KR102409643B1 - X선 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 X선 검사 장치는, 검사 대상이 되는 시료를 배치하는 시료 배치부(11)와, 시료 배치부(11)를 이동시키는 시료 배치부 위치결정 기구(30)와, 독립해서 선회하는 제1, 제2의 선회 부재(22, 23)를 포함하는 고니오미터(20)와, 제1의 선회 부재(22)에 탑재된 X선 조사 유닛(40)과, 제2의 선회 부재(23)에 탑재된 이차원 X선 검출기(50)를 구비하고 있다. 그리고, 시료 배치부 위치결정 기구(30)는, 측정점 P에서 θs축 및 θd축과 직교하고 또한 수평 방향으로 연장하는 χ축을 중심으로, 시료 배치부(11) 및 φ축을 회전시키는 χ회전 기구(35)를 포함하고 있다.

Description

X선 검사 장치
본 발명은, 반도체 제조 분야 등, 기판 상에 다수의 박막을 적층한 다층막 구조의 소자를 제조하는 기술 분야에 호적한 X선 검사 장치에 관한 것이다.
반도체 등, 기판 상에 다수의 박막을 적층한 다층막 구조의 소자는, 성막하는 박막의 막두께, 밀도, 결정성(結晶性) 등의 상태에 따라서 특성이 변화한다. 근래, 이들 소자의 미세화·집적화가 진행되고, 그 경향은 현저하게 되고 있다. 이 때문에, 성막한 박막의 상태를, 정확하게 측정할 수 있는 박막 검사 장치가 요구되고 있다.
이런 종류의 검사 장치로서, 종래부터 단면 투과 전자현미경(TEM)에 의한 직접 계측이나, 광 간섭이나 엘립소메트리(ellipsometry)를 이용한 막두께 검사 장치나, 광 음향식 장치 등이 알려져 있다. 단면 투과 전자현미경(TEM)에서는, 제조 공정에 포함시켜 실시간으로 검사 대상의 박막을 검사하는, 이른바 인라인(in-line)으로의 검사를 할 수 없고, 게다가 검사용으로 제조 라인으로부터 빼낸 제품은, 검사 후에 폐기되고 있는 것이 실정이었다. 또, 광 간섭이나 엘립소메트리를 이용한 막두께 검사 장치나, 광 음향식 장치는, 인라인으로의 검사에는 적합하지만, 수 ㎚의 얇은 막의 측정에는 정밀도가 부족하다.
반도체 디바이스 메이커에 있어서는, 한 번 쓰고 버려지는 검사용 웨이퍼(블랭킷 웨이퍼)가, 비용 면에서 큰 부담이 되고 있다. 특히, 근래에는 반도체 웨이퍼의 대구경화가 진전되고 있으며, 한 장의 블랭킷 웨이퍼에 들어가는 비용도 고가격화되어지고 있다.
본 출원인은, 이와 같은 사정을 감안해서, 성막 제품의 제조 공정에 포함시켜, 제품 그 자체를 직접 검사하고, 웨이퍼를 한 번 쓰고 버리는 일 없이 수 ㎚의 얇은 막이라도 충분한 정밀도로 검사 가능하게 하는 인라인형의 X선 박막 검사 장치를, 앞서 제안했다(특허문헌 1 참조).
일본공개특허공보 특개2006－153767호 일본공개특허공보 특개2013－210377호 국제 공개 WO2004/114325호
또, 오늘날의 선단(先端) LSI(Large－Scale Integration)의 기술 분야에서는, SiGe나 화합물 반도체의 격자 왜곡, 응력, 조성비, 막두께 등의 엄밀한 측정이 필요해지고 있다. 또 LED나 반도체 레이저(LD) 등의 광학계 디바이스에 이용되는 Ⅲ－V족, Ⅱ－Ⅵ족 등의 화합물 반도체 박막이나, MEMS 등에 이용되는 압전 박막에 대해서도, 그 결정성을 엄밀하게 측정하는 요구가 늘고 있으며, 이들에 대응하는 X선 검사 장치의 개발이 요구되고 있다.
이들 용도에 대응하고, 또한 인라인으로 고효율적인 검사를 실현하기 위해서는, 예를 들면, X선 회절에 있어서의 인플레인(In－plane) 회절을 포착한 X선 회절 측정이나 로킹커브(Rocking Curve) 측정 등을, 고정밀도로 또한 고스루풋으로 측정할 수 있는 것이 필수이다. 그러나, 종래의 인라인형 X선 검사 장치에는, 이들 인플레인(In－plane) 회절을 포착한 X선 측정을 고정밀도로 실시할 수 있는 것이 없었다.
본 발명의 목적은, 제조 공정에 포함시켜, 상기의 인플레인 회절을 포착한 X선 측정을, 고정밀도로 또한 고효율로 측정할 수 있는 인라인형의 X선 검사 장치를 제공하는 것에 있다.
즉, 본 발명의 X선 검사 장치는,
검사 대상이 되는 시료를 배치하는 시료 배치부와,
시료 배치부를 이동시키는 시료 배치부 위치결정(aligning) 기구와,
독립해서 선회하는 제1, 제2의 선회 부재를 포함하는 고니오미터와,
제1의 선회 부재에 탑재되고, 미리 설정한 측정점에 X선을 집광해서 조사하는 X선 조사 유닛과,
제2의 선회 부재에 탑재된 이차원 X선 검출기를 구비하고 있다.
여기서, 고니오미터는,
측정점을 지나 수평 방향으로 연장하는 θs축을 중심으로, 제1의 선회 부재를 선회시키고, 시료 배치부에 배치된 시료에 대한 X선 조사 유닛으로부터의 X선의 입사각을 설정하는 θs선회 기구와,
θs축과 일치하는 θd축을 중심으로, 제2의 선회 부재를 선회시키고, X선 검출기의 주사각(走査角)을 설정하는 θd선회 기구를 포함하고 있다.
또, 시료 배치부 위치결정 기구는,
시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 직교하는 φ축을 중심으로, 시료 배치부를 회전시키는 φ회전 기구와,
시료 배치부 및 φ축을, θs축 및 θd축과 직각으로 교차하는 X방향으로 직선 이동시키는 X이동 기구와,
시료 배치부 및 φ축을, X방향과 직각으로 교차하는 Y방향으로 직선 이동시키는 Y이동 기구와,
시료 배치부를, 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 직교하는 Z방향으로 이동시키는 Z이동 기구와,
측정점에서 θs축 및 θd축과 직교하고 또한 수평 방향으로 연장하는 χ축을 중심으로, 시료 배치부 및 φ축을 회전시키는 χ회전 기구와,
측정점에서 χ축과 직교하고 또한 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 평행하게 연장하는 χω축을 중심으로, 시료 배치부 및 φ축을 회전시킴과 동시에, χ회전 기구에 의해 χ축 둘레로 회전시켜지는 χω회전 기구를 포함하고 있다.
또, X선 조사 유닛은, X선의 광축과 직각으로 교차하고 또한 θs축과 평행한 가로방향으로 X선을 집광함과 동시에, X선의 광축과 직각으로 교차하고 또한 θs축과도 직각으로 교차하는 세로방향으로도 X선을 집광하는 구성으로 하고 있다.
상술한 구성의 본 발명에 관계된 X선 검사 장치에 의하면, χ회전 기구를 구동해서, 시료 배치부에 배치된 시료의 표면을 연직 배치한 상태에서, 시료 표면에 X선 조사 유닛으로부터의 집광 X선을 조사함과 동시에, θs선회 기구에 의해 시료에 대한 X선의 입사각을 변화시킴으로써, 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 실시할 수가 있다.
여기서, 또, 시료 표면으로부터 일정 범위의 회절 각도에서 나타나는 회절 X선은, 이차원 X선 검출기에 의해 일괄해서 검출할 수 있으므로, 높은 스루풋으로의 측정을 실현할 수가 있다.
게다가, 시료 표면에는, X선 조사 유닛에서 집광된 X선이 미소(微小) 스폿에 조사되므로, 그 미소 스폿으로부터 나타나는 회절 X선을 검출함으로써, 고분해능이고 또한 고정밀도인 측정을 실현할 수가 있다.
상술한 X선 조사 유닛은, 측정점에 있어서, 가로방향 및 세로방향으로 각각 100㎛ 이내의 반값폭(半値幅)에 X선을 집광시키는 구성인 것이 바람직하다.
또, Y이동 기구는, χ회전 기구에 의해 시료 배치부를 수평으로 배치한 상태에서, 상기 시료 배치부를 이동시키는 방향(Y방향)이 θs축 및 θd축과 평행하게 되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성을 가지고서, 상기 Y방향으로 시료 배치부를 이동(수평 이동)시키는 것에 의해, 미리 설정하고 있는 시료 교환 위치에 시료 배치부를 배치하는 시료 교환 기구로서의 기능을, Y이동 기구가 겸비하는 것이 가능해진다.
그리고, Y이동 기구에 의해 시료 배치부를 이동시키는 방향(즉, Y방향)을, 제1의 선회 부재의 선회 중심이 되는 θs축이나, 제2의 선회 부재의 선회 중심이 되는 θd축과 평행하게 되도록 구성한 것에 의해, 제1의 선회 부재에 탑재된 X선 조사 유닛의 선회 궤도나, 제2의 선회 부재에 탑재된 이차원 X선 검출기의 선회 궤도에 간섭하는 일 없이, 시료 배치부를 시료 교환 위치로 수평 이동시킬 수가 있다. 그 때문에, 성막 제품의 제조 공정에 포함시켜 실시간으로 검사 대상의 박막을 검사하는, 이른바 인라인으로의 X선 검사가 실현 가능해진다.
한편, Y이동 기구가 시료 교환 기구로서의 기능을 구비함으로써, Y방향으로의 이동 거리가 길어지고, 그 결과, Y이동 기구가 대형화되는 것은 부정할 수 없다. 그래서, 본 발명의 X선 검사 장치에서는, Y이동 기구 위에 φ회전 기구를 탑재하도록 해서, φ회전 기구의 구동에 필요해지는 토오크의 경감을 도모하고 있다. 이것에 의해, φ회전 기구의 소형화와 작은 전력으로의 원활한 구동을 실현할 수가 있다.
