけのブラッグ角θB(x,y)の基準ブラッグ角θB0からの偏移(θB(x,y)-θB0)を示している。なお、以下では、当該偏移(θB(x,y)-θB0)を「ブラッグ角偏移」とも呼ぶ。
A3. Bragg angle shift due to curvature of crystal planes:
3 to 7 are explanatory diagrams showing how the apparent Bragg angle θ B (x, y) deviates from the reference Bragg angle θ B0 due to the curvature of the crystal plane. In FIGS. 3 to 7, the diagrams with subnumbers (a) show the shape of the curved crystal plane, and the diagrams with subnumbers (b) show the normal vector N(P(x, y)) of the curved crystal plane. Furthermore, in FIGS. 3 to 7, the diagrams with subnumbers (c) show the deviation (θ B (x, y)) of the apparent Bragg angle θ B (x, y) from the reference Bragg angle θ B0 (θ B (x, y) - θ B0 ). Note that, hereinafter, this deviation (θ B (x, y) - θ B0 ) will also be referred to as the "Bragg angle deviation."
図3ないし図7の例では、湾曲した結晶面の形状を、y-z面、z-x面およびx-y面における曲率半径をそれぞれa、bおよびcとする楕円体面形状としている。そのため、結晶面の基準面PRF(図2)からの変位zは、次の式(7)で与えられる。
そして、曲率半径a,b,cを適宜設定して、基板の外形を一辺50mmの正方形とした場合における結晶面の形状を算出し(図3ないし図7の枝番(a))、算出された結晶面の形状に基づいて、湾曲した結晶面の法線ベクトルN(P(x,y))を算出した(図3ないし図7の枝番(b))。次いで、基準ブラッグ角θB0を30°として、上記式(6)を用いて見かけのブラッグ角θB(x,y)を算出し、ブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)を算出した(図3ないし図7の枝番(c))。 Then, by appropriately setting the radii of curvature a, b, and c, the shape of the crystal plane was calculated when the outer shape of the substrate was a square with sides of 50 mm (subscript (a) in Figures 3 to 7), and based on the calculated shape of the crystal plane, the normal vector N(P(x, y)) of the curved crystal plane was calculated (subscript (b) in Figures 3 to 7). Next, with the reference Bragg angle θ B0 set to 30°, the apparent Bragg angle θ B (x, y) was calculated using the above formula (6), and the Bragg angle shift (θ B (x, y) - θ B0 ) was calculated (subscript (c) in Figures 3 to 7).
図3は、結晶面の形状をy方向に湾曲した円筒面状、すなわち、湾曲方向が回折面(y-z面)に平行な円筒面状とした場合の、結晶面の形状(図3(a))、法線ベクトルN(P(x,y))(図3(b))、および、ブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)(図3(c))を示している。なお、図3の例では、曲率半径a,b,cを、それぞれ、10km,10m,10mに設定した。 Figure 3 shows the shape of the crystal plane (Figure 3(a)), the normal vector N(P(x,y)) (Figure 3(b)), and the Bragg angle shift (θ B (x,y)-θ B0 ) (Figure 3(c)) when the shape of the crystal plane is a cylindrical plane curved in the y direction, that is, a cylindrical plane whose curvature direction is parallel to the diffraction plane (yz plane). In the example of Figure 3, the radii of curvature a, b, and c are set to 10 km, 10 m, and 10 m, respectively.
この場合、図3(a)に示すように、y方向の端部(y=±25mm)における結晶面の高さz(すなわち、図2における結晶面Sの基準面PRFからの変位z)は、谷部となるy方向の中心(y=0mm)よりも約31μm高くなっている。そして、図3(b)に示すように、法線ベクトルN(P(x,y))のx方向成分は零(0)となる。このように結晶面が湾曲することにより、ブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)は、y方向の中心(y=0mm)で0°(deg)となり、y方向の端部(y=±25mm)ではその絶対値が約0.14°となる。 In this case, as shown in Figure 3(a), the height z of the crystal plane at the end in the y direction (y = ±25 mm) (i.e., the displacement z of the crystal plane S in Figure 2 from the reference plane PRF) is about 31 µm higher than at the center in the y direction (y = 0 mm), which is the valley. And, as shown in Figure 3(b), the x-direction component of the normal vector N (P(x, y)) is zero (0). Because the crystal plane is curved in this way, the Bragg angle shift (θ B (x, y) - θ B0 ) is 0° (deg) at the center in the y direction (y = 0 mm), and its absolute value is about 0.14° at the end in the y direction (y = ±25 mm).
図4は、結晶面の形状をx方向に湾曲した円筒面状、すなわち、湾曲方向が回折面(y-z面)と直交する円筒面状とした場合の、結晶面の形状(図4(a))、法線ベクトルN(P(x,y))(図4(b))、および、ブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)(図4(c))を示している。なお、図4の例では、曲率半径a,b,cを、それぞれ、10m,10km,10mに設定した。 Figure 4 shows the shape of the crystal plane (Figure 4(a)), the normal vector N(P(x,y)) (Figure 4(b)), and the Bragg angle shift (θ B (x,y)-θ B0 ) (Figure 4(c)) when the shape of the crystal plane is a cylindrical plane curved in the x direction, that is, a cylindrical plane whose curvature direction is perpendicular to the diffraction plane (y-z plane). In the example of Figure 4, the radii of curvature a, b, and c are set to 10 m, 10 km, and 10 m, respectively.
この場合、図4(a)に示すように、x方向の端部(x=±25mm)における結晶面の高さzは、谷部となるx方向の中心(x=0mm)よりも約31μm高くなっている。そして、図4(b)に示すように、法線ベクトルN(P(x,y))のy方向成分は零となる。このように結晶面が湾曲することにより、ブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)は、x方向の中心(x=0mm)で0秒角(arcsec)となる。そして、ブラッグ角偏移の絶対値が最大となるx方向の端部(x=±25mm)においても、ブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)の絶対値は、高々、約0.37秒角に留まる。 In this case, as shown in Figure 4(a), the height z of the crystal plane at the x-direction end (x = ±25 mm) is approximately 31 μm higher than at the center in the x-direction (x = 0 mm), which is the valley. As shown in Figure 4(b), the y-direction component of the normal vector N(P(x, y)) is zero. Because the crystal plane is curved in this way, the Bragg angle shift (θ B (x, y) - θ B0 ) is 0 arcsec at the center in the x-direction (x = 0 mm). Even at the x-direction end (x = ±25 mm), where the absolute value of the Bragg angle shift is maximum, the absolute value of the Bragg angle shift (θ B (x, y) - θ B0 ) remains at most approximately 0.37 arcsec.
これは、上述したように、gベクトルghkl(x,y)が回折面PDF(図2)と平行でない場合において、見かけのブラッグ角θB(x,y)が、gベクトルghkl(x,y)の回折面PDFからのずれに対応する因数cos χに応じて偏移するものの、cos χ≒1となるため、因数cos χに応じた見かけのブラッグ角θB(x,y)の偏移が無視できる程度に小さいことによる。そして、このように、ブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)に対する、gベクトルghkl(x,y)の回折面PDFからのずれの影響が小さいため、通常は、回折面と直交する方向の湾曲は検出されない。 This is because, as described above, when the g-vector g hkl (x, y) is not parallel to the diffraction plane PDF (FIG. 2), the apparent Bragg angle θ B (x, y) shifts depending on the factor cos χ, which corresponds to the deviation of the g-vector g hkl (x, y) from the diffraction plane PDF, but since cos χ ≈ 1, the deviation of the apparent Bragg angle θ B (x, y) depending on the factor cos χ is negligibly small. In this way, since the effect of the deviation of the g-vector g hkl (x, y) from the diffraction plane PDF on the Bragg angle shift (θ B (x, y) - θ B0 ) is small, curvature in the direction perpendicular to the diffraction plane is usually not detected.
