蛍光Ｘ線分析装置および蛍光Ｘ線分析方法
【課題】 ウェーハ表面のうち、特にウェーハの表面外周付近においても、高感度な測定を行うことができる蛍光Ｘ線分析装置および蛍光Ｘ線分析方法を提供する。
【解決手段】 蛍光Ｘ線分析装置１は、被測定物であるウェーハ６にＸ線ビームをほぼ水平方向から照射するＸ線ビーム照射手段２と、照射によって発生した蛍光Ｘ線を検出する検出手段３と、検出結果を処理する信号処理部（不図示）と、ウェーハ６を保持して位置決めする位置決め手段４とを含む。位置決め手段４は、被測定物であるウェーハ６が載置され、検出手段３による検出領域８が、ウェーハ６の外周面にＸ線ビーム７を入射させて散乱光が発生する散乱光発生領域１０を避ける位置に、ウェーハ６を移動させて位置決めする。
【解決手段】 蛍光Ｘ線分析装置１は、被測定物であるウェーハ６にＸ線ビームをほぼ水平方向から照射するＸ線ビーム照射手段２と、照射によって発生した蛍光Ｘ線を検出する検出手段３と、検出結果を処理する信号処理部（不図示）と、ウェーハ６を保持して位置決めする位置決め手段４とを含む。位置決め手段４は、被測定物であるウェーハ６が載置され、検出手段３による検出領域８が、ウェーハ６の外周面にＸ線ビーム７を入射させて散乱光が発生する散乱光発生領域１０を避ける位置に、ウェーハ６を移動させて位置決めする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光Ｘ線分析装置および蛍光Ｘ線分析方法に関し、特に半導体ウェーハ用全反射蛍光Ｘ線分析装置および全反射蛍光Ｘ線分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイスの微細化、高集積化に伴い、ウェーハに付着している微量の金属汚染がデバイスの電気特性や信頼性などに悪影響を及ぼすことが明らかになってきている。このようなウェーハに付着している微量汚染金属元素の分析装置としては、全反射蛍光Ｘ線分析装置が一般的に広く用いられている。ウェーハ加工工程の中には、ウェーハの表面外周付近を支持してウェーハ加工を行うものもあり、特にウェーハの表面外周付近には金属不純物が付着しやすく、その部分の定量分析は非常に重要である。
【０００３】
蛍光Ｘ線分析装置は、ウェーハの表面にＸ線を入射させて、金属不純物原子を励起し、この励起により発生した蛍光Ｘ線を測定し、その測定結果に基づいて測定試料の表面金属不純物に関する分析を行う装置である。
【０００４】
つまり金属にＸ線が入射すると、原子が励起されて、反射光とは別に蛍光Ｘ線を発生することが知られており、蛍光Ｘ線分析装置はこの現象を利用したものである。この蛍光Ｘ線の光量は励起対象物の量に比例するため、その光量の測定によって金属不純物の付着量を測ることができ、また励起対象物特有のエネルギーを持ったものとなるため、そのエネルギーを調べることによって金属不純物の種類も判明する。
【０００５】
加えて蛍光Ｘ線分析装置によれば、励起Ｘ線をウェーハに対して部分的に入射させることで、ウェーハ面内の位置的分析、つまり金属不純物の面内分布状態の分析や、面内の場所を指定しての分析が可能になり、しかも試料としたウェーハの破壊がなく、これをチップの材料として使用でき、装置のインライン化も可能となるため、現在ではウェーハ表面の金属不純物分析を、蛍光Ｘ線分析装置を用いて行うのが主流となりつつある。
【０００６】
図１３は従来の蛍光Ｘ線分析装置１０１の構成を示す平面図であり、図１４は従来の蛍光Ｘ線分析装置１０１の構成を示す側面図である。蛍光Ｘ線分析装置１０１は、Ｘ線ビーム照射手段１０２と、検出手段１０３と、被測定物を保持して位置決めする位置決め手段１０４とを含む。被測定物であるウェーハ１０６の表面にＸ線ビーム１０７を入射して、ウェーハ１０６上に存在する金属不純物原子を励起し、この励起により発生した蛍光Ｘ線を、検出手段１０３が検出領域１０８で検出することによって測定する。その測定結果に基づいてウェーハ１０６の表面金属不純物に関する分析を行う。
【０００７】
第１の従来技術によれば、試料の主面全域の蛍光Ｘ線を分析する前に、試料を所定点まわりに１８０°以上回転させながら、１次Ｘ線を照射して、試料から発生する蛍光Ｘ線および回折Ｘ線を含んだ２次Ｘ線を検出し、この検出により得られた２次Ｘ線強度が最小値を示す回転方向位置に試料を位置決めする。これによって試料に含まれた元素の回折Ｘ線によるノイズの影響をなくすことができ、精度の高い分析を行うことができる（特許文献１参照）。
【０００８】
第２の従来技術によれば、測定試料格子面の入射Ｘ線に対する方位を、ブラッグ反射の起こる方位を避けて設定する。これによって検出器での測定光量値中にノイズとなるブラッグ反射による入射光量値が多く含まれるようなことはなくなり、高感度な測定が可能となる（特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−１２６７６８号公報
【特許文献２】特許２５３５６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら従来の蛍光Ｘ線分析装置１０１では、特にウェーハ１０６表面の外周付近の金属汚染を測定する場合、入射Ｘ線が照射されるウェーハ１０６側面、つまりウェーハ１０６の外周面にＸ線ビーム１０７が入射されて散乱光が発生する領域（以下「散乱光発生領域１１０」という）において発生する散乱光が検出手段１０３の検出領域１０８に入射してしまい、ノイズが発生し、高感度な測定を行うことができない。その理由を図１５を用いて以下説明する。
【００１１】
図１５は、ウェーハ１０６の外周面にＸ線ビーム１０７が入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域１１０からの距離と、散乱光強度との関係を示すグラフである。横軸に散乱光発生領域１１０からの距離、縦軸に散乱光強度を示す。散乱光発生領域１１０から遠ざかるほど、散乱光強度は小さくなる。蛍光Ｘ線分析装置１０１によって、ウェーハ１０６の表面外周付近の測定を行う場合、検出領域１０８が、散乱光発生領域１１０を含む散乱光強度が強い箇所に重なっていることがわかる。このため、高感度な測定を行うことができない。
【００１２】
また第１および第２の従来技術は、試料の主面全域から発生する回折Ｘ線を低減するが、いずれの従来技術もウェーハ側面において発生する散乱光については、何ら考慮していない。よってウェーハの表面のうち、外周付近の金属不純物について、高感度な測定を行うことができない。
【００１３】
本発明の目的は、ウェーハ表面のうち、特にウェーハ外周付近においても、高感度な測定を行うことができる蛍光Ｘ線分析装置および蛍光Ｘ線分析方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、Ｘ線ビームをほぼ水平方向から被測定物に照射するＸ線照射手段と、
Ｘ線ビームを照射された被測定物から発生する蛍光Ｘ線を検出する検出手段と、
被測定物が載置され、前記検出手段による検出領域が、被測定物の外周面にＸ線ビームが入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域を避ける位置に、被測定物を移動させて位置決めする位置決め手段とを含むことを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置である。
【００１５】
また本発明は、前記検出領域は、前記散乱光発生領域から発生する散乱光が、５０％以下に減衰している領域に選ばれていることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、異なる位置から被測定物に対してＸ線ビームを照射する複数のＸ線照射手段を含み、
前記位置決め手段は、各Ｘ線照射手段によって照射される被測定物上の少なくとも１つ以上の検出領域が、互いに各散乱光発生領域を避ける位置に、被測定物を移動させて位置決めすることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記位置決め手段は、
仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、
Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動させて、位置決めすることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記位置決め手段は、
仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、
Ｘ軸およびＹ軸に垂直なＺ軸まわりに回動させて、位置決めすることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、前記位置決め手段は、
仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、
Ｘ軸およびＹ軸に垂直なＺ軸方向に移動させて、位置決めすることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記位置決め手段は、
仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、
Ｘ軸方向およびＹ軸方向に傾動させて、位置決めすることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記Ｘ線照射手段は、Ｘ線ビームの、被測定物の測定平面に対する視射角がほぼ臨界角または臨界角未満に選ばれていることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、Ｘ線照射手段がＸ線ビームをほぼ水平方向から被測定物に照射し
検出手段がＸ線ビームを照射された被測定物から発生する蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線分析方法であって、
予め位置決め手段が、前記検出手段による検出領域が、被測定物の外周面にＸ線ビームが入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域を避ける位置に、被測定物を移動させて位置決めすることを特徴とする蛍光Ｘ線分析方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、Ｘ線照射手段は、Ｘ線ビームをほぼ水平方向から被測定物に照射する。これによって被測定物に含まれる金属不純物原子が励起し、蛍光Ｘ線が発生する。この蛍光Ｘ線を、検出手段が検出する。蛍光Ｘ線は、金属元素固有のエネルギーを持っているので、そのエネルギーから定性分析が、そのエネルギーのＸ線強度（光子の数）から定量分析が可能になる。
【００２４】
