JP3101257B2 - 試料表面の検査方法およびこれを使用するｘ線分析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハ、光
磁気ディスク、磁気ディスク、液晶基板、ガラスディス
ク、サファイア基板などの成膜された薄膜基板および半
導体ウエハ（ベアウエハ）等の試料表面の物理的または
化学的状態を検査する検査方法およびその装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体生産ラインで取り扱われ
るシリコンウェハ等の表面には、その工程の途中で、様
々な物理的または化学的処理が加えられるので、工程の
中で、異物その他による表面の汚染や、表面上の平坦度
異常などが生じることがある。これらの現象は、半導体
表面を理想的な状態から遠ざけ、製品としての歩留りを
下げるなどの悪影響を起こす原因となる。

【０００３】このようなウェハ表面の汚染や平坦度異常
の原因を推定するには、それらの汚染部位や平坦度異常
部位の元素を割り出すことが必要であり、その元素は微
量であるから、元素分析には全反射蛍光Ｘ線分析方法が
極めて有効である。

【０００４】しかし、前記全反射蛍光Ｘ線分析方法によ
り、表面上の元素分析を行う場合、１回の分析面積は約
２０ｍｍφ程度の範囲であり、ウェハ全面積に比べて非
常に狭く、また１回の分析に要する時間も、後述する異
物検査装置に比べて長く、３００〜５００秒である。例
えば直径が２００ｍｍφのウェハの場合、１回分の検査
面積に対して、ウェハ表面の全面積は （２００／２０）² ＝１０² ＝１００（倍） となる。したがって、１回の分析時間に３００秒を要す
るとしても、ウェハ表面の全域を前記方法で元素分析す
るものとすると、３００×１００秒、つまり８時間以上
もの長い検査時間を要することになる。

【０００５】この検査時間を短縮するものとして、ウェ
ハ表面の汚染部位や平坦度異常部位などを検出する表面
検査装置と、検出された汚染部位や平坦度異常部位など
について元素分析を行うＸ線分析装置とを備えた検査シ
ステムがある。

【０００６】前記表面検査装置は、半導体の製造におい
て、製造工程前や工程中に、物理的または化学的な表面
状態を検査する装置として使用される。このような表面
検査装置として、例えば、試料表面の平坦度を計測する
平坦度計測装置、表面に付着している異物を検査する異
物検査装置などが知られている。また、表面化学状態の
計測装置としては、例えば、ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換
赤外分光法）があり、この装置によれば、シリコンウエ
ハ中の微量不純物の酸素、炭素を、Ｓｉ−Ｏ，Ｓｉ−Ｃ
の赤外スペクトルで測定し、試料表面の化学構造解析、
つまり化学的な状態を分析するものが知られている。

【０００７】前記平坦度計測装置を使用して、ウェハ表
面における平坦度に異常のある部位を特定し、その位置
の微量元素分析を全反射蛍光Ｘ線分析で行えば、その平
坦度異常の要因を推定することができる。また、前記異
物検査装置により、ウェハ表面に付着している異物を検
査し、その検査結果から表面上の異物の付着部位を特定
して、その部位の微量元素分析を全反射蛍光Ｘ線分析で
行えば、製品歩留りの低下等の原因を特定することがで
きる。

【０００８】前記異物検査装置としては、光起電力法を
用いた装置も知られている。この装置を使用すれば、試
料表面における鉄など特定の元素の付着部位を迅速に特
定できるので、その分析結果に基づき、全反射蛍光Ｘ線
分析法で分析する部位を特定し、さらに精密な元素分析
を行うこともできる。

【０００９】このほか、試料表面に付着した異物を検査
する装置として、例えば、鏡面ウェハ上の０．５μｍ以
上、パターン付きウェハ上の２μｍ以上の汚染部位を検
出でき、これらのウェハ上の分布をディスプレイに表示
し、必要に応じて顕微鏡下に自動的に位置決めし、個々
の汚染部位を観察することができるウェハ上異物検査装
置が知られている（日立評論第６巻第９号 昭和６１年
９月２０日発行）。また、表面検査装置とＸ線分析装置
とを備えた検査システムとしては、例えば、レーザによ
ってウェハ上の塵埃を検出し、検出した塵埃に位置決め
し、Ｘ線分析装置により元素分析する塵埃分析装置が知
られている（日立評論第７１巻第５号 平成元年５月２
０日発行）。

