JP2007255932A - Ｘ線装置の試料位置調整方法及びｘ線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微細Ｘ線ビームを試料に照射するＸ線装置において、ＸＹＺφステージ上の試料位置を正確な位置に調整する。
【解決手段】Ｘ線ビーム２’をＸＺ面に入射し、Ｘ軸を移動して回折Ｘ線２ａ強度が急変するＸ座標Ｘ１、Ｘ２を基準として試料１面内の位置を決定する。また、Ｚ軸廻りに１８０度φ回転をした前後に読み取られる座標Ｘの値Ｘ' _ob、Ｘ_obの差ΔＸを求め、ΔＺ＝ΔＸ・ｔａｎθ／２（θは入射角）としてＺ軸をΔＺ補正する。ＸＹ面と試料表面１ａがずれていると、Ｚ軸廻りの回転によりＸ線ビームの位置がＸ軸に対してずれる。このずれは回転前後に読み取られる座標の差ΔＸとして観測されるので、このずれを補正することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、試料面の分析すべき位置にＸ線ビームを入射して、Ｘ線ビームの入射位置の試料を分析するＸ線装置の試料位置調整方法及びかかる試料位置調整手段方を備えたＸ線装置に関する。

結晶性試料の表面にＸ線ビームを入射し、Ｘ線ビームに照射された部分の試料を分析するＸ線装置が広く用いられている。このような分析装置として、例えば、結晶性試料からの回折Ｘ線を測定して測定部分の応力、結晶性等を分析するＸ線回折分析装置、試料からの蛍光Ｘ線を観測して材質を分析するＸ線蛍光分析装置、あるいは試料に流れる電流を測定してオージェ効果を分析するオージェ分光装置がある。

かかるＸ線装置では、測定位置と測定結果とを確実に対比するために、Ｘ線ビームを試料面の測定すべき位置に正確に入射する必要がある。しかし、通常のＸ線装置では、試料はＸＹＺφステージに搭載されるため、試料の位置調整は少なくともＸＹＺの３軸についてなさなければならない。この調整は、Ｚ方向の調整、即ち試料面の法線方向であるＺ軸方向の調整と、ＸＹ面内の調整、即ち、Ｘ線ビームが試料面内の測定位置に照射するように試料位置を調整するＸ軸及びＹ軸の調整とがある。以下、従来のＸ線装置の試料位置調整について説明する。

図７は、Ｘ線装置に用いられるＸＹＺφステージの斜視図である。図８は従来の試料のＺ方向位置の調整方法説明図であり、Ｘ線ビームと試料上面との位置関係をＸＺ断面で表している。以下、本明細書ではとくに記載がない限り、ＸＹＺφステージ７のＸＹＺ座標系に従って説明する。

図７を参照して、ＸＹＺφステージ７はＺ軸周りにφ回転するφ回転テーブル６、Ｚ軸方向に移動可能なＺテーブル５及びＸＹ面内で移動可能なＸＹテーブル４がこの順で積み重ねられている。さらに、ＸＹＺθステージ７全体は、Ｘ軸を回転軸としてχ回転するχ回転ステージ８ａ及びＹ軸を回転軸としてω回転するω回転ステージ８ｂから構成されたゴニオメータ８上に搭載されている。試料１はＸＹテーブル４上に、分析されるべき試料面となる試料上面１ａをＸＹ面に平行にして搭載される。

まず、試料上面１ａをＺ軸に沿って下方（Ｚの負方向）に降下し、Ｘ線ビーム２をＸ軸に平行に入射する。この設定は、通常、ω回転角が０度の位置で、Ｘ線源位置を調整することで機械的になされる。なお、このときχ回転角は試料上面１ａがＺ軸に垂直になるように、例えば０度に設定されている。この結果、図８（ａ）を参照して、Ｘ線ビーム２は、ＸＹ面に平行に配置された試料上面１ａの上方を試料上面１ａに平行に通過する。

次いで、Ｘ線ビーム２のＺ方向位置を調整する。

図８（ｂ）を参照して、ＸＹＺφステージ７のＺ軸方向に試料１を移動して、試料１がＸ線ビーム２を遮り、Ｘ線検出器３が検知するＸ線ビーム２の強度が移動前の強度の半分になる位置にＺ軸位置を固定する。このとき、試料１により一部遮蔽されたＸ線ビーム２の強度が最大となるようにω回転を調整し、試料上面１ａがＸ線ビーム２に平行になるように修正する。

次いで、再度、Ｚ軸方向に試料１を移動して、Ｘ線検出器３が検知するＸ線ビーム２の強度が移動前の強度の半分になる位置にＺ軸位置を固定する。この結果、Ｘ線ビーム２の中心線２ｂが試料上面に一致する。

次いで、試料１をＺ軸廻りに９０度φ回転し、Ｘ線検出器３が検知するＸ線ビーム２の強度が最大になるようにχ回転を調整する。その後、さらに試料１をＺ軸方向に移動して、Ｘ線ビーム２の強度が半分になる位置にＺ軸を固定する。

