JP3567177B2 - 蛍光ｘ線分析装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等のいわゆる薄膜試料に１次Ｘ線を照射して発生する２次Ｘ線の強度を測定する蛍光Ｘ線分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、試料に１次Ｘ線を照射して、試料中の元素から発生する蛍光Ｘ線等の２次Ｘ線の強度を測定し、その測定強度に基づいて、試料における元素の濃度等を求めるいわゆる蛍光Ｘ線分析装置がある。かかる蛍光Ｘ線分析においては、分析する試料の品種によって、分析対象とすべき成分（元素）、測定すべき２次Ｘ線、測定雰囲気、検量線の次数等における適切な分析条件が異なる。そこで、従来の蛍光Ｘ線分析装置においては、主に操作者が経験に基づいて、これらの適切な分析条件を設定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、半導体ウエハ等のいわゆる薄膜試料においては、薄膜の各層の厚さと組成の両方を分析したり、同一元素が異なる層に含まれる場合もあり、とりわけ測定すべき２次Ｘ線の選択が、操作者にとって容易でなく、選択が不適切であれば、正確な分析ができない。
【０００４】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、蛍光Ｘ線分析において、分析対象の試料が薄膜試料である場合に、適切な測定すべき２次Ｘ線の選択を容易にし、正確な分析ができる装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【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の装置は、単層もしくは多層の薄膜を基板上にまたは独立して形成した試料に、１次Ｘ線を照射して発生する２次Ｘ線の強度を測定する蛍光Ｘ線分析装置であって、測定線評価手段と表示制御手段とを備えている。測定線評価手段は、指定された測定すべき２次Ｘ線ごとに、薄膜の各層について指定された厚さおよび組成での第１理論強度ならびに厚さまたは含有率を所定量変更した厚さおよび組成での第２理論強度を算出し、前記第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出し、その厚さ精度または含有率精度に基づいて、前記指定された測定すべき２次Ｘ線による分析の可否を判断する。測定線評価手段における第２理論強度の算出は、厚さのみ分析の層については前記指定された厚さを所定量変更し、含有率のみ分析の層については前記指定された組成から含有率を所定量変更し、厚さと含有率の両方の分析の層については前記指定された厚さおよび組成から厚さおよび含有率をそれぞれ所定量変更して行われる。また、表示制御手段は、測定線評価手段により判断された分析の可否を表示器に表示させる。
【０００６】
請求項１の装置によれば、かかる構成により、薄膜試料について、指定した測定すべき２次Ｘ線による分析の可否が表示されるので、操作者は、それに基づいて容易に適切な測定すべき２次Ｘ線を選択でき、正確な分析ができる。
【０００７】
請求項２の蛍光Ｘ線分析装置は、請求項１の装置において、前記測定線評価手段が、前記指定された測定すべき２次Ｘ線が検量線法による薄膜の層の厚さ分析に適用される場合には、その薄膜の層に対する含有率分析の指定の有無に応じて、前記指定された測定すべき２次Ｘ線が検量線法による薄膜の層の含有率分析に適用される場合には、その薄膜の層に対する厚さ分析の指定の有無または厚さ分析の可否に応じて、検量線法への適用の可否を判断する。また、前記表示制御手段が、前記測定線評価手段により判断された検量線法への適用の可否を表示器に表示させる。
【０００８】
請求項２の装置によれば、かかる構成により、指定した測定すべき２次Ｘ線の検量線法への適用の可否が表示されるので、操作者は、それに基づいて特に検量線法で分析する場合に容易に適切な測定すべき２次Ｘ線を選択でき、正確な分析ができる。
【０００９】
請求項３の装置は、単層もしくは多層の薄膜を基板上にまたは独立して形成した試料に、１次Ｘ線を照射して発生する２次Ｘ線の強度を測定する蛍光Ｘ線分析装置であって、測定線評価手段と表示制御手段とを備えている。測定線評価手段は、試料からの２次Ｘ線ごとに、薄膜の各層について指定された厚さおよび組成での第１理論強度ならびに厚さまたは含有率を所定量変更した厚さおよび組成での第２理論強度を算出し、前記第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出し、その厚さ精度または含有率精度に基づいて、測定すべき２次Ｘ線を選択するとともに、その選択した測定すべき２次Ｘ線による分析の可否を判断する。測定線評価手段における第２理論強度の算出は、厚さのみ分析の層については前記指定された厚さを所定量変更し、含有率のみ分析の層については前記指定された組成から含有率を所定量変更し、厚さと含有率の両方の分析の層については前記指定された厚さおよび組成から厚さおよび含有率をそれぞれ所定量変更して行われる。また、表示制御手段は、測定線評価手段により判断された分析の可否を表示器に表示させる。
【００１０】
請求項３の装置によれば、薄膜試料について、測定線評価手段により、測定すべき２次Ｘ線が所定の厚さ精度または含有率精度に基づいて適切に自動選択されるので、操作者は、分析条件のうち測定すべき２次Ｘ線を選択する必要がなく、正確な分析ができる。しかも、自動選択された測定すべき２次Ｘ線による分析の可否が表示されるので、操作者は、それに基づいて不正確な分析を回避でき、より確実に正確な分析ができる。
【００１１】
請求項４の蛍光Ｘ線分析装置は、請求項３の装置において、与えられた分析条件にしたがって試料の分析を実行する制御装置を備え、前記測定線評価手段が、前記判断した分析の可否にしたがって、前記選択した測定すべき２次Ｘ線を適切な分析条件の一部として前記制御装置に与える。
【００１２】
請求項４の装置によれば、前記測定線評価手段による分析の可否判断にしたがって、自動選択された測定すべき２次Ｘ線が適切な分析条件の一部として自動設定されるので、操作者は、分析条件のうち測定すべき２次Ｘ線を設定する手間が軽減される。
【００１３】
請求項５の蛍光Ｘ線分析装置は、請求項１ないし４の装置のいずれかにおいて、前記測定線評価手段が、２次Ｘ線ごとに、そのバックグラウンドの理論強度をも算出し、そのバックグラウンド理論強度ならびに前記第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出する。
【００１４】
請求項５の装置によれば、測定線評価手段において、バックグラウンドの理論強度をも用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出するので、測定すべき２次Ｘ線による分析の可否判断がより正確になり、操作者は、それに基づいていっそう正確な分析ができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態の装置について説明する。まず、この装置の構成について、図１にしたがって説明する。この装置は、単層もしくは多層の薄膜を基板上にまたは独立して形成した試料３、いわゆる薄膜試料３が載置される試料台８と、試料３に１次Ｘ線２を照射するＸ線管等のＸ線源１と、試料３から発生する２次Ｘ線６の強度を測定する検出手段９とを備えている。ここで、薄膜が基板上に形成されている試料３においては、基板も試料３に含める。検出手段９は、試料３から発生した２次Ｘ線４を分光する分光器５と、分光器５で分光された波長ごとの２次Ｘ線６の強度を測定する検出器７からなる。
【００１８】
この装置は、分光器５と検出器７がゴニオメータによって連動されるいわゆるスキャン型の蛍光Ｘ線分析装置である。また、この装置は、与えられた分析条件にしたがってＸ線源１、ゴニオメータ、検出器７等を作動させ試料３の分析を実行する制御装置１５、ＣＲＴ等の表示器１６、ならびに、以下の表示制御手段２２および測定線評価手段２３を含む分析条件作成手段２０を備えている。
