專利名稱:X射線衍射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以進(jìn)行面內(nèi)(in-plane)衍射測定的X射線衍射裝置。
技術(shù)背景
所謂面內(nèi)衍射測定是指如下的測定方法，如圖l(a)所示，以極為接近試樣表面 10的入射角度a (例如以0.1 0.5度左右的微小入射角度)射入X射線12，從而以極為 接近試樣表面10的出射角度13的位置檢測到衍射X射線14。以假想線表示的圓16表 示包含試樣平面10的平面。此面內(nèi)衍射是在基本與試樣表面垂直的晶格面上發(fā)生X射線 衍射時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象。由于是在基本與包含試樣表面10的平面16相同的平面內(nèi)檢測到衍 射X射線，因此被稱為面內(nèi)(in-plane)衍射。當(dāng)使用此面內(nèi)衍射測定時(shí)，由于可以獲得試 樣的僅表面附近的結(jié)晶信息，因此，面內(nèi)衍射測定特別應(yīng)用于薄膜試樣的分析中。 另一方面，在使用X射線衍射計(jì)進(jìn)行通常的X射線衍射測定的情況下，如圖l(b) 所示，在包含試樣表面10的法線18和入射X射線12的平面20內(nèi)檢測到衍射X射線。在 本說明書中，將此種通常的測定方法與面內(nèi)衍射測定相對(duì)照地稱為面外(out-of-plane)衍 射測定。在對(duì)薄膜試樣進(jìn)行面外衍射測定的情況下，為了減少來自薄膜的基底的影響， 也會(huì)以極為接近試樣表面的入射角度a來使X射線12入射到試樣表面10上。此時(shí)，薄 膜試樣的面外衍射測定通過將X射線在試樣表面10上的入射角度a固定來進(jìn)行測定，從 而成為所謂的非對(duì)稱的X射線衍射測定。此時(shí)，就不是使用集中法的光學(xué)系統(tǒng)，而是使 用平行光束法的光學(xué)系統(tǒng)。
為了實(shí)施面內(nèi)衍射測定，有必要使用與通常的面外衍射測定用的X射線衍射裝 置不同的專用的裝置。但是，希望能夠以共同的X射線衍射裝置來實(shí)施面內(nèi)衍射測定和 面外衍射測定。所以，作為可以實(shí)現(xiàn)此目的的方案，已知有公布于特開平11-304731號(hào) 公報(bào)中的X射線衍射裝置。當(dāng)使用此裝置進(jìn)行薄膜試樣的面內(nèi)衍射測定時(shí)，按照如下的 方法操作。將試樣的姿勢設(shè)定為使試樣表面垂直豎立。X射線檢測器的移動(dòng)設(shè)為，使X 射線檢測器繞水平的旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)(即在垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn))。此外，使水平行進(jìn)的X射線 以極為接近的角度入射到試樣表面上，通過在垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)X射線檢測器，捕捉來自試 樣表面的面內(nèi)衍射線。
另一方面，在使用相同的裝置，以e-2e方式進(jìn)行x射線衍射測定(面外衍射
測定)時(shí)，按照如下的方法操作。試樣的姿勢與面內(nèi)衍射測定時(shí)相同，使試樣表面垂直豎
立。x射線檢測器的移動(dòng)與面內(nèi)衍射測定時(shí)不同，使x射線檢測器繞垂直的旋轉(zhuǎn)中心線 旋轉(zhuǎn)(即在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn))。此外，相對(duì)于水平行進(jìn)的入射x射線，使試樣繞垂直的旋轉(zhuǎn) 中心線旋轉(zhuǎn)角度e，并與其連動(dòng)地使x射線檢測器繞與所述的e旋轉(zhuǎn)相同的旋轉(zhuǎn)中心線 旋轉(zhuǎn)角度2 e ，檢測來自試樣表面的衍射x射線。如果使用此x射線衍射裝置進(jìn)行薄膜 試樣的面外衍射測定，以下的方法也是有效的，即，使用平行光束法，將x射線以極為 接近試樣表面的角度入射到試樣表面上，僅使x射線檢測器繞垂直的旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)， 測定衍射x射線。[0006] 如果使用所述的公知的X射線衍射裝置，從原理上來說，對(duì)薄膜試樣的面內(nèi)衍 射測定和面外衍射測定兩者都是可能的。面外衍射測定中，使X射線檢測器在水平面內(nèi) 旋轉(zhuǎn)，X射線檢測器的此類的旋轉(zhuǎn)可以用通常的測角儀(goniometer)來實(shí)現(xiàn)，并可以高精 度地進(jìn)行其角度控制。所以，檢測到的衍射角度的分辨率變高。另一方面，面內(nèi)衍射測 定中，有必要使相同的X射線檢測器在垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，對(duì)于此處的旋轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生由于要 使其反抗重力旋轉(zhuǎn)，因而難以高精度地進(jìn)行其角度控制的問題。另外，即使可以在垂直 面內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度的旋轉(zhuǎn)，但是要在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)兩種情況下都使X射線檢測器高 精度地旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)將會(huì)十分昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供可以進(jìn)行面內(nèi)衍射測定和面外衍射測定，且任意一種 衍射測都可以進(jìn)行高分辨率的測定的X射線衍射裝置。
本發(fā)明的X射線衍射裝置具有如下所示的特征。雖然為了容易理解，以帶括號(hào) 的符號(hào)表示圖2 圖5所示的實(shí)施方式的對(duì)應(yīng)要素，但是本發(fā)明并不限定于此實(shí)施方式。 本發(fā)明的X射線衍射裝置具有入射光學(xué)系統(tǒng)22、試樣支撐機(jī)構(gòu)24、受光光學(xué)系 統(tǒng)26和受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)30。從所述入射光學(xué)系統(tǒng)22射出的X射線入射到由所述 試樣支撐機(jī)構(gòu)24所支撐的試樣60上，在此試樣60處衍射的X射線被所述受光光學(xué)系統(tǒng) 26檢測到。所述受光光學(xué)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)30為了改變所述受光光學(xué)系統(tǒng)26的光軸相對(duì)于入射 到所述試樣60的X射線的方向所構(gòu)成的角度2 e ，具有使所述受光光學(xué)系統(tǒng)26繞第1旋 轉(zhuǎn)中心線32旋轉(zhuǎn)的功能。