JP7210065B2 - 透過型小角散乱装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、半導体製造工程の現場において非破壊で半導体デバイスを測定することができる透過型小角散乱装置（Ｔ－ＳＡＸＳ：Transmission - Small Angle X-ray Scattering）に関する。

近年の半導体デバイスは、性能向上のために高密度化、多層化、回路パターンの複雑化などが進んでいる。特に、三次元構造のＮＡＮＤフラッシュメモリ（３Ｄ－ＮＡＮＤ）においては、容量密度の増大に伴い多層化が進んでおり、その結果として、アスペクト比の大きなピラー(直径：数十～数百ｎｍ、高さ：数μｍ)やトレンチ(深溝)を有する構造となっている。

従来、半導体デバイスの三次元構造の測定には、主に光寸法計測（ＯＣＤ：Optical Critical Dimension）装置が用いられてきたが、同装置では上記のような複雑な構造を測定できない状況が生じている。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）を用いれば、深さ方向の測定も可能ではある。しかし、これらの電子顕微鏡による測定は、測定対象を破壊しての測定手法となるために、半導体製造工程において製造された半導体デバイスを、その場で非破壊にて測定することはできない。

近年、特許文献１に開示されているような透過型の小角散乱装置を、半導体デバイスの構造測定に用いるべく、分析機器メーカー各社が開発を進めているが、未だ実用化には至っていないのが現状である。

特開２０１７－１２５８４８号公報

本発明の目的は、上述した事情に鑑みてなされたもので、複雑な構造をした半導体デバイスの微細形状であっても、製造工程の現場において非破壊で効率的に測定することのできる透過型小角散乱装置の提供を目的とする。

本発明に係る透過型小角散乱装置は、検査対象となる試料を配置する試料保持部と、試料保持部を移動させる試料位置決め機構と、旋回アームを含むゴニオメータと、旋回アームに搭載されたＸ線照射ユニットと、旋回アームに搭載された二次元Ｘ線検出器とを備えている。そして、旋回アームは、鉛直方向の配置状態を原点として、当該原点から水平方向に延びるθ軸周りに回動自在であり、Ｘ線照射ユニットは、旋回アームの下側端部に搭載され、二次元Ｘ線検出器は、旋回アームの上側端部に搭載されており、試料保持部に配置された試料に対して、Ｘ線照射ユニットから出射した収束Ｘ線を下方から照射するとともに、当該試料を透過した収束Ｘ線の周囲に生じた散乱Ｘ線を二次元Ｘ線検出器が試料の上方位置で検出する構成としたことを特徴とする。
このような縦型の配置構造とすることで、比較的狭い面積の床面にも設置することができる。

ここで、旋回アームは、複数のアーム部材によって構成し、そのうち一つのアーム部材をゴニオメータのθ回転軸に固定するとともに、当該θ回転軸に固定されたアーム部材に対し、他のアーム部材がスライドして重なり合う構成としてもよい。
このように各アーム部材を畳むことにより、全長を短くしてコンパクトな形態とすることができる。

また、試料保持部は、試料保持枠の内側に形成され、この試料保持枠の内側はＸ線透過孔となっており、このＸ線透過孔に対面する状態で試料を支持する構成としてもよい。
さらに、試料保持枠の内周縁には、複数箇所から吸着支持片を内側へ突き出して設け、これら吸着支持片によって試料の外周縁部の一部分を吸着支持する構成としてもよい。

このように構成することで、試料裏面の広い範囲に接触することなく、試料を支持することができる。
しかも、吸着支持片によって支持された一部の微小領域を除く試料のほぼ全域に対し、Ｘ線照射ユニットからのＸ線をＸ線透過孔を通して照射できるため、測定可能領域を広く確保することができる。

また、試料位置決め機構は、試料保持部に支持された試料を面内回転させるための面内回転機構と、試料保持部を前後方向に移動させるためのＹ軸移動機構と、試料保持部を横方向に移動するためのＸ軸移動機構と、試料保持部を上下方向に移動するためのＺ軸移動機構と、試料保持部を揺動させる揺動機構とを含み、Ｚ軸移動機構は、くさび状に組み合わされた案内部材と摺動部材とを含み、案内部材が一方向に移動することで摺動部材を押し上げ、案内部材が逆方向に移動することで摺動部材を下降させる構成とすることができる。試料保持部は、摺動部材とともに上下方向に移動する。
この構成によれば、くさび状に組み合わされた案内部材と摺動部材との間は常にがたつくことなく摺接状態を保っているので、試料保持部を正確に上下方向へ移動させて所望の高さ位置へ位置決めすることができる。

また、透過型小角散乱装置の周囲を覆うための外部筐体を備えることもできる。外部筐体は、筐体本体と、一または複数の筐体要素部材とを含み、筐体本体に対して筐体要素部材が上下方向に移動自在であり、筐体要素部材を筐体本体と重ねて畳んだ形態と、筐体要素部材を筐体本体から引き延ばした形態とを形成できる構成となっている。
筐体要素部材を筐体本体に重ねて畳んだ状態とすることで、高さ寸法の小さいコンパクトな形態を形成でき、外部筐体の運搬作業や設置作業がきわめて容易となる。

以上説明したように、本発明によれば、Ｘ線照射ユニットと二次元Ｘ線検出器とを、ゴニオメータの旋回アームに搭載して、縦型の配置構造としたので、比較的狭い面積の床面にも設置することができる。その結果、複雑な構造をした半導体デバイスの微細形状であっても、製造工程の現場において非破壊で効率的に測定することが可能となる。

図１Ａは、本発明の実施形態に係る透過型小角散乱装置の全体構造を模式的に示す側面構成図である。図１Ｂは、同じく正面構成図である。 図２は、本発明の実施形態に係る透過型小角散乱装置の外観を示す斜視図である。 図３は、本発明の実施形態に係る透過型小角散乱装置の外観を、図２とは異なる方向から見た斜視図である。 図４は、本発明の実施形態に係る透過型小角散乱装置を構成するゴニオメータの旋回アームと、その旋回アームに搭載された構成要素の外観を示す斜視図である。 図５は、図４に示したゴニオメータの旋回アームを畳んで、全長を短くした状態を示す斜視図である。 図６は、Ｘ線照射ユニットと二次元Ｘ線検出器との間に構成される光学系を模式的に示す図である。 図７は、本発明の実施形態に係る透過型小角散乱装置を構成する試料ステージの外観を示す斜視図である。 図８は、試料を支持する試料保持部と面内回転機構を拡大して示す平面図である。 図９は、試料を支持する試料保持部と面内回転機構を拡大して示す斜視図である。 図１０Ａは、Ｘ軸移動機構、Ｙ軸移動機構、Ｚ軸移動機構を示す斜視図である。図１０Ｂは、案内部材と摺動部材を模式的に示す構成図である。 図１１は、χ軸揺動機構を示す斜視図である。 図１２は、試料ステージの縦断面図である。 図１３は、本発明の実施形態に係る透過型小角散乱装置を外部筐体で覆った状態を示す斜視図である。 図１４は、本発明の実施形態に係る外部筐体を畳んだ状態を示す斜視図である。 図１５Ａは、本発明の実施形態に係る透過型小角散乱装置を外部筐体で覆った状態を示す左側面図である。図１５Ｂは、同じく平面図である。 図１６は、本発明の実施形態に係る透過型小角散乱装置を外部筐体で覆った状態を示す縦断面図である。 図１７は、本発明の実施形態に係る透過型小角散乱装置を組み込んだ半導体検査装置の外観を示す斜視図である。 図１８は、本発明の実施形態に係る透過型小角散乱装置の制御系を示すブロック図である。 図１９は、本発明の実施形態に係る透過型小角散乱装置による測定動作の実行手順を示すフローチャートである。 図２０Ａは、半導体ウェハの傾きを測定するための手段に関する構成例を模式的に示す正面構成図である。図２０Ｂは、半導体ウェハの傾きを測定するための手段に関する他の構成例を模式的に示す側面構成図である。