【００１９】
測定線評価手段２３は、指定された測定すべき２次Ｘ線ごとに、薄膜の各層について指定された厚さおよび組成での第１理論強度ならびに厚さまたは含有率を所定量変更した厚さおよび組成での第２理論強度を算出し、前記第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出し、その厚さ精度または含有率精度に基づいて、前記指定された測定すべき２次Ｘ線による分析の可否を判断する。ここで、この測定線評価手段２３は、指定された測定すべき２次Ｘ線ごとに、そのバックグラウンドの理論強度をも算出し、そのバックグラウンド理論強度ならびに前記第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出することもできる。
【００２０】
また、この測定線評価手段２３は、前記指定された測定すべき２次Ｘ線が検量線法による薄膜の層の厚さ分析に適用される場合には、その薄膜の層に対する含有率分析の指定の有無に応じて、前記指定された測定すべき２次Ｘ線が検量線法による薄膜の層の含有率分析に適用される場合には、その薄膜の層に対する厚さ分析の指定の有無または厚さ分析の可否に応じて、検量線法への適用の可否を判断する。
【００２１】
そして、表示制御手段２２は、測定線評価手段２３により判断された分析の可否、検量線法への適用の可否を表示器１６に表示させる。
【００２２】
次に、この第１実施形態の装置の動作について、銅と亜鉛からなる単層の薄膜（Ｃｕ Ｚｎ 層）を銅の基板（Ｃｕ 層）上に形成した試料３について薄膜の厚さと組成を分析する場合を例にとり、図２のフローチャートにしたがって説明する。まず、操作者が、分析条件作成手段２０（図１）の図示しない入力手段を用いて（以下の操作者による指定、入力において同様）、理論強度計算のもととなる各層の厚さおよび組成（その層の含有率構成）を指定する。この例では、Ｃｕ 層は無限厚（Ｘ線的に）でＣｕ １００ｍａｓｓ％、Ｃｕ Ｚｎ 層は厚さ１００ｎｍでＣｕ ６０ｍａｓｓ％，Ｚｎ ４０ｍａｓｓ％（残分）と指定する（ステップ１）。なお、Ｃｕ 層（基板）は無限厚で組成も既知であるので、あらかじめ入力しておけば、ここで指定する必要はない。
【００２３】
次に、操作者が、厚さ分析を行う層と、含有率（特定成分の濃度）分析を行う層およびその成分とを指定する。この例では、Ｃｕ Ｚｎ 層の厚さ分析を行い、また、Ｃｕ Ｚｎ 層のＣｕ の含有率分析を行う旨を指定する。Ｃｕ Ｚｎ 層のＺｎ は、Ｃｕ を除いた残分として求めることができる（ステップ２）。
【００２４】
次に、ステップ１、２の指定内容に基づいて、測定線評価手段２３（図１）が、層ごとに、厚さのみ分析、含有率のみ分析、厚さと含有率の両方の分析、分析なしのいずれかを設定する。この例では、プログラム上、Ｃｕ Ｚｎ 層には厚さと含有率の両方の分析のフラグがセットされ、Ｃｕ 層（基板）は厚さも含有率も既知で分析不要ゆえ分析なしのフラグがセットされる（ステップ３）。
【００２５】
次に、操作者が、測定すべき２次Ｘ線（以下、測定線ともいう）を、未知パラメータの数だけ指定する。この例では、未知パラメータは、Ｃｕ Ｚｎ 層の厚さとＣｕ の含有率の２つであるので、Ｃｕ −Ｋα線を厚さ分析に割り当てて指定し、Ｚｎ −Ｋα線をＺｎ の含有率分析に割り当てて指定する（ステップ４）。すなわち、実際にはＣｕ の方がＺｎ の残分として求められることになる。ここで、測定線として、Ｘ線管の特性Ｘ線やバックグラウンドを用いてもよい。すなわち、これらも試料からの２次Ｘ線に含まれる。なお、分析そのものをＦＰ法と検量線法のいずれで行うかも、この段階で指定できる。
【００２６】
次に、測定線評価手段２３（図１）が（以下、特に明示しない限り、動作の主体は測定線評価手段２３である）、指定された測定線ｉｐごとに、ＦＰ法により前記指定された厚さおよび組成で第１理論強度ＩＴ Ｏ （ｉｐ）を算出する。この例では、Ｃｕ −Ｋα線とＺｎ −Ｋα線について、第１理論強度ＩＴ Ｏ （ｉｐ）を算出する（ステップ５）。
【００２７】
次に、以下のステップ６〜１０を層ごとに行う。まず、厚さのみ分析の層については前記指定された厚さを所定量（所定率を含む。以下同様）変更し、含有率のみ分析の層については前記指定された組成から含有率を所定量変更し、厚さと含有率の両方の分析の層については前記指定された厚さおよび組成から厚さおよび含有率をそれぞれ所定量変更する。この例では、厚さと含有率の両方の分析を行うＣｕ Ｚｎ 層において、次式（１），（２）のように、厚さを元Ｔｏｒｇ の１００ｎｍから１％増加させて（α＝０．０１）Ｔｎｅｗ の１０１ｎｍに変更して組成は元のままの第１組と、厚さは元Ｔｏｒｇ のままでＣｕ の含有率をもとのＷｏｒｇ の６０ｍａｓｓ％からΔＷ＝１ｍａｓｓ％増加させてＷｎｅｗ の６１ｍａｓｓ％に変更した第２組とを作成する。第２組では残分のＺｎ の含有率は３９ｍａｓｓ％になる。なお、含有率を分析する成分が複数ある層では、それら成分ごとに含有率を所定量変更した組を作成する（ステップ６）。
【００２８】
Ｔｎｅｗ ＝Ｔｏｒｇ ×（１．０＋α） …（１）
【００２９】
Ｗｎｅｗ ＝Ｗｏｒｇ ＋ΔＷ …（２）
【００３０】
次に、前記指定された測定線ごとに、厚さまたは含有率を所定量変更した厚さおよび組成で、ＦＰ法により第２理論強度ＩＴ ｄｉｆｆ（ｉｐ）を算出する。この例では、Ｃｕ −Ｋα線とＺｎ −Ｋα線について、前記第１組、第２組で、第２理論強度ＩＴ ｄｉｆｆ（ｉｐ）を算出する（ステップ７）。
【００３１】
次に、第１理論強度ＩＴ Ｏ （ｉｐ）を、装置感度定数ｋ（ｉｐ）を用いて測定強度スケールに換算する。すなわち、ＦＰ法により算出した理論強度には、その装置で実際に測定した強度と異なり、装置ファクター（装置ごとの特性）が含まれていないので、あらかじめ測定線ｉｐごとに記憶しておいた装置感度定数ｋ（ｉｐ）を用いて、次式（３）のように、第１理論強度ＩＴ Ｏ （ｉｐ）から推定測定強度Ｉｍ Ｏ （ｉｐ）（単位：ｋｃｐｓ）を求める（ステップ８）。
【００３２】
Ｉｍ Ｏ （ｉｐ）＝ｋ（ｉｐ）×ＩＴ Ｏ （ｉｐ） …（３）
【００３３】
ここで、装置感度定数ｋ（ｉｐ）は、代表的な標準物質を用いてその装置または同型の装置で測定した強度の理論強度に対する比として求められ、測定線評価手段２３（図１）に記憶される。そのように測定していない測定線については、波長において前後に位置する測定された測定線から内挿または外挿して求められる。なお、理論強度は、１次Ｘ線分布を用いて算出するが、１次Ｘ線分布は、Ｘ線管の種類ごとの特性を反映して求められあらかじめ記憶されているので、使用するＸ線管の種類を変更しても問題なく推定測定強度が求められる。
【００３４】
次に、前記指定された測定線ｉｐごとに、第１および第２理論強度ＩＴ Ｏ （ｉｐ），ＩＴ ｄｉｆｆ（ｉｐ）を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出する。この例では、Ｃｕ Ｚｎ 層において厚さと含有率の両方の分析を行うので、厚さ精度および含有率精度を算出する。これらの精度の計算にあたり、まず、次式（４）のように推定測定強度の相対精度ＳｉｇＩｎｔを算出する。ここで、測定時間ｔは、４０秒としている。
【００３５】
ＳｉｇＩｎｔ＝｛Ｉｍ Ｏ （ｉｐ）／（ｔ×１０００）｝１／２ ／Ｉｍ Ｏ （ｉｐ） …（４）
【００３６】
この強度の精度ＳｉｇＩｎｔを用いて、次式（５），（６）のように厚さ相対精度ＳｉｇＴｈｋおよび含有率相対精度ＳｉｇＣｎｃを算出する（ステップ９）。
【００３７】
【数１】
【００３８】
【数２】
【００３９】
次に、厚さのみ分析する層では感度および厚さ精度のチェックを、含有率のみ分析する層では感度および含有率精度のチェックを、厚さと含有率の両方を分析する層では感度、厚さ精度および含有率精度のチェックを行う。この例では、厚さと含有率の両方を分析するＣｕ Ｚｎ 層について、以下のように、感度、厚さ精度および含有率精度のチェックを行う。
【００４０】
