JPH0933460A - Apparatus and method for evaluating semiconductor - Google Patents

Apparatus and method for evaluating semiconductor

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JPH0933460A
JPH0933460A JP18920595A JP18920595A JPH0933460A JP H0933460 A JPH0933460 A JP H0933460A JP 18920595 A JP18920595 A JP 18920595A JP 18920595 A JP18920595 A JP 18920595A JP H0933460 A JPH0933460 A JP H0933460A
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JP
Japan
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ray
semiconductor
wafer
semiconductor wafer
impurities
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JP18920595A
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Japanese (ja)
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Norihiko Tsuchiya
憲彦 土屋
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To evaluate an in-plane distribution of impurities in a short time, by detecting fluorescent X rays generated from a surface of a semiconductor wafer. SOLUTION: When a semiconductor wafer 3 is arranged on a holder 5 within a measuring chamber 1, a monochromatic light of a specific wavelength enters a surface of the wafer 3 from an incidence optical system 7, whereby fluorescent X rays corresponding to a concentration of impurities to a depth where the incident light can enter from the surface of the wafer 3 are generated. As a result, a photosensitive surface of an imaging plate 11 (referred to as an IP herein) immediately above the wafer 3 is exposed to the X rays correspondingly to an intensity of the fluorescent X rays. At this time, as a distance between the IP 11 and the wafer 3 is smaller, a positional resolving power for an in-plane distribution of impurities can be improved more. The distribution of impurities within the surface plane of the wafer 3 is thus obtained by evaluating the photosensitive surface of the exposed IP 11. When the invention is employed in an actual production line, the contamination of the wafer 3 in a manufacturing process of semiconductor elements can be controlled.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハ表
面の微量不純物分析に使用される半導体評価装置及びそ
の評価方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor evaluation apparatus used for analyzing trace impurities on the surface of a semiconductor wafer and an evaluation method therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイスの微細化・高集積化・薄
膜化に伴い、半導体ウェーハの表面汚染がゲート酸化膜
の耐圧劣化など特性に深刻な影響を及ぼすようになって
きている。このため、不良原因となる不純物を検出する
分析技術の開発が、デバイス開発に不可欠となってい
る。しかし、これらの問題を引き起こす不純物濃度は、
デバイスの高集積化とともに低レベルとなり、現在では
109 atoms/cm2 以下に抑えることが必要となってい
る。
2. Description of the Related Art With the miniaturization, high integration and thinning of semiconductor devices, surface contamination of semiconductor wafers has come to seriously affect characteristics such as deterioration of breakdown voltage of a gate oxide film. Therefore, development of an analysis technique for detecting impurities that cause defects is indispensable for device development. However, the impurity concentration that causes these problems is
As the device becomes more highly integrated, the level becomes lower, and it is now necessary to keep it below 10 9 atoms / cm 2 .

【0003】従来より、半導体ウェーハ表面の微量不純
物分析法としては、全反射蛍光X線分析法(Total refle
ction X-Ray Fluorescence、以下、TXRF法と称す
る。)が用いられている (松下、土屋:日経マイクロデ
バイス、1990年10月号pp99〜106) 。TXR
F法は、ウェーハ表面の不純物を非破壊で評価すること
ができ、さらに不純物のウェーハ面内分布まで評価する
ことができるという特徴を持っている。しかしながら、
検出感度は109 〜1010atoms/cm2 であり、現在のレ
ベルに対しては十分ではなくなってきている。
Conventionally, as a method for analyzing trace impurities on the surface of a semiconductor wafer, total reflection X-ray fluorescence analysis (Total reflec
ction X-Ray Fluorescence, hereinafter referred to as the TXRF method. ) Is used (Matsushita, Tsuchiya: Nikkei Microdevice, October 1990 issue, pp99-106). TXR
The F method is characterized in that impurities on the wafer surface can be evaluated nondestructively and further the distribution of impurities in the wafer surface can be evaluated. However,
The detection sensitivity is 10 9 to 10 10 atoms / cm 2 , which is not sufficient for the current level.

【0004】このため、108 atoms/cm2 の検出感度を
持ち、ウェーハ面内分布が評価できるラジオルミノグラ
フィ法 (Radioluminography 、以下、RLG法と称す
る。)が提案されている (村岡:第22回超LSIウル
トラクリーンテクノロジーシンポジウム予稿集、pp28
7〜296) 。RLG法は、64Cu等の放射性同位元素
を半導体ウェーハ表面の不純物に吸着させ、この放射性
同位元素から発生する放射線をイメージングプレート
(Imaging Plate 、以下、IPと称する。) と呼ばれる
放射線に感光する板に記録することによりウェーハ表面
の不純物を検出する方法である。
Therefore, a radioluminography method (hereinafter referred to as RLG method) having a detection sensitivity of 10 8 atoms / cm 2 and capable of evaluating the in-plane distribution of a wafer has been proposed (Muraoka: No. 22). Proceedings of the 28th Ultra LSI Ultra Clean Technology Symposium, pp28
7-296). The RLG method is a method in which a radioactive isotope such as 64 Cu is adsorbed by impurities on the surface of a semiconductor wafer, and radiation generated from this radioactive isotope is imaged on an imaging plate.
This is a method of detecting impurities on the wafer surface by recording on a radiation-sensitive plate called “Imaging Plate” (hereinafter referred to as “IP”).