본 발명의 X선 검사 장치는, 시료 배치부 위치결정 기구와, 제1, 제2의 선회 부재를 포함하는 고니오미터와, X선 조사 유닛을 제어해서, 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는 제어부를 구비한 구성으로 할 수도 있다.
그 때, 제어부는,
χ회전 기구를 구동해서, 시료 배치부에 배치된 시료의 표면을 연직 배치하고,
Z이동 기구를 구동해서, 시료 배치부에 배치된 시료의 피검사 개소를 측정점의 높이에 맞춤과 동시에,
φ회전 기구, X이동 기구 및 Y이동 기구를 구동해서, 시료의 피검사 개소를 측정점에 미리 설정한 방향에서 위치결정하고,
또, θs선회 기구 및 χω회전 기구를 구동해서, X선 조사 유닛으로부터의 X선을, 시료의 표면에 대해서 평행에 가까운 방향으로부터 조사함과 동시에,
θs선회 기구와 연동해서 θd선회 기구를 구동하고, 시료로부터 브래그의 법칙(Bragg's law)에 따라서 나타나는 회절 X선을 검출하는 위치에 이차원 X선 검출기를 배치하고,
한편, θs선회 기구를 구동해서, 시료에 대한 X선의 입사각을 변화시켜서, 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는, 구성으로 한다.
또, 제어부는, 다음과 같이 구성할 수도 있다.
즉, 제어부는,
χ회전 기구를 구동해서, 시료 배치부에 배치된 시료의 표면을 연직 배치하고,
Z이동 기구를 구동해서, 시료 배치부에 배치된 시료의 피검사 개소를 측정점의 높이에 맞춤과 동시에,
φ회전 기구, X이동 기구 및 Y이동 기구를 구동해서, 시료의 피검사 개소를 측정점에 미리 설정한 방향에서 위치결정하고,
또, θs선회 기구를 구동해서, X선 조사 유닛으로부터의 X선을, 시료의 표면에 대해서 평행에 가까운 방향으로부터 조사함과 동시에,
θs선회 기구와 연동해서 θd선회 기구를 구동하고, 시료로부터 브래그의 법칙에 따라서 나타나는 회절 X선을 검출하는 위치에 이차원 X선 검출기를 배치하고,
또한, φ회전 기구를 구동함과 동시에, 그 구동에 X이동 기구 및 Y이동 기구를 연동시킴으로써, 시료의 피검사 개소를 측정점에 보존유지(保持)하면서, 시료에 대한 X선의 입사각을 변화시켜서, 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는, 구성으로 할 수도 있다.
게다가 또, 제어부는, 다음과 같이 구성할 수도 있다.
즉, 제어부는,
χ회전 기구를 구동해서, 시료 배치부에 배치된 시료의 표면을 연직 배치하고,
Z이동 기구를 구동해서, 시료 배치부에 배치된 시료의 피검사 개소를 측정점의 높이에 맞춤과 동시에,
φ회전 기구, X이동 기구 및 Y이동 기구를 구동해서, 시료의 피검사 개소를 측정점에 미리 설정한 방향에서 위치결정하고,
또, θs선회 기구 및 χω회전 기구를 구동해서, X선 조사 유닛으로부터의 X선을, 시료의 표면에 대해서 평행에 가까운 방향으로부터 조사함과 동시에,
θs선회 기구와 연동해서 θd선회 기구를 구동하고, 시료로부터 브래그의 법칙에 따라서 나타나는 회절 X선을 검출하는 위치에 이차원 X선 검출기를 배치하고,
X선 조사 유닛으로부터 시료에 집광해서 입사되는 X선의 집광 각도의 범위에서, 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는, 구성으로 할 수도 있다.
이와 같이 구성하면, θs선회 기구를 구동해서 시료에 대한 X선의 입사각을 변화시키거나, φ회전 기구를 구동해서 시료를 면내 방향(φ방향)으로 미소 회전시키거나 하는 일 없이, 단시간에 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 실시할 수 있고, 높은 스루풋으로의 측정을 실현할 수가 있다.
또, 본 발명의 X선 검사 장치는, 시료 배치부 위치결정 기구와, 제1, 제2의 선회 부재를 포함하는 고니오미터와, X선 조사 유닛을 제어해서, 인플레인 회절 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는 제어부를 구비한 구성으로 할 수도 있다.
여기서, 제어부는,
χ회전 기구를 구동해서, 시료 배치부에 배치된 시료의 표면을 연직 배치하고,
Z이동 기구를 구동해서, 시료 배치부에 배치된 시료의 피검사 개소를 측정점의 높이에 맞춤과 동시에,
φ회전 기구, X이동 기구 및 Y이동 기구를 구동해서, 시료의 피검사 개소를 측정점에 미리 설정한 방향에서 위치결정하고,
또, θs선회 기구 및 χω회전 기구를 구동해서, X선 조사 유닛으로부터의 X선을, 시료의 표면에 대해서 평행에 가까운 방향으로부터 조사함과 동시에,
θs선회 기구와 연동해서 θd선회 기구를 구동하고, 시료의 표면으로부터 브래그의 법칙에 따라서 나타나는 회절 X선을 검출하는 위치에 이차원 X선 검출기를 배치해서, 인플레인 회절 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는, 구성으로 한다.
또, 본 발명의 X선 검사 장치는, 시료 배치부 위치결정 기구와, 제1, 제2의 선회 부재를 포함하는 고니오미터와, X선 조사 유닛을 제어해서, 극점 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는 제어부를 구비한 구성으로 할 수도 있다.
그 때, 제어부는,
χ회전 기구를 구동해서, 시료 배치부에 배치된 시료의 표면을, χ축을 중심으로 회전시키는 것에 의해, 극점 측정의 플래핑각(煽角, flapping angle) α를 0°에서 90°까지의 범위 내에서 설정함과 동시에,
φ회전 기구를 구동해서, 시료 배치부에 배치된 시료의 표면을, φ축을 중심으로 회전시키는 것에 의해, 극점 측정의 면내 회전각 β를 설정해서, 극점 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는, 구성으로 한다.
상술한 본 발명에 의하면, 제조 공정에 포함시켜 인라인으로, 인플레인 회절을 포착한 X선 측정을, 고정밀도로 또한 고효율로 측정할 수가 있다.
도 1의 도 1A는, 본 발명의 실시형태에 관계된 X선 검사 장치의 전체 구조를 도시하는 정면도이다. 도 1의 도 1B는, 같은(同) 측면도이다.
도 2의 도 2A는, 본 발명의 실시형태에 관계된 X선 검사 장치의 주요 구조를 모식적으로 도시하는 정면도이다. 도 2의 도 2B는, 같은 측면도이다.
도 3은, 시료 배치부 위치결정 기구에 의한 시료 배치부의 이동 방향을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 4의 도 4A는, 본 발명의 실시형태에 관계된 X선 조사 유닛의 구성을 모식적으로 도시하는 정면도이다. 도 4의 도 4B는, 같은 저면도이다.
도 5는, 도 4A 및 도 4B에 도시한 X선 조사 유닛의 사시도이다.
도 6의 도 6A는, 도 4A, 도 4B 및 도 5에 도시한 X선 조사 유닛에 포함되는 제1의 X선 광학 소자와 제2의 X선 광학 소자를 확대해서 도시하는 정면도이다. 도 6의 도 6B는, 같은 저면도이다.
도 7의 도 7A는, X선 조사 유닛으로부터 반도체 웨이퍼의 검사면에 조사한 X선의 궤도와, 상기 검사면으로부터 반사되어 X선 검출기에 입사하는 회절 X선의 궤도를 모식적으로 도시하는 정면도이다. 도 7의 도 7B는, 도 7A에 있어서의 측정점 P 부분을 확대해서 도시하는 평면도이다.
도 8은, 본 발명의 실시형태에 관계된 X선 검사 장치의 제어계(제어부)를 도시하는 블록도이다.
도 9는, 인플레인 X선 회절 측정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10의 도 10A는, 본 발명의 실시형태에 관계된 X선 검사 장치에 의한 인플레인 X선 회절 측정의 실시 순서를 설명하기 위한, 도 2에 대응하는 정면도이다. 도 10의 도 10B는, 같은 측면도이다.
도 11은, 본 발명의 실시형태에 관계된 X선 검사 장치에 의한 인플레인 X선 회절 측정의 실시 순서를 설명하기 위한, 도 3에 대응하는 모식도이다.
도 12는, 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은, 극점 측정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 14의 도 14A는, 본 발명의 실시형태에 관계된 X선 검사 장치의 다른 구성예를 모식적으로 도시하는 정면도이다. 도 14의 도 14B는, 같은 측면도이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
[X선 검사 장치의 기본 구성]
도 1A, 도 1B는, 본 발명의 실시형태에 관계된 X선 검사 장치의 전체 구조를 도시하는 도면이다. 도 2A, 도 2B는, 같은 장치의 주요 구조를 모식적으로 도시하는 도면이다.
이들 도면에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관계된 X선 검사 장치는, 시료대(10), 고니오미터(20), 시료 배치부 위치결정 기구(이하, 단지 「위치결정 기구」라고 칭하는 일도 있다)(30), X선 조사 유닛(40), X선 검출기(50)를 구비하고 있다.
시료대(10)의 상면에는 시료 배치부(11)가 형성되어 있다. 검사 대상이 되는 반도체 웨이퍼(시료 S)는, 이 시료 배치부(11)에 배치된다. 시료대(10)는, 위치결정 기구(30)에 의해서 구동된다. X선 검사 장치에는 미리 측정점 P가 설정되어 있다. 그리고, 위치결정 기구(30)에 의해서 시료대(10)를 구동함으로써, 시료 배치부(11)에 배치한 시료 S의 피측정 개소가, 상기 측정점 P에 위치결정된다.
시료 배치부(11)에는, 시료 S를 고정하는 기구(도시하지 않음)가 장비되어 있다. 이 시료 고정 기구에 의해, 후술하는 바와 같이 시료 배치부(11)의 표면(시료대(10)의 상면)을 연직 배치했을 때도, 시료 배치부(11)로부터의 시료 S의 탈락이 방지된다.