図5は、結晶面の形状をxおよびy方向に湾曲した球面状とした場合の、結晶面の形状(図5(a))、法線ベクトルN(P(x,y))(図5(b))、および、ブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)(図5(c))を示している。なお、図5の例では、曲率半径a,b,cを、それぞれ、10m,10m,10mに設定した。 Figure 5 shows the shape of the crystal plane (Figure 5(a)), the normal vector N(P(x,y)) (Figure 5(b)), and the Bragg angle shift (θ B (x,y)-θ B0 ) (Figure 5(c)) when the shape of the crystal plane is spherical and curved in the x and y directions. In the example of Figure 5, the radii of curvature a, b, and c are set to 10 m, 10 m, and 10 m, respectively.
この場合、図5(a)に示すように、四隅((x,y)=(±25mm,±25mm))における結晶面の高さzは、底部となるx-y面の中心((x,y)=(0mm,0mm))よりも約63μm高くなっている。このように結晶面が湾曲することにより、ブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)は、y方向の端部(y=±25mm)では絶対値が約0.14°となる。一方、上述の通り、gベクトルghkl(x,y)の回折面PDFからのずれは、ブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)にほとんど影響を与えないため、x方向においてブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)は略一定であり、図5(c)に示すブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)は、湾曲方向が回折面と平行な円筒面状とした場合(図3(c))と同様となる。 In this case, as shown in Figure 5(a), the height z of the crystal plane at the four corners ((x, y) = (±25 mm, ±25 mm)) is approximately 63 μm higher than the center of the xy plane ((x, y) = (0 mm, 0 mm)), which is the bottom. Due to the curvature of the crystal plane in this way, the absolute value of the Bragg angle shift (θ B (x, y) - θ B0 ) at the end in the y direction (y = ±25 mm) is approximately 0.14°. On the other hand, as mentioned above, the deviation of the g vector g hkl (x, y) from the diffraction surface PDF has almost no effect on the Bragg angle shift (θ B (x, y) - θ B0 ), so the Bragg angle shift (θ B (x, y) - θ B0 ) is approximately constant in the x direction, and the Bragg angle shift (θ B (x, y) - θ B0 ) shown in Figure 5(c) is the same as when the curvature direction is a cylindrical surface parallel to the diffraction surface (Figure 3(c)).
図6は、結晶面の形状をy方向に湾曲するとともに、x方向においてy方向よりも湾曲を極端に大きくした楕円体面状とした場合の、結晶面の形状(図6(a))、法線ベクトルN(P(x,y))(図6(b))、および、ブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)(図6(c))を示している。なお、図6の例では、曲率半径a,b,cを、それぞれ、2m,10m,10mに設定した。 6A and 6B show the shape of the crystal plane (FIG. 6A), the normal vector N(P(x,y)) (FIG. 6B), and the Bragg angle shift (θ B (x,y)-θ B0 ) (FIG. 6C) when the shape of the crystal plane is curved in the y direction and made ellipsoidal with an extremely larger curvature in the x direction than in the y direction. In the example of FIG. 6, the radii of curvature a, b, and c are set to 2 m, 10 m, and 10 m, respectively.
この場合、図6(a)に示すように、x方向の端部(x=±25mm)における結晶面の高さzは、谷部となるx方向の中心(x=0mm)よりも約800μm高くなっている。このように結晶面が湾曲することにより、図6(c)に示すように、x方向においてもブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)が検出可能な程度となる。 In this case, as shown in Figure 6(a), the height z of the crystal plane at the end in the x direction (x = ±25 mm) is about 800 μm higher than the center in the x direction (x = 0 mm), which is the valley. Due to this curvature of the crystal plane, the Bragg angle shift (θ B (x, y) - θ B0 ) becomes detectable in the x direction as well, as shown in Figure 6(c).
図7は、結晶面の形状をx方向およびy方向に湾曲するとともに、x方向とy方向とで湾曲の凸方向を反転した鞍型面状とした場合の、結晶面の形状(図7(a))、法線ベクトルN(P(x,y))(図7(b))、および、ブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)(図7(c))を示している。なお、図7の例では、曲率半径a,b,cを、それぞれ、10m,10im,10mに設定した。ここで、iは、虚数単位、すなわち、-1の平方根である。 FIG. 7 shows the shape of the crystal face (FIG. 7(a)), the normal vector N(P(x,y)) (FIG. 7(b)), and the Bragg angle shift (θ B (x,y)-θ B0 ) (FIG. 7(c)) when the shape of the crystal face is curved in the x and y directions and is made into a saddle -shaped face with the convex direction of curvature reversed between the x and y directions. In the example of FIG. 7, the radii of curvature a, b, and c are set to 10 m, 10 im, and 10 m, respectively. Here, i is the imaginary unit, i.e., the square root of -1.
この場合、図7(a)に示すように、結晶面の高さzは、約-31μmから+31μmまでの値をとり、x方向においては、中心部(x=0mm)が最も低く、一方、y方向においては、中心部(y=0mm)が最も高くなっている。このように結晶面が湾曲した場合においても、回折面と直交するx方向の湾曲はブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)にほとんど影響を与えないため、x方向においてブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)は略一定となる。一方、y方向においては、図3の例では結晶面の形状が下に凸になっているのに対し、図7の例では、結晶面の形状が上に凸になっているため、図7(c)に示すブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)は、図3(c)をy方向において反転した形態となっている。 In this case, as shown in Figure 7(a), the height z of the crystal plane ranges from approximately -31 μm to +31 μm, and is lowest in the x direction at the center (x = 0 mm), while being highest in the y direction at the center (y = 0 mm). Even when the crystal plane is curved in this way, the curvature in the x direction, which is orthogonal to the diffraction plane, has almost no effect on the Bragg angle shift (θ B (x,y) - θ B0 ), so the Bragg angle shift (θ B (x,y) - θ B0 ) is approximately constant in the x direction. On the other hand, in the y direction, the shape of the crystal plane is downward convex in the example of Figure 3, whereas the shape of the crystal plane is upward convex in the example of Figure 7. Therefore, the Bragg angle shift (θ B (x,y) - θ B0 ) shown in Figure 7(c) is the inverse of that in Figure 3(c) in the y direction.
A4.結晶面の形状の評価:
図8は、トポグラフィ画像群SITからブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)を取得する様子を示す説明図である。図8(a)は、上述の通り、基板10(図1)のω方向の角度を逐次変更し、撮像素子20上に形成されるX線トポグラフィ像IT1/IT2を撮像することにより得られるトポグラフィ画像群SITを示し、図8(b)は、トポグラフィ画像群SITから得られるロッキングカーブからブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)が取得される様子を示している。
A4. Evaluation of crystal face shape:
Figure 8 is an explanatory diagram showing how the Bragg angle shift (θ B (x, y) - θ B0 ) is obtained from the topography image group SIT. Figure 8(a) shows the topography image group SIT obtained by sequentially changing the angle in the ω direction of the substrate 10 (Figure 1) and capturing X-ray topography images IT1/IT2 formed on the imaging element 20, as described above, and Figure 8(b) shows how the Bragg angle shift (θ B (x, y) - θ B0 ) is obtained from the rocking curve obtained from the topography image group SIT.