また位置決め手段によって、蛍光Ｘ線検出領域が、Ｘ線ビームによる散乱光発生領域を避ける位置になるように、被測定物を移動させて位置決めするので、蛍光Ｘ線検出手段への散乱光の入射量を低減できる。特に被測定物の外周面にＸ線ビームが入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域と検出領域とが近接する、被測定物の表面外周付近の蛍光Ｘ線を測定する場合にこの効果は顕著に現れる。これによって特に被測定物の表面外周付近においても、高感度な測定を行うことができる。
【００２５】
また本発明によれば、検出領域は、散乱光発生領域から発生する散乱光が、５０％以下に減衰している領域に選ばれていることが好ましい。これによって散乱光の影響を抑え、高感度な測定を行うことができる。
【００２６】
また本発明によれば、異なる位置から被測定物に対してＸ線ビームを照射する複数のＸ線照射手段を含むので、たとえばＸ線エネルギーが異なる複数の励起Ｘ線を選択的に照射し、少なくとも１つ以上の検出手段を選択的に使用することによって、測定内容の自由度が高くなり、微量元素の検出能を向上することができる。
【００２７】
また位置決め手段によって、各Ｘ線照射手段によって照射される被測定物上の各検出領域が、互いに各散乱光発生領域を避ける位置に、被測定物を移動させて位置決めするので、蛍光Ｘ線検出手段への散乱光の入射量が低減できる。特に散乱光発生領域と検出領域とが近接する、被測定物の表面外周付近の蛍光Ｘ線を測定する場合にこの効果は顕著に現れる。これによって特に被測定物の表面外周付近においても、高感度な測定を行うことができる。
【００２８】
また本発明によれば、位置決め手段は、仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動させて、位置決めするので、ＸＹ平面の単純な動作のみによって、上述のような位置決めを容易に行うことができる。
【００２９】
また本発明によれば、ＸＹ平面に垂直なＺ軸まわりに回動させて、位置決めするので、Ｚ軸まわりの単純な動作のみによって、上述のような位置決めを容易に行うことができる。
【００３０】
また本発明によれば、Ｘ軸およびＹ軸に垂直なＺ軸方向に移動させて、被測定物にＸ線ビームが入射する視射角の決定を容易に行うことができる。
【００３１】
また本発明によれば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に傾動させて、被測定物にＸ線ビームが入射する視射角の決定を容易に行うことができる。
【００３２】
また本発明によれば、Ｘ線ビームの、被測定物の測定平面に対する視射角がほぼ臨界角または臨界角未満に選ばれているので、Ｘ線ビームが屈折して被測定物内部に侵入することがなくなり、Ｘ線ビームの進行方向に全反射され、２次Ｘ線が減少するので、被測定物の真上に近接して検出手段を配置ことができる。これによって著しく高感度な測定が可能になる。
【００３３】
また本発明によれば、Ｘ線照射手段は、Ｘ線ビームをほぼ水平方向から被測定物に照射する。これによって被測定物に含まれる金属不純物原子が励起し、蛍光Ｘ線が発生する。この蛍光Ｘ線を、検出手段が検出する。蛍光Ｘ線は、金属元素固有のエネルギーを持っているので、そのエネルギーから定性分析が、そのエネルギーのＸ線強度（光子の数）から定量分析が可能になる。
【００３４】
また位置決め手段によって、蛍光Ｘ線検出領域が、Ｘ線ビームによる散乱光発生領域を避ける位置になるように、被測定物を移動させて位置決めするので、蛍光Ｘ線検出手段への散乱光の入射量を低減できる。特に被測定物の外周面にＸ線ビームが入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域と検出領域とが近接する、被測定物の表面外周付近の蛍光Ｘ線を測定する場合にこの効果は顕著に現れる。これによって特に被測定物の表面外周付近においても、高感度な測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１は本発明の蛍光Ｘ線分析装置１の構成を示す平面図、図２は本発明の蛍光Ｘ線分析装置１の構成を示す側面図である。蛍光Ｘ線分析装置１は、被測定物であるウェーハ６にＸ線ビームを照射するＸ線ビーム照射手段２と、照射によって発生した蛍光Ｘ線を検出する検出手段３と、検出結果を処理する信号処理部（不図示）と、ウェーハ６を移動させて位置決めする位置決め手段４とを含む。
【００３６】
Ｘ線ビーム照射手段２は、Ｘ線ビーム７をウェーハ６に照射する。これによってウェーハ６に含まれる金属不純物原子が励起し、蛍光Ｘ線が発生する。この蛍光Ｘ線を、検出手段３が検出する。蛍光Ｘ線は、金属元素固有のエネルギーを持っているので、そのエネルギーから定性分析が、そのエネルギーのＸ線強度（光子の数）から定量分析が可能になる。
【００３７】
Ｘ線ビーム照射手段２は、Ｘ線ビーム源１５と波長選択部１６とを含む。
Ｘ線ビーム源１５は、真空中で加速した熱電子をターゲットの金属に衝突させることによってＸ線を発生させる。Ｘ線ビーム源１５は、電子を発生させるフィラメント（陰極）と、Ｘ線を発生させるターゲットを取り付けた陽極（対陰極、アノード）からなる２極真空管であり、これらをガラスやセラミック製の容器内で高真空に密封し、Ｘ線をよく透過するベリリウムの薄膜を張ったＸ線の取出し口（窓）を設けた構造であることが好ましい。
【００３８】
波長選択部１６は、Ｘ線ビーム源１５から発生するＸ線ビーム７を、分光または平行化することによって単一の特性のＸ線ビームを分離するための、分光結晶やスリットなどからなる。
【００３９】
Ｘ線ビーム源１５の対陰極材料、波長選択部１６の分光結晶の種類や向きなどを選択することによって、所望のＸ線エネルギーを持つ単色のＸ線ビーム７を発生することができ、測定内容に応じて、使用する特性Ｘ線を測定前に設定することが可能になる。
【００４０】
Ｘ線ビーム照射手段２は、ウェーハ６の測定平面に対するＸ線ビーム７の視射角がほぼ臨界角または臨界角未満に選ばれるように、Ｘ線ビーム７をウェーハ６に照射することが好ましい。
【００４１】
ここで、臨界角について説明する。図３は、臨界角θｃを説明する斜視図、図４は臨界角θｃを説明する側面図である。臨界角θｃとは、屈折率が大きいところから小さいところに光が入り全反射が起きる最も小さな視射角のことである。臨界角θｃは、入射元の物質の屈折率ｎ１および入射先の物質の屈折率ｎ２を用いて下記式（１）のように表される。
θｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１） …（１）
【００４２】
この式からもわかるように、ｎ１＜ｎ２のとき、全反射は起こらないので臨界角θｃをもたない。
【００４３】
ここでいう「ほぼ臨界角」とは、上記のθｃ程度の角で、θｃ以上θｃ＋０．１°以下の角度をいう。「臨界角未満」とは、θｃよりも小さく、０°以上の角度をいう。視射角がほぼ臨界角よりも大きいと、入射Ｘ線の大半は、ウェーハ６表面で反射せずにウェーハ６内部に侵入し、ウェーハ６を構成する原子と相互作用して弾性散乱、非弾性散乱、蛍光Ｘ線などの形でさまざまな方向に２次Ｘ線を放射する。視射角がほぼ臨界角または臨界角未満であれば、入射Ｘ線が屈折してウェーハ６内部に侵入することがなくなり、入射Ｘ線の進行方向に全反射され、２次Ｘ線が減少するので、ウェーハ６の真上に近接して検出手段３を配置することができる。これによって著しく高感度な測定が可能になる。
【００４４】
検出手段３は、被測定物であるウェーハ６の真上で、かつＸ線ビーム７の照射領域上に設けられる。検出手段３には、Ｘ線ビーム７が照射されてウェーハ６から発生した蛍光Ｘ線が入射する。検出手段３には、シリコン（Ｓｉ）検出器やゲルマニウム（Ｇｅ）検出器が用いられる。
【００４５】
特にウェーハ６表面の外周付近の金属汚染を測定する場合、入射Ｘ線が照射されるウェーハ６側面（以下「散乱光発生領域１０」という）において発生する散乱光が検出手段３の検出領域８に入射してしまうと、ノイズが発生し、高感度な測定を行うことができないので、位置決め手段４によって、散乱光が検出領域８に入射しないように、ウェーハ６を移動させて位置決めをする。ここで測定点（検出領域８の中心）から散乱光発生領域１０までの平均距離をｔ、ウェーハ６の半径をｒとする。後述するが、ｒが一定である場合、ｔを制御することによって、位置決めを行うことができる。
【００４６】
図５は、散乱光発生領域１０を説明する概略図である。ウェーハ６の表面に、ほぼ臨界角または臨界角未満の視射角で入射された入射Ｘ線は、入射Ｘ線が屈折してウェーハ６内部に侵入することがなくなり、入射Ｘ線の進行方向に反射光として全反射され、２次Ｘ線は非常に少なくなる。しかし、入射Ｘ線のうち、ウェーハ６の側面に入射したＸ線は、屈折してウェーハ６内部に侵入して反射されたり、側面表面で反射されたりして、散乱光となる。散乱光の一部が検出手段３の検出領域８に入射することがある。
【００４７】
そこで位置決め手段４によって、蛍光Ｘ線検出領域８が、Ｘ線ビーム７による散乱光発生領域１０を避ける位置になるように、ウェーハ６を移動させて位置決めをするので、検出手段３への散乱光の入射量を低減できる。特に散乱光発生領域１０と検出領域８とが近接する、ウェーハ６の表面外周付近の蛍光Ｘ線を測定する場合にこの効果は顕著に現れる。これによって特にウェーハ６の表面外周付近においても、高感度な測定を行うことができる。
【００４８】
さらに検出領域８は、散乱光発生領域１０から発生する散乱光が、５０％以下に減衰している領域に選ばれていることが好ましい。これによって散乱光の影響を抑え、高感度な測定を行うことができる。
【００４９】
図６（ａ）は、散乱光発生領域１０からの距離と、散乱光強度との関係を示すグラフである。横軸に散乱光発生領域１０からの距離、縦軸に散乱光強度を示す。散乱光発生領域１０から遠ざかるほど、散乱光強度は小さくなる。蛍光Ｘ線分析装置１によって、ウェーハ６の表面外周付近の測定を行う場合、検出領域８が、散乱光発生領域１０を含む散乱光強度が強い箇所に重ならなければ、検出領域８には散乱光が入射しないので、散乱光発生領域１０の影響を受けない。つまり測定点から散乱光発生領域１０までの距離が大きいことが好ましい。測定点(検出領域８の中心)から散乱光発生領域１０までの平均距離ｔを測定に応じて設定して、位置決め手段４によってウェーハ６を移動させて位置を決定することによって、精度の高い測定を行うことができる。
【００５０】
散乱光発生領域１０からの距離と、散乱光強度とについて実際に測定した実測値の一例を説明する。図６（ｂ）は、散乱光発生領域１０からの距離と、散乱光強度との関係を示すグラフである。横軸に散乱光発生領域１０からの距離、縦軸に散乱光強度を示す。ここでは、ｒが３００ｍｍ、厚みが０．８ｍｍのシリコンウェーハについて、散乱光発生領域１０において発生する散乱光強度を、実測強度からサンプル中心で発生する散乱光強度を差し引くようにして求め、ｔを変化させながら測定している。