【0005】しかし、実際の生産ラインにおいて放射性
同位元素を半導体ウェーハに吸着させることは不可能で
あり、現状では実際の生産ラインで使用するに問題があ
る。また、不純物の種類を識別することも不可能であ
る。
However, it is impossible to adsorb the radioactive isotope on the semiconductor wafer in the actual production line, and there is a problem in using it in the actual production line at present. It is also impossible to identify the type of impurities.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来のTXRF法は、現在必要とされている不純物濃度
のレベルを評価するには検出感度が十分ではなく、一
方、従来のRLG法は、実際の生産ラインでは使用でき
ず、また不純物の種類を識別することもできなかった。
As described above,
The conventional TXRF method does not have sufficient detection sensitivity to evaluate the level of impurity concentration currently required, while the conventional RLG method cannot be used in an actual production line, and the type of impurities is I could not identify.

【0007】本発明は上記事情に鑑みて成されたもので
あり、その目的は、実際の生産ラインにおいて、半導体
ウェーハ表面の不純物を109 atoms/cm2 以下のレベル
の検出感度で分析を行うことができ、かつ不純物を識別
することができる半導体評価装置及びその評価方法を提
供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to analyze impurities on the surface of a semiconductor wafer with a detection sensitivity of a level of 10 9 atoms / cm 2 or less in an actual production line. It is an object of the present invention to provide a semiconductor evaluation apparatus and an evaluation method therefor capable of identifying impurities.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに第1の発明は、半導体ウェーハの評価が行われる測
定室と、前記測定室内に設置され、前記半導体ウェーハ
を固定する保持器と、前記半導体ウェーハ表面に任意の
波長のX線束を入射する入射光学手段と、前記X線束の
入射角度及び前記半導体ウェーハの位置を調整する調整
手段と、前記半導体ウェーハ表面から発生する蛍光X線
を検出するX線検出手段を具備することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is to provide a measuring chamber in which a semiconductor wafer is evaluated, and a holder installed in the measuring chamber for fixing the semiconductor wafer. An incident optical means for injecting an X-ray flux of an arbitrary wavelength on the surface of the semiconductor wafer, an adjusting means for adjusting an incident angle of the X-ray flux and a position of the semiconductor wafer, and a fluorescent X-ray generated from the surface of the semiconductor wafer. An X-ray detecting means for detecting is provided.

【0009】第2の発明は、前記入射光学手段が、X線
源と、前記X線源が発生させるX線から特定波長の単色
光だけを取り出すモノクロメータを有し、前記X線源の
X線管ターゲット材が交換可能であることを特徴とす
る。
In a second invention, the incident optical means has an X-ray source and a monochromator for extracting only monochromatic light of a specific wavelength from the X-rays generated by the X-ray source, and the X-ray of the X-ray source. It is characterized in that the wire tube target material is replaceable.

【0010】第3の発明は、前記入射光学手段が、X線
源と、前記X線源が発生させるX線から特定波長の単色
光だけを取り出すモノクロメータを有し、前記モノクロ
メータが回転可能であることを特徴とする。
In a third aspect of the invention, the incident optical means has an X-ray source and a monochromator for extracting only monochromatic light of a specific wavelength from the X-ray generated by the X-ray source, and the monochromator is rotatable. Is characterized in that.

【0011】第4の発明は、前記入射光学手段が、X線
源と、前記X線源が発生させるX線から特定波長の単色
光だけを取り出すモノクロメータと、前記X線源が発生
させるX線から特定波長成分以外の不要な短波長成分を
削除する全反射ミラーを有することを特徴とする。
In a fourth aspect of the invention, the incident optical means includes an X-ray source, a monochromator for extracting only monochromatic light of a specific wavelength from the X-ray generated by the X-ray source, and an X-ray generated by the X-ray source. It is characterized by having a total reflection mirror that removes unnecessary short wavelength components other than the specific wavelength component from the line.

【0012】第5の発明は、前記半導体ウェーハ表面と
前記X線検出手段の間に吸収材を挿入することを特徴と
する。
A fifth aspect of the invention is characterized in that an absorbing material is inserted between the surface of the semiconductor wafer and the X-ray detecting means.

【0013】第6の発明は、前記第1の発明の半導体評
価装置を用いて分析試料表面の不純物を評価する半導体
評価方法において、前記分析試料と構造、方位及び組成
が同じである半導体ウェーハを表面清浄して比較試料を
作製し、前記分析試料の測定結果から前記比較試料の測
定結果を減算することにより分析試料の評価を行うこと
を特徴とする。
A sixth invention is a semiconductor evaluation method for evaluating impurities on the surface of an analysis sample by using the semiconductor evaluation apparatus of the first invention, wherein a semiconductor wafer having the same structure, orientation and composition as the analysis sample is used. The surface of the analytical sample is cleaned to prepare a comparative sample, and the analytical sample is evaluated by subtracting the measured result of the comparative sample from the measured result of the analytical sample.