図8(a)に示すように、トポグラフィ画像群SITは、(2M+1)枚のX線トポグラフィ像IT1/IT2を含んでいる。このトポグラフィ画像群SITからブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)を取得するため、まず、トポグラフィ画像群SITに含まれる個々のX線トポグラフィ像IT1/IT2について、ハッチングで示す画素(すなわち、基板10上の同一位置)におけるX線強度を取得する。 8A, the topography image group SIT includes (2M+1) X-ray topography images IT1/IT2. To obtain the Bragg angle shift (θ B (x, y)-θ B0 ) from the topography image group SIT, first, the X-ray intensity at the hatched pixels (i.e., the same positions on the substrate 10) is obtained for each of the X-ray topography images IT1/IT2 included in the topography image group SIT.
次いで、個々のX線トポグラフィ像IT1/IT2を撮像した際のω方向の角度ωi(-M≦i≦+M)と、角度ωiにおける基板10上の同一位置におけるX線強度とを対応づけることにより、図8(b)の黒丸に示すロッキングカーブが得られる。そして、最小自乗法等の周知のフィッティング方法を用いて、得られたロッキングカーブに、ピーク形状関数(例えば、ガウシアンやローレンツィアン)をフィッティングさせる。 Next, the rocking curve shown by the black circle in Fig. 8(b) is obtained by correlating the angle ωi (-M≦i≦+M) in the ω direction when each of the X-ray topography images IT1/IT2 was captured with the X-ray intensity at the angle ωi at the same position on the substrate 10. Then, a peak shape function (e.g., Gaussian or Lorentzian) is fitted to the obtained rocking curve using a well-known fitting method such as the least squares method.
このようにフィッティングされたピーク形状関数のピーク位置と、破線で示す基準面におけるピーク形状関数のピーク位置(すなわち、ω0)との差が、ブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)となる。そして、上述の通り、法線ベクトルN(P(x,y))に対応するgベクトルghkl(x,y)の回折面PDF(図2)への射影であるベクトルg’hkl(x,y)と、gベクトルg0とがなす角度Δωは、ブラッグ角偏移(θB(x,y)-θB0)の正負を反転した値(θB0-θB(x,y))として与えられる。 The difference between the peak position of the fitted peak shape function in this way and the peak position of the peak shape function on the reference plane indicated by the dashed line (i.e., ω 0 ) is the Bragg angle shift (θ B (x, y) - θ B0 ). As described above, the angle Δω formed by the vector g' hkl (x, y), which is the projection of the g vector g hkl (x, y) corresponding to the normal vector N(P(x, y)) onto the diffraction plane PDF ( FIG. 2 ), and the g vector g 0 is given as the value (θ B0 - θ B (x, y)) obtained by inverting the Bragg angle shift (θ B (x, y) - θ B0 ).
このように、法線ベクトルN(P(x,y))(すなわち、gベクトルghkl(x,y))を回折面PDF(図2)に投影した射影であるベクトルg’hkl(x,y)が決定されるので、回折面PDFの方向が基準面の面内で直交する2つの配置状態について、それぞれにおいて得られるX線トポグラフィ像IT1/IT2を含むトポグラフィ画像群SITを用いることにより、結晶面Sの法線ベクトルN(P(x,y))を決定することができる。そして、法線ベクトルN(P(x,y))を積分することにより、結晶面Sの基準面PRFからの変位zを算出することができるので、第1実施形態によれば、結晶面Sの形状を評価することができる。 In this way, the vector g' hkl (x, y) which is the projection of the normal vector N(P(x, y)) (i.e., the g vector g hkl (x, y)) onto the diffraction plane PDF ( FIG. 2 ) is determined. Therefore, by using a topography image group SIT including X-ray topography images IT1/IT2 obtained for two arrangement states in which the direction of the diffraction plane PDF is orthogonal within the reference plane, the normal vector N(P(x, y)) of the crystal plane S can be determined. Then, by integrating the normal vector N(P(x, y)), the displacement z of the crystal plane S from the reference plane PRF can be calculated. Therefore, according to the first embodiment, the shape of the crystal plane S can be evaluated.
A5.第1実施形態の実施例:
第1実施形態の結晶面の形状評価方法により、結晶面の形状が適正に評価可能であることを示すため、試料となるβ-Ga2O3基板を用意し、結晶面の形状を取得した。具体的には、試料として、表面の面方位が(001)の長方形のβ-Ga2O3基板を用意した。用意した基板は、大きさが10mm×15mmで、厚みが0.65mmであり、基板の短辺と長辺とは、それぞれ、[010]軸(b軸)と[100]軸(a軸)に平行である。また、基板には、その表面を平坦化するため、両面に化学機械研磨を施した。
A5. Example of the first embodiment:
To demonstrate that the crystal plane shape can be properly evaluated using the crystal plane shape evaluation method of the first embodiment, a β-Ga 2 O 3 substrate was prepared as a sample, and the shape of the crystal plane was obtained. Specifically, a rectangular β-Ga 2 O 3 substrate with a (001) surface orientation was prepared as the sample. The prepared substrate measured 10 mm × 15 mm and was 0.65 mm thick, with the short and long sides of the substrate parallel to the [010] axis (b-axis) and [100] axis (a-axis), respectively. Furthermore, both sides of the substrate were subjected to chemical mechanical polishing to flatten its surface.
X線トポグラフィは、波長λ=1.9265Åの単色X線ビームを、20°の入射角で基板の表面に照射して、gベクトルg=002における対称反射を用いて行った。これにより、基板を面内で90°回転させることにより、回折面、すなわちX線ビームの進行方向を[010]方向あるいは[100]方向に平行とすることができる。 X-ray topography was performed by irradiating the substrate surface with a monochromatic X-ray beam with a wavelength of λ = 1.9265 Å at an incident angle of 20°, using symmetric reflection with a g-vector of g = 002. By rotating the substrate by 90° in-plane, the diffraction plane, i.e., the direction of travel of the X-ray beam, can be made parallel to the [010] or [100] direction.
これらの2つの方向のそれぞれにおいて、ω方向の角度を逐次変更して、ω方向の角度が異なるX線トポグラフィ像を撮像素子(CCD)上に形成した。なお、ω方向の角度の変更は、0.0002度の間隔で行った。そして、撮像素子上に形成されたX線トポグラフィ像を撮影して、201枚のX線トポグラフィ像を含むトポグラフィ画像群を取得した。 For each of these two directions, the angle in the ω direction was changed sequentially, and X-ray topography images with different angles in the ω direction were formed on the image sensor (CCD). The angle in the ω direction was changed in increments of 0.0002 degrees. The X-ray topography images formed on the image sensor were then photographed, and a group of topography images containing 201 X-ray topography images was obtained.
トポグラフィ画像群の取得の後、201枚のX線トポグラフィ像について、基板上の同一位置に対応する画素ごとに、角度ωとX線強度とで表されるロッキングカーブに対してピーク形状関数のフィッティングを行った。そして、X線トポグラフィ像の画素ごとに、フィッティングされたピーク形状関数の3つの特徴量、すなわち、最大強度、半値幅(半値全幅:FWHM)およびピークシフト(ブラッグ角偏移)の特徴量を算出した。 After acquiring the topography images, a peak shape function was fitted to the rocking curve, expressed as the angle ω and X-ray intensity, for each pixel corresponding to the same position on the substrate in 201 X-ray topography images. Then, for each pixel in the X-ray topography image, three feature quantities of the fitted peak shape function were calculated: maximum intensity, half-width (full width at half maximum: FWHM), and peak shift (Bragg angle shift).
