JP5027694B2 - 全反射蛍光ｘ線分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、円板状の試料の任意の測定部位を測定する全反射蛍光Ｘ線分析装置に関する。

全反射蛍光Ｘ線分析装置は半導体製造プロセスの品質管理分析において、ウェーハ、ガラス基板、ＧａＡｓ基板などの分析に用いられている。ウェーハなどの縁近傍の周辺部は半導体製造プロセスにおいて汚染し易いために、チップの製造には使用されていなかったが、ウェーハが大径化する一方で、超小型のマイクロチップが製造されており、ウェーハの縁近傍の周辺部が利用できれば、その領域だけで数千個のマイクロチップを製造することができる。そのため、ウェーハの縁近傍の周辺部をできるだけ有効に利用するために、ウェーハの縁の近傍までの領域を測定してウェーハの縁近傍の周辺部の汚染を調べることができる全反射蛍光Ｘ線分析装置がある（参照、特許文献１）。

例えば図１９に示すように、試料Ｓの表面に対し微小な入射角度でＸ線管１１から試料Ｓの縁方向から中心方向に１次Ｘ線１２を照射して、発生する蛍光Ｘ線１５の強度を、試料Ｓにおける１次Ｘ線１２の照射位置の直上にあるＳＳＤ等の検出器１６で測定する全反射蛍光Ｘ線分析装置がある。この全反射蛍光Ｘ線分析装置でウェーハの縁近傍の周辺部を測定すると、図２０の拡大図に示すように、１次Ｘ線１２の一部が板状の試料Ｓの鉛直な端面に照射され、四方に向けて強い散乱Ｘ線９が発生する。この散乱Ｘ線９およびこの散乱Ｘ線９によって試料Ｓの周辺にある全反射蛍光Ｘ線分析装置の筐体内壁や試料Ｓのステージの構成材料が励起されて発生する蛍光Ｘ線の一部は、図１９の検出器１６に入射し、測定すべき蛍光Ｘ線１５に対して大きなバックグラウンドや不純線となり、実質的に測定が不可能になる。例えば試料Ｓの縁から６ｍｍ未満の部位は、実質的に測定ができず、これでは、ウェーハ１枚あたりの取得チップ数を増やすため、できるだけウェーハの縁近傍まで測定したいという要求に応ずることができない。

そのため、特許文献１に記載の全反射蛍光Ｘ線分析装置は、図２１に示すようにＸ線管１１から試料Ｓの中心方向から縁方向に１次Ｘ線１２を照射している。この装置では、１次Ｘ線１２の一部が板状の試料Ｓの鉛直な端面に照射されることによって四方に向けて発生する散乱Ｘ線９を防止することができる。
特開２００２−５８５８号公報

しかし、ステージで試料の縁を検出器の視野内に移動させると、図２２に示すように、１次Ｘ線１２の一部分が試料Ｓに照射されず、全反射蛍光Ｘ線分析装置の筐体内壁２０に照射され、そこから発生した散乱Ｘ線がステージ２１に照射され、筐体内壁２０やステージ２１を構成している材料、例えばステンレスやアルミニウムから散乱Ｘ線や不純線９が発生して検出器に入射し、測定すべき蛍光Ｘ線１５に対して大きなバックグラウンドとなり、実質的に測定が不可能になる。つまり、試料Ｓの縁からはみ出した１次Ｘ線１２によって散乱Ｘ線や不純線が発生して検出器に入射し、ウェーハなどの円板状の試料Ｓの縁近傍の周辺部における任意の測定部位について正確な分析ができない。

本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、１次Ｘ線の一部分によって全反射蛍光Ｘ線分析装置の筐体内壁やステージから散乱Ｘ線や不純線が発生してもそれらが検出器に入射するのを防止して、ウェーハなどの円板状の試料の縁近傍の周辺部における任意の測定部位について正確な分析ができる全反射蛍光Ｘ線分析装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の全反射蛍光Ｘ線分析装置は、円板状の試料の表面に微小な入射角度で１次Ｘ線を入射させ、発生する蛍光Ｘ線の強度を検出器で測定する全反射蛍光Ｘ線分析装置であって、試料を移動させることにより、試料の表面における任意の測定部位を前記検出器の視野内に移動させるステージと、試料の背面側に配置されており、前記ステージに支持され、前記ステージの移動にしたがって移動し、前記検出器の視野の一部分だけを試料が占める場合に、前記検出器の視野の残部を占めるＸ線遮蔽カバーとを備える。