【００５１】
ｔが１０ｍｍ以上になると、散乱光発生領域１０からの散乱光強度はほぼ０ｃｐｓとなり、蛍光Ｘ線分析中の散乱光発生領域１０からの散乱光による影響はほぼなくなる。ｔが０ｍｍのときの散乱光強度が１３０００ｃｐｓと最大であり、散乱光強度が最大値のほぼ半分の６５００ｃｐｓになれば、蛍光Ｘ線分析中の散乱光による影響は、蛍光Ｘ線分析に支障がない程度に低減され、高感度な測定を行うことができる。散乱光強度が６５００ｃｐｓになるときのｔは、約５ｍｍである。
【００５２】
蛍光Ｘ線分析装置１は、異なる位置から被測定物に対してＸ線ビーム７を照射する複数のＸ線ビーム照射手段２を含んでもよい。たとえばＸ線エネルギーが異なる複数の励起Ｘ線を選択的に照射し、少なくとも１つ以上の検出手段３を選択的に使用することによって、測定内容の自由度が高くなり、微量元素の検出能を向上できる。
【００５３】
異なる位置から被測定物に対してＸ線ビーム７を照射する複数のＸ線ビーム照射手段２を含む場合、位置決め手段４によって、各Ｘ線ビーム照射手段２によって照射されるウェーハ６上の各検出領域８が、互いに各散乱光発生領域１０を避ける位置に、ウェーハ６を移動させて位置決めするので、検出手段３への散乱光の入射量を低減できる。特に散乱光発生領域１０と検出領域８とが近接する、ウェーハ６の表面外周付近の蛍光Ｘ線を測定する場合にこの効果は顕著に現れる。これによって特にウェーハ６の表面外周付近においても、高感度な測定を行うことができる。
【００５４】
図７は、位置決め手段４の構成を示す斜視図である。位置決め手段４は、被測定物であるウェーハ６が載置され、検出手段３による検出領域８が、ウェーハ６の外周面にＸ線ビーム７が入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域１０を避ける位置に、ウェーハ６を移動させて位置決めする。
【００５５】
位置決め手段４は、基台２１と載置テーブル２２と制御部２３とモータとを含む。基台２１の、水平な上面に載置テーブル２２が設けられており、蛍光Ｘ線測定時には、載置テーブル２２に、ウェーハ６が載置され、Ｘ軸モータ２５と、Ｙ軸モータ２６と、Ｚ軸モータ２７とによってウェーハ６を移動させ位置決めを行う。
【００５６】
制御部２３は、Ｘ軸モータ２５、Ｙ軸モータ２６およびＺ軸モータ２７の動作を制御する。制御部２３は、ユーザーの入力などに応じて該当モータに制御信号を送信し、動作制御を行う。制御部２３は中央処理装置（ＣＰＵ、Central Processing Unit）を備えるマイクロコンピュータ、またはマイクロプロセッサなどによって実現される処理回路を含む。
【００５７】
具体的には、Ｘ軸モータ２５、Ｙ軸モータ２６およびＺ軸モータ２７の各出力軸の回転が、たとえば、ラックおよびピニオンなどを含む駆動機構によってＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の直線運動にそれぞれ変換されて、制御部２３からの制御信号に応答して、載置テーブル２２が基台２１に対して移動する。このようにして、検出手段３による検出領域８が、Ｘ線ビーム７による散乱光発生領域１０を避ける位置に、載置テーブル上のウェーハ６を移動させることができるように構成されている。
【００５８】
Ｘ軸モータ２５、Ｙ軸モータ２６およびＺ軸モータ２７は、たとえばサーボモータまたはステッピングモータなどによって実現される。
Ｘ軸モータ２５は、載置テーブル２２をＸ軸方向（矢符Ａｘ方向）に移動させる。
【００５９】
Ｙ軸モータ２６は、載置テーブル２２をＹ軸方向（矢符Ａｙ方向）に移動させる。
Ｚ軸モータ２７は、載置テーブル２２をＺ軸方向（矢符Ａｚ方向）に移動させる。
【００６０】
載置テーブル２２をＸ軸まわり（矢符Ｂｘ方向）またはＹ軸まわり（矢符Ｂｙ方向）に傾動させ、Ｚ軸まわり（矢符Ｄｚ方向）に回転させる動作に関しても同様に、モータおよび駆動機構により実現される。ここでＢｘ、Ｂｙに関してはＸ線ビーム７の入射方向が傾動軸と直交方向にない場合、代わりにＸ線ビーム７の入射方向に直交する傾動軸を持つようなモータおよび駆動機構が制御されることが望ましい。このような単純な動作のみによって、上述のような位置決めを容易に行うことができる。
【００６１】
図８は、本発明の蛍光Ｘ線分析方法を説明するフローチャートである。
ステップＳ１では、検出領域８に、ウェーハ６の外周面にＸ線ビーム７が入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域１０が重なるか否かを判断している。検出領域８に散乱光発生領域１０が重なっていない場合（ＮＯ）、ステップＳ４で測定を行う。検出領域８に散乱光発生領域１０が重なっている場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。検出領域８に散乱光発生領域１０が重なっていない場合（ＮＯ）とは、検出領域８と散乱光発生領域１０とが、図１に示すような位置関係にある場合をいう。
【００６２】
ステップＳ２では、位置決め手段４（Ｘ、Ｙ軸方向の移動、Ｚ軸まわりの回転）によって位置決めを行う。Ｘ軸モータ２５は、載置テーブル２２をＸ軸方向（矢符Ａｘ方向）に移動させ、Ｙ軸モータ２６は、載置テーブル２２をＹ軸方向（矢符Ａｙ方向）に移動させる。またＺ軸モータ２７は、載置テーブル２２をＺ軸まわり（矢符Ｄｚ方向）に回転させる。
【００６３】
図９〜図１２は、ステップＳ２で行う位置決め方法を説明する概略図である。
位置決め手段４上に載置された円形状のウェーハ６の中心座標を、（０，０）、測定点の座標を（ｘ，ｙ）とする。Ｘ線７がＸ軸正方向から負方向へ、（ｘ，ｙ）を通って入射するものとする。検出器３による検出領域８は、測定点（ｘ，ｙ）を中心とする円形状である。
【００６４】
このように、ウェーハ６の表面外周付近の測定を行う場合、検出領域８の中心座標も（ｘ，ｙ）であり、検出領域８に、散乱光発生領域１０が重なってしまう場合がある。そこで位置決め手段４によって位置決めを行う。Ｘ線ビーム照射手段２および検出器３の位置を変えずに、位置決め手段４によって、ウェーハ６を移動させて位置決めを行う。
【００６５】
まず、ウェーハ６を中心座標（０，０）まわりに、ある一定の角度回転させる。この回転角度を以下θという。回転によって、測定点の座標は、（ｘｃｏｓθ−ｙｓｉｎθ，ｘｓｉｎθ＋ｙｃｏｓθ）に移動する（図９および図１０参照）。
【００６６】
次に、検出器３の検出領域８の中心座標（ｘ，ｙ）と、測定点とが重なるように、Ｘ−Ｙ平面上でウェーハ６を移動させる。測定点座標を（ｘｃｏｓθ−ｙｓｉｎθ，ｘｓｉｎθ＋ｙｃｏｓθ）から（ｘ，ｘｓｉｎθ＋ｙｃｏｓθ）まで移動させる。つまりＸ軸方向へ（ｘ−ｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθ）だけ移動したことになる。
【００６７】
次に、測定点座標を（ｘ，ｘｓｉｎθ＋ｙｃｏｓθ）から（ｘ，ｙ）まで移動させる。つまりＹ軸方向へ（ｙ−ｘｓｉｎθ−ｙｃｏｓθ）だけ移動したことになる。
【００６８】
このようにウェーハ６を移動させると、測定点座標と検出領域８の中心座標とが再び重なり、所望の位置の測定をすることができる。しかも散乱光発生領域１０と検出領域８とは重なっていないので、精度よく測定することができる。
【００６９】
ここで、回転角度θについて説明する。
蛍光Ｘ線を測定する際、検出領域８は、ウェーハ６の外周面にＸ線ビーム７が入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域１０から離れるほど、散乱光の影響を受けないので精度が向上することについては、上述したとおりである。回転角度θは、回転後の測定点（検出領域８の中心）から回転前の測定点までの距離ｔによって、下記式（２−１）で表すことができる。
【００７０】
【数１】
【００７１】
よってｔを決定することによって、θが決定する。
測定点がウェーハ６の表面外周付近にある場合は、回転前の測定点と散乱光発生領域１０の中心とが一致するので、ウェーハ６の半径ｒを用いて下記式（２−２）で表すことができる。
θ＝ｓｉｎ−１（ｔ／２ｒ） …(2-2)
【００７２】
ステップＳ３では、位置決め手段４（Ｚ軸方向の移動、Ｘ，Ｙ軸まわりの傾動）によってウェーハ６にＸ線ビーム７が入射する視射角の調整を行う。Ｘ軸モータ２５は、載置テーブル２２をＸ軸方向（矢符Ｂｘ方向）に傾動させ、Ｙ軸モータ２６は、載置テーブル２２をＹ軸方向（矢符Ｂｙ方向）に傾動させる。またＺ軸モータ２７は、載置テーブル２２をＺ軸方向（矢符Ａｚ方向）に移動させる。
【００７３】
Ｙ軸方向（矢符Ｂｙ方向）の傾動によって、Ｘ線ビーム７のウェーハ６に対する視射角を調整することができる。Ｘ線ビーム７がＸ軸と平行でない場合においてはＸ軸方向（矢符Ｂｘ方向）の傾動も用いることによって視射角を調整することができる。
【００７４】
またＺ軸方向（矢符Ａｚ方向）の移動によって、ウェーハ６の厚みを考慮してウェーハ６に対して適切にＸ線ビーム７を照射することができる。
【００７５】
蛍光Ｘ線分析装置１を用いたウェーハ６の表面金属不純物に関する分析には、膜の組成分析、膜厚測定、表面金属不純物測定などがある。
【００７６】
〔組成分析〕
単層膜の組成を測定する方法について説明する。励起Ｘ線を高い入射角で照射する場合、単層膜の各元素の蛍光Ｘ線強度は下記式（３）で表される。ここで、Ｉｚは元素Ｚの蛍光Ｘ線強度、ｋｚは元素Ｚの装置感度係数、Ｃｚは元素Ｚの含有率（質量比）、ρは膜の密度、ｗは膜の厚さであり、単層膜が充分に薄い膜であるとして、膜による励起Ｘ線の吸収および蛍光Ｘ線の吸収は無視した計算式となっている。
Ｉz＝ｋｚ・Ｃｚ・ρ・ｗ …（３）
【００７７】
このとき単層膜が充分に薄い膜である場合、膜による励起Ｘ線の吸収および蛍光Ｘ線の吸収は無視できる。組成分析だけを目的とする場合には、他の任意の元素ＺＯとの相対比較によって、下記式（４）のようにパラメータを減らすことができる。
Ｉｚ／Ｉｚｏ＝（ｋｚ・Ｃｚ）／（ｋｚｏ・Ｃｚｏ） …（４）
【００７８】
ここで、組成Ｃｚが全ての元素について既知である参照試料を用意し、全ての元素の蛍光Ｘ線強度Ｉｚを測定すれば、相対的な装置感度係数を下記式（５）のように求められる。ここで、Ｉｚ，Ｒは参照試料中の元素Ｚの蛍光Ｘ線強度、Ｃｚ，Ｒは参照試料中の元素Ｚの含有率（質量比）である。
ｋｚ／ｋｚｏ＝（Ｉｚ，Ｒ・Ｃｚo，Ｒ）／（Ｉｚｏ，Ｒ・Ｃｚ，Ｒ） …（５）
【００７９】
こうして装置感度係数を求めておけば、未知試料についても蛍光Ｘ線強度を測定することによって、組成Ｃｚは下記の連立方程式（６）（７）を解くことによって求められる。
Ｃｚｏ／Ｃｚ＝（ｋｚ・Ｉｚｏ）／（ｋｚｏ・Ｉｚ） …（６）
ΣＣｚ＝１（元素Ｚに関する総和＝１） …（７）
【００８０】