図9および図10は、フィッティングされたピーク形状関数の特徴量をマッピングした画像を示す説明図である。図9および図10において、枝番(a)を付した図は、最大強度をマッピングした画像を示し、枝番(b)を付した図は、半値幅(FWHM)をマッピングした画像を示し、枝番(c)を付した図は、ブラッグ角偏移をマッピングした画像を示している。また、図9は、X線ビームの進行方向を[100]方向に平行となるようにした状態での画像を示し、図10は、X線ビームの進行方向を[010]方向に平行となるようにした状態での画像を示している。 Figures 9 and 10 are explanatory diagrams showing images in which the feature quantities of the fitted peak shape function are mapped. In Figures 9 and 10, the figures with subnumbers (a) show images in which the maximum intensity is mapped, the figures with subnumbers (b) show images in which the full width at half maximum (FWHM) is mapped, and the figures with subnumbers (c) show images in which the Bragg angle shift is mapped. Furthermore, Figure 9 shows an image in which the X-ray beam propagation direction is parallel to the [100] direction, and Figure 10 shows an image in which the X-ray beam propagation direction is parallel to the [010] direction.
図9(a)および図10(a)に示すように、基板の中央部分において最大強度が高くなっていることから、基板の結晶品質は、中央部分が高く、周辺部が低くなっていることが判った。また、図9(b)および図10(b)に示すように、半値幅は、平均約20秒角で、基板全体にわたって略均一であった。 As shown in Figures 9(a) and 10(a), the maximum intensity is higher in the central portion of the substrate, indicating that the crystal quality of the substrate is higher in the central portion and lower in the peripheral portion. Furthermore, as shown in Figures 9(b) and 10(b), the half-width averaged approximately 20 arc seconds and was generally uniform across the entire substrate.
そして、図9(c)および図10(c)に示すように、ブラッグ角偏移は、基板上において、-11~8秒角の範囲で変化した。このことから、試料として用いたβ-Ga2O3基板は、その結晶面が湾曲していることが判った。なお、結晶面における面間隔の変動は、半値幅に対して影響を与えるものの、ブラッグ角偏移に与える影響は軽微である。したがって、図9(c)および図10(c)に示すブラッグ角偏移は、結晶面の湾曲を高い精度で表したものとなる。 As shown in Figures 9(c) and 10(c), the Bragg angle shift varied in the range of -11 to 8 arc seconds on the substrate. This indicates that the crystal plane of the β-Ga 2 O 3 substrate used as the sample is curved. Note that although variations in the interplanar spacing of the crystal plane affect the half-width, their effect on the Bragg angle shift is minor. Therefore, the Bragg angle shifts shown in Figures 9(c) and 10(c) represent the curvature of the crystal plane with high precision.
次に、このように得られたブラッグ角偏移から、基板上の点P(x,y)における結晶面の法線ベクトルN(P(x,y))を取得する。上述の通り、ブラッグ角偏移から算出される角度Δωは、結晶面S(図2)のgベクトルghkl(x,y)を回折面PDFに投影した射影であるベクトルg’hkl(x,y)と、基準面PRFのgベクトルg0とのなす角度、すなわち、回折面PDFにおいてgベクトルghkl(x,y)とgベクトルg0とがなす角度である。 Next, from the Bragg angle shift thus obtained, the normal vector N(P(x, y)) of the crystal plane at point P(x, y) on the substrate is obtained. As described above, the angle Δω calculated from the Bragg angle shift is the angle between the vector g' hkl (x, y), which is the projection of the g vector g hkl (x, y) of the crystal plane S (FIG. 2) onto the diffraction plane PDF, and the g vector g 0 of the reference plane PRF, i.e., the angle between the g vector g hkl (x, y) and the g vector g 0 on the diffraction plane PDF.
図9および図10で示すように、角度Δωの算出の基となるブラッグ角偏移は、回折面の方向が基準面の面内で直交する2つの配置状態のそれぞれにおいて取得されているので、基準面を基準として直交する2つの回折面について取得されていることになる。そのため、直交する2つの回折面のそれぞれについて算出された角度Δωを、回折面および基準面の双方に平行な成分として扱えば、結晶面のgベクトルghkl(x,y)、すなわち、法線ベクトルN(P(x,y))を決定することができる。そして、このように決定された法線ベクトルN(P(x,y))を積分することにより、結晶面の形状が取得される。 9 and 10 , the Bragg angle shifts used to calculate the angle Δω are obtained for each of two orientations in which the diffraction planes are orthogonal to each other within the reference plane. Therefore, the angle Δω is calculated for two orthogonal diffraction planes with respect to the reference plane. Therefore, by treating the angle Δω calculated for each of the two orthogonal diffraction planes as a component parallel to both the diffraction plane and the reference plane, the g vector g hkl (x, y) of the crystal plane, i.e., the normal vector N(P(x, y)), can be determined. The shape of the crystal plane can then be obtained by integrating the normal vector N(P(x, y)) thus determined.
図11は、第1実施形態の実施例における結晶面の形状評価結果を示す説明図である。図11(a)は、ブラッグ角偏移から決定された法線ベクトルN(P(x,y))のx-y面への射影を示し、図11(b)は、図11(a)に示す法線ベクトルN(P(x,y))から算出された結晶面の形状を示している。 Figure 11 is an explanatory diagram showing the results of evaluating the shape of the crystal plane in an example of the first embodiment. Figure 11(a) shows the projection onto the xy plane of the normal vector N(P(x,y)) determined from the Bragg angle shift, and Figure 11(b) shows the shape of the crystal plane calculated from the normal vector N(P(x,y)) shown in Figure 11(a).
図11(a)に示すように、図9(c)および図10(c)のマップ画像で示されるブラッグ角偏移から、各画素に対応する基板上の点P(x,y)における法線ベクトルN(P(x,y))を決定することができる。なお、法線ベクトルN(P(x,y))は、図9(c)および図10(c)に示すブラッグ角偏移のマップ画像の各画素について決定されるが、図11(a)では、図示の便宜上、x方向に20個、y方向に30個の格子上の点についてのみ法線ベクトルN(P(x,y))を描いている。 As shown in Figure 11(a), the normal vector N(P(x,y)) at point P(x,y) on the substrate corresponding to each pixel can be determined from the Bragg angle shift shown in the map images of Figures 9(c) and 10(c). Note that although the normal vector N(P(x,y)) is determined for each pixel in the map images of Bragg angle shift shown in Figures 9(c) and 10(c), for convenience of illustration, Figure 11(a) only depicts normal vectors N(P(x,y)) for 20 grid points in the x direction and 30 grid points in the y direction.
この図11(a)に示す法線ベクトルN(P(x,y))を積分する(上記式(3)参照)ことにより、図11(b)に示すように、画素ごとの結晶面の高さz、すなわち、結晶面の形状を取得することができる。なお、法線ベクトルN(P(x,y))を積分する際の経路Cの起点P0(x0,y0)としては、図11(b)の左端に位置する(x,y)=(0mm,0mm)となる点を用いた。 By integrating the normal vector N(P(x, y)) shown in Figure 11(a) (see equation (3) above), the height z of the crystal plane for each pixel, i.e., the shape of the crystal plane, can be obtained, as shown in Figure 11(b). Note that the starting point P0 ( x0 , y0 ) of the path C used to integrate the normal vector N(P(x, y)) was the point at the left end of Figure 11(b) where (x, y) = (0 mm, 0 mm).
このように、第1実施形態によれば、基準面の面内において回折面(y-z面)の方向が直交する2つの配置状態のそれぞれにおいて、複数のX線トポグラフィ像を含むトポグラフィ画像群を取得し、当該トポグラフィ画像群から、ブラッグ角偏移、法線ベクトルおよび結晶面の高さを順次決定することにより、図11(b)に示すように、結晶面の三次元形状を評価することができることが判った。 As such, according to the first embodiment, a group of topography images containing multiple X-ray topography images is acquired in each of two arrangement states in which the diffraction plane (y-z plane) is orthogonal within the reference plane, and the Bragg angle shift, normal vector, and height of the crystal plane are sequentially determined from the group of topography images. This makes it possible to evaluate the three-dimensional shape of the crystal plane, as shown in Figure 11(b).
