JPH08122281A - 蛍光x線分析装置 - Google Patents

蛍光x線分析装置

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JPH08122281A
JPH08122281A JP25699994A JP25699994A JPH08122281A JP H08122281 A JPH08122281 A JP H08122281A JP 25699994 A JP25699994 A JP 25699994A JP 25699994 A JP25699994 A JP 25699994A JP H08122281 A JPH08122281 A JP H08122281A
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JP
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ray
rays
generated
fluorescent
silicon wafer
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JP25699994A
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English (en)
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Kazuo Nishihagi
一夫 西萩
Shinichi Terada
慎一 寺田
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TECHNOS KENKYUSHO KK
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TECHNOS KENKYUSHO KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 励起X線としてW−Lβ1線用いた蛍光分析
では検出が困難であった微量元素について、検出限界を
向上できる蛍光X線分析装置を提供する。 【構成】 蛍光X線分析装置1は、W(タングステン)
材料で構成された回転対陰極11を備えるX線発生器1
0と、X線発生器10から発生するWの特性X線3から
W−Mα特性X線4を分離するための分光結晶13およ
びコリメータ14と、特性X線4がシリコンウエハ2に
入射して、シリコンウエハ2から発生する蛍光X線5を
検出するX線検出器20と、前置増幅器21、比例増幅
器22、波高分析器23およびデータ処理器24などか
ら構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコンウエハ等の被
検物に励起X線を照射して、被検物から発生する蛍光X
線を、たとえばエネルギー分散方式(EDX:Energy D
ispersiveX-ray spectrometer)で分析するための蛍光
X線分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、たとえば光学的に平滑な平面を有
するシリコンウエハなどの被検物に、低い入射角度でX
線を照射することによって、被検物の表面近傍に存在す
る元素からの蛍光X線を検出する全反射蛍光X線分析装
置(Total Reflection X−rayFluorescence)が知られ
ており、励起X線を被検物表面上で全反射させることに
よって、被検物の表面近傍のみの情報を高S/N比で得
ることができる。
【0003】さらに、X線発生源の対陰極から発生する
特性X線を、分光結晶とスリットなどから成る分光手段
によって単一の特性X線を分離してから、被検物に照射
するモノクロ全反射蛍光X線分析装置(特願平1−27
2124号)が提案されており、励起X線の単色化によ
ってバックグランドノイズが低減されて、微量元素の検
出限界が向上するため、特に、IC用の半導体ウエハ上
の微量元素汚染検出の分野で急速に普及している。
【0004】シリコンウエハ上の汚染物質のうち、特
に、Fe、Ni、Cu、Zn、Al、Naなどの元素が
重要な分析対象であり、これらの元素に対する検出感度
を最大に設定するために、従来はW(タングステン)か
ら成る対陰極を備えたX線発生源を用いており、Wの特
性X線のうち、Lβ1線(9.671keV)が励起X
線として使用されている。その理由として、(a)寿命
やX線放射特性などの見地から、対陰極用の材料として
Wが一般に広く用いられており、しかも大電力を印加す
ることが可能である、(b)W−Lβ1線は、ZnのK
吸収端(9.660keV)より高く、しかもWと同様
に高寿命な対陰極材料、たとえばMo、Ag、Rhの主
要な特性X線のうち最も低いエネルギーを有するため、
分析対象元素を励起する励起効率が優れている、等が挙
げられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
集積回路の高密度化に伴い、シリコンウエハの表面汚染
の管理が重要視される傾向にあるため、微量元素の検出
限界をより向上させた分析手法が要求されている。
【0006】従来のWを用いたX線発生源では、W−L
β1線がシリコンウエハに入射すると、汚染物質から発
生する蛍光X線と同時に、ウエハ基板から非常に大きな
蛍光X線(Si−Kα:1.739keV)が発生す
る。そのため、このSi−Kα線に隣接する特性X線