시료 S의 고정 기구로서는, 예를 들면, 시료 배치부(11)의 표면에 복수의 흡 인 노즐을 개구시키고, 상기 흡인 노즐의 중공부 내를 진공 펌프 등의 흡인 장치에 의해서 진공 흡인함으로써, 시료 배치부(11)의 표면에 시료 S를 흡착하는 구성을 채용할 수가 있다. 물론, 이것 이외의 공지의 시료 고정 기구를 채용해도 좋다.
고니오미터(20)는, 고니오미터 본체(21)에 θs선회 기구와 θd선회 기구를 내장하고 있다.
θs선회 기구는, 미리 설정된 측정점 P를 지나 수평 방향으로 연장하는 θs축을 중심으로, 제1의 선회 암(선회 부재)(22)을 도 2A의 화살표 θs의 방향으로 선회시킨다. 이 제1의 선회 암(22)에는, X선 조사 유닛(40)이 탑재되어 있다. 그리고, 제1의 선회 암(22)의 이동에 의해, 시료 S에 대한 X선 조사 유닛(40)으로부터의 X선의 입사각이 설정된다.
또, θd선회 기구는, 미리 설정된 측정점 P를 지나 수평 방향으로 연장하는 θd축을 중심으로, 제2의 선회 암(선회 부재)(23)을 도 2A의 화살표 θd의 방향으로 선회시킨다. 이 제2의 선회 암(23)에는, X선 검출기(50)가 탑재되어 있다. 그리고, 제1의 선회 암(22)의 이동에 의해, X선 검출기(50)의 주사각이 설정된다. 즉, 제1의 선회 암(22)의 이동에 의해, 시료 S의 표면으로부터 브래그의 법칙에 따라서 나타나는 회절 X선을 검출하는 위치에 X선 검출기(50)가 배치된다.
상술한 θs축과 θd축은, 동축 상의 선회 중심축으로 되고 있다.
위치결정 기구(30)는, 시료 배치부(11)를 각 방향으로 이동시키기 위한 φ회전 기구(31), X이동 기구(32), Y이동 기구(33), Z이동 기구(34), χ회전 기구(35), χω회전 기구(36)를 포함하고 있다.
도 3은, 위치결정 기구(30)에 의한 시료 배치부(11)의 이동 방향을 모식적으로 도시하는 도면이다. 동일 도면과 도 2A, 도 2B를 참조하여, 위치결정 기구(30)를 설명한다.
φ회전 기구(31)는, 시료 배치부(11)에 배치된 시료 S의 표면과 직교하는 φ축을 중심으로, 시료 배치부(11)를 도면의 화살표 φ의 방향으로 회전시킨다.
X이동 기구(32)는, 시료 배치부(11) 및 φ축을, θs축 및 θd축과 직각으로 교차하는 X방향으로 직선 이동시킨다.
　Y이동 기구(33)는, 시료 배치부(11) 및 φ축을, X방향과 직각으로 교차하는 Y방향으로 직선 이동시킨다.
Z이동 기구(34)는, 시료 배치부(11)를, 상기 시료 배치부(11)에 배치된 시료 S의 표면과 직교하는 Z방향으로 이동시킨다.
χ회전 기구(35)는, 측정점 P에서 θs축 및 θd축과 직교하고 또한 수평 방향으로 연장하는 χ축을 중심으로, 시료 배치부(11) 및 φ축을 도면의 화살표 χ의 방향으로 회전시킨다.
χω회전 기구(36)는, 측정점 P에서 χ축과 직교하고 또한 시료 배치부(11)에 배치된 시료의 표면과 평행하게 연장하는 χω축을 중심으로, 시료 배치부(11) 및 φ축을 도면의 화살표 χω의 방향으로 회전시킨다. 또, 이 χω회전 기구(36)는, χ회전 기구(35)에 의해 χ축 둘레로 도면의 화살표 χ의 방향으로 회전시켜진다.
그런데, X선 검사 장치에는, 미리 시료 교환 위치(도시하지 않음)가 설정되어 있다. 시료대(10)의 상면에 형성한 시료 배치부(11)는, 이 시료 교환 위치에 반송된다. 시료 교환 위치에서는, 로봇 암 등의 시료 교환 장치(도시하지 않음)에 의해, 검사필의(검사를 마친) 시료 S가 시료 배치부(11)로부터 꺼내짐과(취출됨과) 동시에, 검사 대상이 되는 새로운 시료 S가 시료 배치부(11)에 배치된다.
본 실시형태의 X선 검사 장치에서는, Y이동 기구(33)가, 시료 배치부(11)를 시료 교환 위치에 이동시키기 위한 시료 교환 기구로서 기능하는 구성으로 하고 있다.
여기서, χ회전 기구(35)에 의해 시료 배치부(11)를 수평으로 배치한 상태에서, 상기 시료 배치부(11)를 이동시키는 방향(Y방향)이, θs축 및 θd축과 평행하게 되도록 구성되어 있다. 그리고, 상기 방향으로의 시료 배치부(11)의 이동 경로상에 시료 교환 위치가 설정되어 있다.
이와 같이, θs축 및 θd축과 평행한 방향으로 시료 배치부(11)를 이동시킴으로써, X선 조사 유닛(40)을 탑재한 제1의 선회 암(22)이나, X선 검출기(50)를 탑재한 제2의 선회 암(23)과 간섭하는 일 없이, 시료 배치부(11)를 시료 교환 위치까지 이동시키는 것이 가능해진다.
한편, Y이동 기구(33)가 시료 교환 기구로서의 기능을 구비함으로써, Y방향으로의 이동 거리가 길어지고, 그 결과, Y이동 기구(33)가 대형화되는 것은 부정할 수 없다. 그래서, 본 실시형태의 X선 검사 장치에서는, Y이동 기구(33) 위에 φ회전 기구(31)를 탑재하도록 해서, φ회전 기구(31)의 구동에 필요해지는 토오크의 경감을 도모하고 있다. 이것에 의해, φ회전 기구(31)의 소형화와 작은 전력으로의 원활한 구동을 실현할 수가 있다.
본 실시형태의 X선 검사 장치에서는, 도 1A∼도 2B에 도시하는 바와 같이, χ회전 기구(35) 위에 χω회전 기구(36), X이동 기구(32), Y이동 기구(33), Z이동 기구(34), φ회전 기구(31) 및 시료대(10)를 탑재한 구성으로 하고 있다. 구체적으로는, χ회전 기구(35)에 의해서 χω회전 기구(36)를 χ축 둘레로 회전시키는 구성으로 하고 있다. 이 χω회전 기구(36) 위에, X이동 기구(32) 및 Y이동 기구(33)가 탑재되어 있다. 또, Y이동 기구(33) 위에, Z이동 기구(34)를 탑재하고 있다. 또, 이 Z이동 기구(34) 위에, φ회전 기구(31)를 탑재하고 있다. 또, 이 φ회전 기구(31) 위에, 시료대(10)를 탑재한 구성으로 하고 있다.
X선 조사 유닛(40)은, X선관으로부터 발생한 X선을, 특정 파장의 특성 X선으로 단색화함과 동시에, 1개소에 집광시키는 기능을 가지고 있다.
X선 조사 유닛(40)은, 미리 설정되어 있는 측정점 P에 X선을 집광해서 조사하도록, X선의 조사 궤도가 조정되고 있다. 측정점 P에는, 이미 기술한 바와 같이, 시료 배치부(11)에 배치한 시료 S의 피측정 개소가 위치결정된다.
또한, X선 조사 유닛(40)의 상세 구조에 대해서는 후술한다.
X선 검출기(50)에는, 이차원 X선 검출기를 채용하고 있다. 이차원 X선 검출기는, 이차원으로 구성된 면모양(面狀)의 X선 검출부를 가지고 있고, 시료 S의 표면으로부터 나타난 회절 X선을, 이 면모양의 X선 검출부에 일괄해서 기록할 수가 있다. 따라서, 비례 계수관(計數管)(PC)이나 신틸레이션 카운터(SC) 등의 일차원 X선 검출기와 비교해서, 측정에 요하는 시간을 단축할 수 있다는 특징을 가지고 있다.
또, 근래에는, X선 검출부에, 100㎛ 이하라고 하는 매우 작은 픽셀 사이즈의 실리콘 반도체 소자를 다수 배열하고, 이들 반도체 소자에 의해 높은 위치 분해능을 가지고서 단시간에 고정밀도로 X선을 검출할 수 있는 이차원 반도체 검출기도 개발되고 있다. 이런 종류의 이차원 반도체 검출기를 X선 검출기(50)로서 채용함으로써, 제조 공정에 있어서의 인라인으로의 고효율적이고 또한 고정밀도의 X검사를 실현하는 것이 가능해진다.
[X선 조사 유닛의 구성예]
다음에, X선 조사 유닛에 대해서, 도 4A∼도 7B를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4A∼도 7B에 도시하는 X선 조사 유닛(40)은, X선관(41)과, 제1의 X선 광학 소자(42)와, 제2의 X선 광학 소자(43)와, 집광 슬릿(44)(슬릿 부재)을 구성요소로서 포함하고 있다. 이들 각 구성요소는, 도시하지 않는 유닛 본체에 내장되어 있다. 유닛 본체는, 제1의 선회 암(22)에 탑재할 수 있는 컴팩트한 치수 형상으로 하고 있다.
또한, 집광 슬릿(44)은, 도 7A에만 표시되어 있고, 도 4A, 도 4B 및 도 5에서는 생략되어 있다.
X선관(41)에는, 예를 들면, 타겟 상에서의 전자선 초점 사이즈가 φ100㎛ 정도인 미소 초점 X선 관구(管球)를 이용할 수가 있다. 타겟 재료로서는, 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 은(Ag), 금(Au) 등을 필요에 따라 선택할 수가 있다.
특히, 타겟 재료로서 구리(Cu)를 이용하면, 후술하는 제1, 제2의 X선 광학 소자(42, 43)에 의해, 높은 각도 분해능을 가지는 Cu－Kα1의 특성 X선만을 꺼낼(취출할) 수가 있다. 따라서, 이 Cu－Kα1의 특성 X선을 시료에 조사함으로써, 양호한 스루풋으로의 X선 박막 검사가 실현 가능해진다.
