JP2014106079A

JP2014106079A - 全反射蛍光ｘ線分析方法および全反射蛍光ｘ線分析装置

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Publication number: JP2014106079A
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Inventors: Taichi Okano; 太一岡野
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Abstract

【課題】半導体ウエハなどの試料の表面の多数の箇所に順次励起Ｘ線を照射して、試料の全面について全反射蛍光Ｘ線分析を行なうにあたり、反りなどの変形が大きい試料についても、各測定箇所での試料表面の高さ、傾きを簡単かつ容易に短時間で調整し得るようにして、分析時間の短時間化を図り得るようにし、併せて試料の端部により入射Ｘ線が遮られて調整および測定が不可能となってしまう事態の発生を防止することを課題としている。
【解決手段】試料の表面の各測定箇所に順次励起Ｘ線を照射して蛍光Ｘ線の検出による分析を行なう以前の段階で、予め試料の表面における各測定箇所の傾きおよび高さを測定しておき、その測定結果に応じて、各測定箇所ごとに試料の傾きおよび高さを調整して励起Ｘ線を照射する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハなどの各種試料の表面不純物評価などに適用される全反射蛍光Ｘ線分析方法および装置に関するものであり、特に一つの試料の表面の多数の箇所について、順次全反射蛍光Ｘ線分析を行なうための方法および装置に関するものである。

半導体ウエハの表面不純物の評価手法としては、従来から全反射蛍光Ｘ線分析方法（ＴＸＲＦ）が知られている。全反射蛍光Ｘ線分析は、例えば図１に概略的に示すように、半導体ウエハなどの試料１の表面１Ａに、励起Ｘ線源２から、入射光に対して全反射が生じるようなごく浅い入射角度θ、例えば０．０５°の角度θで励起Ｘ線（一次Ｘ線）３を照射して、試料１の表面１Ａで全反射したＸ線４を、試料１の側方に逃がす一方、試料１の表面１Ａに存在している不純物（汚染物質）によって励起されて生じた蛍光Ｘ線（二次Ｘ線）５を、その不純物の特性Ｘ線として、試料表面に対向配置した蛍光Ｘ線検出器６によって検出する方式である。この場合、半導体ウエハなどの試料構成物質によって励起されて生じる蛍光Ｘ線はごくわずかであるから、試料表面に存在する不純物（汚染物質）の特有の蛍光Ｘ線（特性Ｘ線）を高精度で検出して、不純物の物質を同定しかつそれを定量することが可能となる。

ところで、このような全反射蛍光Ｘ線分析では、試料表面における励起Ｘ線を照射した領域で発生する蛍光Ｘ線を検出するから、試料表面のうち、励起Ｘ線の有効照射域についてのみ分析することになる。ここで、励起Ｘ線の有効照射域は、一般には試料の全表面のごく一部に過ぎないのが通常であり、したがって１回の照射では、試料の全表面のうちのごく限られた特定位置付近の汚染状況しか検出することができない。一方、実際の半導体ウエハにおいては、表面の不純物は、不特定の箇所に部分的に局在もしくは不特定の複数の箇所に分散して存在していることが多く、従って半導体ウエハの表面不純物評価手法としては、ウエハ表面の全面にわたって汚染物質を分析して不純物評価を行なうことが必要である。

そこで、全反射蛍光Ｘ線分析を適用して半導体ウエハの表面不純物評価方法を行なうにあたっては、ウエハを、入射Ｘ線源および蛍光Ｘ線検出器に対して相対的に移動させて、試料表面の全面にわたり、順次多数の異なる位置で測定することが行なわれている。すなわち、ウエハ表面の二次元方向に、所定間隔を置いて多数の箇所を指定しておき（いわゆるマッピングを行い）、ウエハを順次移動させて各箇所に順次励起用のＸ線（一次Ｘ線）を照射して、それにより発生する蛍光Ｘ線を各箇所ごとに検出し、これらの各箇所での検出結果を分析してウエハ全面の不純物評価を行なうことが行なわれている。

ところで、試料表面に入射させる励起Ｘ線（一次Ｘ線）の入射角度は、全反射条件を満たすように、表面に対して０．０５°程度と極めて微小に設定される。その場合、励起Ｘ線の入射角度がわずかでも変化すれば、検出される蛍光Ｘ線（二次Ｘ線）ノイズレベルが大きく変化して、Ｓ／Ｎ比が大幅に変動してしまう。また、測定すべき位置における試料の表面の高さ方向の位置が変化すれば、０．０５°程度と極めて微小な角度で入射される励起Ｘ線の実際の入射位置が大きくずれてしまう。このように測定箇所ごとにＳ／Ｎ比が大きく変動したり、実際の測定位置が変動したりすれば、試料の全面についての分析結果、評価結果の精度が低下してしまう。

一方、半導体ウエハなどの試料表面は、試料を保持する手段の機械的精度や、試料自体の反りなどの変形によって、わずかながらも各測定箇所ごとにその表面の傾きや高さが異なっているのが通常である。そこで、上述のように順次多数の異なる位置で測定する場合、予め定めた各測定位置ごとに、正しくその位置に励起Ｘ線が入射されかつその入射角度が適切となるように、試料全体の傾きや高さを調整する必要がある。