このＺ軸に関する一連の初期調整により、試料上面１ａは正確にＸＹ面に一致する。これにより、試料１位置のＺ軸調整が完了する。

Ｚ軸調整の終了後、さらにＸＹ面内位置調整を行う。このＸＹ面内位置調整は、試料上面１ａを例えば顕微鏡で観察し、ＸＹステージ４を用いて試料上面１ａをＸＹ面内で移動し、試料上面１ａのＸ線分析すべき部分をＺ軸に合わせることでなされる。あるいは、試料上面１ａ内に基準点を用意し、ＸＹ面内での基準点のＸＹ座標を光学的に読み取り、この基準点のＸＹ座標を基準として分析すべき部分の位置をＺ軸に合わせるようにＸＹステージ４を移動することでなされる。この調整により、Ｘ線ビーム２’は試料上面１ａの所望の分析すべき部分へ正確に入射される。

上述したＺ軸調整及びＸＹ面内調整は、試料１が単体のときは容易である。しかし、試料１が容器内に収容されている場合、例えば試料１が容器内に収容されているＩＣチップの場合は、容器のＸ線透過率が小さいこと及び試料面を光学的に観測することができないことから、Ｚ軸調整は以下に説明するように非常に難しくなる。

図８（ｃ）を参照して、Ｚ軸調整のとき、Ｘ線ビーム２の強度が半減するように試料１を収容する容器１０のＺ位置を調整すると、Ｘ線ビーム２は容器１０に遮られてしまい、容器１０上面がＸ線ビーム２の中心に一致し、容器１０内の試料上面１ａはその下方に設定されてしまう。これでは、試料上面１ａをＸＹ面に正確に一致させることができない。その結果、Ｘ線ビーム２’の試料上面１ａへの入射位置を正確に知ることができず、正確な分析位置を定めることができない。なお、分析時には、Ｘ線ビーム２’はブラッグ角θ_B で入射されるから、Ｘ線ビーム２’は容器１０の斜め上方から試料１に入射し斜め上方へ反射するため容器１０内の透過距離が短くＸ線の吸収は小さく、分析可能な強度のＸ線照射がなされる。

通常、試料１であるＩＣチップは容器１０内の設計位置に収容されるので、容器１０上面からこの設計位置までＺ軸を上昇させることで、試料上面１ａをＸＹ平面に一致させることができる。しかし、実際に容器１０内に収容された試料１は製造ばらつきのため設計位置からずれて収容されることも多く、この場合、図８（ｄ）を参照して、試料上面１ａはＸＹ平面と一致しない、即ち精密なＺ軸調整がなされない。

また、容器１０がかなりのＸ線透過率を有する場合は、Ｘ線ビーム２が半減するようにＺ軸調整をしても、容器１０上面をＸ線ビーム２の中心に一致させることはできない。

さらに、ＸＹ面内調整のとき、不透明容器１０を透視して試料上面１ａを観測することができないので、試料上面１ａに設けられた基準点のＸＹ座標を測定することができない。このため、試料上面１ａの分析すべき部分に斜め上方からのＸ線ビーム２’が入射するように試料１位置を調整することができない。

他方、試料上面１ａを光学的に観察できないＸ線回折装置において、試料上面１ａへのＸ線ビーム照射位置を制御する方法が考案されている。（例えば、特許文献１を参照。）。

この方法は、Ｘ線ビームをＸ軸に平行に試料表面に入射し、試料をＸ線ビームの垂直面内（ＹＺ面内）で移動し、試料表面から出射する回折Ｘ線強度が最大になる位置に試料位置を調整する。ついで、Ｘ線ビームをＹ軸に平行に試料表面に入射し、試料をＸ線ビームの垂直面内（ＸＺ面内）で移動し、試料表面から出射する回折Ｘ線強度が最大になる位置に試料位置を調整する。これにより、回折Ｘ線強度が最大になるようにＸ線ビームに対する試料位置を調整することができる。

しかし、この方法は単に回折Ｘ線強度が最大になる位置に試料を設定するのみで、試料表面の特定位置にＸ線ビームを照射するものではない。また、試料面をＸＹ平面に一致させるＺ軸調整がなされないので、試料面にＸ線ビームが照射される位置を精密に特定することができない。
特開平１０−１３２７６３号公報

上述したように、従来のＸ線装置では、Ｘ軸に平行に入射するＸ線ビームが試料に遮られてＸ線ビームの強度が半分になるまで試料をＺ軸に沿って調整することで、試料面及びＸ線ビームをＸＹ面に一致させていた。また、光学的に試料面の基準点を観察し、その基準点のＸＹ座標に基づき分析位置のＸＹ座標を決定していた。

しかし、試料がＸ線透過率の小さな容器内に収容されている場合、Ｘ線ビームの中心が容器の上面に調整されてしまい、試料面をＸＹ面に一致させることができない。また、容器上面をＸＹ面に一致させた後、設計値に基づき試料をＺ方向に移動させて試料面をＸＹ面に一致させる方法では、製造プロセスのばらつきにより容器上面と試料面との距離及び平行性がばらつくため、正確に試料面をＸＹ面に一致させることはできない。

さらに、容器が可視光に不透明の場合、試料面の基準点を観測することができないので、基準点に基づき試料面内の分析位置のＸＹ座標を決定することができず、正確な分析位置にＸ線ビームが照射するように調整することができない。