次に斜入射法を用いた場合には一般的に下記式（８）（９）が成立する。ここで、ｄｚ、ｄｚｏは元素Ｚ、ＺＯに対応する励起Ｘ線の実効消衰長さである。
Ｉｚ＝ｋｚ・Ｃｚ・ρ・ｄｚ …（８）
Ｉｚｏ＝ｋｚｏ・Ｃｚｏ・ρ・ｄｚｏ …（９）
【００８１】
ｄｚ、ｄｚｏは膜による励起Ｘ線の吸収によって決定される。なお、膜による蛍光Ｘ線の吸収は無視している。上述した高角度入射法の式（４）と同様に元素Ｚ、ＺＯの蛍光Ｘ線強度比は下記式（１０）のように求められる。
Ｉｚ／Ｉｚｏ＝（ｋｚ・Ｃｚ・ｄｚ）／（ｋｚｏ・Ｃｚｏ・ｄｚｏ） …（10）
【００８２】
そこで、ｄｚ／ｄｚｏの要素だけが高角度入射法と相違するが、励起Ｘ線を単色化することによって、ｄｚ／ｄｚｏ＝１となって式（４）と一致する。したがって、単色化された励起Ｘ線を使用すれば、斜入射法でも高角度入射法と同様な計算式を使用することができ、算出工程の簡素化が図られる。
【００８３】
〔膜厚測定〕
次に膜厚測定方法について説明する。
まず基板上に配線材料等の薄膜が形成された未知試料ｕおよび標準試料ｃを用意する。未知試料ｕは、薄膜の膜厚および密度が未知で、基板および薄膜の構成物質が既知であり、薄膜の膜厚がＸ線反射率法によって膜厚測定困難な範囲、たとえば１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲外のものである。標準試料ｃは、未知試料ｕと同種の物質で構成され、薄膜の膜厚がＸ線反射率法によって膜厚測定可能な範囲、たとえば１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内のものである。
【００８４】
次にＸ線反射率法を用いて、標準試料ｃの膜厚Ｔｃ、薄膜の密度ρｃをそれぞれ測定する。その手順として、標準試料ｃを試料テーブルにセットした後、単色のＸ線ビームを標準試料ｃに入射しながら、試料テーブルを水平位置から徐々に傾斜させて、検出器の出力からＸ線入射角度の変化に対する標準試料ｃのＸ線反射率曲線を計測する。得られたＸ線反射率曲線の干渉周期から膜厚Ｔｃを、該曲線の全反射臨界角度から薄膜の密度ρｃをそれぞれ測定する。
【００８５】
次に蛍光Ｘ線法を用いて、標準試料ｃの蛍光Ｘ線強度Ｆｃを測定する。その手順として、単色のＸ線ビームを試料テーブルにセットされた標準試料ｃに所定の入射角度、たとえば全反射角度で入射して、標準試料ｃから発生する蛍光Ｘ線の強度Ｆｃを検出手段で測定する。なお、Ｘ線入射角度は全反射角度より大きな角度を選び、試料間で測定条件の統一を図る。
【００８６】
蛍光Ｘ線法は、蛍光Ｘ線強度Ｆが、下記式（１１）のように、密度ρと膜厚Ｔの積に比例することを利用するものである。
Ｆ＝α・ρ・Ｔ …（11）
【００８７】
比例係数である感度係数α同種の物質であれば一致し、上記の数値Ｔｃ、ρｃ、Ｆｃを式（１１）に代入することによって決定でき、算出式は次式（１２）となる。
α＝eｃ／（ρｃ・Ｔｃ） …（12）
【００８８】
次にＸ線反射率法を用いて、未知試料ｕの薄膜の密度ρｕを測定する。その手順として、未知試料ｕを試料テーブルにセットした後、単色のＸ線ビームを未知試料ｕに入射しながら、試料テーブルを水平位置から徐々に傾斜させて、検出手段の出力からＸ線入射角度の変化に対する未知試料ｕのＸ線反射率曲線を計測する。得られたＸ線反射率曲線のうち急峻に変化する位置を全反射臨界角度θｒとして特定し、下記式（１３）を用いて全反射臨界角度θｒから薄膜の密度ρｕを測定する。ここで、密度ρの単位はｋｇ／ｍ３、全反射臨界角度θｒはミリラジアン（ｍｒａｄ）、波長λはｎｍである。
ρ＝３．８×（θｒ／λ）２ …（13）
【００８９】
次に蛍光Ｘ線法を用いて、未知試料ｕの蛍光Ｘ線強度Ｆｕを測定する。その手順として、標準試料ｃの測定条件と一致するように、Ｘ線ビームの入射角度や波長などを調整した後、未知試料ｕから発生する蛍光Ｘ線の強度Ｆｕを検出手段で測定する。
【００９０】
次に上記測定によって得られた感度係数瘁Ａ薄膜の密度ρｕおよび蛍光Ｘ線強度Ｆｕを次式（１４）に代入して、未知試料ｕの膜厚Ｔｕを算出する。
Ｔｕ＝Ｆｕ／（α・ρｕ） …（14）
【００９１】
このようにＸ線反射率法の測定範囲外にある膜厚を持つ試料に関しても、蛍光Ｘ線法との組合せによって高精度の膜厚測定が可能になる。
〔金属不純物測定〕
元素Ｚの装置感度係数をｋｚ、元素Ｚの蛍光Ｘ線強度をＩｚとおくと、金属不純物Ｘは一般的に下記式（１５）にて表される。
Ｘ＝ｋｚ×Ｉｚ …（15）
通常、Ｘの単位としてはａｔｏｍｓ／ｃｍ２が用いられる。
また、ｋｚに関して、ある元素Ｙにおける装置感度係数をｋＹとおき、Ｙに対するＺの相対感度係数をＬｚとおくと、ｋｚ＝ｋＹ×Ｌｚとすることができる。Ｌｚに関してはある条件下においては理論的に計算できるので感度係数の設定が簡便になる。
金属不純物がサンプル表面のみでなく分布を持っている場合、不純物濃度が高い場合等において、式は複雑になり、相対感度係数の適用も難しくなる。
【００９２】
以上の実施形態では、被測定物としてウェーハを用いて説明したが、被測定物はこれに限るものではなくその他の物体、たとえば蛍光Ｘ線分析を必要とするフィルム、シートまたは基板などの物体に対しても好適に実施することができる。
【００９３】
また、散乱光発生領域として、ウェーハの側面付近を例に説明したが、散乱光発生領域はこれに限るものではなくその他の領域、たとえば被測定物の表面の凹凸部付近の領域なども挙げられる。たとえば測定表面が段差を有し、かつＸ線ビームが段差および段差から離れた測定領域に広範囲に照射される場合や、段差の側面に入射したＸ線が散乱光となるような場合などに、段差の位置と測定位置、Ｘ線ビームとの関係を最適化することにより段差側面からの散乱光を減少させて測定することができ、好適に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の蛍光Ｘ線分析装置１の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の蛍光Ｘ線分析装置１の構成を示す側面図である。
【図３】臨界角θｃを説明する斜視図である。
【図４】臨界角θｃを説明する側面図である。
【図５】散乱光発生領域１０を説明する概略図である。
【図６】散乱光発生領域１０からの距離と、散乱光強度との関係を示すグラフである。
【図７】位置決め手段４の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の蛍光Ｘ線分析方法を説明するフローチャートである。
【図９】ステップＳ２で行う位置決め方法を説明する概略図である。
【図１０】ステップＳ２で行う位置決め方法を説明する概略図である。
【図１１】ステップＳ２で行う位置決め方法を説明する概略図である。
【図１２】ステップＳ２で行う位置決め方法を説明する概略図である。
【図１３】従来の蛍光Ｘ線分析装置１０１の構成を示す平面図である。
【図１４】従来の蛍光Ｘ線分析装置１０１の構成を示す側面図である。
【図１５】ウェーハ１０６の外周面にＸ線ビーム１０７が入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域１１０からの距離と、散乱光強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９５】
１ 蛍光Ｘ線分析装置
２ Ｘ線ビーム照射手段
３ 検出手段
４ 位置決め手段
６ ウェーハ
７ Ｘ線ビーム
８ 検出領域
１０ 散乱光発生領域
１５ Ｘ線ビーム源
１６ 波長選択部
２１ 基台
２２ 載置テーブル
２３ 制御部
２５ Ｘ軸モータ
２６ Ｙ軸モータ
２７ Ｚ軸モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光Ｘ線分析装置および蛍光Ｘ線分析方法に関し、特に半導体ウェーハ用全反射蛍光Ｘ線分析装置および全反射蛍光Ｘ線分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイスの微細化、高集積化に伴い、ウェーハに付着している微量の金属汚染がデバイスの電気特性や信頼性などに悪影響を及ぼすことが明らかになってきている。このようなウェーハに付着している微量汚染金属元素の分析装置としては、全反射蛍光Ｘ線分析装置が一般的に広く用いられている。ウェーハ加工工程の中には、ウェーハの表面外周付近を支持してウェーハ加工を行うものもあり、特にウェーハの表面外周付近には金属不純物が付着しやすく、その部分の定量分析は非常に重要である。
【０００３】
蛍光Ｘ線分析装置は、ウェーハの表面にＸ線を入射させて、金属不純物原子を励起し、この励起により発生した蛍光Ｘ線を測定し、その測定結果に基づいて測定試料の表面金属不純物に関する分析を行う装置である。
【０００４】
つまり金属にＸ線が入射すると、原子が励起されて、反射光とは別に蛍光Ｘ線を発生することが知られており、蛍光Ｘ線分析装置はこの現象を利用したものである。この蛍光Ｘ線の光量は励起対象物の量に比例するため、その光量の測定によって金属不純物の付着量を測ることができ、また励起対象物特有のエネルギーを持ったものとなるため、そのエネルギーを調べることによって金属不純物の種類も判明する。
【０００５】
加えて蛍光Ｘ線分析装置によれば、励起Ｘ線をウェーハに対して部分的に入射させることで、ウェーハ面内の位置的分析、つまり金属不純物の面内分布状態の分析や、面内の場所を指定しての分析が可能になり、しかも試料としたウェーハの破壊がなく、これをチップの材料として使用でき、装置のインライン化も可能となるため、現在ではウェーハ表面の金属不純物分析を、蛍光Ｘ線分析装置を用いて行うのが主流となりつつある。
【０００６】
図１３は従来の蛍光Ｘ線分析装置１０１の構成を示す平面図であり、図１４は従来の蛍光Ｘ線分析装置１０１の構成を示す側面図である。蛍光Ｘ線分析装置１０１は、Ｘ線ビーム照射手段１０２と、検出手段１０３と、被測定物を保持して位置決めする位置決め手段１０４とを含む。被測定物であるウェーハ１０６の表面にＸ線ビーム１０７を入射して、ウェーハ１０６上に存在する金属不純物原子を励起し、この励起により発生した蛍光Ｘ線を、検出手段１０３が検出領域１０８で検出することによって測定する。その測定結果に基づいてウェーハ１０６の表面金属不純物に関する分析を行う。
【０００７】
第１の従来技術によれば、試料の主面全域の蛍光Ｘ線を分析する前に、試料を所定点まわりに１８０°以上回転させながら、１次Ｘ線を照射して、試料から発生する蛍光Ｘ線および回折Ｘ線を含んだ２次Ｘ線を検出し、この検出により得られた２次Ｘ線強度が最小値を示す回転方向位置に試料を位置決めする。これによって試料に含まれた元素の回折Ｘ線によるノイズの影響をなくすことができ、精度の高い分析を行うことができる（特許文献１参照）。
【０００８】