【0014】上記構成によれば、X線検出手段が半導体
ウェーハから発生する蛍光X線の強度を一括でウェーハ
全面について検知するので、短時間で不純物の面内分布
を評価することができ、また検出感度及び分解能を向上
させることができる。
According to the above construction, the X-ray detecting means collectively detects the intensity of the fluorescent X-rays generated from the semiconductor wafer over the entire surface of the wafer, so that the in-plane distribution of impurities can be evaluated in a short time. The detection sensitivity and resolution can be improved.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
に係る半導体評価装置について図面を用いて説明する。
図1は、本実施の形態に係る半導体評価装置の構成を示
す図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor evaluation device according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor evaluation device according to the present embodiment.

【0016】図1において、本実施の形態に係る半導体
評価装置は、半導体ウェーハ3の評価が行われる測定チ
ャンバ1と、半導体ウェーハ3を固定する保持器5と、
半導体ウェーハ3表面に単色光のX線束を入射する入射
光学系7と、前記X線束の入射幅を調整するための可変
スリット9と、半導体ウェーハ3直上に設置されるIP
11と、IP11を格納するIP用カセット13と、半
導体ウェーハ3の座標及び角度を調整する制御装置15
と、制御装置15を管理するコンピュータ17と、半導
体ウェーハ3表面における前記X線束の反射状態をモニ
ターするシンチレーションカウンタ19を有している。
In FIG. 1, the semiconductor evaluation apparatus according to the present embodiment comprises a measurement chamber 1 in which a semiconductor wafer 3 is evaluated, a holder 5 for fixing the semiconductor wafer 3, and a holder 5.
An incident optical system 7 for injecting an X-ray flux of monochromatic light on the surface of the semiconductor wafer 3, a variable slit 9 for adjusting the incident width of the X-ray flux, and an IP installed directly on the semiconductor wafer 3.
11, an IP cassette 13 that stores the IP 11, and a controller 15 that adjusts the coordinates and angle of the semiconductor wafer 3.
And a computer 17 that manages the controller 15, and a scintillation counter 19 that monitors the reflection state of the X-ray flux on the surface of the semiconductor wafer 3.

【0017】測定チャンバ1内は、通常大気であるが、
NaやAlのような軽元素の不純物を分析する際には、
空気による蛍光X線の吸収を防ぐために真空状態とする
場合もある。
The inside of the measurement chamber 1 is usually atmospheric air,
When analyzing impurities of light elements such as Na and Al,
A vacuum state may be used to prevent absorption of fluorescent X-rays by air.

【0018】保持器5は、半導体ウェーハ3を固定する
ためのチャックを備えており、半導体ウェーハ3を確実
に固定する。
The holder 5 is provided with a chuck for fixing the semiconductor wafer 3 and securely fixes the semiconductor wafer 3.

【0019】入射光学系7は、図2 (a) 、 (b) 、
(c) に示すような3つの機構から選ばれる1つ若しく
は少なくとも2つ以上を組み合わせた機構から構成さ
れ、半導体ウェーハ3表面に任意の波長の単色光を入射
することができる。図2 (a) に示す機構は、W (タン
グステン) 回転対陰極を発生源とするX線源 (60kV/
500mA) 21と、X線源21が発生させるX線から特
定波長の単色光だけを取り出すモノクロメータ23を有
しており、X線源21はモノクロメータ21に所望の入
射角度のX線を入射することができるように移動が可能
であり、またモノクロメータ21も任意の波長の単色光
を取り出すことができるように回転可能となっている。
図2 (b) に示す機構は、上記X線源21と、上記モノ
クロメータ23と、X線源21が発生させるX線から特
定波長成分以外の不要な短波長成分を削除する全反射ミ
ラー25を有している。図2 (c) に示す機構は、上記
X線源21と、上記モノクロメータ23を有しており、
X線源21のX線管ターゲット材27は必要とする波長
の単色光を得ることができるように交換可能となってい
る。
The incident optical system 7 is shown in FIGS. 2 (a), (b),
It is composed of one or a combination of at least two selected from the three mechanisms shown in (c), and monochromatic light of an arbitrary wavelength can be incident on the surface of the semiconductor wafer 3. The mechanism shown in Fig. 2 (a) is an X-ray source (60kV / 60kV /
500 mA) 21 and a monochromator 23 that extracts only monochromatic light of a specific wavelength from the X-rays generated by the X-ray source 21. The monochromator 21 is also rotatable so that monochromatic light of an arbitrary wavelength can be extracted.
The mechanism shown in FIG. 2B is a total reflection mirror 25 that removes unnecessary short wavelength components other than the specific wavelength component from the X-ray source 21, the monochromator 23, and the X-rays generated by the X-ray source 21. have. The mechanism shown in FIG. 2 (c) has the X-ray source 21 and the monochromator 23,
The X-ray tube target material 27 of the X-ray source 21 is replaceable so that monochromatic light of a required wavelength can be obtained.

【0020】IP11は、半導体ウェーハ3から発生す
る蛍光X線により感光し、蛍光X線の強度のウェーハ面
内分布を検出し記憶するものである。なお、IP11に
代わるX線検出媒体としては、X線フィルム、マルチチ
ャネルプレート、CCD等を用いることができる。
The IP 11 is for being exposed to fluorescent X-rays generated from the semiconductor wafer 3 to detect and store the in-wafer distribution of the intensity of the fluorescent X-rays. An X-ray film, a multi-channel plate, a CCD or the like can be used as the X-ray detection medium replacing the IP11.

