JPH07140096A - ラングカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定対象である大型の単結晶ウェーハの着脱
及びセッティング作業を容易に行うことができるラング
カメラを提供する。 【構成】 Ｘ線源１、単結晶ウェーハ１１、蛍光板１５
は順に上下方向に配置される。単結晶ウェーハ１１及び
蛍光板１５は試料ステージ１３に支持され、パルスモー
タ２０によって駆動されて水平横方向（矢印Ａ−Ａ’）
に平行移動する。この移動によりウェーハ１１の全面が
Ｘ線によって走査され、そのときの回折Ｘ線像がテレビ
カメラ１８によって撮影される。撮影された映像に基づ
いて単結晶ウェーハ１１の内部結晶構造等が判定され
る。試料ステージ１３の前後領域にはラングカメラの構
成部品がないので、測定者は試料ステージ１３に接近し
てウェーハ１１の着脱等ができる。ウェーハ１１は単に
水平に置くだけでよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料にＸ線を照射した
ときにその試料で回折したＸ線をフィルム等の上に照射
してそのフィルム上に回折Ｘ線像を撮影するラングカメ
ラに関する。

【０００２】

【従来の技術】試料にＸ線を照射し、その試料で回折し
たＸ線をフィルム上に照射することによってそのフィル
ム上に回折Ｘ線像を撮影するＸ線装置、すなわちＸ線ト
ポグラフィ装置は広く知られている。このＸ線トポグラ
フィ装置によって得られる写真、いわゆるＸ線トポグラ
フは、単結晶試料の構造欠陥、例えば転移、積層欠陥、
結晶格子歪等の検査を視覚的に行う場合にしばしば用い
られる。このＸ線トポグラフィ装置の一種として、ラン
グカメラも広く知られている。このラングカメラという
のは、試料及びフィルムを一体状態で走査移動させるこ
とにより、試料の広い範囲に関する回折Ｘ線像を撮影す
るようにしたものである。このラングカメラは実用上、
例えば半導体工業の分野において、シリコン（Ｓｉ）等
の単結晶ウェーハの品質検査に用いられる。

【０００３】ラングカメラの構造には、測定対象である
試料の大きさに応じて種々のものがあるが、例えば直径
１０インチというような大口径の単結晶ウェーハを測定
対象とするものとして、図４に示す構造のものが知られ
ている。このラングカメラは、Ｘ線源１を内蔵したＸ線
管２と、発散スリット３と、円形状の試料ホルダ４と、
Ｘ線制限用のスリットを形成する一対のスリット板５
と、フィルム６と、そしてＸ線カウンタ７とを有してい
る。試料ホルダ４は、水平方向へ往復直進移動可能なス
ライダ８上に固定された支持フレーム９に支持されてい
る。また、フィルム６は、支持フレーム９と一体なアー
ム１０に支持されている。

【０００４】以上の構成から成るラングカメラをＸ線光
学系に着目して図示したものが図５である。図示の通
り、Ｘ線源１から放射されたＸ線は発散スリット３によ
って発散角が制限されて測定対象である単結晶ウェーハ
１１に入射する。このときのＸ線照射野は垂直方向に細
長い帯状の領域となる。単結晶ウェーハ１１は試料ホル
ダ４（図４）の中に装着される。

【０００５】単結晶ウェーハ１１は、水平方向に延びる
中心軸線Ｌ１を中心として面内回転、いわゆるφ回転及
び垂直軸線Ｌ２を中心としたＸ線入射角調整のための回
転、いわゆるω回転の両回転を行うことにより、Ｘ線照
射野の全体からＸ線の回折が起きるように角度位置調整
が行われる。この回折Ｘ線はスリット板５の間に形成さ
れたスリットを通過してフィルム６に入射し、そこに細
長い帯状の回折Ｘ線像を形成する。ここで、図４のスラ
イダ８によって単結晶ウェーハ１１及びフィルム６を一
体に平行移動させて、単結晶ウェーハ１１の一端から他
端まで一定速度で走査すると、単結晶ウェーハ１１の全
面にわたる回折Ｘ線像がフィルム６上に撮像されて、い
わゆるＸ線トポグラフが作成される。そして、このＸ線
像を観察することにより、単結晶ウェーハ１１の結晶構
造欠陥等が判定される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のラングカメ
ラにおいては、単結晶ウェーハ１１を走査移動させるた
めにスライダ８が水平面内で平行移動する。単結晶ウェ
ーハ１１の形状が小さい場合は特に問題はないものの、
その大きさが１０インチあるいは１２インチ等といった
大型になると次のような問題が生じる。すなわち、単結
晶ウェーハ１１が大きくなると、スライダ８それ自体も
大きくならざるを得ず、このような巨大なスライダを備
えるラングカメラでは、単結晶ウェーハの着脱及びＸ線
光軸調整等といったセッティング作業が非常に困難にな
る。