実際の全反射蛍光Ｘ線分析方法においては、試料を保持するための保持手段として、試料を受ける試料保持台を設けておき、その試料保持台を、水平面内の二次元方向に移動調整可能でかつ高さ調整および傾斜角度調整可能に構成しておき、試料保持台上に、試料を静電吸着によって保持するようにすることが通常である。そして、分析に当たっては、励起Ｘ線源および蛍光Ｘ線検出器の位置は固定しておき、励起Ｘ線源および蛍光Ｘ線検出器の角度によって定まる照射―検出位置に、試料の目標測定位置が位置するように試料保持台を二次元方向に移動させるとともに、調整のための基準Ｘ線、例えばＳｉの特性Ｘ線を目標測定位置に入射させ、その入射Ｘ線によって発生する蛍光Ｘ線の強度レベルが、所定の基準レベルとほぼ一致するように、試料保持台の傾きおよび高さを調整し（いわゆる軸立てを行い）、続いて励起Ｘ線（一次Ｘ線）をその目標想定位置に入射させ、それによって発生する蛍光Ｘ線（二次Ｘ線）を検出し、表面汚染物質の分析（物質の同定およびその定量）を行なうことが行なわれている。そして試料表面の多数の箇所について順次分析を行なう場合、上記の試料保持台の傾きや高さの調整を、各測定箇所ごとに行なうのが通常である（例えば特許文献１参照）。

しかるに実際の半導体ウエハにおいては、その板面が大きく反っていることが多い。特にエピタキシャル成長によるＳｉＣ（炭化ケイ素）、あるいはサファイア基板やシリコン基板を用いたエピタキシャル成長によるＧａＮなどの半導体ウエハにおいては、製造時の高温やスライス加工、あるいは格子不整合などの影響などによって、大きな歪みが与えられて、その板面が大きく反っていることが多い。
このように板面の反りが大きくかつウエハの直径が大きい場合、ウエハの板面に微小な角度で入射すべきＸ線が、ウエハの反った端部によって遮られてしまって、いくつかの測定箇所にＸ線が照射されなくなり、そのため、その測定箇所では励起Ｘ線の照射による測定が不可能となるばかりでなく、その前の調整時において基準Ｘ線自体が遮られてしまうから、その測定箇所で試料の高さ、傾きの調整自体が不可能となってしまう問題がある。

さらに、試料の板面が大きく反っている場合、測定すべき箇所の表面の傾きや表面高さが、場所によって大幅に異なってしまう。そのため、前述のような各測定箇所での調整に長時間を要してしまって、トータルの分析時間が長時間となってしまい、特に評価精度を高めるべく数多くの測定箇所について分析する場合や、試料の直径が大きくて測定箇所の数が多い場合には、著しく分析時間が長くなって、トータルの分析時間が数時間あるいは十数時間に及んでしまうこともある。

なお、全反射蛍光Ｘ線分析は、真空に近い減圧下において行うため、試料を試料保持台上に保持するための保持手段としては、真空吸着は適用することができず、そこで一般には前述のように静電吸着を適用するのが通常である。しかしながら静電吸着は吸着力が弱く、そのため試料を試料保持台上に吸着させても、試料の反りを矯正するほどの吸着力は得られないのが通常である。そのため、前述のように試料に大きな反りがある場合、試料保持台上でも反りが残ったまま励起Ｘ線の照射を行なわざるを得ない。また静電吸着では吸着力が弱いため、試料保持台上に保持した状態での試料の姿勢（試料全体の傾き具合）が、試料を保持させるたびごとにばらつき、このことも各測定位置における調整に長時間を要したり、大きく反った試料の端部によって入射Ｘ線が遮られてしまう原因の一つとなっている。

特許第４０９５９９１号公報

本発明は、前記事情を背景としてなされたもので、半導体ウエハなどの試料の表面の多数の箇所について、順次励起Ｘ線を照射して、試料の全面について全反射蛍光Ｘ線分析を行なうにあたって、特に板面の反りなどの変形が大きい試料についても、各測定箇所での試料表面の高さ、傾きを簡単かつ容易に短時間で調整し得るようにして、トータル分析時間の短時間化を図り得るようにするとともに、大きな反りを有する試料の端部によって入射Ｘ線が遮られてしまって、いくつかの測定箇所についての調整および測定が不可能となってしまうような事態の発生を未然に防止し得るようにした全反射蛍光Ｘ線分析方法、および全反射蛍光Ｘ線分析装置を提供することを課題としている。

本発明者は、上述の課題を解決するため、種々実験・検討を重ねた結果、試料の表面の各測定箇所に順次励起Ｘ線を照射して蛍光Ｘ線の検出による分析を行なう以前の段階で、予め試料の表面における各測定箇所の傾きおよび高さを測定しておき、その測定結果に応じて各測定箇所ごとに試料の傾きおよび高さを調整してから励起Ｘ線を照射することによって、試料の各測定箇所についての調整に要する時間を大幅に短縮し得ること、また同時に、大きな反りを有する試料の場合でも、その端部によって入射Ｘ線が遮られてしまって、いくつかの測定箇所についての調整および測定が不可能となってしまうような事態の発生を未然に防止し得ることを見い出し、本発明をなすに至った。