感度のチェックでは、推定測定強度Ｉｍ Ｏ （ｉｐ）が、あらかじめ決められた分析可能な最小強度、例えば０．００１ｋｃｐｓよりも小さければ感度不足とする。その成分の付着量が非常に小さい場合や、付着量が大きくても上層にほとんど吸収されてしまうような場合が該当する。
【００４１】
厚さ精度のチェックでは、厚さ相対精度ＳｉｇＴｈｋが、あらかじめ決められたチェック値、例えば０．１以上であれば厚さ分析を不可とする。その層がその測定線についてＸ線的に無限厚である場合には、前記強度の相対精度ＳｉｇＩｎｔが十分良好でも（小さくても）該当する。
【００４２】
含有率精度のチェックでは、含有率相対精度ＳｉｇＣｎｃが、あらかじめ決められたチェック値、例えば０．１以上であれば含有率分析を不可とする。この例では、Ｃｕ −Ｋα線が、厚さ分析と含有率分析の両方において不可となる。各測定線についての感度、厚さ精度および含有率精度のチェック結果を、測定線評価手段２３（図１）が記憶する（ステップ１０）。
【００４３】
そして、そのチェック結果を用いて以下のステップ１１〜１２を層ごとに行うことにより、前記指定された測定線による分析の可否の判断を、厚さ精度または含有率精度に基づいて行う。厚さのみ分析する層では、まず、その層に割り当てた測定線でチェック結果が感度不足であればその旨のエラーをセットする。そして、割り当てた測定線でチェック結果が厚さ分析可であれば分析可能であるが、不可であればその旨のエラーをセットする（ステップ１１−Ａ）。含有率のみ分析する層では、まず、その層の各成分に割り当てた測定線でチェック結果が感度不足のものがあればその旨のエラーをセットする。そして、層の各成分に割り当てた測定線でチェック結果が含有率分析可であればその成分の分析可能であるが、含有率分析不可の測定線があればその旨のエラーをセットする（ステップ１１−Ｃ）。
【００４４】
厚さと含有率の両方を分析する層では、その層に割り当てた測定線でチェック結果が感度不足のものがあればその旨のエラーをセットする。そして、層に割り当てた測定線でチェック結果が厚さ分析可のものが１つでもあれば厚さ分析可能であるが、１つもなければ厚さ分析不可の旨のエラーをセットし（ステップ１１−Ｂ）、さらに、前記ステップ１１−Ｃに進む。ここで、厚さ分析不可でかつ含有率分析不可の測定線があればその旨のエラーをセットする。この例では、Ｃｕ Ｚｎ 層においてＣｕ −Ｋα線が厚さ分析不可でかつ含有率分析不可である旨のエラーをセットする（ステップ１１−Ｃ）。
【００４５】
次に、検量線法の指定がある場合において、前記指定された測定線が検量線法による層の厚さ分析に適用される場合には、その層に対する含有率分析の指定の有無に応じて検量線法への適用の可否を判断する。層の厚さを検量線法で分析するときには、その層の組成の影響を受けるため、含有率が変化しないことが前提となるからである。そこで、その層に対する含有率分析の指定があれば、検量線法では厚さ分析不可の旨の警告のエラーをセットする。
【００４６】
また、前記指定された測定線が検量線法による層の含有率分析に適用される場合には、その層に対する厚さ分析の指定の有無または厚さ分析の可否に応じて検量線法への適用の可否を判断する。層の含有率を検量線法で分析するときには、その層の厚さが一定かまたは測定線に対してその層の厚さがＸ線的に無限厚であることが前提となるからである。そこで、その層に対する厚さ分析の指定があるか、または指定された測定線で厚さ分析が可能であれば、検量線法では含有率分析不可の旨の警告のエラーをセットする（ステップ１２）。
【００４７】
次に、表示制御手段２２（図１）は、以上の測定線評価手段２３（図１）により判断された分析の可否、判断された検量線法への適用の可否を表示器１６に表示させる（ステップ１３）。
【００４８】
以上のように、第１実施形態の装置によれば、薄膜試料について、指定した測定線による分析の可否が表示されるので、操作者は、それに基づいて容易に適切な測定線を選択でき、正確な分析ができる。また、指定した測定線の検量線法への適用の可否も表示されるので、操作者は、それに基づいて特に検量線法で分析する場合に容易に適切な測定線を選択でき、正確な分析ができる。
【００４９】
さて、ピークに比べバックグラウンド強度が非常に小さいときには問題とならないが、波長の短い測定線を測定するときには、バックグラウンド強度も考慮する必要がある。波長の短いＫ線の方がＬ線よりも強度は大きいがバックグラウンドも高く、強度は小さくてもバックグラウンドの低いＬ線の方が分析の精度がよくなることもある。そこで、第１実施形態の装置では、測定線評価手段２３（図１）により、前記指定された測定線ごとに、そのバックグラウンドの理論強度をも算出し、そのバックグラウンド理論強度ならびに第１および第２理論強度を用いて前記所定の厚さ精度または含有率精度を算出することもできる。この場合には、ステップ８で、バックグラウンドの理論強度を、コンプトン散乱とトムソン散乱の和として、次式（７），（８）のように算出して測定強度スケールに換算する。
【００５０】
ＩＴＢ＝ＩＯＢ（λ）×ＩＴＢＯ （λ） …（７）
【００５１】
ＩＭＢ＝ｋ（λ）×ＩＴＢ …（８）
【００５２】
ここで、ＩＴＢＯ （λ）は１次Ｘ線強度を１．０としたときのバックグラウンド理論強度、ＩＯＢ（λ）は１次Ｘ線分布、ＩＴＢは１次Ｘ線強度を含めたバックグラウンド理論強度、ｋ（λ）は波長λのバックグラウンド感度係数、ＩＭＢはバックグラウンドの推定測定強度である。
【００５３】
バックグラウンド感度係数ｋ（λ）は、あらかじめ、その装置または同型の装置で試料を測定して波長ごとにバックグラウンド強度を測定するとともに理論強度を計算し、測定に使用したＸ線管と管電圧の１次Ｘ線分布を用いることにより算出され、測定線評価手段２３（図１）に記憶される。バックグラウンド強度を測定しなかった波長のバックグラウンド感度係数ｋ（λ）については、内挿または外挿で求められる。理論強度は、１次Ｘ線分布を用いて算出するが、１次Ｘ線分布は、Ｘ線管の種類ごとの特性を反映して求められあらかじめ記憶されているので、使用するＸ線管の種類を変更しても問題なく推定測定強度が求められる。
【００５４】
なお、シリコンウエハ等のように基板が単結晶である場合には、散乱線の発生状況が特異である上、回折線によりバックグラウンドが大きくなる。このような場合については、使用する単結晶基板を用いてバックグラウンド感度係数ｋ（λ）を求めるか、他のアモルファスや多結晶試料との強度比を波長ごとに求めておく。
【００５５】
そして、ステップ９で、厚さ精度および含有率精度を算出するにあたり、前式（４）に代えて次式（９）のように推定測定強度の相対精度ＳｉｇＩｎｔを算出する。
【００５６】
ＳｉｇＩｎｔ＝｛（Ｉｍ Ｏ （ｉｐ）＋ＩＭＢ）／（ｔ×１０００）｝１／２ ／Ｉｍ Ｏ （ｉｐ）…（９）
【００５７】
このバックグラウンドの強度も含めて考慮した強度の相対精度ＳｉｇＩｎｔを用い、以降の厚さ相対精度ＳｉｇＴｈｋおよび含有率相対精度ＳｉｇＣｎｃの算出等は、前述したのと同様に行う。このように第１実施形態の装置によれば、測定線評価手段２３（図１）において、バックグラウンドの理論強度をも用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出することができるので、測定線による分析の可否判断がより正確になり、操作者は、それに基づいていっそう正確な分析ができる。
【００５８】
次に、本発明の第２実施形態の装置について説明する。まず、この装置の構成について、図１にしたがって説明する。この装置は、適切な測定線を自動選択する装置であって、測定線評価手段３３が、試料からの２次Ｘ線ごとに、薄膜の各層について指定された厚さおよび組成での第１理論強度ならびに厚さまたは含有率を所定量変更した厚さおよび組成での第２理論強度を算出し、第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出し、その厚さ精度または含有率精度に基づいて、測定すべき２次Ｘ線を選択するとともに、その選択した測定すべき２次Ｘ線による分析の可否を判断し、さらに、その判断した分析の可否にしたがって、前記選択した測定すべき２次Ｘ線を適切な分析条件の一部として制御装置に与えるという点で、前記第１実施形態の装置と異なっている。