【００１０】レーザによってウェハ表面の汚染部位を検
出し、検出した汚染部位に位置決めするには、検査シス
テムの表示器の画面を作業者が目視して位置決めする方
法が知られている。図１３に示すように、検査システム
の表示器２１の画面に、ウェハ表面に汚染部位を再現し
た汚染図、すなわちレーザによる表面検査によって特定
された汚染部位２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５
ｅ，２５ｆ…が表示される。汚染部位はその直径が約μ
ｍのオーダで検出が可能であるため、それ以上の全ての
汚染物が表示され、作業者はポインティング装置等を操
作して、汚染図中のＸ線による元素分析に適した表面積
の大きい汚染部位を指定する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】Ｘ線分析において、分
析径、すなわち試料上で１次Ｘ線が照射され、発生した
蛍光Ｘ線を検出器が検出できる範囲の面の直径はｍｍオ
ーダの大きさで、特に全反射蛍光Ｘ線分析では約２０ｍ
ｍφの大きさであり、標準的なウェハ表面の汚染や欠陥
等のある検査部位の表面積に比べて分析径の方が大き
い。しかし、表面検査装置とＸ線分析装置とを備えた検
査システムによる検査部位の分析では、表示器２１の画
面には分析スポットの図が表示されず、ポインティング
装置等で指定する位置が分析スポットの中心として示さ
れるだけであるため、分析径に複数の検査部位が近接し
ている場合には、幾つの検査部位がＸ線分析の対象にな
るかを作業者は認識できず、作業がしづらいという問題
がある。

【００１２】また、Ｘ線分析には表面積の大きい検査部
位のみが必要であるにもかかわらず、表示器２１の画面
には０．１μｍオーダの微小な検査部位まで含んだ検査
部位図が表示されてしまう。その上、微小な検査部位と
して認識されるものの中には、ウェハのクラックが含ま
れる場合もある。したがって、検査部位を指定する作業
者には、必要のないものが表示器２１の画面の表示され
ているために、さらに、作業がしづらいという問題があ
る。

【００１３】さらに、Ｘ線分析のための検査部位の指定
は作業者が表示器２１の画面を見ながらポインティング
装置を操作して行うため、作業者の操作に依存してしま
い、１次Ｘ線が検査部位に最も大きい強度で照射される
位置に設定されるとは限らない。

【００１４】本発明は前記従来の問題に鑑みてなされた
もので、表面検査装置と蛍光Ｘ線検出装置とを備え、作
業者にとって作業し易く、精度の高いＸ線分析を行うこ
とができる試料表面の検査方法およびその装置を提供す
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１の試料表面の検査方法は、平板状の試料の
表面を検査して、その表面の物理的または化学的な状態
の情報を取得し、その取得された表面情報を処理して、
試料表面の汚染部位のうち大きさが最小サイズから最大
サイズまでの所定の範囲内にある汚染部位のみを大きさ
に比例した大きさの図形で再現した分布図を表示器の上
に表示し、この分布図上で選択された任意の位置に１次
Ｘ線または検出器のスポット図を重ねて表示し、前記分
布図の選択された任意の位置に対応する前記試料の表面
の位置を分析スポットに移動し、前記分析スポットに１
次Ｘ線を照射し、前記分析スポットから発生する蛍光Ｘ
線を検出してその部位に存在する元素を定性または定量
分析するものである。

【００１６】請求項１の試料表面の検査方法によれば、
検査により試料表面の物理的または化学的な状態の情報
を取得し、試料表面の汚染部位のうち大きさが最小サイ
ズから最大サイズまでの所定の範囲内にある汚染部位の
みを大きさに比例した大きさの図形で再現した分布図を
表示器の上に表示し、分布図で選択された任意の位置に
１次Ｘ線または検出器のスポット図を重ねて表示させる
ので、作業者は分析スポット図内に着目し、どのような
部位が分析の対象となるかを容易に判断することができ
る。

【００１７】請求項２の試料表面の検査方法では、請求
項１の試料表面の検査方法において、定性または定量分
析した分析スポットの部位の元素と、前記分布図とをあ
わせて表示する。この方法によれば、試料表面の図上
に、検査部位と表面状態の分布の情報とがあわせて表示
されるので、汚染部位や欠陥部位と、それらの部位の元
素とを同時に知ることができ、検査結果をより簡単に分
析できる。

【００１８】前記目的を達成するために、請求項３のＸ
線分析装置は、平面状の試料の表面における物理的また
は化学的な状態の情報を取得するデータ取込手段と、１
次Ｘ線を発生するＸ線源と、前記データ取込手段によっ
て取得された表面情報を処理して、試料表面の汚染部位
のうち大きさが最小サイズから最大サイズまでの所定の
範囲内にある汚染部位のみを大きさに比例した大きさの
図形で再現した分布図を表示する表示器と、前記分布図
の選択された任意の位置に１次Ｘ線の分析スポット図を
重ねて表示させる分析スポット表示制御手段と、前記分
布図の選択された任意の位置に対応する前記試料の表面
の位置を分析スポットに移動させる分析スポット移動手
段と、前記分析スポット移動手段を制御して前記試料上
の選択された部位に前記１次Ｘ線を照射させる選択照射
制御手段と、前記試料の表面における前記１次Ｘ線の照
射部位から発生する蛍光Ｘ線を検出する検出器と、この
検出器からの出力に基づいて前記蛍光Ｘ線の発生部位の
元素を定性または定量分析する分析器とを備えている。