【0021】制御装置15、コンピュータ17及びシン
チレーションカウンタ19は、入射光学系7からの単色
光が半導体ウェーハ3表面に0度〜1度の低角度で正確
に入射し、かつ全反射するように保持器5の角度・座標
を調整する。
The controller 15, the computer 17 and the scintillation counter 19 are held so that the monochromatic light from the incident optical system 7 is accurately incident on the surface of the semiconductor wafer 3 at a low angle of 0 to 1 degree and is totally reflected. Adjust the angle and coordinates of the container 5.

【0022】次に、本実施の形態に係る半導体評価装置
の動作について説明する。
Next, the operation of the semiconductor evaluation apparatus according to this embodiment will be described.

【0023】半導体ウェーハ3が測定チャンバ1内の保
持器5上に配置されると、入射光学系7から所望の波長
の単色光が半導体ウェーハ3表面に入射する。制御装置
15及びコンピュータ17は入射角度を0度〜1度の範
囲で設定し、半導体ウェーハ3表面に入射光が照射され
るように保持器5の座標を移動させる。この時、制御装
置15、コンピュータ17及びシンチレーションカウン
タ19により入射光は半導体ウェーハ3表面で全反射す
るように調整される。なお、入射角度を0.01度と小
さくすることで半導体ウェーハ3表面全体を一括して照
射することが可能となり、また、半導体ウェーハ3自体
からの蛍光X線及び入射光の散乱を弱めることができ
る。一方、入射角度を1度以上すると、半導体ウェーハ
3内での散乱X線強度が高くなり、表面近傍の不純物の
蛍光X線強度は相対的に低くなってしまうので、入射角
度は1度以下とすることが必要である。
When the semiconductor wafer 3 is placed on the holder 5 in the measuring chamber 1, monochromatic light having a desired wavelength is incident on the surface of the semiconductor wafer 3 from the incident optical system 7. The controller 15 and the computer 17 set the incident angle in the range of 0 to 1 degree, and move the coordinates of the holder 5 so that the incident light is irradiated on the surface of the semiconductor wafer 3. At this time, the controller 15, the computer 17, and the scintillation counter 19 adjust the incident light so that the incident light is totally reflected on the surface of the semiconductor wafer 3. By reducing the incident angle to 0.01 degree, it becomes possible to irradiate the entire surface of the semiconductor wafer 3 in a lump, and it is possible to weaken the scattering of fluorescent X-rays and incident light from the semiconductor wafer 3 itself. it can. On the other hand, if the incident angle is 1 degree or more, the scattered X-ray intensity in the semiconductor wafer 3 becomes high, and the fluorescent X-ray intensity of impurities near the surface becomes relatively low, so the incident angle is 1 degree or less. It is necessary to.

【0024】半導体ウェーハ3表面に入射光が入射する
と、半導体ウェーハ3表面から入射光が侵入することが
できる深さまでの不純物濃度に応じた蛍光X線が発生す
る。例えば、半導体ウェーハ3がシリコンウェーハであ
る場合には、入射角度が1度以下の時、入射光の侵入深
さは1μm程度である。
When incident light is incident on the surface of the semiconductor wafer 3, fluorescent X-rays are generated according to the impurity concentration up to the depth at which the incident light can penetrate from the surface of the semiconductor wafer 3. For example, when the semiconductor wafer 3 is a silicon wafer, when the incident angle is 1 degree or less, the penetration depth of incident light is about 1 μm.

【0025】半導体ウェーハ3表面から蛍光X線が発生
すると、半導体ウェーハ3直上に配置されているIP1
1の感光面はその蛍光X線の強度に応じて感光する。こ
の時、IP11と半導体ウェーハ3の距離が近いほど不
純物のウェーハ面内分布の位置分解能は向上させること
ができる。なお、入射光により直接IP11の感光面が
感光しないように、可変スリット9により入射幅を調整
する必要がある。
When fluorescent X-rays are generated from the surface of the semiconductor wafer 3, the IP1 placed directly above the semiconductor wafer 3
The photosensitive surface of No. 1 is exposed according to the intensity of the fluorescent X-ray. At this time, as the distance between the IP11 and the semiconductor wafer 3 is shorter, the positional resolution of the in-wafer distribution of impurities can be improved. The incident width needs to be adjusted by the variable slit 9 so that the photosensitive surface of the IP 11 is not directly exposed to the incident light.

【0026】このようにして感光したIP11の感光面
を評価することにより、半導体ウェーハ3表面の不純物
のウェーハ面内分布を得ることができる。
By evaluating the photosensitive surface of the IP11 thus exposed, the in-wafer distribution of impurities on the surface of the semiconductor wafer 3 can be obtained.

【0027】次に、本実施の形態に係る半導体評価装置
と従来の全反射蛍光X線分析装置による比較実験結果の
結果を示す。
Next, the results of comparative experiments by the semiconductor evaluation apparatus according to this embodiment and the conventional total reflection X-ray fluorescence analysis apparatus will be shown.

【0028】試料は125mmφのシリコンウェーハであ
り、その切断面は (001) 面、そのオリエンテーショ
ンフラットは[110]方向に平行に切断されている。
これら結晶面、結晶方向の精度は1度以下に制御されて
いる。
The sample is a 125 mmφ silicon wafer, the cut surface is the (001) plane, and the orientation flat is cut parallel to the [110] direction.
The accuracy of these crystal planes and crystal directions is controlled to 1 degree or less.