したがって本発明の全反射蛍光Ｘ線分析方法の基本的な態様（第1の態様）は、
試料を、その測定すべき表面と実質的に平行な二次元方向の面内で位置調整可能でかつその面に対し垂直な方向への高さおよび前記面に対する傾きを調整可能に保持する保持手段を備え、試料の表面の予め定めた多数の測定箇所に、入射光に対する全反射条件を満たす角度で順次励起Ｘ線を入射させ、各測定箇所で発生する蛍光Ｘ線を検出して分析する全反射蛍光Ｘ線分析方法において、
試料表面における各測定箇所の傾きおよび高さを測定する表面計測段階と、
順次各測定箇所に励起Ｘ線が入射されるように前記面内での試料の位置調整を行なうとともに、各測定箇所における試料表面の高さおよび傾きを、前記表面計測段階で求めた高さおよび傾きに応じて調整する調整段階と、
前記調整段階においてある一つの測定箇所についての調整が終了するたびごとに、その測定箇所に励起Ｘ線を入射させ、その励起Ｘ線によって発生した蛍光Ｘ線を分析のための特性Ｘ線として検出する測定段階と、
を有することを特徴とするものである。

このような第１の態様の全反射蛍光Ｘ線分析方法においては、表面計測段階で測定した各測定箇所における試料の高さおよび傾きに基づいて、各測定位置での測定のための試料の傾きおよび高さを調整するため、測定段階で各測定箇所に励起Ｘ線を照射するたびごとに試料の高さ、傾きを大幅に調整する必要性が少なくなる。そのため試料の高さ、傾きの調整に要する時間を、大幅に短縮することができる。またここで、表面計測段階で試料表面の各測定箇所の傾きおよび高さを測定する時間は、このような測定を行なわずに励起Ｘ線もしくは校正用の基準Ｘ線を各測定位置に照射し、それによる蛍光Ｘ線の強度レベルに基づいて、試料の高さ、傾きを調整する場合に要する時間よりも格段に短くて済む。したがって、多数の箇所を測定する場合でも、トータルの測定時間を短縮することが可能となる。特に、エピタキシャル成長によるＳｉＣ（炭化ケイ素）、あるいはサファイア基板やシリコン基板を用いたエピタキシャル成長によるＧａＮなどの半導体ウエハの如く、板面の反りなどの変形が大きい場合でも、表面計測段階における計測時間自体は、反りなどの変形が少ない場合と変わらないから、このように反りなどの変形が大きい試料を対象とした場合でも、トータルの分析時間を大幅に短縮することが可能となる。

また、各測定箇所にＸ線を入射させる以前の表面計測段階で計測した各測定箇所の高さおよび傾きに基づいて、各測定箇所ごとに試料の高さ、傾きの調整を行うため、試料に大きな反りがあり、しかも試料の直径が大きい場合でも、入射Ｘ線を試料の端部が遮ってしまうようなことがなく、そのため、指定した多数の測定箇所のすべてについて、調整および励起Ｘ線照射による分析を行なうことができる。

なお、上述のように予め表面計測段階で各測定箇所における試料の高さおよび傾きを計測し、その結果に基づいて励起Ｘ線照射段階で試料の高さ、傾きを調整する場合は、改めて基準Ｘ線を照射して、その際に発生する蛍光Ｘ線の強度レベルにより高さ、傾きを調整する作業を省くことができるが、場合によっては、後述する第３の態様として示すように、改めて基準Ｘ線を照射して、その際に発生する蛍光Ｘ線の強度レベルに応じて試料の高さおよび／または傾きの微調整（再調整）を行なっても良い。その場合でも、後述するようにトータルの分析時間を大幅に短縮することが可能となる。

また本発明の第２の態様の全反射蛍光Ｘ線分析方法は、第１の態様の全反射蛍光Ｘ線分析方法において、
前記表面計測段階において、測定すべき試料表面の三次元プロファイルを測定し、その三次元プロファイルから、各測定箇所の傾きおよび高さを求めることを特徴とするものである。

このような第２の態様の全反射蛍光Ｘ線分析方法においては、表面計測段階において、例えばレーザー光を用いた手段などによって試料表面の三次元プロファイルを測定して、その三次元プロファイルのデータから、各測定箇所の表面の高さ、傾きを求めることによって、より短時間で各測定箇所の高さ、傾きを計測することが可能となる。

さらに本発明の第３の態様の全反射蛍光Ｘ線分析方法は、第１の態様、第２の態様のうちのいずれかの態様の全反射蛍光Ｘ線分析方法において、
前記各段階のほか、さらに、前記調整段階においてある一つの測定箇所についての調整が終了するたびごとにその測定箇所に基準Ｘ線を入射させ、その基準Ｘ線によって発生した蛍光Ｘ線を検出して、その蛍光Ｘ線の強度レベルに応じて各測定箇所における試料表面の高さおよび傾きを再調整する再調整段階を有しており、
前記測定段階においては、前記再調整段階においてある一つの測定箇所についての再調整が終了するたびごとに、励起Ｘ線の入射によって発生した蛍光Ｘ線を分析のための特性Ｘ線として検出することを特徴とするものである。