所述入射光學(xué)系統(tǒng)22具有X射線源66和多層膜反射鏡76， 所述多層膜反射鏡76具有使從所述X射線源射出的X射線在垂直于所述第1旋轉(zhuǎn)中心線 32的平面內(nèi)平行化的功能。所述試樣支撐機(jī)構(gòu)24具有姿勢控制機(jī)構(gòu)36、 40，此姿勢控 制機(jī)構(gòu)36、 40具有將所述試樣支撐機(jī)構(gòu)24的狀態(tài)在如下兩個(gè)狀態(tài)之間移動(dòng)的功能，艮卩， 按照所述試樣60的表面的法線61與所述第1旋轉(zhuǎn)中心線32實(shí)質(zhì)上平行的方式將所述試 樣60維持在第1姿勢的狀態(tài)、按照所述試樣60的表面的法線61與所述第1旋轉(zhuǎn)中心線 32實(shí)質(zhì)上垂直的方式將所述試樣60維持在第2姿勢的狀態(tài)。所述試樣支撐機(jī)構(gòu)24還具 有第l入射角控制機(jī)構(gòu)36、 40，此第1入射角控制機(jī)構(gòu)36、 40是在所述試樣60處于所 述第1姿勢時(shí)，對(duì)從所述入射光學(xué)系統(tǒng)22射出的X射線入射到所述試樣60的表面上時(shí) 的入射角度a進(jìn)行改變的裝置，具有使所述試樣60繞實(shí)質(zhì)上垂直于所述第1旋轉(zhuǎn)中心線 32的第2旋轉(zhuǎn)中心線37旋轉(zhuǎn)的功能。所述試樣支撐機(jī)構(gòu)24還具有第2入射角控制機(jī)構(gòu) 34，此第2入射角控制機(jī)構(gòu)34是在所述試樣60處于所述第2姿勢時(shí)，對(duì)從所述入射光學(xué) 系統(tǒng)22射出的X射線入射到所述試樣60的表面上時(shí)的入射角度a進(jìn)行改變的裝置，具 有使所述試樣60繞所述第1旋轉(zhuǎn)中心線32旋轉(zhuǎn)的功能。
當(dāng)將試樣維持在所述第1姿勢，使所述受光光學(xué)系統(tǒng)繞第1旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)時(shí)， 就可以進(jìn)行面內(nèi)衍射測定。另一方面，當(dāng)將試樣維持在所述第2姿勢，使受光光學(xué)系統(tǒng) 繞相同的第l旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)時(shí)，就可以進(jìn)行面外衍射測定。這樣，根據(jù)本發(fā)明，就可 以在共同的衍射平面內(nèi)，進(jìn)行面內(nèi)衍射測定和面外衍射測定，只要在共同的衍射平面內(nèi) 努力提高分辨率，就可以都以高分辨率來實(shí)施面內(nèi)衍射測定和面外衍射測定。
所述姿勢控制機(jī)構(gòu)36、 40和所述第1入射角控制機(jī)構(gòu)36、 40可以用共同的機(jī)構(gòu)36、 40來實(shí)現(xiàn)。
所述多層膜反射鏡76的一個(gè)類型具有如下部分，S卩，由用于在垂直于所述第l旋轉(zhuǎn)中心線32的第1平面(XY平面)內(nèi)將X射線平行化的拋物面形狀形成的第1反射面96、由用于在垂直于所述第1平面(XY平面)的第2平面(YZ平面)內(nèi)將X射線平行化的拋物面形狀形成的第2反射面97。當(dāng)使用此種類型的多層膜反射鏡時(shí)，除了在衍射平面內(nèi)將入射X射線平行化以外，還在與之垂直的平面內(nèi)將入射X射線平行化，因此，可以縮小入射角度a的發(fā)散，從而適于對(duì)例如試樣的深度方向的信息的變化進(jìn)行測定。[0013] 所述多層膜反射鏡76的其他的類型具有如下的部分，S卩，由用于在垂直于所述第1旋轉(zhuǎn)中心線32的第1平面(XY平面)內(nèi)將X射線平行化的拋物面形狀形成的第1反射面96、由用于在垂直于所述第1平面(XY平面)的第2平面(YZ平面)內(nèi)將X射線聚焦在試樣上的橢圓弧面形狀形成的第2反射面97a。當(dāng)使用此種類型的多層膜反射鏡時(shí)，由于在垂直于衍射平面的平面內(nèi)聚集X射線，因此試樣上的X射線照射強(qiáng)度增強(qiáng)，適用于強(qiáng)度優(yōu)先的測定。
也可以使所述受光光學(xué)系統(tǒng)26還能夠繞所述第2旋轉(zhuǎn)中心線37旋轉(zhuǎn)。這樣就可以通過改變出射角度P進(jìn)行面內(nèi)衍射測定。
在所述試樣支撐機(jī)構(gòu)24上，可以設(shè)置如下的6軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。S卩，使所述試樣沿垂直所述試樣的表面的方向(W方向)移動(dòng)的機(jī)構(gòu)、使所述試樣在平行于所述試樣的表面的平面內(nèi)沿2維方向(U、 V方向)平移移動(dòng)的機(jī)構(gòu)、使所述試樣繞穿過所述試樣的表面并互相正交的兩條旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)(Ru、 Rv旋轉(zhuǎn))的機(jī)構(gòu)、使所述試樣進(jìn)行面內(nèi)旋轉(zhuǎn)(，旋轉(zhuǎn))的機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的X射線衍射裝置可以在共同的衍射平面內(nèi)，進(jìn)行面內(nèi)衍射測定和面外衍射測定，因此只要在共同的衍射平面內(nèi)努力提高分辨率，就可以都以高分辨率來實(shí)施面內(nèi)衍射測定和面外衍射測定。


圖1是說明面內(nèi)衍射測定和面外衍射測定的立體圖。
圖2是表示本發(fā)明的X射線衍射裝置的一個(gè)實(shí)施方式的立體圖。
圖3是試樣支撐機(jī)構(gòu)和受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的立體圖。
圖4是表示試樣支撐機(jī)構(gòu)和受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的移動(dòng)的立體圖。
圖5是圖2所示的X射線衍射裝置的俯視圖。
圖6是多層膜反射鏡的立體圖。
圖7是示意性地表示入射側(cè)單色器裝置的內(nèi)部的立體圖。
圖8是表示將2個(gè)通道切斷晶體(channel cut crystal)組合而成的4晶體單色器、使用了 l個(gè)通道切斷晶體的4次反射的單色器、和梭拉狹縫的各自的作用的俯視圖。
圖9是表示正弦尺(sine bar)方式的微調(diào)機(jī)構(gòu)的俯視圖。
圖10是示意性地表示分析器裝置內(nèi)部的立體圖。
圖11是表示用圖5所示的X射線衍射裝置進(jìn)行面內(nèi)衍射測定時(shí)的狀態(tài)的俯視圖。
圖12是表示將圖2所示的X射線衍射裝置改變?yōu)槊嫱庋苌錅y定用的方法的立體
6[0029]
圖13是圖12所示的X射線衍射裝置的俯視圖。
圖14是表示用圖13所示的X射線衍射裝置進(jìn)行面外衍射測定時(shí)的狀態(tài)的俯視