【００５９】
また、測定線評価手段３３が、測定線の検量線法への適用の可否を判断しない点でも、第１実施形態の装置と異なっている。その他の点では同様であるので、同一部分に同一番号を付して説明を省略する。
【００６０】
次に、この第２実施形態の装置の動作について、第１実施形態の装置の場合と同様に、銅と亜鉛からなる単層の薄膜（Ｃｕ Ｚｎ 層）を銅の基板（Ｃｕ 層）上に形成した試料３について薄膜の厚さと組成を分析する場合を例にとり、図３のフローチャートにしたがって説明する。まず、ステップ３までは、第１実施形態の装置と同様である。
【００６１】
次に、ステップ３の設定内容に基づいて、測定線評価手段３３（図１）が、厚さまたは含有率を求める成分について、測定可能な２次Ｘ線（測定線の選択にあたり候補となる２次Ｘ線）を検索する。含有率のみ分析する層では、分析する各成分について、測定元素を、あらかじめ記憶したものから呼び出し（例えばＡｌ２Ｏ３ ではＡｌ 、Ｃｕ ではＣｕ ）、各元素で測定可能な線種のすべてを、あらかじめ記憶したものから呼び出す。厚さのみ分析する層、すなわち１成分のみか複数成分で組成が固定の層では、その層の元素または下層で含有率が固定された成分の測定元素を呼び出し、各元素で測定可能な線種のすべてを呼び出す。
【００６２】
厚さと含有率の両方を分析する層では、厚さの分析成分については、バランス（残分）成分に割り当てて、含有率を分析する各成分について、測定元素を呼び出し、各元素で測定可能な線種のすべてを呼び出す。なお、各元素で測定可能な線種のすべてを呼び出すのではなく、主要線であるＫα線、Ｌα線およびＭα線のみから呼び出してもよい。この例では、Ｃｕ −Ｋα線、Ｃｕ −Ｌα線、Ｚｎ −Ｋα線およびＺｎ −Ｌα線が検索される（ステップ４−２）。また、厚さのみ分析する層と同様に、下層で含有率が固定された成分の測定元素を呼び出し、各元素で測定可能な線種のすべてを呼び出す。
【００６３】
以下、このように検索したすべての測定線について、前記第１実施形態の装置と同様に、ステップ５ないし１０を実行する。その結果、この例では、Ｃｕ −Ｋα線が、厚さ分析と含有率分析の両方において不可となる。
【００６４】
次に、算出した厚さ精度または含有率精度に基づいて、最適な測定線を選択する。最上層から順に、以下のように選択する。含有率のみ分析する層では、成分ごとに、その分析に割り当てられた線種のうち含有率精度の最もよい（小さい）線種を選択する。厚さのみ分析する層では、その分析に割り当てられた線種のうち厚さ精度の最もよい（小さい）線種を選択する。
【００６５】
厚さと含有率の両方を分析する層では、まず、測定元素ごとに、含有率精度と厚さ精度の両方が最もよい（小さい）線種があれば、その線種を選択する。そのような線種がない場合であって、含有率精度の最もよい線種が厚さ分析不可の場合には、厚さ精度の最もよい線種を選択する。これら以外の場合には、含有率精度の最もよい線種を選択する。ここまでにおいて、厚さ分析については仮決定とする。
【００６６】
さて、薄膜の分析では、同一元素の測定線でも複数線種を選択できる。そこで、前述したように選択された線種で厚さ精度の最も悪い線種に対し、選択されていない線種で厚さ精度のよりよい線種があれば、厚さ精度の最も悪い線種と入れ換えて選択する。また、下層に含まれる元素の線種で厚さ精度がさらによい線種があれば、厚さ精度の最も悪い線種と入れ換えて選択する。選択された測定線が重複しているときは、次の候補の測定線に変更する。この例では、Ｃｕ −Ｌα線とＺｎ −Ｋα線が仮決定で選択されるが、Ｚｎ −Ｌα線がＣｕ −Ｌα線と入れ換えて選択され、最終的には、Ｚｎ −Ｋα線とＺｎ −Ｌα線が選択される。（ステップ１０．５）
【００６７】
以下、このように選択した測定線について、前記第１実施形態の装置と同様に、ステップ１１を実行する。その結果、この例では、Ｚｎ −Ｋα線とＺｎ −Ｌα線で、厚さ、含有率ともに分析に問題なしとなる。なお、第２実施形態の装置では、測定線の検量線法への適用の可否を判断しないので、ステップ１２（図２）は実行しない。そして、第１実施形態の装置と同様に、表示制御手段３２（図１）は、測定線評価手段３３（図１）により判断された分析の可否を表示器１６に表示させる（ステップ１３−２）。
【００６８】
以上のように、第２実施形態の装置によれば、薄膜試料について、測定線評価手段３３（図１）により、測定線が所定の厚さ精度または含有率精度に基づいて適切に自動選択されるので、操作者は、分析条件のうち測定線を選択する必要がなく、正確な分析ができる。しかも、自動選択された測定線による分析の可否が表示されるので、操作者は、それに基づいて不正確な分析を回避でき、より確実に正確な分析ができる。
【００６９】
なお、第２実施形態の装置でも、第１実施形態の装置と同様に、バックグラウンドの理論強度をも用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出することができる。
【００７０】
さらに、この第２実施形態の装置では、測定線評価手段３３（図１）が、前記判断した分析の可否にしたがって、選択した測定線を適切な分析条件の一部として制御装置１５（図１）に与える。この例では、Ｚｎ −Ｋα線とＺｎ −Ｌα線が、測定線として自動設定される。このように、第２実施形態の装置によれば、操作者は、分析条件のうち測定線を設定する手間が軽減される。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の蛍光Ｘ線分析装置によれば、薄膜試料について、適切な測定すべき２次Ｘ線の選択が容易で、正確な分析ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１、第２実施形態の蛍光Ｘ線分析装置を示す概略図である。
【図２】第１実施形態の装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】第２実施形態の装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２…１次Ｘ線、３…試料、４，６…２次Ｘ線、２２，３２…表示制御手段、１５…制御装置、１６…表示器、２３，３３…測定線評価手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等のいわゆる薄膜試料に１次Ｘ線を照射して発生する２次Ｘ線の強度を測定する蛍光Ｘ線分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、試料に１次Ｘ線を照射して、試料中の元素から発生する蛍光Ｘ線等の２次Ｘ線の強度を測定し、その測定強度に基づいて、試料における元素の濃度等を求めるいわゆる蛍光Ｘ線分析装置がある。かかる蛍光Ｘ線分析においては、分析する試料の品種によって、分析対象とすべき成分（元素）、測定すべき２次Ｘ線、測定雰囲気、検量線の次数等における適切な分析条件が異なる。そこで、従来の蛍光Ｘ線分析装置においては、主に操作者が経験に基づいて、これらの適切な分析条件を設定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、半導体ウエハ等のいわゆる薄膜試料においては、薄膜の各層の厚さと組成の両方を分析したり、同一元素が異なる層に含まれる場合もあり、とりわけ測定すべき２次Ｘ線の選択が、操作者にとって容易でなく、選択が不適切であれば、正確な分析ができない。