제1, 제2의 X선 광학 소자(42, 43)는, X선관(41)으로부터 방사된 X선 a1을 입사시키고, 특정 파장의 특성 X선만을 꺼냄과 동시에, 상기 꺼낸 특성 X선 a2를 시료대(10)에 배치된 시료의 표면 상에 집광시키는 기능을 가지고 있다.
도 4A∼도 7B에 도시하는 바와 같이, 제1의 X선 광학 소자(42)와 제2의 X선 광학 소자(43)는, X선이 입사하고 또한 특성 X선을 반사시키는 표면(이하, 단지 「표면」이라고 한다)(42a, 43a)을 서로 직교해서 배치하고 있다. 그리고, 도 7A에 도시하는 바와 같이, 이들 제1의 X선 광학 소자(42)와 제2의 X선 광학 소자(43)는, 특정 파장의 특성 X선 a2를 시료대(10)에 배치된 시료의 표면 상에서 사각 형상의 미소 스폿이 되도록 집광한다. 또한, 도 7B는, 시료(반도체 웨이퍼)의 표면에 있어서의 특성 X선 a2가 집광하는 위치를 모식적으로 도시한 확대 평면도이다.
또한, 본 실시예에서는, 제1의 X선 광학 소자(42)와 제2의 X선 광학 소자(43)를, 서로 1변이 접하는 Side－by－Side 방식으로 배치했지만, 이것에 한정되지 않고, Kirkpatrick－Baez(KB)라 불리는 직렬 방식으로 배치할 수도 있다.
시료대(10)에 배치된 시료의 표면에 있어서, 제1, 제2의 X선 광학 소자(42, 43)에서 반사되어 꺼내진 특성 X선이 집광하는 위치가 측정점 P로 된다. 이와 같이 측정점 P에 특성 X선을 집광시키기 위해서, 각 X선 광학 소자(42, 43)의 표면(42a, 43a)은, 오목면모양(凹面狀)으로 만곡해서 형성되어 있다.
여기서, 제1의 X선 광학 소자(42)는, X선의 광축에 직교하고 θs축과 직교하는 세로방향으로 X선을 집광한다.
한편, 제2의 X선 광학 소자(43)는, X선의 광축에 직교하고 θs축과 평행한 가로방향으로 X선을 집광한다.
또, 제1의 X선 광학 소자(42)는, 높은 결정성을 가지는 결정 재료로 구성되어 있다. 바꾸어 말하면, 제1의 X선 광학 소자(42)는, 고유의 로킹커브 폭(즉, 평행 빔을 반사할 수 있는 각도 범위)이 지극히 작은 결정 재료에 의해서 구성되어 있다. 이와 같이 고유의 로킹커브 폭이 지극히 작은 결정 재료로서는, 격자 결함이나 불순물이 지극히 적은 완전 결정(完全結晶)에 상당하는 결정 재료가 해당한다.
본 실시형태에서는, 고유의 로킹커브 폭이 0.06˚ 이하인 결정 재료에 의해서 구성되어 있다. 이러한 결정 재료로부터 꺼내진 특성 X선 a2를 사용함으로써, X선 박막 측정에 있어서 0.06˚ 이하의 높은 각도 분해능을 얻을 수가 있다.
결정 재료로서는, 예를 들면, Ge(1 1 1)나 Si(1 1 1)를 사용할 수가 있다. Ge(1 1 1)를 이용한 경우는, 0.06°이하의 로킹커브 폭이 얻어진다. 또, Si(1 1 1)를 이용한 경우는, 0.02°이하의 로킹커브 폭이 얻어진다.
또, 제1의 X선 광학 소자(42)에 의하면, 측정점 P에 있어서, 세로방향으로 100㎛ 이내의 반값폭에 X선을 집광시킬 수가 있다.
또, 제1의 X선 광학 소자(42)는, 특정 파장의 특성 X선만을 꺼내어 단색화하는 기능을 가지고 있다.
한편, 제2의 X선 광학 소자(43)는, 다층막 미러에 의해서 구성되어 있다. 이 제2의 X선 광학 소자(43)는, 특정 파장의 특성 X선만을 꺼내어 단색화하는 기능을 가지고 있다. 여기서, 제2의 X선 광학 소자(43)로부터는, 제1의 X선 광학 소자(42)에서 꺼내지는 특성 X선과 동일한 파장의 특성 X선이 꺼내지도록 조정되고 있다.
또, 제2의 X선 광학 소자(43)에 의하면, 측정점 P에 있어서, 가로방향으로 100㎛ 이내의 반값폭에 X선을 집광시킬 수가 있다.
도 6A, 도 6B에 확대해서 도시하는 바와 같이, X선관(41)으로부터 출사해서 제2의 X선 광학 소자(43)의 표면(43a)에 입사한 X선 b1은, 이 X선 광학 소자(43)에서 단색화되어 반사되고, 가로방향으로 집광하도록 진행하여, 다음에 제1의 X선 광학 소자(42)의 표면(42a)에 입사한다. 그리고, 제1의 X선 광학 소자(42)의 표면(42a)에 입사한 X선 b2는, 이 X선 광학 소자(42)에서도 단색화되어 반사되고, 세로방향으로 집광하도록 진행하여, 도 4A, 도 4B에 도시하는 측정점 P에 조사된다.
한편, X선관(41)으로부터 출사해서 제1의 X선 광학 소자(42)의 표면(42a)에 입사한 X선 c1은, 이 X선 광학 소자(42)에서 단색화되어 반사되고, 세로방향으로 집광하도록 진행하여, 다음에 제2의 X선 광학 소자(43)의 표면(43a)에 입사한다. 그리고, 제2의 X선 광학 소자(43)의 표면(43a)에 입사한 X선 c2는, 가로방향으로 집광하도록 진행하여, 도 4A, 도 4B에 도시하는 측정점 P에 조사된다.
이와 같이, X선관(41)으로부터 출사되어 온 X선 a1은, 제1의 X선 광학 소자(42)의 표면(42a)과 제2의 X선 광학 소자(43)의 표면(43a)에서 각각 1회씩 반사되고, 그 과정에서 특정 파장의 특성 X선 a2만이 꺼내지고, 상기 특성 X선 a2가 측정점 P에 집광한다.
또한, 상술한 특허문헌 2 및 특허문헌 3에는, 완전 결정과 멀티레이어(multilayer) 광학 부품을 조합한 구성의 X선빔 조정 시스템이 개시되어 있다. 그러나, 이들 문헌에는, 반도체 웨이퍼를 검사 대상의 시료로 하는 X선 검사 장치에 최적화된 구성은 개시되어 있지 않다.
집광 슬릿(44)은, 제1, 제2의 X선 광학 소자(42, 43)에서 반사되어 온 특성 X선 a2를, 상술한 세로방향의 양측으로부터 일부 차폐하도록 배치되어 있다. 이 집광 슬릿(44)은, 제1, 제2의 X선 광학 소자(42, 43)에서 반사되어 온 집광 X선 a2의 세로방향의 집광을 제한하는 기능을 가지고 있다.
상술한 구성의 X선 조사 유닛(40)을 제1의 선회 암(22)에 탑재한 X선 검사 장치에 의하면, 제1의 X선 광학 소자(42), 제2의 X선 광학 소자(43) 및 집광 슬릿(44)에 의해서 X선을 미소 영역에 집광시킬 수가 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼의 표면에 있어서의 지극히 미소한 검사 영역에 X선을 조사해서 박막 측정을 실시하는 것이 가능해진다. 게다가, 제1의 X선 광학 소자(42)는, 고유의 로킹커브 폭이 지극히 작은 결정 재료에 의해서 구성되어 있으므로, 이러한 결정 재료에서 꺼내진 특성 X선 a2를 사용함으로써, X선 박막 측정에 있어서 지극히 높은 각도 분해능을 얻을 수가 있다.
[X선 검사 장치의 제어계]
도 8은 X선 검사 장치의 제어계(제어부)를 도시하는 블록도이다.
X선 조사 유닛(40)의 제어는, XG(X－ray Generator) 컨트롤러(101)가 실행한다.
위치결정 컨트롤러(102)는, 위치결정 기구(30)를 구동 제어한다.
고니오미터(20)는, 고니오 컨트롤러(103)에 의해서 구동 제어된다.
XG 컨트롤러(101), 위치결정 컨트롤러(102), 고니오 컨트롤러(103)의 각 구성부는, 중앙 처리 장치(CPU)(100)로부터 보내져 오는 설정 정보에 기초하여 각각 작동한다. 여기서, 설정 정보는, 레시피로서, 미리 기억부(110)에 기억되어 있고, 중앙 처리 장치(CPU)(100)가 읽어내어 상기 각 구성부에 출력한다.
X선 검출기(50)는, 계수 제어 회로(104)에 의해서 제어된다.
이들 각 구성부 및 중앙 처리 장치(100)는, 컴퓨터에 의해서 구성되고, 미리 기억부(110)에 인스톨되어 제어용 프로그램에 따라서 각각의 제어 동작을 실행한다.
또, X선 검사 장치는, 장치의 동작에 필요한 각종 설정을 오퍼레이터가 입력하기 위한 키보드나 마우스 등으로 이루어지는 조작부(201)를 구비하고 있다. 또, X선 검사 장치는, 액정 디스플레이 등으로 구성된 표시부(202)와, 네트워크를 경유한 데이터 통신을 실행하는 통신부(203)를 구비하고 있다.
[인플레인 X선 회절 측정]
다음에, 상술한 구성의 X선 검사 장치가 구비하는 인플레인 X선 회절 측정의 기능에 대해서 설명한다.
인플레인 X선 회절 측정은, 도 9에 도시하는 바와 같이, 박막 시료 S의 표면을 스칠 듯이(표면에 닿을락 말락하게) X선 a를 입사시키고, 박막 시료 S에 있어서의 표면과 직교하는 결정 격자면에서, 브래그의 법칙에 따라서 회절되어 오는 회절 X선 b를 측정하는 수법이다. 이 인플레인 X선 회절 측정에 의해, 박막 시료 S의 표면과 직교하는 방향의 결정의 크기나 배향성에 관한 정보를 얻을 수가 있다.
