JPH04143642A - Total reflection fluorescent x-ray analyser - Google Patents

Total reflection fluorescent x-ray analyser

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JPH04143642A
JPH04143642A JP25338890A JP25338890A JPH04143642A JP H04143642 A JPH04143642 A JP H04143642A JP 25338890 A JP25338890 A JP 25338890A JP 25338890 A JP25338890 A JP 25338890A JP H04143642 A JPH04143642 A JP H04143642A
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JP
Japan
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sample
rays
wafer
ray
fluorescent
Prior art date
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Pending
Application number
JP25338890A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideyuki Kondo
英之 近藤
Jiro Tatsuta
龍田 次郎
Etsuro Morita
悦郎 森田
Yasushi Shimanuki
島貫 康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Silicon Corp
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Silicon Corp
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

PURPOSE:To measure the concn. of impurity with high sensitivity by making it possible to change the incident direction of X-ray irradiating the sample held to a sample holder within a horizontal surface. CONSTITUTION:The sample wafer 12 held to a sample holder 11 is arranged directly under a semiconductor X-ray detector 14. The integrated intensity of fluorescent X-rays generated by irradiating the surface of a water with X-rays at a low angle is measured by a detector 14. At this time, since the horizontal incident direction of X-rays can be changed, by changing said incident direction to a direction becoming max. in diffraction intensity, the measuring intensity of fluorescent X-ray due to the detector 14 becomes max. By this method, the concn. of the impurity on the surface of the wafer 12 can be measured with high sensitivity.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ウェー八表面の不純物濃度を高感度で測定す
ることができる全反射蛍光X線分析装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a total internal reflection fluorescent X-ray spectrometer capable of measuring the impurity concentration on the surface of a wafer with high sensitivity.

〈従来の技術〉 半導体デバイスの高集積度化が進むにしたがって、シリ
コンウェー八表面の清浄度を高めることが要求されてい
る。したがって、シリコンウェー八表面に付着する極微
量な汚染物質も正確に管理しなければならないこととな
る。
<Prior Art> As the degree of integration of semiconductor devices progresses, it is required to improve the cleanliness of the surface of silicon wafers. Therefore, even minute amounts of contaminants adhering to the surface of the silicon wafer must be precisely controlled.

このシリコンウェーハ上の微量金属汚染の検出・評価装
置として全反射蛍光X線分析装置がある。
A total internal reflection fluorescent X-ray spectrometer is a device for detecting and evaluating trace metal contamination on silicon wafers.

この装置は、X線が物質面に対して非常に低角度で入射
すると、X線がその物質表面で全反射することを利用し
たものである。
This device utilizes the fact that when X-rays are incident on a material surface at a very low angle, the X-rays are totally reflected at the material surface.

すなわち、励起X線を試料に対して非常に低角度(例え
ば0.03度)で照射し、励起に寄与しないX線をサン
プルホルダ面で全反射させて、蛍光X線を半導体X線検
出器(SSD)で検出するものである。
In other words, excitation X-rays are irradiated onto the sample at a very low angle (for example, 0.03 degrees), X-rays that do not contribute to excitation are totally reflected on the sample holder surface, and fluorescent X-rays are transferred to the semiconductor X-ray detector. (SSD).

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、このような従来の全反射蛍光X線分析装
置にあっては、試料ウェーハに対してX線入射装置は水
平面方向では一定の固定的位置間係にあったため、試料
ウェーへの結晶方位を変えてその蛍光X線の強度を測定
することはできなかった。よって、不純物濃度を高感度
で測定することができないという課題があった。例えば
低濃度の不純物については正確に測定することができな
かった。
<Problems to be Solved by the Invention> However, in such conventional total internal reflection fluorescent X-ray analyzers, the X-ray incidence device has a fixed positional relationship with respect to the sample wafer in the horizontal direction. Therefore, it was not possible to measure the intensity of the fluorescent X-rays by changing the crystal orientation to the sample wafer. Therefore, there was a problem that the impurity concentration could not be measured with high sensitivity. For example, it was not possible to accurately measure impurities at low concentrations.