【０００７】本発明は、上記の問題点を解消するために
なされたものであって、単結晶ウェーハ等の試料、特に
形状の大きな試料の着脱及びセッティング作業を容易に
行うことができるラングカメラを提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明に係るラングカメラは、Ｘ線源からＸ線を放射
し、試料及びＸ線照射体を一体状態でＸ線ビームを横切
る方向へ移動させながら試料にＸ線を照射し、その試料
で回折したＸ線をＸ線照射体に照射することによってそ
のＸ線照射体上に回折Ｘ線像を撮影するラングカメラで
あって、上方位置から順にＸ線源、試料、そしてＸ線照
射体が上下方向に沿って配置されており、さらに試料及
びＸ線照射体を一体に且つ水平に保持すると共に水平方
向へ往復直線移動する試料ステージを有することを特徴
としている。

【０００９】上記Ｘ線照射体というのは、回折Ｘ線を可
視像化するための要素部材、例えばＸ線が当たったとこ
ろに像を形成するＸ線用フィルム、Ｘ線が当たったとこ
ろに可視光像を形成する蛍光板等が考えられる。蛍光板
を用いた場合には、蛍光板上に形成された光像を撮影す
るためにテレビカメラが使用される。

【００１０】

【作用】本発明のラングカメラでは、Ｘ線源からＸ線照
射体に至るＸ線光路が上下方向に沿って形成され、試料
は左右横方向、すなわち水平方向へ平行移動することに
よりそのＸ線光路を横切るように走査移動する。Ｘ線源
が垂直上方位置に配置されること及び試料ステージが左
右方向に往復直線移動することにより、試料が大型化し
てそれを走査移動させるための試料ステージが巨大化す
る場合でも、試料ステージの前後位置にはラングカメラ
を構成する要素機器が存在しない広い自由空間が形成さ
れる。特に、試料ステージの前面に広い空間が形成され
ることにより、測定者はその空間に立って試料ステージ
に対して試料の着脱やセッティングを行うことができ
る。しかも、試料は試料ステージに水平状態に置くだけ
で良い。この結果、試料の着脱及びセッティングを非常
に簡単に行うことができる。

【００１１】

【実施例】図１は、テレビカメラによる測定機能を備え
たラングカメラに本発明を適用した場合の実施例を示し
ている。このラングカメラは、図示しないフレームによ
って位置不動に固定支持されたガイド板１２と、ガイド
板１２に沿って矢印Ａ−Ａ’のように左右方向へ往復直
線移動可能な試料ステージ１３とを有している。試料ス
テージ１３は、断面コ字状に形成されていて、その上側
部分１３ａに試料支持部１４が設けられ、その下側部分
１３ｂにＸ線照射体としての蛍光板１５が支持される。
Ｘ線照射体としては蛍光板１５以外に、例えばＸ線用フ
ィルムを用いることができる。このＸ線用フィルムを用
いる場合は、蛍光板１５の上面にそのフィルムを適宜の
装着用器具を使って装着する。

【００１２】ガイド板１２には、パルスモータ２０及び
それによって回転駆動される送りネジ２１が固定設置さ
れている。試料ステージ１３はその送りネジ２１にネジ
嵌合しており、その送りネジ２１が回転するときに矢印
Ａ−Ａ’方向へ平行移動する。ガイド板１２のうち試料
ステージ１３が移動する領域に対応する部分に、少なく
とも試料支持部１４よりも広い面積を有する長方形状又
は正方形状のＸ線通過用の開口１６が設けられている。

【００１３】試料ステージ１３には下方へ垂下する支持
板１７が一体に固着されており、その支持板１７によっ
てテレビカメラ１８が保持されている。テレビカメラ１
８と蛍光板１５との間には光遮断用の蛇腹部材１９が設
けられている。また、ガイド板１２のうち開口１６が設
けられた部分の下面に、一対のスリット部材５が設けら
れている。各スリット部材５は、個々に矢印Ｂのように
左右横方向へ平行移動でき、この移動により両スリット
部材間に形成されるＸ線通過用のスリットの幅及び位置
を調整できる。