도 8에 도시한 제어계(제어부)는, 위치결정 기구(30)와, 고니오미터(20)와, X선 조사 유닛(40)을 제어해서, 인플레인 회절 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하고 있다.
즉, 도 8에 도시한 제어계(제어부)에 있어서의 기억부(110)에는, 인플레인 X선 회절 측정을 실시하기 위한 제어 프로그램이 미리 인스톨되어 있다. 또, 기억부(110)에는, 인플레인 X선 회절 측정에 필요해지는 설정 정보가, 레시피로서 미리 기억되어 있다. 중앙 처리 장치(CPU)(100)는, 상기 제어 프로그램에 따라, 필요한 설정 정보를 읽어내어, 제어계의 각 구성부에 출력한다.
구체적으로는, 도 10A, 도 10B 및 도 11에 도시하는 바와 같이, 시료 배치부(11)에 배치된 시료 S의 표면을 연직 배치한 상태에서, 인플레인 회절 측정을 실시할 수가 있다.
즉, 위치결정 컨트롤러(102)가, 위치결정 기구(30)를 구성하는 χ회전 기구(35)를 구동 제어해서, 시료 배치부(11)에 배치된 시료 S의 표면을 연직 배치한다.
그 다음에, 위치결정 컨트롤러(102)가, Z이동 기구(34)를 구동 제어해서, 시료 배치부(11)에 배치된 시료 S의 피검사 개소를 측정점 P의 높이에 맞춘다. 또, 위치결정 컨트롤러(102)가, φ회전 기구(31), X이동 기구(32) 및 Y이동 기구(33)를 구동 제어해서, 시료 S의 피검사 개소를 측정점 P에 미리 설정한 방향에서 위치결정한다.
또, 위치결정 컨트롤러(102)가, χω회전 기구(36)를 구동 제어해서, X선 조사 유닛(40)으로부터의 입사 X선 a가 시료 S의 표면에 대해서 스칠 듯한(닿을락 말락한) 각도(Δω)로 입사하도록 조정한다. 이와 같이, 시료 S의 표면에 대해서 X선a의 입사 방향으로 미소 각도를 설정하는 것은, 시료 S의 표면으로부터 흡수가 적은 상태에서 X선을 결정 격자면에 조사시키기 위함이다.
아울러, 고니오 컨트롤러(103)가, 고니오미터(20)의 θs선회 기구를 구동 제어해서, 시료 S에 대한 X선 조사 유닛(40)으로부터의 X선 a의 입사각을 설정한다.
이 상태에서, XG 컨트롤러(101)가, X선 조사 유닛(40)을 제어해서, 시료 S를 향해 X선 a를 조사한다. 시료 S의 내부에서는, 시료 표면과 직교하는 결정 격자면에 있어서 브래그의 법칙에 따라서 X선이 회절한다. 그리고, 시료 S의 표면으로부터 회절 X선 b가 나타난다.
고니오 컨트롤러(103)는, 고니오미터(20)의 θd선회 기구를 구동 제어해서, 시료 S의 표면으로부터 나타난 회절 X선 b를 검출하는 위치에 X선 검출기(50)를 배치한다. X선 검출기(50)는, 계수 제어 회로(104)에 의해서 제어되고, 회절 X선 b를 검출한다.
본 실시형태의 X선 검사 장치에 의하면, X선 조사 유닛(40)에 의해 높은 분해능으로 미소 면적에 집광하는 X선 a를 시료 S에 조사할 수 있으므로, 그 집광 각도 범위의 X선 a 다발(束)을 일괄해서 시료 S에 조사해서 X선 회절 측정을 실시할 수가 있다. 그리고, X선 검출기(50)로서 이차원 X선 검출기를 채용한 것에 의해, 집광 각도 범위의 X선 a 다발에 대응해서 일정한 각도 범위에서 회절되어 온 회절 X선 b 다발을 일괄해서 검출할 수 있고, 측정 시간의 단축화를 실현할 수가 있다.
[인플레인 회절의 로킹커브 측정]
다음에, 상술한 구성의 X선 검사 장치가 구비하는 인플레인 회절의 로킹커브 측정의 기능에 대해서 설명한다.
인플레인 회절은, 이미 기술한 대로, 도 9에 도시하는 바와 같이, 박막 시료 S에 있어서의 표면과 직교하는 결정 격자면에 X선을 입사했을 때, 같은 격자면에 있어서 브래그의 법칙에 따라서 생기는 회절 현상이다.
이러한 인플레인 회절에 주목해서 로킹커브 측정을 실시함으로써, 시료 S의 면내에 배향성이 있는 시료에 있어서, 그 배향성을 평가할 수가 있다. 즉, 도 12에 도시하는 바와 같이, 시료 S를 면내 방향(φ방향)으로 미소 회전시켜서 로킹커브 측정을 실시함으로써, 그 회전 방위의 결정 방위의 편차 정도를 평가할 수가 있다.
구체적으로는, 박막 시료 S에 있어서의 표면과 직교하는 결정 격자면에 대해서 θ의 각도로 X선을 입사시켰을 때, 브래그의 법칙에 따라서 상기 격자면으로부터 X선이 회절되어 오는 방향(입사 X선의 광축에 대해서 2θ의 각도 방향)으로 X선 검출기(50)를 고정한다. 이 상태에서, 시료 S를 면내 방향(φ방향)으로 미소 회전시켜서 로킹커브 측정을 실시한다.
도 8에 도시한 제어계(제어부)는, 위치결정 기구(30)와, 고니오미터(20)와, X선 조사 유닛(40)을 제어해서, 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하고 있다.
즉, 도 8에 도시한 제어계(제어부)에 있어서의 기억부(110)에는, 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 실시하기 위한 제어 프로그램이 미리 인스톨되어 있고, 또한 같은 측정에 필요해지는 설정 정보가 레시피로서 미리 기억되어 있다. 중앙 처리 장치(CPU)(100)는, 상기 제어 프로그램에 따라, 필요한 설정 정보를 읽어내어, 제어계의 각 구성부에 출력한다.
구체적으로는, 도 10A, 도 10B 및 도 11에 도시하는 바와 같이, 시료 배치부(11)에 배치된 시료의 표면을 연직 배치한 상태에서, 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 실시할 수가 있다.
즉, 위치결정 컨트롤러(102)가, 위치결정 기구(30)를 구성하는 χ회전 기구(35)를 구동 제어해서, 시료 배치부(11)에 배치된 시료의 표면을 연직 배치한다.
그 다음에, 위치결정 컨트롤러(102)가, Z이동 기구(34)를 구동 제어해서, 시료 배치부(11)에 배치된 시료 S의 피검사 개소를 측정점 P의 높이에 맞춘다. 또, 위치결정 컨트롤러(102)가, φ회전 기구(31), X이동 기구(32) 및 Y이동 기구(33)를 구동 제어해서, 시료 S의 피검사 개소를 측정점 P에 미리 설정한 방향에서 위치결정한다.
또, 위치결정 컨트롤러(102)가, χω회전 기구(36)를 구동 제어해서, X선 조사 유닛(40)으로부터의 입사 X선이 시료 S의 표면에 대해서 스칠 듯한 각도(Δω)로 입사하도록 조정한다.
아울러, 고니오 컨트롤러(103)가, 고니오미터(20)의 θs선회 기구를 구동 제어해서, 시료 S에 대한 X선 조사 유닛(40)으로부터의 X선 a의 입사각을 설정한다. 그것과 함께, 고니오 컨트롤러(103)가, 고니오미터(20)의 θd선회 기구를 구동 제어해서, 시료 S로부터 브래그의 법칙에 따라서 나타나는 회절 X선을 검출하는 위치에, X선 검출기(50)를 배치한다.
이 상태에서, XG 컨트롤러(101)가, X선 조사 유닛(40)을 제어해서, 시료 S를 향해 X선 a를 조사한다. 그리고, 계수 제어 회로(104)가 X선 검출기(50)를 제어해서, 시료 S의 표면으로부터 나타난 회절 X선 b를 X선 검출기(50)에 의해서 검출한다.
또, 고니오 컨트롤러(103)가, 고니오미터(20)의 θs선회 기구를 구동 제어해서, 시료 S에 대한 X선의 입사각을 변화시킨다. 이 입사각의 변경 동작은, 도 12에 있어서 시료 S를 면내 방향(φ방향)으로 미소 회전시키는 동작에 상당한다. 이 동작을 가지고서(동작으로써), 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 실시한다.
또, 도 12에 있어서 시료 S를 면내 방향(φ방향)으로 미소 회전시키는 동작은, 위치결정 컨트롤러(102)에 의해서, 도 10A, 도 10B 및 도 11에 도시한 φ회전 기구(31)를 구동 제어함과 동시에, 그 구동에 X이동 기구(32) 및 Y이동 기구(33)를 연동시키도록 제어함으로써, 실현할 수도 있다.
상술한 구성의 본 실시형태에 관계된 X선 검사 장치는, 시료대(10) 바로 아래에 φ회전 기구(31)를 설치하고 있으므로(도 2A, 도 2B 참조), X이동 기구(32)와 Y이동 기구(33)를 구동 제어해서 시료 S의 피측정 개소를 측정점 P에 위치결정했을 때, 시료 S와 함께 φ회전 기구(31)가 XY 방향으로 이동해서, φ축이 측정점 P로부터 편심해 버리는 일이 있다. 그 때문에, 측정점 P로부터 편심한 φ축을 중심으로 미소 회전시켰을 때의 측정점 P에 있어서의 회전각을, 상기 편심이 없는 상태에서의 회전각으로 수정할 필요가 있다.
그래서, φ회전 기구(31)와 함께 X이동 기구(32) 및 Y이동 기구(33)를 연동해서 구동 제어함으로써, φ방향으로의 회전 동작을 수정하고 있다.