【０００４】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、蛍光Ｘ線分析において、分析対象の試料が薄膜試料である場合に、適切な測定すべき２次Ｘ線の選択を容易にし、正確な分析ができる装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【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の装置は、単層もしくは多層の薄膜を基板上にまたは独立して形成した試料に、１次Ｘ線を照射して発生する２次Ｘ線の強度を測定する蛍光Ｘ線分析装置であって、測定線評価手段と表示制御手段とを備えている。測定線評価手段は、指定された測定すべき２次Ｘ線ごとに、薄膜の各層について指定された厚さおよび組成での第１理論強度ならびに厚さまたは含有率を所定量変更した厚さおよび組成での第２理論強度を算出し、前記第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出し、その厚さ精度または含有率精度に基づいて、前記指定された測定すべき２次Ｘ線による分析の可否を判断する。測定線評価手段における第２理論強度の算出は、厚さのみ分析の層については前記指定された厚さを所定量変更し、含有率のみ分析の層については前記指定された組成から含有率を所定量変更し、厚さと含有率の両方の分析の層については前記指定された厚さおよび組成から厚さおよび含有率をそれぞれ所定量変更して行われる。また、表示制御手段は、測定線評価手段により判断された分析の可否を表示器に表示させる。
【０００６】
請求項１の装置によれば、かかる構成により、薄膜試料について、指定した測定すべき２次Ｘ線による分析の可否が表示されるので、操作者は、それに基づいて容易に適切な測定すべき２次Ｘ線を選択でき、正確な分析ができる。
【０００７】
請求項２の蛍光Ｘ線分析装置は、請求項１の装置において、前記測定線評価手段が、前記指定された測定すべき２次Ｘ線が検量線法による薄膜の層の厚さ分析に適用される場合には、その薄膜の層に対する含有率分析の指定の有無に応じて、前記指定された測定すべき２次Ｘ線が検量線法による薄膜の層の含有率分析に適用される場合には、その薄膜の層に対する厚さ分析の指定の有無または厚さ分析の可否に応じて、検量線法への適用の可否を判断する。また、前記表示制御手段が、前記測定線評価手段により判断された検量線法への適用の可否を表示器に表示させる。
【０００８】
請求項２の装置によれば、かかる構成により、指定した測定すべき２次Ｘ線の検量線法への適用の可否が表示されるので、操作者は、それに基づいて特に検量線法で分析する場合に容易に適切な測定すべき２次Ｘ線を選択でき、正確な分析ができる。
【０００９】
請求項３の装置は、単層もしくは多層の薄膜を基板上にまたは独立して形成した試料に、１次Ｘ線を照射して発生する２次Ｘ線の強度を測定する蛍光Ｘ線分析装置であって、測定線評価手段と表示制御手段とを備えている。測定線評価手段は、試料からの２次Ｘ線ごとに、薄膜の各層について指定された厚さおよび組成での第１理論強度ならびに厚さまたは含有率を所定量変更した厚さおよび組成での第２理論強度を算出し、前記第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出し、その厚さ精度または含有率精度に基づいて、測定すべき２次Ｘ線を選択するとともに、その選択した測定すべき２次Ｘ線による分析の可否を判断する。測定線評価手段における第２理論強度の算出は、厚さのみ分析の層については前記指定された厚さを所定量変更し、含有率のみ分析の層については前記指定された組成から含有率を所定量変更し、厚さと含有率の両方の分析の層については前記指定された厚さおよび組成から厚さおよび含有率をそれぞれ所定量変更して行われる。また、表示制御手段は、測定線評価手段により判断された分析の可否を表示器に表示させる。
【００１０】
請求項３の装置によれば、薄膜試料について、測定線評価手段により、測定すべき２次Ｘ線が所定の厚さ精度または含有率精度に基づいて適切に自動選択されるので、操作者は、分析条件のうち測定すべき２次Ｘ線を選択する必要がなく、正確な分析ができる。しかも、自動選択された測定すべき２次Ｘ線による分析の可否が表示されるので、操作者は、それに基づいて不正確な分析を回避でき、より確実に正確な分析ができる。
【００１１】
請求項４の蛍光Ｘ線分析装置は、請求項３の装置において、与えられた分析条件にしたがって試料の分析を実行する制御装置を備え、前記測定線評価手段が、前記判断した分析の可否にしたがって、前記選択した測定すべき２次Ｘ線を適切な分析条件の一部として前記制御装置に与える。
【００１２】
請求項４の装置によれば、前記測定線評価手段による分析の可否判断にしたがって、自動選択された測定すべき２次Ｘ線が適切な分析条件の一部として自動設定されるので、操作者は、分析条件のうち測定すべき２次Ｘ線を設定する手間が軽減される。
【００１３】
請求項５の蛍光Ｘ線分析装置は、請求項１ないし４の装置のいずれかにおいて、前記測定線評価手段が、２次Ｘ線ごとに、そのバックグラウンドの理論強度をも算出し、そのバックグラウンド理論強度ならびに前記第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出する。
【００１４】
請求項５の装置によれば、測定線評価手段において、バックグラウンドの理論強度をも用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出するので、測定すべき２次Ｘ線による分析の可否判断がより正確になり、操作者は、それに基づいていっそう正確な分析ができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態の装置について説明する。まず、この装置の構成について、図１にしたがって説明する。この装置は、単層もしくは多層の薄膜を基板上にまたは独立して形成した試料３、いわゆる薄膜試料３が載置される試料台８と、試料３に１次Ｘ線２を照射するＸ線管等のＸ線源１と、試料３から発生する２次Ｘ線６の強度を測定する検出手段９とを備えている。ここで、薄膜が基板上に形成されている試料３においては、基板も試料３に含める。検出手段９は、試料３から発生した２次Ｘ線４を分光する分光器５と、分光器５で分光された波長ごとの２次Ｘ線６の強度を測定する検出器７からなる。
【００１８】
この装置は、分光器５と検出器７がゴニオメータによって連動されるいわゆるスキャン型の蛍光Ｘ線分析装置である。また、この装置は、与えられた分析条件にしたがってＸ線源１、ゴニオメータ、検出器７等を作動させ試料３の分析を実行する制御装置１５、ＣＲＴ等の表示器１６、ならびに、以下の表示制御手段２２および測定線評価手段２３を含む分析条件作成手段２０を備えている。
【００１９】
測定線評価手段２３は、指定された測定すべき２次Ｘ線ごとに、薄膜の各層について指定された厚さおよび組成での第１理論強度ならびに厚さまたは含有率を所定量変更した厚さおよび組成での第２理論強度を算出し、前記第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出し、その厚さ精度または含有率精度に基づいて、前記指定された測定すべき２次Ｘ線による分析の可否を判断する。ここで、この測定線評価手段２３は、指定された測定すべき２次Ｘ線ごとに、そのバックグラウンドの理論強度をも算出し、そのバックグラウンド理論強度ならびに前記第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出することもできる。
【００２０】
また、この測定線評価手段２３は、前記指定された測定すべき２次Ｘ線が検量線法による薄膜の層の厚さ分析に適用される場合には、その薄膜の層に対する含有率分析の指定の有無に応じて、前記指定された測定すべき２次Ｘ線が検量線法による薄膜の層の含有率分析に適用される場合には、その薄膜の層に対する厚さ分析の指定の有無または厚さ分析の可否に応じて、検量線法への適用の可否を判断する。
【００２１】
そして、表示制御手段２２は、測定線評価手段２３により判断された分析の可否、検量線法への適用の可否を表示器１６に表示させる。
【００２２】