〈課題を解決するための着眼点〉 そこで、発明者は、全反射蛍光X線分析装置において、
試料に対するX線の入射方位(水平面方向での試料に対
する入射角度)を変えることにより、表面不純物に対す
る感度が変化し、入射X線の試料表面における回折強度
も変化するとともに、表面不純物に対して最大感度を示
す入射方位とX線回折強度が最大になる入射方位は一致
することを見い出した。
<Points of focus for solving the problem> Therefore, the inventor has developed a total internal reflection fluorescent X-ray analyzer that
By changing the incident direction of the X-rays on the sample (the angle of incidence on the sample in the horizontal direction), the sensitivity to surface impurities changes, and the diffraction intensity of the incident X-rays on the sample surface changes, and the maximum sensitivity to surface impurities changes. It has been found that the incident direction showing the sensitivity coincides with the incident direction giving the maximum X-ray diffraction intensity.

そこで、本発明は、任意の方位からX線を入射可能で、
高感度で不純物濃度を測定することがてきる全反射蛍光
X線分析装置を提供するものである。
Therefore, the present invention allows X-rays to be incident from any direction,
The present invention provides a total internal reflection fluorescent X-ray analyzer that can measure impurity concentration with high sensitivity.

く課題を解決するための手段〉 本発明は、試料を保持するサンプルホルダと、このサン
プルホルダに保持された試料に対して低角度でX線を照
射するX線照射機構と、上記サンプルホルダの直上に配
設され、試料から発生した蛍光X線を検出するX線検出
器と、を備えた全反射蛍光X線分析装置において、上記
サンプルホルダに保持された試料に照射されるX線の水
平面内での入射方向を可変とした全反射蛍光X線分析装
置である。
Means for Solving the Problems> The present invention provides a sample holder that holds a sample, an X-ray irradiation mechanism that irradiates the sample held in the sample holder with X-rays at a low angle, and a In a total internal reflection fluorescence X-ray analyzer equipped with an X-ray detector placed directly above the sample and detecting fluorescent X-rays generated from the sample, the horizontal surface of the X-rays irradiated onto the sample held in the sample holder. This is a total internal reflection fluorescent X-ray analyzer with variable incidence direction.

〈作用〉 本発明に係る全反射蛍光X線分析装置(TXRF装置)
にあっては、その半導体X線検出器(ディテクタ)の直
下に、サンプルホルダに保持された試料ウェーハを配置
する。
<Function> Total reflection fluorescent X-ray analyzer (TXRF device) according to the present invention
In this case, a sample wafer held in a sample holder is placed directly below the semiconductor X-ray detector.

そして、そのX線照射機構により、この試料ウェーハの
表面に低角度でX線を照射して、発生する蛍光X線の積
分強度をそのディテクタによって測定する。
Then, the X-ray irradiation mechanism irradiates the surface of the sample wafer with X-rays at a low angle, and the integrated intensity of the generated fluorescent X-rays is measured by the detector.

この場合、本発明にあっては、照射するX線の入射方位
(試料ウェーハに対する水平方向での入射方向)を変え
ることができる。そして、この入射方位を、例えば入射
X線の回折強度が最大となる方向に変えることにより、
ディテクタによる蛍光X線の測定強度は最大となる。す
なわち、高感度でウェーハ表面の不純物濃度を測定する
ことができるものである。
In this case, in the present invention, the incident direction of the irradiated X-rays (the incident direction in the horizontal direction with respect to the sample wafer) can be changed. Then, by changing this incident direction, for example, to the direction where the diffraction intensity of the incident X-ray is maximum,
The intensity of fluorescent X-rays measured by the detector becomes maximum. That is, it is possible to measure the impurity concentration on the wafer surface with high sensitivity.