この第３の態様の全反射蛍光Ｘ線分析方法は、各測定箇所における試料の高さ、位置を、より高精度で調整して、より高精度に分析したい場合に適用される。すなわち、第１もしくは第２の態様の方法における調整段階での試料の高さ、傾きの調整だけでは、調整の精度が未だ不充分と予想される場合、あるいは、より確実に高精度の分析を行いたい場合などに適用される。

第３の態様の全反射蛍光Ｘ線分析方法では、前記表面計測段階と前記調整段階は、第１の態様の場合と同様に実施する。そして、さらに再調整段階として、各測定箇所への基準Ｘ線の照射によって各測定箇所における試料表面の高さおよび傾きを再調整し、引き続いて励起Ｘ線の各測定箇所への照射によって生じる表面からの蛍光Ｘ線を検出し、それを表面物質の特性Ｘ線として、汚染物質などの分析を行なう。

この場合、再調整段階の以前に、既に表面計測段階において測定された各測定箇所における表面の高さ、傾きに応じて、試料の高さ、傾きが調整されており、したがって再調整段階では、その調整値からスタートして微調整（再調整）を行なえばよいことになる。したがって再調整に要する時間は、表面計測段階を経ない場合と比較すれば、格段に短くなり、トータルの分析時間も、短時間で済む。
また、試料の板面の反りが大きい場合でも、再調整段階よりも前の段階（調整段階）において、試料の高さ、傾きについての大まかな調整が済んでおり、したがって再調整段階において、基準Ｘ線が試料の端部によって遮られて再調整が不可能となるような事態が発生することは回避することができる。

さらに本発明の第４の態様の全反射蛍光Ｘ線分析方法は、第１の態様〜第３の態様のうちのいずれかの態様の全反射蛍光Ｘ線分析方法において、半導体ウエハの表面汚染物質を評価するための方法であることを特徴とするものである。

一方、第５、第６の態様は、本発明の全反射蛍光Ｘ線分析方法を実施するための装置についてのものである。

すなわち本発明の第５の態様の全反射蛍光Ｘ線分析装置は、
試料を、その測定すべき表面と実質的に平行な二次元方向の面内で位置調整可能でかつその面に対し垂直な方向への高さおよび前記面に対する傾きを調整可能に保持する保持手段と、
前記保持手段によって保持された試料表面における各測定箇所の傾きおよび高さを測定する表面計測手段と、
前記保持手段によって保持された試料表面に、全反射する角度で励起Ｘ線を照射するための励起Ｘ線源と、
前記励起Ｘ線によって生じた蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出手段と、
を有することを特徴とすることを特徴とするものである。

また本発明の第６の態様の全反射蛍光Ｘ線分析装置は、第５の態様の全反射蛍光Ｘ線分析装置において、
前記表面計測手段が、試料表面の三次元プロファイルを測定する表面形状測定装置を備え、その表面形状測定装置によって測定された三次元プロファイルのデータから各測定箇所の傾きおよび高さを求める構成とされていることを特徴とするものである。

本発明の全反射蛍光Ｘ線分析方法によれば、半導体ウエハの表面不純物評価などのために試料表面の多数の箇所について全反射蛍光Ｘ線分析を行なうにあたり、各測定箇所における試料の高さ、傾きの調整を短時間で行なうことができ、そのためトータルの分析時間を短くして、高能率で不純物評価などをおこなうことが可能となる。特に、試料の反りなどの変形が大きい場合でも、各測定箇所における試料の高さ、傾きの調整を従来よりも短時間で行なうことができるため、半導体ウエハなどの表面の不純物（汚染物質）の評価の能率を向上させることができる。また、Ｘ線入射前の試料の高さ、傾きの調整を、予め計測した試料表面の各測定箇所での高さ、傾きに応じて行うため、試料の板面の反りが大きい場合でも、極めて微小な入射角度で入射されるＸ線が試料の端部によって遮られてしまうことが防止され、その結果、調整および測定を確実におこなうことが可能となる。

本発明が適用される一般的な全反射蛍光Ｘ線分析方法の原理を説明するための略解図である。本発明の全反射蛍光Ｘ線分析方法の一実施形態の全体的なフローを示すフローチャートである。本発明の全反射蛍光Ｘ線分析方法を実施するに当たって使用される試料保持手段の一例の模式的な正面図である。本発明の全反射蛍光Ｘ線分析方法が適用される試料の一例の平面図である。本発明の全反射蛍光Ｘ線分析方法を実施するに当たって、試料の調整のために想定される軸の一例を示すための模式図である。