B:第2実施形態:
B1.第2実施形態におけるX線トポグラフィ像の取得:
図12は、第2実施形態において、基板10の結晶面の形状評価に使用されるX線トポグラフィ像を取得する様子を示す説明図である。第2実施形態は、基板10に点状に照射されるビーム径が細い入射X線BXIaを用いている点と、回折X線BXDaの細いビームに対応して、単一の検出素子を有するX線検出器20aを用いている点で、第1実施形態と異なっている。
B: Second embodiment:
B1. Acquisition of X-ray topography image in the second embodiment:
12 is an explanatory diagram showing how an X-ray topography image used in the second embodiment for evaluating the shape of a crystal plane of a substrate 10 is acquired. The second embodiment differs from the first embodiment in that it uses incident X-rays BXIa with a narrow beam diameter that are irradiated in a point-like manner onto the substrate 10, and in that it uses an X-ray detector 20a having a single detection element corresponding to the narrow beam of diffracted X-rays BXDa.
このように、第2実施形態では、入射X線BXIaのビーム径を細くしているため、単色性が十分に高ければ、平行性については、第1実施形態の入射X線BXIよりも低くすることができる。そのため、入射X線BXIaとしては、一般的なX線源からのX線ビームをモノクロメータによって単色化したX線ビームを使用することができる。 In this way, in the second embodiment, the beam diameter of the incident X-rays BXIa is narrowed, so if the monochromaticity is sufficiently high, the parallelism can be made lower than that of the incident X-rays BXI in the first embodiment. Therefore, an X-ray beam obtained by monochromatizing an X-ray beam from a general X-ray source using a monochromator can be used as the incident X-rays BXIa.
第2実施形態では、入射X線BXIaが基板10に点状に照射されるため、x-y面に平行なX方向およびY方向に基板10を移動させる。これにより、基板10の表面が入射X線BXIaにより走査される。 In the second embodiment, the incident X-rays BXIa are irradiated onto the substrate 10 in a point-like manner, and the substrate 10 is moved in the X and Y directions parallel to the xy plane. As a result, the surface of the substrate 10 is scanned with the incident X-rays BXIa.
そして、入射X線BXIaが点状に照射されている基板10上の位置(照射位置)のそれぞれおいて、基板10のω方向の角度を逐次変更し、X線検出器20aにより回折X線BXDaの強度を取得する。これにより、基板10上の各位置におけるロッキングカーブを含むロッキングカーブ群が取得される。 Then, at each position (irradiation position) on the substrate 10 where the incident X-rays BXIa are irradiated in a point-like manner, the angle of the substrate 10 in the ω direction is sequentially changed, and the intensity of the diffracted X-rays BXDa is acquired by the X-ray detector 20a. This allows a group of rocking curves to be acquired, including rocking curves at each position on the substrate 10.
取得されたロッキングカーブ群は、ω方向の角度のそれぞれにおける、基板10上の各位置についての回折X線BXDaの強度を含んでいる。そのため、ロッキングカーブ群は、基板10上の各位置についての回折X線BXDaの強度を表すX線トポグラフィ像を含んでいることになる。 The acquired rocking curves contain the intensities of diffracted X-rays BXDa for each position on the substrate 10 at each angle in the ω direction. Therefore, the rocking curves contain X-ray topography images that represent the intensities of diffracted X-rays BXDa for each position on the substrate 10.
このように、第2実施形態において取得されるロッキングカーブ群は、複数のω方向の角度のそれぞれにおけるX線トポグラフィ像を含んでいるので、ω方向の角度が異なる複数のX線トポグラフィ像を含むトポグラフィ画像群と同等である。そして、第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、取得されたトポグラフィ画像群(すなわち、ロッキングカーブ群)から、基板10上の各位置におけるブラッグ角偏移を決定することができる。 In this way, the group of rocking curves acquired in the second embodiment includes X-ray topography images at each of multiple angles in the ω direction, and is therefore equivalent to a group of topography images including multiple X-ray topography images at different angles in the ω direction. Furthermore, in the second embodiment, as in the first embodiment, the Bragg angle shift at each position on the substrate 10 can be determined from the group of acquired topography images (i.e., the group of rocking curves).
なお、第2実施形態では、トポグラフィ画像群が取得された時点において、基板10上の各位置におけるロッキングカーブが取得された状態となっている。そのため、トポグラフィ画像群に含まれる個々のX線トポグラフィ像から基板10上の同一位置におけるX線強度を取得して、ロッキングカーブを得る工程を省略することができる。 In the second embodiment, the rocking curves at each position on the substrate 10 have already been acquired at the time the topography image group is acquired. Therefore, it is possible to omit the process of acquiring the X-ray intensity at the same position on the substrate 10 from each X-ray topography image included in the topography image group to obtain the rocking curve.
そして、第2実施形態においても、図12(a)および図12(b)に示すように、基準面の面内において回折面の方向が直交する2つの配置状態のそれぞれについて、トポグラフィ画像群(すなわち、ロッキングカーブ群)を取得し、2つの配置状態のそれぞれにおけるトポグラフィ画像群からブラッグ角偏移を決定することにより、第1実施形態と同様に、基板10上の各位置における法線ベクトルN(P(x,y))を決定し、決定された法線ベクトルN(P(x,y))を用いて、基板10の結晶面の形状を評価することができる。 In the second embodiment, as shown in Figures 12(a) and 12(b), a group of topography images (i.e., a group of rocking curves) is acquired for each of two arrangement states in which the diffraction plane directions are orthogonal within the reference plane, and the Bragg angle shift is determined from the group of topography images for each of the two arrangement states. As in the first embodiment, this allows the normal vector N(P(x, y)) at each position on the substrate 10 to be determined, and the determined normal vector N(P(x, y)) can be used to evaluate the shape of the crystal plane of the substrate 10.
なお、第2実施形態では、トポグラフィ画像群(ロッキングカーブ群)を取得するため、基板10上において照射位置を走査し、基板10上の各位置におけるロッキングカーブを取得しているが、他の方法により、トポグラフィ画像群を取得することも可能である。 In the second embodiment, to obtain a group of topography images (group of rocking curves), the irradiation position on the substrate 10 is scanned and rocking curves are obtained at each position on the substrate 10, but it is also possible to obtain a group of topography images by other methods.
例えば、ω方向の角度を固定した状態で基板10上において照射位置を走査して、基板10上の各位置における回折X線BXDaの強度を取得し、X線トポグラフィ像を取得することも可能である。この場合、ω方向の角度を変化させて、ω方向の角度のそれぞれにおける、X線トポグラフィ像を取得することにより、第1実施形態と同様のトポグラフィ画像群を取得することができる。 For example, it is possible to scan the irradiation position on the substrate 10 while fixing the angle in the ω direction, obtain the intensity of the diffracted X-rays BXDa at each position on the substrate 10, and acquire an X-ray topography image. In this case, by changing the angle in the ω direction and acquiring X-ray topography images at each angle in the ω direction, it is possible to acquire a group of topography images similar to those in the first embodiment.
なお、第2実施形態では、入射X線BXIaのビーム径を細くしているので、入射X線BXIaに対する平行性の要求水準がより低くなる。そのため、単色化されていれば、入射X線BXIaとして、一般的なX線源からのX線ビームを使用することができるので、結晶面Sの形状評価に使用されるX線トポグラフィ像を、より簡便に取得することができる。この点において、第2実施形態は、第1実施形態よりも好ましい。 In the second embodiment, the beam diameter of the incident X-rays BXIa is narrowed, so the required level of parallelism for the incident X-rays BXIa is lower. Therefore, if the incident X-rays BXIa are monochromated, an X-ray beam from a general X-ray source can be used, making it easier to obtain X-ray topography images used to evaluate the shape of the crystal surface S. In this respect, the second embodiment is preferable to the first embodiment.