(Al−Kα:1.486keV)を持つアルミニウム
の付着量がごく微量である場合、信号のピークが小さく
なって両者を分離して検出することが困難である。
【0007】また、Si−Kα線のピークから低エネル
ギー側には、検出器が電荷を完全に収集できないことに
起因する大きなバックグランドノイズが発生し、アルミ
ニウムやナトリウム等の軽元素の微量検出を困難にして
いる。
【0008】さらに、W−Lβ1線(9.671ke
V)は、アルミニウムやナトリウム等のK吸収端のエネ
ルギーから大きく離れているため、蛍光X線の励起効率
が悪い。
【0009】本発明の目的は、励起X線としてW−Lβ
1線用いた蛍光分析では検出が困難であった微量元素に
ついて、その検出限界を格段に向上できる蛍光X線分析
装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、W(タングス
テン)材料で構成された陽極を有するX線発生手段と、
前記X線発生手段が発生するX線のうち、W−Mα特性
X線(1.774keV)を分離するためのX線回折手
段と、前記X線回折手段で分離された特性X線をシリコ
ンウエハに照射して、シリコンウエハの汚染物質から発
生する蛍光X線を検出するためのX線検出手段とを備え
ることを特徴とする蛍光X線分析装置である。また本発
明は、汚染物質として、アルミニウムやナトリウムを分
析対象とすることを特徴とする。また本発明は、シリコ
ンウエハ表面で全反射するようにX線を照射し、シリコ
ンウエハから全反射以外の方向に発生する蛍光X線を検
出することを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明に従えば、励起X線として使用されるW
−Mα特性X線(1.774keV)は、ウエハ基板を
構成するシリコンのK吸収端(1.840keV)より
エネルギーが低いため、シリコンの蛍光X線が発生しな
くなる。また、W−Mα特性X線は、アルミニウムのK
吸収端(1.560keV)、ナトリウムのK吸収端
(1.071keV)等より、僅かに高エネルギー側に
位置するため、蛍光X線の励起効率が格段に高くなる。
その結果、アルミニウム、ナトリウム等の軽元素に対し
て、主なバックグランドノイズの要因となっていたSi
−Kα線が抑制され、分析対象元素の信号が良好に分離
可能になり、感度および信号S/N比を格段に向上させ
ることができる。
【0012】また、W−Mα特性X線を分離するための
X線回折手段を備えることによって、バックグランドノ
イズの原因となる散乱線が極めて少なく、かつX線強度
が強いW−Mα線が得られる。
【0013】さらに、シリコンウエハ表面で全反射する
ようにX線を照射し、シリコンウエハから全反射以外の
方向に発生する蛍光X線を検出することによって、シリ
コンウエハの表面近傍だけを分析することが可能にな
り、特に表面の汚染元素の特定が容易になる。
【0014】
【実施例】図1は、本発明の一実施例である蛍光X線分
析装置1の構成を示すブロック図である。この蛍光X線
分析装置1は、金属製基体の表面にW(タングステン)
から成るX線発生層が形成され、または全体がWで形成
された回転対陰極(回転陽極)11および電子線を発生
するフィラメント12などから成るX線発生器10と、
X線発生器10から発生するWの特性X線3からW−M
αの特性X線4を分離するための分光結晶13およびコ
リメータ14、15と、特性X線4がシリコンウエハ2
に入射し、その表面で全反射してスリット16を通過し
たX線の強度を計測するためのシンチレーションカウン
タなどのX線カウンタ17と、シリコンウエハ2から発
生した蛍光X線5を検出するためのリチウムドリフト型
Si検出器などのX線検出器20と、X線検出器20か
ら出力される電荷パルスの時間積分値を波高に持つ階段
状の電圧パルスに変換する前置増幅器21と、前置増幅
器21から出力される電圧パルスの立上がり幅に比例し
た波高を有するパルスに波形整形するための比例増幅器
23と、比例増幅器23から出力される各波高値の計数
率を測定する波高分析器23と、波高分析器23で測定
されたデータを処理して磁気ディスクに格納したり、画
面表示や印刷を行うデータ処理器24と、シリコンウエ
ハ2の三次元位置および配向を決める移動テーブルを駆
動するためのテーブル駆動部25と、データ処理部24
からの指令に基づいてテーブル駆動部25を制御する制
御部26などから構成されている。
【0015】分光結晶13としては、LiF、黄玉石、
Si、NaCl、方解石、Ge、α−石英、黒鉛、In
Sb、ペンタエリトリトールや基板にSi層とW層が交
互に複数堆積したSiW人工累積膜などが用いられ、X
線の入射方向と特定の結晶面の配向を選択することによ
って、特定の波長を持つX線だけを一定方向に回折また
は反射させる働きを有する。さらに、X線検出器20お
よび前置増幅器21は、暗電流や熱雑音の影響を回避す
るため、液体窒素などの冷却手段によって室温より極め
て低い温度に保たれている。また、空気によるX線散乱
の影響によって、散乱X線によるバックグランドの増大
や、空気中のアルゴンの特性X線の発生を防止するた
め、励起X線または蛍光X線が通過する空間は、0.1
Torr以下の真空に保たれることが好ましい。
【0016】次に、この動作について説明する。X線発
生器10において、フィラメント12から発生した電子
線が回転対陰極11に入射すると、Wの特性X線である
Lα線(8.396keV)、Lβ1線(9.671k