本発明は、Ｘ線及び光学的に不透明な容器内に収容されている結晶性試料を、その試料面を正確にＸＹ面内に一致させ、かつ、Ｘ線ビームの照射位置が正確に把握されるように試料位置を調整する方法及びかかる調整をすることができるＸ線装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための本発明の第１構成は、ＸＺ平面を入射面とするＸ線ビームをＸＹＺφステージに搭載した試料面に入射して回折Ｘ線を検知する。そして、Ｘ軸に沿って試料を移動して回折Ｘ線強度が急変するときのＸ座標を読み取り、読み取られたＸ座標に基づき試料を所定Ｘ座標位置まで移動する。

本第１構成では、Ｘ軸方向に試料を移動して回折Ｘ線強度が急変するＸ座標に基づき、試料を所定位置に移動する。即ち、急変するＸ座標を基準点とし、この基準点からの相対距離から試料面内の分析位置（Ｘ線ビームの照射位置）を決定する。このように、第１構成では、分析位置が回折Ｘ線強度とＸ座標とから決定されるので、試料が不透明な容器内に収容されていても確実に分析位置を確認することができる。

上述した回折Ｘ線強度が急変する位置として、例えば試料の外周部、電極又はマーカがある。これらの位置と分析位置との相対距離は、予め知られている必要がある。また、回折Ｘ線強度が急変する２カ所のＸ座標、例えば試料の外周がＸ軸と交差する２点のＸ座標から導出される座標、例えば２カ所のＸ座標の平均値を基準点とすることが、精度を向上するために好ましい。

さらに、Ｙ座標についても、上述したＸ座標の調整方法をそのまま適用することができる。

本発明の第２構成は、ＸＺ平面を入射面とするＸ線ビームをＸＹＺφステージに搭載した試料面に入射して回折Ｘ線を検知する。次ぎに、試料をＺ軸廻りに１８０度回転する前後に、Ｘ軸に沿って試料を移動して回折Ｘ線強度が急変するＸ座標の差ΔＸを読み取る。そして、Ｚ軸補正量を（１／２）・ΔＸ・ｔａｎθ（θはＸ線ビームの入射角θ）として算出し、試料をＺ軸に沿ってＺ軸補正量だけ移動する。

本第２構成では、Ｘ線ビームはＸＺ面内にありＺ軸と交差している。従って、このＺ軸との交点からΔＺだけずれた位置に試料面があるとき、ＸＹ平面に平行に配置された試料面には、Ｘ線ビームはＺ軸からΔＺ／ｔａｎθ＝ＸｉだけＸ方向に離れた位置に入射する。

試料をＺ軸廻りに１８０度回転すると、Ｘ線ビームは−Ｘｉ離れた位置に入射する。即ち、Ｘ線ビームが試料面に入射する位置は、１８０度回転の前後で２Ｘｉだけずれる。このずれは、１８０度回転の前後の基準点のＸ座標の差ΔＸ（＝２Ｘｉ）として観測することができる。ΔＺ＝Ｘｉ・ｔａｎθにこの観測されたＸ座標の差ΔＸ＝２Ｘｉを代入して、試料面がＺ軸とＸ線ビームとの交点からΔＺ＝ΔＸ・ｔａｎθ／２だけずれていることがわかる。これを補正することで試料面を正確にＸＹ面（Ｚ＝０）に配置することができる。

本第２の構成では、試料をＺ軸廻りに１８０度回転し、その前後の回折Ｘ線強度が急変するＸ座標の差から試料面とＸＹ面とのずれを知り、補正することができる。このため、回折Ｘ線強度とＸ座標の差から試料のＺ軸調整がなされるので、試料が不透明な容器内に収容されていてＸ軸に試料面を一致させる調整がができない場合でも、確実に試料表面をＸＹ面に一致させることができる。

上記第２の構成において、試料を１８０度回転した前後の基準点の座標（回折Ｘ線強度が急変するＸ座標）が同一であるとき、ΔＺ＝０、即ち試料面がＸＹ面に一致していると判定される。これにより、回転及びＸ軸走査という簡単な操作で、Ｚ軸が正確に調整されていることを確認することができる。

本発明によれば、Ｘ線及び光学的に不透明な容器に収容された試料でも、Ｘ線ビームが試料面に入射する位置のＸ座標を正確に知ることができるから、分析すべき位置にＸ線ビームを確実に照射することができる。

また、本発明の他の構成によれば、Ｘ線及び光学的に不透明な容器に収容された試料でも、試料の表面を正確にＸＹ面に一致させることができるので、Ｘ線ビームを正確に分析すべき位置に照射することができる。

本発明を、容器内に収容された半導体チップの応力測定に適用した実施形態に則して説明する。なお分析対象の試料１はこの容器内の半導体チップとする。

試料１は、図８に示すように、樹脂又はセラミック等からなる矩形板状の容器１０中に、試料上面１ａ（本発明の実施形態では試料面として試料上面１ａを用いる。）を容器１０上面に平行に収容されている。

本実施形態のＸ線装置は、図７を参照して、従来のＸ線装置と同様の構造を有するゴニオメータ８及びＸＹＺφステージ７からなる試料ステージ２０を備え、試料はＸＹＺφステージ７上に載置される。ＸＹＺφステージ７のφ回転はＺ軸を回転軸とし、ゴニオメータ８のχ回転及びω回転はそれぞれＹ軸及びＸ軸を回転軸とする。