【００１４】試料ステージ１３の上側部分１３ａに設け
られた試料支持部１４は、図３に示すように、矢印Ｃ方
向から見て円形状の貫通穴２４と、その穴２４内におい
て２つの支点２２，２２によってピボット支持された矢
印Ｃ方向から見て円形状の試料台２３を有している。試
料台２３の上には、中心軸線Ｌ４を中心として回転可能
な円形状の回転テーブル３０が設けられ、そのテーブル
３０の上に試料、例えば単結晶ウェーハ１１が水平に置
かれる。試料台２３及び回転テーブル３０はＸ線を自由
に透過させることのできる材料、例えばポリエステルフ
ィルムによって形成されている。

【００１５】試料台２３には、ギヤその他の駆動伝達機
構２５を介してパルスモータ２６が接続されている。試
料台２３、テーブル３０及びその上に置かれた単結晶ウ
ェーハ１１は、パルスモータ２６によって駆動されて、
図１において水平軸線Ｌ３を中心として回転、いわゆる
ω回転する。また、回転テーブル３０の外周には歯車が
形成され、その歯車に噛み合うウオーム３１及びそのウ
オーム３１を回転駆動するモータ３２が試料台２３の上
に固定設置されている。モータ３２によって駆動されて
テーブル３０が回転すると、その上に載せられたウェー
ハ１１が垂直中心軸線Ｌ４を中心として回転、すなわち
面内回転する。

【００１６】図１において、ガイド板１２の背部には回
転アーム２７が配設され、その回転アーム２７の中間部
分に発散スリット３が設けられ、さらにその回転アーム
２７の上端部分にＸ線源１を内蔵したＸ線管２が固着さ
れている。回転アーム２７は、ガイド板１２から独立し
て水平軸線Ｌ３を中心として回転、いわゆるθ回転でき
る。

【００１７】以下、上記構成から成るラングカメラの動
作について説明する。なお以下の説明では、図１に示し
た装置のＸ線光学系を矢印ＩＩに従って模式的に示す図
である図２を参照する。また、Ｘ線照射体１５として蛍
光体が適用されるものとする。

【００１８】まず、測定対象である単結晶ウェーハ１１
を回転テーブル３０の上に置く。この場合は、単に置く
だけ又は簡単に固定するだけで、強固な固定措置を施す
必要はない。その後、回転アーム２７をθ回転させ、さ
らにウェーハ１１を面内回転させて単結晶ウェーハ１１
に対するＸ線の入射角度θ（図２）を調整し、測定に供
されている単結晶ウェーハ１１の結晶格子面に対して回
折条件、いわゆるブラッグ条件を満足する値にそのＸ線
入射角θをセットして、回転アーム２７をその位置を固
定する。

【００１９】以上の設定が終了した後、走査移動用パル
スモータ２０を作動して試料ステージ１３を初期位置へ
移動する。その後、パルスモータ２０によって試料ステ
ージ１３を一定速度で送りながらＸ線源２からＸ線を放
射する。放射されたＸ線は、発散スリット３によってそ
の発散角が制限された状態で単結晶ウェーハ１１に入射
し、その単結晶ウェーハの結晶格子面で回折する。この
回折Ｘ線は、スリット部材５，５間のスリットを通過し
て蛍光体１５に入射し、その蛍光体によって水平方向に
細長い帯状の可視光像に変換される。そしてこの可視光
像は、下方に配置したテレビカメラ１８によって撮影さ
れる。

【００２０】単結晶ウェーハ１１は試料ステージ１３に
よって水平方向へ走査移動するので、テレビカメラ１８
はウェーハ１１の一端から他端までの回折Ｘ線情報を撮
影する。各位置のＸ線情報は、適宜のメモリ手段に記憶
された後に積分され、その積分結果がビデオモニタ上に
映像として映し出される。この映像から単結晶ウェーハ
１１の状態を判定する。

【００２１】Ｘ線照射体としてＸ線用フィルムを用いて
トポグラフ撮影を行う場合は、蛍光体１５の上面にＸ線
用フィルム２８（図２）を装着し、そのフィルム２８に
回折Ｘ線を照射する。