또, 본 실시형태의 X선 검사 장치에 의하면, X선 조사 유닛(40)에 의해 높은 분해능으로 미소 면적에 집광하는 X선 a를 시료 S에 조사할 수 있으므로, 그 집광 각도 범위의 X선 a 다발을 일괄해서 시료 S에 조사해서 X선 회절 측정을 실시할 수가 있다. 그리고, X선 검출기(50)로서 이차원 X선 검출기를 채용한 것에 의해, 집광 각도 범위의 X선 a 다발에 대응해서 일정한 각도 범위에서 회절되어 온 회절 X선 b 다발을 일괄해서 검출할 수가 있다. 따라서, 도 12에 도시한 바와 같이, 시료 S를 면내 방향(φ방향)으로 미소 회전시키는 일 없이, 단시간에 인플레인 회절의 로킹커브 측정 방법을 실시하는 것도 가능해진다.
일반적으로, 기판 결정에 박막 결정을 에피택셜 성장시킨 시료 S를 대상으로 한 로킹커브 측정 방법에서는, 시료 표면에 대한 X선의 입사 각도 θ를 2˚ 이상의 범위에서 변화시키고 있다. 따라서, X선 조사 유닛(40)으로부터 시료 표면에 조사하는 X선은, 집광 슬릿(44)에 의해 2˚ 이상의 집광 각도로 설정하고, 상기 2˚ 이상의 각도 범위의 X선을 시료의 표면에 조사하는 것이 바람직하다.
또한, 전술한 바와 같이, 시료 S를 면내 방향(φ방향)으로 미소 회전시켜서 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 실시하는 경우는, 슬릿 등을 마련해서, 시료 S에 조사하는 X선을 좁혀(축소해) 가도록 하면 좋다.
[인플레인 회절의 로킹커브 측정의 구체적 실시예]
본 발명에 관계된 X선 검사 장치는, 예를 들면, 기판 상에 형성된 SiGe(실리콘 저마늄) 에피택셜 박막 등에 대해, 인플레인 회절을 이용한 로킹커브 측정을 실시하는 것이 가능하다.
예를 들면, 본 발명에 관계된 X선 검사 장치에 의하면, 실리콘 기판 상에 형성한, SiO2 박막 상의 SiGe 박막(SGOI: SiGe on Insulator)을 측정 대상으로 하여, 다음과 같이 해서 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 실시할 수가 있다.
예를 들면, SGOI는, Si(1 0 0) 면이 기판 표면과 평행한 실리콘 기판 상에 SiGe 박막을 결정 성장시키고, 다음에 산소 이온을 조사하고, 이것을 적절한 조건에서 고온 처리하는 것에 의해, 실리콘 기판과 SiGe막 사이에 SiO2막을 형성시키는 것에 의해 제작된다.　　　
이와 같이 제작된 SGOI의 SiGe는, SiO2막의 존재에 의해 가로방향의 격자 정수가 Si보다 완화되어 있다. 한편, SiO2막의 형성 조건이 적정하지 않으면, 전위(轉位)가 발생할 우려가 있다. 즉, SGOI의 결정 품질을 평가·관리하기 위해서는, SiGe의 가로방향의 격자 정수를 고정밀도로 측정하는 것이 지극히 중요하다.
다시 말해, 기판 표면에 수직인 격자면에 대한 X선 회절을 평가할 수 있는 것, 즉 인플레인 회절 측정을 할 수 있는 것이 지극히 큰 의의를 가진다는 것을 알 수 있다.
또, SiGe 박막의 막두께는 수십 ㎚ 정도로 매우 얇기 때문에, 고(高)입사각에서는 X선이 투과해 버려 충분한 회절선이 얻어지지 않는다.
이에 반해, 인플레인 회절이면 X선을 기판 표면에 대해서 스칠 듯이 입사하므로, 충분한 회절선을 검출할 수 있고 데이터의 정밀도를 확보할 수 있다고 하는 메리트가 있다.
기판 표면에 수직인 SiGe 격자면의 1예로서, SiGe(4 0 0)에 대해서 로킹커브 측정을 실시하려면, 다음과 같은 순서로 행하면 좋다.
시료대(10) 위에 SGOI가 형성된 기판(시료 S)를 배치해서 고정하고, χ회전 기구(35)를 구동해서 기판을 수평면에 대해서 대략 수직으로 위치시킨다. X선 입사 방향과 완전히 평행하게 하면 X선이 입사할 수 없으므로, χ회전 기구(35) 또는 χω회전 기구(36)를 구동 조정해서, X선이 기판에 대해서 스칠 듯이 입사할 수 있도록 기판을 배치한다.
다음에, X이동 기구(32)와 Y이동 기구(33)를 구동해서 측정 포인트를 결정한 후, φ회전 기구(31) 또는 고니오미터(20)를 구동 조정해서, Si결정 격자면(4 0 0)에 있어서, X선이 브래그 반사되는 각도로 기판 및 X선 조사 유닛(40)을 설정한다.
이와 같이 설정함으로써, Si기판 결정의 (4 0 0)면으로부터 반사되어 오는 회절 X선과, 그곳으로부터 조금 어긋난 방향으로 SiGe(4 0 0)면으로부터 반사되어 온 회절 X선의 피크 강도가 검출된다. X선 검출기(50)는, Si기판 결정으로부터의 회절 X선과 SiGe로부터의 회절 X선을 일괄해서 검출할 수 있도록 배치한다.
X선 조사 유닛(40)은, 높은 분해능으로 미소 면적에 집광하는 단색 X선을 표면에 조사할 수 있으므로, 상기 집광 각도 범위의 X선 다발을 일괄해서 기판에 조사할 수가 있다. 따라서, X선 조사 유닛(40), X선 검출기(50), 기판 등을 주사하는 일 없이, 지극히 단시간에 로킹커브 측정을 행할 수가 있다.
물론, X선원으로부터의 X선에 대해, 빔 슬릿 등으로 발산각을 좁힘과 동시에, X선원이 탑재된 고니오미터를 주사하는 것에 의해서도 로킹커브의 측정은 가능하다.
한편, 상술한 바와 같이 본 실시형태에 관계된 X선 검사 장치에서는, X선 검출기(50)에 이차원 검출기를 이용하고 있으므로, X선원에 맞추어 X선 검출기(50)를 주사하는 것은 필수가 아니다. 또, 시료의 측정점을 회전 중심으로 해서 φ회전 기구(31), X이동 기구(32) 및 Y이동 기구(33)를 구동 조정해서 주사하는 것에 의해서도 로킹커브 측정은 가능하다.
본 발명의 X선 검사 장치에 의하면, 이상과 같이 해서, SiGe 에피택셜 박막 등에 대해, 인플레인 회절에서의 로킹커브 측정을 고정밀도로 또한 고속으로 행할 수 있고, 상기 박막의 결정 품질의 분석·관리에 지극히 중요한 역할을 완수하는 것이 가능하다.
[극점 측정]
다음에, 상술한 구성의 X선 검사 장치가 구비하는 극점 측정의 기능에 대해서 설명한다.
극점 측정에서는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 시료 S가 있는 결정 격자면에 주목하고, 시료 S의 플래핑각 α와 면내 회전각 β의 2개의 파라미터를 변화시키고, 시료 S에 대해서 다양한 방향으로부터 X선을 입사시켜서, 결정 격자면으로부터 회절되어 온 회절 X선을 측정한다. 그리고, 어느 α, β의 위치에서 회절선이 관측되는지를, α, β를 파라미터로 하는 극점도에 회절 X선의 강도 분포를 그려서 분석하는 측정 수법이, 극점 측정이다.
이 극점 측정에 의해, 박막 재료, 특히 다결정 박막의 결정 방위나 그 배향성 등을 평가할 수가 있다.
도 8에 도시한 제어계(제어부)는, 위치결정 기구(30)와, 고니오미터(20)와, X선 조사 유닛(40)을 제어해서, 극점 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하고 있다.
즉, 도 8에 도시한 제어계(제어부)에 있어서의 기억부(110)에는, 극점 측정을 실시하기 위한 제어 프로그램이 미리 인스톨되어 있다. 또, 기억부(110)에는, 극점 측정에 필요한 설정 정보가 레시피로서 미리 기억되어 있다. 중앙 처리 장치(CPU)(100)는, 상기 제어 프로그램에 따라, 필요한 설정 정보를 읽어내어, 제어계의 각 구성부에 출력한다.
구체적으로는, 위치결정 컨트롤러(102)가, 위치결정 기구(30)를 구성하는 χ회전 기구(35)를 구동 제어해서, 시료 배치부(11)에 배치된 시료 S의 표면을, χ축을 중심으로 회전시키는 것에 의해, 극점 측정의 플래핑각 α를 0°에서 90°까지의 범위 내에서 변화시킨다.
또, 위치결정 컨트롤러(102)가, 위치결정 기구(30)를 구성하는 φ회전 기구(31)를 구동 제어해서, 시료 배치부(11)에 배치된 시료 S의 표면을, φ축을 중심으로 회전시키는 것에 의해, 극점 측정의 면내 회전각 β를 변화시킨다.
이와 같이 해서, 일정 위치에 고정한 X선 조사 유닛(40)을 XG 컨트롤러(101)가 제어해서, 시료 S를 향해 X선 a를 조사한다. 그리고, 시료로부터 회절되어 온 회절 X선을 일정한 위치에서 X선 검출기(50)가 검출하도록, 계수 제어 회로(104)가 X선 검출기(50)를 제어한다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그밖에도 갖가지 변형 실시나 응용 실시가 가능한 것은 물론이다.
예를 들면, 상술한 실시형태의 X선 검사 장치는, 반도체 제조 라인을 흐르는 반도체 웨이퍼를 검사 대상으로 하고 있었지만, 이것에 한하지 않고, 예를 들면, 반도체 제조 라인의 후공정(後工程)에 있어서 반도체 소자의 미소 부위를 피측정 부위로 한 X선 검사에도 적용하는 것이 가능하다.
또, 상술한 실시형태에서는, 인플레인 X선 회절 측정, 인플레인 회절의 로킹커브 측정 및 극점 측정의 기능에 대해서 설명했지만, 본 발명의 X선 검사 장치는, 이들 측정 뿐만 아니라, 통상의 X선 회절 측정이나 로킹커브 측정, X선 반사율 측정, 역(逆)격자 맵 측정 등을 실시할 수 있는 것은 물론이다.
