JPH03282243A - 全反射蛍光ｘ線分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は蛍光Ｘ線分析装置に係り、特に試料表面の微
量不純物の面内分布の非破壊評価に用いられる全反射蛍
光Ｘ線分析装置に関する。

（従来の技術） Ｘ線全反射を用いた蛍光Ｘ線分析法（全反射蛍光Ｘ線分
析−Ｔｏｔａｌ　Ｒｅ４１ｅｃｔ：ｏｎ　Ｘ−ｒａｙＦ
　ｌ　ｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）は、光学研磨状態の平滑
面上の微量不純物の測定に有効であることが知られてい
る。

また、この分析法を実施する装置として、全反射蛍光Ｘ
線分析装置が知られている。この分析装置は、Ｘ線源か
ら放出される一次Ｘ線を試料表面、例えば半導体ウェー
ハの表面で全反射させ、このときウェーハ表面から放出
される蛍光Ｘ線、すなわち二次Ｘ線を二次Ｘ線検出器で
検出することにより試料表面に付着している微量不純物
の面内分布を測定するものである。

（発明か解決しようとする課題） ところで、従来の全反射蛍光Ｘ線分析装置では二次Ｘ線
検出器か１台しか設けられていないため、ウェーハで必
須な面内分布を測定するには、ウェーハと二次Ｘ線検出
器の相対位置を走査させる必要がある。しかし、この方
法は、１点の測定に必要な時間が約１０分であることか
ら、直径か５インチのウェーハで測定点を５０点（１点
の測定領域が約１０ｍｍφ）に設定したときは、５００
分もの測定時間が必要になり、工業的には非実用的であ
る。特にシリコン・ウェーノ＼は大口径化が進んでおり
、直径が６〜８インチのウェーハの面内分布測定が必要
であるにもかかわらず、現状の装置では側底対処不可能
である。

この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
あり、その目的は、試料表面における微量不純物の面内
分布測定を従来よりも短時間で行うことができる全反射
蛍光Ｘ線分析装置を提供することにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） この発明の全反射蛍光Ｘ線分析装置は、光学研磨された
試料表面上の微量不純物を分析する全反射蛍光Ｘ線分析
装置において、Ｘ線検出器を試料表面に対して複数個配
置させたことを特徴とする。

この発明の全反射蛍光Ｘ線分析装置は、試料の径をＤ、
試料の表面とＸ線検出器との間の距離をｄ、入射一次Ｘ
線の視射角をθとしたとき、ｄ≧Ｄｔ　ａｎθの関係を
満足するように６値が設定されてなることを特徴とする
。

この発明の全反射蛍光Ｘ線分析装置は、入射一次Ｘ線の
光軸を含み、かつ試料の表面と垂直な面内の一次Ｘ線の
照射幅をＷとしたとき、Ｗ≧Ｄｓｉｎθの関係を満足す
るように６値が設定されてなることを特徴とする。

（作用） Ｘ線検出器を試料表面に対して複数個配置させることに
より、複数個のＸ線検出器で異なる測定点の測定か並列
に行われ、これにより面内分布を測定する際の測定時間
の短縮化を図ることができる。

また、Ｘ線検出器を複数個設けた場合、これらのＸ線検
出器で遮られることなしに試料表面に一次Ｘ線を入射さ
せるためには、試料の径をＤ、試料表面とＸ線検出器と
の間の距離をｄ、入射一次Ｘ線の視射角をθとしたとき
に、ｄ≧Ｄｔａｎθの関係を満足させればよい。

さらに、複数個のＸ線検出器と対向する試料表面に同時
に一次Ｘ線を入射させるためには、入射一次Ｘ線の光軸
を含み、かつ試料の表面と垂直な面内の一次Ｘ線の照射
幅をＷとしたときに、Ｗ≧Ｄｓｉｎθの関係を満足させ
ればよい。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明を実施例により説明する
。