第1図はX線の入射角(入射X線;WLβ1)を一定(
0,1°)とした状態で試料ウェーハの中央部の数点を
測定した例を示している。この図に示すように、Wの積
分強度(横軸)とウェーハ表面の不純物の積分強度(縦
軸)とは、同期している。すなわち、Wの積分強度が大
きい程、不純物(F e、  N i )の積分強度も
大きくなっているものである。
Figure 1 shows the angle of incidence of X-rays (incident X-rays; WLβ1) kept constant (
An example is shown in which measurements were taken at several points in the center of a sample wafer under conditions of 0.1°). As shown in this figure, the integrated intensity of W (horizontal axis) and the integrated intensity of impurities on the wafer surface (vertical axis) are synchronized. That is, the greater the integrated intensity of W, the greater the integrated intensity of impurities (F e, N i ).

一方、Wの積分強度は、その入射方位によって変化する
ことが知られている。例えば5j(100〕の場合には
(110)方位からの入射によりその積分強度は最大と
なる。
On the other hand, it is known that the integrated intensity of W changes depending on its incident direction. For example, in the case of 5j (100), the integrated intensity becomes maximum due to incidence from the (110) direction.

これらの結果、ウェーハ表面の測定点について、この測
定点を中心としてこのウェーハを回転させてWの積分強
度が最大となるような方位を見い出し、この方位からX
線を照射して不純物の積分強度を測定をすることにより
、高感度で測定することが可能となる。また、Wの回折
強度をモニタすることとすると、Wの強度は大であるの
でそのデータについては短時間で比較することができる
As a result, regarding the measurement point on the wafer surface, the wafer is rotated around this measurement point to find the direction in which the integrated intensity of W is maximum, and from this direction
By irradiating a beam and measuring the integrated intensity of impurities, it becomes possible to measure with high sensitivity. Furthermore, if the diffraction intensity of W is to be monitored, since the intensity of W is large, the data can be compared in a short time.

〈実施例〉 本発明に係る全反射蛍光X線分析装置を実施例に基づい
て以下説明する。
<Example> The total internal reflection fluorescent X-ray analyzer according to the present invention will be described below based on an example.

第2図は全反射蛍光X線分析装置の概略構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a total internal reflection fluorescent X-ray analyzer.

この図において、】1はサンプルホルダであって、この
サンプルホルダ11の上には試料ウェーハ】2が例えば
静電チャック機構により固定、載置されている。また、
このサンプルホルダ11は試料位置制御機構13によっ
てその中心軸回りに回動自在に設けられている。
In this figure, 1 is a sample holder, and a sample wafer 2 is fixed and placed on the sample holder 11 by, for example, an electrostatic chuck mechanism. Also,
This sample holder 11 is rotatably provided around its central axis by a sample position control mechanism 13.

14はこのサンプルホルダ11の直上に配設された半導
体X線検出器(SSD)であって、そのカウント値は計
数回路15に入力されている。
14 is a semiconductor X-ray detector (SSD) disposed directly above this sample holder 11, and its count value is input to a counting circuit 15.

16はX線照射管であって、例えばW等のターゲットか
ら励起した1次X線を上記サンプルホルダ11に保持さ
れた試料ウェーハ12に対して所定の低角度で入射する
ものである。17はこの試料ウェーハ12の入射X線に
対する角度を決定するために用いるシンチレーションカ
ウンタである。
Reference numeral 16 denotes an X-ray irradiation tube through which primary X-rays excited from a target such as W are incident on the sample wafer 12 held in the sample holder 11 at a predetermined low angle. 17 is a scintillation counter used to determine the angle of the sample wafer 12 with respect to the incident X-rays.

これらのX線照射管16とシンチレーションカウンタ1
7とは、水平面内でこのサンプルホルダ11を挟んで互
いに180度離間口た位置に配設されている。
These X-ray irradiation tube 16 and scintillation counter 1
7 and 7 are arranged at positions 180 degrees apart from each other with the sample holder 11 in between in a horizontal plane.

なお、18.19はスリットである。Note that 18 and 19 are slits.

ここで、20はこちらの計数回路15およびシンチレー
ションカウンタ17からの信号が入力されるコンピュー
タであって、これらの入力信号に基づいて上記試料位置
制御機構13を制御、駆動するものである。
Here, 20 is a computer to which signals from the counting circuit 15 and scintillation counter 17 are input, and controls and drives the sample position control mechanism 13 based on these input signals.