圖15是表示多層膜反射鏡的變形例的立體圖。
圖16是測定例1的單色器、分析晶體和試樣的配置圖。
圖17是測定例1的測定結(jié)果的圖表。
圖18是測定例2的單色器、分析晶體和試樣的配置圖。
圖19是測定例2的測定結(jié)果的圖表。
圖20是測定例3和測定例4的單色器、分析晶體和試樣的配置圖。[0037]
圖21是測定例3的測定結(jié)果的圖表。[0038] 圖22是測定例4的測定結(jié)果的圖表。[0039]
圖23是變形分析的圖表。
其中，22入射光學(xué)系統(tǒng)；24試樣支撐機(jī)構(gòu)；26受光光學(xué)系統(tǒng)；30受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)；34彎曲導(dǎo)向件旋轉(zhuǎn)臺(tái)；36彎曲導(dǎo)向件；40姿勢變更臺(tái)；42試樣旋轉(zhuǎn)臺(tái)；46調(diào)整臺(tái)支撐臺(tái)；48第1調(diào)整臺(tái)；50第2調(diào)整臺(tái)；52升降臺(tái)；54第1平移導(dǎo)向件；56第2平移導(dǎo)向件；58試樣臺(tái)；60試樣；66X射線管；70入射側(cè)單色器裝置；76多層膜反射鏡；82分析器裝置；84X射線檢測器
具體實(shí)施方式
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖2是表示本發(fā)明的X射線衍射裝置的一個(gè)實(shí)施方式的立體圖。此X射線衍射裝置由入射光學(xué)系統(tǒng)22、試樣支撐機(jī)構(gòu)24、受光光學(xué)系統(tǒng)26、受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)30構(gòu)成。
首先，對(duì)試樣支撐機(jī)構(gòu)24和受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)30進(jìn)行說明。圖3是試樣支撐機(jī)構(gòu)24和受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)30的立體圖。圖4是僅表示其移動(dòng)的立體圖。在圖3和圖4中，作為三維的正交坐標(biāo)系，在水平面內(nèi)設(shè)X軸和Y軸，與它們垂直的設(shè)為Z軸。在靜止的基臺(tái)28上設(shè)有受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)30，此受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)30可以相對(duì)于基臺(tái)28繞旋轉(zhuǎn)中心線32(參照圖4)旋轉(zhuǎn)。將此旋轉(zhuǎn)稱為2 9旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)中心線32平行于Z軸，沿垂直方向延伸。在受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)30上，如后述所示，固定有受光光學(xué)系統(tǒng)26，通過旋轉(zhuǎn)受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)30，可以使受光光學(xué)系統(tǒng)26的整體在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在此2 9旋轉(zhuǎn)中采用高分辨率(例如具有萬分之一度的角度重現(xiàn)性)的旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)。
圖3所示的部件中，受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)30由于與試樣的支撐無關(guān)，因此不包
含于試樣支撐機(jī)構(gòu)24中。除此以外的部件都包含于試樣支撐機(jī)構(gòu)24中。
在基臺(tái)28上還設(shè)有彎曲導(dǎo)向件旋轉(zhuǎn)臺(tái)34，此彎曲導(dǎo)向件旋轉(zhuǎn)臺(tái)34也可以相對(duì)于
基臺(tái)28繞所述的旋轉(zhuǎn)中心線32旋轉(zhuǎn)。將此旋轉(zhuǎn)稱為"旋轉(zhuǎn)(參照圖4)。通過旋轉(zhuǎn)彎
曲導(dǎo)向件旋轉(zhuǎn)臺(tái)34，可以使其上的彎曲導(dǎo)向件36在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)
30和彎曲導(dǎo)向件旋轉(zhuǎn)臺(tái)34可以相互獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。對(duì)于"旋轉(zhuǎn)也可以采用高分辨率的旋
轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)。[0045] 在彎曲導(dǎo)向件旋轉(zhuǎn)臺(tái)34上固定有彎曲導(dǎo)向件36。彎曲導(dǎo)向件36的一端62位于比試樣60更高的位置，在此一端62的附近形成有X射線通過孔63。此X射線通過孔63在面內(nèi)衍射測定時(shí)用于使X射線從此處入射。彎曲導(dǎo)向件36的另一端64位于比試樣60更低的位置。
在彎曲導(dǎo)向件36的圓弧狀的內(nèi)面38上安裝有姿勢變更臺(tái)40，此姿勢變更臺(tái)40可以沿著彎曲導(dǎo)向件36的內(nèi)面38繞水平的旋轉(zhuǎn)中心線37在大約90度的角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。將此旋轉(zhuǎn)稱為x(希臘文的kai)旋轉(zhuǎn)(參照圖4)。姿勢變更臺(tái)40當(dāng)位于圖3所示的位置時(shí)，試樣60的姿勢基本處于水平狀態(tài)，此時(shí)就可以進(jìn)行面內(nèi)衍射測定。當(dāng)姿勢變更臺(tái)40沿彎曲導(dǎo)向件36的內(nèi)面移動(dòng)而移動(dòng)至彎曲導(dǎo)向件36的一端62附近時(shí)，試樣60的姿勢變成垂直狀態(tài)，此時(shí)就可以進(jìn)行面外衍射測定。
在姿勢變更臺(tái)40之上設(shè)有試樣旋轉(zhuǎn)臺(tái)42，此試樣旋轉(zhuǎn)臺(tái)42可以繞垂直于姿勢變更臺(tái)40的上表面44的旋轉(zhuǎn)中心線45(參照圖4)旋轉(zhuǎn)。將此旋轉(zhuǎn)稱為，旋轉(zhuǎn)(參照圖4)。此爭旋轉(zhuǎn)是使試樣60進(jìn)行面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)。
