JPH08274137A - 全反射角度設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】半導体基板表面の局所的な範囲で全反射角度を
設定し、全反射蛍光Ｘ線分析における角度を正確に設定
でき、測定値の精度を上げる。 【構成】ステージ１６上の半導体基板１４は、ステージ
１６は支持台１５の内部に組み込まれたステッピングモ
ータによって上下に動き、また半導体基板１４をＸ線ビ
ーム１２に対して任意の角度に設定できる。Ｘ線源１１
からシンチレーションカウンタ１３に向かってＸ線ビー
ム１２が照射される。Ｘ線ビーム１２と同時にマイクロ
波がマイクロ波発生装置１７から半導体基板１４に照射
される。半導体基板１４に照射されたマイクロ波は半導
体基板１４の表面で励起された電子によって反射され、
マイクロ波検出器１８で検出される。マイクロ波の反射
強度の変化から全反射臨界角を得てこれを基準位置と
し、Ｘ線ビーム１２に対する半導体基板１４の角度が小
さくなる方向へステージ１６を傾斜させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体表面の不純物濃
度を測定する全反射蛍光Ｘ線分析方法における全反射角
度設定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造分野では微細加工
技術がさらに進み、それにともなってデバイス特性に悪
影響を及ぼす重金属汚染を低減する必要性がますます高
まっている。重金属は主にデバイス製造過程で半導体基
板表面から侵入すると考えられるので、半導体基板表面
の重金属濃度を測定する技術が重要になってきた。近
年、全反射蛍光Ｘ線分析装置が開発され、半導体基板表
面近傍の重金属元素の種類を特定し、その表面濃度を定
量的に得るために用いられている。

【０００３】図４は従来の全反射蛍光Ｘ線分析方法にお
ける全反射角度設定方法を示すものである。図４におい
て、１はＸ線源である。２はＸ線源１から照射されたＸ
線ビーム、３はＸ線ビーム２の強度を測定するシンチレ
ーションカウンタ、４はＸ線ビーム２が照射されるべき
半導体基板、５は半導体基板４を支持する支持台、６は
半導体基板４を載せるステージである。支持台５はステ
ージ６を上下に動かすことができ、さらに支持台５の内
部に組み込まれたステッピングモータ（図示せず）によ
って半導体基板４をＸ線ビーム２に対して、十分な精度
で任意の角度に設定することができる。

【０００４】以下その動作について説明する。まず、Ｘ
線源１からＸ線ビーム２がシンチレーションカウンタ３
に向かって照射される。このとき半導体基板４を載せた
ステージ６はＸ線ビーム２より下側に位置しており、半
導体基板４を載せたステージ６はＸ線ビーム２と平行に
なるように位置を調整されている。次にステージ６は徐
々に上側にせり上がる。このときシンチレーションカウ
ンタ３でＸ線ビーム２の強度変化をモニタすると、半導
体基板４を載せたステージ６がせり上がって、Ｘ線ビー
ム２を横切るとシンチレーションカウンタ３で得られる
Ｘ線強度は急激に小さくなる。したがって、シンチレー
ションカウンタ３でモニタされるＸ線強度が急激に小さ
くなったときが、ちょうどＸ線ビーム２と半導体基板４
の表面が接触したときである。このときの半導体基板４
およびステージ６の位置を原点位置と呼ぶことにする。
半導体基板４としてシリコン基板を用い、Ｘ線ビーム２
としてタングステン−Ｌβ線を用いた場合、その全反射
角度は約０.１８度である。原点位置を検出した後、支
持台５に組み込まれているステッピングモータによっ
て、適当なステップ数だけステージ６を傾斜させること
によって、Ｘ線ビーム２に対する半導体基板４の角度を
任意に設定することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような方法では、半導体基板４が反っていたり、また半
導体基板４の表面に凹凸があった場合には、半導体基板
４の表面の凹凸の中で最も高い位置を原点位置として検
出してしまい、実際に全反射蛍光Ｘ線分析を行う局所的
な範囲（約１ｃｍ角）では、Ｘ線ビーム２と半導体基板
４の表面が接触していなかったり、またはＸ線ビーム２
がすでに半導体基板４に侵入した状態になっているとい
う問題点を有していた。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑み、半導体基板の
表面の局所的な範囲で全反射角度の設定が可能となる全
反射角度設定方法を提供することを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の全反射角度設定方法は、半導体基板に連続的
かつ同時にＸ線ビームとマイクロ波を照射し、前記Ｘ線
ビームに対する前記半導体基板の角度を変化させなが
ら、前記半導体基板表面に励起された電子により反射さ
れたマイクロ波の反射強度変化を測定する。