【００１９】請求項３のＸ線分析装置によれば、分布図
の選択された任意の位置に１次Ｘ線の分析スポットを重
ねて表示させるので、作業者は分析スポット図内に着目
し、どのような検査部位が分析の対象となるかを容易に
判断することができる。

【００２０】さらに、表面状態のうちＸ線分析に必要の
ない微小な汚染部位や欠陥部位等が表示器の画面に表示
されないため、分析スポットの選択を行う作業者にとっ
て作業がし易くなる。

【００２１】請求項４のＸ線分析装置では、請求項３の
Ｘ線分析装置において、前記選択照射制御手段は前記分
布図の重心に向けて位置を演算する重心演算手段と、演
算された重心位置に前記分析スポットの位置を移動させ
る分析スポット位置修正手段とを有する。この構成によ
れば、１次Ｘ線が検査部位に最も大きい強度で照射され
るように位置修正が行われるので、より精度の高いＸ線
分析を行うことができる。

【００２２】請求項５のＸ線分析装置では、請求項３ま
たは４におけるＸ線分析装置を、試料に１次Ｘ線を照射
し全反射させる全反射蛍光Ｘ線分析装置としている。こ
の構成によれば、全反射蛍光Ｘ線分析装置を使用するの
で、元素分析の感度が向上し、精度の高い元素分析を行
うことができる。

【００２３】前記目的を達成するために、請求項６の試
料表面の検査システムは、平板状の試料の表面を検査し
て、その表面における物理的または化学的な状態の情報
を生成する表面検査装置と、請求項３ないし５のいずれ
かのＸ線分析装置とを備えている。

【００２４】請求項６の試料表面の検査システムによれ
ば、表面検査装置が特定した試料表面の検査部位を、そ
の装置の生成する表面状態の情報を取り込むことにより
試料の表面に検査部位を再現した分布図を表示して、分
布図の選択された任意の位置に１次Ｘ線の分析スポット
を重ねて表示させるので、作業者は分析スポット内に着
目し、どのような検査部位が分析の対象となるかを容易
に判断することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態である
試料表面の検査システムの概略の構成を示す概念図であ
る。この検査システムは、表面検査装置１とＸ線分析装
置２とを備える。表面検査装置１は、半導体ウェハ、光
磁気ディスク、磁気ディスク、液晶基板、ガラスディス
ク、サファイア基板などの成膜された薄膜基板および半
導体ウエハ（ベアウエハ）等の平板状の試料３につい
て、その表面の物理的または化学的な状態を示す表面情
報を取得する装置である。ここでは、試料表面の汚染
が、物理的な状態を示す表面情報の一種として取得され
る。この表面検査装置１は、試料３の表面をレーザー走
査するレーザー照射器４と、試料３の表面からのレーザ
ー正反射光５を集光する第１の集光用ファイバ束６と、
集光されたレーザー正反射光５を検出する正反射検出器
７と、試料３の表面からの散乱光８を集光する第２の集
光用ファイバ束９と、集光された散乱光８を検出する散
乱光検出器１０と、これらの部材からなる検出光学系１
１に対して、試料３をレーザー走査方向Ｘと直行する水
平方向Ｙに移動させる試料移動装置（図示せず）と、正
反射検出器７および散乱光検出器１０の出力を信号処理
して分析し、試料３に表面の汚染部位を特定し、その汚
染部位に関するデータを生成する信号処理・分析器１２
を備えている。

【００２６】Ｘ線分析装置２は、前記表面検査装置１に
よって特定された試料３の表面の汚染部位の元素分析を
全反射蛍光Ｘ線分析により行う全反射蛍光Ｘ線分析装置
である。このＸ線分析装置２は、前記表面検査装置１に
よって生成された表面状態の情報である汚染部位に関す
るデータを取り込むデータ取込手段１３と、このデータ
取込手段１３によって取り込まれたデータに基づいて前
記試料３の表面に汚染部位を再現した分布図（汚染図）
を表示する表示器２１と、１次Ｘ線１４を発生するＸ線
源１５と、前記データに基づいて前記試料３の表面の汚
染部位に前記１次Ｘ線１４を照射させるように、試料３
を移動させるＸＹテーブルのような分析スポット移動手
段１６と、前記汚染部位から発生する蛍光Ｘ線１７を検
出する検出器１８と、この検出器１８からの出力に基づ
いて汚染原因の元素を定性および定量分析する分析器１
９とを備えている。この分析器１９は、定性分析のみ、
または定量分析のみを行うものとしてもよい。

【００２７】前記データ取込手段１３および表示器２１
は、マウス等のポインティング装置２０を備えたコンピ
ュータＣからなる。表示器２１の画面に表示される分布
図（汚染図）の汚染部位をポインティング装置２０で作
業者が指定することにより、その汚染部位の位置データ
が前記分析スポット移動手段１６に送られる。Ｘ線源１
５は、Ｘ線発生器２２と分光結晶または人工多層膜格子
からなる分光器２３とを有する。分析スポット移動手段
１６は、試料３を固定する試料台２４を前記試料３の表
面に汚染部位を再現した分布図（汚染図）の座標軸Ｘ，
Ｙに対応する方向に水平移動させる駆動装置である。