在試樣旋轉(zhuǎn)臺(tái)42的上表面固定有調(diào)整臺(tái)支撐臺(tái)46。調(diào)整臺(tái)支撐臺(tái)46的上表面形成凹成圓弧狀的彎曲面，在此彎曲面上設(shè)有可以沿彎曲面移動(dòng)的第1調(diào)整臺(tái)48。第l調(diào)整臺(tái)48的下表面為了與調(diào)整臺(tái)支撐臺(tái)46的上表面的彎曲面吻合，形成向下凸出的圓弧狀的彎曲面。此第1調(diào)整臺(tái)48通過在調(diào)整臺(tái)支撐臺(tái)46的彎曲面上移動(dòng)，可以在微小角度范圍內(nèi)相對(duì)于調(diào)整臺(tái)支撐臺(tái)46繞與姿勢變更臺(tái)40的旋轉(zhuǎn)中心線37同軸的旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)。將此旋轉(zhuǎn)稱為Ru旋轉(zhuǎn)(參照圖4)。第1調(diào)整臺(tái)48的上表面也形成凹成圓弧狀的彎曲面，在此彎曲面上設(shè)有可以移動(dòng)的第2調(diào)整臺(tái)50。第2調(diào)整臺(tái)50的下表面為了與第l調(diào)整臺(tái)48的上表面的彎曲面吻合，也形成向下凸出的圓弧狀的彎曲面。此第2調(diào)整臺(tái)50通過在第1調(diào)整臺(tái)48的彎曲面上移動(dòng)，可以在微小角度范圍內(nèi)相對(duì)于第1調(diào)整臺(tái)48繞水平的旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)。將此旋轉(zhuǎn)稱為Rv旋轉(zhuǎn)(參照圖4)。第1調(diào)整臺(tái)48的旋轉(zhuǎn)中心線和第2調(diào)整臺(tái)50的旋轉(zhuǎn)中心線都穿過試樣60的表面而相互正交。第1調(diào)整臺(tái)48和第2調(diào)整臺(tái)50是用于對(duì)試樣60相對(duì)于試樣旋轉(zhuǎn)臺(tái)42的姿勢進(jìn)行微調(diào)的裝置，通過使第1調(diào)整臺(tái)48和第2調(diào)整臺(tái)50分別在微小角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，可以使試樣表面的法線61與試樣旋轉(zhuǎn)臺(tái)42的旋轉(zhuǎn)中心線45(參照圖4) 一致。
在第2調(diào)整臺(tái)50上設(shè)有升降臺(tái)52，此升降臺(tái)52可以沿垂直于第2調(diào)整臺(tái)50的上表面的方向移動(dòng)(圖4的W方向的移動(dòng))。如果第2調(diào)整臺(tái)50的上表面處于如圖3所示的水平狀態(tài)，則升降臺(tái)52就在Z軸方向升降。此W方向的移動(dòng)用于根據(jù)試樣60的厚度將試樣表面送至X射線照射位置。在升降臺(tái)52的上表面固定有第1平移導(dǎo)向件54。在此第1平移導(dǎo)向件54的上表面可以滑動(dòng)地放有第2平移導(dǎo)向件56。此第2平移導(dǎo)向件56可以沿著第1平移導(dǎo)向件54的上表面的導(dǎo)引槽在第1平移方向移動(dòng)(圖4的U方向的移動(dòng))。圖3所示的狀態(tài)中，第2平移導(dǎo)向件56的移動(dòng)方向與X方向一致。在第2平移導(dǎo)向件56的上表面可以滑動(dòng)地放有試樣臺(tái)58。試樣臺(tái)58可以沿著第2平移導(dǎo)向件56的上表面的導(dǎo)引槽在第2平移方向移動(dòng)(圖4的V方向的移動(dòng))。圖3所示的狀態(tài)中，試樣臺(tái)58的移動(dòng)方向與Y方向一致。第l平移方向和第2平移方向相互正交。在試樣臺(tái)58的上表面可以安裝試樣60。利用第2平移導(dǎo)向件56和試樣臺(tái)58的平移運(yùn)動(dòng)，可以使試樣60在平行于此試樣表面的面內(nèi)沿2維方向移動(dòng)，這樣就可以改變試樣表面上的X射線照射位置。
下面將參照圖2和圖5對(duì)入射光學(xué)系統(tǒng)22進(jìn)行說明。圖5是圖2的俯視圖，部分地顯示了裝置內(nèi)部。在這些圖中，入射光學(xué)系統(tǒng)22由X射線管66、多層膜反射鏡裝置68、入射側(cè)單色器裝置70和入射狹縫裝置72構(gòu)成。X射線管66具有旋轉(zhuǎn)對(duì)陰極74。旋轉(zhuǎn)對(duì)陰極74繞水平的旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)，用點(diǎn)聚集(point focus)射出X射線。多層膜反射鏡裝置68在內(nèi)部收裝有多層膜反射鏡76(參照圖5)。
此多層膜反射鏡76如圖6所示，將具有以人工多層膜形成的拋物面形狀的第1反射膜96的第1反射鏡、具有以人工多層膜形成的拋物面形狀的第2反射膜97的第2反射鏡相互結(jié)合，并在其側(cè)緣的位置形成約90度的角度，是所謂的并肩式(side-by-side)構(gòu)造的多層膜反射鏡。通過使用此多層膜反射鏡76，既可以在XY平面內(nèi)，也可以在YZ平面內(nèi)，將從X射線管的X射線焦點(diǎn)67射出的X射線光束(是逐漸發(fā)散的光束)平行化。最初在第1反射面96上反射的X射線又在第2反射面97上反射后射出。另一方面，最初在第2反射面97上反射的X射線又在第1反射面96上反射后射出。第1反射面96是在XY平面內(nèi)將X射線平行化的裝置，第2反射面97是在YZ平面內(nèi)將X射線平行化的裝置。由于用拋物面將從X射線焦點(diǎn)67發(fā)散的X射線光束會(huì)聚而平行化，因此可以獲得高亮度的平行光束。通過使用此多層膜反射鏡，可以將X射線的發(fā)散角收攏在例如0.04°以內(nèi)。當(dāng)此種平行度不充分時(shí)，就會(huì)如后述所示，使用入射側(cè)單色器裝置。[0052] 回到圖2，入射側(cè)單色器裝置70在內(nèi)部具有多個(gè)單色器，并可以對(duì)它們進(jìn)行切換使用。圖5表示使用4晶體單色器78的情況。通過利用入射側(cè)單色器裝置70，可以將入射X射線進(jìn)一步單色化并平行化，從而可以進(jìn)行高分辨率的X射線衍射測定。[0053] 圖7是示意性地表示入射側(cè)單色器裝置70的內(nèi)部的立體圖。沿上下并排配置有3種單色器。即，具有將Ge(220)面作為反射面使用的組合2個(gè)通道切斷晶體(channel cutcrystal)而成的4晶體單色器78(反射峰的半高寬以角度表示為12秒)、將Si(400)面作為反射面來利用的使用1個(gè)通道切斷晶體的通道切斷單色器98(使用4次反射。反射峰的半高寬以角度表示為3.6秒)、將Si(220)面作為反射面來利用的組合2個(gè)通道切斷晶體而成的4晶體單色器IOO(反射峰的半高寬以角度表示為5.5秒)。通過使這些單色器上下移動(dòng)，就可以將所需的單色器插入X射線光路。