そして、試料上面１ａの任意の位置にＸ線ビーム２’を入射し、試料１からの回折Ｘ線２ａをＸ線検出器３’で検出し、ブラッグピークの角度から試料上面１ａ近傍の応力を測定する。Ｘ線ビームは、試料１をＸ又はＹ面内で移動したとき回折Ｘ線の急激な強度変化が観測できる程度に細く、例えば数ｃｍ〜数ｍｍの辺長を有する試料１に対して直径１ｍｍ〜１μｍのＸ線ビームが用いられる。なお、本実施形態では、応力測定法を用いて分析したが、これに限られず、Ｘ線ビーム２’を限定された領域に照射してなされる各種の分析に適用することができる。例えば、回折Ｘ線に基づく結晶性の分析や結晶配向の分析、あるいは蛍光Ｘ線分析やオージェ電子に基づく分析にも適用することができる。

図１は本発明の実施形態によるＸ線装置の駆動システム構成図であり、試料ステージ２０のアクチュエータを駆動するシステム構成を表している。なお、図１中のＸ、Ｙ、Ｚ及びφを付記した矢印は、それぞれＸＹＺφステージ７のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の移動及びＺ軸廻りのφ回転を行なうアクチュエータの作用方向を表している。また、χ及びωを付した矢印は、それぞれゴニオメータ８のχ回転及びω回転を行なうアクチュエータを表している。

図１を参照して、ＸＹＺφステージ７のＸ、Ｙ、Ｚ方向の移動及びφ回転は、それぞれＸテーブル駆動回路２４ｘ、Ｙテーブル駆動回路２４ｙ、Ｚテーブル駆動回路２４ｚ及びφ回転テーブル駆動回路２４φにより駆動されるアクチュエータによりなされる。また、ゴニオメータ８のχ回転及びω回転は、それぞれχ回転ステージ駆動回路２５ａ及びω回転ステージ駆動回路２５ｂにより駆動されるアクチュエータによりなされる。さらに、検出器３’で検出されたＸ線は、計数回路２２により強度が計測される。

コンピュータ２１は、コンピュータ２１の記憶装置に内蔵されたプログラムに従って、ＸＹＺφステージ７及びゴニオメータ８を動かす各アクチュエータの制御信号を発生し、駆動回路２４ｘ〜２５ｂへ送信する。また、各アクチュエータにより駆動された後のＸＹＺφステージ７及びゴニオメータ８の座標又は角度は、駆動回路２４ｘ〜２５ｂを介してコンピュータ２１に収集され記憶装置に記憶される。さらに、コンピュータ２１は、計数回路２２で計測されたＸ線の強度を収集し、収集時のＸＹＺφステージ７及びゴニオメータ８の座標又は角度に対応付けて記憶装置に記憶する。

次ぎに、本実施形態の試料位置調整手順について説明する。

図２は本発明の実施形態によるＸ線装置のプログラムフローチャートであり、Ｘ線装置の試料位置を調整するためのプログラムの手順を表している。

図２を参照して、本実施形態のＸ線装置の試料位置調整は、まず初期調整ステップＳ１を行なう。この初期調整ステップＳ１は、図８を参照して説明した従来のＸ線装置のＸ線ビーム２の調整と同様であるので、とくに変更される点に重点をおいて説明する。

ステップＳ１１ではゴニオメータのχ及びω回転を初期値に設定する。これにより、ＸＹテーブル４のＸ軸はＸ線ビーム２に機械的に一致する。なお、このときＺ軸は機械的に所定方向、例えば鉛直方向に一致する。

次いで、容器１０を、試料を収納する容器１０の上面をＸＹ平面に一致させて、ＸＹテーブル４上に保持する。なお、ＸＹテーブル４には、よく知られているように試料上面を機械的にＸＹ平面に一致させて保持する試料保持具が設けられており、容易に容器１０上面をＸＹ平面に一致させて保持することができる。

次いで、ステップ１２ではＺ軸の粗調整を行なう。図８（ｃ）を参照して、既述の従来の方法と同様に、Ｘ線ビーム２の強度が半分になるまで容器１０をＺ方向に上昇し、容器１０の上面をＸ線ビーム２の中心線２ｂに一致させる。次いで、図８（ｄ）を参照し、試料１（半導体チップ）上面１ａが中心線に近づくように試料１をＺ方向に上昇する。この上昇量は、試料上面から容器１０上面までの距離に近いことが好ましく、例えばＩＣの設計値から求めることができる。その結果、試料上面１ａは、Ｘ線ビーム２の中心線２ｂ（即ち、Ｘ軸）からΔＺ離れた位置に設定される。

次いで、ステップ１３ではブラッグ反射条件を満たす位置に、Ｘ線ビーム２’及び試料１位置を調整する。図７を参照して、ω回転ステージ８ｂをブラッグ角θ_B 近くまで回転して、回折Ｘ線２ａがピークとなる角度に設定する。このω回転はＸ軸を回転軸としているから、回折を起こすＸ線ビーム２’はＸＹ面内をＸＹＺ軸の原点へ向けて入射する。

次いで、χ回転ステージ８ａを回折Ｘ線２ａ強度が最大となる角度に回転する。続けて、ω回転及びχ回転を交互に繰り返し、回折Ｘ線２ａ強度が最大となる角度に設定する。この結果、試料上面１ａがＸＹ面に平行に調整される。