本発明の全反射蛍光Ｘ線分析装置によれば、検出器の視野の一部分だけを試料が占める場合に、検出器の視野の残部を占めるＸ線遮蔽カバーによって、１次Ｘ線の一部分によって全反射蛍光Ｘ線分析装置の筐体内壁やステージから散乱Ｘ線や不純線が発生してもそれらが検出器に入射するのを防止するので、ウェーハなどの円板状の試料の縁近傍の周辺部における任意の測定部位について正確な分析ができる。

本発明の全反射蛍光Ｘ線分析装置においては、前記ステージが、それぞれ回転駆動される第１太陽軸、第２太陽軸および第３太陽軸を備えた３重軸である３重太陽軸と、前記第３太陽軸に固定された太陽アームと、前記太陽アームの回転端部に回転自在に支持された第１遊星軸、およびその第１遊星軸に対して回転自在に設けられた第２遊星軸を備えた２重軸である２重遊星軸と、前記第２太陽軸に固定された第１太陽歯車、および前記第１遊星軸に固定され前記第１太陽歯車と連動して回転される第１遊星歯車と、前記第１太陽軸に固定された第２太陽歯車、前記第２遊星軸に固定され前記第２太陽歯車と連動して回転される第２遊星歯車、前記第２遊星軸に固定された遊星アーム、およびその遊星アームの回転端部に回転自在に支持された試料軸と、前記第１遊星軸に固定された第３遊星歯車、前記試料軸に固定され前記第３遊星歯車と連動して回転される試料歯車、および前記試料軸に固定された試料台とを備え、前記Ｘ線遮蔽カバーが前記遊星アームに固定されていることが好ましい。

本発明の全反射蛍光Ｘ線分析装置においては、試料が半導体製造用基板であり、前記Ｘ線遮蔽カバーが試料の主成分で構成された材料により形成されていることが好ましい。

この好ましい構成によれば、Ｘ線遮蔽カバーが測定する試料の主成分で構成された材料により形成されているので、１次Ｘ線の散乱Ｘ線によってＸ線遮蔽カバーから蛍光Ｘ線が発生して検出器に入射しても、その蛍光Ｘ線は、試料の主成分元素から発生する蛍光Ｘ線と同じであり、測定データに影響を与えることはない。このように、Ｘ線遮蔽カバーによって測定上の障害となる新たな散乱Ｘ線や不純線を発生することがないので、ウェーハなどの円板状の試料の縁近傍の周辺部における任意の測定部位についてよりいっそう正確な分析ができる。

以下、本発明の第１実施形態である全反射蛍光Ｘ線分析装置について説明する。図１に示すように、この全反射蛍光Ｘ線分析装置１は、シリコンウェーハなどの円板状の試料Ｓに、Ｘ線管１１からのＸ線１２を分光素子１３で単色化して１次Ｘ線１４として微小な入射角度、例えば０．０５°で照射するＸ線源６と、載置された試料Ｓを回転、移動させるＸＹθステージ２２および試料Ｓの傾きを調整するスイベルステージ２３を備えるステージ２１と、ＸＹθステージ２２に固定されたＸ線遮蔽カバー６１と、試料Ｓから発生する蛍光Ｘ線１５の強度を測定する半導体検出器であるＳＳＤなどの検出器１６とを備える。

図２のＸＹθステージ２２の側面断面図に示すように、ＸＹθステージ２２は、図示しない駆動モータによりそれぞれ独立して回転駆動される第１太陽軸１０１、第２太陽軸１０２および第３太陽軸１０３を備えた３重軸である３重太陽軸１０４と、第３太陽軸１０３に固定された箱状の太陽アーム１０５と、太陽アーム１０５の回転端部に回転自在に支持された第１遊星軸１０６と、その第１遊星軸１０６に対して回転自在に設けられた第２遊星軸１０７を備えた２重軸である２重遊星軸１０８とを備えている。また、第２太陽軸１０２に固定された第１太陽歯車１０９、第１遊星軸１０６に固定され第１太陽歯車１０９と第１アイドラ歯車１２０を介して連動して回転される第１遊星歯車１１０、第１太陽軸１０１に固定された第２太陽歯車１１１、第２遊星軸１０７に固定され第２太陽歯車１１１と第２アイドラ歯車１２２を介して連動して回転される第２遊星歯車１１２、第２遊星軸１０７に固定された遊星アーム１１３、およびその遊星アーム１１３の回転端部に回転自在に支持された試料軸１１４を備えている。