圖8(a)是表示將2個(gè)通道切斷晶體組合而成的4晶體單色器的作用的俯視圖。圖8(b)是表示使用了 1個(gè)通道切斷晶體的單色器的4次反射的作用的俯視圖。[0055] 當(dāng)通過使單色器上下移動(dòng)而更換時(shí)，更換后的單色器的位置調(diào)整利用正弦尺(sine bar)方式進(jìn)行微調(diào)即可。圖9是表示對(duì)圖7的4晶體單色器78(由前一半的通道切斷晶體和后一半通道切斷晶體構(gòu)成)的后一半的通道切斷晶體102進(jìn)行微調(diào)的機(jī)構(gòu)的俯視圖。通道切斷晶體102被安裝在晶體支撐臺(tái)104上。晶體支撐臺(tái)104被安裝在升降機(jī)構(gòu)106上，可以沿升降導(dǎo)向件108升降。在升降導(dǎo)向件108上固定有正弦尺110的基部，通過用推壓桿112推壓正弦尺108的頭端，可以使升降導(dǎo)向件108僅以微小角度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)升降導(dǎo)向件108旋轉(zhuǎn)時(shí)，晶體支撐臺(tái)104也旋轉(zhuǎn)，這樣，就可以對(duì)通道切斷晶體102的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行微調(diào)。利用此微調(diào)就可以巧妙地輸出X射線光束。當(dāng)將正弦尺108的長度設(shè)為例如100mm時(shí)，就能夠以萬分之一度以下的角度精度進(jìn)行調(diào)整。
在圖7的4晶體單色器78的前一半的通道切斷晶體上，也與所述的后一半的通
9道切斷晶體102相同，設(shè)有正弦尺方式的微調(diào)機(jī)構(gòu)。此外，在其他的4晶體單色器100的2個(gè)通道切斷晶體、通道切斷單色器98的1個(gè)通道切斷晶體上，也設(shè)有相同的正弦尺方式的微調(diào)機(jī)構(gòu)。
將假定射入入射側(cè)單色器裝置70的X射線的位置相同時(shí)，在從4晶體單色器轉(zhuǎn)換至通道切斷單色器(或者相反)的情況下，從入射側(cè)單色器裝置70射出的X射線的位置發(fā)生變化。所以，在本實(shí)施方式中，為了使從入射側(cè)單色器裝置70射出的X射線的位置相同，根據(jù)在入射側(cè)單色器裝置70中是選擇4晶體單色器還是選擇通道切斷單色器，使X射線管66和多層膜反射鏡裝置68移向圖2的X方向。而且，也可以不這樣操作，而是使X射線管66和多層膜反射鏡裝置68維持原狀，根據(jù)從入射側(cè)單色器裝置70射出的X射線的位置，將圖2的試樣支撐機(jī)構(gòu)24和受光光學(xué)系統(tǒng)26移向X方向。[0058]
下面將對(duì)受光光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行說明。在圖2和圖5中，受光光學(xué)系統(tǒng)26由受光狹縫裝置80、分析器裝置82、 X射線檢測器84構(gòu)成。分析器裝置82的內(nèi)部具有2種通道切斷分析晶體和1個(gè)梭拉狹縫，可以對(duì)它們進(jìn)行切換使用。圖5表示使用通道切斷分析晶體86的情況。
圖10是示意性地表示分析器裝置82的內(nèi)部的立體圖。從上方開始依次為，梭拉狹縫114、將Si(400)面作為反射面使用的通道切斷分析晶體86(使用4次反射。反射峰的半高寬以角度表示為3.6秒)、將Ge(220)面作為反射面使用的通道切斷分析晶體118(使用4次反射。反射峰的半高寬以角度表示為12秒)。通過使它們上下移動(dòng)，就可以將所需的分析晶體或梭拉狹縫插入X射線光路。插入后的分析晶體的調(diào)整采用所述的正弦尺方式。分析晶體的4次反射的作用如圖8(b)所示。圖8(c)表示梭拉狹縫的俯視圖。用梭拉狹縫獲得的平行度在例如發(fā)散角為O.r以內(nèi)。作為分析器裝置82的使用方法，當(dāng)強(qiáng)度優(yōu)先時(shí)，選擇梭拉狹縫114，當(dāng)像制作倒易晶格圖那樣分辨率優(yōu)先時(shí)，選擇分析晶體。[0060] 回到圖2， X射線檢測器84為閃爍計(jì)數(shù)管，此X射線檢測器84如圖5所示，可以沿導(dǎo)向件88在垂直于受光光學(xué)系統(tǒng)的光軸的方向移動(dòng)。當(dāng)在分析器裝置82中從分析晶體86切換到梭拉狹縫114時(shí)，由于X射線光束射出的位置發(fā)生移動(dòng)，因此有必要使X射線檢測器84向圖5的箭頭90的方向移動(dòng)。
在圖2中，受光狹縫裝置80、分析器裝置82和X射線檢測器84被安裝在檢測器支撐臺(tái)92上。此檢測器支撐臺(tái)92被支撐在直立的圓弧狀導(dǎo)向件94上，從而可以在特定角度范圍內(nèi)沿此導(dǎo)向件94在垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。此旋轉(zhuǎn)中心線平行于X軸并穿過試樣表面的中心。當(dāng)彎曲導(dǎo)向件36位于圖2的位置時(shí)，此旋轉(zhuǎn)中心線與姿勢變更臺(tái)40的旋轉(zhuǎn)中心線37 —致。將此旋轉(zhuǎn)稱為反x旋轉(zhuǎn)。當(dāng)試樣60處于水平狀態(tài)(面內(nèi)衍射測定的狀態(tài))，并且入射光學(xué)系統(tǒng)22的光軸和受光光學(xué)系統(tǒng)26的光軸在直線上時(shí)，試樣60的x旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)中心線37和受光光學(xué)系統(tǒng)26的反x旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)中心線一致。[0062] 直立的導(dǎo)向件94被固定在水平的臂120的頭端，臂120的基部被固定在受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)30上。當(dāng)受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)30進(jìn)行2 e旋轉(zhuǎn)時(shí)，受光光學(xué)系統(tǒng)26的整體就會(huì)進(jìn)行2 9旋轉(zhuǎn)。
將此X射線衍射裝置的各種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方法集中表示如下。
"旋轉(zhuǎn)-95° +185° ，分辨率0.0001° ，編碼器(encoder)控制
2 9旋轉(zhuǎn)-160° +160° ，分辨率0.0001° ，編碼器(encoder)控制[0066]
x旋轉(zhuǎn)+92° -5° ，分辨率O.OOl。
反x旋轉(zhuǎn)-2° +12° ，分辨率0.001°
U， V移動(dòng)沖程100mm，分辨率0.001mm
W移動(dòng)-20mm +lmm，分辨率0.0005mm
Ru， Rv旋轉(zhuǎn)-3° +3° ，分辨率0.001°
(p旋轉(zhuǎn)±185° ，分辨率0.0001° ，全封閉編碼器(full close encoder)控制