一方、第1実施形態では、入射X線BXIを走査することなく、撮像素子20による撮影により基板10全面のX線トポグラフィ像IT1,IT2を取得できる。そのため、結晶面Sの形状評価に使用されるX線トポグラフィ像IT1,IT2を、より短時間で取得することができる。この点において、第1実施形態は、第2実施形態よりも好ましい。 On the other hand, in the first embodiment, X-ray topography images IT1 and IT2 of the entire surface of the substrate 10 can be acquired by imaging with the image sensor 20 without scanning with the incident X-rays BXI. Therefore, the X-ray topography images IT1 and IT2 used to evaluate the shape of the crystal plane S can be acquired in a shorter time. In this respect, the first embodiment is preferable to the second embodiment.
B2.第2実施形態の実施例:
第2実施形態においても、結晶面の形状が適正に評価可能であることを示すため、試料となるGaN基板を用意し、結晶面の形状を取得した。具体的には、試料として、2インチ径の丸形で、厚みが350μmのGaN基板を用意した。用意した基板の表面の面方位は(0001)であり、基板に形成されたオリエンテーションフラットの面方位は(1-100)である。
B2. Example of the second embodiment:
In the second embodiment, a GaN substrate was prepared as a sample, and the shape of the crystal plane was obtained to demonstrate that the shape of the crystal plane can be properly evaluated. Specifically, a round GaN substrate with a diameter of 2 inches and a thickness of 350 μm was prepared as the sample. The surface orientation of the prepared substrate was (0001), and the orientation of the orientation flat formed on the substrate was (1-100).
そして、第2実施形態では、回折面の方向がオリエンテーションフラットと平行な配置状態と、回折面の方向がオリエンテーションフラットと直交する配置状態とのそれぞれにおいて、ロッキングカーブ群を取得した。次いで、取得したロッキングカーブ群から、基板上の各位置における結晶面の法線ベクトルN(P(x,y))を決定し、決定された法線ベクトルN(P(x,y))を積分することにより結晶面の形状を評価した。 In the second embodiment, a group of rocking curves was obtained in both an arrangement state in which the direction of the diffraction plane was parallel to the orientation flat and an arrangement state in which the direction of the diffraction plane was perpendicular to the orientation flat. Next, from the obtained group of rocking curves, the normal vector N(P(x, y)) of the crystal plane at each position on the substrate was determined, and the shape of the crystal plane was evaluated by integrating the determined normal vector N(P(x, y)).
図13は、第2実施形態の実施例における結晶面の形状評価結果を示す説明図である。図13(a)は、法線ベクトルN(P(x,y))のx-y面への射影を示し、図13(b)は、図13(a)に示す法線ベクトルN(P(x,y))から取得された結晶面の形状を示している。 Figure 13 is an explanatory diagram showing the results of evaluating the shape of a crystal plane in an example of the second embodiment. Figure 13(a) shows the projection of the normal vector N(P(x,y)) onto the xy plane, and Figure 13(b) shows the shape of the crystal plane obtained from the normal vector N(P(x,y)) shown in Figure 13(a).
このように、第2実施形態によれば、ビーム径が細い入射X線BXIaを点状に照射した場合においても、基板10を基準面(x-y面)に平行に移動させて、入射X線BXIaの照射位置を走査することにより取得されたロッキングカーブ群(トポグラフィ画像群)を用いて、図13(b)に示すように結晶面の三次元形状の評価が可能であることが判った。 As such, according to the second embodiment, even when the incident X-rays BXIa, which have a narrow beam diameter, are irradiated in a point-like manner, it is possible to evaluate the three-dimensional shape of the crystal plane as shown in Figure 13(b) by using a group of rocking curves (group of topography images) acquired by moving the substrate 10 parallel to the reference plane (x-y plane) and scanning the irradiation position of the incident X-rays BXIa.
C.変形例:
本発明は上記各実施形態および実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
C. Variations:
The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and can be implemented in various forms without departing from the spirit of the invention. For example, the following modifications are also possible.
C1.変形例1:
上記各実施形態では、結晶面Sの形状評価に使用されるブラッグ角偏移を、ロッキングカーブにフィッティングされたピーク形状関数の特徴量であるピークシフトとして取得しているが、ブラッグ角偏移は、他の方法で取得することも可能である。ブラッグ角偏移に対応するピークシフトは、例えば、ロッキングカーブから、X線強度が最大となるω方向の角度ωiを直接検出して取得することもできる。このようにすれば、ブラッグ角偏移に対応するピークシフトの取得がより容易となる。
C1. Variation 1:
In each of the above embodiments, the Bragg angle shift used to evaluate the shape of the crystal plane S is obtained as a peak shift, which is a feature quantity of a peak shape function fitted to a rocking curve. However, the Bragg angle shift can also be obtained by other methods. For example, the peak shift corresponding to the Bragg angle shift can also be obtained by directly detecting the angle ωi in the ω direction at which the X-ray intensity is maximized from the rocking curve. In this way, it becomes easier to obtain the peak shift corresponding to the Bragg angle shift.
一方、上記各実施形態のようにブラッグ角偏移を取得するようにすれば、ω方向の角度を変化させる際の変化量を大きくしても、ブラッグ角偏移に対応するピークシフトの分解能を高くすることができるので、結晶面の三次元形状の評価精度を高く維持したまま、より容易に結晶面の形状の評価をすることができる。 On the other hand, if the Bragg angle shift is acquired as in each of the above embodiments, the resolution of the peak shift corresponding to the Bragg angle shift can be increased even if the amount of change when changing the angle in the ω direction is increased, making it easier to evaluate the shape of the crystal plane while maintaining high evaluation accuracy of the three-dimensional shape of the crystal plane.
さらに、上記各実施形態のように、ブラッグ角偏移を取得するようにすれば、X線強度においてノイズが重畳していても、より正確にブラッグ角偏移に対応するピークシフトを取得できる。 Furthermore, by acquiring the Bragg angle shift as in each of the above embodiments, it is possible to more accurately acquire the peak shift corresponding to the Bragg angle shift even if noise is superimposed on the X-ray intensity.
C2.変形例2:
上記各実施例では、本発明をβ-Ga2O3基板やGaN基板の結晶面の形状評価に適用しているが、本発明は、SiCや窒化アルミニウム(AlN)等のワイドギャップ半導体の基板のみならず、シリコン(Si)やガリウムヒ素(GaAs)等のその他の半導体基板の結晶面の形状評価に適用することができる。
C2. Variation 2:
In the above examples, the present invention is applied to the shape evaluation of the crystal plane of a β-Ga 2 O 3 substrate or a GaN substrate, but the present invention can be applied to the shape evaluation of the crystal plane of not only wide-gap semiconductor substrates such as SiC and aluminum nitride (AlN), but also other semiconductor substrates such as silicon (Si) and gallium arsenide (GaAs).