さらに、第１実施形態のＸＹθステージ２２は、第１遊星軸１０６に固定された第３遊星歯車１１５、試料軸１１４に固定され第３遊星歯車１１５と第３アイドラ歯車１２４連動して回転される試料歯車１１６、および試料軸１１４に固定された試料台１１７を備えている。第１、第２アイドラ歯車１２０，１２２は、それぞれ太陽アーム１０５に回転自在に支持された第１、第２アイドラ軸１１９，１２１に固定され、第３アイドラ歯車１２４は、遊星アーム１１３に回転自在に支持された第３アイドラ軸１２３に固定されている。

ここで、第１、第２太陽歯車１０９，１１１、第１、第２遊星歯車１１０，１１２および第１、第２アイドラ歯車１２０，１２２は、箱状の太陽アーム１０５の内部にあり、各軸１０６，１０７，１１９，１２１は軸受け１２６，１２７，１３０，１３１によって、箱状の太陽アーム１０５の密閉性を保持しつつ回転自在に支持されている。同様に、第３遊星歯車１１５、試料歯車１１６および第３アイドラ歯車１２４は、箱状の遊星アーム１１３の内部にあり、各軸１２３，１２８は軸受け１３２，１２８，１２９によって、箱状の遊星アーム１１３の密閉性を保持しつつ回転自在に支持されている。

また、太陽アーム１０５、２重遊星軸１０８、遊星アーム１１３、試料軸１１４および試料台１１７は、円板状の試料の中心と試料台１１７の中心Ｂとが合致するように試料台１１７に載せられる試料とともに、試料室内に設置されている。それら試料室内の全機構は、３重太陽軸１０４のみに支持され、第３太陽軸１０３は、軸受け１２５によって、回転自在に支持されている。さらに、３重軸たる３重太陽軸１０４および２重軸たる２重遊星軸１０８において、各同心軸間も、図示しない軸受けによって密閉性を保持しつつ回転自在に支持されている。

そして、第１実施形態のＸＹθステージ２２においては、前記３重太陽軸１０４から前記２重遊星軸１０８までの距離と前記２重遊星軸１０８から前記試料軸１１４までの距離が等しく設定され、前記第１太陽歯車１０９と前記第１遊星歯車１１０とのギア比を１対１に、前記第２太陽歯車１１１と前記第２遊星歯車１１２とのギア比を２対１に、前記第３遊星歯車１１５と前記試料歯車１１６とのギア比を１対１に設定されている。

図３に示すように、例えば、直径２００ｍｍのシリコンウェーハの試料Ｓの縁を測定する場合について説明する。例えば、Ｘ線遮蔽カバー６１はシリコンウェーハの円板の円弧の弦に沿って切り取った半円形状板で、その半径は１００ｍｍである。この円の中心Ｃを通り弦に垂直であり、試料台１１７の中心Ｂを通る中心線６２が、遊星アーム１１３の回転軸心Ａと試料台の中心Ｂとを結ぶ遊星アーム１１３の中心線１５１と４５°の角度ｑをなしている。Ｘ線遮蔽カバー６１の円の中心Ｃが試料台の中心Ｂから１００ｍｍの位置に、つまり、図４のＸＹθステージ２２の側面図に示すように、検出器１６の視野Ｆ（斜線部）の残部を占める位置に、Ｘ線遮蔽カバー６１は箱状の遊星アーム１１３の上面に固定されている。

試料Ｓとして半導体製造用基板が測定されるので、Ｘ線遮蔽カバー６１が試料Ｓの主成分で構成された材料により形成される。例えば、試料Ｓがシリコンウェーハ、ガラス基板の場合、Ｘ線遮蔽カバー６１の材料としてシリコンウェーハまたはガラス板が用いられ、試料Ｓがガリウムひ素基板の場合、Ｘ線遮蔽カバー６１の材料としてガリウムひ素基板が用いられる。

Ｘ線遮蔽カバー６１が測定する試料Ｓの主成分で構成された材料により形成されているので、１次Ｘ線１４の散乱Ｘ線がＸ線遮蔽カバー６１に照射されて発生する蛍光Ｘ線１５は試料Ｓの主成分元素から発生する蛍光Ｘ線１５と同じエネルギ（同じ波長）で強度が低い蛍光Ｘ線１５であり、その一部が検出器１６に入射しても測定データに影響を与えることはない。例えば、試料ＳがシリコンウェーハでシリコンウェーハのＸ線遮蔽カバー６１を用いた場合、試料Ｓの主成分元素であるケイ素から発生する蛍光Ｘ線１５はＳｉ−Ｋα線であり、Ｘ線遮蔽カバー６１から発生する蛍光Ｘ線１５もＳｉ−Ｋα線である。試料ＳのＳｉ−Ｋα線は大きな信号強度を有しており、この信号強度にＸ線遮蔽カバー６１の低い強度のＳｉ−Ｋα線の信号が加わっても測定データに何ら影響を与えることはない。つまり、Ｘ線遮蔽カバー６１によって測定上の障害となる新たな散乱Ｘ線や不純線９を発生することがない。