在所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的規(guī)格中，"旋轉(zhuǎn)的原點(diǎn)為圖12所示位置，以從上方看的順 時(shí)針方向?yàn)檎较颉? 9旋轉(zhuǎn)的原點(diǎn)為圖12所示位置，以從上方看的順時(shí)針方向?yàn)檎?向。x旋轉(zhuǎn)的原點(diǎn)為圖12所示位置，以從入射光學(xué)系統(tǒng)22看倒的逆時(shí)針方向?yàn)檎较颉?反x旋轉(zhuǎn)的原點(diǎn)為圖12所示位置(檢測器支撐臺(tái)92為水平狀態(tài))，以向上方旋轉(zhuǎn)為正方 向。W移動(dòng)以圖3中試樣臺(tái)58的表面位于X射線照射位置上時(shí)為原點(diǎn)，以試樣臺(tái)58遠(yuǎn) 離姿勢變更臺(tái)40的方向?yàn)檎较?。Ru， Rv旋轉(zhuǎn)以圖3所示狀態(tài)為原點(diǎn)。，旋轉(zhuǎn)以圖3 所示狀態(tài)為原點(diǎn)。
下面將對(duì)此X射線衍射裝置的使用方法進(jìn)行說明。首先，對(duì)薄膜試樣的面內(nèi)衍 射測定進(jìn)行說明。試樣支撐機(jī)構(gòu)24設(shè)定為如圖2所示的姿勢。S卩，使試樣60的表面基 本水平。此外，使彎曲導(dǎo)向件36的一端62(形成有X射線通過孔63的一側(cè))朝向X射 線入射側(cè)。當(dāng)將彎曲導(dǎo)向件36設(shè)為此種位置時(shí)，在圖3中，就可以通過使姿勢變更臺(tái)40 沿著彎曲導(dǎo)向件36僅旋轉(zhuǎn)微小角度(參照圖4)，對(duì)試樣60的表面相對(duì)于入射X射線的方 向(其保持一定)的角度，即圖l(a)的入射角度a進(jìn)行調(diào)整。
在面內(nèi)衍射測定正在進(jìn)行時(shí)，通過使試樣旋轉(zhuǎn)臺(tái)42進(jìn)行(p旋轉(zhuǎn)(參照圖4)而使 試樣60在其面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，當(dāng)試樣表面不垂直于，旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)中心線45時(shí)，試樣表面 就會(huì)發(fā)生波動(dòng)。為了防止這種情況，可以對(duì)第l調(diào)整臺(tái)48的Ru旋轉(zhuǎn)和第2調(diào)整臺(tái)50的 Rv旋轉(zhuǎn)進(jìn)行微調(diào)，使升降臺(tái)52的旋轉(zhuǎn)中心線(相當(dāng)于試樣表面的法線61)和，旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn) 中心線45 一致。
在圖5中，從旋轉(zhuǎn)對(duì)陰極74射出的X射線在多層膜反射鏡76上反射，變成平行 光束，另外，在4晶體單色器78上反射，被進(jìn)一步平行化和單色化，穿過入射狹縫裝置 72，又穿過彎曲導(dǎo)向件36的X射線通過孔63，入射到試樣60上。
在設(shè)置如上狀態(tài)后，使受光光學(xué)系統(tǒng)26從圖5的狀態(tài)開始如圖11所示那樣進(jìn)行 2 9旋轉(zhuǎn)，在極為接近試樣表面的平面內(nèi)，對(duì)衍射X射線進(jìn)行測定。這樣就可以進(jìn)行薄膜 試樣的面內(nèi)衍射測定。此時(shí)，通過根據(jù)必要旋轉(zhuǎn)爭軸，對(duì)試樣的晶格面的方向進(jìn)行調(diào)整。 此時(shí)，使圖2的檢測器支撐臺(tái)92僅以微小角度反x旋轉(zhuǎn)，將圖l(a)的出射角度 P設(shè)定為所希望的值(例如0.1 0.5度左右)。另外，也可以通過改變反x旋轉(zhuǎn)的角 度，使出射角度P發(fā)生各種變化，進(jìn)行面內(nèi)衍射測定。當(dāng)改變出射角度P進(jìn)行面內(nèi)衍 射測定時(shí)，就可以知道試樣表面的晶體信息在深度方向的變化。另外，也可以利用此反 x旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行作為面內(nèi)衍射測定的準(zhǔn)備的縱向的反射率測定。
下面將對(duì)從面內(nèi)衍射測定切換至面外衍射測定的方法進(jìn)行說明。首先，如圖12 所示，使彎曲導(dǎo)向件旋轉(zhuǎn)臺(tái)34從圖2的狀態(tài)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)90度。這樣就改變了彎曲 導(dǎo)向件36的朝向。然后，使姿勢變更臺(tái)40沿彎曲導(dǎo)向件36的內(nèi)面進(jìn)行x旋轉(zhuǎn)，使之 移動(dòng)至彎曲導(dǎo)向件36的一端62附近。這樣就將試樣60的表面設(shè)為垂直姿勢。圖13是關(guān)于圖12的狀態(tài)的俯視圖。
然后，如圖14所示，使彎曲導(dǎo)向件旋轉(zhuǎn)臺(tái)34以必要的角度進(jìn)行"旋轉(zhuǎn)，對(duì)入 射到試樣60的表面上的X射線12的角度進(jìn)行調(diào)整。此時(shí)，檢測器支撐臺(tái)92保持水平。 然后，例如可以一邊使彎曲導(dǎo)向件旋轉(zhuǎn)臺(tái)34進(jìn)行"旋轉(zhuǎn)， 一邊以其2倍的角速度使受光 光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)30旋轉(zhuǎn)(進(jìn)行所謂的e-2e掃描)，進(jìn)行衍射譜圖的測定。這樣就可以 進(jìn)行面外衍射測定。另外，在圖14的狀態(tài)中，為了進(jìn)行薄膜測定，可以實(shí)施將入射角固 定在微小角度a而僅使受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)30旋轉(zhuǎn)的所謂非對(duì)稱測定。 如上說明所示，此X射線衍射裝置在面內(nèi)衍射測定中也好，在面外衍射測定中 也好，要求高角度分辨率的衍射平面都處于水平面內(nèi)。而且，在此平面內(nèi)，(l)利用多層 膜反射鏡76的第1反射面96將入射X射線平行化，(2)利用入射側(cè)單色器裝置70內(nèi)的4 晶體單色器或通道切斷單色器將入射X射線進(jìn)一步單色化和平行化，(3)當(dāng)在分析器裝置 82中使用通道切斷分析晶體時(shí)，利用此分析晶體將衍射X射線平行化，(4)用受光光學(xué)系 統(tǒng)26進(jìn)行高精度的2 9旋轉(zhuǎn)控制。利用這些方法，就可以在面內(nèi)衍射測定和面外衍射測 定兩者中，都進(jìn)行高分辨率的X射線衍射測定。
在本實(shí)施方式中，由于使用圖6所示的多層膜反射鏡76，因此在衍射平面(XY 平面)內(nèi)將X射線平行化，同時(shí)還在與之垂直的YZ平面內(nèi)將X射線平行化。當(dāng)在YZ 平面內(nèi)也將X射線平行化時(shí)，圖l所示的入射角度a的方向上的發(fā)散變小，面內(nèi)衍射測 定的精度變得更高。