Ｓ：試料、Ｐ：測定位置、
１０：ゴニオメータ、１１：旋回アーム、１２：第１アーム部材、１３：第２アーム部材、１４：第３アーム部材、１２ａ，１３ａ：案内レール、１５：下部保持部材、１６：上部保持部材、１７：支持部材
２０：Ｘ線照射ユニット、２１：Ｘ線管、２２：集光ミラー、２３：アパーチャ、２４：ガードスリット、２５：スリット
３０：二次元Ｘ線検出器、３１：ダイレクトビームストッパ、３２：真空パス、
３５：光学顕微鏡、３６：レーザ傾き測定器、３６ａ：レーザ光源、３６ｂ：レーザ検出器、３７：移動テーブル、
４０：試料ステージ、４１：枠体、４２：試料保持部、４３：空洞、５０：基枠、５１：Ｘ軸移動枠、５２：χ軸旋回台、５２ａ：軸受、５３：Ｙ軸移動台、５４：Ｚ軸駆動台、５５：Ｚ軸移動台、５６：試料保持枠、５７：Ｘ線透過孔、５８：吸着支持片、５９：真空ノズル、６０：回転ガイド部、６１：回転支持部、６２：支持ローラ、６３：従動側プーリ、６４：面内回転用駆動モータ、６５：駆動側プーリ、６６：駆動ベルト、６７：Ｘ軸駆動用モータ、６８：ボールねじ、６９：ねじ軸、７０：ナット部材、７１：案内レール、７２：スライダ、７３：軸受、７４：揺動支軸、７５：Ｙ軸駆動用モータ、７６：ボールねじ、７７：ねじ軸、７８：軸受、７９：ナット部材、８０：Ｚ軸駆動用モータ、８１：案内部材、８２：摺動部材、８３：案内レール、８４：スライダ、８５：χ軸駆動用モータ、８６：駆動力伝達ベルト、８７：ウォーム、８８：ウォームホイール、８９：駆動側プーリ、９０：従動側プーリ、９１：案内レール、９２：スライダ、９３：案内レール、９４：スライダ、９５：ボールねじ、９６：ナット部材、
１００：中央処理装置、１０１：Ｘ線照射コントローラ、１０２：画像認識回路、１０３：フォーカスコントローラ、１０４：位置決めコントローラ、１０５：ゴニオコントローラ、１０６：記憶部、１０７：検出制御回路、１１０：試料位置決め機構、
２００：外部筐体、２０１：筐体本体、２０２，２０３：筐体要素部材、２１０，２１１：案内レール、２２０：遮蔽パネル、
３００：ファンフィルターユニット、３１０：基板搬送装置(ＥＦＥＭ)、３２０：電装部

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
〔概要〕
まず、本発明の実施形態に係る透過型小角散乱装置の概要を説明する。
試料にＸ線ビームを照射したときに、Ｘ線ビームの進行方向の近傍の小さな角度領域（小角領域）でＸ線が散乱する。この散乱を小角散乱と称し、これを測定することにより物質に関する粒径や周期構造などを知ることができる。さらに近年においては、この小角散乱測定により、半導体デバイスを形成する薄膜に対して種々の情報を得るための分析手法の開発が進められている。
この小角散乱を測定するための装置が、小角散乱装置である。

小角散乱装置には、試料の表面にＸ線を照射し、試料表面から反射してきた散乱Ｘ線を検出する反射型の小角散乱装置と、試料の裏面にＸ線を照射し、表面から放出された散乱Ｘ線を検出する透過型の小角散乱装置とがある。

本発明は透過型の小角散乱装置である。この透過型小角散乱装置は、試料を挟んでＸ線源と二次元Ｘ線検出器とを対向配置し、Ｘ線源からのＸ線を試料の裏面に照射し、試料の表面から特定の角度に放射されてきた散乱Ｘ線を二次元Ｘ線検出器で検出する基本構造を備えている。

従来一般の小角散乱装置は、Ｘ線源と二次元Ｘ線検出器とを水平配置した横型の構造となっているため、大きな設置面積が必要となる。
これに対し、本実施形態に係る透過型小角散乱装置は、半導体製造ラインが構築されたクリーンルーム内の制限された面積の床面にも設置可能とするために、Ｘ線源と二次元Ｘ線検出器とを上下方向に配置した縦型の構造となっている。
〔全体構造〕
図１Ａは、本発明の実施形態に係る透過型小角散乱装置の全体構造を模式的に示す側面構成図、図１Ｂは、同じく正面構成図である。また、図２および図３は、透過型小角散乱装置の外観をそれぞれ異なる方向から見た斜視図である。

本実施形態に係る透過型小角散乱装置は、ゴニオメータ１０を備えている。ゴニオメータ１０は、水平方向に延びるθ軸周りに旋回アーム１１を旋回駆動する機能を有している。旋回アーム１１には、その両端部にＸ線照射ユニット２０と二次元Ｘ線検出器３０とが搭載してある。ここで、旋回アーム１１は鉛直方向の配置状態を原点としてある。そして、Ｘ線照射ユニット２０は下側端部に、二次元Ｘ線検出器３０は上側端部にそれぞれ搭載してある。このような縦型の配置構造とすることで、比較的狭い面積の床面にも設置することができる。

Ｘ線照射ユニット２０と二次元Ｘ線検出器３０は、試料ステージ４０を挟んで互いに対向配置されており、試料ステージ４０の試料保持部４２に支持された試料Ｓに対して、Ｘ線照射ユニット２０が下方からＸ線を照射する。そして、試料Ｓから透過してきたＸ線の周囲で微小角度領域に生じた散乱Ｘ線を二次元Ｘ線検出器３０で検出する構成となっている。

