JP2921910B2 - 全反射蛍光x線分析装置 - Google Patents

全反射蛍光x線分析装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は蛍光X線分析装置に係り、特に試料表面の
微量不純物の面内分布の非破壊評価に用いられる全反射
蛍光X線分析装置に関する。
(従来の技術) X線全反射を用いた蛍光X線分析法(全反射蛍光X線
分析=Total Reflection X−ray Fluorescence)は、光
学研磨状態の平滑面上の微量不純物の測定に有効である
ことが知られている。また、この分析法を実施する装置
として、全反射蛍光X線分析装置が知られている。この
分析装置は、X線源から放出される一次X線を試料表
面、例えば半導体ウェーハの表面で全反射させ、このと
きウェーハ表面から放出される蛍光X線、すなわち二次
X線を二次X線検出器で検出することにより試料表面に
付着している微量不純物の面内分布を測定するものであ
る。
(発明が解決しようとする課題) ところで、従来の全反射蛍光X線分析装置では二次X
線検出器が1台しか設けられていないため、ウェーハで
必須な面内分布を測定するには、ウェーハと二次X線検
出器の相対位置を走査させる必要がある。しかし、この
方法は、1点の測定に必要な時間が約10分であることか
ら、直径が5インチのウェーハで測定点を50点(1点の
測定領域が約10mmφ)に設定したときは、500分もの測
定時間が必要になり、工業的には非実用的である。特に
シリコン・ウェーハは大口径化が進んでおり、直径が6
〜8インチのウェーハの面内分布測定が必要であるにも
かかわらず、現状の装置では到底対処不可能である。
この発明は上記のような事情を考慮してなされたもの
であり、その目的は、ウェーハ表面における微量不純物
の面内分布測定を従来よりも短時間で行なうことができ
る全反射蛍光X線分析装置を提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明の全反射蛍光X線分析装置は、半導体ウェー
ハ表面上の微量不純物を分析する全反射蛍光X線分析装
置において、複数個のX線検出器を前記ウェーハ表面に
対して対向するように並列に配置させ、かつ前記ウェー
ハの径をD、前記ウェーハの表面と前記各X線検出器と
の間の距離をd、入射一次X線の視射角をθとしたと
き、d≧Dtanθの関係を満足するように各値が設定され
てなることを特徴とする。
この発明の全反射蛍光X線分析装置は、入射一次X線
の光軸を含み、かつウェーハの表面と垂直な面内の一次
X線の照射幅をwとしたとき、w≧Dsinθの関係を満足
するように各値が設定されてなることを特徴とする。
(作用) X線検出器をウェーハ表面に対して複数個配置させる
ことにより、複数個のX線検出器で異なる測定点の測定
が並列に行われ、これにより面内分布を測定する際の測
定時間の短縮化を図ることができる。
また、X線検出器を複数個設けた場合、これらのX線
検出器で遮られることなしにウェーハ表面とX線検出器
とを接近させた状態でウェーハ表面に一次X線を入射さ
せてX線検出器の検出感度を高めるためには、ウェーハ
の径をD、ウェーハ表面とX線検出器との間の距離を
d、入射一次X線の視射角をθとしたときに、d≧tan
θの関係を満足させればよい。
さらに、複数個のX線検出器と対向するウェーハ表面
に同時に一次X線を入射させるためには、入射一次X線
の光軸を含み、かつウェーハの表面と垂直な面内の一次
X線の照射幅をwとしたときに、w≧Dsinθの関係を満
足させればよい。
(実施例) 以下、図面を参照してこの発明を実施例により説明す
る。
第1図はこの発明の全反射蛍光X線分析装置の全体の
構成図である。図において、11はX線源である。このX
線源11は例えば、Moからなる材料に電子ビームを照射す
ることによってMoKαX線を励起させるものである。こ
のX線源11から発せられた一次X線12はモノクロメータ
13によって単色化及び高密度化され、さらにスリット14
を介して試料、例えばシリコン半導体ウェーハ15の表面
に照射される。このとき、ウェーハ15の表面に対する入
射角度は、一次X線が表面で全反射するような角度に設
定される。例えば、上記のように励起X線として単色化
されたMoKα線(波長λ=0.711Å)を用いた場合、シリ
コン半導体ウェーハ15の全反射の臨界角は0.104゜であ
り、実際の入射角(以下、視射角と称する)は例えば0.