次に、ＸＹθステージ２２の動作について説明する。まず、動作の第１原理について説明する。動作の第１原理は、試料台１１７の座標系Ｘ−Ｙの原点Ｏに対する公転半径の変更に関するものである。座標系Ｘ−Ｙの原点Ｏは３重太陽軸１０４の回転中心であり、また検出器１６の視野Ｆの中心となる。今、図５の平面図に示すように、座標系Ｘ−Ｙに対し、太陽アーム１０５および遊星アーム１１３が、それらの中心線１５０，１５１がＸ軸に重なるように、一直線状に延びた位置にあるとする。ここで、太陽アーム１０５の中心線１５０とは、第２太陽歯車１１１の中心（座標系Ｘ−Ｙの原点Ｏに一致）Ｏと第２遊星歯車１１２の中心Ａとを結ぶ直線であり、遊星アーム１１３の中心線１５１とは、第２遊星歯車１１２の中心Ａと試料台１１７の中心Ｂとを結ぶ直線である。

ここで、図６に示すように、第１太陽軸１０１を回転駆動する駆動モータ（図示なし）の回転を固定することにより、第２太陽歯車１１１の座標系Ｘ−Ｙに対する回転を固定して、第３太陽軸１０３を回転駆動する駆動モータの回転により、太陽アーム１０５を座標系Ｘ−Ｙに対して例えば反時計方向に角度αだけ回転させる。すると、第２太陽歯車１１１と第２遊星歯車１１２とのギア比が２対１であることから、第２遊星歯車１１２は、第２アイドラ歯車１２２を介して、中心Ａまわりに時計方向に角度２αだけ回転する。その結果、線分ＯＡと線分ＡＢの長さｄは等しく設定されていることから、試料台１１７の中心ＢはＸ軸上を原点Ｏに向けて移動し、２ｄ−２ｄcos αだけ原点Ｏに近づく。さらに、太陽アーム１０５を回転させれば、試料台１１７の中心ＢはＸ軸上をＸ座標２ｄから−２ｄまで移動させられる。これが、試料台１１７の座標系Ｘ−Ｙの原点Ｏに対する公転半径ＯＢの変更である。

次に、動作の第２原理について説明する。動作の第２原理は、試料台１１７の座標系Ｘ−Ｙの原点Ｏに対する公転運動に関するものである。図６の状態から、第１太陽軸１０１と第３太陽軸１０３を同じ方向に同じ角度だけ回転駆動させると、すなわち、第２太陽歯車１１１と太陽アーム１０５を一体化して回転させると、太陽アーム１０５と遊星アーム１１３とのなす角２αは維持されたまま、すなわち試料台１１７の公転半径ＯＢは２ｄcos αのまま、試料台１１７は原点Ｏのまわりを公転する。これが、試料台１１７の座標系Ｘ−Ｙの原点Ｏに対する公転運動である。以上の第１および第２の原理から、試料台１１７の中心Ｂは、原点Ｏを中心とする半径２ｄの円内の任意の位置をとることできる。

次に、動作の第３原理について説明する。動作の第３原理は、座標系Ｘ−Ｙにおける試料台１１７の中心Ｂまわりの回転運動に関するものである。今、動作の第１原理における図５の状態と同様に、図７に示すように、太陽アーム１０５および遊星アーム１１３が、それらの中心線１５０，１５１がＸ軸に重なるように、一直線状に延びた位置にあるとし、かつ、試料台１１７が例えばＸ軸から反時計方向に角度βをなす方向を向いているとする。

この状態から、図８に示すように、第２太陽軸１０２を回転駆動する駆動モータの回転を固定することにより、第１太陽歯車１０９の座標系Ｘ−Ｙに対する回転を固定して、前記第２の原理に基づいて太陽アーム１０５と遊星アーム１１３を一体化した状態で例えば反時計方向に角度γだけ回転させる。すると、第１太陽歯車１０９と第１遊星歯車１１０のギア比が１対１であることから、ともに第１遊星軸１０６（図２）に固定された第１および第３遊星歯車１１０，１１５は、第１アイドラ歯車１２０を介して中心Ａまわりに時計方向に角度γだけ回転するので、第１および第３遊星歯車１１０，１１５の座標系Ｘ−Ｙにおける方向は維持される。同様に、第３アイドラ歯車１２４を介して第３遊星歯車１１５と連動する試料歯車１１６および試料台１１７の座標系Ｘ−Ｙにおける方向も維持されており、試料台１１７のＸ軸から反時計方向に角度βをなす方向も維持される。これは、第２太陽軸１０２を固定しておけば、前記第２の原理に基づいて試料台１１７を原点Ｏまわりに公転させても、座標系Ｘ−Ｙにおける試料台１１７の方向を維持できることを意味する。