ここで、試料ステージ４０には、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、Ｘ線照射ユニット２０から出射されたＸ線を透過する空洞４３が形成してあり、この空洞４３を通して試料Ｓの裏面にＸ線を照射する構成となっている。

ゴニオメータ１０の旋回アーム１１には、円筒状の真空パス３２が搭載してある。この真空パス３２は、試料Ｓを透過してきたＸ線が空気に衝突した際に生じる空気散乱を無くして小角散乱の測定精度を向上させる機能を有している。

試料ステージ４０は、後述する試料位置決め機構による駆動をもって、試料保持部４２を水平面と平行な前後方向（Ｙ方向）と横方向（Ｘ方向）、および水平面と垂直な上下方向（Ｚ方向）にそれぞれ移動して、試料Ｓの被検査点を透過型小角散乱装置の測定位置Ｐへ位置決めする構成を備えている。

また、試料位置決め機構は、試料保持部４２に支持された試料Ｓを面内回転（φ回転）させる機能を備えている。さらに、試料位置決め機構は、試料保持部４２に支持された試料Ｓを、χ軸周りに揺動（χ揺動）させる機能を備えている。このχ軸は、水平面内でゴニオメータ１０のθ軸に対して直角に交わっている。このθ軸とχ軸の交点は、透過型小角散乱装置の測定位置Ｐと合致するように位置決めしてある。

試料ステージ４０は、図２および図３に示すように、枠体４１に支持されている。枠体４１とゴニオメータ１０の旋回アーム１１は、互いに干渉しないように相互の位置関係を調整してある。

また、本実施形態に係る透過型小角散乱装置は、試料Ｓの表面を認識する光学顕微鏡３５を備えている。光学顕微鏡３５は、試料位置決め機構により駆動される各部や、ゴニオメータ１０により旋回されるＸ線照射ユニット２０および二次元Ｘ線検出器３０など、周囲の各構成部と干渉しない位置に設置してある。
試料Ｓは、試料位置決め機構によって、光学顕微鏡３５の下方位置へ移動することができる。

〔ゴニオメータの旋回アームと、同アームに搭載される構成要素〕
次に、図４および図５を主に参照して、ゴニオメータの旋回アームと、それに搭載される各構成要素の詳細構造を説明する。
図４は、本実施形態に係る透過型小角散乱装置を構成するゴニオメータの旋回アームと、その旋回アームに搭載された構成要素の外観を示す斜視図である。図５は、図４に示したゴニオメータの旋回アームを畳んで全長を短くした状態を示す斜視図である。

ゴニオメータ１０の旋回アーム１１は、複数のアーム部材によって構成してある。図４および図５に示す本実施形態の旋回アーム１１は、第１，第２，第３アーム部材１２，１３，１４で構成され、第１アーム部材１２がゴニオメータのθ回転軸（図１Ａのθ軸）に固定されている。
この第１アーム部材１２に対して、第２アーム部材１３が長手方向にスライドするとともに、第２アーム部材１３に対して第３アーム部材１４が長手方向にスライドして、図５に示すように、各アーム部材１２，１３，１４が重なり合って畳まれる構造としてある。
このように各アーム部材１２，１３，１４を畳むことにより、全長を短くしてコンパクトな形態とすることができる。
旋回アーム１１を図５に示すコンパクトな形態にすることで、搬送作業や現場での据付け作業がきわめて容易となり、その作業に要する作業時間の短縮と労力の軽減を実現することができる。

具体的には、第１アーム部材１２の表面には長手方向に案内レール１２ａが設けてあって、この案内レール１２ａに沿って第２アーム部材１３がスライド自在となっている。同様に、第２アーム部材１３の表面にも長手方向に案内レール１３ａが設けてあって、この案内レール１３ａに沿って第３アーム部材１４がスライド自在となっている。

旋回アーム１１には、図４に示すように、各アーム部材１２，１３，１４を展開して全長を引き延ばした状態と、図５に示すように、各アーム部材１２，１３，１４を畳んで全長を短くした状態とにおいて、それぞれその状態を保持するロック機構（図示せず）が組み込まれている。

第１アーム部材１２の下端部には、Ｘ線照射ユニット２０を搭載するための下部保持部材１５が設けてある。Ｘ線照射ユニット２０はこの下部保持部材１５に固定される。下部保持部材１５には、Ｘ線照射ユニット２０の固定位置を長手方向に移動調整するためのスライド機構（図示せず）が組み込まれている。

また、第３アーム部材１４の上端部には、二次元Ｘ線検出器３０を搭載するための上部保持部材１６が設けてある。二次元Ｘ線検出器３０はこの上部保持部材１６に固定される。上部保持部材１６にも、二次元Ｘ線検出器３０の固定位置を長手方向に移動調整するためのスライド機構（図示せず）が組み込まれている。

現場での据付け時には、Ｘ線照射ユニット２０と二次元Ｘ線検出器３０を移動調整することで、あらかじめ設定した仕様に合わせた装置の据え付けを実現できる。

また、上部保持部材１６には、二次元Ｘ線検出器３０の手前に、ダイレクトビームストッパ３１が設置される。このダイレクトビームストッパ３１は、Ｘ線照射ユニット２０から試料Ｓを透過して直進してきたＸ線を遮蔽して、二次元Ｘ線検出器３０に入射させない機能を有している。

旋回アーム１１には、既述したように真空パス３２も搭載される。各アーム部材１２，１３，１４には、この真空パス３２を支持するための支持部材１７が設けてある。真空パス３２は、これらの支持部材１７に支持されて、試料Ｓを透過してきたＸ線とその周囲に生じる散乱Ｘ線の光路上に配置される。真空パス３２の上端面は、二次元Ｘ線検出器３０の近傍に位置決めされる。

さて、試料Ｓを透過してきた散乱Ｘ線は、放射状に広がって二次元Ｘ線検出器３０に到達する。そこで、真空パス３２は、試料Ｓに対向する下端面の直径を小さくし、上端面に向かうに従い段階的に直径を大きくした構造としてある。
この真空パス３２は、内部が密閉されて真空状態を形成しており、両端面は、Ｘ線吸収率は小さいカーボン、ボロンカーバイド、カプトンなどの材料で形成してある。これにより、試料Ｓを透過してきたＸ線および散乱Ｘ線を透過するとともに、空気散乱の発生を防止することができる。

〔Ｘ線照射ユニットを含む光学系と、二次元Ｘ線検出器〕
図６は、Ｘ線照射ユニットと二次元Ｘ線検出器との間に構成される光学系を模式的に示す図である。
Ｘ線照射ユニット２０は、Ｘ線管２１と、集光ミラー２２と、アパーチャ２３とを構成要素に含んでいる。また、試料Ｓの手前にはガードスリット２４が配置される。