【００２８】この検査システムを用いて半導体ウェハ等
の平板状の試料３の表面の汚染部位の元素を分析するに
は、先ず、表面検査装置１により、試料３の表面を検査
して汚染部位を特定する。この場合、レーザー照射器４
により例えば試料表面のＸ軸方向にレーザー走査を行う
のに並行して、図示しない試料移動装置により試料３を
Ｘ軸方向に対して直角な水平方向（Ｙ軸方向）に移動さ
せる。これにより、試料３の表面全域をレーザー走査す
ることができる。レーザー走査の行われている部位に汚
染がない場合、試料表面のその部位からの反射光はレー
ザー照射器４の照射角度と正反対の反射角度のレーザー
正反射光５となり、これがファイバ束６で集光され、正
反射検出器７により検出される。

【００２９】一方、レーザー走査の行われている部位に
汚染がある場合、その部位からの反射光は散乱光８とな
って、照射角度と異なる反射角度で試料３から出射し、
これがファイバ束９で集光され、散乱光検出器１０によ
り検出される。これら検出器７，１０の出力に基づき、
信号処理・分析器１２は、汚染部位を特定し、その汚染
部位の位置座標（Ｘ，Ｙ）のデータを生成する。

【００３０】次に、Ｘ線分析装置２により、前記試料３
の表面の汚染部位の元素を分析する。この場合、先ず、
前記表面検査により汚染部位を特定した試料３を試料台
２４に固定しておく。この状態で、データ取込手段１３
により汚染部位の位置座標（Ｘ，Ｙ）のデータを表面検
査装置１から取り込み、表示器２１の画面に前記試料３
の表面に汚染部位を再現した分布図（汚染図）を表示す
る。分布図（汚染図）は、汚染部位の位置座標（Ｘ，
Ｙ）をもとに、汚染部位の大きさに比例した図形、例え
ば円形で表示する。前記データの取込みは、データ通信
の手段により行っても良いが、このほかフロッピーディ
スク等の記憶媒体に一旦記憶させておき、後にその記憶
媒体を前記データ取込手段１３にセットさせた状態で記
憶媒体から読み出すようにしても良い。

【００３１】Ｘ線分析装置２のコンピュータＣおよび分
析スポット移動手段１６のブロック図を図２に示す。コ
ンピュータＣは、ポインティング装置２０とＣＰＵ２６
と表示器２１とからなる。ＣＰＵ２６は、表面検査装置
１（図１）によって生成された汚染部位に関するデータ
を取り込むデータ取込手段１３と選別手段２７とを備え
ている。データ取込手段１３で取り込まれた汚染部位に
関するデータは、予めコンピュータＣに設定されている
最小汚染部位サイズおよび最大汚染部位サイズに基づい
て、この範囲内の汚染部位のみを選別して、この選別さ
れた汚染部位を試料３の表面に再現した分布図（汚染
図）が表示器２１の画面に例えば青色で表示される。

【００３２】データ取込手段１３には０．１μｍφオー
ダの汚染部位までもが取り込まれるが、図３に一例を示
すように、例えば、最小汚染部位サイズを１μｍφに設
定し、最大汚染部位サイズに何も設定しなければ、表示
器２１には１μｍφ以上の汚染部位のみを試料３の表面
に再現した分布図（汚染図）が表示器２１の画面に表示
され、微小な汚染部位は表示されない。Ｘ線分析には必
要のない１μｍφ未満の微小な汚染部位等が表示器２１
の画面に表示されないため、分析スポットの選択を行う
作業者にとっては作業が容易になる。

【００３３】作業者は、この表示器２１の画面に表示さ
れる分布図（汚染図）を目視して、Ｘ線分析に適した大
きい汚染部位をポインティング装置２０で指定する。図
２に示すように、ＣＰＵ２６は、また、分析スポット表
示制御手段２８を備えており、作業者がポインティング
装置２０で指定した位置を中心として、図３に示すよう
に分析スポット図２９、すなわち１次Ｘ線１４が試料３
に照射された時の試料表面における照射面の外周を、分
析スポット表示制御手段２８が表示器２１を制御して、
例えば赤色で前記分布図（汚染図）に重ねて表示させ
る。分布図（汚染図）に分析スポット図２９を重ねて表
示させるので、作業者は指定された汚染部位に確実に１
次Ｘ線１４が照射されること、つまり分析対象部位を確
認することができる。

【００３４】この作業者によって指定された位置の座標
データが、分析スポット移動手段１６に送られ、分析ス
ポット移動手段１６が前記座標データに対応する位置ま
で図１の試料台２４を水平移動させて、試料３上の指定
された汚染部位に１次Ｘ線１４が照射されるように試料
３の位置を決める。

