JPH06273357A - 結晶欠陥評価装置 - Google Patents

結晶欠陥評価装置

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JPH06273357A
JPH06273357A JP5057315A JP5731593A JPH06273357A JP H06273357 A JPH06273357 A JP H06273357A JP 5057315 A JP5057315 A JP 5057315A JP 5731593 A JP5731593 A JP 5731593A JP H06273357 A JPH06273357 A JP H06273357A
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JP
Japan
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ray
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target
rays
characteristic
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JP5057315A
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English (en)
Inventor
Shuichi Samata
俣 秀 一 佐
Norihiko Tsuchiya
屋 憲 彦 土
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 X線源2から複数種類の特性X線χ0 を出力
し、そのうちの1種χ1をモノクロメータ3により選定
して試料sに入射させる。試料sからの全反射X線χ2
の強度をカウンタ5により計測し、回折X線χ3 はカウ
ンタ6により計測する。これらの計測データを制御装置
8が取込み、評価処理に使用する。ステージ1は試料s
の結晶方位を可変とすべく回転駆動される。X線管陰極
としては、モザイクターゲット、組立てターゲット、部
分メッキが施されたターゲット、合金製ターゲット、気
相成長で作成したターゲット等の各種のターゲットを採
用可能である。 【効果】 Si結晶方位精度に関係なくその特性X線を
適切に選択することにより全反射条件とブラッグ条件と
を同時に満たすことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はX線を用いた結晶欠陥評
価装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路素子の微細化、高集積化
につれて結晶表面の低密度結晶欠陥(転位、OSF、析
出物)の分布評価が重要となってきている。そのための
評価法としては、結晶表面を非破壊で評価できるX線回
折ベルクバレット法が注目されており、特に入射X線を
全反射条件で入射した場合、表面より10ナノメータ
(以下、この単位に関しnmを代用表記とする。)程度
のごく浅い部分の評価が可能となり、その意味で注目に
価するものである。
【0003】MOSLSI用Siウェーハでは(10
0)面が主に用いられているが、このSi(100)ウ
ェーハを全反射条件を用いたX線回折ベルクバレット法
で評価するにあたってはSOR−X線等の強力な白色X
線をモノクロメータにより単色化して用いている。
【0004】ところで、評価装置の小形化のためには回
転対陰極等より発生する特性X線を用いる必要がある。
【0005】Si(100)ウェーハの場合、WLβ線
を用い、ブラッグ反射として(422)反射を用いるこ
とにより、試料に入射するX線と試料表面との角度を全
反射臨界角以下にできるため有効である。
【0006】しかし、現実のSi(100)ウェーハの
表面方位精度は±1°であり、全反射臨界角がほぼ0.
2°であるため、全反射条件とブラッグ条件とを同時に
満たさない場合が起こるという問題があり、早期解決が
要望されている。
【0007】なお、Siウェーハの加工精度を上げ、表
面方位精度を上げることも考えられるが今の技術では困
難であり、評価装置での対策が望まれていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】このように従来のX線
を用いた評価装置では、Siウェーハの表面方位精度が
X線の全反射臨界角より大きいために、全反射条件とブ
ラッグ条件とを同時に満たさない場合を生ずるという問
題がある。
【0009】本発明は上記従来技術の有する問題点に鑑
みてなされたもので、その目的とするところはSiウェ
ーハの表面方位精度に左右されずに全反射条件とブラッ
グ条件とを同時に満たすことが可能な結晶欠陥評価装置
を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の結晶欠陥評価装
置は、複数種の特性X線を発生するX線源と、上記複数
種の特性X線のうちの1種を選定して試料に入射させる
特定波長X線取出し手段とを備えている。
【0011】試料の向きを変えるために、試料を回転可
能なステージに設置するのが望ましい。
【0012】X線源となるX線管陰極としては、モザイ
クターゲット、組立てターゲット、部分メッキが施され
たターゲット、合金製ターゲット、気相成長で作成した
ターゲット等の各種のターゲットを採用することができ
る。
【0013】特定波長X線取出し手段としてはモノクロ
メータあるいはX線フィルタを採用することができる。
【0014】さらに、例えば、試料表面からの反射X線
強度を計測する第1の計測手段と、上記試料からのブラ
ッグ回折X線強度を計測する第2の計測手段とを備える
ことにより結晶欠陥評価用のデータを得ることができ
る。
【0015】
【作用】本発明によれば、複数種の特性X線の中から1
つの波長を選定して使用するようにしているため、Si
結晶方位精度に関係なくその特性X線を適切に選択する
ことにより全反射条件とブラッグ条件とを同時に満たす
ようにすることが可能となる。
【0016】
【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
つつ説明する。
【0017】図1は本発明の一実施例に係る装置の概略
構成を示すものである。特に図1(A)は評価装置のシ
ステム構成全般を示し、図1(B)はX線ベルグバレッ
ト法での入射X線、回折X線、試料の配置を示すもので
ある。
【0018】まず図1(B)を参照すると、θB は入射
X線χ1 と試料sの回折格子面とがなす角度(つまり、
ブラッグ角)、φは入射X線χ1 と試料s表面とのなす
角度、θは試料s表面と同回折格子面とのなす角度、r
は試料sの回転角度である。θB 、φ、θにはφ=θB
−θの関係があり、φが全反射臨界角φc 以下であれ
ば、全反射が起こり、試料表面のみの評価が可能とな
る。
【0019】Si(100)でWLβ線(422)を用
いる場合にはφ=0.06°となり、φ<φc となり、
試料s表面の評価が可能ではあるが、Siウェーハの表
面方位精度が±1°であるため、θが±1°だけ試料に
より異なることとなり、試料によって全反射を起こさな
い場合が出てくる。
【0020】そこで、本発明では種々の特性X線を用い
ることによりθB を変え、全反射とブラッグ反射とを同
時に起こさせるようにする。Si(100)で(42
2)反射を用いる場合はPbLα、AsKα、OsL
β、TiLα、GaKβ、WLβ、ReLβ、GeK
α、AuLαを用い、入射X線の波長を1.175A°
から1.276A°の範囲に変えることによりθB を
3.3°の範囲で変化させる。実際の装置ではφ<0.