또, 도 2A, 도 2B에 도시한 X선 검사 장치에서는, X이동 기구(32)를, Y이동 기구(33)와 χω회전 기구(36) 사이에 마련한 구성으로 했지만, 도 14A, 도 14B에 도시하는 바와 같이, X이동 기구(32)를 χ회전 기구(35) 아래에 마련하고, 시료대(10), φ회전 기구(31), Z이동 기구(34) 및 Y이동 기구(33) 뿐만 아니라, χω회전 기구(36) 및 χ회전 기구(35)도 X방향으로 직선 이동시키는 구성으로 할 수도 있다.
S：시료, P：측정점, 10：시료대, 11：시료 배치부, 20：고니오미터, 21：고니오미터 본체, 22：제1의 선회 암, 23：제2의 선회 암, 30：위치결정 기구, 31：φ회전 기구, 32：X이동 기구, 33：Y이동 기구, 34：Z이동 기구, 35：χ회전 기구, 36：χω회전 기구, 40：X선 조사 유닛, 41：X선관, 42：제1의 X선 광학 소자, 43：제2의 X선 광학 소자, 44：집광 슬릿, 50：X선 검출기, 100：중앙 처리 장치, 101：XG 컨트롤러, 102：위치결정 컨트롤러, 103：고니오 컨트롤러, 104：계수 제어 회로, 110：기억부, 201：조작부, 202：표시부, 203：통신부.

Claims (8)

  1. 검사 대상이 되는 시료를 배치하는 시료 배치부와,
    상기 시료 배치부를 이동시키는 시료 배치부 위치결정 기구와,
    독립해서 선회하는 제1, 제2의 선회 부재를 포함하는 고니오미터와,
    상기 제1의 선회 부재에 탑재되고, 미리 설정한 측정점에 X선을 집광해서 조사하는 X선 조사 유닛과,
    상기 제2의 선회 부재에 탑재된 이차원 X선 검출기를 구비하고,
    상기 고니오미터는,
    상기 측정점을 지나 수평 방향으로 연장하는 θs축을 중심으로, 상기 제1의 선회 부재를 선회시켜, 상기 시료 배치부에 배치된 시료에 대한 상기 X선 조사 유닛으로부터의 X선의 입사각을 설정하는 θs선회 기구와,
    상기 θs축과 일치하는 θd축을 중심으로, 상기 제2의 선회 부재를 선회시켜, 상기 X선 검출기의 주사각(走査角)을 설정하는 θd선회 기구를 포함하고,
    상기 시료 배치부 위치결정 기구는,
    상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 직교하는 φ축을 중심으로, 상기 시료 배치부를 회전시키는 φ회전 기구와,
    상기 시료 배치부 및 φ축을, 상기 θs축 및 θd축과 직각으로 교차하는 X방향으로 직선 이동시키는 X이동 기구와,
    상기 시료 배치부 및 φ축을, 상기 X방향과 직각으로 교차하는 Y방향으로 직선 이동시키는 Y이동 기구와,
    상기 시료 배치부를, 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 직교하는 Z방향으로 이동시키는 Z이동 기구와,
    상기 측정점에서 상기 θs축 및 θd축과 직교하고 또한 수평 방향으로 연장하는 χ축을 중심으로, 상기 시료 배치부 및 φ축을 회전시키는 χ회전 기구와,
    상기 측정점에서 상기 χ축과 직교하고 또한 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 평행하게 연장하는 χω축을 중심으로, 상기 시료 배치부 및 φ축을 회전시킴과 동시에, 상기 χ회전 기구에 의해 상기 χ축 둘레로 회전시켜지는 χω회전 기구를 포함하고,
    X선 조사 유닛은,
    X선의 광축과 직각으로 교차하고 또한 상기 θs축과 평행한 가로방향으로 X선을 집광함과 동시에, X선의 광축과 직각으로 교차하고 또한 상기 θs축과도 직각으로 교차하는 세로방향으로도 X선을 집광하는 구성이며,
    상기 시료 배치부 위치결정 기구와, 상기 제1, 제2의 선회 부재를 포함하는 고니오미터와, 상기 X선 조사 유닛을 제어해서, 인플레인 회절의 로킹커브(Rocking Curve) 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 χ회전 기구를 구동해서, 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면을 연직 배치하고,
    상기 Z이동 기구를 구동해서, 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 피검사 개소를 상기 측정점의 높이에 맞춤과 동시에,
    상기 φ회전 기구, X이동 기구 및 Y이동 기구를 구동해서, 상기 시료의 피검사 개소를 상기 측정점에 미리 설정한 방향에서 위치결정하고,
    또, 상기 θs선회 기구 및 χω회전 기구를 구동해서, 상기 X선 조사 유닛으로부터의 X선을, 상기 시료의 표면에 대해서 평행에 가까운 방향으로부터 조사함과 동시에,
    상기 θs선회 기구와 연동해서 상기 θd선회 기구를 구동하고, 상기 시료로부터 브래그의 법칙에 따라서 나타나는 회절 X선을 검출하는 위치에 상기 이차원 X선 검출기를 배치하고,
    또한, 상기 θs선회 기구를 구동해서, 상기 시료에 대한 X선의 입사각을 변화시켜서, 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는,
    것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
  2. 검사 대상이 되는 시료를 배치하는 시료 배치부와,
    상기 시료 배치부를 이동시키는 시료 배치부 위치결정 기구와,
    독립해서 선회하는 제1, 제2의 선회 부재를 포함하는 고니오미터와,
    상기 제1의 선회 부재에 탑재되고, 미리 설정한 측정점에 X선을 집광해서 조사하는 X선 조사 유닛과,
    상기 제2의 선회 부재에 탑재된 이차원 X선 검출기를 구비하고,
    상기 고니오미터는,
    상기 측정점을 지나 수평 방향으로 연장하는 θs축을 중심으로, 상기 제1의 선회 부재를 선회시켜, 상기 시료 배치부에 배치된 시료에 대한 상기 X선 조사 유닛으로부터의 X선의 입사각을 설정하는 θs선회 기구와,
    상기 θs축과 일치하는 θd축을 중심으로, 상기 제2의 선회 부재를 선회시켜, 상기 X선 검출기의 주사각(走査角)을 설정하는 θd선회 기구를 포함하고,
    상기 시료 배치부 위치결정 기구는,
    상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 직교하는 φ축을 중심으로, 상기 시료 배치부를 회전시키는 φ회전 기구와,
    상기 시료 배치부 및 φ축을, 상기 θs축 및 θd축과 직각으로 교차하는 X방향으로 직선 이동시키는 X이동 기구와,
    상기 시료 배치부 및 φ축을, 상기 X방향과 직각으로 교차하는 Y방향으로 직선 이동시키는 Y이동 기구와,
    상기 시료 배치부를, 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 직교하는 Z방향으로 이동시키는 Z이동 기구와,
    상기 측정점에서 상기 θs축 및 θd축과 직교하고 또한 수평 방향으로 연장하는 χ축을 중심으로, 상기 시료 배치부 및 φ축을 회전시키는 χ회전 기구와,
    상기 측정점에서 상기 χ축과 직교하고 또한 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 평행하게 연장하는 χω축을 중심으로, 상기 시료 배치부 및 φ축을 회전시킴과 동시에, 상기 χ회전 기구에 의해 상기 χ축 둘레로 회전시켜지는 χω회전 기구를 포함하고,
    X선 조사 유닛은,
    X선의 광축과 직각으로 교차하고 또한 상기 θs축과 평행한 가로방향으로 X선을 집광함과 동시에, X선의 광축과 직각으로 교차하고 또한 상기 θs축과도 직각으로 교차하는 세로방향으로도 X선을 집광하는 구성이며,
    상기 시료 배치부 위치결정 기구와, 상기 제1, 제2의 선회 부재를 포함하는 고니오미터와, 상기 X선 조사 유닛을 제어해서, 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 χ회전 기구를 구동해서, 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면을 연직 배치하고,
    상기 Z이동 기구를 구동해서, 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 피검사 개소를 상기 측정점의 높이에 맞춤과 동시에,
    상기 φ회전 기구, X이동 기구 및 Y이동 기구를 구동해서, 상기 시료의 피검사 개소를 상기 측정점에 미리 설정한 방향에서 위치결정하고,
    또, 상기 θs선회 기구를 구동해서, 상기 X선 조사 유닛으로부터의 X선을, 상기 시료의 표면에 대해서 평행에 가까운 방향으로부터 조사함과 동시에,
    상기 θs선회 기구와 연동해서 상기 θd선회 기구를 구동하고, 상기 시료로부터 브래그의 법칙에 따라서 나타나는 회절 X선을 검출하는 위치에 상기 이차원 X선 검출기를 배치하고,
    또한, 상기 φ회전 기구를 구동함과 동시에, 그 구동에 상기 X이동 기구 및 Y이동 기구를 연동시킴으로써, 상기 시료의 피검사 개소를 상기 측정점에 보존유지(保持)하면서, 상기 시료에 대한 X선의 입사각을 변화시켜서, 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는,
    것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
  3. 검사 대상이 되는 시료를 배치하는 시료 배치부와,
    상기 시료 배치부를 이동시키는 시료 배치부 위치결정 기구와,
    독립해서 선회하는 제1, 제2의 선회 부재를 포함하는 고니오미터와,
    상기 제1의 선회 부재에 탑재되고, 미리 설정한 측정점에 X선을 집광해서 조사하는 X선 조사 유닛과,
    상기 제2의 선회 부재에 탑재된 이차원 X선 검출기를 구비하고,
    상기 고니오미터는,
    상기 측정점을 지나 수평 방향으로 연장하는 θs축을 중심으로, 상기 제1의 선회 부재를 선회시켜, 상기 시료 배치부에 배치된 시료에 대한 상기 X선 조사 유닛으로부터의 X선의 입사각을 설정하는 θs선회 기구와,
    상기 θs축과 일치하는 θd축을 중심으로, 상기 제2의 선회 부재를 선회시켜, 상기 X선 검출기의 주사각(走査角)을 설정하는 θd선회 기구를 포함하고,
    상기 시료 배치부 위치결정 기구는,
    상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 직교하는 φ축을 중심으로, 상기 시료 배치부를 회전시키는 φ회전 기구와,
    상기 시료 배치부 및 φ축을, 상기 θs축 및 θd축과 직각으로 교차하는 X방향으로 직선 이동시키는 X이동 기구와,
    상기 시료 배치부 및 φ축을, 상기 X방향과 직각으로 교차하는 Y방향으로 직선 이동시키는 Y이동 기구와,