コンピュータ20は、周知の構成であって、Ilo、R
AM、ROM、CPU等によって構成されている。
The computer 20 has a well-known configuration and has Ilo, R
It is composed of AM, ROM, CPU, etc.

したがって、X線照射管16よりスリット18を介して
試料ウェーハ12表面に、例えばWのLβ1線が低角度
で入射されると、試料ウェーハ12の表面に存在する不
純物の濃度に対応して蛍光X線が発生することとなる。
Therefore, when the Lβ1 ray of W, for example, is incident on the surface of the sample wafer 12 from the X-ray irradiation tube 16 through the slit 18 at a low angle, the fluorescence A line will appear.

5SD14はこの蛍光X線の積分強度をカウントし、計
数回路15を介して、コンピュータ20に出力している
The 5SD 14 counts the integrated intensity of this fluorescent X-ray and outputs it to the computer 20 via the counting circuit 15.

コンピュータ20は所定の入射方位による5SD14の
カウント値と、他の入射方位によるカウント値とを比較
するものであり、試料位置制御機構13を駆動して、多
方位からのカウントデータを得ている。そして、最大の
感度(カウント値)を示す入射方位についてのデータに
基づいて試料ウェーハ12の表面不純物の濃度測定を行
うこととなる。
The computer 20 compares the count value of the 5SD 14 based on a predetermined incident direction with the count value obtained from other incident directions, and drives the sample position control mechanism 13 to obtain count data from multiple directions. Then, the concentration of impurities on the surface of the sample wafer 12 is measured based on data regarding the incident direction showing the maximum sensitivity (count value).

なお、サンプルホルダ11を固定または可動と構成する
とともに、X線照射管16をこのサンプルホルダ110
円周方向に沿って移動自在に構成することもできる。
Note that the sample holder 11 is configured to be fixed or movable, and the X-ray irradiation tube 16 is attached to this sample holder 110.
It can also be configured to be movable along the circumferential direction.

なお、従来の全反射蛍光X線分析装置として、例えばテ
クノス社製のものが知られている。この装置は、試料ウ
ェーへの搬送、駆動系として2つの系を有していた。す
なわち、ウェーハを1方向に平行移動する搬送系と、S
SDの直下においてウェーハを回転させる駆動系と、を
有していたものである。
Note that, as a conventional total reflection fluorescent X-ray analyzer, for example, one manufactured by Technos Co., Ltd. is known. This device had two systems for transporting and driving the sample wafer. In other words, a transport system that moves the wafer in parallel in one direction, and an S
It had a drive system that rotated the wafer directly below the SD.

しかしながら、この装置では、ウェーハ表面内の任意の
点について入射方位を変えて測定することはできなかっ
た。例えばウェーハ中心Oから離れたA点(x L  
y 1)については、まず、ウェーハを回転させA点を
Y軸上に移動する。次に、ウェーハをこのY軸に沿って
平行移動することにより、SSDの直下にこのA点をも
ってくる。この場合、ウェーハ中心はSSD中心からず
れているため、ウェーハを回動させることはできず、X
線の入射方位を変えてA点について測定することはでき
なかった。
However, with this device, it was not possible to measure any point on the wafer surface by changing the incident direction. For example, point A (x L
Regarding y1), first, rotate the wafer and move point A onto the Y axis. Next, by moving the wafer in parallel along this Y axis, point A is brought directly below the SSD. In this case, the wafer center is offset from the SSD center, so the wafer cannot be rotated and
It was not possible to measure point A by changing the incident direction of the line.