次に本発明の実施形態について詳細に説明する。

本発明の全反射蛍光Ｘ線分析方法では、基本的には、半導体ウエハなどの試料を、その測定すべき表面と実質的に平行な二次元方向の面内で位置調整可能でかつその面に対し垂直な方向への高さおよび前記面に対する傾きを調整可能に保持する保持手段を備えることを前提としている。そして、試料表面について、その二次元方向に等間隔で多数の箇所を指定（マッピング）し、その各測定箇所ごとに試料の傾きおよび高さを調整し、かつその調整のたびごとに、試料表面に対して全反射を生じさせる微小な角度、例えば０．０５°の角度で励起Ｘ線を順次照射し、各箇所で生じる蛍光Ｘ線を検出して、その特性Ｘ線から試料表面の不純物などを分析することは、従来の方法と同様である。
そして特に本発明では、試料表面に分析のための励起Ｘ線を照射する以前の段階で、分析のための保持手段により試料を保持した状態で、試料表面の各測定箇所の傾きおよび高さを測定し、その測定結果に基づいて各測定箇所ごとに試料の高さおよび傾きを調整し、ある一つの測定箇所についての調整が終了するたびごとに、その測定箇所に励起Ｘ線を入射させ、その励起Ｘ線によって発生した蛍光Ｘ線を検出して、各測定箇所での蛍光Ｘ線による分析を行なう。
またここで、より分析精度を高めるためには、予め測定した各測定箇所の高さ、傾きの情報に基づいて各測定箇所ごとに高さ、傾きを調整した後、各測定箇所へ基準Ｘ線（校正用Ｘ線）を照射して、それにより発生する蛍光Ｘ線の強度レベルに応じて各測定箇所における試料表面の高さおよび傾きの少なくとも一方を再調整し、その後に分析のための励起Ｘ線の照射によって表面からの蛍光Ｘ線による分析を行なうことが好ましい。そこで以下に示す実施形態では、このような再調整段階を含んだプロセスについて説明する。

本発明の全反射蛍光Ｘ線分析方法の一実施形態のプロセス（図２参照）は、
試料を、その測定すべき表面と実質的に平行な二次元方向の面内で位置調整可能でかつその面に対し垂直な方向への高さおよび前記面に対する傾斜傾きを調整可能に保持する試料保持段階Ｓ１と、
保持した試料の表面における各測定箇所での傾きおよび高さを測定する表面計測段階Ｓ２と、
順次各測定箇所に励起Ｘ線が入射されるように前記面内での試料の位置調整を行なうとともに、各測定箇所における試料表面の高さおよび傾きを、前記表面計測段階で求めた高さおよび傾きに応じて調整する調整段階Ｓ３と、
前記調整段階においてある一つの測定箇所についての調整が終了するたびごとにその測定箇所に基準Ｘ線を入射させ、その基準Ｘ線によって発生した蛍光Ｘ線を検出して、その蛍光Ｘ線の強度レベルに応じて各測定箇所における試料表面の高さおよび傾きの少なくとも一方を再調整する再調整段階Ｓ４と、
前記再調整段階においてある一つの測定箇所についての再調整が終了するたびごとに、その測定箇所に励起Ｘ線を入射させ、その励起Ｘ線によって発生した蛍光Ｘ線を分析のための特性Ｘ線として検出する測定段階Ｓ５と、
を有している。
そこでこれらの各段階Ｓ１〜Ｓ５について、さらに詳細に説明する。

〔試料保持段階Ｓ１〕
試料表面における各測定箇所の傾きおよび高さを測定する表面計測段階Ｓ２に先立っては、試料の分析すべき表面の多数の箇所を指定しておき、かつ試料を保持手段によって保持しておく。
ここで、試料表面における測定箇所の数および間隔は特に限定されるものではないが、例えば図４に示すように、試料１の表面１Ａと実質的に平行な二次元面（Ｘ−Ｙ平面）について、互いに直交するＸ方向およびＹ方向に等しい間隔Ｗで、多数の測定箇所Ｐ_i,j(ｉ＝１〜ｍ、ｊ＝１〜ｎ）を指定しておく。測定箇所Ｐ_i,jの数および間隔Ｗは、試料１の表面１Ａに対する励起Ｘ線の有効照射域の大きさ（面積）に応じて、隣り合う測定箇所の間で励起Ｘ線の有効照射域の周縁部分が重なり合うように設定することが望ましい。具体的には、例えば通常のＸ線源を用いて入射角度を０．０５°とした場合、隣り合う測定箇所の間隔Ｗは、１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度に定めることが望ましい。また測定箇所Ｐ_i,jの数は、間隔および試料の大きさに応じて、試料のほぼ全面がカバーされるように定めればよい。

なお、保持手段は、初期状態では、予め反りなどの変形がない平坦な標準試料（例えば平坦なＳｉ基板）などを用いて、試料保持台の傾きが調整されているものとする。例えば、試料保持台の表面が水平となるように調整されているものとする。もちろん必ずしも水平に調整しておく必要はなく、要は初期状態での試料保持台の傾き（水平の場合は０°）が判明していれば良く、その後の調整、再調整は、初期状態の傾きを基準として行なえば良いが、説明の簡略化のため、以下では、初期状態の試料保持台は水平（傾きが０°）であって試料の表面（Ｘ−Ｙ面）は全体としては水平であることとして説明を進めるものとする。