次いで、Ｙ軸調整ステップＳ２を行なう。このＹ軸調整ステップＳ２では、基準点のＹ座標を決定する。 図３は本発明の実施形態によるＹ軸調整を説明する斜視図であり、試料１を搭載したＸＹＺφステージ７を表している。なお、説明を簡明にするため、容器１０を省略し、容器１０内に収容されている試料１を描いている。図４は本発明の実施形態によるＹ軸調整時の回折Ｘ線強度図であり、Ｙ軸移動量と回折Ｘ線２ａ強度の関係を表している。なお、Ｙ軸はＸＹステージ４のＹ方向の移動量は、Ｙ座標の原点からの移動距離で表している。

ステップＳ２１では、図３を参照して、ＸＹステージ４をＹ方向に移動し、回折Ｘ線２ａ強度の変化を観測する。回折Ｘ線２ａ強度は、図４を参照して、最大強度を有する平坦部分とその両側で急速に減少する強度急変部分とが観測された。この平坦部分は試料１の中央部にＸ線ビーム２’が入射する場合に対応し、強度急変部分は試料１の周縁部（周辺）にＸ線ビーム２’が入射してＸ線ビーム２’の一部が回折に寄与しない場合に対応している。従って、回折Ｘ線２ａ強度が最大強度の１／２になるＹ座標Ｙ１、Ｙ２は、Ｘ線ビーム２’が試料１の外周、即ち試料１の辺に入射する位置であり、座標Ｙ１、Ｙ２は試料の対向する２辺にＸ線ビーム２’が入射する位置を示している。

次いで、ステップＳ２２では、座標Ｙ１、Ｙ２の平均値（Ｙ１＋Ｙ２）／２＝Ｙｃを基準点のＹ座標（以下、基準Ｙ座標Ｙｃという）として算出し、この基準Ｙ座標ＹｃまでＹ座標を移動する。この結果、試料１はＹ軸と交差する２辺の中央にＸ線ビーム２’が入射するように、即ち、その２辺の中央をＺ軸が通るように配置される。言い換えれば、基準Ｙ座標ＹｃがＸＺ平面にあるように調整される。

なお、本実施形態では座標Ｙ１、Ｙ２の平均値を基準Ｙ座標Ｙｃとし、この基準Ｙ座標ＹｃをＸＺ平面に合わせたが、座標Ｙ１、Ｙ２から求められる任意の位置のＹ座標を基準Ｙ座標とすることができる。これにより、２辺の中央線上にＸ線回折の観測が難しい位置があるとき、より鮮明なＸ線回折が観測される位置を選択して基準点とすることができる。また、座標Ｙ１、Ｙ２の何れか一方のみを基準Ｙ座標としてもよい。

さらに、本実施形態では座標Ｙ１、Ｙ２は試料１の２辺の位置を表すが、これに限られず座標Ｙ１、Ｙ２は回折Ｘ線２ａ強度の急変を引き起こす位置であれば足りる。例えば、試料上面に設けられた配線、マーカを基準点とすることもできる。

次いで、Ｘ軸及びＺ軸調整ステップＳ３を行なう。このステップは、Ｚ軸を調整して試料上面をＸＹ平面に一致させる他、Ｘ軸を調整して基準点のＸ座標を決定する。

図５は本発明の実施形態によるＸ軸及びＺ軸調整説明図であり、試料上面１ａがＸＹ平面（Ｚ＝０の平面）からＺ方向にずれている場合の調整手順を表している。なお、簡明を期すため、ずれはＺ軸の負方向（下方）に距離ΔＺずれている場合を説明する。

ステップＳ３１では、ＸＹステージ４をＸ方向に移動し、回折Ｘ線２ａ強度の変化を観測する。回折Ｘ線２ａ強度は、図４に示すＹ軸調整時の回折Ｘ線強度変化と同様に変化する。即ち、図５（ａ）を参照して、Ｘ線ビーム２’が試料１の２辺に入射して回折Ｘ線強度が急変するときのＸＹステージ４のＸ座標Ｘ１、Ｘ２を読み取り、その平均値（Ｘ１＋Ｘ２）／２を基準点のＸ座標Ｘｃとする。このＸ座標Ｘ１、Ｘ２は、試料の２辺のＸ座標であり、この２辺（座標Ｘ１、Ｘ２）がＸ線ビーム２’の試料上面１ａへの入射位置のＸ座標Ｘｉに一致したとき回折Ｘ線強度が急変して読み取られる。

しかし、Ｘ線ビームの入射位置の座標ＸｉがＸ座標の原点からＸｉだけずれているため、座標Ｘ１、Ｘ２はそれぞれＸ１_ob＝Ｘ１−Ｘｉ、Ｘ２_ob＝Ｘ１−Ｘｉはとして読み取られる（Ｘ１_ob、Ｘ２_obは読み取られたＸ座標）。

次いで、ステップＳ３２では、φ回転テーブル６をＺ軸廻りに１８０度回転する。即ち、１８０度のφ回転を行なう。図５（ｂ）を参照して、このφ回転の後、Ｘ軸は逆向きになる。このとき、Ｘ軸上の座標の値Ｘ１、Ｘ２、Ｘｃは逆向きになったＸ軸を基準とする限り何ら変化はない。一方、Ｘ線ビーム２’の試料上面１ａへの入射位置のＸ座標は、逆向きになったＸ軸を基準とすると−Ｘｉとなる。