同様に、図７の状態から、第２太陽軸１０２を回転駆動する駆動モータの回転を固定することにより第１太陽歯車１０９の座標系Ｘ−Ｙに対する回転を固定して、前記第１の原理に基づいて、試料台１１７の座標系Ｘ−Ｙの原点Ｏに対する公転半径ＯＢを変更する場合にも、試料台１１７のＸ軸から反時計方向に角度βをなす方向が維持される。すなわち、第２太陽軸１０２を固定しておけば、前記第２の原理に基づいて試料台１１７の座標系Ｘ−Ｙの原点Ｏに対する公転半径ＯＢを変更しても、座標系Ｘ−Ｙにおける試料台１１７の方向を維持できる。

以上から、第２太陽軸１０２を固定しておけば、試料台１１７を座標系Ｘ−Ｙのどこに移動させても、座標系Ｘ−Ｙにおける試料台１１７の方向を維持できることが分かる。また、逆に、試料台１１７が座標系Ｘ−Ｙのどこにあっても、第２太陽軸１０２のみを回転駆動すれば、その回転は、ギア比１対１で第１太陽歯車１０９から試料歯車１１６まで伝わるので、同じ方向かつ同じ角度で試料台１１７を回転させられる。すなわち、試料台１１７が座標系Ｘ−Ｙのどこにあっても、その位置を維持したまま、試料台１１７の方向を任意に決めることができる。これが、座標系Ｘ−Ｙにおける試料台１１７の中心Ｂまわりの回転運動に関する動作の第３原理である。

次に、試料台１１７上の試料Ｓの所望の測定部位（測定位置）に設定する手順の１例を示す。図９に示すように、ステージ２１の初期状態において、検出器１６の視野Ｆの中心Ｏと試料台１１７の中心Ｂとは合致している。ここで、座標系Ｘ−Ｙにおいて、所望の測定部位がＤ点であり、所望の方向がＸ軸の方向から反時計方向に角度δだけ回転した方向であるとする。次に、図１０に示すように、前記第２の原理に基づいて、試料Ｓを時計方向に角度δだけ回転させて所望の測定部位ＤをＸ軸上に配置する。そして、図１１に示すように、前記第１の原理に基づいて、試料台１１７をＸ軸に沿って移動させ、所望の測定部位Ｄを検出器の視野Ｆの中心である座標系Ｘ−Ｙの原点Ｏに一致させる。以上の手順により、試料台１１７上の試料Ｓの所望の測定部位に設定することができる。

試料Ｓの測定部位とＸ線遮蔽カバー６１との位置関係について以下に説明する。図９に示すようにステージ２１の初期状態において、検出器１６の視野Ｆの中心Ｏと試料台１１７の中心Ｂとは合致している。前記したように、試料台１１７は、検出器１６の視野Ｆの中心Ｏを原点（０、０）として空間に固定された座標系Ｘ−Ｙにおいて、試料Ｓの方位を変化させずにＸＹ方向に移動でき、自身の中心（回転軸）まわりに回転できる。試料Ｓは、初期状態の試料台１１７の中心Ｂに試料Ｓの中心が合致するように、かつ、初期状態の試料台１１７の所定方向、例えばＹ方向に試料ＳのノッチＮ方向（試料Ｓの中心ＢからノッチＮへの方向）が合致するように、ロボットハンド（図示なし）により試料台１１７に載置される。

検出器の視野Ｆの中心Ｏと遊星アーム１１３の回転軸心Ａとを結ぶ線分ＯＡと、遊星アーム１１３の回転軸心Ａと試料台１１７の中心（試料の中心）Ｂとを結ぶ線分ＡＢの長さｄは等しく設定されているので、回転軸心Ａは試料Ｓが移動させられるとその動きに応じて線分ＯＢの垂直２等分線３１上を移動する。例えば、図１２に示す測定部位Ｓ４を測定する場合、ステージ２１によって測定部位Ｓ４は検出器の視野Ｆの中心Ｏにくるように移動される。このとき、遊星アーム１１３の回転軸心Ａは検出器の視野の中心Ｏと試料の中心Ｂとを結ぶ線分ＯＢの垂直２等分線３１上を移動し、Ｘ線遮蔽カバー６１の中心線６２が線分ＡＢと４５°の角度をなす位置に、半円形状のＸ線遮蔽カバー６１が移動する。