前記保持手段は、要は試料における分析すべき表面と実質的に平行な二次元方向の面内（Ｘ−Ｙ面内）で、Ｘ方向およびＹ方向に位置調整可能となるよう、かつその面に対し垂直な方向（Ｚ方向）への高さおよび前記面に対する傾きを調整可能となるように試料を保持する構成とされていれば良い。なおここで傾きを調整可能とは、角度のみならず、傾斜の方向をも調整可能であることを意味する。この保持手段の具体的構成は特に限定されないが、その一例を図３に概略的に示す。

図３において、保持手段１０は、試料１を載置して保持するための試料保持台１２と、床面などの固定された設置面１４に設置される基台１６と、前記試料保持台１２と基台１６との間に介在して、試料保持台１２の位置や傾きを調整するための調整機構１８とによって構成されている。
前記試料保持台１２は、例えば円盤状の試料１を、静電吸着によって実質的に水平に（すなわちＸ−Ｙ面が実質的に水平となるように）保持する構成とされている。
一方前記調整機構１８は、Ｘ−Ｙ面内において試料１をＸ方向およびＹ方向に移動調整するためのＸ−Ｙ面内移動調整ステージ１８Ａと、試料１を垂直方向（Ｘ−Ｙ面に対して直交するＺ方向）に昇降調整するための昇降調整ステージ１８Ｂと、試料１の傾き（Ｘ−Ｙ面に対する角度および傾きの方向）を調整するためのスイベル機構（自由回転継ぎ手機構）などの角度調整ステージ１８Ｃとによって構成されている。
このような保持手段１０によれば、試料保持台１２およびそれに載置保持されている試料１を、Ｘ−Ｙ面内においてＸ方向およびＹ方向に移動調整可能で、かつ試料１の高さ（Ｚ方向の位置）および傾き（傾斜の角度および方向）の調整を行なうことができる。

〔表面計測段階Ｓ２〕
上述のような保持手段１０によって試料１を保持した状態で、試料１の表面１Ａにおける各測定箇所でのＸ−Ｙ平面からの傾きおよび高さ（Ｚ方向の位置）を計測する。ここで各測定箇所での傾きは、主として試料板面の反りによって変化し、また各測定箇所での高さは、その箇所における試料の厚みと反りによって変化する値である。なおこの段階で計測する試料の傾きとは、角度のみならず傾斜の方向（三次元的な傾きの方向）をも含むものとする。

前記計測手段の具体的構成は特に限定されないが、試料表面の三次元プロファイルを測定して、その三次元プロファイルから、各測定箇所における傾きおよび高さを求めるように構成することが望ましい。このような三次元プロファイル測定手段（表面形状測定装置）としては、光学的な計測手段として、例えばレーザー光を試料の表面に照射するとともに、レーザー光の入射角度を周期的に微小変化させ、発生する干渉縞の明暗変化をＣＣＤカメラなどによって捉え、位相差解析によって表面形状を測定する三次元測定器、例えば米国のＣｏｒｎｉｎｇＴｒｏｐｅｌ（商標）社製の商品名ＵｌｔｒａＳｏｒｔ（商標）として知られるウエハ表面測定機を適用することができる。このウエハ表面測定機によれば、例えば直径が１５０ｍｍ程度の円盤状の半導体ウエハの場合、表面全体の三次元プロファイルを２分程度の極めて短時間で測定することができる。もちろんその他の光学的な三次元プロファイル計測手段や、静電容量を用いた三次元プロファイル計測手段、例えば（株）コベルコ科研製の平坦度測定装置ＳＢＷ−３３０などを適用することも可能である。
これらの三次元プロファイル計測手段を用いて試料表面の三次元プロファイルを測定した場合、そのプロファイル情報から、予め指定した（マッピングした）各測定箇所について、高さの情報および傾きの情報（角度および方向）を抽出すれば良い。
なお場合によっては、三次元プロファイル計測手段によらず、試料の各測定箇所ごとにその高さおよび傾きを個別に計測する手段を適用することも可能である。

〔調整段階Ｓ３〕〜〔再調整段階Ｓ４〕〜〔測定段階Ｓ５〕
本実施形態においては、表面計測段階Ｓ２の終了後、各測定箇所（Ｐ_i,j）ごとに、調整段階Ｓ３〜再調整段階Ｓ４〜測定段階Ｓ５を実施する。すなわち、ある測定箇所について、調整段階Ｓ３〜再調整段階Ｓ４〜測定段階Ｓ５を実施した後、次の別の測定箇所について、調整段階Ｓ３〜再調整段階Ｓ４〜測定段階Ｓ５を実施し、以下同様の過程を繰り返す。そこで以下では、調整段階Ｓ３、再調整段階Ｓ４、測定段階Ｓ５についてまとめて説明する。