Ｘ線管２１としては、ターゲット上での電子線焦点サイズが７０μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下のＸ線管球を用いる。ターゲット材料としては、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などが選択できるが、透過式の場合、基板であるＳｉウェハを透過できるエネルギーの高いＸ線が必要なため、それを可能にするモリブデン（Ｍｏ）や銀（Ａｇ）を用いることが望ましい。

集光ミラー２２には、表面に多層膜が形成された２つの多層膜ミラーをＬ字型に配置して一体化したサイド・バイ・サイド方式の集光ミラー２２を採用することができる。またこの他にも、２つの多層膜ミラーを独立して配置したカークパトリック・バエズ方式の集光ミラーを採用してもよい。
集光ミラー２２は、二次元Ｘ線検出器３０の検出面に焦点が合うように調整され、焦点において縦横１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下の矩形スポットにＸ線を集光させる機能を有している。

アパーチャ２３は、Ｘ線管２１から出射してきたＸ線が集光ミラー２２に入射せずそのまま外側を抜けてしまう漏れ光を遮蔽する機能を有している。Ｘ線管２１から出射したＸ線は、アパーチャ２３により漏れ光が遮蔽され、続いて集光ミラー２２によって単色化されかつ収束される。

ガードスリット２４は、ゲルマニウムの単結晶で製作した単結晶ピンホールスリットであり、旋回アーム１１に設けられたスリット支持部材（図示せず）に支持されて、試料Ｓの手前に配置される。
通常のスリットは、Ｘ線が当たると寄生散乱が発生してバックグラウンドが大きくなる欠点がある。これに対してゲルマニウムの単結晶で形成されたガードスリット２４は、寄生散乱を低減でき、バックグラウンドを抑制することができる。
なお、集光ミラー２２とガードスリット２４の間に、さらにＸ線の断面積を絞るためのスリット２５を配置してもよい。

Ｘ線管２１から出射したＸ線は、アパーチャ２３により漏れ光が遮蔽されて集光ミラー２２に入射する。そして、集光ミラー２２で単色化されかつ収束されたＸ線は、ガードスリット２４によって断面積を絞られて、試料Ｓ上にある微小面積の被検査点に照射される。

続いて、試料Ｓを透過したＸ線と、その周囲の小角領域に発生した散乱Ｘ線は、図４に示した真空パス３２を通って二次元Ｘ線検出器３０に向かって進行する。このうち、Ｘ線照射ユニット２０から試料Ｓを透過して直進してきたＸ線は、二次元Ｘ線検出器３０の手前に設けたダイレクトビームストッパ３１により遮蔽される。これにより、二次元Ｘ線検出器３０には、Ｘ線の小角領域に発生した散乱Ｘ線のみが入射する。

ここで、Ｘ線管２１の焦点から試料Ｓまでの距離Ｌ１は、試料Ｓに照射されるＸ線の集光面積に影響する。すなわち、距離Ｌ１が長いほど、試料Ｓに照射されるＸ線の集光面積が小さくなる。また、透過型小角散乱装置においては、試料Ｓから二次元Ｘ線検出器３０までの距離Ｌ２をカメラ長と称し、このカメラ長Ｌ２は二次元Ｘ線検出器３０の角度分解能に影響を与える。すなわち、カメラ長Ｌ２が長いほど角度分解能が向上する。

しかし、本実施形態のように縦型に配置した透過型小角散乱装置では、距離Ｌ１やカメラ長Ｌ２を長く確保するにも限界がある。そこで、これらの寸法は、本装置を据え付ける現場の環境と、試料Ｓ上でのＸ線の集光面積と、角度分解能とを総合的に勘案して適宜決定することが好ましい。

既述したように、旋回アーム１１は、第１アーム部材１２に対して、第２アーム部材１３が長手方向にスライドするとともに、第２アーム部材１３に対して第３アーム部材１４が長手方向にスライドする構成となっているので、これらスライドする各アーム部材１３，１４のスライド位置を適宜調整することで、カメラ長Ｌ２を任意に設定することができる。

なお、Ｘ線照射ユニット２０をＸ線の光軸方向へ移動させて、距離Ｌ１を任意に変更するための位置調整機構を、旋回アーム１１に設けることもできる。さらに、二次元Ｘ線検出器３０をＸ線の光軸方向へ移動させて、カメラ長Ｌ２を任意に変更するための位置調整機構を、旋回アーム１１に搭載した構成とすることもできる。

〔試料ステージ〕
次に、図７～図１２を主に参照して、試料ステージの詳細構造を説明する。
図７は、本実施形態に係る透過型小角散乱装置を構成する試料ステージの外観を示す斜視図である。図８は、試料を支持する試料保持部を拡大して示す平面図、図９～図１１は、試料位置決め機構を説明するために試料ステージのそれぞれ異なる部位を注目して見た斜視図、図１２は、試料ステージの縦断面図である。

既述したように、試料ステージ４０は、試料Ｓを支持する試料保持部４２と、この試料保持部４２を駆動する試料位置決め機構を備えている。
試料位置決め機構は、試料保持部４２に支持された試料Ｓを面内回転（φ回転）させるための面内回転機構と、試料保持部４２に支持された試料Ｓの表面と平行な前後方向（Ｙ軸方向）に、試料保持部４２を移動させるためのＹ軸移動機構と、試料保持部４２に支持された試料Ｓの表面と平行な横方向（Ｘ軸方向）に、試料保持部４２を移動するためのＸ軸移動機構と、試料保持部４２に支持された試料Ｓの表面と垂直な上下方向（Ｚ軸方向）に、試料保持部４２を移動するためのＺ軸移動機構と、試料保持部４２をχ軸周りに揺動させるχ軸揺動機構と、を含んでいる。

ここで、試料ステージ４０は、図７に示すように、基枠５０の上にＸ軸移動枠５１が搭載され、このＸ軸移動枠５１の上にχ軸旋回台５２が搭載され、またχ軸旋回台５２の上にＹ軸移動台５３が搭載され、さらにＹ軸移動台５３の上にＺ軸駆動台５４とＺ軸移動台５５が搭載され、そしてＺ軸移動台５５の上に試料保持部４２を形成する試料保持枠５６が搭載された構成となっている。

図８に示すように、試料保持部４２は、円形をした試料保持枠５６の内側に形成される。この試料保持枠５６の内側はＸ線透過孔５７となっており、このＸ線透過孔５７に対面する状態で試料Ｓを支持する構成となっている。試料保持枠５６の内周縁には、複数箇所（図では４箇所）から吸着支持片５８が内側へ突き出して設けてある。
試料Ｓは、これら吸着支持片５８の上面に外周縁部の一部分が配置され、これら吸着支持片５８の上面に真空吸着される。なお、各吸着支持片５８の上面には、真空ノズル５９が開口しており、図示しない真空吸引装置により真空ノズル５９は真空吸引される。