したがって、試料Ｓのどのような部位が測定される場合であっても、上記の位置関係によってＸ線遮蔽カバー６１が移動する。以下に、具体的な試料Ｓの測定部位とＸ線遮蔽カバー６１との位置関係について説明する。

図１３に示すように、試料Ｓの縁のノッチＮから９０°の測定部位Ｓ１を測定する場合、前記したステージ２１の動作によって測定部位Ｓ１を検出器の視野の中心Ｏに配置させる。このとき、遊星アーム１１３の回転軸心Ａ、試料の中心Ｂ、検出器の視野の中心Ｏは図１３に示す位置関係になっている。線分ＡＢと線分ＯＢは４５°の角度をなしているので、Ｘ線遮蔽カバー６１の中心線６２はＸ軸上にあり、Ｘ線遮蔽カバー６１は試料Ｓの縁から充分に張り出している。これにより、図１４に示すようにＸ線遮蔽カバー６１は、検出器の視野Ｆの一部分だけを試料Ｓが占める場合に検出器の視野Ｆの残部を占め、紙面上の右方から検出器の視野の中心Ｏ（図１３）に向かってＸ軸（図１３）に沿って測定部位Ｓ１に進行してきた１次Ｘ線１４によって発生する散乱Ｘ線や不純線９を遮蔽して、検出器１６に入射するのを防止することができる。

次に、ノッチＮから４５°の縁の測定部位Ｓ２を測定する場合、ステージ２１の動作によって測定部位Ｓ２を検出器の視野の中心Ｏに配置させる。図１５に示すように、Ｘ線遮蔽カバー６１の中心線６２は座標系Ｘ−Ｙの第４象限でＸ軸と４５°の角度をなす位置になり、Ｘ線遮蔽カバー６１は試料Ｓの縁から充分に張り出す。前記と同様に、Ｘ線遮蔽カバー６１は、検出器の視野Ｆの一部分だけを試料Ｓが占める場合に検出器の視野Ｆの残部を占め、紙面上の右方から検出器の視野の中心Ｏ（図１３）に向かってＸ軸（図１３）に沿って測定部位Ｓ１に進行してきた１次Ｘ線１４によって発生する散乱Ｘ線や不純線９を遮蔽して、検出器１６に入射するのを防止することができる。

次に、ノッチＮから４５°の縁から少し試料中心に寄った測定部位Ｓ３を測定する場合、ステージ２１の動作によって測定部位Ｓ３を検出器の視野の中心Ｏに配置させる。図１６に示すように、Ｘ線遮蔽カバー６１は１次Ｘ線１４が照射されるＸ軸上では、試料Ｓの縁から少ししか張り出していない。しかし、この場合、検出器の視野Ｆの全部を試料Ｓが占めているので、散乱Ｘ線や不純線９が発生しても検出器１６に入射することはない。

次に、試料Ｓの中心である測定部位Ｓ０を測定する場合、ステージ２１の動作によって測定部位Ｓ０を検出器の視野の中心Ｏに配置させる。図１７に示すように、Ｘ線遮蔽カバー６１の中心線６２は座標系Ｘ−Ｙの第３象限でＸ軸と４５°の角度をなした位置になり、Ｘ線遮蔽カバー６１は第３象限の領域において試料Ｓの縁より張り出し、１次Ｘ線１４の照射方向であるＸ軸線上には張り出していない。しかし、この場合、検出器の視野Ｆの全部を試料Ｓが占めているので、散乱Ｘ線や不純線９が発生しても検出器１６に入射することはない。

このように、ステージ２１の遊星アーム１１３に固定されたＸ線遮蔽カバー６１は、試料Ｓの背面側に配置されており、ステージ２１に支持され、ステージ２１の移動にしたがって移動し、検出器１６の視野Ｆの一部分だけを試料Ｓが占める場合に、検出器１６の視野Ｆの残部を占めるように移動する。これにより、Ｘ線遮蔽カバー６１は全反射蛍光Ｘ線分析装置１の筐体内壁２０やステージ２１から散乱Ｘ線や不純線９が発生してもそれらが検出器１６に入射するのを防止するので（図１４参照）、ウェーハなどの円板状の試料Ｓの縁近傍の周辺部における任意の測定部位について正確な分析ができる。特に、この実施形態では、Ｘ線遮蔽カバー６１が測定する試料Ｓの主成分で構成されたシリコンウェーハで形成されているので、図１４に示すように、１次Ｘ線１４の散乱Ｘ線によってＸ線遮蔽カバー６１から蛍光Ｘ線１７が発生して検出器１６に入射しても、その蛍光Ｘ線１７は、試料Ｓの主成分元素から発生する蛍光Ｘ線１５と同じであり、その一部が検出器１６に入射しても測定データに影響を与えることはない。