10…基板
20…撮像素子
20a…X線検出器
BXD,BXDa…回折X線
BXI,BXIa…入射X線
PDF…回折面
PRF…基準面
S…結晶面
SIT…トポグラフィ画像群
IT1,IT2…X線トポグラフィ像
REFERENCE SIGNS LIST 10... Substrate 20... Image pickup element 20a... X-ray detector BXD, BXDa... Diffracted X-rays BXI, BXIa... Incident X-rays PDF... Diffraction plane PRF... Reference plane S... Crystal plane SIT... Topography image group IT1, IT2... X-ray topography images
Claims (7)
入射X線の進行方向と、湾曲がないとした場合の結晶面である基準面において前記入射X線が回折した回折X線の進行方向と、を含む回折面の前記基準面の面内における方向が第1の方向である配置状態において、入射角方向の角度が異なる前記結晶面の複数のX線トポグラフィ像を含む第1のトポグラフィ画像群を取得する工程と、
前記回折面の前記基準面の面内における方向が前記第1の方向と直交する第2の方向である配置状態において、前記入射角方向の角度が異なる前記結晶面の複数のX線トポグラフィ像を含む第2のトポグラフィ画像群を取得する工程と、
前記第1のトポグラフィ画像群に含まれる前記複数のX線トポグラフィ像のそれぞれにおいて前記半導体基板上の同一位置におけるX線強度と、個々のX線トポグラフィ像の前記入射角方向の角度と、から表されるロッキングカーブから、前記半導体基板上の各位置における、前記基準面におけるブラッグ角である基準ブラッグ角からの、測定で得られる見かけのブラッグ角の偏移である第1のブラッグ角偏移を取得する工程と、
前記第2のトポグラフィ画像群に含まれる前記複数のX線トポグラフィ像のそれぞれにおいて前記半導体基板上の同一位置におけるX線強度と、個々のX線トポグラフィ像の前記入射角方向の角度と、から表されるロッキングカーブから、前記半導体基板上の各位置における、前記基準ブラッグ角からの、前記見かけのブラッグ角の偏移である第2のブラッグ角偏移を取得する工程と、
前記半導体基板上の各位置について、前記第1および第2のブラッグ角偏移から、前記第1および第2の方向のそれぞれにおける前記結晶面の前記基準面に対する傾斜角を取得する工程と、
前記半導体基板上の各位置について、前記第1および第2の方向における前記結晶面の前記傾斜角から、前記結晶面の法線ベクトルを決定する工程と、
前記法線ベクトルから、前記半導体基板上の各位置における前記結晶面の前記基準面からの変位を算出する工程と、
を備える、形状評価方法。 A shape evaluation method for evaluating a shape of a crystal plane of a semiconductor substrate, comprising:
a step of acquiring a first group of topographic images including a plurality of X-ray topographic images of the crystal plane having different angles of incidence angle directions in an arrangement state in which a direction in the plane of a reference plane of a diffraction plane including a traveling direction of an incident X-ray and a traveling direction of a diffracted X-ray obtained by diffracting the incident X-ray at a reference plane that is a crystal plane when there is no curvature is a first direction;
acquiring a second group of topographic images including a plurality of X-ray topographic images of the crystal plane having different angles of incidence angle directions in an arrangement state in which the direction of the diffraction plane in the plane of the reference plane is a second direction orthogonal to the first direction;
acquiring a first Bragg angle shift, which is a deviation of an apparent Bragg angle obtained by measurement at each position on the semiconductor substrate from a reference Bragg angle, which is the Bragg angle on the reference plane, from a rocking curve represented by X-ray intensity at the same position on the semiconductor substrate in each of the plurality of X-ray topographic images included in the first topographic image group and the angle of the incident angle direction of each X-ray topographic image;
obtaining a second Bragg angle shift, which is a shift of the apparent Bragg angle from the reference Bragg angle at each position on the semiconductor substrate, from a rocking curve represented by X-ray intensity at the same position on the semiconductor substrate in each of the plurality of X-ray topographic images included in the second topographic image group and the angle of the incident angle direction of each X-ray topographic image;
obtaining, for each position on the semiconductor substrate, a tilt angle of the crystal plane relative to the reference plane in each of the first and second directions from the first and second Bragg angle shifts;
determining, for each location on the semiconductor substrate, a normal vector of the crystal plane from the tilt angles of the crystal plane in the first and second directions;
calculating a displacement of the crystal plane from the reference plane at each position on the semiconductor substrate from the normal vector;
A shape evaluation method comprising:
前記入射X線のビーム径は、前記半導体基板の全面を照射可能となる太さであり、
前記第1および第2のトポグラフィ画像群を取得する前記工程は、それぞれ、前記入射角方向の角度を変化させて、前記回折X線の進行方向上に配置された撮像素子により前記撮像素子上に形成されたX線トポグラフィ像を撮影する工程を含む、
形状評価方法。 2. The shape evaluation method according to claim 1,
a beam diameter of the incident X-rays is large enough to irradiate the entire surface of the semiconductor substrate;
the step of acquiring the first and second topographic image groups includes a step of capturing X-ray topographic images formed on an image pickup element by changing the angle of incidence direction, the image pickup element being disposed in the traveling direction of the diffracted X-rays;
Shape evaluation method.
前記入射X線のビーム径は、前記半導体基板を点状に照射する太さであり、
前記第1および第2のトポグラフィ画像群を取得する前記工程は、それぞれ、
前記基準面に平行な互いに直交する第1および第2の移動方向に前記半導体基板を移動させることにより、前記半導体基板の表面上で前記入射X線の照射位置を走査する工程と、
前記照射位置ごとに、前記入射角方向の角度を変化させて、前記回折X線の進行方向上に配置されたX線検出器により前記回折X線の強度を取得する工程と、
を含む、
形状評価方法。 2. The shape evaluation method according to claim 1,
a beam diameter of the incident X-rays is such that the X-rays irradiate the semiconductor substrate in a point-like manner;
The steps of acquiring the first and second sets of topographic images each include:
scanning the irradiation position of the incident X-rays on the surface of the semiconductor substrate by moving the semiconductor substrate in first and second movement directions that are parallel to the reference plane and perpendicular to each other;
a step of changing the angle of the incident angle direction for each irradiation position and acquiring the intensity of the diffracted X-rays using an X-ray detector arranged in the traveling direction of the diffracted X-rays;
Including,
Shape evaluation method.
前記入射X線のビーム径は、前記半導体基板を点状に照射する太さであり、
前記第1および第2のトポグラフィ画像群を取得する前記工程は、それぞれ、
前記入射角方向の角度を変化させる工程と、
前記入射角方向の角度ごとに、前記基準面に平行な互いに直交する第1および第2の移動方向に前記半導体基板を移動させることにより、前記半導体基板の表面上で前記入射X線の照射位置を走査し、前記回折X線の進行方向上に配置されたX線検出器により前記回折X線の強度を取得する工程と、
を含む、
形状評価方法。 2. The shape evaluation method according to claim 1,
a beam diameter of the incident X-rays is such that the X-rays irradiate the semiconductor substrate in a point-like manner;
The steps of acquiring the first and second sets of topographic images each include:
changing the angle of the incident angle direction;
a step of scanning the irradiation position of the incident X-rays on the surface of the semiconductor substrate by moving the semiconductor substrate in first and second movement directions that are parallel to the reference plane and perpendicular to each other for each angle of the incident angle direction, and acquiring the intensity of the diffracted X-rays using an X-ray detector arranged in the traveling direction of the diffracted X-rays;
Including,
Shape evaluation method.
前記ロッキングカーブから前記ブラッグ角偏移を取得する工程は、
ピーク形状関数を前記ロッキングカーブにフィッティングさせる工程と、
フィッティングされた前記ピーク形状関数のピーク位置と、前記基準面におけるピーク形状関数のピーク位置との差であり、前記ブラッグ角偏移に対応するピークシフトを算出する工程と、
を含む、
形状評価方法。 5. The shape evaluation method according to claim 1,
The step of obtaining the Bragg angle shift from the rocking curve comprises:
fitting a peak shape function to the rocking curve;
calculating a peak shift, which is the difference between the peak position of the fitted peak shape function and the peak position of the peak shape function at the reference plane , and which corresponds to the Bragg angle shift;
Including,
Shape evaluation method.