eV)、Lβ2線(9.960keV)およびMα線
(1.774keV)ならびに白色X線が発生する。こ
のような特性X線3が、たとえばLiFから成る分光結
晶13に角度θで入射すると、結晶面(200)でたと
えばW−Mα線だけが角度θで反射して分離される。こ
うして、励起X線が単色化されることによって、バック
グランドを構成する散乱線強度の低減化を図ることがで
きる。分離されたW−Mα特性X線4は、コリメータ1
4、15を通過して、シリコンウエハ2に極めて低い角
度、たとえば0.1度以下の角度で入射する。こうし
て、シリコンウエハ2の表面近傍に存在する元素、特に
表面汚染元素のうち、たとえばW−Mα線より低いK吸
収端を有する元素、たとえばFe、Ni、Cu、Zn、
Al、Naが励起されて、各元素に特有の蛍光X線5が
発生する。
【0017】シリコンウエハ2の汚染元素から発生した
蛍光X線5は、X線検出器20で検出されて、X線光子
のエネルギーに応じた電子・正孔対に変換されるため、
その出力信号の強さは、検出したX線光子のエネルギー
に比例する。したがって、X線検出器20の出力信号の
強さを測定することによって、蛍光X線5のエネルギー
スペクトルを得ることが可能となる。
【0018】次の前置増幅器21は、入出力間に静電容
量による負帰還回路を備え、入力電荷パルスの時間積分
値を波高に持つ階段状の電圧パルスに変換する。次の比
例増幅器22は、雑音除去のためのたとえばガウシアン
型のフィルタと、短時間に2つ以上のX線光子が入射す
るパイルアップを除去するパイルアップリジェクタなど
を備え、前置増幅器21の電圧パルスの立上がり幅に比
例した波高を有するパルス信号に変換する。次の波高分
析器23は、たとえばウイルキンソン型A/D変換器を
備え、入力パルスの波高値に比例した数のクロックパル
スに変換し、クロックパルスの数に対応した特定のチャ
ネル毎に計数を行ってメモリに格納する。そして、メモ
リに蓄えられたデータが、データ処理器24によって横
軸にチャネル(エネルギー)、縦軸に計数値を示すエネ
ルギースペクトルに変換される。こうして、得られたエ
ネルギースペクトルを分析することによって、シリコン
ウエハ2の特定領域に関する元素組成が判明するととも
に、テーブル駆動部25によってシリコンウエハ2を走
査することによってシリコンウエハ2の汚染マップを作
成することができる。
【0019】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、シ
リコンウエハの汚染元素を蛍光X線で分析する場合、W
−Lβ1線を励起X線として使用したものと比べて、シ
リコンウエハ基板の影響を回避でき、しかも蛍光X線の
変換効率が高くなる。したがって、分析するX線スペク
トルでのバックグランドやノイズ線の影響が少なくな
り、アルミニウムやナトリウムなどの微量元素の検出限
界を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である蛍光X線分析装置1の
構成を示すブロック図である。
【符号の説明】 1 蛍光X線分析装置 2 シリコンウエハ 3、4 特性X線 5 蛍光X線 10、10a X線発生器 11 回転対陰極 12 フィラメント 13 分光結晶 14、15 コリメータ 16 スリット 17 X線カウンタ 20 X線検出器 21 前置増幅器 22 比例増幅器 23 波高分析器 24 データ処理器 25 テーブル駆動部 26 制御部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 W(タングステン)材料で構成された陽
    極を有するX線発生手段と、 前記X線発生手段が発生するX線のうち、W−Mα特性
    X線を分離するためのX線回折手段と、 前記X線回折手段で分離された特性X線をシリコンウエ
    ハに照射して、シリコンウエハの汚染物質から発生する
    蛍光X線を検出するためのX線検出手段とを備えること
    を特徴とする蛍光X線分析装置。
  2. 【請求項2】 汚染物質として、アルミニウムやナトリ
    ウムを分析対象とすることを特徴とする請求項1記載の
    蛍光X線分析装置。
  3. 【請求項3】 シリコンウエハ表面で全反射するように
    X線を照射し、シリコンウエハから全反射以外の方向に
    発生する蛍光X線を検出することを特徴とする請求項1
    記載の蛍光X線分析装置。
JP25699994A 1994-10-21 1994-10-21 蛍光x線分析装置 Pending JPH08122281A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001165875A (ja) * 1999-10-07 2001-06-22 Gemetec Ges Fuer Messtechnik & Technologie Mbh 大型ウエーハ表面用検出器
JP2006053012A (ja) * 2004-08-11 2006-02-23 Technos Kenkyusho:Kk 蛍光x線分析装置

Cited By (3)

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JP4537149B2 (ja) * 2004-08-11 2010-09-01 株式会社リガク 蛍光x線分析方法

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