一方、測定部位が試料Ｓの中心近傍に近づくにしたがって、概ね試料Ｓの縁からの張り出しを少なくしている。これは、試料Ｓの中心近傍を測定する場合は、試料Ｓの縁が全反射蛍光Ｘ線分析装置１の筐体に最接近するので、Ｘ線遮蔽カバー６１の１次Ｘ線１４の照射方向への張り出しを少なくすることによって、筐体との干渉を防止している。このような構成にすることによって全反射蛍光Ｘ線分析装置１をコンパクトにすることができる。

直径１００ｍｍの半円形状のＸ線遮蔽カバー６１について説明したが、Ｘ線遮蔽カバー６１は１００ｍｍよりも大きい、または小さい直径であってもよく、円弧形状、楕円形状などであってもよい。また、Ｘ線遮蔽カバー６１はステージ２１の移動にしたがって移動し、検出器１６の視野Ｆの一部分だけを試料Ｓが占める場合に、検出器１６の視野Ｆの残部を占めるように、Ｘ線遮蔽カバー６１の形状に応じて適切な位置に配置すればよい。

ほとんどのシリコンウェーハは１００面を表面とする結晶で形成されており、円形のシリコンウェーハの中心を中心にして９０°毎回転させて測定すれば、結晶方位を変えないで測定することができる。このように測定すれば、シリコンウェーハの結晶方位が変わることにより発生する回折線を回避することができる。このように、試料Ｓを９０°毎回転させて測定しても、前記と同様にＸ線遮蔽カバー６１が散乱Ｘ線や不純線の検出器１６への入射を防止するので、円板状の試料Ｓの縁近傍の周辺部における任意の測定部位について正確な分析ができる。

本発明の第２実施形態である全反射蛍光Ｘ線分析装置について説明する。第２実施形態の全反射蛍光Ｘ線分析装置は、第１実施形態の全反射蛍光Ｘ線分析装置１とＸ線遮蔽カバーおよびその取り付け位置が異なるだけであるので、異なる構成について以下に説明する。図１８に示すように、円板状の試料Ｓの直径よりも大きな直径の円形のシリコンウェーハ、または円板状の試料Ｓの直径よりも大きな外径を有する環状のシリコンウェーハで形成されたＸ線遮蔽カバー７１が試料台１１７の下面に取り付けられている。円板状の試料Ｓの直径よりも大きな直径または外径が、例えば３５０ｍｍであり、試料Ｓが直径３００ｍｍのウェーハの場合にはＸ線遮蔽カバー７１は試料Ｓの全周にわたって２５ｍｍ張り出している。

Ｘ線遮蔽カバー７１はステージ２１の試料台１１７の下面に取り付けられているので、ステージ２１の移動にしたがって移動して、検出器１６の視野Ｆの一部分だけを試料Ｓが占める場合に、検出器１６の視野Ｆの残分を占めるように位置する。

このように、試料台１１７の下面に固定されたＸ線遮蔽カバー７１は、試料Ｓの背面側に配置されており、ステージ２１に支持され、ステージ２１の移動にしたがって移動し、検出器１６の視野Ｆの一部分だけを試料Ｓが占める場合に、検出器１６の視野Ｆの残部を占めるように移動する。これにより、全反射蛍光Ｘ線分析装置の筐体内壁やステージ２１から散乱Ｘ線や不純線９が発生してもそれらが検出器１６に入射するのを防止するので、ウェーハなどの円板状の試料Ｓの縁近傍の周辺部における任意の測定部位について正確な分析ができる。

さらに、第１実施形態と同様に、Ｘ線遮蔽カバー７１の材料としてシリコンウェーハ、ガラス板、ガリウムひ素基板などが用いられる。これにより、Ｘ線遮蔽カバー７１によって測定上の障害となる新たな散乱Ｘ線や不純線９を発生することがないので、ウェーハなどの円板状の試料Ｓの縁近傍の周辺部における任意の測定部位についてよりいっそう正確な分析ができる。