次に、この第１実施形態の装置の動作について、銅と亜鉛からなる単層の薄膜（Ｃｕ Ｚｎ 層）を銅の基板（Ｃｕ 層）上に形成した試料３について薄膜の厚さと組成を分析する場合を例にとり、図２のフローチャートにしたがって説明する。まず、操作者が、分析条件作成手段２０（図１）の図示しない入力手段を用いて（以下の操作者による指定、入力において同様）、理論強度計算のもととなる各層の厚さおよび組成（その層の含有率構成）を指定する。この例では、Ｃｕ 層は無限厚（Ｘ線的に）でＣｕ １００ｍａｓｓ％、Ｃｕ Ｚｎ 層は厚さ１００ｎｍでＣｕ ６０ｍａｓｓ％，Ｚｎ ４０ｍａｓｓ％（残分）と指定する（ステップ１）。なお、Ｃｕ 層（基板）は無限厚で組成も既知であるので、あらかじめ入力しておけば、ここで指定する必要はない。
【００２３】
次に、操作者が、厚さ分析を行う層と、含有率（特定成分の濃度）分析を行う層およびその成分とを指定する。この例では、Ｃｕ Ｚｎ 層の厚さ分析を行い、また、Ｃｕ Ｚｎ 層のＣｕ の含有率分析を行う旨を指定する。Ｃｕ Ｚｎ 層のＺｎ は、Ｃｕ を除いた残分として求めることができる（ステップ２）。
【００２４】
次に、ステップ１、２の指定内容に基づいて、測定線評価手段２３（図１）が、層ごとに、厚さのみ分析、含有率のみ分析、厚さと含有率の両方の分析、分析なしのいずれかを設定する。この例では、プログラム上、Ｃｕ Ｚｎ 層には厚さと含有率の両方の分析のフラグがセットされ、Ｃｕ 層（基板）は厚さも含有率も既知で分析不要ゆえ分析なしのフラグがセットされる（ステップ３）。
【００２５】
次に、操作者が、測定すべき２次Ｘ線（以下、測定線ともいう）を、未知パラメータの数だけ指定する。この例では、未知パラメータは、Ｃｕ Ｚｎ 層の厚さとＣｕ の含有率の２つであるので、Ｃｕ −Ｋα線を厚さ分析に割り当てて指定し、Ｚｎ −Ｋα線をＺｎ の含有率分析に割り当てて指定する（ステップ４）。すなわち、実際にはＣｕ の方がＺｎ の残分として求められることになる。ここで、測定線として、Ｘ線管の特性Ｘ線やバックグラウンドを用いてもよい。すなわち、これらも試料からの２次Ｘ線に含まれる。なお、分析そのものをＦＰ法と検量線法のいずれで行うかも、この段階で指定できる。
【００２６】
次に、測定線評価手段２３（図１）が（以下、特に明示しない限り、動作の主体は測定線評価手段２３である）、指定された測定線ｉｐごとに、ＦＰ法により前記指定された厚さおよび組成で第１理論強度ＩＴ Ｏ （ｉｐ）を算出する。この例では、Ｃｕ −Ｋα線とＺｎ −Ｋα線について、第１理論強度ＩＴ Ｏ （ｉｐ）を算出する（ステップ５）。
【００２７】
次に、以下のステップ６〜１０を層ごとに行う。まず、厚さのみ分析の層については前記指定された厚さを所定量（所定率を含む。以下同様）変更し、含有率のみ分析の層については前記指定された組成から含有率を所定量変更し、厚さと含有率の両方の分析の層については前記指定された厚さおよび組成から厚さおよび含有率をそれぞれ所定量変更する。この例では、厚さと含有率の両方の分析を行うＣｕ Ｚｎ 層において、次式（１），（２）のように、厚さを元Ｔｏｒｇ の１００ｎｍから１％増加させて（α＝０．０１）Ｔｎｅｗ の１０１ｎｍに変更して組成は元のままの第１組と、厚さは元Ｔｏｒｇ のままでＣｕ の含有率をもとのＷｏｒｇ の６０ｍａｓｓ％からΔＷ＝１ｍａｓｓ％増加させてＷｎｅｗ の６１ｍａｓｓ％に変更した第２組とを作成する。第２組では残分のＺｎ の含有率は３９ｍａｓｓ％になる。なお、含有率を分析する成分が複数ある層では、それら成分ごとに含有率を所定量変更した組を作成する（ステップ６）。
【００２８】
Ｔｎｅｗ ＝Ｔｏｒｇ ×（１．０＋α） …（１）
【００２９】
Ｗｎｅｗ ＝Ｗｏｒｇ ＋ΔＷ …（２）
【００３０】
次に、前記指定された測定線ごとに、厚さまたは含有率を所定量変更した厚さおよび組成で、ＦＰ法により第２理論強度ＩＴ ｄｉｆｆ（ｉｐ）を算出する。この例では、Ｃｕ −Ｋα線とＺｎ −Ｋα線について、前記第１組、第２組で、第２理論強度ＩＴ ｄｉｆｆ（ｉｐ）を算出する（ステップ７）。
【００３１】
次に、第１理論強度ＩＴ Ｏ （ｉｐ）を、装置感度定数ｋ（ｉｐ）を用いて測定強度スケールに換算する。すなわち、ＦＰ法により算出した理論強度には、その装置で実際に測定した強度と異なり、装置ファクター（装置ごとの特性）が含まれていないので、あらかじめ測定線ｉｐごとに記憶しておいた装置感度定数ｋ（ｉｐ）を用いて、次式（３）のように、第１理論強度ＩＴ Ｏ （ｉｐ）から推定測定強度Ｉｍ Ｏ （ｉｐ）（単位：ｋｃｐｓ）を求める（ステップ８）。
【００３２】
Ｉｍ Ｏ （ｉｐ）＝ｋ（ｉｐ）×ＩＴ Ｏ （ｉｐ） …（３）
【００３３】
ここで、装置感度定数ｋ（ｉｐ）は、代表的な標準物質を用いてその装置または同型の装置で測定した強度の理論強度に対する比として求められ、測定線評価手段２３（図１）に記憶される。そのように測定していない測定線については、波長において前後に位置する測定された測定線から内挿または外挿して求められる。なお、理論強度は、１次Ｘ線分布を用いて算出するが、１次Ｘ線分布は、Ｘ線管の種類ごとの特性を反映して求められあらかじめ記憶されているので、使用するＸ線管の種類を変更しても問題なく推定測定強度が求められる。
【００３４】
次に、前記指定された測定線ｉｐごとに、第１および第２理論強度ＩＴ Ｏ （ｉｐ），ＩＴ ｄｉｆｆ（ｉｐ）を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出する。この例では、Ｃｕ Ｚｎ 層において厚さと含有率の両方の分析を行うので、厚さ精度および含有率精度を算出する。これらの精度の計算にあたり、まず、次式（４）のように推定測定強度の相対精度ＳｉｇＩｎｔを算出する。ここで、測定時間ｔは、４０秒としている。
【００３５】
ＳｉｇＩｎｔ＝｛Ｉｍ Ｏ （ｉｐ）／（ｔ×１０００）｝１／２ ／Ｉｍ Ｏ （ｉｐ） …（４）
【００３６】
この強度の精度ＳｉｇＩｎｔを用いて、次式（５），（６）のように厚さ相対精度ＳｉｇＴｈｋおよび含有率相対精度ＳｉｇＣｎｃを算出する（ステップ９）。
【００３７】
【数１】
【数２】
次に、厚さのみ分析する層では感度および厚さ精度のチェックを、含有率のみ分析する層では感度および含有率精度のチェックを、厚さと含有率の両方を分析する層では感度、厚さ精度および含有率精度のチェックを行う。この例では、厚さと含有率の両方を分析するＣｕ Ｚｎ 層について、以下のように、感度、厚さ精度および含有率精度のチェックを行う。
【００４０】
感度のチェックでは、推定測定強度Ｉｍ Ｏ （ｉｐ）が、あらかじめ決められた分析可能な最小強度、例えば０．００１ｋｃｐｓよりも小さければ感度不足とする。その成分の付着量が非常に小さい場合や、付着量が大きくても上層にほとんど吸収されてしまうような場合が該当する。
【００４１】
厚さ精度のチェックでは、厚さ相対精度ＳｉｇＴｈｋが、あらかじめ決められたチェック値、例えば０．１以上であれば厚さ分析を不可とする。その層がその測定線についてＸ線的に無限厚である場合には、前記強度の相対精度ＳｉｇＩｎｔが十分良好でも（小さくても）該当する。
【００４２】
含有率精度のチェックでは、含有率相対精度ＳｉｇＣｎｃが、あらかじめ決められたチェック値、例えば０．１以上であれば含有率分析を不可とする。この例では、Ｃｕ −Ｋα線が、厚さ分析と含有率分析の両方において不可となる。各測定線についての感度、厚さ精度および含有率精度のチェック結果を、測定線評価手段２３（図１）が記憶する（ステップ１０）。
【００４３】
そして、そのチェック結果を用いて以下のステップ１１〜１２を層ごとに行うことにより、前記指定された測定線による分析の可否の判断を、厚さ精度または含有率精度に基づいて行う。厚さのみ分析する層では、まず、その層に割り当てた測定線でチェック結果が感度不足であればその旨のエラーをセットする。そして、割り当てた測定線でチェック結果が厚さ分析可であれば分析可能であるが、不可であればその旨のエラーをセットする（ステップ１１−Ａ）。含有率のみ分析する層では、まず、その層の各成分に割り当てた測定線でチェック結果が感度不足のものがあればその旨のエラーをセットする。そして、層の各成分に割り当てた測定線でチェック結果が含有率分析可であればその成分の分析可能であるが、含有率分析不可の測定線があればその旨のエラーをセットする（ステップ１１−Ｃ）。
【００４４】