【０００８】さらに前記角度に対する前記マイクロ波の
反射強度の微分値を計算し、微分値が０となる角度を求
める。その角度を基準として所望する全反射角度に設定
するものである。

【０００９】

【作用】本発明の全反射角度設定方法は、半導体基板に
連続的かつ同時にＸ線ビームとマイクロ波を照射しなが
ら、Ｘ線ビームに対して半導体基板を傾斜させる。Ｘ線
ビームは半導体基板の表面近傍の電子を励起する。電子
によって反射されたマイクロ波の強度を測定する。反射
されたマイクロ波の強度は、励起された電子の密度に比
例し、また電子の密度は半導体基板の表面でのＸ線強度
に比例する。Ｘ線強度は、Ｘ線ビームに対する半導体基
板の角度によって決まる。したがって、マイクロ波の反
射強度の角度依存性を調べることによって、Ｘ線ビーム
に対する半導体基板の角度を知ることができる。全反射
臨界角ではマイクロ波の強度に特徴的な変化が現われる
ため、この変化を検出することによって全反射臨界角を
得ることができる。その後、全反射臨界角を基準とし
て、所望する全反射角度に設定することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図１、図
２、および図３を参照して説明する。

【００１１】図示のようにＸ線源１１と、このＸ線源１
１に対向するシンチレーションカウンタ１３を備え、Ｘ
線源１１からＸ線ビーム１２がシンチレーションカウン
タ１３に向かって照射される。Ｘ線ビーム１２の下方に
は、予めステージ１６に載せた半導体基板１４を位置さ
せており、そして半導体基板１４を載せたステージ１６
はＸ線ビーム１２と平行になるように位置を調整されて
いる。

【００１２】次にステージ１６は徐々に上側にせり上が
る。このときシンチレーションカウンタ１３でＸ線ビー
ム１２の強度変化をモニタすると、半導体基板１４を載
せたステージ１６がせり上がって半導体基板１４がＸ線
ビーム１２を横切った瞬間に、シンチレーションカウン
タ１３で得られるＸ線強度は小さくなる。したがって、
シンチレーションカウンタ１３でモニタされるＸ線強度
が急激に小さくなった位置が、ちょうどＸ線ビーム１２
と半導体基板１４の表面の最も高い箇所が接触した位置
である。このときの半導体基板１４およびステージ１６
の位置を原点位置と呼ぶことにする。ここまでの手順は
従来の技術と同様である。

【００１３】本実施例の特徴は、マイクロ波発生装置１
７とマイクロ波検出器１８を半導体基板１４の上部に設
置している。そしてマイクロ波発生装置１７から半導体
基板１４に対してほぼ垂直な角度でマイクロ波（振動数
は約１０ＧＨｚ）を照射する。マイクロ波を半導体基板
１４に連続的に照射しながら、支持台１５の内部に組み
込まれたステッピングモータ（図示せず）によって、Ｘ
線ビーム１２に対する半導体基板１４の角度が深くなる
方向にステージ１６を原点位置から傾斜させていく。傾
斜させていくステップは、理論的に求められる全反射臨
界角の１／２０程度毎が適当である。