第２の従来技術によれば、測定試料格子面の入射Ｘ線に対する方位を、ブラッグ反射の起こる方位を避けて設定する。これによって検出器での測定光量値中にノイズとなるブラッグ反射による入射光量値が多く含まれるようなことはなくなり、高感度な測定が可能となる（特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−１２６７６８号公報
【特許文献２】特許２５３５６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら従来の蛍光Ｘ線分析装置１０１では、特にウェーハ１０６表面の外周付近の金属汚染を測定する場合、入射Ｘ線が照射されるウェーハ１０６側面、つまりウェーハ１０６の外周面にＸ線ビーム１０７が入射されて散乱光が発生する領域（以下「散乱光発生領域１１０」という）において発生する散乱光が検出手段１０３の検出領域１０８に入射してしまい、ノイズが発生し、高感度な測定を行うことができない。その理由を図１５を用いて以下説明する。
【００１１】
図１５は、ウェーハ１０６の外周面にＸ線ビーム１０７が入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域１１０からの距離と、散乱光強度との関係を示すグラフである。横軸に散乱光発生領域１１０からの距離、縦軸に散乱光強度を示す。散乱光発生領域１１０から遠ざかるほど、散乱光強度は小さくなる。蛍光Ｘ線分析装置１０１によって、ウェーハ１０６の表面外周付近の測定を行う場合、検出領域１０８が、散乱光発生領域１１０を含む散乱光強度が強い箇所に重なっていることがわかる。このため、高感度な測定を行うことができない。
【００１２】
また第１および第２の従来技術は、試料の主面全域から発生する回折Ｘ線を低減するが、いずれの従来技術もウェーハ側面において発生する散乱光については、何ら考慮していない。よってウェーハの表面のうち、外周付近の金属不純物について、高感度な測定を行うことができない。
【００１３】
本発明の目的は、ウェーハ表面のうち、特にウェーハ外周付近においても、高感度な測定を行うことができる蛍光Ｘ線分析装置および蛍光Ｘ線分析方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、Ｘ線ビームをほぼ水平方向から被測定物に照射するＸ線照射手段と、
Ｘ線ビームを照射された被測定物から発生する蛍光Ｘ線を検出する検出手段と、
被測定物が載置され、前記検出手段による検出領域が、被測定物の外周面にＸ線ビームが入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域を避ける位置に、被測定物を移動させて位置決めする位置決め手段とを含むことを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置である。
【００１５】
また本発明は、前記検出領域は、前記散乱光発生領域から発生する散乱光が、５０％以下に減衰している領域に選ばれていることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、異なる位置から被測定物に対してＸ線ビームを照射する複数のＸ線照射手段を含み、
前記位置決め手段は、各Ｘ線照射手段によって照射される被測定物上の少なくとも１つ以上の検出領域が、互いに各散乱光発生領域を避ける位置に、被測定物を移動させて位置決めすることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記位置決め手段は、
仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、
Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動させて、位置決めすることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記位置決め手段は、
仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、
Ｘ軸およびＹ軸に垂直なＺ軸まわりに回動させて、位置決めすることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、前記位置決め手段は、
仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、
Ｘ軸およびＹ軸に垂直なＺ軸方向に移動させて、位置決めすることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記位置決め手段は、
仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、
Ｘ軸方向およびＹ軸方向に傾動させて、位置決めすることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記Ｘ線照射手段は、Ｘ線ビームの、被測定物の測定平面に対する視射角がほぼ臨界角または臨界角未満に選ばれていることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、Ｘ線照射手段がＸ線ビームをほぼ水平方向から被測定物に照射し
検出手段がＸ線ビームを照射された被測定物から発生する蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線分析方法であって、
予め位置決め手段が、前記検出手段による検出領域が、被測定物の外周面にＸ線ビームが入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域を避ける位置に、被測定物を移動させて位置決めすることを特徴とする蛍光Ｘ線分析方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、Ｘ線照射手段は、Ｘ線ビームをほぼ水平方向から被測定物に照射する。これによって被測定物に含まれる金属不純物原子が励起し、蛍光Ｘ線が発生する。この蛍光Ｘ線を、検出手段が検出する。蛍光Ｘ線は、金属元素固有のエネルギーを持っているので、そのエネルギーから定性分析が、そのエネルギーのＸ線強度（光子の数）から定量分析が可能になる。
【００２４】
また位置決め手段によって、蛍光Ｘ線検出領域が、Ｘ線ビームによる散乱光発生領域を避ける位置になるように、被測定物を移動させて位置決めするので、蛍光Ｘ線検出手段への散乱光の入射量を低減できる。特に被測定物の外周面にＸ線ビームが入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域と検出領域とが近接する、被測定物の表面外周付近の蛍光Ｘ線を測定する場合にこの効果は顕著に現れる。これによって特に被測定物の表面外周付近においても、高感度な測定を行うことができる。
【００２５】
また本発明によれば、検出領域は、散乱光発生領域から発生する散乱光が、５０％以下に減衰している領域に選ばれていることが好ましい。これによって散乱光の影響を抑え、高感度な測定を行うことができる。
【００２６】
また本発明によれば、異なる位置から被測定物に対してＸ線ビームを照射する複数のＸ線照射手段を含むので、たとえばＸ線エネルギーが異なる複数の励起Ｘ線を選択的に照射し、少なくとも１つ以上の検出手段を選択的に使用することによって、測定内容の自由度が高くなり、微量元素の検出能を向上することができる。
【００２７】
また位置決め手段によって、各Ｘ線照射手段によって照射される被測定物上の各検出領域が、互いに各散乱光発生領域を避ける位置に、被測定物を移動させて位置決めするので、蛍光Ｘ線検出手段への散乱光の入射量が低減できる。特に散乱光発生領域と検出領域とが近接する、被測定物の表面外周付近の蛍光Ｘ線を測定する場合にこの効果は顕著に現れる。これによって特に被測定物の表面外周付近においても、高感度な測定を行うことができる。
【００２８】
また本発明によれば、位置決め手段は、仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動させて、位置決めするので、ＸＹ平面の単純な動作のみによって、上述のような位置決めを容易に行うことができる。
【００２９】
また本発明によれば、ＸＹ平面に垂直なＺ軸まわりに回動させて、位置決めするので、Ｚ軸まわりの単純な動作のみによって、上述のような位置決めを容易に行うことができる。
【００３０】
また本発明によれば、Ｘ軸およびＹ軸に垂直なＺ軸方向に移動させて、被測定物にＸ線ビームが入射する視射角の決定を容易に行うことができる。
【００３１】
また本発明によれば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に傾動させて、被測定物にＸ線ビームが入射する視射角の決定を容易に行うことができる。
【００３２】
また本発明によれば、Ｘ線ビームの、被測定物の測定平面に対する視射角がほぼ臨界角または臨界角未満に選ばれているので、Ｘ線ビームが屈折して被測定物内部に侵入することがなくなり、Ｘ線ビームの進行方向に全反射され、２次Ｘ線が減少するので、被測定物の真上に近接して検出手段を配置ことができる。これによって著しく高感度な測定が可能になる。
【００３３】
また本発明によれば、Ｘ線照射手段は、Ｘ線ビームをほぼ水平方向から被測定物に照射する。これによって被測定物に含まれる金属不純物原子が励起し、蛍光Ｘ線が発生する。この蛍光Ｘ線を、検出手段が検出する。蛍光Ｘ線は、金属元素固有のエネルギーを持っているので、そのエネルギーから定性分析が、そのエネルギーのＸ線強度（光子の数）から定量分析が可能になる。
【００３４】
また位置決め手段によって、蛍光Ｘ線検出領域が、Ｘ線ビームによる散乱光発生領域を避ける位置になるように、被測定物を移動させて位置決めするので、蛍光Ｘ線検出手段への散乱光の入射量を低減できる。特に被測定物の外周面にＸ線ビームが入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域と検出領域とが近接する、被測定物の表面外周付近の蛍光Ｘ線を測定する場合にこの効果は顕著に現れる。これによって特に被測定物の表面外周付近においても、高感度な測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１は本発明の蛍光Ｘ線分析装置１の構成を示す平面図、図２は本発明の蛍光Ｘ線分析装置１の構成を示す側面図である。蛍光Ｘ線分析装置１は、被測定物であるウェーハ６にＸ線ビームを照射するＸ線ビーム照射手段２と、照射によって発生した蛍光Ｘ線を検出する検出手段３と、検出結果を処理する信号処理部（不図示）と、ウェーハ６を移動させて位置決めする位置決め手段４とを含む。
【００３６】