【００３５】図２のＣＰＵ２６は、さらに、分析スポッ
トの位置を汚染部位に重ねて選択することにより、試料
３上の選択された部位に１次Ｘ線を照射させる選択照射
制御手段３０を備える。選択照射制御手段３０は、作業
者がポインティング装置２０を操作してメニュー選択を
行うと汚染部位の位置を演算する重心演算手段３１と、
この分析スポットの位置を修正する分析スポット位置修
正手段３２を有している。

【００３６】この重心演算手段３１について、図４の分
析スポットの拡大図を用いて説明する。試料３（図１）
に照射する１次Ｘ線１４（図１）の強度は、分析スポッ
トの中心が最大であり、中心から離れる程小さくなるた
め、１つの分析スポット内に１つまたは複数の汚染部位
が含まれている場合、汚染部位の重心を分析スポットの
中心とすれば、１次Ｘ線が汚染部位に照射する強度が最
も大きくなり、精度の高い分析データが得られる。そこ
で、例えば１つの分析スポット図２９内、およびその近
傍に汚染部位２５ｇ，２５ｈ，２５ｉが存在する場合、
表示画面を方向Ｘおよび方向Ｙに走査することにより、
各汚染部位２５ｇ，２５ｈ，２５ｉのほぼ中心点Ｏ₁ ，
Ｏ₂ ，Ｏ₃ の座標を求める。分析スポット図２９内、お
よびその近傍の１つまたは複数の汚染部位を１つにまと
めた場合の重心Ｇの分析スポット中心点Ｏからのベクト
ルは、以下の（１）式で表すことができる。 ｒ_g → ＝（ΣＳ_i ｒ_i →）／（ΣＳ_i ） （ｉ＝１，２，３）…（１） 但し、 ｒ_g →：分析スポット中心点Ｏから汚染部位の重心Ｇへ
のベクトル。 ｒ₁ →，ｒ₂ →，ｒ₃ →：分析スポット中心点Ｏから汚
染部位２５ｇ，２５ｈ，２５ｉの中心点Ｏ₁ ，Ｏ₂ ，Ｏ
₃ への各ベクトル。

【００３７】この演算結果は、図２の重心演算手段３１
から分析スポット位置修正手段３２に入力され、重心Ｇ
の座標データが分析スポット移動手段１６に送られ、図
１の試料３の位置が修正される。次いで、キー入力で照
射指令が入力されると、試料３上の修正された位置に１
次Ｘ線１４が照射される。この選択照射制御手段３０の
重心演算手段３１および分析スポット位置修正手段３２
により、１次Ｘ線１４が汚染部位に最も大きい強度で照
射されるように位置修正が行われるので、より精度の高
いＸ線分析を行うことができる。

【００３８】図４では、分析スポット図２９内に汚染部
位２５ｇ，２５ｈ，２５ｉが複数存在する場合を示した
が、分析スポット図２９内に汚染部位が１つのみの場合
でも、１次Ｘ線１４が汚染部位に最も大きい強度で照射
されるように位置修正される。位置修正は、図２の分析
スポット移動手段１６を選択照射制御手段３０が制御し
て行い、選択照射制御手段３０は、位置修正後にＸ線源
１５を制御して試料３の表面に１次Ｘ線１４を照射させ
る。

【００３９】試料３の表面に照射された１次Ｘ線１４は
反射され、このとき、図４の汚染部位２５ｇ，２５ｈ，
２５ｉから発生する図１の蛍光Ｘ線１７は検出器１８で
検出され、この検出器１８からの出力を受けて分析器１
９が前記汚染部位２５ｇ，２５ｈ，２５ｉの元素を定性
分析し、さらに定量分析する。

【００４０】図２のＣＰＵ２６は、さらに、前記分析器
１９で分析された元素のデータを取り込む分析データ取
込手段３３と、その取り込まれ分析データに基づき、前
記分布図（汚染図）におけるＸ線分析の行われた汚染部
位の近傍に分析された元素の記号図を付加して表示する
元素記号図表示手段３４を備える。これにより、前記分
析スポット図２９内の汚染部位において、定性分析で同
定された元素が例えば銅である場合には、図５に示すよ
うに、汚染部位２５ｅの近傍にＣｕの元素記号図６０ａ
が付加して表示される。このように、Ｘ線分析により同
定された元素が、分布図（汚染図）におけるＸ線分析さ
れた汚染部位の近傍に付加して表示されるので、作業者
は汚染部位と、それらの部位に含まれる元素とを目視に
より同時に知ることができ、検査結果をより簡単に分析
できる。なお、ここでは、同定された元素の記号のみを
付加して表示した場合を示したが、元素の定量値もあわ
せて表示するようにしても良い。

【００４１】また、本実施形態では、作業者がポインテ
ィング装置２０で指定した位置に分析スポット図２９を
表示して、位置修正前の初期基準点としたが、ウェハの
作成工程から予め汚染部位を予測できる場合は、分析ス
ポット図２９の初期基準点をＣＰＵ２６に記憶させてお
き、作業者の操作なしに初期基準点が設定されるように
しても良い。