厚さと含有率の両方を分析する層では、その層に割り当てた測定線でチェック結果が感度不足のものがあればその旨のエラーをセットする。そして、層に割り当てた測定線でチェック結果が厚さ分析可のものが１つでもあれば厚さ分析可能であるが、１つもなければ厚さ分析不可の旨のエラーをセットし（ステップ１１−Ｂ）、さらに、前記ステップ１１−Ｃに進む。ここで、厚さ分析不可でかつ含有率分析不可の測定線があればその旨のエラーをセットする。この例では、Ｃｕ Ｚｎ 層においてＣｕ −Ｋα線が厚さ分析不可でかつ含有率分析不可である旨のエラーをセットする（ステップ１１−Ｃ）。
【００４５】
次に、検量線法の指定がある場合において、前記指定された測定線が検量線法による層の厚さ分析に適用される場合には、その層に対する含有率分析の指定の有無に応じて検量線法への適用の可否を判断する。層の厚さを検量線法で分析するときには、その層の組成の影響を受けるため、含有率が変化しないことが前提となるからである。そこで、その層に対する含有率分析の指定があれば、検量線法では厚さ分析不可の旨の警告のエラーをセットする。
【００４６】
また、前記指定された測定線が検量線法による層の含有率分析に適用される場合には、その層に対する厚さ分析の指定の有無または厚さ分析の可否に応じて検量線法への適用の可否を判断する。層の含有率を検量線法で分析するときには、その層の厚さが一定かまたは測定線に対してその層の厚さがＸ線的に無限厚であることが前提となるからである。そこで、その層に対する厚さ分析の指定があるか、または指定された測定線で厚さ分析が可能であれば、検量線法では含有率分析不可の旨の警告のエラーをセットする（ステップ１２）。
【００４７】
次に、表示制御手段２２（図１）は、以上の測定線評価手段２３（図１）により判断された分析の可否、判断された検量線法への適用の可否を表示器１６に表示させる（ステップ１３）。
【００４８】
以上のように、第１実施形態の装置によれば、薄膜試料について、指定した測定線による分析の可否が表示されるので、操作者は、それに基づいて容易に適切な測定線を選択でき、正確な分析ができる。また、指定した測定線の検量線法への適用の可否も表示されるので、操作者は、それに基づいて特に検量線法で分析する場合に容易に適切な測定線を選択でき、正確な分析ができる。
【００４９】
さて、ピークに比べバックグラウンド強度が非常に小さいときには問題とならないが、波長の短い測定線を測定するときには、バックグラウンド強度も考慮する必要がある。波長の短いＫ線の方がＬ線よりも強度は大きいがバックグラウンドも高く、強度は小さくてもバックグラウンドの低いＬ線の方が分析の精度がよくなることもある。そこで、第１実施形態の装置では、測定線評価手段２３（図１）により、前記指定された測定線ごとに、そのバックグラウンドの理論強度をも算出し、そのバックグラウンド理論強度ならびに第１および第２理論強度を用いて前記所定の厚さ精度または含有率精度を算出することもできる。この場合には、ステップ８で、バックグラウンドの理論強度を、コンプトン散乱とトムソン散乱の和として、次式（７），（８）のように算出して測定強度スケールに換算する。
【００５０】
ＩＴＢ＝ＩＯＢ（λ）×ＩＴＢＯ （λ） …（７）
【００５１】
ＩＭＢ＝ｋ（λ）×ＩＴＢ …（８）
【００５２】
ここで、ＩＴＢＯ （λ）は１次Ｘ線強度を１．０としたときのバックグラウンド理論強度、ＩＯＢ（λ）は１次Ｘ線分布、ＩＴＢは１次Ｘ線強度を含めたバックグラウンド理論強度、ｋ（λ）は波長λのバックグラウンド感度係数、ＩＭＢはバックグラウンドの推定測定強度である。
【００５３】
バックグラウンド感度係数ｋ（λ）は、あらかじめ、その装置または同型の装置で試料を測定して波長ごとにバックグラウンド強度を測定するとともに理論強度を計算し、測定に使用したＸ線管と管電圧の１次Ｘ線分布を用いることにより算出され、測定線評価手段２３（図１）に記憶される。バックグラウンド強度を測定しなかった波長のバックグラウンド感度係数ｋ（λ）については、内挿または外挿で求められる。理論強度は、１次Ｘ線分布を用いて算出するが、１次Ｘ線分布は、Ｘ線管の種類ごとの特性を反映して求められあらかじめ記憶されているので、使用するＸ線管の種類を変更しても問題なく推定測定強度が求められる。
【００５４】
なお、シリコンウエハ等のように基板が単結晶である場合には、散乱線の発生状況が特異である上、回折線によりバックグラウンドが大きくなる。このような場合については、使用する単結晶基板を用いてバックグラウンド感度係数ｋ（λ）を求めるか、他のアモルファスや多結晶試料との強度比を波長ごとに求めておく。
【００５５】
そして、ステップ９で、厚さ精度および含有率精度を算出するにあたり、前式（４）に代えて次式（９）のように推定測定強度の相対精度ＳｉｇＩｎｔを算出する。
【００５６】
ＳｉｇＩｎｔ＝｛（Ｉｍ Ｏ （ｉｐ）＋ＩＭＢ）／（ｔ×１０００）｝１／２ ／Ｉｍ Ｏ （ｉｐ）…（９）
【００５７】
このバックグラウンドの強度も含めて考慮した強度の相対精度ＳｉｇＩｎｔを用い、以降の厚さ相対精度ＳｉｇＴｈｋおよび含有率相対精度ＳｉｇＣｎｃの算出等は、前述したのと同様に行う。このように第１実施形態の装置によれば、測定線評価手段２３（図１）において、バックグラウンドの理論強度をも用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出することができるので、測定線による分析の可否判断がより正確になり、操作者は、それに基づいていっそう正確な分析ができる。
【００５８】
次に、本発明の第２実施形態の装置について説明する。まず、この装置の構成について、図１にしたがって説明する。この装置は、適切な測定線を自動選択する装置であって、測定線評価手段３３が、試料からの２次Ｘ線ごとに、薄膜の各層について指定された厚さおよび組成での第１理論強度ならびに厚さまたは含有率を所定量変更した厚さおよび組成での第２理論強度を算出し、第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出し、その厚さ精度または含有率精度に基づいて、測定すべき２次Ｘ線を選択するとともに、その選択した測定すべき２次Ｘ線による分析の可否を判断し、さらに、その判断した分析の可否にしたがって、前記選択した測定すべき２次Ｘ線を適切な分析条件の一部として制御装置に与えるという点で、前記第１実施形態の装置と異なっている。
【００５９】
また、測定線評価手段３３が、測定線の検量線法への適用の可否を判断しない点でも、第１実施形態の装置と異なっている。その他の点では同様であるので、同一部分に同一番号を付して説明を省略する。
【００６０】
次に、この第２実施形態の装置の動作について、第１実施形態の装置の場合と同様に、銅と亜鉛からなる単層の薄膜（Ｃｕ Ｚｎ 層）を銅の基板（Ｃｕ 層）上に形成した試料３について薄膜の厚さと組成を分析する場合を例にとり、図３のフローチャートにしたがって説明する。まず、ステップ３までは、第１実施形態の装置と同様である。
【００６１】
次に、ステップ３の設定内容に基づいて、測定線評価手段３３（図１）が、厚さまたは含有率を求める成分について、測定可能な２次Ｘ線（測定線の選択にあたり候補となる２次Ｘ線）を検索する。含有率のみ分析する層では、分析する各成分について、測定元素を、あらかじめ記憶したものから呼び出し（例えばＡｌ２Ｏ３ ではＡｌ 、Ｃｕ ではＣｕ ）、各元素で測定可能な線種のすべてを、あらかじめ記憶したものから呼び出す。厚さのみ分析する層、すなわち１成分のみか複数成分で組成が固定の層では、その層の元素または下層で含有率が固定された成分の測定元素を呼び出し、各元素で測定可能な線種のすべてを呼び出す。
【００６２】
厚さと含有率の両方を分析する層では、厚さの分析成分については、バランス（残分）成分に割り当てて、含有率を分析する各成分について、測定元素を呼び出し、各元素で測定可能な線種のすべてを呼び出す。なお、各元素で測定可能な線種のすべてを呼び出すのではなく、主要線であるＫα線、Ｌα線およびＭα線のみから呼び出してもよい。この例では、Ｃｕ −Ｋα線、Ｃｕ −Ｌα線、Ｚｎ −Ｋα線およびＺｎ −Ｌα線が検索される（ステップ４−２）。また、厚さのみ分析する層と同様に、下層で含有率が固定された成分の測定元素を呼び出し、各元素で測定可能な線種のすべてを呼び出す。
