JP6037798B2 - 全反射蛍光x線分析方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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Pi,j(i=1〜m、j=1〜n)を指定しておく。測定箇所Pi,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Pi,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。
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。
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。
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。
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(Pi,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。
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。
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。
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。
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。
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 (3)
- 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、
を有し、
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。
- 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または請求項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。
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