前述の表面計測段階Ｓ２によって各測定箇所における傾きおよび高さを求めた後、励起Ｘ線源からの励起Ｘ線の入射位置に試料の第１番目の測定箇所がほぼ合致するように、調整機構１８のＸ−Ｙ面内移動調整ステージ１８Ａによって試料１をＸ−Ｙ面内で移動調整するとともに、表面計測段階Ｓ２で得られた第１番目の測定箇所の傾きおよび高さの値に応じて、当該測定箇所における試料の傾き（角度および傾斜の方向）および高さが適切な値となるように、調整機構１８の昇降調整ステージ１８Ｂおよび角度調整ステージ１８Ｃによって試料の傾きおよび高さを調整する（第１番目の調整段階）。

続いて、第１番目の再調整段階として、第１番目の測定箇所に、校正用基準Ｘ線、例えばＷ（タングステン）の特性Ｘ線（Ｗ−Ｌβ線）を入射させ、そのときに試料表面から発生する蛍光Ｘ線をＸ線検出器によって検出して、その強度レベルが所定のレベル（基準レベル）となるように、試料の高さおよび傾きを再調整する（第１番目の再調整段階）。

引き続き第１番目の測定箇所へ励起Ｘ線として例えばＡｇ−Ｋ線を照射し、その励起Ｘ線によって励起されて生じる蛍光Ｘ線（二次Ｘ線）を、特性Ｘ線として蛍光Ｘ線検出器によって検出する（第１番目の測定段階）。これによって、第１番目の測定箇所についての測定が終了したことになる。

次いで、励起Ｘ線源からの励起Ｘ線の入射位置に試料の第２番目の測定箇所が合致するように、調整機構１８のＸ−Ｙ面内移動調整ステージ１８Ａによって試料１をＸ−Ｙ面内で移動調整するとともに、表面計測段階Ｓ２で得られた第２番目の測定箇所の傾きおよび高さの値に応じて、当該測定箇所における試料の傾きおよび高さが適切な値となるように、調整機構１８の昇降調整ステージ１８Ｂおよび角度調整ステージ１８Ｃによって試料の傾きおよび高さを調整する（第２番目の調整段階）。

続いて、第２番目の再調整段階として、第２番目の測定箇所に、前記同様に基準Ｘ線を入射させ、そのときに発生する蛍光Ｘ線をＸ線検出器によって検出して、その強度レベルが所定のレベル（基準レベル）となるように、試料の高さおよび傾きを再調整する（第２番目の再調整段階）。

引き続き第２番目の測定箇所へ励起Ｘ線を照射して、その際に生じた蛍光Ｘ線（二次Ｘ線）を、特性Ｘ線として蛍光Ｘ線検出器によって検出する（第２番目の測定段階）。

以下、順次同様にして、各測定箇所について、順次、調整段階〜再調整段階〜測定段階を繰り返し、すべての測定箇所について調整段階〜再調整段階〜測定段階が終了すれば、試料の全表面についての測定が終了したことになる。
そして各測定箇所で検出した蛍光Ｘ線を、例えば試料表面の汚染物質（不純物）の特性Ｘ線として扱って、その物質の同定、および不純物量の大きさを分析し、試料表面の不純物評価を行なうことができる。これらの分析・評価方法としては、従来公知の手法を用いれば良い。

以上の実施形態では、表面計測段階Ｓ２における計測結果に応じて、調整段階Ｓ３で調整し、さらに基準Ｘ線の照射によって再調整段階Ｓ４で再調整を行なうこととしている。言い換えれば、調整段階Ｓ２において概略的な比較的粗い調整を行ない、さらに再調整段階Ｓ４において精密な微調整を行なっている。したがって再調整段階Ｓ４での調整量はごくわずかで済み、したがって再調整段階Ｓ４に要する時間は、表面計測段階Ｓ２での計測結果に応じて調整段階Ｓ３で調整する過程を適用しなかった場合（従来法の場合）の調整時間よりも格段に短くなる。
本発明者らの実験によれば、直径１５０ｍｍの円盤状試料について、測定箇所の数を１３３点とした場合、上記の実施形態によれば、トータルの分析時間は２０分程度となることが確認されている。これは、従来法で要していた数時間から十数時間の分析時間と比較して、格段に短時間化されていることを意味する。

なお、前記計測段階Ｓ１〜調整段階Ｓ２の実際的な処理操作は、図示しない演算装置と、調整機構１６を制御するための図示しない制御装置などとによって行なえば良いが、その場合の具体的調整方法の概略について、以下に説明する。