【００４２】図６は本発明の第２の実施形態である試料
表面の検査システムの概略の構成を示す概念図である。
この検査システムでは、半導体ウェハ等の平板状の試料
３の表面の物理的な状態を取得する表面検査装置１とし
て、光起電力法（以下、ＳＰＶ法と呼ぶ）を用いて、こ
のとき試料表面に発生する起電力（電圧）の分布状態を
検査する装置を使用する。起電力の分布から、鉄のよう
な導電性の元素の付着部位を特定できる。この場合の表
面検査装置１は、ハロゲンランプ等の単色光の光源４１
と、この光源４１からの単色光を断続させるチョッパ４
２と、その断続する単色光を試料表面に照射させ、その
ときの試料表面の起電力（電圧）を検出するＳＰＶプロ
ーブ４３と、図示しない試料移動装置と、前記ＳＰＶプ
ローブ４３の検出信号を信号処理して分析し、試料表面
の起電力分布の情報（表面情報）を生成する信号処理・
分析器４４を備えている。光源４１から照射される単色
光は、ファイバーケーブル４５により、前記チョッパ４
２からＳＰＶプローブ４３へと導かれる。

【００４３】Ｘ線分析装置２の構成については、先の実
施形態の場合とほぼ同様であり、そのコンピュータＣお
よび分析スポット移動手段１６のブロック図を図７に示
す。このＸ線分析装置２では、データ取込手段１３が、
試料表面の電圧分布のデータを表示検査装置１から取り
込み、表示器２１の画面上にある試料３の表面に、例え
ば図８に示すような電圧分布の等高線を重ねた分布図
（電圧分布図）を表示する。

【００４４】前記ＳＰＶ法による起電力（電圧）分布状
態の検査では、例えばＦｅなどの特定の元素の付着部が
高電圧部位となる特性が見られるので、このような特性
に着目して、前記電圧分布から異物の付着部位を推定す
ることができる。そこで、作業者が、この表示器２１の
画面に表示される電圧分布図を目視して、例えば電圧の
極端に高い部位４０ａ，４０ｂ，４０ｃの１つを、図７
のポインティング装置２０で指定すると、分析スポット
表示制御手段２８が表示器２１を制御して、図８の指定
された１つの高電圧部位４０ａに、その指定位置を中心
としてスポット図２９を重ねて表示させる。

【００４５】作業者によって指定された位置の座標デー
タが、図６の分析スポット移動手段１６に送られて、分
析スポット移動手段１６が前記座標データに対応する位
置まで試料台２４を水平移動させて、試料３上の指定さ
れた高電圧部位４０ａ（図８）に１次Ｘ線１４が照射さ
れるように試料３の位置を決めることは、先の実施形態
の場合と同様である。

【００４６】次いで、キー入力で照射指令が入力される
と、試料３上の前記分析スポットの位置に１次Ｘ線１４
が照射される。試料３の表面に照射された１次Ｘ線１４
は反射され、このとき高電圧部位４０ａから発生する蛍
光Ｘ線１７は検出器１８で検出され、この検出器１８か
らの出力を受けて、分析器１９が定性分析および定量分
析を行い、前記高在部位４０ａの元素を同定し、その付
着量（定量値）を求める。求められた元素のデータは、
図７のコンピュータＣの分析データ取込手段３３で取り
込まれ、その取り込まれ分析データに基づき、元素図表
示手段３４が、前記分布図（電圧分布図）におけるＸ線
分析の行われた高電圧部位４０ａの近傍に、同定された
元素の図を付加して表示する。すなわち、例えば同定さ
れた元素がニッケル、鉄およびクロムである場合には、
図９に示すように、高電圧部位４０ａの近傍に、Ｎｉ，
Ｆｅ，Ｃｒの元素記号と、これらに対応する定量値であ
る付着量（atom/cm²) を示す棒グラフとを表した元素図
６０ａが付加して表示される。他の高電圧部位４０ｂ，
４０ｃについても、Ｘ線分析の結果に応じた元素図６０
ｂ，６０ｃが同様にして表示される。この例のように、
Ｆｅ以外にＮｉ，Ｃｒの存在が判れば、ステンレス等に
よる汚染が考えられ、汚染部位の推定が容易になる。こ
のように、光起電力法とＸ線分析法を組み合わせること
により、汚染原因物質の究明が容易となる。