試料保持枠５６の内側に形成したＸ線透過孔５７は、図１Ａおよび図１Ｂに示した試料ステージ４０の空洞４３と連通している（図１２参照）。Ｘ線照射ユニット２０から出射されたＸ線は、空洞４３からＸ線透過孔５７を抜けて吸着支持片５８に支持された試料Ｓの裏面に照射される。

従来のＸ線検査装置は、カプトンなどのＸ線吸収率の低い材料で試料保持部４２を形成し、試料Ｓの裏面全体をその試料保持部４２の上面に密着して配置する構成のものが一般的である。しかし、例えば、半導体ウェハに形成された半導体デバイスが検査対象であった場合は、カプトンなどの材料で形成された試料保持部４２に半導体ウェハの裏面が接触して汚染されるおそれがある。

本実施形態の試料保持部４２によれば、試料Ｓの裏面は、外周縁部の限られた一部のみが吸着支持片５８に接触するだけであるため、回路パターンが形成された半導体ウェハの中央部分に触れることなく試料Ｓを支持することができる。

しかも、吸着支持片５８によって支持された一部の微小領域を除く試料Ｓのほぼ全域に対し、Ｘ線照射ユニット２０からのＸ線を空洞４３およびＸ線透過孔５７を通して照射できるため、測定可能領域を広く確保することができる。なお、吸着支持片５８によって支持された一部の微小領域については、試料Ｓ搬送ロボットにより吸着位置を変更することで、Ｘ線を照射することが可能となる。

次に、図８および図９を主に参照して、面内回転機構について詳細に説明する。
試料保持部４２を構成する試料保持枠５６は、円形の外周縁部に回転ガイド部６０が形成してあり、この回転ガイド部６０がＺ軸移動台５５の上面の複数箇所（図では４箇所）に設けた回転支持部６１により、面内回転自在に支持されている。各回転支持部６１は、上下一対の支持ローラ６２によって回転ガイド部６０を上下方向から支持している。

試料保持枠５６には従動側プーリ６３が形成してある。また、Ｚ軸移動台５５には、面内回転用駆動モータ６４が設置してあり、この面内回転用駆動モータ６４の駆動軸に設けた駆動側プーリ６５と、試料保持枠５６の従動側プーリ６３との間に駆動ベルト６６が巻掛けられている。

これら回転ガイド部６０、回転支持部６１、面内回転用駆動モータ６４、駆動側プーリ６５、従動側プーリ６３および駆動ベルト６６の各構成要素をもって、面内回転機構を構成している。すなわち、面内回転用駆動モータ６４からの回転駆動力が駆動ベルト６６を介して試料保持枠５６に伝達される。この回転駆動力により、回転支持部６１に支持された試料保持枠５６が面内回転する。

次に、図１０Ａを主に参照して、Ｘ軸移動機構、Ｙ軸移動機構、Ｚ軸移動機構について詳細に説明する。
Ｘ軸移動枠５１は、Ｘ軸移動機構を介して基枠５０の上に搭載されている。
Ｘ軸移動機構は、Ｘ軸駆動用モータ６７と、ボールねじ６８と、案内レール７１と、スライダ７２とを含んでいる。
基枠５０には、Ｘ軸駆動用モータ６７と、ボールねじ６８のねじ軸６９と、案内レール７１とが設置してある。
案内レール７１はＸ軸方向に延びており、この案内レール７１に沿ってスライダ７２が移動自在となっている。案内レール７１は、基枠５０の両端部にそれぞれ設置してあり、各案内レール７１に組み合わされたスライダ７２が、Ｘ軸移動枠５１を移動自在に支持している。

ボールねじ６８のねじ軸６９は、基枠５０に設けた軸受７３により回転自在に支持されて、Ｘ軸方向に延びている。このねじ軸６９は、Ｘ軸駆動用モータ６７の回転駆動軸に連結してあり、同モータ６７の回転駆動力により回転駆動される。
ねじ軸６９には、ナット部材７０が噛み合わされており、ねじ軸６９の回転に伴い、ナット部材７０がＸ軸方向に移動する。ナット部材７０は、Ｘ軸移動枠５１に固定され、ナット部材７０と一体にＸ軸移動枠５１がＸ軸方向に移動する。

このＸ軸移動枠５１には、図１０Ａおよび図７に示すように、一対の軸受５２ａが両端部に設けてあり、これらの軸受５２ａに揺動自在に支持された揺動支軸７４を介して、χ軸旋回台５２が揺動自在に搭載されている。そして、このχ軸旋回台５２の上にＹ軸移動機構を介してＹ軸移動台５３が搭載されている。

Ｙ軸移動機構は、Ｙ軸駆動用モータ７５と、ボールねじ７６と、図１２に示す案内レール９１およびスライダ９２とを含んでいる。案内レール９１は、χ軸旋回台５２の両端部に設けられ、Ｙ軸方向に延びている。各案内レール９１にはスライダ９２が移動自在に組み合わされており、それらスライダ９２によってＹ軸移動台５３が支持されている。

χ軸旋回台５２の側壁には、Ｙ軸駆動用モータ７５と、ボールねじ７６のねじ軸７７とが設置してある。ボールねじ７６のねじ軸７７は、χ軸旋回台５２の側壁に設けた軸受７８により回転自在に支持されて、Ｙ軸方向に延びている。このねじ軸７７は、Ｙ軸駆動用モータ７５の回転駆動軸に連結してあり、同モータ７５の回転駆動力により回転駆動される。
ねじ軸７７には、ナット部材７９が噛み合わされており、ねじ軸７７の回転に伴い、ナット部材７９がＹ軸方向に移動する。ナット部材７９は、Ｙ軸移動台５３に固定され、ナット部材７９と一体にＹ軸移動台５３がＹ軸方向に移動する。

さらに、Ｙ軸移動台５３の上にはＺ軸駆動台５４が搭載されている。
Ｙ軸移動台５３の上には、Ｙ軸方向に延びる案内レール９３が設置してあり、その案内レール９３にスライダ９４が組み合わされている（図１２参照）。Ｚ軸駆動台５４は、そのスライダ９４に支持されてＹ軸移動台５３の上に搭載されている。

さらに、Ｙ軸移動台５３の上には、図１２に示すボールねじ９５と、図１０Ａに示すＺ軸駆動用モータ８０が設置してあり、同モータ８０の回転駆動軸にボールねじ９５のねじ軸が連結されている。このねじ軸は、図示されない軸受によりＹ軸移動台５３の上で回転自在に支持されている。
そして、図１２に示すナット部材９６がそのねじ軸に噛み合わされており、当該ねじ軸の回転に伴い、ナット部材９６がＹ軸方向に移動する。ナット部材９６は、Ｚ軸駆動台５４に固定され、当該ナット部材９６と一体にＺ軸駆動台５４がＹ軸方向に移動する。