入射X線の進行方向と、湾曲がないとした場合の結晶面である基準面において前記入射X線が回折した回折X線の進行方向と、を含む回折面の前記基準面の面内における方向が第1の方向である配置状態において、入射角方向の角度が異なる前記結晶面の複数のX線トポグラフィ像を含む第1のトポグラフィ画像群を取得する第1のトポグラフィ画像群取得部と、
前記回折面の前記基準面の面内における方向が前記第1の方向と直交する第2の方向である配置状態において、前記入射角方向の角度が異なる前記結晶面の複数のX線トポグラフィ像を含む第2のトポグラフィ画像群を取得する第2のトポグラフィ画像群取得部と、
前記第1のトポグラフィ画像群に含まれる前記複数のX線トポグラフィ像のそれぞれにおいて前記半導体基板上の同一位置におけるX線強度と、個々のX線トポグラフィ像の前記入射角方向の角度と、から表されるロッキングカーブから、前記半導体基板上の各位置における、前記基準面におけるブラッグ角である基準ブラッグ角からの、測定で得られる見かけのブラッグ角の偏移である第1のブラッグ角偏移を取得する第1のブラッグ角偏移取得部と、
前記第2のトポグラフィ画像群に含まれる前記複数のX線トポグラフィ像のそれぞれにおいて前記半導体基板上の同一位置におけるX線強度と、個々のX線トポグラフィ像の前記入射角方向の角度と、から表されるロッキングカーブから、前記半導体基板上の各位置における、前記基準ブラッグ角からの、前記見かけのブラッグ角の偏移である第2のブラッグ角偏移を取得する第2のブラッグ角偏移取得部と、
前記半導体基板上の各位置について、前記第1および第2のブラッグ角偏移から、前記第1および第2の方向のそれぞれにおける前記結晶面の前記基準面に対する傾斜角を取得する傾斜角取得部と、
前記半導体基板上の各位置について、前記第1および第2の方向における前記結晶面の前記傾斜角から、前記結晶面の法線ベクトルを決定する法線ベクトル決定部と、
前記法線ベクトルから、前記半導体基板上の各位置における前記結晶面の前記基準面からの変位を算出する基準面変位算出部と、
を備える、形状評価装置。 A shape evaluation device for evaluating the shape of a crystal plane of a semiconductor substrate, comprising:
a first topography image group acquisition unit that acquires a first topography image group including a plurality of X-ray topography images of the crystal plane having different angles of incidence angle directions in an arrangement state in which a diffraction plane including a traveling direction of an incident X-ray and a traveling direction of diffracted X-rays obtained by diffracting the incident X-ray at a reference plane that is a crystal plane when there is no curvature is in a first direction;
a second topography image group acquisition unit that acquires a second topography image group including a plurality of X-ray topography images of the crystal plane having different angles of the incident angle direction in an arrangement state in which a direction of the diffraction surface in the plane of the reference plane is a second direction orthogonal to the first direction;
a first Bragg angle shift acquisition unit that acquires a first Bragg angle shift, which is a shift of an apparent Bragg angle obtained by measurement at each position on the semiconductor substrate from a reference Bragg angle, which is the Bragg angle on the reference plane, from a rocking curve represented by X-ray intensity at the same position on the semiconductor substrate in each of the plurality of X-ray topography images included in the first topography image group and the angle of the incident angle direction of each X-ray topography image;
a second Bragg angle shift acquisition unit that acquires a second Bragg angle shift, which is a deviation of the apparent Bragg angle from the reference Bragg angle at each position on the semiconductor substrate, from a rocking curve represented by X-ray intensity at the same position on the semiconductor substrate in each of the plurality of X-ray topography images included in the second topography image group and the angle of the incident angle direction of each X-ray topography image;
a tilt angle acquisition unit that acquires, for each position on the semiconductor substrate, a tilt angle of the crystal plane relative to the reference plane in each of the first and second directions from the first and second Bragg angle shifts;
a normal vector determination unit that determines a normal vector of the crystal plane from the tilt angles of the crystal plane in the first and second directions for each position on the semiconductor substrate;
a reference plane displacement calculation unit that calculates a displacement of the crystal plane at each position on the semiconductor substrate from the reference plane based on the normal vector;
A shape evaluation device comprising:
入射X線の進行方向と、湾曲がないとした場合の結晶面である基準面において前記入射X線が回折した回折X線の進行方向と、を含む回折面の前記基準面の面内における方向が第1の方向である配置状態において、入射角方向の角度が異なる前記結晶面の複数のX線トポグラフィ像を含む第1のトポグラフィ画像群を取得するステップと、
前記回折面の前記基準面の面内における方向が前記第1の方向と直交する第2の方向である配置状態において、前記入射角方向の角度が異なる前記結晶面の複数のX線トポグラフィ像を含む第2のトポグラフィ画像群を取得するステップと、
前記第1のトポグラフィ画像群に含まれる前記複数のX線トポグラフィ像のそれぞれにおいて前記半導体基板上の同一位置におけるX線強度と、個々のX線トポグラフィ像の前記入射角方向の角度と、から表されるロッキングカーブから、前記半導体基板上の各位置における、前記基準面におけるブラッグ角である基準ブラッグ角からの、測定で得られる見かけのブラッグ角の偏移である第1のブラッグ角偏移を取得するステップと、
前記第2のトポグラフィ画像群に含まれる前記複数のX線トポグラフィ像のそれぞれにおいて前記半導体基板上の同一位置におけるX線強度と、個々のX線トポグラフィ像の前記入射角方向の角度と、から表されるロッキングカーブから、前記半導体基板上の各位置における、前記基準ブラッグ角からの、前記見かけのブラッグ角の偏移である第2のブラッグ角偏移を取得するステップと、
前記半導体基板上の各位置について、前記第1および第2のブラッグ角偏移から、前記第1および第2の方向のそれぞれにおける前記結晶面の前記基準面に対する傾斜角を取得するステップと、
前記半導体基板上の各位置について、前記第1および第2の方向における前記結晶面の前記傾斜角から、前記結晶面の法線ベクトルを決定するステップと、
前記法線ベクトルから、前記半導体基板上の各位置における前記結晶面の前記基準面からの変位を算出するステップと、
をコンピュータに実行させる、
コンピュータプログラム。 A computer program for evaluating the shape of a crystal plane of a semiconductor substrate, comprising:
acquiring a first group of topographic images including a plurality of X-ray topographic images of the crystal plane having different angles of incidence angle directions in an arrangement state in which a diffraction plane including a propagation direction of an incident X-ray and a propagation direction of a diffracted X-ray obtained by diffracting the incident X-ray at a reference plane that is a crystal plane when there is no curvature is in a first direction;
acquiring a second group of topographic images including a plurality of X-ray topographic images of the crystal plane having different angles of the incident angle direction in an arrangement state in which the direction of the diffraction plane in the plane of the reference plane is a second direction orthogonal to the first direction;
obtaining a first Bragg angle shift, which is a shift of an apparent Bragg angle obtained by measurement at each position on the semiconductor substrate from a reference Bragg angle, which is the Bragg angle on the reference plane, from a rocking curve represented by X-ray intensity at the same position on the semiconductor substrate in each of the plurality of X-ray topographic images included in the first topographic image group and the angle of the incident angle direction of each X-ray topographic image;
obtaining a second Bragg angle shift, which is a shift of the apparent Bragg angle from the reference Bragg angle at each position on the semiconductor substrate, from a rocking curve represented by X-ray intensity at the same position on the semiconductor substrate in each of the plurality of X-ray topographic images included in the second topographic image group and the angle of the incident angle direction of each X -ray topographic image;
obtaining, for each position on the semiconductor substrate, a tilt angle of the crystal plane relative to the reference plane in each of the first and second directions from the first and second Bragg angle shifts;
determining, for each location on the semiconductor substrate, a normal vector of the crystal plane from the tilt angles of the crystal plane in the first and second directions;
calculating a displacement of the crystal plane from the reference plane at each position on the semiconductor substrate from the normal vector;
to the computer,
Computer program.
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