第１図はこの発明の全反射蛍光Ｘ線分析装置の全体の構
成図である。図において、１１はＸ線源である。このＸ
線源１１は例えば、Ｍｏからなる材料に電子ビームを照
射することによってＭ　ｏ　ＫａＸ線を励起させるもの
である。このＸ線源１１から発せられた一次Ｘ線１２は
モノクロメータ１３によって単色化及び高密度化され、
さらにスリット１４を介して試料、例えばシリコン半導
体ウェーハ１５の表面に照射される。このとき、ウェー
ハ１５の表面に対する入射角度は、一次Ｘ線か表面で全
反射するような角度に設定される。例えば、上記のよう
に励起Ｘ線として単色化されたＭ　ｏ　Ｋα線（波長λ
−０．７１１人）を用いた場合、シリコン半導体ウェー
ハ１５の全反射の臨界角は０．１０４°であり、実際の
入射角（以下、視射角と称する）は例えば０．１°に設
定した。そして、上記ウェーハ１５からの反射Ｘ線１６
はシンチレーション・カウンタ１７でモニタされ、この
モニタ結果に基づいてつ工−ハ表面における反射角等の
調整が行われるようになっている。

また、上記ウェーハ１５は平坦化を目的として静電チャ
ック１８上に載置、固定されるようになっている。また
、この静電チャック１８は、試料走査コントローラ１９
によりＸ方向及びＸ方向に移動可能にされている。上記
ウェーハ１５の上方には複数個の二次Ｘ線検出器、例え
ば固体検出器（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅ　Ｄｅｔｃｔｏｒ
　、以下ＳＳＤと称する）２０が一列に配列して設置さ
れている。

また、上記複数個の５ＳＤ２０からの出力は、ブリ・ア
ンプ、メイン・アンプ、Ａ／Ｄ変換器、マルチ・チャン
ネル・アナライザ（ＭＣＡ）等からなる処理回路２１に
供給され、さらにこの処理回路２１の出力はコンピュー
タ２２に供給される。

上記コンピュータ２２は、上記処理回路２１の出力を受
けてシリコン半導体ウェーハ１５の表面における微量不
純物の面内分布を測定すると共に、上記試料走査コント
ローラ１９の制御を行う。

なお、上記静電チャック１８及び複数個の５ＳＤ２０等
は真空チャンバ２３内に収納されている。

第２図は第１図中のシリコン半導体ウェーハ１５付近の
構成を拡大して示すものであり、第２図（ａ）は側面図
、第２図（ｂ）は平面図である。

なお、この第２図では上記５ＳＤ２０が５個設置されて
いる場合を示しているが、その個数は５個にのみ限定さ
れるものではない。また、図示のように、シリコン半導
体ウェーハ１５の直径をＤ、ウェーハ１５の表面と各５
ＳＤ２０との間の距離をｄ、入射一次Ｘ線１２の視射角
をθとしたとき、ｄ≧Ｄｔａｎθの関係を満足するよう
に距離ｄの値が設定されている。また、入射一次Ｘ線１
２の光軸を含み、かつウェーハ１５の表面と垂直な面内
の一次Ｘ線の照射幅をＷ（第２図（ａ）に図示）とした
とき、Ｗ≧Ｄｓｉｎθの関係を満足するように照射幅Ｗ
の値が設定されている。例えば、直径りが２００ｍｍの
シリコン半導体ウェーハの測定を行う場合、Ｄｔａｎθ
及びＤｓｉｎθの値はそれぞれ約３４９μｍとなる。こ
のため、ウェーハ１５の表面と各５ＳＤ２０との間の距
離ｄは１ｍｍに、一次Ｘ線の照射幅Ｗは０．５ｍｍに調
整した。なお、第２図（ｂ）中の実線及び破線の丸印は
ウェーハ表面に対する５ＳＤ２０の位置を示すものであ
り、さらに図中斜線を施した領域は前記一次Ｘ線１２が
照射されている部分を示している。