次いで、ステップＳ３３では、再びＸＹステージ４をＸ方向に移動し、回折Ｘ線２ａ強度の変化を観測し、回折Ｘ線２ａ強度が急変するＸ座標Ｘ１、Ｘ２を読み取る。

このとき、Ｘ座標Ｘ１、Ｘ２の位置として読み取られる座標Ｘ１' _ob、Ｘ２' _obは、それぞれＸ１' _ob＝Ｘ１＋Ｘｉ、Ｘ２' _ob＝Ｘ１＋Ｘｉである。

次いで、ステップＳ３４では、Ｚ軸及びＸ軸の補正量を算出し、補正を行なう。まず、上述のステップＳ３１及びステップＳ３３で読み取られたＸ座標Ｘ１、Ｘ２の位置、Ｘ１_ob＝Ｘ１−Ｘｉ、Ｘ２_ob＝Ｘ２−Ｘｉ、および、Ｘ１' _ob＝Ｘ１＋Ｘｉ、Ｘ２' _ob＝Ｘ２＋Ｘｉから、Ｘｉ＝（Ｘ１' _ob−Ｘ１_ob）／２＝（Ｘ２' _ob−Ｘ２_ob）／２＝ΔＸ／２と計算される。ここで、ΔＸは、１８０度回転前後における任意の位置のＸ座標（座標Ｘ）の読み取り値Ｘ_ob、Ｘ' _obの差、Ｘ' _ob−Ｘ_obである。

さらに、Ｘ線ビーム２’はＺ軸と交差し入射角θで入射するから、その入射位置のＸ座標ＸｉはＸｉ＝ΔＺ／ｔａｎθである。従って、ΔＺ＝Ｘｉ・ｔａｎθ＝（ΔＸ／２）・ｔａｎθとして、Ｚ方向のずれ、即ちＸＹ面と試料上面１ａとの距離が算出される。

次いで、算出されたΔＺだけ試料１をＺ方向に移動し、Ｚ軸調整を終了する。

次いで、Ｘ軸の調整を行なう。上述したＸ１_ob＝Ｘ１−Ｘｉ、Ｘ２_ob＝Ｘ１−Ｘｉ、および、Ｘ１' _ob＝Ｘ１＋Ｘｉ、Ｘ２' _ob＝Ｘ２＋Ｘｉから、Ｘ１＝（Ｘ１' _ob＋Ｘ１_ob）／２、Ｘ２＝（Ｘ２' _ob＋Ｘ２_ob）／２が算出される。この算出されたＸ１及びＸ２に基づき基準点のＸ座標Ｘｃを定める。例えば、Ｘｃ＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２とするときは、Ｘｃ＝（Ｘ１' _ob＋Ｘ２' _ob＋Ｘ１_ob＋Ｘ２_ob）／４として基準Ｘ座標Ｘｃを、１８０度φ回転の前後に読み取られた座標から決定する。

以上のステップを経て、図５（ｃ）を参照して、試料１は、試料上面１ａをＸＹ面に一致させ、かつ、基準点（Ｘ座標Ｘｃ、Ｙ座標Ｙｃ）を座標軸の原点に一致させて配置された。

なお、ステップＳ３１〜Ｓ３１において、基準点のＸ座標をＸ１及びＸ２の何れか一方とすることも、配線やマーカ等の回折Ｘ線２ａ強度が急変する場所を基準点とすることも、さらにこれらの基準点に基づき他の位置を基準点とすることもできることは、Ｙ軸調整ステップＳ２のステップＳ２２と同様である。

さらに、ステップＳ３４では、試料１の配置が正確か否かを確認する。ここでは、１８０度のφ回転の前後で、読み取られた特定位置のＸ座標、Ｘ_obとＸ' _obとを比較し、一致しているときはΔＺ＝０であり正確に調整されたと判定し、次ぎの応力測定工程に進む。Ｘ_obとＸ' _obとの差が予め定めた値を超えるとき、調整が不正確であるとして警報を発する。