下面將對(duì)其他的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在所述的實(shí)施方式中，作為多層膜反射 鏡，雖然將兩個(gè)反射面都設(shè)為拋物面形狀，但是，也可以如圖15所示，將第2反射面97a 做成橢圓弧面形狀。第1反射面96仍為拋物面形狀。當(dāng)這樣設(shè)置時(shí)，在YZ平面內(nèi)X 射線成為在試樣表面上聚焦的聚焦光束，另一方面，在XY平面內(nèi)成為平行光束。例如， 當(dāng)X射線焦點(diǎn)67為0.07mm直徑的點(diǎn)聚焦時(shí)，則在試樣附近就成為lmmX0.2mm的聚焦 光束122。這樣就可以提高試樣表面上的X射線照射強(qiáng)度。當(dāng)以強(qiáng)度為優(yōu)先時(shí)，可以使 用此圖15的類型的多層膜反射鏡。即使在此情況下，由于在XY平面上仍為平行光束， 因此能維持2e旋轉(zhuǎn)方向的X射線光束的平行度(例如，發(fā)散角在0.04°以內(nèi))，29方 向的分辨率(即衍射角度的分辨率)不會(huì)降低。
在使用了圖15的類型的多層膜反射鏡的情況下，當(dāng)不想采用強(qiáng)度優(yōu)先，而想采 用試樣的深度方向的分辨率優(yōu)先時(shí)，為了減小入射角度a的發(fā)散，在入射狹縫裝置72 中，限制上下方向的開口寬度即可。
下面將對(duì)使用了圖2的X射線衍射裝置的測定例進(jìn)行說明。測定例1是驗(yàn)證此 裝置的角度分辨率的例子。圖16是表示此時(shí)的在入射側(cè)單色器裝置及受光側(cè)的分析器裝 置中選擇的分析晶體和試樣的狀態(tài)的俯視圖。在入射側(cè)單色器裝置中選擇Si(400)的4次 反射的通道切斷單色器124，在分析器裝置中也選擇了相同的Si(400)的4次反射的通道 切斷分析晶體126。此外，作為試樣，使用了作為標(biāo)準(zhǔn)試樣的單晶的Si晶片128。此晶 片128的表面平行于Si(lOO)面。對(duì)此試樣進(jìn)行面內(nèi)衍射測定，檢測了來自Si(400)面的 衍射X射線。
圖17是測定例1的測定結(jié)果的圖表。將Si(400)的衍射峰的X射線強(qiáng)度用幾條 等高線顯示。為了獲得此圖表，在圖16中，首先將2e設(shè)定為69.1度附近，并且，將"設(shè)為可以檢測Si(400)的衍射峰的位置(將此位置設(shè)為A " = 0)。然后，在微小角度
范圍內(nèi)使2e和"進(jìn)行各種組合，測定衍射x射線的強(qiáng)度。在圖17中發(fā)現(xiàn)，在2e方
向和o方向都獲得極為尖銳的衍射峰，在任意一方的方向上，都具有足夠的千分之一度 左右的角度分辨率。
下面將對(duì)測定例2進(jìn)行說明。測定例2使用藍(lán)寶石襯底上的單晶硅薄膜作為試 樣。此試樣被稱為SOS(silicon on sapphire)。硅薄膜的厚度為100nm。圖18是表示測定 例2中單色器、分析晶體以及試樣的配置的俯視圖。圖18(a)是面外衍射測定的狀態(tài)，圖 18(b)是面內(nèi)衍射測定的狀態(tài)。兩者在入射側(cè)單色器裝置中都選擇Ge(220)的2次反射的 通道切斷(channel cut)單色器132，分析器裝置也選擇了相同的Ge(220)的通道切斷分析 晶體134。此外，在圖18(a)的面外衍射測定中，將試樣136垂直豎立，對(duì)來自平行于薄 膜表面的Si(004)面的衍射X射線進(jìn)行了測定。另一方面，圖18(b)的面內(nèi)衍射測定中， 使試樣136水平，對(duì)來自垂直于薄膜表面的Si(400)面和Si(040)面的衍射X射線進(jìn)行了測 定。2 9在69度附近。
圖19是所述的測定例2的測定結(jié)果的圖表。SOS試樣的Si(004)的衍射峰(用 面外衍射測定得到的峰)出現(xiàn)在68.9度附近，SOS試樣的Si(400)和Si(040)的衍射峰(用 面內(nèi)衍射測定得到的峰)出現(xiàn)在69.5度附近。當(dāng)為了參考也顯示了單晶硅晶片的(400)和 (004)的衍射峰時(shí)，其出現(xiàn)于69.1度附近。但是，如果硅的單晶為立方晶形并且沒有變形 的狀態(tài)，相互等價(jià)的(400)(040)(004)的晶格面間隔相等，其衍射峰也應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)在相同的 位置。與此相反，出現(xiàn)了如圖19所示的測定結(jié)果，表示藍(lán)寶石襯底上的單晶硅薄膜上由 于特定的方向的應(yīng)力發(fā)生作用而產(chǎn)生了變形。
當(dāng)使用本發(fā)明的X射線衍射裝置時(shí)，如圖18(a)(b)所示，可以用相同裝置進(jìn)行面 外衍射測定和面內(nèi)衍射測定，而且，可以進(jìn)行高分辨率的測定。這樣就可以比以往更容 易而且更準(zhǔn)確地測定薄膜晶體上產(chǎn)生的應(yīng)力(變形)。
下面將對(duì)測定例3和測定例4進(jìn)行說明。這些測定例所選擇的單色器、分析晶 體和試樣與測定例2相同。測定例3利用面內(nèi)衍射測定對(duì)SOS的Si(220)進(jìn)行測定。圖 20(a)是測定例3的配置，2 e在47.5度附近。而且，在測定Si(220)后，如果將試樣136 進(jìn)行180度"旋轉(zhuǎn)，還可以測定Si(2， -2， 0)。
測定例4利用面內(nèi)衍射測定對(duì)SOS的Si(440)進(jìn)行測定。圖20(b)是測定例4的 配置，2 e在107.4度附近。而且，在測定Si(440)后，如果將試樣136進(jìn)行180度"旋 轉(zhuǎn)后測定，還可以測定Si(4， -4， 0)。
圖21是測定例3的測定結(jié)果的圖表。另外，圖22是測定例4的測定結(jié)果的圖表。
圖23是對(duì)基于測定例2 4分析試樣中的變形進(jìn)行說明的圖表。橫軸是藍(lán)寶 石襯底上的單晶硅薄膜的各晶格面的布拉格角9B，縱軸是此布拉格角的衍射峰的寬度 S 9B。采用衍射峰的半高寬作為衍射峰的寬度S 9B?；跍y定例2的圖表(圖19)， 求得Si(400)的布拉格角9B和衍射峰的寬度S eB，其為圖23的圖表中的中央的黑點(diǎn)。 根據(jù)測定例3的圖表(圖21)，求出Si(220)的布拉格角9 B和衍射峰的寬度S e B，其為 圖23的圖表中左側(cè)的黑點(diǎn)。根據(jù)測定例4的圖表(圖22)，求出Si(440)的布拉格角9 B 和衍射峰的寬度S eB，其為圖23的圖表中右側(cè)的黑點(diǎn)。根據(jù)這些測定值可以做出擬合曲線138。 基于此擬合曲線138，在面內(nèi)方向的晶格常數(shù)中，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生S d/d = 0.00107 的不均勻變形。