先ず、図５に示すように、試料保持台１２の軸（仮想上の軸）として、その位置を決定する三次元座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を定め、同時に傾きに関して、これらのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を中心として回転する回転角度（α、β、γ）を便宜上定めておく。なおここでＺ軸は試料の高さ方向に相当する。
そして測定箇所となるべき試料表面の面内の任意の位置を（ｘ１、ｙ１）とし、その位置における試料表面の高さ方向の位置を（ｚ１）とし、さらに傾きを（ａ）とする。ここで、既に述べたように高さ方向の位置（ｚ１）は、試料の厚みおよび反りによって変化し、また傾き（ａ）は、主として反りによって変化する値である。
上記の（ｘ１、ｙ１）の位置における高さ方向の位置（ｚ１）および傾き（ａ）は、既に述べたように、計測段階Ｓ１において、三次元プロファイル計測手段によって計測された試料表面の三次元プロファイルのデータから求められる。
そして調整段階Ｓ２では、各測定箇所ごとに（ｘ１、ｙ１）で定まるＸ−Ｙ面内位置情報と、高さ情報（ｚ１）および傾き情報（ａ）を演算装置に入力する。そして演算装置によって、測定したい箇所が前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三次元座標軸の原点（０点）に位置しかつその位置での傾きが、適切な傾きとなるように、調整機構の各調整量、調整方向を求め、その演算結果に基づいて調整機構を制御して、試料保持台の傾きおよび高さ、ひいては試料の傾きおよび高さを調整する。
なおここで、Ｘ軸およびＺ軸を含む平面（図示の垂直面）に沿って励起Ｘ線が入射されるものとすれば、角度γとしては試料の表面（Ｘ−Ｙ平面）に対する励起Ｘ線の入射角度（例えば０．０５°）を入力し、角度α、βの情報として、傾き（ａ）を入力すれば良い。

なお、上記の実施形態では、再調整段階Ｓ４を含むものとして説明したが、分析精度にさほど高精度が要求されない場合や、表面計測段階Ｓ２の計測精度が高い場合などにおいては、再調整段階Ｓ４を省くことも許容される。この場合、測定段階Ｓ５は、調整段階Ｓ３においてある一つの測定箇所についての調整が終了するたびごとに、その測定箇所に直ちに励起Ｘ線を入射させ、その励起Ｘ線によって発生した蛍光Ｘ線を分析のための特性Ｘ線として検出すれば良い。
このように、再調整段階Ｓ４を省いた実施態様によれば、再調整に要する時間が不要となるため、分析時間のより一層の短縮が可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはもちろんである。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。

１試料
２励起Ｘ線源
３励起Ｘ線（一次Ｘ線）
５蛍光Ｘ線
６蛍光Ｘ線検出器
１０試料保持手段
１２試料保持台
１８調整機構

Claims

試料を、その測定すべき表面と実質的に平行な二次元方向の面内で位置調整可能でかつその面に対し垂直な方向への高さおよび前記面に対する傾きを調整可能に保持する保持手段を備え、試料の表面の予め定めた多数の測定箇所に、入射光に対する全反射条件を満たす角度で順次励起Ｘ線を入射させ、各測定箇所で発生する蛍光Ｘ線を検出して分析する全反射蛍光Ｘ線分析方法において、
試料表面における各測定箇所の傾きおよび高さを測定する表面計測段階と、
順次各測定箇所に励起Ｘ線が入射されるように前記面内での試料の位置調整を行なうとともに、各測定箇所における試料表面の高さおよび傾きを、前記表面計測段階で求めた高さおよび傾きに応じて調整する調整段階と、
前記調整段階においてある一つの測定箇所についての調整が終了するたびごとに、その測定箇所に励起Ｘ線を入射させ、その励起Ｘ線によって発生した蛍光Ｘ線を分析のための特性Ｘ線として検出する測定段階と、
を有することを特徴とすることを特徴とする全反射蛍光Ｘ線分析方法。
前記表面計測段階において、測定すべき試料表面の三次元プロファイルを測定し、その三次元プロファイルから、各測定箇所の傾きおよび高さを求めることを特徴とする請求項１に記載の全反射蛍光Ｘ線分析方法。
前記各段階のほか、さらに、前記調整段階においてある一つの測定箇所についての調整が終了するたびごとに、その測定箇所に基準Ｘ線を入射し、その基準Ｘ線によって発生した蛍光Ｘ線を検出して、その蛍光Ｘ線の強度レベルに応じて各測定箇所における試料表面の高さおよび傾きを再調整する再調整段階を有しており、
前記測定段階においては、前記再調整段階においてある一つの測定箇所についての再調整が終了するたびごとに、励起Ｘ線の入射によって発生した蛍光Ｘ線を分析のための特性Ｘ線として検出することを特徴とする請求項１、請求項２のいずれかの請求項に記載の全反射蛍光Ｘ線分析方法。
半導体ウエハの表面汚染物質を評価するための方法であることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の全反射蛍光Ｘ線分析方法。
試料を、その測定すべき表面と実質的に平行な二次元方向の面内で位置調整可能でかつその面に対し垂直な方向への高さおよび前記面に対する傾きを調整可能に保持する保持手段と、
前記保持手段によって保持された試料表面における各測定箇所の傾きおよび高さを測定する表面計測手段と、
前記保持手段によって保持された試料表面に、全反射する角度で励起Ｘ線を照射するための励起Ｘ線源と、
前記励起Ｘ線によって生じた蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出手段と、
を有することを特徴とする全反射蛍光Ｘ線分析装置。
前記計測手段が、試料表面の三次元プロファイルを測定する表面形状測定装置を備え、その表面形状測定装置によって測定された三次元プロファイルのデータから各測定箇所の傾きおよび高さを求める構成とされていることを特徴とする請求項５に記載の全反射蛍光Ｘ線分析装置。