【００４７】図１０は本発明の第３の実施形態である試
料表面の検査システムの概略の構成を示す概念図であ
る。この検査システムでは、半導体ウェハ等の平板状の
試料３の表面の物理的または化学的な状態を取得する表
面検査装置１として、ノマルスキ技術を応用して、試料
表面の面粗度の分布状態を検査する装置を使用する。こ
の場合の表面検査装置１は、レーザー照射器５１と、こ
のレーザー照射器５１から照射されるレーザー光を偏光
させる偏光子５２と、この偏光子５２を経たレーザー光
のビームを常光線と異常光線とに分割するビームスプリ
ッタ５３と、分割された常光線と異常光線とを一定の微
小間隔で平行に試料３の表面に照射させるノマルスキプ
リズム５４および対物レンズ５５と、図示しない試料移
動装置と、試料表面で反射して前記対物レンズ５５、ノ
マルスキプリズム５４を通った後、ビームスプリッタ５
３および検光子５６へと同一光路を進む前記常光線と異
常光線を受光し、試料表面の凹凸に起因する前記両光線
の位相差に応じた反射強度変調を検出する検出器５７
と、その検出器５７の出力を信号処理して、試料表面の
面粗度分布のデータを生成するとともに、面粗度が特に
大きい高粗度部位を特定する信号処理・分析器５８を備
えている。

【００４８】Ｘ線分析装置２の構成については、先の第
１の実施形態の場合とほぼ同様である。このＸ線分析装
置２では、データ取込手段１３が、試料表面の面粗度分
布のデータを表示検査装置１から取り込み、表示器２１
の画面の前記試料３の表面に、例えば図１１に示すよう
な面粗度分布状態を一定区画単位で色の濃淡により再現
した分布図（面粗度分布図）を表示する。この場合、色
の最も濃い部位が高粗度部位となる。それ以下の工程
は、先の第１の実施形態の場合の汚染部位が高粗度部位
に変わるだけで、ほぼ同じである。

【００４９】図１１は、表示器２１の画面に表示される
面粗度分布図の中から、１つの高粗度部位５０ａが指定
されて、その指定位置を中心として分析スポット図２９
が重ねて表示された状態を示す。これにより、作業者
は、指定された高粗度部位５０ａに確実に１次Ｘ線１４
が照射されることを確認することができる。また、指定
された位置の座標データにより、指定された高粗度部位
５０ａに１次Ｘ線１４が照射されるように試料３の位置
決めが行われる。分析スポットの位置修正などの動作も
先の第１の実施形態の場合と同様である。

【００５０】キー入力で照射指令が入力されると、図１
０の試料３上の前記分析スポットの位置に１次Ｘ線１４
が照射される。試料３の表面に照射された１次Ｘ線１４
は反射され、このとき高粗度部位５０ａ（図１１）から
発生する蛍光Ｘ線１７は検出器１８で検出され、この検
出器１８からの出力を受けて、分析器１９が前記高粗度
部位５０ａの元素を同定し、その付着量（定量値）を求
める。同定された元素のデータは分析データ取込手段３
３で取り込まれ、その取り込まれ分析データに基づき、
元素図表示手段３４が、前記分布図（面粗度分布図）に
おけるＸ線分析の行われた高粗度部位５０ａの近傍に、
同定された元素の記号図を付加して表示する。すなわ
ち、例えば同定された元素が錫の場合には、図１２に示
すように、高粗度部位５０ａの近傍に、Ｓｎの記号とそ
の付着量である１０¹¹（atom/cm²)とからなる元素図６
０ｄが付加して表示される。他の高粗度部位５０ｂにつ
いても、Ｘ線分析の結果に応じた元素図６０ｅが同様に
して表示される。

【００５１】なお、前記各実施形態では、表面検査装置
１として、試料表面の汚染部位、ＳＰＶ法による表面電
圧分布、または面粗度分布、つまり表面の物理的状態を
検査する装置を使用したが、これに限らず、例えばＦＴ
−ＩＲにより試料表面の化学的状態の一種である化学構
造（化学結合）を検査する装置を使用してもよい。その
場合、例えばＳｉ−Ｏ，Ｓｉ−Ｃのスペクトルを測定
し、微量不純物である酸素や炭素の存在する部位を特定
し、その部位における他の元素の存在の可否をＸ線分析
することにより、汚染原因物質の究明を容易に行うこと
ができる。

【００５２】また、前記各実施形態では、半導体ウェハ
等の試料の表面の検査について説明したが、特開平９−
７２８３６号に記載されているような、半導体ウェハの
表面の酸化膜を分解液で回収して、ウェハ上で不純物を
濃縮するＸ線分析用試料調整方法および装置によって調
整された試料の検査に用いても良い。この場合、ウエハ
上に位置する濃縮された試料の位置を特定したのち、そ
の位置に１次Ｘ線を照射して分析する。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
検査により試料表面の物理的または化学的な状態の情報
を取得し、試料表面の汚染部位のうち大きさが最小サイ
ズから最大サイズまでの所定の範囲内にある汚染部位の
みを大きさに比例した大きさの図形で再現した分布図を
表示器の上に表示し、分布図で選択された任意の位置に
１次Ｘ線または検出器のスポット図を重ねて表示させる
ので、作業者は分析スポット図内に着目し、どのような
部位が分析の対象となるかを容易に判断することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態にかかる試料表面の検
査システムの概略的な構成を示す概念図である。