したがって、TXRF装置においても、ウェーハの中心
をY軸方向だけでなくX軸方向にも移動することができ
るように構成するとよいこととなる。例えばA点(xi
、  yl)を測定する場合、まず、SSD位置がこの
A点に一致するようにウェーハを平行移動させる。次に
、ウェーハは、このA点を中心としてウェーハ中心まで
の距離を半径とした円周上を平行移動する。さらに、こ
のA点がSSD直下位置からずれないようにして、つ工
−ハを回転させる。この結果、ウェーハ上の任意の点に
あってX線の入射方位のみを変えて測定することができ
る。
Therefore, it is advantageous to configure the TXRF apparatus so that the center of the wafer can be moved not only in the Y-axis direction but also in the X-axis direction. For example, point A (xi
, yl), first, the wafer is translated in parallel so that the SSD position coincides with this point A. Next, the wafer moves in parallel on a circumference centered on this point A and whose radius is the distance to the wafer center. Furthermore, the tool is rotated so that this point A does not shift from the position directly below the SSD. As a result, measurement can be performed at any point on the wafer by changing only the incident direction of the X-rays.

また、この改良は例えば測定点の入力を従来の(x、 
 y)入力から(r、  θ)入力とすることにより行
うこともできる場合がある。
This improvement also allows input of measurement points, for example, to be changed from conventional (x,
It may also be possible to do this by inputting (r, θ) from the y) input.

そして、入射X線の回折強度を測定することにより、S
SDが最大感度を示すウェーハへの入射方位を決定する
ことができる。
By measuring the diffraction intensity of incident X-rays, S
The direction of incidence on the wafer at which the SD exhibits maximum sensitivity can be determined.

例えば、 (100)方位のシリコンウェーハについて
、WのLβ1線を異なる方位から照射すると、(110
)方位からWLβ1線を入射した場合に、回折線の強度
、不純物感度はともに最大を示す。
For example, when a silicon wafer with a (100) orientation is irradiated with W Lβ1 rays from different directions, the (110)
) direction, both the intensity of the diffraction line and the impurity sensitivity are maximum.

したがって、 (100)方位のシリコンウェーハにつ
いては、 (110)方位からX線を入射することによ
り、SSDは最大感度で不純物濃度を測定することがで
きる。
Therefore, for a silicon wafer with the (100) orientation, the SSD can measure the impurity concentration with maximum sensitivity by injecting X-rays from the (110) orientation.

〈効果〉 以上説明してきたように、本発明によれば、その全反射
蛍光X線分析装置において、試料の表面の不純物により
発生した蛍光X線の強度測定を最大の感度で行うことが
できる。この結果、その不純物濃度を正確に測定するこ
とができる。
<Effects> As described above, according to the present invention, the total internal reflection fluorescent X-ray analyzer can measure the intensity of fluorescent X-rays generated by impurities on the surface of a sample with maximum sensitivity. As a result, the impurity concentration can be measured accurately.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係るWの積分強度と不純物の積分強度
との関係を示すグラフ、第2図は本発明の一実施例に係
る全反射蛍光X線分析装置を示すブロック図である。 11・・・・・・・・・・サンプルホルダ、12・・・
・・・・・・・試料ウェーハ、14・・・・・・・・・
・ディテクタ、16・・・・・・・・・・X線照射管。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the integrated intensity of W and the integrated intensity of impurities according to the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a total internal reflection fluorescent X-ray analyzer according to an embodiment of the present invention. 11... Sample holder, 12...
......Sample wafer, 14...
・Detector, 16......X-ray irradiation tube.

Claims (1)

【特許請求の範囲】  試料を保持するサンプルホルダと、 このサンプルホルダに保持された試料に対して低角度で
X線を照射するX線照射機構と、上記サンプルホルダの
直上に配設され、試料から発生した蛍光X線を検出する
X線検出器と、を備えた全反射蛍光X線分析装置におい
て、 上記サンプルホルダに保持された試料に照射されるX線
の水平面内での入射方向を可変としたことを特徴とする
全反射蛍光X線分析装置。
[Claims] A sample holder that holds a sample; an X-ray irradiation mechanism that irradiates the sample held in the sample holder with X-rays at a low angle; In a total internal reflection fluorescence X-ray analyzer equipped with an X-ray detector that detects fluorescent X-rays generated from A total internal reflection fluorescent X-ray analyzer characterized by:
JP25338890A 1990-09-21 1990-09-21 Total reflection fluorescent x-ray analyser Pending JPH04143642A (en)

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