1゜に設定した。そして、上記ウェーハ15からの反射X
線16はシンチレーション・カウンタ17でモニタされ、こ
のモニタ結果に基づいてウェーハ表面における反射角等
の調整が行われるようになっている。
また、上記ウェーハ15は平坦化を目的として静電チャ
ック18上に載置、固定されるようになっている。また、
この静電チャック18は、試料走査コントローラ19により
X方向及びY方向に移動可能にされている。上記ウェー
ハ15の上方には複数個の二次X線検出器、例えば固体検
出器(Solid State Detctor、以下SSDと称する)20が一
列に配列して設置されている。すなわち、これら複数個
のSSD20はウェーハ15の表面に対して対向するように並
列に配置されている。
また、上記複数個のSSD20からの出力は、プリ・アン
プ、メイン・アンプ、A/D変換器、マルチ・チャンネル
・アナライザ(MCA)等からなる処理回路21に供給さ
れ、さらにこの処理回路21の出力はコンピュータ22に供
給される。
上記コンピュータ22は、上記処理回路21の出力を受け
てシリコン半導体ウェーハ15の表面における微量不純物
の面内分布を測定すると共に、上記試料走査コントロー
ラ19の制御を行う。
なお、上記静電チャック18及び複数個のSSD20等は真
空チャンバ23内に収納されている。
第2図は第1図中のシリコン半導体ウェーハ15付近の
構成を拡大して示すものであり、第2図(a)は側面
図、第2図(b)は平面図である。なお、この第2図で
は上記SSD20が5個設置されている場合を示している
が、その個数は5個にのみ限定されるものではない。ま
た、図示のように、シリコン半導体ウェーハ15の直径を
D、ウェーハ15の表面と各SSD20との間の距離をd、入
射一次X線12の視射角をθとしたとき、d≧Dtanθの関
係を満足するように距離dの値が設定されている。ま
た、入射一次X線12の光軸を含み、かつウェーハ15の表
面と垂直な面内の一次X線の照射幅をw(第2図(a)
に図示)としたとき、w≧Dsinθの関係を満足するよう
に照射幅wの値が設定されている。例えば、直径Dが20
0mmのシリコン半導体ウェーハの測定を行う場合、Dtan
θ及びDsinθの値はそれぞれ約349μmとなる。このた
め、ウェーハ15の表面と各SSD20との間の距離dは1mm
に、一次X線の照射幅wは0.5mmに調整した。なお、第
2図(b)中の実線及び破線の丸印はウェーハ表面に対
するSSD20の位置を示すものであり、さらに図中斜線を
施した領域は前記一次X線12が照射されている部分を示
している。
このような構成の装置における測定は次のようにして
行われる。なお、この場合、前記SSD20は一列に8個配
置されているものとする。
この測定は、まずX線源11から発せられた一次X線12
を上記のような条件でシリコン半導体ウェーハ15の表面
に照射し、このときウェーハ15の表面から放出される蛍
光X線を8個の各SSD20でそれぞれ検出する。これら8
個の各SSD20の出力は処理回路21を経由してコンピュー
タ22に送られ、ここで種々のエネルギーに対する蛍光X
線強度の分布が算出される。次にコンピュータ22からの
指令により試料走査コントローラ19が制御され、ウェー
ハ15が第2図(b)図中のY方向に例えば1.5cm移動
し、この後、上記と同様の測定が行われる。以下、同様
にしてウェーハ全面の測定が行われる。
このように一回の測定でウェーハ15上の8個の点の測
定を行うようにしたので、合計8回の測定で面内マッピ
ングを得ることができる。このため、全測定に要する時
間は10分×8回=80分であり、従来のように1点毎に測
定を行う場合の520分に比べて、評価速度は6〜7倍に
改善された。
第3図は上記装置を用いて、シリコン半導体ウェーハ
表面の微量不純物として例えばCr(クロム)の面内分布
を評価したときの結果を示すものであり、図中の数値の
単位は1013atoms/cm2である。
なお、上記実施例ではSSDを一列に配列する場合につ
いて説明したが、これは正方格子状又は六方格子状に配
列し、X線をウェーハ全面に渡り1回で照射するように
構成してもよい。
[発明の効果] 以上、説明したようにこの発明によれば、ウェーハ表
面の微量不純物の面内測定が迅速に評価できるので、材
料及びプロセス起因の汚染が即座に発見でき、再洗浄等
の対策をとることが可能である。特に汚染モードからの
汚染源の発見、除去探索が早くなり、素子の歩留、信頼
性の向上への寄与は計り知れない程大きい。
また、ウェーハの大口径化に対し、従来のマッピング
法は1点ずつ測定を行うために測定時間の長大化は不可
避であるが、この発明によればウェーハの口径にかかわ
らずほどんど同一の時間で測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の全反射蛍光X線分析装置の一実施例
による全体の構成図、第2図は第1図中のシリコン半導
体ウェーハ付近の構成を拡大して示すものであり、第2
図(a)は側面図、第2図(b)は平面図、第3図は上
記実施例装置を用いて実際に測定を行ったときの不純物
の面内分布状態を示す図である。 11……X線源、12……一次X線、13……モノクロメー
タ、14……スリット、15……シリコン半導体ウェーハ、
16……反射X線、17……シンチレーション・カウンタ、
18……静電チャック、19……試料走査コントローラ、20
……固体検出器(SSD)、21……処理回路、22……コン
ピュータ。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体ウェーハ表面上の微量不純物を分析
    する全反射蛍光X線分析装置において、 複数個のX線検出器を前記ウェーハ表面に対して対向す
    るように並列に配置させ、かつ前記ウェーハの径をD、
    前記ウェーハの表面と前記各X線検出器との間の距離を
    d、入射一次X線の視射角をθとしたとき、d≧Dtanθ
    の関係を満足するように各値が設定されてなることを特
    徴とする全反射蛍光X線分析装置。
  2. 【請求項2】前記入射一次X線の光軸を含み、かつ前記
    ウェーハの表面と垂直な面内の一次X線の照射幅をwと
    したとき、w≧Dsinθの関係を満足するように各値が設
    定されてなることを特徴とする請求項1記載の全反射蛍
    光X線分析装置。
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