【0029】上記試料を用いて、ウェーハ表面に1012
atoms/cm2 レベルのCr、Fe、Ni、Cu、Znを吸
着させ汚染したサンプルと、酸及びアルカリの洗浄によ
り極度に表面汚染を抑えたレファレンスをそれぞれ作製
した。
Using the above sample, 10 12 was formed on the wafer surface.
A sample contaminated by adsorbing atoms / cm 2 level of Cr, Fe, Ni, Cu, Zn and a reference with extremely suppressed surface contamination were prepared by washing with acid and alkali.

【0030】図3、図4は従来の全反射蛍光X線分析法
による上記サンプルとレファレンスの分析結果である。
図3 (a) は従来の全反射蛍光X線分析装置による上記
レファレンス表面の各測定元素のスペクトル強度を示す
図、 (b) は従来の全反射蛍光X線分析装置による上記
サンプル表面の各測定元素のスペクトル強度を示す図、
図4 (a) は従来の全反射蛍光X線分析装置による上記
サンプル表面のCuのスペクトル強度の面内分布を示す
図、 (b) は従来の全反射蛍光X線分析装置による上記
サンプル表面のFeのスペクトル強度の面内分布を示す
図である。
FIG. 3 and FIG. 4 show the analysis results of the sample and the reference by the conventional total reflection X-ray fluorescence analysis method.
FIG. 3 (a) is a diagram showing the spectral intensities of the respective measurement elements on the reference surface by a conventional total reflection X-ray fluorescence analyzer, and FIG. 3 (b) is each measurement on the sample surface by a conventional total reflection X-ray fluorescence analyzer. A diagram showing the spectral intensities of the elements,
FIG. 4 (a) is a diagram showing the in-plane distribution of the Cu spectrum intensity on the sample surface by the conventional total reflection X-ray fluorescence analyzer, and FIG. 4 (b) is the sample surface by the conventional total reflection X-ray fluorescence analyzer. It is a figure which shows the in-plane distribution of the spectrum intensity of Fe.

【0031】図3 (a) に示すようにレファレンス表面
ではシリコンウェーハの蛍光X線及び入射光の散乱のみ
観測されているのに対し、 (b) に示すようにサンプル
表面では全汚染元素のスペクトル強度が観測されてい
る。
As shown in FIG. 3 (a), only the fluorescent X-rays of the silicon wafer and the scattering of the incident light are observed on the reference surface, while the spectrum of all the contaminating elements is observed on the sample surface as shown in (b). Intensity is observed.

【0032】このようなスペクトル強度のウェーハ面内
分布を各元素それぞれについて観測した結果の一例が図
4 (a) 、 (b) である。図4 (a) 、 (b) に示す図
は、サンプルのシリコンウェーハの位置を移動させるこ
とにより、ウェーハ全面の評価を行うことにより得るこ
とができる。なお、この評価には1点当たり300秒を
要するので、評価する点の数が多いほど評価時間が長く
なり大口径のウェーハの全面マッピングをするとなると
1〜2日は必要である。また、分解能はこの1点の間隔
となり1cm程度である。
FIGS. 4 (a) and 4 (b) show an example of the results obtained by observing the in-wafer distribution of the spectral intensity for each element. The diagrams shown in FIGS. 4A and 4B can be obtained by moving the position of the sample silicon wafer and evaluating the entire surface of the wafer. Since this evaluation requires 300 seconds per point, the larger the number of points to be evaluated, the longer the evaluation time, and the whole surface mapping of a large-diameter wafer requires 1-2 days. In addition, the resolution is the interval of this one point and is about 1 cm.

【0033】一方、図5は本実施の形態に係る半導体評
価装置による上記サンプルとレファレンスの分析結果で
ある。ここで、入射光としては単色化された特性X線を
用いている。図5 (a) は本実施の形態に係る半導体評
価装置によりレファレンス表面を評価したIP像、
(b) は本実施の形態に係る半導体評価装置によりサン
プル表面を評価したIP像である。
On the other hand, FIG. 5 shows the analysis results of the sample and the reference by the semiconductor evaluation apparatus according to this embodiment. Here, as the incident light, a monochromatic characteristic X-ray is used. FIG. 5A is an IP image in which the reference surface is evaluated by the semiconductor evaluation apparatus according to the present embodiment,
(b) is an IP image in which the sample surface is evaluated by the semiconductor evaluation apparatus according to the present embodiment.

【0034】図5 (a) に示すようにレファレンス表面
ではシリコンウェーハの蛍光X線及び入射光の散乱のみ
観測されているのに対し、 (b) に示すようにサンプル
表面ではウェーハ周辺部に不純物の高濃度領域が観測さ
れている。
As shown in FIG. 5 (a), only the fluorescent X-rays of the silicon wafer and the scattering of incident light are observed on the reference surface, while as shown in FIG. A high concentration region of is observed.