權(quán)利要求
一種X射線衍射裝置，其特征是，(a)此X射線衍射裝置具有入射光學(xué)系統(tǒng)(22)、試樣支撐機(jī)構(gòu)(24)、受光光學(xué)系統(tǒng)(26)和受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(30)，從所述入射光學(xué)系統(tǒng)(22)射出的X射線入射到由所述試樣支撐機(jī)構(gòu)(24)所支撐的試樣(60)上，在此試樣(60)處衍射的X射線被所述受光光學(xué)系統(tǒng)(26)檢測到；(b)所述受光光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(30)為了改變所述受光光學(xué)系統(tǒng)(26)的光軸相對(duì)于入射到所述試樣(60)的X射線的方向形成的角度(2θ)，具有使所述受光光學(xué)系統(tǒng)(26)繞第1旋轉(zhuǎn)中心線(32)旋轉(zhuǎn)的功能；(c)所述入射光學(xué)系統(tǒng)(22)具有X射線源(66)和多層膜反射鏡(76)，所述多層膜反射鏡(76)具有使從所述X射線源射出的X射線在垂直于所述第1旋轉(zhuǎn)中心線(32)的平面內(nèi)平行化的功能；(d)所述試樣支撐機(jī)構(gòu)(24)具有姿勢控制機(jī)構(gòu)(36、40)，此姿勢控制機(jī)構(gòu)(36、40)具有將所述試樣支撐機(jī)構(gòu)(24)的狀態(tài)在如下兩個(gè)狀態(tài)之間移動(dòng)的功能，即，按照所述試樣(60)的表面的法線(61)與所述第1旋轉(zhuǎn)中心線(32)實(shí)質(zhì)上平行的方式將所述試樣(60)維持在第1姿勢的狀態(tài)、按照所述試樣(60)的表面的法線(61)與所述第1旋轉(zhuǎn)中心線(32)實(shí)質(zhì)上垂直的方式將所述試樣(60)維持在第2姿勢的狀態(tài)；(e)所述試樣支撐機(jī)構(gòu)(24)具有第1入射角控制機(jī)構(gòu)(36、40)，此第1入射角控制機(jī)構(gòu)(36、40)是在所述試樣(60)處于所述第1姿勢時(shí)，對(duì)從所述入射光學(xué)系統(tǒng)(22)射出的X射線入射到所述試樣(60)的表面上時(shí)的入射角度(α)進(jìn)行改變的機(jī)構(gòu)，具有使所述試樣(60)繞實(shí)質(zhì)上垂直于所述第1旋轉(zhuǎn)中心線(32)的第2旋轉(zhuǎn)中心線(37)旋轉(zhuǎn)的功能；(f)所述試樣支撐機(jī)構(gòu)(24)具有第2入射角控制機(jī)構(gòu)(34)，此第2入射角控制機(jī)構(gòu)(34)是在所述試樣(60)處于所述第2姿勢時(shí)，對(duì)從所述入射光學(xué)系統(tǒng)(22)射出的X射線入射到所述試樣(60)的表面上時(shí)的入射角度(α)進(jìn)行改變的機(jī)構(gòu)，具有使所述試樣(60)繞所述第1旋轉(zhuǎn)中心線(32)旋轉(zhuǎn)的功能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的X射線衍射裝置，其特征是，所述姿勢控制機(jī)構(gòu)(36、 40)和所述第1入射角控制機(jī)構(gòu)(36、 40)用共同的機(jī)構(gòu)(36、 40)來實(shí)現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的X射線衍射裝置，其特征是，所述多層膜反射鏡(76)具有如下部分，即，由用于在垂直于所述第1旋轉(zhuǎn)中心線(32)的第1平面內(nèi)將X射線平行化的拋物面形狀形成的第1反射面(96)、由用于在垂直于所述第1平面的第2平面內(nèi)將X射線平行化的拋物面形狀形成的第2反射面(97)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的X射線衍射裝置，其特征是，所述多層膜反射鏡(76)具有如下的部分，即，由用于在垂直于所述第1旋轉(zhuǎn)中心線(32)的第1平面內(nèi)將X射線平行化的拋物面形狀形成的第1反射面(96)、由用于在垂直于所述第1平面的第2平面內(nèi)將X射線聚焦在試樣上的橢圓弧面形狀形成的第2反射面(97a)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的X射線衍射裝置，其特征是，所述受光光學(xué)系統(tǒng)(26)能夠繞所述第2旋轉(zhuǎn)中心線(37)旋轉(zhuǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的X射線衍射裝置，其特征是，所述試樣支撐機(jī)構(gòu)(24)具有如下的機(jī)構(gòu)，即，使所述試樣沿垂直所述試樣的表面的方向移動(dòng)的機(jī)構(gòu)、使所述試樣在平行于所述試樣的表面的平面內(nèi)沿2維方向平移移動(dòng)的機(jī)構(gòu)、使所述試樣繞穿過所述試樣的表面并互相正交的兩條旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)、使所述試樣進(jìn)行面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)c
專利摘要
一種X射線衍射裝置，從入射光學(xué)系統(tǒng)(22)射出的X射線入射到被支撐在試樣支撐機(jī)構(gòu)(24)上的試樣(60)上，來自此處的衍射X射線被受光光學(xué)系統(tǒng)(26)檢測到。入射光學(xué)系統(tǒng)具有X射線源(66)和多層膜反射鏡(61)。試樣支撐機(jī)構(gòu)的姿勢控制機(jī)構(gòu)(36、40)對(duì)按照使試樣的法線(61)平行于第1旋轉(zhuǎn)中心線(32)的方式將試樣維持在第1姿勢的狀態(tài)、按照與之垂直的方式維持在第2姿勢的狀態(tài)進(jìn)行切換。當(dāng)將試樣維持在第1姿勢而使受光光學(xué)系統(tǒng)繞第1旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)時(shí)，就可以進(jìn)行面內(nèi)衍射測定。另一方面，當(dāng)將試樣維持在第2姿勢而使受光光學(xué)系統(tǒng)同樣地旋轉(zhuǎn)時(shí)，就可以進(jìn)行面外衍射測定。因此利用本發(fā)明的X射線衍射裝置可以進(jìn)行面內(nèi)衍射測定。
文檔編號(hào)G01N23/207GKCN1534289 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200410008570
公開日2010年4月7日 申請日期2004年3月24日
發(fā)明者表和彥 申請人:株式會(huì)社理學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (3), 非專利引用 (2),