Ｘ線ビーム照射手段２は、Ｘ線ビーム７をウェーハ６に照射する。これによってウェーハ６に含まれる金属不純物原子が励起し、蛍光Ｘ線が発生する。この蛍光Ｘ線を、検出手段３が検出する。蛍光Ｘ線は、金属元素固有のエネルギーを持っているので、そのエネルギーから定性分析が、そのエネルギーのＸ線強度（光子の数）から定量分析が可能になる。
【００３７】
Ｘ線ビーム照射手段２は、Ｘ線ビーム源１５と波長選択部１６とを含む。
Ｘ線ビーム源１５は、真空中で加速した熱電子をターゲットの金属に衝突させることによってＸ線を発生させる。Ｘ線ビーム源１５は、電子を発生させるフィラメント（陰極）と、Ｘ線を発生させるターゲットを取り付けた陽極（対陰極、アノード）からなる２極真空管であり、これらをガラスやセラミック製の容器内で高真空に密封し、Ｘ線をよく透過するベリリウムの薄膜を張ったＸ線の取出し口（窓）を設けた構造であることが好ましい。
【００３８】
波長選択部１６は、Ｘ線ビーム源１５から発生するＸ線ビーム７を、分光または平行化することによって単一の特性のＸ線ビームを分離するための、分光結晶やスリットなどからなる。
【００３９】
Ｘ線ビーム源１５の対陰極材料、波長選択部１６の分光結晶の種類や向きなどを選択することによって、所望のＸ線エネルギーを持つ単色のＸ線ビーム７を発生することができ、測定内容に応じて、使用する特性Ｘ線を測定前に設定することが可能になる。
【００４０】
Ｘ線ビーム照射手段２は、ウェーハ６の測定平面に対するＸ線ビーム７の視射角がほぼ臨界角または臨界角未満に選ばれるように、Ｘ線ビーム７をウェーハ６に照射することが好ましい。
【００４１】
ここで、臨界角について説明する。図３は、臨界角θｃを説明する斜視図、図４は臨界角θｃを説明する側面図である。臨界角θｃとは、屈折率が大きいところから小さいところに光が入り全反射が起きる最も小さな視射角のことである。臨界角θｃは、入射元の物質の屈折率ｎ１および入射先の物質の屈折率ｎ２を用いて下記式（１）のように表される。
θｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１） …（１）
【００４２】
この式からもわかるように、ｎ１＜ｎ２のとき、全反射は起こらないので臨界角θｃをもたない。
【００４３】
ここでいう「ほぼ臨界角」とは、上記のθｃ程度の角で、θｃ以上θｃ＋０．１°以下の角度をいう。「臨界角未満」とは、θｃよりも小さく、０°以上の角度をいう。視射角がほぼ臨界角よりも大きいと、入射Ｘ線の大半は、ウェーハ６表面で反射せずにウェーハ６内部に侵入し、ウェーハ６を構成する原子と相互作用して弾性散乱、非弾性散乱、蛍光Ｘ線などの形でさまざまな方向に２次Ｘ線を放射する。視射角がほぼ臨界角または臨界角未満であれば、入射Ｘ線が屈折してウェーハ６内部に侵入することがなくなり、入射Ｘ線の進行方向に全反射され、２次Ｘ線が減少するので、ウェーハ６の真上に近接して検出手段３を配置することができる。これによって著しく高感度な測定が可能になる。
【００４４】
検出手段３は、被測定物であるウェーハ６の真上で、かつＸ線ビーム７の照射領域上に設けられる。検出手段３には、Ｘ線ビーム７が照射されてウェーハ６から発生した蛍光Ｘ線が入射する。検出手段３には、シリコン（Ｓｉ）検出器やゲルマニウム（Ｇｅ）検出器が用いられる。
【００４５】
特にウェーハ６表面の外周付近の金属汚染を測定する場合、入射Ｘ線が照射されるウェーハ６側面（以下「散乱光発生領域１０」という）において発生する散乱光が検出手段３の検出領域８に入射してしまうと、ノイズが発生し、高感度な測定を行うことができないので、位置決め手段４によって、散乱光が検出領域８に入射しないように、ウェーハ６を移動させて位置決めをする。ここで測定点（検出領域８の中心）から散乱光発生領域１０までの平均距離をｔ、ウェーハ６の半径をｒとする。後述するが、ｒが一定である場合、ｔを制御することによって、位置決めを行うことができる。
【００４６】
図５は、散乱光発生領域１０を説明する概略図である。ウェーハ６の表面に、ほぼ臨界角または臨界角未満の視射角で入射された入射Ｘ線は、入射Ｘ線が屈折してウェーハ６内部に侵入することがなくなり、入射Ｘ線の進行方向に反射光として全反射され、２次Ｘ線は非常に少なくなる。しかし、入射Ｘ線のうち、ウェーハ６の側面に入射したＸ線は、屈折してウェーハ６内部に侵入して反射されたり、側面表面で反射されたりして、散乱光となる。散乱光の一部が検出手段３の検出領域８に入射することがある。
【００４７】
そこで位置決め手段４によって、蛍光Ｘ線検出領域８が、Ｘ線ビーム７による散乱光発生領域１０を避ける位置になるように、ウェーハ６を移動させて位置決めをするので、検出手段３への散乱光の入射量を低減できる。特に散乱光発生領域１０と検出領域８とが近接する、ウェーハ６の表面外周付近の蛍光Ｘ線を測定する場合にこの効果は顕著に現れる。これによって特にウェーハ６の表面外周付近においても、高感度な測定を行うことができる。
【００４８】
さらに検出領域８は、散乱光発生領域１０から発生する散乱光が、５０％以下に減衰している領域に選ばれていることが好ましい。これによって散乱光の影響を抑え、高感度な測定を行うことができる。
【００４９】
図６（ａ）は、散乱光発生領域１０からの距離と、散乱光強度との関係を示すグラフである。横軸に散乱光発生領域１０からの距離、縦軸に散乱光強度を示す。散乱光発生領域１０から遠ざかるほど、散乱光強度は小さくなる。蛍光Ｘ線分析装置１によって、ウェーハ６の表面外周付近の測定を行う場合、検出領域８が、散乱光発生領域１０を含む散乱光強度が強い箇所に重ならなければ、検出領域８には散乱光が入射しないので、散乱光発生領域１０の影響を受けない。つまり測定点から散乱光発生領域１０までの距離が大きいことが好ましい。測定点(検出領域８の中心)から散乱光発生領域１０までの平均距離ｔを測定に応じて設定して、位置決め手段４によってウェーハ６を移動させて位置を決定することによって、精度の高い測定を行うことができる。
【００５０】
散乱光発生領域１０からの距離と、散乱光強度とについて実際に測定した実測値の一例を説明する。図６（ｂ）は、散乱光発生領域１０からの距離と、散乱光強度との関係を示すグラフである。横軸に散乱光発生領域１０からの距離、縦軸に散乱光強度を示す。ここでは、ｒが３００ｍｍ、厚みが０．８ｍｍのシリコンウェーハについて、散乱光発生領域１０において発生する散乱光強度を、実測強度からサンプル中心で発生する散乱光強度を差し引くようにして求め、ｔを変化させながら測定している。
【００５１】
ｔが１０ｍｍ以上になると、散乱光発生領域１０からの散乱光強度はほぼ０ｃｐｓとなり、蛍光Ｘ線分析中の散乱光発生領域１０からの散乱光による影響はほぼなくなる。ｔが０ｍｍのときの散乱光強度が１３０００ｃｐｓと最大であり、散乱光強度が最大値のほぼ半分の６５００ｃｐｓになれば、蛍光Ｘ線分析中の散乱光による影響は、蛍光Ｘ線分析に支障がない程度に低減され、高感度な測定を行うことができる。散乱光強度が６５００ｃｐｓになるときのｔは、約５ｍｍである。
【００５２】
蛍光Ｘ線分析装置１は、異なる位置から被測定物に対してＸ線ビーム７を照射する複数のＸ線ビーム照射手段２を含んでもよい。たとえばＸ線エネルギーが異なる複数の励起Ｘ線を選択的に照射し、少なくとも１つ以上の検出手段３を選択的に使用することによって、測定内容の自由度が高くなり、微量元素の検出能を向上できる。
【００５３】
異なる位置から被測定物に対してＸ線ビーム７を照射する複数のＸ線ビーム照射手段２を含む場合、位置決め手段４によって、各Ｘ線ビーム照射手段２によって照射されるウェーハ６上の各検出領域８が、互いに各散乱光発生領域１０を避ける位置に、ウェーハ６を移動させて位置決めするので、検出手段３への散乱光の入射量を低減できる。特に散乱光発生領域１０と検出領域８とが近接する、ウェーハ６の表面外周付近の蛍光Ｘ線を測定する場合にこの効果は顕著に現れる。これによって特にウェーハ６の表面外周付近においても、高感度な測定を行うことができる。
【００５４】
図７は、位置決め手段４の構成を示す斜視図である。位置決め手段４は、被測定物であるウェーハ６が載置され、検出手段３による検出領域８が、ウェーハ６の外周面にＸ線ビーム７が入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域１０を避ける位置に、ウェーハ６を移動させて位置決めする。
【００５５】
位置決め手段４は、基台２１と載置テーブル２２と制御部２３とモータとを含む。基台２１の、水平な上面に載置テーブル２２が設けられており、蛍光Ｘ線測定時には、載置テーブル２２に、ウェーハ６が載置され、Ｘ軸モータ２５と、Ｙ軸モータ２６と、Ｚ軸モータ２７とによってウェーハ６を移動させ位置決めを行う。
【００５６】
制御部２３は、Ｘ軸モータ２５、Ｙ軸モータ２６およびＺ軸モータ２７の動作を制御する。制御部２３は、ユーザーの入力などに応じて該当モータに制御信号を送信し、動作制御を行う。制御部２３は中央処理装置（ＣＰＵ、Central Processing Unit）を備えるマイクロコンピュータ、またはマイクロプロセッサなどによって実現される処理回路を含む。
【００５７】
具体的には、Ｘ軸モータ２５、Ｙ軸モータ２６およびＺ軸モータ２７の各出力軸の回転が、たとえば、ラックおよびピニオンなどを含む駆動機構によってＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の直線運動にそれぞれ変換されて、制御部２３からの制御信号に応答して、載置テーブル２２が基台２１に対して移動する。このようにして、検出手段３による検出領域８が、Ｘ線ビーム７による散乱光発生領域１０を避ける位置に、載置テーブル上のウェーハ６を移動させることができるように構成されている。
【００５８】
Ｘ軸モータ２５、Ｙ軸モータ２６およびＺ軸モータ２７は、たとえばサーボモータまたはステッピングモータなどによって実現される。
Ｘ軸モータ２５は、載置テーブル２２をＸ軸方向（矢符Ａｘ方向）に移動させる。
【００５９】
Ｙ軸モータ２６は、載置テーブル２２をＹ軸方向（矢符Ａｙ方向）に移動させる。
Ｚ軸モータ２７は、載置テーブル２２をＺ軸方向（矢符Ａｚ方向）に移動させる。
【００６０】
載置テーブル２２をＸ軸まわり（矢符Ｂｘ方向）またはＹ軸まわり（矢符Ｂｙ方向）に傾動させ、Ｚ軸まわり（矢符Ｄｚ方向）に回転させる動作に関しても同様に、モータおよび駆動機構により実現される。ここでＢｘ、Ｂｙに関してはＸ線ビーム７の入射方向が傾動軸と直交方向にない場合、代わりにＸ線ビーム７の入射方向に直交する傾動軸を持つようなモータおよび駆動機構が制御されることが望ましい。このような単純な動作のみによって、上述のような位置決めを容易に行うことができる。
【００６１】
図８は、本発明の蛍光Ｘ線分析方法を説明するフローチャートである。