【図２】同検査システムの一部を示すブロック図であ
る。

【図３】同検査システムにおける表示器の画面に表示さ
れる試料の表面に汚染部位を再現した汚染図の一例を示
す図である。

【図４】同検査システムにおける重心位置演算を示す図
である。

【図５】同検査システムにおける表示器の画面に表示さ
れる試料の表面に汚染部位と対応する同定元素図とを重
ねた分布図の一例を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施形態にかかる試料表面の検
査システムの概略的な構成を示す概念図である。

【図７】同検査システムの一部を示すブロック図であ
る。

【図８】同検査システムにおける表示器の画面に表示さ
れる試料の表面に電圧分布を重ねた分布図の一例を示す
図である。

【図９】同検査システムにおける表示器の画面に表示さ
れる試料の表面に電圧分布と同定元素図とを重ねた分布
図の一例を示す図である。

【図１０】本発明の第３の実施形態にかかる試料表面の
検査システムの概略的な構成を示す概念図である。

【図１１】同検査システムにおける表示器の画面に表示
される試料の表面に平坦度分布を重ねた分布図の一例を
示す図である。

【図１２】同検査システムにおける表示器の画面に表示
される試料の表面に平坦度分布と同定元素図とを重ねた
分布図の一例を示す図である。

【図１３】従来の試料表面の検査システムにおける表示
器の画面に表示される試料の表面に汚染部位を再現した
汚染図の一例を示す図である。

【符号の説明】

１…表面検査装置、２…Ｘ線分析装置、３…試料、１３
…データ取込手段、１４…１次Ｘ線、１５…Ｘ線源、１
６…分析スポット移動手段、１７…蛍光Ｘ線、１８…検
出器、１９…分析器、２１…表示器、２５ａ，２５ｂ，
２５ｃ，２５ｄ，２５ｆ…汚染部位、２７…選別手段、
２８…分析スポット図表示手段、２９…分析スポット
図、３０…選択照射制御手段、３１…重心演算手段、３
２…分析スポット位置修正手段、３３…分析データ取込
手段、３４…元素図表示手段、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ
…高電圧部位、５０ａ，５０ｂ…高粗度部位、６０ａ，
６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ…元素図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 浩 大阪府高槻市赤大路町14番８号 理学電 機工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−181848（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−18708（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−35838（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−175156（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−125945（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−34249（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−21808（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 23/00 - 23/227 H01L 21/66 G01N 21/88

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状の試料の表面を検査して、その表
   面の物理的または化学的な状態の情報を取得し、その取
   得された表面情報を処理して、試料表面の汚染部位のう
   ち大きさが最小サイズから最大サイズまでの所定の範囲
   内にある汚染部位のみを大きさに比例した大きさの図形
   で再現した分布図を表示器の上に表示し、この分布図上
   で選択された任意の位置に１次Ｘ線または検出器のスポ
   ット図を重ねて表示し、前記分布図の選択された任意の
   位置に対応する前記試料の表面の位置を分析スポットに
   移動し、前記分析スポットに１次Ｘ線を照射し、前記分
   析スポットから発生する蛍光Ｘ線を検出してその部位に
   存在する元素を定性または定量分析する試料表面の検査
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、定性または定量分析
   した分析スポットの部位の元素と、前記表面情報とをあ
   わせて表示する試料表面の検査方法。
3. 【請求項３】 平面状の試料の表面における物理的また
   は化学的な状態の情報を取得するデータ取込手段と、 １次Ｘ線を発生するＸ線源と、 前記データ取込手段によって取得された表面情報を処理
   して、試料表面の汚染部位のうち大きさが最小サイズか
   ら最大サイズまでの所定の範囲内にある汚染部位のみを
   大きさに比例した大きさの図形で再現した分布図を表示
   する表示器と、 前記分布図の選択された任意の位置に１次Ｘ線の分析ス
   ポット図を重ねて表示させる分析スポット表示制御手段
   と、 前記分布図の選択された任意の位置に対応する前記試料
   の表面の位置を分析スポットに移動させる分析スポット
   移動手段と、 前記分析スポット移動手段を制御して前記試料上の選択
   された部位に前記１次Ｘ線を照射させる選択照射制御手
   段と、 前記試料の表面における前記１次Ｘ線の照射部位から発
   生する蛍光Ｘ線を検出する検出器と、 この検出器からの出力に基づいて前記蛍光Ｘ線の発生部
   位の元素を定性または定量分析する分析器とを備えたＸ
   線分析装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記選択照射制御手
   段は前記分布図の重 心に向けて位置を演算する重心演算
   手段と、演算された重心位置に前記分析スポットの位置
   を移動させる分析スポット位置修正手段とを有するＸ線
   分析装置。
5. 【請求項５】 請求項３または４において、前記Ｘ線分
   析装置は試料に１次Ｘ線を照射して全反射させる全反射
   蛍光Ｘ線分析装置であるＸ線分析装置。
6. 【請求項６】 平板状の試料の表面を検査して、その表
   面における物理的または化学的な状態の情報を生成する
   表面検査装置と、請求項３から５のいずれかに記載のＸ
   線分析装置とを備えた試料表面の検査システム。