【0035】この評価は1200秒の露光時間で得るこ
とができ、さらに、ウェーハ全面を一括で評価できるの
で、上述した従来の全反射蛍光X線分析法による評価よ
りも格段に短時間で行うことができる。また、分解能も
100μm以下であり従来と比べて著しく向上してい
る。
Since this evaluation can be obtained with an exposure time of 1200 seconds, and the entire surface of the wafer can be evaluated in a lump, it should be carried out in a significantly shorter time than the evaluation by the conventional total reflection fluorescent X-ray analysis method described above. You can Further, the resolution is 100 μm or less, which is remarkably improved as compared with the conventional one.

【0036】ここで、本実施の形態に係る半導体評価装
置で評価する際には、必ず図5 (a) に示すレファレン
ス表面のIP像が必要である。
Here, the IP image of the reference surface shown in FIG. 5 (a) is always necessary when the evaluation is performed by the semiconductor evaluation apparatus according to the present embodiment.

【0037】というのは、図5 (a) に示すように、表
面汚染を抑えたレファレンスのIP像においてもシリコ
ンウェーハの蛍光X線及び入射光の散乱が観測されてし
まうので、図5 (b) に示すIP像においても汚染物質
からの蛍光X線だけではなく上記シリコンウェーハの蛍
光X線及び入射光の散乱も含めて観測されているからで
ある。
As shown in FIG. 5A, scattering of fluorescent X-rays and incident light of the silicon wafer is observed even in the IP image of the reference with suppressed surface contamination. This is because not only the fluorescent X-rays from the contaminants but also the fluorescent X-rays of the silicon wafer and the scattering of the incident light are observed in the IP image shown in ().

【0038】従って、本実施の形態に係る半導体評価装
置でウェーハ表面の不純物有無の判別をする際には、ウ
ェーハ面内のそれぞれの位置について図5 (b) に示す
蛍光X線の強度から図5 (a) に示す蛍光X線の強度を
減算することにより求めることが必要である。また、I
Pからは蛍光X線の強度をPSL値 (Photo-stimulated
luminesceuce) として読み取ることができるので、容
易に蛍光X線の強度をIPから得ることができる。な
お、レファレンスとサンプルとは同結晶方位で作製した
ウェーハで、入射光の入射角度の設定誤差は0.001
度以下であることが必要である。
Therefore, when the presence / absence of impurities on the wafer surface is determined by the semiconductor evaluation apparatus according to the present embodiment, each position on the wafer surface is determined from the intensity of the fluorescent X-ray shown in FIG. 5 (b). It is necessary to obtain it by subtracting the intensity of the fluorescent X-ray shown in 5 (a). Also, I
From P, the intensity of the fluorescent X-ray was measured by the PSL value (Photo-stimulated
Since it can be read as luminesceuce), the intensity of the fluorescent X-ray can be easily obtained from the IP. The reference and the sample are wafers manufactured in the same crystal orientation, and the setting error of the incident angle of the incident light is 0.001.
It must be below the degree.

【0039】次に、本実施の形態に係る半導体評価装置
による汚染元素の識別実験の結果について説明する。な
お、この実験には、図6に示すような、本実施の形態に
係る半導体評価装置に固体検出器29及び計数回路31
を備え、従来の全反射蛍光X線分析も行える半導体評価
装置を用いており、また、サンプル及びレファレンスは
上記実験に使用したものと同じものを使用している。
Next, the result of the contamination element identification experiment by the semiconductor evaluation apparatus according to the present embodiment will be described. In this experiment, as shown in FIG. 6, the solid state detector 29 and the counting circuit 31 are added to the semiconductor evaluation device according to the present embodiment.
In addition, a conventional semiconductor evaluation apparatus capable of performing total reflection X-ray fluorescence analysis is used, and the same sample and reference are used as those used in the above experiment.

【0040】図7は上記半導体評価装置による全反射蛍
光X線分析によるサンプル及びレファレンスの評価結
果、図8は上記半導体評価装置によるIP像を示す図で
ある。図7 (a) 及び図8 (a) はレファレンスの結
果、図7 (b) 及び図8 (b) はサンプルの結果をそれ
ぞれ示している。ここで、入射光は1.9オングストロ
ームの波長の単色光である。
FIG. 7 is a diagram showing the evaluation results of samples and references by total reflection fluorescent X-ray analysis by the semiconductor evaluation device, and FIG. 8 is an IP image by the semiconductor evaluation device. 7 (a) and 8 (a) show the result of the reference, and FIG. 7 (b) and FIG. 8 (b) show the result of the sample, respectively. Here, the incident light is monochromatic light having a wavelength of 1.9 Å.

【0041】図7 (b) に示すように、1.9オングス
トロームの波長の入射光では汚染元素の中でFe及びC
rの蛍光X線のみが発生していることが分かる。
As shown in FIG. 7 (b), Fe and C are among the pollutant elements in the incident light having a wavelength of 1.9 Å.
It can be seen that only r fluorescent X-rays are generated.

【0042】従って、図8 (b) に示すIP像には汚染
元素のうちFe及びCrのみが観測されていることにな
るので、図5 (b) と図8 (b) を比較すれば上記高濃
度領域はFe及びCr以外のNi、CuまたはZnに絞
られることになる。
Therefore, only Fe and Cr among the polluting elements are observed in the IP image shown in FIG. 8B. Therefore, comparing FIG. 5B with FIG. The high concentration region is narrowed down to Ni, Cu or Zn other than Fe and Cr.