    상기 시료 배치부를, 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 직교하는 Z방향으로 이동시키는 Z이동 기구와,
    상기 측정점에서 상기 θs축 및 θd축과 직교하고 또한 수평 방향으로 연장하는 χ축을 중심으로, 상기 시료 배치부 및 φ축을 회전시키는 χ회전 기구와,
    상기 측정점에서 상기 χ축과 직교하고 또한 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 평행하게 연장하는 χω축을 중심으로, 상기 시료 배치부 및 φ축을 회전시킴과 동시에, 상기 χ회전 기구에 의해 상기 χ축 둘레로 회전시켜지는 χω회전 기구를 포함하고,
    X선 조사 유닛은,
    X선의 광축과 직각으로 교차하고 또한 상기 θs축과 평행한 가로방향으로 X선을 집광함과 동시에, X선의 광축과 직각으로 교차하고 또한 상기 θs축과도 직각으로 교차하는 세로방향으로도 X선을 집광하는 구성이며,
    상기 시료 배치부 위치결정 기구와, 상기 제1, 제2의 선회 부재를 포함하는 고니오미터와, 상기 X선 조사 유닛을 제어해서, 인플레인 회절 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 χ회전 기구를 구동해서, 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면을 연직 배치하고,
    상기 Z이동 기구를 구동해서, 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 피검사 개소를 상기 측정점의 높이에 맞춤과 동시에,
    상기 φ회전 기구, X이동 기구 및 Y이동 기구를 구동해서, 상기 시료의 피검사 개소를 상기 측정점에 미리 설정한 방향에서 위치결정하고,
    또한, 상기 θs선회 기구 및 χω회전 기구를 구동해서, 상기 X선 조사 유닛으로부터의 X선을, 상기 시료의 표면에 대해서 평행에 가까운 방향으로부터 조사함과 동시에,
    상기 θs선회 기구와 연동해서 상기 θd선회 기구를 구동하고, 상기 시료로부터 브래그의 법칙에 따라서 나타나는 회절 X선을 검출하는 위치에 상기 이차원 X선 검출기를 배치하고,
    상기 X선 조사 유닛으로부터 상기 시료에 집광해서 입사되는 X선의 집광 각도의 범위에서, 인플레인 회절의 로킹커브 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는,
    것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
  4. 검사 대상이 되는 시료를 배치하는 시료 배치부와,
    상기 시료 배치부를 이동시키는 시료 배치부 위치결정 기구와,
    독립해서 선회하는 제1, 제2의 선회 부재를 포함하는 고니오미터와,
    상기 제1의 선회 부재에 탑재되고, 미리 설정한 측정점에 X선을 집광해서 조사하는 X선 조사 유닛과,
    상기 제2의 선회 부재에 탑재된 이차원 X선 검출기를 구비하고,
    상기 고니오미터는,
    상기 측정점을 지나 수평 방향으로 연장하는 θs축을 중심으로, 상기 제1의 선회 부재를 선회시켜, 상기 시료 배치부에 배치된 시료에 대한 상기 X선 조사 유닛으로부터의 X선의 입사각을 설정하는 θs선회 기구와,
    상기 θs축과 일치하는 θd축을 중심으로, 상기 제2의 선회 부재를 선회시켜, 상기 X선 검출기의 주사각(走査角)을 설정하는 θd선회 기구를 포함하고,
    상기 시료 배치부 위치결정 기구는,
    상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 직교하는 φ축을 중심으로, 상기 시료 배치부를 회전시키는 φ회전 기구와,
    상기 시료 배치부 및 φ축을, 상기 θs축 및 θd축과 직각으로 교차하는 X방향으로 직선 이동시키는 X이동 기구와,
    상기 시료 배치부 및 φ축을, 상기 X방향과 직각으로 교차하는 Y방향으로 직선 이동시키는 Y이동 기구와,
    상기 시료 배치부를, 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 직교하는 Z방향으로 이동시키는 Z이동 기구와,
    상기 측정점에서 상기 θs축 및 θd축과 직교하고 또한 수평 방향으로 연장하는 χ축을 중심으로, 상기 시료 배치부 및 φ축을 회전시키는 χ회전 기구와,
    상기 측정점에서 상기 χ축과 직교하고 또한 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 평행하게 연장하는 χω축을 중심으로, 상기 시료 배치부 및 φ축을 회전시킴과 동시에, 상기 χ회전 기구에 의해 상기 χ축 둘레로 회전시켜지는 χω회전 기구를 포함하고,
    X선 조사 유닛은,
    X선의 광축과 직각으로 교차하고 또한 상기 θs축과 평행한 가로방향으로 X선을 집광함과 동시에, X선의 광축과 직각으로 교차하고 또한 상기 θs축과도 직각으로 교차하는 세로방향으로도 X선을 집광하는 구성이며,
    또한, 상기 시료 배치부 위치결정 기구와, 상기 제1, 제2의 선회 부재를 포함하는 고니오미터와, 상기 X선 조사 유닛을 제어해서, 인플레인 회절 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 χ회전 기구를 구동해서, 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면을 연직 배치하고,
    상기 Z이동 기구를 구동해서, 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 피검사 개소를 상기 측정점의 높이에 맞춤과 동시에,
    상기 φ회전 기구, X이동 기구 및 Y이동 기구를 구동해서, 상기 시료의 피검사 개소를 상기 측정점에 미리 설정한 방향에서 위치결정하고,
    또, 상기 θs선회 기구 및 χω회전 기구를 구동해서, 상기 X선 조사 유닛으로부터의 X선을, 상기 시료의 표면에 대해서 평행에 가까운 방향으로부터 조사함과 동시에,
    상기 θs선회 기구와 연동해서 상기 θd선회 기구를 구동하고, 상기 시료로부터 브래그의 법칙에 따라서 나타나는 회절 X선을 검출하는 위치에 상기 이차원 X선 검출기를 배치해서, 인플레인 회절 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는,
    것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
  5. 검사 대상이 되는 시료를 배치하는 시료 배치부와,
    상기 시료 배치부를 이동시키는 시료 배치부 위치결정 기구와,
    독립해서 선회하는 제1, 제2의 선회 부재를 포함하는 고니오미터와,
    상기 제1의 선회 부재에 탑재되고, 미리 설정한 측정점에 X선을 집광해서 조사하는 X선 조사 유닛과,
    상기 제2의 선회 부재에 탑재된 이차원 X선 검출기를 구비하고,
    상기 고니오미터는,
    상기 측정점을 지나 수평 방향으로 연장하는 θs축을 중심으로, 상기 제1의 선회 부재를 선회시켜, 상기 시료 배치부에 배치된 시료에 대한 상기 X선 조사 유닛으로부터의 X선의 입사각을 설정하는 θs선회 기구와,
    상기 θs축과 일치하는 θd축을 중심으로, 상기 제2의 선회 부재를 선회시켜, 상기 X선 검출기의 주사각(走査角)을 설정하는 θd선회 기구를 포함하고,
    상기 시료 배치부 위치결정 기구는,
    상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 직교하는 φ축을 중심으로, 상기 시료 배치부를 회전시키는 φ회전 기구와,
    상기 시료 배치부 및 φ축을, 상기 θs축 및 θd축과 직각으로 교차하는 X방향으로 직선 이동시키는 X이동 기구와,
    상기 시료 배치부 및 φ축을, 상기 X방향과 직각으로 교차하는 Y방향으로 직선 이동시키는 Y이동 기구와,
    상기 시료 배치부를, 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 직교하는 Z방향으로 이동시키는 Z이동 기구와,
    상기 측정점에서 상기 θs축 및 θd축과 직교하고 또한 수평 방향으로 연장하는 χ축을 중심으로, 상기 시료 배치부 및 φ축을 회전시키는 χ회전 기구와,
    상기 측정점에서 상기 χ축과 직교하고 또한 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면과 평행하게 연장하는 χω축을 중심으로, 상기 시료 배치부 및 φ축을 회전시킴과 동시에, 상기 χ회전 기구에 의해 상기 χ축 둘레로 회전시켜지는 χω회전 기구를 포함하고,
    X선 조사 유닛은,
    X선의 광축과 직각으로 교차하고 또한 상기 θs축과 평행한 가로방향으로 X선을 집광함과 동시에, X선의 광축과 직각으로 교차하고 또한 상기 θs축과도 직각으로 교차하는 세로방향으로도 X선을 집광하는 구성이며,
    또한, 상기 시료 배치부 위치결정 기구와, 상기 제1, 제2의 선회 부재를 포함하는 고니오미터와, 상기 X선 조사 유닛을 제어해서, 극점 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 χ회전 기구를 구동해서, 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면을, 상기 χ축을 중심으로 회전시키는 것에 의해, 극점 측정의 플래핑각(煽角) α를 0°에서 90°까지의 범위 내에서 설정함과 동시에,
    상기 φ회전 기구를 구동해서, 상기 시료 배치부에 배치된 시료의 표면을, 상기 φ축을 중심으로 회전시키는 것에 의해, 극점 측정의 면내 회전각 β를 설정해서, 극점 측정을 실시하는 제어 기능을 포함하는,
    것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 X선 조사 유닛은, 상기 측정점에 있어서, 상기 가로방향 및 세로방향으로 각각 100㎛ 이내의 반값폭에 X선을 집광시키는 구성인 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Y이동 기구는, 상기 χ회전 기구에 의해 상기 시료 배치부를 수평으로 배치한 상태에서, 상기 시료 배치부를 이동시키는 방향(Y방향)이 상기 θs축 및 θd축과 평행하게 되도록 구성되어 있고, 상기 Y방향으로 상기 시료 배치부를 이동시키는 것에 의해, 미리 설정해 둔 시료 교환 위치에 상기 시료 배치부를 배치하는 시료 교환 기구로서 기능하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
  8. 삭제
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