Ｚ軸移動台５５は、図１０Ｂに示すようなくさび状に組み合わされた案内部材８１と摺動部材８２を介してＺ軸駆動台５４の上に支持されている。
案内部材８１は、Ｚ軸駆動台５４の両端部にそれぞれ設置してある。それらの各案内部材８１に組み合わされた摺動部材８２は、Ｚ軸移動台５５の底面に固定されている。

また、Ｙ軸移動台５３の両端部にはＺ軸方向に延びる案内レール８３が設置してあり、Ｚ軸移動台５５には、この案内レール８３と組み合わされたスライダ８４が固定してある。これによりＺ軸移動台５５は、案内レール８３に沿ってスライダ８４と一体にＺ軸方向に移動自在となっている。

そして、Ｚ軸駆動用モータ８０の回転駆動力を受けてＹ軸の一方向へＺ軸駆動台５４が移動すると、案内部材８１も同じ方向へ一体に移動する。この移動に伴い、くさび状の組み合わされた摺動部材８２をＺ軸方向に押し上げる。また、Ｚ軸駆動台５４が逆方向へ移動すると、案内部材８１も同じ方向へ一体に移動し、くさび状に組み合わされた摺動部材８２が下降する。これによりＺ軸移動台５５が、案内レール８３に沿って上下方向に移動する。
くさび状に組み合わされた案内部材８１と摺動部材８２との間は常にがたつくことなく摺接状態を保っているので、試料保持部４２を正確に上下方向へ移動させて所望の高さ位置へ位置決めすることができる。

次に、図１１を主に参照して、χ軸揺動機構について詳細に説明する。
χ軸揺動機構は、Ｘ軸移動枠５１とχ軸旋回台５２との間に組み込まれている。すなわち、χ軸揺動機構は、χ軸駆動用モータ８５と、駆動力伝達ベルト８６と、ウォーム８７およびウォームホイール８８とを含んでいる。
扇形のウォームホイール８８は、Ｘ軸移動枠５１の一端部に設けられた軸受５２ａの下方位置に設けられ、そのピッチ円は軸受５２ａに支持された揺動支軸７４の同一軸上に位置決めされている。

χ軸駆動用モータ８５とウォーム８７は、χ軸旋回台５２の側壁外面に設置してある。そして、χ軸駆動用モータ８５の回転駆動軸に設けた駆動側プーリ８９と、ウォーム８７の回転軸に設けた従動側プーリ９０との間に、駆動力伝達ベルト８６が巻掛けられている。これにより、χ軸駆動用モータ８５からの回転駆動力が駆動力伝達ベルト８６を介してウォーム８７に伝達される。この回転駆動力により、ウォーム８７が回転してウォームホイール８８のピッチ円に沿って回動し、ウォーム８７と一体にχ軸旋回台５２が揺動支軸７４を中心にして旋回する。揺動支軸７４の中心軸は、図１Ｂに示したχ軸と一致するように位置決めされている。

試料保持部４２に支持された試料Ｓに対する入射Ｘ線の光軸角度は、上述したχ軸揺動機構や、ゴニオメータ１０の旋回アーム１１の駆動により、任意に変更することができる。

本実施形態の試料ステージ４０は、図１２に示すように、空洞４３の断面積を、試料保持枠５６のＸ線透過孔５７に連通する上端開口部４３ａから、入射Ｘ線を取り込む下端開口部４３ｂに向かって広げた構成としてある。これにより、入射Ｘ線が空洞４３の周囲にある部材によって遮られることなく傾斜できる角度範囲（すなわち、試料Ｓに対する入射Ｘ線の光軸を傾斜できる角度範囲）が広がり、種々の測定条件に柔軟に対応することが可能となる。

例えば、図１２に示した寸法例では、半径１５０ｍｍの半導体ウェハ（試料Ｓ）に対して、鉛直方向から入射するＸ線の光軸に対して、角度２０°まで傾斜させることができる構造としてある。

〔外部筐体の構造〕
図１３は、本実施形態に係る透過型小角散乱装置を外部筐体で覆った状態を示す斜視図である。図１５Ａは同じく左側面図、図１５Ｂは同じく平面図、図１６は同じく縦断面図である。図１４は、外部筐体を畳んだ状態を示す斜視図である。
一般に、Ｘ線を使用する透過型小角散乱装置は、Ｘ線に対する防護のために、外部筐体により周囲を覆った状態で据え付けられる。

本実施形態に係る透過型小角散乱装置１は、試料保持部４２に支持された試料Ｓに対して鉛直方向にＸ線を照射するために、縦方向に長尺な構造となっている（図１Ａ～図３参照）。そのため、図１３に示すように、外部筐体２００も縦方向に長尺な構造となる。

ここで、本実施形態では、この外部筐体２００を筐体本体２０１と、複数の筐体要素部材２０２，２０３とで構成し、筐体本体２０１に対して各筐体要素部材２０２，２０３を上下方向に移動自在な構造としてある。
具体的には、図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように、筐体本体２０１に対して中段の筐体要素部材２０２は、案内レール２１０に沿って上下方向に移動自在となっており、さらに筐体要素部材２０２に対して上段の筐体要素部材２０３が、案内レール２１１に沿って上下方向に移動自在となっている。
そして、図示しない駆動モータからの駆動力を、図示しない駆動機構を介して各筐体要素部材２０２、２０３に伝達して、これら各筐体要素部材２０２，２０３を上下方向に駆動する構成としてある。

外部筐体２００を運搬したり、現場に設置する際には、図１４に示すように、各筐体要素部材２０２，２０３を共に下方位置へ移動させ、筐体本体２０１の内側に重ねて畳んだ状態とする。このように、高さ寸法の小さいコンパクトな形態とすることで、外部筐体２００の運搬作業や設置作業がきわめて容易となり、その作業に要する作業時間の短縮と労力の軽減を実現することができる。
外部筐体２００は重量物のため、筐体本体２０１に対して各筐体要素部材２０２，２０３を分解する構造では、分解・組立て作業が煩雑となるが、上述したように駆動モータによる駆動力をもって筐体要素部材２０２、２０３を上下方向へ駆動する構造とすることで、現場での分解・組立て作業が必要なくなり、現場での設置作業や撤去作業がいっそう容易となる。

なお、図１３～図１５Ａでは、外部筐体２００の内側を視認するために、透過型小角散乱装置を覆う壁面の一部または全部を省略して示してある。また、外部筐体２００の正面には、後述するように基板搬送装置３１０が併設されるが、その併設箇所には壁面は設けられず、外部筐体２００の内部へ連通するように構成される。