ステップＳ１では、検出領域８に、ウェーハ６の外周面にＸ線ビーム７が入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域１０が重なるか否かを判断している。検出領域８に散乱光発生領域１０が重なっていない場合（ＮＯ）、ステップＳ４で測定を行う。検出領域８に散乱光発生領域１０が重なっている場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。検出領域８に散乱光発生領域１０が重なっていない場合（ＮＯ）とは、検出領域８と散乱光発生領域１０とが、図１に示すような位置関係にある場合をいう。
【００６２】
ステップＳ２では、位置決め手段４（Ｘ、Ｙ軸方向の移動、Ｚ軸まわりの回転）によって位置決めを行う。Ｘ軸モータ２５は、載置テーブル２２をＸ軸方向（矢符Ａｘ方向）に移動させ、Ｙ軸モータ２６は、載置テーブル２２をＹ軸方向（矢符Ａｙ方向）に移動させる。またＺ軸モータ２７は、載置テーブル２２をＺ軸まわり（矢符Ｄｚ方向）に回転させる。
【００６３】
図９〜図１２は、ステップＳ２で行う位置決め方法を説明する概略図である。
位置決め手段４上に載置された円形状のウェーハ６の中心座標を、（０，０）、測定点の座標を（ｘ，ｙ）とする。Ｘ線７がＸ軸正方向から負方向へ、（ｘ，ｙ）を通って入射するものとする。検出器３による検出領域８は、測定点（ｘ，ｙ）を中心とする円形状である。
【００６４】
このように、ウェーハ６の表面外周付近の測定を行う場合、検出領域８の中心座標も（ｘ，ｙ）であり、検出領域８に、散乱光発生領域１０が重なってしまう場合がある。そこで位置決め手段４によって位置決めを行う。Ｘ線ビーム照射手段２および検出器３の位置を変えずに、位置決め手段４によって、ウェーハ６を移動させて位置決めを行う。
【００６５】
まず、ウェーハ６を中心座標（０，０）まわりに、ある一定の角度回転させる。この回転角度を以下θという。回転によって、測定点の座標は、（ｘｃｏｓθ−ｙｓｉｎθ，ｘｓｉｎθ＋ｙｃｏｓθ）に移動する（図９および図１０参照）。
【００６６】
次に、検出器３の検出領域８の中心座標（ｘ，ｙ）と、測定点とが重なるように、Ｘ−Ｙ平面上でウェーハ６を移動させる。測定点座標を（ｘｃｏｓθ−ｙｓｉｎθ，ｘｓｉｎθ＋ｙｃｏｓθ）から（ｘ，ｘｓｉｎθ＋ｙｃｏｓθ）まで移動させる。つまりＸ軸方向へ（ｘ−ｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθ）だけ移動したことになる。
【００６７】
次に、測定点座標を（ｘ，ｘｓｉｎθ＋ｙｃｏｓθ）から（ｘ，ｙ）まで移動させる。つまりＹ軸方向へ（ｙ−ｘｓｉｎθ−ｙｃｏｓθ）だけ移動したことになる。
【００６８】
このようにウェーハ６を移動させると、測定点座標と検出領域８の中心座標とが再び重なり、所望の位置の測定をすることができる。しかも散乱光発生領域１０と検出領域８とは重なっていないので、精度よく測定することができる。
【００６９】
ここで、回転角度θについて説明する。
蛍光Ｘ線を測定する際、検出領域８は、ウェーハ６の外周面にＸ線ビーム７が入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域１０から離れるほど、散乱光の影響を受けないので精度が向上することについては、上述したとおりである。回転角度θは、回転後の測定点（検出領域８の中心）から回転前の測定点までの距離ｔによって、下記式（２−１）で表すことができる。
【００７０】
【数１】
【００７１】
よってｔを決定することによって、θが決定する。
測定点がウェーハ６の表面外周付近にある場合は、回転前の測定点と散乱光発生領域１０の中心とが一致するので、ウェーハ６の半径ｒを用いて下記式（２−２）で表すことができる。
θ＝ｓｉｎ−１（ｔ／２ｒ） …(2-2)
【００７２】
ステップＳ３では、位置決め手段４（Ｚ軸方向の移動、Ｘ，Ｙ軸まわりの傾動）によってウェーハ６にＸ線ビーム７が入射する視射角の調整を行う。Ｘ軸モータ２５は、載置テーブル２２をＸ軸方向（矢符Ｂｘ方向）に傾動させ、Ｙ軸モータ２６は、載置テーブル２２をＹ軸方向（矢符Ｂｙ方向）に傾動させる。またＺ軸モータ２７は、載置テーブル２２をＺ軸方向（矢符Ａｚ方向）に移動させる。
【００７３】
Ｙ軸方向（矢符Ｂｙ方向）の傾動によって、Ｘ線ビーム７のウェーハ６に対する視射角を調整することができる。Ｘ線ビーム７がＸ軸と平行でない場合においてはＸ軸方向（矢符Ｂｘ方向）の傾動も用いることによって視射角を調整することができる。
【００７４】
またＺ軸方向（矢符Ａｚ方向）の移動によって、ウェーハ６の厚みを考慮してウェーハ６に対して適切にＸ線ビーム７を照射することができる。
【００７５】
蛍光Ｘ線分析装置１を用いたウェーハ６の表面金属不純物に関する分析には、膜の組成分析、膜厚測定、表面金属不純物測定などがある。
【００７６】
〔組成分析〕
単層膜の組成を測定する方法について説明する。励起Ｘ線を高い入射角で照射する場合、単層膜の各元素の蛍光Ｘ線強度は下記式（３）で表される。ここで、Ｉｚは元素Ｚの蛍光Ｘ線強度、ｋｚは元素Ｚの装置感度係数、Ｃｚは元素Ｚの含有率（質量比）、ρは膜の密度、ｗは膜の厚さであり、単層膜が充分に薄い膜であるとして、膜による励起Ｘ線の吸収および蛍光Ｘ線の吸収は無視した計算式となっている。
Ｉz＝ｋｚ・Ｃｚ・ρ・ｗ …（３）
【００７７】
このとき単層膜が充分に薄い膜である場合、膜による励起Ｘ線の吸収および蛍光Ｘ線の吸収は無視できる。組成分析だけを目的とする場合には、他の任意の元素ＺＯとの相対比較によって、下記式（４）のようにパラメータを減らすことができる。
Ｉｚ／Ｉｚｏ＝（ｋｚ・Ｃｚ）／（ｋｚｏ・Ｃｚｏ） …（４）
【００７８】
ここで、組成Ｃｚが全ての元素について既知である参照試料を用意し、全ての元素の蛍光Ｘ線強度Ｉｚを測定すれば、相対的な装置感度係数を下記式（５）のように求められる。ここで、Ｉｚ，Ｒは参照試料中の元素Ｚの蛍光Ｘ線強度、Ｃｚ，Ｒは参照試料中の元素Ｚの含有率（質量比）である。
ｋｚ／ｋｚｏ＝（Ｉｚ，Ｒ・Ｃｚo，Ｒ）／（Ｉｚｏ，Ｒ・Ｃｚ，Ｒ） …（５）
【００７９】
こうして装置感度係数を求めておけば、未知試料についても蛍光Ｘ線強度を測定することによって、組成Ｃｚは下記の連立方程式（６）（７）を解くことによって求められる。
Ｃｚｏ／Ｃｚ＝（ｋｚ・Ｉｚｏ）／（ｋｚｏ・Ｉｚ） …（６）
ΣＣｚ＝１（元素Ｚに関する総和＝１） …（７）
【００８０】
次に斜入射法を用いた場合には一般的に下記式（８）（９）が成立する。ここで、ｄｚ、ｄｚｏは元素Ｚ、ＺＯに対応する励起Ｘ線の実効消衰長さである。
Ｉｚ＝ｋｚ・Ｃｚ・ρ・ｄｚ …（８）
Ｉｚｏ＝ｋｚｏ・Ｃｚｏ・ρ・ｄｚｏ …（９）
【００８１】
ｄｚ、ｄｚｏは膜による励起Ｘ線の吸収によって決定される。なお、膜による蛍光Ｘ線の吸収は無視している。上述した高角度入射法の式（４）と同様に元素Ｚ、ＺＯの蛍光Ｘ線強度比は下記式（１０）のように求められる。
Ｉｚ／Ｉｚｏ＝（ｋｚ・Ｃｚ・ｄｚ）／（ｋｚｏ・Ｃｚｏ・ｄｚｏ） …（10）
【００８２】
そこで、ｄｚ／ｄｚｏの要素だけが高角度入射法と相違するが、励起Ｘ線を単色化することによって、ｄｚ／ｄｚｏ＝１となって式（４）と一致する。したがって、単色化された励起Ｘ線を使用すれば、斜入射法でも高角度入射法と同様な計算式を使用することができ、算出工程の簡素化が図られる。
【００８３】
〔膜厚測定〕
次に膜厚測定方法について説明する。
まず基板上に配線材料等の薄膜が形成された未知試料ｕおよび標準試料ｃを用意する。未知試料ｕは、薄膜の膜厚および密度が未知で、基板および薄膜の構成物質が既知であり、薄膜の膜厚がＸ線反射率法によって膜厚測定困難な範囲、たとえば１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲外のものである。標準試料ｃは、未知試料ｕと同種の物質で構成され、薄膜の膜厚がＸ線反射率法によって膜厚測定可能な範囲、たとえば１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内のものである。
【００８４】
次にＸ線反射率法を用いて、標準試料ｃの膜厚Ｔｃ、薄膜の密度ρｃをそれぞれ測定する。その手順として、標準試料ｃを試料テーブルにセットした後、単色のＸ線ビームを標準試料ｃに入射しながら、試料テーブルを水平位置から徐々に傾斜させて、検出器の出力からＸ線入射角度の変化に対する標準試料ｃのＸ線反射率曲線を計測する。得られたＸ線反射率曲線の干渉周期から膜厚Ｔｃを、該曲線の全反射臨界角度から薄膜の密度ρｃをそれぞれ測定する。
【００８５】
次に蛍光Ｘ線法を用いて、標準試料ｃの蛍光Ｘ線強度Ｆｃを測定する。その手順として、単色のＸ線ビームを試料テーブルにセットされた標準試料ｃに所定の入射角度、たとえば全反射角度で入射して、標準試料ｃから発生する蛍光Ｘ線の強度Ｆｃを検出手段で測定する。なお、Ｘ線入射角度は全反射角度より大きな角度を選び、試料間で測定条件の統一を図る。
【００８６】
蛍光Ｘ線法は、蛍光Ｘ線強度Ｆが、下記式（１１）のように、密度ρと膜厚Ｔの積に比例することを利用するものである。
Ｆ＝α・ρ・Ｔ …（11）
【００８７】
比例係数である感度係数α同種の物質であれば一致し、上記の数値Ｔｃ、ρｃ、Ｆｃを式（１１）に代入することによって決定でき、算出式は次式（１２）となる。
α＝eｃ／（ρｃ・Ｔｃ） …（12）
【００８８】
次にＸ線反射率法を用いて、未知試料ｕの薄膜の密度ρｕを測定する。その手順として、未知試料ｕを試料テーブルにセットした後、単色のＸ線ビームを未知試料ｕに入射しながら、試料テーブルを水平位置から徐々に傾斜させて、検出手段の出力からＸ線入射角度の変化に対する未知試料ｕのＸ線反射率曲線を計測する。得られたＸ線反射率曲線のうち急峻に変化する位置を全反射臨界角度θｒとして特定し、下記式（１３）を用いて全反射臨界角度θｒから薄膜の密度ρｕを測定する。ここで、密度ρの単位はｋｇ／ｍ３、全反射臨界角度θｒはミリラジアン（ｍｒａｄ）、波長λはｎｍである。
ρ＝３．８×（θｒ／λ）２ …（13）
【００８９】
次に蛍光Ｘ線法を用いて、未知試料ｕの蛍光Ｘ線強度Ｆｕを測定する。その手順として、標準試料ｃの測定条件と一致するように、Ｘ線ビームの入射角度や波長などを調整した後、未知試料ｕから発生する蛍光Ｘ線の強度Ｆｕを検出手段で測定する。
【００９０】
次に上記測定によって得られた感度係数瘁Ａ薄膜の密度ρｕおよび蛍光Ｘ線強度Ｆｕを次式（１４）に代入して、未知試料ｕの膜厚Ｔｕを算出する。
Ｔｕ＝Ｆｕ／（α・ρｕ） …（14）
【００９１】
このようにＸ線反射率法の測定範囲外にある膜厚を持つ試料に関しても、蛍光Ｘ線法との組合せによって高精度の膜厚測定が可能になる。
〔金属不純物測定〕
元素Ｚの装置感度係数をｋｚ、元素Ｚの蛍光Ｘ線強度をＩｚとおくと、金属不純物Ｘは一般的に下記式（１５）にて表される。
Ｘ＝ｋｚ×Ｉｚ …（15）
通常、Ｘの単位としてはａｔｏｍｓ／ｃｍ２が用いられる。