以上のステップにより試料は正確に調整され、次ぎの応力測定工程が続行される。

上述した本明細書には以下の付記記載の発明が開示されている。
（付記１）ＸＹＺφステージ上に試料面が前記ＸＹＺφステージのＺ軸に垂直になるように試料を保持し、前記試料にＸ線ビームを入射して前記試料を分析するＸ線装置の試料位置調整方法において、
前記ＸＹＺφステージのＸＺ平面を入射面とする前記Ｘ線ビームを前記試料面に対して入射角θで入射し、前記試料からの回折Ｘ線を検知する工程と、
前記ＸＹＺφステージのＸ軸に沿って前記試料を移動して、前記回折Ｘ線強度が急変するときの前記ＸＹＺφステージのＸ座標を読み取る工程と、
前記読み取ったＸ座標に基づき、前記試料を前記Ｘ軸に沿って所定Ｘ座標位置まで移動する工程とを有することを特徴とするＸ線装置の試料位置調整方法。
（付記２）前記Ｘ座標は、前記Ｘ線ビームが前記試料面の対向する２辺にそれぞれ入射するときの２つのＸ座標であり、
前記所定Ｘ座標位置を、前記２つのＸ座標の平均値とすることを特徴とする付記１記載のＸ線装置の試料位置調整方法。
（付記３）前記ＸＹＺφステージのＹ軸に沿って前記試料を移動して、前記回折Ｘ線強度が急変するときの前記ＸＹＺφステージのＹ座標を読み取る工程と、
前記読み取ったＹ座標に基づき、前記試料を前記Ｙ軸に沿って所定Ｙ座標位置まで移動する工程とを有することを特徴とする付記１又は２記載のＸ線装置の試料位置調整方法。
（付記４）前記Ｙ座標は、前記Ｘ線ビームが前記試料面の対向する２辺にそれぞれ入射するときの２つのＹ座標であり、
前記所定位置を、前記２つのＹ座標の平均値とすることを特徴とする付記３記載のＸ線装置の試料位置調整方法。
（付記５）ＸＹＺφステージ上に試料面が前記ＸＹＺφステージのＺ軸に垂直になるように試料を保持し、前記試料にＸ線ビームを入射して前記試料を分析するＸ線装置の試料位置調整方法において、
前記ＸＹＺφステージのＸＺ平面を入射面とする前記Ｘ線ビームを前記試料面に対して入射角θで入射し、前記試料からの回折Ｘ線を検知する工程と、
前記ＸＹＺφステージのＸ軸に沿って前記試料を移動して、前記回折Ｘ線強度が急変するときの前記ＸＹＺφステージのＸ座標を読み取る工程と、
次いで、前記試料を前記Ｚ軸廻りに１８０度回転した後、前記Ｘ軸に沿って前記試料を移動して、前記回折Ｘ線強度が急変するときの前記ＸＹＺφステージのＸ座標を読み取る工程と、
前記１８０度回転の前後で読み取られた前記Ｘ座標が等しいときに前記試料のＺ軸方向の位置が所定Ｚ座標位置にあると判定する工程とを有することを特徴とするＸ線装置の試料位置調整方法。
（付記６）ＸＹＺφステージ上に試料面が前記ＸＹＺφステージのＺ軸に垂直になるように試料を保持し、前記試料にＸ線ビームを入射して前記試料を分析するＸ線装置の試料位置調整方法において、
前記ＸＹＺφステージのＸＺ平面を入射面とする前記Ｘ線ビームを前記試料面に対して入射角θで入射し、前記試料からの回折Ｘ線を検知する工程と、
前記ＸＹＺφステージのＸ軸に沿って前記試料を移動して、前記回折Ｘ線強度が急変するときの前記ＸＹＺφステージのＸ座標を読み取る工程と、
前記試料を前記Ｚ軸廻りに１８０度回転するφ回転工程と、
前記１８０度回転の前後に読み取れた前記Ｘ座標の差ΔＸ及び前記Ｘ線ビームの入射角θから、Ｚ軸補正量をΔＸ・ｔａｎθ／２として算出し、前記試料を前記Ｚ軸に沿って前記Ｚ軸補正量だけ移動するＺ軸調整手段とを有することを特徴とするＸ線装置。
（付記７）ＸＹＺφステージ上に試料面が前記ＸＹＺφステージのＺ軸に垂直になるように試料を保持し、前記試料にＸ線ビームを入射して、前記試料を分析するＸ線装置において、
前記ＸＹＺφステージのＸＺ平面を入射面とする前記Ｘ線ビームを前記試料面に対して入射角θで入射し前記試料からの回折Ｘ線を検知する手段と、
前記ＸＹＺφステージのＸ軸に沿って前記試料を移動して、前記回折Ｘ線強度が急変するときの前記ＸＹＺφステージのＸ座標を読み取る手段と、
前記試料を前記Ｚ軸廻りに１８０度回転するφ回転手段と、
前記１８０度回転の前後に検出された前記Ｘ軸座標の差ΔＸ及び前記Ｘ線ビームの入射角θから、Ｚ軸補正量をΔＸ・ｔａｎθ／２として算出し、前記試料を前記Ｚ軸に沿って前記Ｚ軸補正量だけ移動するＺ軸調整手段とを有することを特徴とするＸ線装置。
（付記８）前記Ｘ座標は、前記Ｘ線ビームが前記試料面の対向する２辺にそれぞれ入射するときの２つのＸ座標であり、
前記所定Ｘ座標位置を、前記２つのＸ座標の平均値とすることを特徴とする付記７記載のＸ線装置。
（付記９）前記ＸＹＺφステージのＹ軸に沿って前記試料を移動して、前記回折Ｘ線強度が急変するときの前記ＸＹＺφステージのＹ座標を読み取る手段と、
前記読み取ったＹ座標に基づき、前記試料を前記Ｙ軸に沿って所定Ｙ座標位置まで移動する手段とを有することを特徴とする付記７又は８記載のＸ線装置。
（付記１０）前記Ｙ座標は、前記Ｘ線ビームが前記試料面の対向する２辺にそれぞれ入射するときの２つのＹ座標であり、
前記所定位置を、前記２つのＹ座標の平均値とすることを特徴とする付記９記載のＸ線装置。