5°であれば、試料表面欠陥評価は充分に行える。用い
る特性X線の波長とθB 、φの値は下記表1に記載した
ものである。
【0021】
【表1】 ブラッグ条件を合わせる場合、θB を変化させる通常の
方法では「φ+θ」を変化させるため、φが変化し、全
反射条件が変化してしまうため本発明ではφを固定し、
rを変えることにより実効的にθB を変化させてブラッ
グ条件を合わせる。ブラック条件を合せる場合、回折X
線強度を測定し、ブラック条件を合せても良いし、試料
表面より反射した反射X線強度を測定しても良い。
【0022】図2はX線強度のr依存性を示すものであ
る。
【0023】ブラッグ条件で入射X線と回折X線とのな
す面が試料表面と垂直の場合は図2(A)に示すように
ピークPA が一つとなり、垂直でない場合は同図(B)
のようにピークPB が二つになる。回折X線χ3 の方向
をほぼ一定とするためには図2(A)の条件が良いこと
となる。入射X線の波長及び角度φを変えることにより
図2(A)の条件は実現できる。
【0024】次に、図1(A)において、1はSiウェ
ーハからなる試料sを載置するためのステージであり、
このステージ1はXY方向に水平駆動されるとともに、
回転駆動され、その回転により試料sをその表面の法線
回りに回転させ、結晶方位を変え、結晶格子面(仮想線
L)とその入射X線との角度を変化させることが可能と
されている。
【0025】2はX線陰極管を形成するX線源であり、
電子ビームBの入射により複数種の波長を持った特性X
線χ0 を出力する。このX線源2は例えばモザイクター
ゲット、組立てターゲット、部分メッキが施されたター
ゲット、合金製ターゲット、気相成長で作成したターゲ
ット等により構成され、上記表1に記載の特性X線を発
生する。
【0026】3はモノクロメータであって、X線源2か
らの複数種の特性X線χ0 のうち1種類の特性X線χ1
を出力するもので、このモノクロメータ3の回折格子面
を矢印r1 で示すように回転させることで回折波長が変
わり、これによって、取出される特性X線の波長を変え
ることができる。モノクロメータ3からの特性X線χ1
はスリット4を通してステージ1上の試料sに入射させ
る。このスリット4は特性X線χ1 以外の波長成分が試
料sに入射するのを防ぐためのものである。つまり、モ
ノクロメータ3からの正規の回折格子面からの特性X線
χ1 以外に外囲器等に当たって反射したX線をも空間に
発散している。これが、試料sに入射した場合、誤差要
因となるため、スリット4は特性X線χ1 の入射経路だ
けを確保し、その他の入射経路を遮断する役割を果たす
ものである。この特性X線χ1 は上記ステージ1のXY
方向の駆動によって試料s表面における入射位置が変え
られ、それにより試料s表面の全域にわたり特性X線を
入射させることができるようになっている。
【0027】χ2 は試料sからの全反射X線、χ3 は試
料sからのブラッグ反射した回折X線、5,6はX線カ
ウンタであり、X線カウンタ5は反射X線χ2 の強度に
応じてカウント動作し、そのカウント値はX線χ2 の強
さを示すものとなる。X線カウンタ6は回折X線χ3 の
強度に応じてカウント動作するもので、その出力カウン
ト値はX線χ3 の強度を示すものとなる。回折X線χ3
の強度は結晶格子欠陥の程度に比例して大きくなるもの
で、X線カウンタ6へのX線χ3 の経路にはフィルム7
が設けられ、回折X線χ3 はX線カウンタ6に加えてフ
ィルム7にも入射され、その入射強度がフィルム7の感
光度として反映されるようになっている。このフィルム
7はステージ1のXY移動に同期して平行移動され、フ
ィルム7の各局部位置が試料s表面の局部位置に対応さ
せられ、フィルム7上には試料sの格子欠陥の分布が現
れるようになっている。
【0028】8は制御装置であり、この制御装置8は、
ステージ1、X線源2、モノクロメータ3、X線カウン
タ5,6の動作制御(ステージ1の駆動制御、X線源2
における出力部のシャッタ開閉制御、モノクロメータ3
の回転制御等)や評価処理全般のシーケンス制御を司る
他、カウンタ5,6の出力をデータとして、特にカウン
タ5の出力を基にしてX線χ1 の波長が試料s面の評価
用として適切か否かの評価、そして適切な波長のX線χ
1 選定を行い、その後、カウンタ6の出力を基にして試
料sの結晶欠陥の評価を行う。
【0029】このように複数種の特性X線の中から1つ
の波長を選定して使用するようにしているため、Si結