また、ｋｚに関して、ある元素Ｙにおける装置感度係数をｋＹとおき、Ｙに対するＺの相対感度係数をＬｚとおくと、ｋｚ＝ｋＹ×Ｌｚとすることができる。Ｌｚに関してはある条件下においては理論的に計算できるので感度係数の設定が簡便になる。
金属不純物がサンプル表面のみでなく分布を持っている場合、不純物濃度が高い場合等において、式は複雑になり、相対感度係数の適用も難しくなる。
【００９２】
以上の実施形態では、被測定物としてウェーハを用いて説明したが、被測定物はこれに限るものではなくその他の物体、たとえば蛍光Ｘ線分析を必要とするフィルム、シートまたは基板などの物体に対しても好適に実施することができる。
【００９３】
また、散乱光発生領域として、ウェーハの側面付近を例に説明したが、散乱光発生領域はこれに限るものではなくその他の領域、たとえば被測定物の表面の凹凸部付近の領域なども挙げられる。たとえば測定表面が段差を有し、かつＸ線ビームが段差および段差から離れた測定領域に広範囲に照射される場合や、段差の側面に入射したＸ線が散乱光となるような場合などに、段差の位置と測定位置、Ｘ線ビームとの関係を最適化することにより段差側面からの散乱光を減少させて測定することができ、好適に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の蛍光Ｘ線分析装置１の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の蛍光Ｘ線分析装置１の構成を示す側面図である。
【図３】臨界角θｃを説明する斜視図である。
【図４】臨界角θｃを説明する側面図である。
【図５】散乱光発生領域１０を説明する概略図である。
【図６】散乱光発生領域１０からの距離と、散乱光強度との関係を示すグラフである。
【図７】位置決め手段４の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の蛍光Ｘ線分析方法を説明するフローチャートである。
【図９】ステップＳ２で行う位置決め方法を説明する概略図である。
【図１０】ステップＳ２で行う位置決め方法を説明する概略図である。
【図１１】ステップＳ２で行う位置決め方法を説明する概略図である。
【図１２】ステップＳ２で行う位置決め方法を説明する概略図である。
【図１３】従来の蛍光Ｘ線分析装置１０１の構成を示す平面図である。
【図１４】従来の蛍光Ｘ線分析装置１０１の構成を示す側面図である。
【図１５】ウェーハ１０６の外周面にＸ線ビーム１０７が入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域１１０からの距離と、散乱光強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９５】
１ 蛍光Ｘ線分析装置
２ Ｘ線ビーム照射手段
３ 検出手段
４ 位置決め手段
６ ウェーハ
７ Ｘ線ビーム
８ 検出領域
１０ 散乱光発生領域
１５ Ｘ線ビーム源
１６ 波長選択部
２１ 基台
２２ 載置テーブル
２３ 制御部
２５ Ｘ軸モータ
２６ Ｙ軸モータ
２７ Ｚ軸モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線ビームをほぼ水平方向から被測定物に照射するＸ線照射手段と、
Ｘ線ビームを照射された被測定物から発生する蛍光Ｘ線を検出する検出手段と、
被測定物が載置され、前記検出手段による検出領域が、被測定物の外周面にＸ線ビームが入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域を避ける位置に、被測定物を移動させて位置決めする位置決め手段とを含むことを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項２】
前記検出領域は、前記散乱光発生領域から発生する散乱光が、５０％以下に減衰している領域に選ばれていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項３】
異なる位置から被測定物に対してＸ線ビームを照射する複数のＸ線照射手段を含み、
前記位置決め手段は、各Ｘ線照射手段によって照射される被測定物上の少なくとも１つ以上の検出領域が、互いに各散乱光発生領域を避ける位置に、被測定物を移動させて位置決めすることを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項４】
前記位置決め手段は、
仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、
Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動させて、位置決めすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項５】
前記位置決め手段は、
仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、
Ｘ軸およびＹ軸に垂直なＺ軸まわりに回動させて、位置決めすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項６】
前記位置決め手段は、
仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、
Ｘ軸およびＹ軸に垂直なＺ軸方向に移動させて、位置決めすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項７】
前記位置決め手段は、
仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、
Ｘ軸方向およびＹ軸方向に傾動させて、位置決めすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項８】
前記Ｘ線照射手段は、Ｘ線ビームの、被測定物の測定平面に対する視射角がほぼ臨界角または臨界角未満に選ばれていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項９】
Ｘ線照射手段がＸ線ビームをほぼ水平方向から被測定物に照射し
検出手段がＸ線ビームを照射された被測定物から発生する蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線分析方法であって、
予め位置決め手段が、前記検出手段による検出領域が、被測定物の外周面にＸ線ビームが入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域を避ける位置に、被測定物を移動させて位置決めすることを特徴とする蛍光Ｘ線分析方法。
【請求項１】
Ｘ線ビームをほぼ水平方向から被測定物に照射するＸ線照射手段と、
Ｘ線ビームを照射された被測定物から発生する蛍光Ｘ線を検出する検出手段と、
被測定物が載置され、前記検出手段による検出領域が、被測定物の外周面にＸ線ビームが入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域を避ける位置に、被測定物を移動させて位置決めする位置決め手段とを含むことを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項２】
前記検出領域は、前記散乱光発生領域から発生する散乱光が、５０％以下に減衰している領域に選ばれていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項３】
異なる位置から被測定物に対してＸ線ビームを照射する複数のＸ線照射手段を含み、
前記位置決め手段は、各Ｘ線照射手段によって照射される被測定物上の少なくとも１つ以上の検出領域が、互いに各散乱光発生領域を避ける位置に、被測定物を移動させて位置決めすることを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項４】
前記位置決め手段は、
仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、
Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動させて、位置決めすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項５】
前記位置決め手段は、
仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、
Ｘ軸およびＹ軸に垂直なＺ軸まわりに回動させて、位置決めすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項６】
前記位置決め手段は、
仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、
Ｘ軸およびＹ軸に垂直なＺ軸方向に移動させて、位置決めすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項７】
前記位置決め手段は、
仮想Ｘ−Ｙ平面上に載置されている被測定物を、
Ｘ軸方向およびＹ軸方向に傾動させて、位置決めすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項８】
前記Ｘ線照射手段は、Ｘ線ビームの、被測定物の測定平面に対する視射角がほぼ臨界角または臨界角未満に選ばれていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項９】
Ｘ線照射手段がＸ線ビームをほぼ水平方向から被測定物に照射し
検出手段がＸ線ビームを照射された被測定物から発生する蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線分析方法であって、
予め位置決め手段が、前記検出手段による検出領域が、被測定物の外周面にＸ線ビームが入射されて散乱光が発生する散乱光発生領域を避ける位置に、被測定物を移動させて位置決めすることを特徴とする蛍光Ｘ線分析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−７５０１８（Ｐ２００９−７５０１８Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４６１０３（Ｐ２００７−２４６１０３）
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（５９００００２１５）株式会社テクノス (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（５９００００２１５）株式会社テクノス (3)
【Ｆターム（参考）】
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