【0043】同じようにして、入射光の波長を1.5、
1.6、1.9、2.5オングストロームと変化させ
て、順次Zn、Cu、Ni、Feを除外したIP像を得
ることにより汚染元素の識別を行うことができる。
Similarly, the wavelength of the incident light is 1.5,
Contamination elements can be identified by changing to 1.6, 1.9 and 2.5 angstroms and sequentially obtaining IP images excluding Zn, Cu, Ni and Fe.

【0044】図9は本実施の形態に係る半導体評価装置
のCrの検量線を示す図である。Crの表面濃度を10
8 、109 、1010、1011、1012atoms/cm2 に変化
させたウェーハを評価することにより得たものである。
図9から検出感度は108 atoms/cm2 を達成しているこ
とが確認できた。
FIG. 9 is a diagram showing a Cr calibration curve of the semiconductor evaluation apparatus according to the present embodiment. The surface concentration of Cr is 10
It was obtained by evaluating wafers that had been changed to 8 , 10 9 , 10 10 , 10 11 , 10 12 atoms / cm 2 .
From FIG. 9, it was confirmed that the detection sensitivity reached 10 8 atoms / cm 2 .

【0045】なお、入射光の波長を変化させるのではな
く、ウェーハ表面とIPの間に吸収用のフィルタを入
れ、蛍光X線の吸収材での吸収係数の違いを利用して汚
染元素を識別することもできる。ここで、吸収材として
はシリコン、アモルファスカーボン、高純度石英等の遷
移金属不純物が極微量に制御されている材料、または、
2 、Ar、Kr、Xe等の気体が適している。
It should be noted that instead of changing the wavelength of incident light, a filter for absorption is inserted between the wafer surface and the IP and the contaminant element is identified by utilizing the difference in absorption coefficient of the fluorescent X-ray absorbing material. You can also do it. Here, as the absorbing material, a material in which transition metal impurities such as silicon, amorphous carbon, and high-purity quartz are controlled to an extremely small amount, or
Gases such as N 2 , Ar, Kr and Xe are suitable.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来の全反射蛍光X線分析法に比べて短時間で半導体ウェ
ーハ表面の不純物の面内分布を得ることができる。さら
に、その検出感度及び分解能を大幅に向上させることが
できる。
As described above, according to the present invention, the in-plane distribution of impurities on the surface of a semiconductor wafer can be obtained in a shorter time than the conventional total reflection X-ray fluorescence analysis method. Further, its detection sensitivity and resolution can be greatly improved.

【0047】また、実際の生産ラインで使用することに
より、半導体素子の製造工程における半導体ウェーハの
汚染管理を行うことができる。
Further, by using it in an actual production line, it is possible to control contamination of the semiconductor wafer in the manufacturing process of the semiconductor element.

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

【図1】本実施の形態に係る半導体評価装置の構成を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor evaluation device according to an embodiment.

【図2】図1に示す入射光学系の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an incident optical system shown in FIG.

【図3】(a) は従来の全反射蛍光X線分析装置による
レファレンス表面の各測定元素のスペクトル強度を示す
図、 (b) は従来の全反射蛍光X線分析装置によるサン
プル表面の各測定元素のスペクトル強度を示す図であ
る。
FIG. 3A is a diagram showing the spectral intensities of respective measurement elements on a reference surface by a conventional total reflection X-ray fluorescence analyzer, and FIG. 3B is each measurement on a sample surface by a conventional total reflection X-ray fluorescence analyzer. It is a figure which shows the spectrum intensity of an element.

【図4】(a) は従来の全反射蛍光X線分析装置による
サンプル表面のCuのスペクトル強度の面内分布を示す
図、 (b) は従来の全反射蛍光X線分析装置によるサン
プル表面のFeのスペクトル強度の面内分布を示す図で
ある。
4A is a diagram showing an in-plane distribution of Cu spectral intensities on a sample surface by a conventional total reflection X-ray fluorescence analyzer, and FIG. 4B is a diagram showing a sample surface by a conventional total reflection X-ray fluorescence analyzer. It is a figure which shows the in-plane distribution of the spectrum intensity of Fe.

【図5】(a) は本実施の形態に係る半導体評価装置に
よりレファレンス表面を評価したIP像、 (b) は本実
施の形態に係る半導体評価装置によりサンプル表面を評
価したIP像である。
5A is an IP image in which a reference surface is evaluated by the semiconductor evaluation apparatus according to the present embodiment, and FIG. 5B is an IP image in which a sample surface is evaluated by the semiconductor evaluation apparatus according to the present embodiment.

【図6】本実施の形態に係る半導体評価装置の他の構成
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing another configuration of the semiconductor evaluation device according to the present embodiment.

【図7】(a) は図6に示す半導体評価装置の全反射蛍
光X線分析によるレファレンス表面の各測定元素のスペ
クトル強度を示す図、 (b) は図6に示す半導体評価装
置の全反射蛍光X線分析によるサンプル表面の各測定元
素のスペクトル強度を示す図である。
7A is a diagram showing the spectral intensities of the respective measurement elements on the reference surface by total reflection X-ray fluorescence analysis of the semiconductor evaluation device shown in FIG. 6, and FIG. 7B is a total reflection of the semiconductor evaluation device shown in FIG. It is a figure which shows the spectrum intensity of each measurement element of the sample surface by a fluorescent X-ray analysis.