本発明を、半導体チップを容器に収容する集積回路（ＩＣ）に適用することで、半導体チップの分析、例えば応力、結晶性、結晶配向或いは材質等の分析を、分析位置を正確に把握して行なうことができる。

本発明の実施形態によるＸ線装置の駆動システム構成図 本発明の実施形態によるＸ線装置のプログラムフローチャート 本発明の実施形態によるＹ軸調整を説明する斜視図 本発明の実施形態によるＹ軸調整時の回折Ｘ線強度図 本発明の実施形態によるＸ軸及びＺ軸調整の説明図 本発明の実施形態によるＺ軸調整確認の説明図 Ｘ線装置に用いられるＸＹＺφステージ斜視図 従来の試料のＺ方向位置の調整方法説明図

符号の説明

１ 試料
１ａ 試料上面（試料面）
２、２’ Ｘ線ビーム
２ａ 回折Ｘ線
２ｂ 中心線
３、３’ 検出器
４ ＸＹテーブル
４ｘ Ｘテーブル
４ｙ Ｙテーブル
５ Ｚテーブル
６ θ回転テーブル
７ ステージ
８ ゴニオメータ
８ａ χ回転ステージ
８ｂ ω回転ステージ
１０ 容器
２０ 試料ステージ
２１ コンピュータ
２２ 計数回路
２４ｘ Ｘテーブル駆動回路
２４ｙ Ｙテーブル駆動回路
２４ｚ Ｚテーブル駆動回路
２４φ φ回転テーブル駆動回路
２５ａ χ回転ステージ駆動回路
２５ｂ ω回転ステージ駆動回路

Claims (5)

1. ＸＹＺφステージ上に試料表面が前記ステージのＺ軸に垂直になるように試料を保持し、前記試料にＸ線ビームを入射して前記試料を分析するＸ線装置の試料位置調整方法において、
   前記ＸＹＺφステージのＸＺ平面を入射面とする前記Ｘ線ビームを前記試料面に対して入射角θで入射し、前記試料からの回折Ｘ線を検知する工程と、
   前記ＸＹＺφステージのＸ軸に沿って前記試料を移動して、前記回折Ｘ線強度が急変するときの前記ＸＹＺφステージのＸ座標を読み取る工程と、
   前記読み取ったＸ座標に基づき、前記試料を前記Ｘ軸に沿って所定Ｘ座標位置まで移動する工程とを有することを特徴とするＸ線装置の試料位置調整方法。
2. 前記Ｘ座標は、前記Ｘ線ビームが前記試料表面の対向する２辺にそれぞれ入射するときの２つのＸ座標であり、
   前記所定Ｘ座標位置を、前記２つのＸ座標の平均値とすることを特徴とする請求項１記載のＸ線装置の試料位置調整方法。
3. 前記ＸＹＺφステージのＹ軸に沿って前記試料を移動して、前記回折Ｘ線強度が急変するときの前記ＸＹＺφステージのＹ座標を読み取る工程と、
   前記読み取ったＹ座標に基づき、前記試料を前記Ｙ軸に沿って所定Ｙ座標位置まで移動する工程とを有することを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線装置の試料位置調整方法。
4. ＸＹＺφステージ上に試料面が前記ＸＹＺφステージのＺ軸に垂直になるように試料を保持し、前記試料にＸ線ビームを入射して前記試料を分析するＸ線装置の試料位置調整方法において、
   前記ＸＹＺφステージのＸＺ平面を入射面とする前記Ｘ線ビームを前記試料面に対して入射角θで入射し、前記試料からの回折Ｘ線を検知する工程と、
   前記ＸＹＺφステージのＸ軸に沿って前記試料を移動して、前記回折Ｘ線強度が急変するときの前記ＸＹＺφステージのＸ座標を読み取る工程と、
   前記試料を前記Ｚ軸廻りに１８０度回転するφ回転工程と、
   前記１８０度回転の前後に読み取れた前記Ｘ座標の差ΔＸ及び前記Ｘ線ビームの入射角θから、Ｚ軸補正量をΔＸ・ｔａｎθ／２として算出し、前記試料を前記Ｚ軸に沿って前記Ｚ軸補正量だけ移動するＺ軸調整手段とを有することを特徴とするＸ線装置。
5. ＸＹＺφステージ上に試料面が前記ＸＹＺφステージのＺ軸に垂直になるように試料を保持し、前記試料にＸ線ビームを入射して、前記試料を分析するＸ線装置において、
   前記ＸＹＺφステージのＸＺ平面を入射面とする前記Ｘ線ビームを前記試料面に対して入射角θで入射し前記試料からの回折Ｘ線を検知する手段と、
   前記ＸＹＺφステージのＸ軸に沿って前記試料を移動して、前記回折Ｘ線強度が急変するときの前記ＸＹＺφステージのＸ座標を読み取る手段と、
   前記試料を前記Ｚ軸廻りに１８０度回転するφ回転手段と、
   前記１８０度回転の前後に検出された前記Ｘ軸座標の差ΔＸ及び前記Ｘ線ビームの入射角θから、Ｚ軸補正量をΔＸ・ｔａｎθ／２として算出し、前記試料を前記Ｚ軸に沿って前記Ｚ軸補正量だけ移動するＺ軸調整手段とを有することを特徴とするＸ線装置。

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