また、図１６に示すように、外部筐体２００の内部空間は、試料ステージ４０の上方位置に水平配置した遮蔽パネル２２０により上下に仕切られている。そして、遮蔽パネル２２０で仕切られた下側の空間（すなわち、試料ステージ４０が設置された下部空間）には、外部筐体２００の外側に併設されるファンフィルターユニット３００から高精度に除塵されたエアーが供給される。これにより当該下部空間は、塵埃のきわめて少ないクリーンな空間となり、試料保持部４２に支持された半導体ウェハ（試料Ｓ）に対し、塵埃の付着を防止することができる。
遮蔽パネル２２０は、ファンフィルターユニット３００からのエアーの上方への流動を遮り、半導体ウェハとその周辺に対するエアーの効率的かつ経済的な供給を実現している。

〔半導体検査装置としての全体構造〕
図１７は、本実施形態に係る透過型小角散乱装置を組み込んだ半導体検査装置の外観を示す斜視図である。
同図に示すように、透過型小角散乱装置の周囲を覆う外部筐体２００の外側には、上述したファンフィルターユニット３００の他、基板搬送装置(ＥＦＥＭ)３１０や、電装部３２０が併設されて、半導体検査装置が構築される。

基板搬送装置３１０は、測定対象となる半導体ウェハ（試料Ｓ）を試料保持部４２へ自動搬送するとともに、測定が終了した半導体ウェハを試料保持部４２から自動で搬出する機能を備えている。なお、半導体ウェハは、密閉型カセット（ＦＯＵＰ）内に格納された状態で自動搬送される。
また、電装部３２０には、透過型小角散乱装置への電力供給用の電源や、同装置を制御するためのコンピュータが設置されている。
さらに、半導体検査装置は、図示しないユーティリティ供給のための設備を備えている。
これらの構成により、本実施形態に係る透過型小角散乱装置を組み込んだ半導体検査装置は、半導体ウェハを自動搬送し、半導体製造工程の途中でインラインによる自動測定の実施を実現している。

〔制御系〕
図１８は本実施形態に係る透過型小角散乱装置の制御系を示すブロック図である。
Ｘ線照射ユニット２０の制御は、Ｘ線照射コントローラ１０１が実行する。
また、光学顕微鏡３５が捉えた試料Ｓの画像は、画像認識回路１０２で画像認識される。これら光学顕微鏡３５と画像認識回路１０２は、試料保持部４２に配置された試料Ｓの画像を観察する画像観察手段を構成している。なお、光学顕微鏡３５の焦点位置はフォーカスコントローラ１０３によって調整される。

位置決めコントローラ１０４は、試料位置決め機構１１０を駆動制御する。特に、試料Ｓの被検査点を装置の測定位置Ｐへ配置する際には、光学顕微鏡３５で捉えられ、画像認識回路１０２により認識された試料Ｓの画像に基づいて、位置決めコントローラ１０４が試料位置決め機構１１０を駆動制御する。

ゴニオメータ１０は、ゴニオコントローラ１０５によって駆動制御される。
Ｘ線照射コントローラ１０１、画像認識回路１０２、フォーカスコントローラ１０３、位置決めコントローラ１０４、ゴニオコントローラ１０５の各構成部は、中央処理装置１００から送られてくる設定情報に基づいてそれぞれ作動する。ここで、設定情報はレシピとしてあらかじめ記憶部１０６に記憶されており、中央処理装置１００が読み出して上記各構成部に出力する。
二次元Ｘ線検出器３０は、検出制御回路１０７によって制御される。

〔測定動作の実行手順〕
図１９は、上述した構成の本実施形態に係る透過型小角散乱装置による測定動作の実行手順を示すフローチャートである。
ここでは、半導体デバイスの回路パターンが形成された半導体ウェハを試料Ｓとした場合の測定動作について説明する。

記憶部１０６には、小角散乱測定を実行するためのソフトウエアがあらかじめ記憶されており、中央処理装置１００（ＣＰＵ）はそのソフトウエアに従い、以下のような処理ステップを実行していく。

試料保持部４２に検査対象となる試料Ｓである半導体ウェハを吸着支持した後、まず位置決めコントローラ１０４が試料位置決め機構１１０を駆動制御して、半導体ウェハを光学顕微鏡３５の下方位置に配置する（ステップＳ１）。

次に、光学顕微鏡３５によって半導体ウェハの表面を観察し、光学顕微鏡３５からの画像データに基づき、画像認識回路１０２が半導体ウェハの表面に形成されているユニークポイントを認識する（ステップＳ２）。
ここで、記憶部１０６には、半導体ウェハの表面に形成されているユニークポイントが、レシピとしてあらかじめ記憶してある。ユニークポイントとしては、例えば、半導体ウェハの表面に形成される特徴的なパターン形状など、光学顕微鏡３５からの画像情報により画像認識回路１０２が判断に迷うことなく認識できる部位が設定される。

次に、画像認識回路１０２により認識されたユニークポイントを基準として、あらかじめ設定してある被検査点の位置情報に基づき、位置決めコントローラ１０４が試料位置決め機構１１０を駆動制御して、被検査点を装置の測定位置Ｐに配置する（ステップＳ３）。

続いて、小角散乱測定を実行し（ステップＳ４）、中央処理装置１００が測定データを解析する（ステップＳ５）。
ここで、例えば、半導体ウェハの表面に形成された深穴のチルト角の解析などの形状解析測定を実施する場合は、ゴニオメータ１０の旋回アーム１１を駆動するか、またはχ軸揺動機構により半導体ウェハを揺動して、半導体ウェハに対するＸ線の光軸角度を変更することで、深穴のチルト角などの形状解析を実行することができる。

上述したＳ３～Ｓ５の各ステップは、半導体ウェハに設定した被検査点のすべてについて実行され（ステップＳ６）、すべての被検査点に対して小角散乱測定を実行した後、測定動作を終了する。

〔半導体デバイスの測定例と、半導体ウェハの傾き測定手段〕
半導体デバイスは、通常、半導体ウェハ上に形成され、測定対象となる散乱体が半導体ウェハの主面に平行な方向に周期的に配列している。
測定対象としては、半導体デバイスを構成する微細なホールやピラーが挙げられる。
半導体デバイスは、微細化・高集積化が日進月歩で進化しており、ホールやピラーの径が数十ｎｍ、深さ（高さ）が数μｍと、極めて微細かつ高アスペクトになるケースがある。このような構造に対し、本実施形態に係る透過型小角散乱装置を用いることで、これらホールやピラーの正確な三次元形状を特定することができる。