本発明の第１実施形態の全反射蛍光Ｘ線分析装置の概略図である。 同装置のＸＹθステージの側面断面図である。 同ＸＹθステージへのＸ線遮蔽カバーの取り付け位置を示す平面図である。 同ＸＹθステージへのＸ線遮蔽カバーの取り付け位置を示す側面図である。 図６とともに同装置のＸＹθステージの第１原理を示す平面図である。 図５とともに同ＸＹθステージの第１原理を示し、また第２原理を示す平面図である。 図８とともに同ＸＹθステージの第３原理を示す平面図である。 図７とともに同ＸＹθステージの第３原理を示す平面図である。 同ＸＹθステージの所望の測定部位の位置決め手順の第１段階を示す平面図である。 同ＸＹθステージの所望の測定部位の位置決め手順の第２段階を示す平面図である。 同ＸＹθステージの所望の測定部位の位置決め手順の第３段階を示す平面図である。 検出器の視野の中心位置Ｏ、遊星アームの回転軸心Ａおよび試料台の中心（試料の中心）Ｂとの位置関係を示す平面図である。 試料の縁のノッチから９０°の測定部位を測定する場合のＸ線遮蔽カバーの位置を示す平面図である。 Ｘ線遮蔽カバーが装置の筐体内壁やステージから発生する散乱Ｘ線や不純線を遮蔽している概略図である。 ノッチから４５°の縁の測定部位を測定する場合のＸ線遮蔽カバーの位置を示す平面図である。 ノッチから４５°の縁から少し試料中心に寄った測定部位を測定する場合のＸ線遮蔽カバーの位置を示す平面図である。 試料の中心位置を測定する場合のＸ線遮蔽カバーの位置を示す平面図である。 本発明の第２実施形態のＸＹθステージの側面断面図である。 試料の縁方向から中心方向に１次Ｘ線を照射する従来の全反射蛍光Ｘ線分析装置の概略図である。 同装置の試料の縁から四方に向けて発生する散乱Ｘ線や不純線を示す拡大図である。 試料の中心方向から縁方向に１次Ｘ線を照射する従来の全反射蛍光Ｘ線分析装置の概略図である。 同装置の筐体内壁やステージから発生する散乱Ｘ線や不純線を示す概略図である。

符号の説明

１ 全反射蛍光Ｘ線分析装置
１４ １次Ｘ線
１５ 蛍光Ｘ線
１６ 検出器
２１ ステージ
６１ ７１ Ｘ線遮蔽カバー
１０１ 第１太陽軸
１０２ 第２太陽軸
１０３ 第３太陽軸
１０４ ３重太陽軸
１０５ 太陽アーム
１０６ 第１遊星軸
１０７ 第２遊星軸
１０８ ２重遊星軸
１０９ 第１太陽歯車
１１０ 第１遊星歯車
１１１ 第２太陽歯車
１１２ 第２遊星歯車
１１３ 遊星アーム
１１４ 試料軸
１１５ 第３遊星歯車
１１６ 試料歯車
１１７ 試料台
Ｆ 検出器の視野
Ｓ 試料

Claims (3)

1. 円板状の試料の表面に微小な入射角度で１次Ｘ線を入射させ、発生する蛍光Ｘ線の強度を検出器で測定する全反射蛍光Ｘ線分析装置であって、
   試料を移動させることにより、試料の表面における任意の測定部位を前記検出器の視野内に移動させるステージと、
   試料の背面側に配置されており、前記ステージに支持され、前記ステージの移動にしたがって移動し、前記検出器の視野の一部分だけを試料が占める場合に、前記検出器の視野の残部を占めるＸ線遮蔽カバーと、
   を備えた全反射蛍光Ｘ線分析装置。
2. 請求項１において、
   前記ステージが、それぞれ回転駆動される第１太陽軸、第２太陽軸および第３太陽軸を備えた３重軸である３重太陽軸と、
   前記第３太陽軸に固定された太陽アームと、
   前記太陽アームの回転端部に回転自在に支持された第１遊星軸、およびその第１遊星軸に対して回転自在に設けられた第２遊星軸を備えた２重軸である２重遊星軸と、
   前記第２太陽軸に固定された第１太陽歯車、および前記第１遊星軸に固定され前記第１太陽歯車と連動して回転される第１遊星歯車と、
   前記第１太陽軸に固定された第２太陽歯車、前記第２遊星軸に固定され前記第２太陽歯車と連動して回転される第２遊星歯車、前記第２遊星軸に固定された遊星アーム、およびその遊星アームの回転端部に回転自在に支持された試料軸と、
   前記第１遊星軸に固定された第３遊星歯車、前記試料軸に固定され前記第３遊星歯車と連動して回転される試料歯車、および前記試料軸に固定された試料台とを備え、
   前記Ｘ線遮蔽カバーが前記遊星アームに固定されている全反射蛍光Ｘ線分析装置。
3. 請求項１または２において、
   前記試料が半導体製造用基板であり、
   前記Ｘ線遮蔽カバーが前記試料の主成分で構成された材料により形成されている全反射蛍光Ｘ線分析装置。

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