このような構成の装置における測定は次のようにして行
われる。なお、この場合、前記５ＳＤ２０は一列に８個
配置されているものとする。

この測定は、まずＸ線源１１から発せられた一次Ｘ線１
２を上記のような条件でシリコン半導体つ工−ハ１５の
表面に照射し、このときウェーハ１５の表面から放出さ
れる蛍光Ｘ線を８個の各５ＳＤ２０でそれぞれ検出する
。これら８個の各５ＳＤ２０の出力は処理回路２１を経
由してコンピュータ２２に送られ、ここで種々のエネル
ギーに対する蛍光Ｘ線強度の分°布か算出される。次に
コンピュータ２２からの指令により試料走査コントロー
ラ１９か制御され、ウェーハ１５が第２図（ｂ）図中の
Ｘ方向に例えば１．５ｃｍ移動し、この後、上記と同様
の測定が行われる。以下、同様にしてウェーハ全面の測
定が行われる。

このように−回の測定でウェーハ１５上の８個の点の測
定を行うようにしたので、合計８回の測定で面内マツピ
ングを得ることができる。このため、全測定に要する時
間は１０分×８回−８０分であり、従来のように１点毎
に測定を行う場合の５２０分に比べて、評価速度は６〜
７倍に改善された。

第３図は上記装置を用いて、シリコン半導体つ工−ハ表
面の微量不純物として例えばＣｒ（クロム）の面内分布
を評価したときの結果を示すものであり、図中の数値の
単位は１０１３ａｔｏｍｓ　／　ｃ利２である。

なお、上記実施例ではＳＳＤを一列に配列する場合につ
いて説明したか、これは正方格子状又は六方格子状に配
列し、Ｘ線をウェーハ全面に渡り１回で照射するように
構成してもよい。

［発明の効果コ 以上、説明したようにこの発明によれば、ウェーハ表面
の微量不純物の市内測定か迅速に評価できるので、材料
及びプロセス起因の汚染が即座に発見でき、再洗浄等の
対策をとることか可能である。特に汚染モードからの汚
染源の発見、除去探索が早くなり、素子の歩留、信頼性
の向上への寄与は計り知れない程大きい。

また、ウェーハの大口径化に対し、従来のマツピング法
は１点ずつ測定を行うために測定時間の長大化は不可避
であるか、この発明によればウェーハの口径にかかわら
ずほどんど同一の時間で測定か可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の全反射蛍光Ｘ線分析装置の一実施例
による全体の構成図、第２図は第１図中のシリコン半導
体ウェーハ付近の構成を拡大して示すものであり、第２
図（ａ）は側面図、第２図（ｂ）は平面図、第３図は上
記実施例装置を用いて実際に測定を行ったときの不純物
の面内分布状態を示す図である。 １１・・・Ｘ線源、１２・・・一次Ｘ線、１３・・・モ
ノクロメータ、１４・・・スリット、１５・・・シリコ
ン半導体ウェーハ、１６・・・反射Ｘ線、１７・・・シ
ンチレーション・カウンタ、１８・・・静電チャック、
１９・・・試料走査コントローラ、２０・・・固体検出
器（ＳＳＤ）　　２１・・・処理回路、２２・・・コン
ピュータ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学研磨された試料表面上の微量不純物を分析す
   る全反射蛍光Ｘ線分析装置において、Ｘ線検出器を試料
   表面に対して複数個配置させたことを特徴とする全反射
   蛍光Ｘ線分析装置。
2. （２）前記試料の径をＤ、前記試料の表面と前記各Ｘ線
   検出器との間の距離をｄ、入射一次Ｘ線の視射角をθと
   したとき、ｄ≧Ｄｔａｎθの関係を満足するように各値
   が設定されてなることを特徴とする請求項１記載の全反
   射蛍光Ｘ線分析装置。
3. （３）前記入射一次Ｘ線の光軸を含み、かつ前記試料の
   表面と垂直な面内の一次Ｘ線の照射幅をｗとしたとき、
   ｗ≧Ｄｓｉｎθの関係を満足するように各値が設定され
   てなることを特徴とする請求項２記載の全反射蛍光Ｘ線
   分析装置。