ここで、小角散乱測定を行う前に、半導体ウェハの表面の傾きを測定し、入射Ｘ線の光軸に対して半導体ウェハの表面が垂直になるように調整することが好ましい。

図２０Ａは、半導体ウェハの傾きを測定するための手段に関する構成例を模式的に示す正面構成図である。
図２０Ａに示すように、ゴニオメータ１０の旋回アーム１１に、二次元Ｘ線検出器３０とともにレーザ傾き測定器３６を併設する。これら二次元Ｘ線検出器３０とレーザ傾き測定器３６は、横方向に移動する移動テーブル３７に搭載してある。
そして、図示しない駆動モータの駆動力をもって移動テーブル３７が横方向に移動して、Ｘ線照射ユニット２０から出射されるＸ線の光軸Ｏと対向する位置に、二次元Ｘ線検出器３０とレーザ傾き測定器３６のいずれか一方を切り替えて配置できる構造となっている。

レーザ傾き測定器３６は、レーザ光源３６ａとレーザ検出器３６ｂとを含み、試料保持部４２に支持された半導体ウェハ（試料Ｓ）の表面に、レーザ光源３６ａからのレーザ光を照射し、同表面から反射してきたレーザ光をレーザ検出器３６ｂにより検出することで、光軸Ｏに対する半導体ウェハの表面の傾きを測定できる機能を有している。

このレーザ傾き測定器３６により測定した光軸Ｏに対する半導体ウェハの表面の傾きに基づき、試料ステージ４０のχ軸揺動機構や面内回転機構を駆動して入射Ｘ線の光軸Ｏに対して半導体ウェハの表面が垂直になるように調整する。

このように半導体ウェハの表面の傾きを調整すれば、調整後の方位を原点（χ＝０°、θ＝０°）として、χ軸揺動機構やゴニオメータ１０の旋回アーム１１を駆動して、半導体ウェハに対するＸ線の光軸角度を任意に変更することができる。
半導体ウェハの表面傾き調整により、半導体ウェハに形成されたホールやピラーの、半導体ウェハの表面に対する位置関係（傾き）を測定することが可能となり、デバイス形状に関する有益な情報を得ることができる。
この後、図１９のフローチャートに従い、小角散乱測定を実行していく。

図２０Ｂは、半導体ウェハの傾きを測定するための手段に関する他の構成例を模式的に示す側面構成図である。
図２０Ｂに示す構成では、レーザ傾き測定器３６を光学顕微鏡３５と並べて設置してある。半導体ウェハ表面の傾きを測定するには、試料ステージ４０のＹ軸移動機構やＸ軸移動機構を駆動して、試料保持部４２に支持した半導体ウェハ（試料Ｓ）を、レーザ傾き測定器３６の下方位置まで移動させる。
レーザ傾き測定器３６は、半導体ウェハの表面にレーザ光源３６ａからのレーザ光を照射し、同表面から反射してきたレーザ光をレーザ検出器３６ｂにより検出することで、半導体ウェハの表面の傾きを測定できる機能を有している。
ここで、レーザ傾き測定器３６は、例えば、あらかじめ水平面を基準とした傾きを測定できるようにレーザ光源３６ａおよびレーザ検出器３６ｂの位置を調整しておけば、水平面または鉛直軸に対する半導体ウェハ表面の傾きを測定することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変形実施や応用実施が可能であることは勿論である。
例えば、旋回アームは、図４に示したように３つのアーム部材１２，１３，１４による構成に限定されるものではなく、２または４つ以上のアーム部材で構成することもできる。

また、外部筐体は、図１３～図１６に示したように、筐体本体２０１に対して２つの筐体要素部材２０２，２０３を移動自在とした構成に限定されるものではなく、筐体本体に対して１つまたは３つ以上の筐体要素部材が移動自在な構成としてもよい。さらに、これら筐体要素部材の移動は、駆動モータからの駆動力による以外にも、必要に応じて手動により移動させる構成とすることもできる。

Claims (6)

1. 検査対象となる試料を配置する試料保持部と、
   前記試料保持部を移動させる試料位置決め機構と、
   旋回アームを含むゴニオメータと、
   前記旋回アームに搭載されたＸ線照射ユニットと、
   前記旋回アームに搭載された二次元Ｘ線検出器とを備え、
   前記旋回アームは、鉛直方向の配置状態を原点として、当該原点から水平方向に延びるθ軸周りに回動自在であり、
   前記Ｘ線照射ユニットは、前記旋回アームの下側端部に搭載され、
   前記二次元Ｘ線検出器は、前記旋回アームの上側端部に搭載されており、
   前記試料保持部に配置された試料に対して、前記Ｘ線照射ユニットから出射した収束Ｘ線を下方から照射するとともに、当該試料を透過した収束Ｘ線の周囲に生じた散乱Ｘ線を前記二次元Ｘ線検出器が前記試料の上方位置で検出することを特徴とする透過型小角散乱装置。
2. 前記旋回アームは、複数のアーム部材によって構成してあり、そのうち一つのアーム部材が前記ゴニオメータのθ回転軸に固定されており、当該θ回転軸に固定されたアーム部材に対し、他のアーム部材がスライドして重なり合う構成としたことを特徴とする請求項１に記載の透過型小角散乱装置。
3. 前記試料保持部は、試料保持枠の内側に形成され、
   前記試料保持枠の内側はＸ線透過孔となっており、このＸ線透過孔に対面する状態で前記試料を支持する構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載の透過型小角散乱装置。
4. 前記試料保持枠の内周縁には、複数箇所から吸着支持片が内側へ突き出しており、これら吸着支持片によって前記試料の外周縁部の一部分を吸着支持する構成であることを特徴とする請求項３に記載の透過型小角散乱装置。
5. 前記試料位置決め機構は、前記試料保持部に支持された試料を面内回転させるための面内回転機構と、前記試料保持部を前後方向に移動させるためのＹ軸移動機構と、前記試料保持部を横方向に移動するためのＸ軸移動機構と、前記試料保持部を上下方向に移動するためのＺ軸移動機構と、前記試料保持部を揺動させる揺動機構とを含み、
   前記Ｚ軸移動機構は、くさび状に組み合わされた案内部材と摺動部材とを含み、前記案内部材が一方向に移動することで前記摺動部材を押し上げ、前記案内部材が逆方向に移動することで前記摺動部材を下降させる構成であって、当該摺動部材とともに前記試料保持部を上下方向に移動させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の透過型小角散乱装置。
6. 周囲を覆うための外部筐体を備えた透過型小角散乱装置であって、
   前記外部筐体は、筐体本体と、一または複数の筐体要素部材とを含み、前記筐体本体に対して前記筐体要素部材が上下方向に移動自在であり、
   前記筐体要素部材を前記筐体本体と重ねて畳んだ形態と、前記筐体要素部材を前記筐体本体から引き延ばした形態とを形成することを特徴とした請求項１乃至５のいずれか一項に記載の透過型小角散乱装置。

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