【００６３】
以下、このように検索したすべての測定線について、前記第１実施形態の装置と同様に、ステップ５ないし１０を実行する。その結果、この例では、Ｃｕ −Ｋα線が、厚さ分析と含有率分析の両方において不可となる。
【００６４】
次に、算出した厚さ精度または含有率精度に基づいて、最適な測定線を選択する。最上層から順に、以下のように選択する。含有率のみ分析する層では、成分ごとに、その分析に割り当てられた線種のうち含有率精度の最もよい（小さい）線種を選択する。厚さのみ分析する層では、その分析に割り当てられた線種のうち厚さ精度の最もよい（小さい）線種を選択する。
【００６５】
厚さと含有率の両方を分析する層では、まず、測定元素ごとに、含有率精度と厚さ精度の両方が最もよい（小さい）線種があれば、その線種を選択する。そのような線種がない場合であって、含有率精度の最もよい線種が厚さ分析不可の場合には、厚さ精度の最もよい線種を選択する。これら以外の場合には、含有率精度の最もよい線種を選択する。ここまでにおいて、厚さ分析については仮決定とする。
【００６６】
さて、薄膜の分析では、同一元素の測定線でも複数線種を選択できる。そこで、前述したように選択された線種で厚さ精度の最も悪い線種に対し、選択されていない線種で厚さ精度のよりよい線種があれば、厚さ精度の最も悪い線種と入れ換えて選択する。また、下層に含まれる元素の線種で厚さ精度がさらによい線種があれば、厚さ精度の最も悪い線種と入れ換えて選択する。選択された測定線が重複しているときは、次の候補の測定線に変更する。この例では、Ｃｕ −Ｌα線とＺｎ −Ｋα線が仮決定で選択されるが、Ｚｎ −Ｌα線がＣｕ −Ｌα線と入れ換えて選択され、最終的には、Ｚｎ −Ｋα線とＺｎ −Ｌα線が選択される。（ステップ１０．５）
【００６７】
以下、このように選択した測定線について、前記第１実施形態の装置と同様に、ステップ１１を実行する。その結果、この例では、Ｚｎ −Ｋα線とＺｎ −Ｌα線で、厚さ、含有率ともに分析に問題なしとなる。なお、第２実施形態の装置では、測定線の検量線法への適用の可否を判断しないので、ステップ１２（図２）は実行しない。そして、第１実施形態の装置と同様に、表示制御手段３２（図１）は、測定線評価手段３３（図１）により判断された分析の可否を表示器１６に表示させる（ステップ１３−２）。
【００６８】
以上のように、第２実施形態の装置によれば、薄膜試料について、測定線評価手段３３（図１）により、測定線が所定の厚さ精度または含有率精度に基づいて適切に自動選択されるので、操作者は、分析条件のうち測定線を選択する必要がなく、正確な分析ができる。しかも、自動選択された測定線による分析の可否が表示されるので、操作者は、それに基づいて不正確な分析を回避でき、より確実に正確な分析ができる。
【００６９】
なお、第２実施形態の装置でも、第１実施形態の装置と同様に、バックグラウンドの理論強度をも用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出することができる。
【００７０】
さらに、この第２実施形態の装置では、測定線評価手段３３（図１）が、前記判断した分析の可否にしたがって、選択した測定線を適切な分析条件の一部として制御装置１５（図１）に与える。この例では、Ｚｎ −Ｋα線とＺｎ −Ｌα線が、測定線として自動設定される。このように、第２実施形態の装置によれば、操作者は、分析条件のうち測定線を設定する手間が軽減される。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の蛍光Ｘ線分析装置によれば、薄膜試料について、適切な測定すべき２次Ｘ線の選択が容易で、正確な分析ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１、第２実施形態の蛍光Ｘ線分析装置を示す概略図である。
【図２】第１実施形態の装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】第２実施形態の装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２…１次Ｘ線、３…試料、４，６…２次Ｘ線、２２，３２…表示制御手段、１５…制御装置、１６…表示器、２３，３３…測定線評価手段。
Claims (5)
- 単層もしくは多層の薄膜を基板上にまたは独立して形成した試料に、１次Ｘ線を照射して発生する２次Ｘ線の強度を測定する蛍光Ｘ線分析装置であって、
指定された測定すべき２次Ｘ線ごとに、薄膜の各層について指定された厚さおよび組成での第１理論強度ならびに厚さまたは含有率を所定量変更した厚さおよび組成での第２理論強度を算出し、前記第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出し、その厚さ精度または含有率精度に基づいて、前記指定された測定すべき２次Ｘ線による分析の可否を判断する測定線評価手段と、
その測定線評価手段により判断された分析の可否を表示器に表示させる表示制御手段とを備え、
前記測定線評価手段における第２理論強度の算出は、厚さのみ分析の層については前記指定された厚さを所定量変更し、含有率のみ分析の層については前記指定された組成から含有率を所定量変更し、厚さと含有率の両方の分析の層については前記指定された厚さおよび組成から厚さおよび含有率をそれぞれ所定量変更して行われる蛍光Ｘ線分析装置。 - 請求項１において、
前記測定線評価手段が、前記指定された測定すべき２次Ｘ線が検量線法による薄膜の層の厚さ分析に適用される場合には、その薄膜の層に対する含有率分析の指定の有無に応じて、前記指定された測定すべき２次Ｘ線が検量線法による薄膜の層の含有率分析に適用される場合には、その薄膜の層に対する厚さ分析の指定の有無または厚さ分析の可否に応じて、検量線法への適用の可否を判断し、
前記表示制御手段が、前記測定線評価手段により判断された検量線法への適用の可否を表示器に表示させる蛍光Ｘ線分析装置。 - 単層もしくは多層の薄膜を基板上にまたは独立して形成した試料に、１次Ｘ線を照射して発生する２次Ｘ線の強度を測定する蛍光Ｘ線分析装置であって、
試料からの２次Ｘ線ごとに、薄膜の各層について指定された厚さおよび組成での第１理論強度ならびに厚さまたは含有率を所定量変更した厚さおよび組成での第２理論強度を算出し、前記第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出し、その厚さ精度または含有率精度に基づいて、測定すべき２次Ｘ線を選択するとともに、その選択した測定すべき２次Ｘ線による分析の可否を判断する測定線評価手段と、
その測定線評価手段により判断された分析の可否を表示器に表示させる表示制御手段とを備え、
前記測定線評価手段における第２理論強度の算出は、厚さのみ分析の層については前記指定された厚さを所定量変更し、含有率のみ分析の層については前記指定された組成から含有率を所定量変更し、厚さと含有率の両方の分析の層については前記指定された厚さおよび組成から厚さおよび含有率をそれぞれ所定量変更して行われる蛍光Ｘ線分析装置。 - 請求項３において、
与えられた分析条件にしたがって試料の分析を実行する制御装置を備え、
前記測定線評価手段が、前記判断した分析の可否にしたがって、前記選択した測定すべき２次Ｘ線を適切な分析条件の一部として前記制御装置に与える蛍光Ｘ線分析装置。 - 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記測定線評価手段が、２次Ｘ線ごとに、そのバックグラウンドの理論強度をも算出し、そのバックグラウンド理論強度ならびに前記第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出する蛍光Ｘ線分析装置。
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