【００１４】Ｘ線ビーム１２に対して半導体基板１４が
傾斜すると、Ｘ線ビーム１２が照射された箇所（約１ｃ
ｍ角）では電子が励起される。励起される電子の密度
は、半導体基板１４の表面におけるＸ線強度に比例す
る。マイクロ波発生装置１７から半導体基板１４に照射
されたマイクロ波は半導体基板１４の表面で励起された
電子によって反射される。反射されたマイクロ波はマイ
クロ波検出器１８で検出される。

【００１５】図２は、半導体基板１４の表面におけるＸ
線強度を、Ｘ線ビーム１２に対する半導体基板１４の角
度の関数として示したものである。Ｘ線強度は全反射臨
界角で最大強度を示す。すなわち、半導体基板１４の表
面に励起された電子の密度、およびマイクロ波検出器１
８で測定されるマイクロ波の反射強度も図２に示したＸ
線強度の変化と同様に、全反射臨界角で最大強度とな
る。また、この全反射臨界角は極大点でもある。図２に
示したマイクロ波の反射強度の変化から全反射臨界角を
求めることができる。

【００１６】図２から全反射臨界角を正確に求めるため
に、マイクロ波の反射強度を角度で微分する。図３は、
図２で示したマイクロ波の反射強度を角度で微分したも
のである。全反射臨界角、すなわち極大点では、その微
分値が０になるため、全反射臨界角の値を正確に知るこ
とができる。以上のような手順で得られた全反射臨界角
は、実際に測定する領域と同一の局所的な範囲における
臨界角である。この全反射臨界角を得る半導体基板１４
およびステージ１６の位置を基準位置として設定する。

【００１７】半導体基板１４の種類と、Ｘ線ビーム１２
の波長がわかっていれば、全反射臨界角を理論的に求め
ることができる。理論値と実験値はよく一致することが
知られている。したがって、上記の方法で得られた基準
位置は、理論的に求められる全反射臨界角と一致するは
ずであるから、支持台１５に組み込まれているステッピ
ングモータで、Ｘ線ビーム１２に対する半導体基板１４
の角度が小さくなる方向へ適当なステップ数だけステー
ジ１６を傾斜させることによって、所望する全反射角度
に設定することができる。

【００１８】

【発明の効果】以上の実施例の説明より明らかなよう
に、本発明は半導体基板に連続的かつ同時にＸ線とマイ
クロ波を照射して半導体基板表面に電子を励起し、Ｘ線
に対する半導体基板の角度を変化させながらマイクロ波
の反射強度変化を測定することにより、局所的な範囲
（約１ｃｍ角）で全反射臨界角を正確に検知することが
できる。この全反射角臨界角を基準として、所望する全
反射角に設定することができる。

【００１９】そして本発明の全反射角度設定方法を用い
ることにより、全反射蛍光Ｘ線分析における角度が、実
際に測定する局所的な範囲で正確に設定できるようにな
るため、測定値の精度および信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における全反射角度設定方法
を示す概略図

【図２】Ｘ線ビームと半導体基板のなす角度を横軸にと
った半導体基板表面でのＸ線強度およびマイクロ波の反
射強度を示す図

【図３】半導体基板表面のＸ線強度およびマイクロ波の
反射強度を角度で微分した後の図

【図４】従来の全反射角度設定方法を示す概略図

【符号の説明】

１１ Ｘ線源 １２ Ｘ線ビーム １３ シンチレーションカウンタ １４ 半導体基板 １５ 支持台 １６ ステージ １７ マイクロ波発生装置 １８ マイクロ波検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板に連続的かつ同時にＸ線とマ
   イクロ波を照射し、前記Ｘ線に対する前記半導体基板の
   角度を変化させながら、前記半導体基板中に励起された
   電子により反射されたマイクロ波の反射強度変化を測定
   することを特徴とする全反射角度設定方法。
2. 【請求項２】 前記角度に対する前記マイクロ波の反射
   強度変化の微分値を計算し、微分値が０となる角度を求
   めることを特徴とする請求項１記載の全反射角度設定方
   法。