晶方位精度に関係なくその特性X線の選定次第で全反射
条件とブラッグ条件とを同時に満たすようにすることが
可能となる。それにより、従来とは異なりSi(10
0)の表面方位誤差の全範囲に亘っての試料表面の極小
密度欠陥について評価が可能となる。つまり、従来は、
表面方位のずれが大きい場合に全反射条件とブラッグ反
射条件とを同時に満足させることができず、入射X線が
試料内部にまで入る条件で評価を行ったため、内部の結
晶欠陥(酸素析出等)の影響により表面の極小密度欠陥
の評価ができず、表面方位のずれが、せいぜい±0.4
°の範囲でしか良好な評価が行えなかった。これに対
し、本発明では±1.0°の全範囲での評価が可能にな
る。下記表2は実際に評価試験を行って見た結果を従来
技術と比較して示すものである。
【0030】
【表2】 さらに本発明によれば、従来条件よりも正確にブラッグ
条件に合わせることが可能になり、一層の測定精度向上
が可能となった。
【0031】そして、結晶表面のみの極小欠陥評価が実
用ウェーハに対し、数m2 の大きさの小型評価装置で可
能になる。従来のSORを使う場合、数百m四方以上の
場所が必要なことを考えると本発明の効果がより明解に
わかる。
【0032】なお、本発明では、入射X線の波長をモノ
クロメータにより変えるため入射X線、回折X線の方向
・位置がずれることになるが、波長の変化分がわずかの
ため、実質上の問題はない。
【0033】また、モノクロメータはSi(422)反
射を用いたが他の条件でも差支えない。入射X線の単波
長化にはモノクローメータ以外にX線フィルタを用いて
も実施例と同等の効果が得られる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数種の特性X線の中から1つの波長を選定して使用する
ようにしているため、Si結晶方位精度に関係なくその
特性X線の選定次第で全反射条件とブラッグ条件とを同
時に満たすようにすることが可能となる。これにより、
Si(100)について言えばその表面方位誤差の全範
囲に亘っての試料表面の極小密度欠陥に関し、評価が可
能となる。また、本発明によれば、従来条件よりも正確
にブラッグ条件に合わせることが可能になり、一層の測
定精度向上が可能となった。そして、実用ウェーハに関
する結晶表面のみの極小欠陥評価が回転対陰極等で発生
する特性X線で可能になるため、評価装置全体を数m2
オーダに小形化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る結晶欠陥評価装置の概
略構成を示す概念図。
【図2】入射X線に対する試料sの結晶格子の向きと全
反射X線及び回折X線の強度との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1 ステージ 2 X線源 3 モノクロメータ 4 スリット 5,6 X線カウンタ 7 フィルム 8 制御装置 b 電子ビーム s 試料 χ0 X線源2からの放射X線 χ1 モノクロメータ3からの放射X線(試料sへの入
射X線) χ2 試料sからの全反射X線 χ3 試料sからの回折X線

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数種の特性X線を発生するX線源と、 前記複数の特性X線のうちの1種を選定して試料に入射
    させる特定波長X線取出し手段と、 前記試料を設置するための回転可能なステージと、 前記試料表面からの反射X線強度を計測する第1の計測
    手段と、 前記試料からのブラッグ回折X線強度を計測する第2の
    計測手段とを備えていることを特徴とする結晶欠陥評価
    装置。
  2. 【請求項2】X線源としてモザイクターゲット、組立て
    ターゲット、部分メッキが施されたターゲット、合金製
    ターゲット、気相成長で作成したターゲットの1つを備
    えていることを特徴とする請求項1及び2のうちいずれ
    か1項記載の結晶欠陥評価装置。
  3. 【請求項3】特定波長X線取出し手段としてモノクロメ
    ータあるいはX線フィルタを備えていることを特徴とす
    る請求項1,2のうちいずれか1項記載の結晶欠陥評価
    装置。
JP5057315A 1993-03-17 1993-03-17 結晶欠陥評価装置 Pending JPH06273357A (ja)

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