【図8】(a) は図6に示す半導体評価装置によりレフ
ァレンス表面を評価したIP像、を示す図、 (b) は図
6に示す半導体評価装置によりサンプル表面を評価した
IP像を示す図である。
8A is a diagram showing an IP image in which a reference surface is evaluated by the semiconductor evaluation device shown in FIG. 6, and FIG. 8B is a diagram showing an IP image in which a sample surface is evaluated by the semiconductor evaluation device shown in FIG. Is.

【図9】本実施の形態に係る半導体評価装置のCrの検
量線を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a Cr calibration curve of the semiconductor evaluation device according to the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 測定チャンバ 3 半導体ウェーハ 5 保持器 7 入射光学系 9 可変スリット 11 IP 13 IP用カセット 15 制御装置 17 コンピュータ 19 シンチレーションカウンタ 21 X線源 23 モノクロメータ 25 全反射ミラー 27 X線管ターゲット材 29 固体検出器 31 計数回路 1 Measurement Chamber 3 Semiconductor Wafer 5 Holder 7 Incident Optical System 9 Variable Slit 11 IP 13 IP Cassette 15 Controller 17 Computer 19 Scintillation Counter 21 X-ray Source 23 Monochromator 25 Total Reflection Mirror 27 X-ray Tube Target Material 29 Solid-state Detection Vessel 31 counting circuit

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体ウェーハの評価が行われる測定室
と、前記測定室内に設置され、前記半導体ウェーハを固
定する保持器と、前記半導体ウェーハ表面に任意の波長
のX線束を入射する入射光学手段と、前記X線束の入射
角度及び前記半導体ウェーハの位置を調整する調整手段
と、前記半導体ウェーハ表面から発生する蛍光X線を検
出するX線検出手段を具備することを特徴とする半導体
評価装置。
1. A measuring chamber in which a semiconductor wafer is evaluated, a holder installed in the measuring chamber for fixing the semiconductor wafer, and an incident optical means for injecting an X-ray flux of an arbitrary wavelength on the surface of the semiconductor wafer. A semiconductor evaluation device comprising: an adjusting means for adjusting an incident angle of the X-ray flux and a position of the semiconductor wafer; and an X-ray detecting means for detecting a fluorescent X-ray generated from the surface of the semiconductor wafer.
【請求項2】 前記入射光学手段が、X線源と、前記X
線源が発生させるX線から特定波長の単色光だけを取り
出すモノクロメータを有し、前記X線源のX線管ターゲ
ット材が交換可能であることを特徴とする請求項1記載
の半導体評価装置。
2. The incident optical means comprises an X-ray source and the X-ray source.
The semiconductor evaluation device according to claim 1, further comprising a monochromator for extracting only monochromatic light having a specific wavelength from the X-ray generated by the radiation source, and the X-ray tube target material of the X-ray source is replaceable. .
【請求項3】 前記入射光学手段が、X線源と、前記X
線源が発生させるX線から特定波長の単色光だけを取り
出すモノクロメータを有し、前記モノクロメータが回転
可能であることを特徴とする請求項1記載の半導体評価
装置。
3. The incident optical means includes an X-ray source and the X-ray source.
The semiconductor evaluation device according to claim 1, further comprising a monochromator for extracting only monochromatic light having a specific wavelength from the X-ray generated by the radiation source, and the monochromator being rotatable.
【請求項4】 前記入射光学手段が、X線源と、前記X
線源が発生させるX線から特定波長の単色光だけを取り
出すモノクロメータと、前記X線源が発生させるX線か
ら特定波長成分以外の不要な短波長成分を削除する全反
射ミラーを有することを特徴とする請求項1記載の半導
体評価装置。
4. The incident optical means comprises an X-ray source and the X-ray source.
A monochromator that extracts only monochromatic light of a specific wavelength from the X-rays generated by the radiation source, and a total reflection mirror that removes unnecessary short wavelength components other than the specific wavelength component from the X-rays generated by the X-ray source. The semiconductor evaluation apparatus according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項5】 前記半導体ウェーハ表面と前記X線検出
手段の間に吸収材を挿入することを特徴とする請求項1
記載の半導体評価装置。
5. An absorbing material is inserted between the surface of the semiconductor wafer and the X-ray detecting means.
The semiconductor evaluation device described.
【請求項6】 請求項1記載の半導体評価装置を用いて
分析試料表面の不純物を評価する半導体評価方法におい
て、 前記分析試料と構造、方位及び組成が同じである半導体
ウェーハを表面清浄して比較試料を作製し、 前記分析試料の測定結果から前記比較試料の測定結果を
減算することにより分析試料の評価を行うことを特徴と
する半導体評価方法。
6. A semiconductor evaluation method for evaluating impurities on the surface of an analysis sample using the semiconductor evaluation apparatus according to claim 1, wherein a semiconductor wafer having the same structure, orientation and composition as the analysis sample is surface cleaned and compared. A semiconductor evaluation method, wherein a sample is prepared, and the analysis sample is evaluated by subtracting the measurement result of the comparative sample from the measurement result of the analysis sample.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010256259A (en) * 2009-04-28 2010-11-11 Rigaku Corp Total reflection fluorescent x-ray analyzer

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