【００２２】単結晶ウェーハ１１が反りを有していて正
確な平面度が得られていない場合は、図１において、試
料ステージ１３の平行走査移動のタイミングと同期した
適時のタイミングでω回転用パルスモータ２６を作動し
て単結晶ウェーハ１１を適宜の微少角度だけω回転さ
せ、単結晶ウェーハ１１に入射するＸ線の入射角度θ
（図２）が常にブラッグ条件を満足するように維持す
る。

【００２３】以上、一つの実施例をあげて本発明を説明
したが、本発明はその実施例に限定されず、特許請求の
範囲に記載した技術的範囲内で種々に改変可能である。

【００２４】例えば、試料ステージ１３を水平方向に走
査移動させるための手段は、試料ステージ１３を左右方
向に貫通するガイド板１２と送りネジ２１との組合せか
ら成る機構に限られず、他の任意の機構を採用できる。
また、蛍光板１５とテレビカメラ１８を使用せず、Ｘ線
用フィルム２８にＸ線トポグラフを撮像するだけのラン
グカメラに本発明を適用できることは明らかである。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、Ｘ線源から蛍光板等と
いったＸ線照射体に至るＸ線光路が上下方向に沿って形
成され、試料は左右横方向、すなわち水平方向へ平行移
動することによりそのＸ線光路を横切るように走査移動
する。Ｘ線源が垂直上方位置に配置されること及び試料
ステージが左右方向に往復直線移動することにより、試
料が大型化してそれを走査移動させるための試料ステー
ジが巨大化する場合でも、試料ステージの前後位置には
ラングカメラを構成する要素機器が存在しない広い自由
空間が形成される。特に、試料ステージの前面に広い空
間が形成されることにより、測定者はその空間に立って
試料ステージに対して試料の着脱やセッティングを行う
ことができる。しかも、試料は試料ステージに水平に置
くだけで良い。そのため、試料の着脱及びセッティング
を非常に簡単に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るラングカメラの一実施例を示す斜
視図である。

【図２】図１における矢印ＩＩに従ってラングカメラの
Ｘ線光学系を示す模式図である。

【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に従って試料ス
テージの内部構造を示す断面図である。

【図４】従来のラングカメラの一例を示す斜視図であ
る。

【図５】図４に示す従来のラングカメラのＸ線光学系を
示す模式図である。

【符号の説明】

１ Ｘ線源 ２ Ｘ線管 ５ スリット板 １１ 単結晶ウェーハ（試料） １２ ガイド板 １３ 試料ステージ １３ａ 試料ステージの上側部分 １３ｂ 試料ステージの下側部分 １４ 試料支持部 １５ 蛍光板（Ｘ線照射体） １６ Ｘ線通過用開口 １７ 支持板 １８ テレビカメラ ２１ 走査用送りネジ ２６ ω回転用パルスモータ ２７ 回転アーム Ｌ３ 水平軸線

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ線源からＸ線ビームを放射し、試料及
   びＸ線照射体を一体状態でＸ線ビームを横切る方向へ移
   動させながら試料にＸ線を照射し、その試料で回折した
   Ｘ線をＸ線照射体に照射することによってそのＸ線照射
   体上に回折Ｘ線像を撮影するラングカメラにおいて、 上方位置から順にＸ線源、試料、そしてＸ線照射体が上
   下方向に沿って配置されており、さらに試料及びＸ線照
   射体を一体に且つ水平に保持すると共に水平方向へ往復
   直線移動する試料ステージを有することを特徴とするラ
   ングカメラ。
2. 【請求項２】 Ｘ線照射体としての蛍光板と、蛍光板に
   形成される光像を撮影するテレビカメラとを備えた請求
   項１記載のラングカメラにおいて、蛍光板及びテレビカ
   メラが試料ステージと一体に設けられることを特徴とす
   るラングカメラ。
3. 【請求項３】 試料を水平軸線のまわりにω回転させる
   ω回転機構を試料ステージと一体に設けたことを特徴と
   する請求項１記載のラングカメラ。
4. 【請求項４】 試料を垂直中心軸線のまわりに面内回転
   させる面内回転機構を試料ステージと一体に設けたこと
   を特徴とする請求項１記載のラングカメラ。
5. 【請求項５】 水平軸線を中心として回転可能でありそ
   の回転領域内の任意の位置に固定できる回転アームを有
   しており、Ｘ線源はその回転アームに固定支持されるこ
   とを特徴とする請求項１記載のラングカメラ。