WO2025249014A1

WO2025249014A1 - Ｘ線検査装置

Info

Publication number: WO2025249014A1
Application number: PCT/JP2025/015090
Authority: WO
Inventors: 直樹松嶋; 寛本野; 潔尾形; 和彦表; 誠青柳; 克隆洞田
Original assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Current assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Priority date: 2024-05-29
Filing date: 2025-04-17
Publication date: 2025-12-04
Anticipated expiration: 2026-11-29
Also published as: WO2025249015A1; WO2025249016A1

Abstract

試料を配置する試料台１１及び当該試料台１１を移動させる試料台移動機構１２を含む試料ステージ１０と、独立して回動する第１,第２の回動アーム２２，２３を含むゴニオメータ２０とを備えている。そして、第１の回動アーム２２には、集光Ｘ線を試料の表面に照射する集光Ｘ線照射ユニット３０を装着してある。また、第２の回動アーム２３には、試料から回折又は反射してきたＸ線を検出するＸ線検出ユニット６０を装着してある。さらに、第１の回動アーム２２には、集光Ｘ線照射ユニット３０を第１の回動アーム２２上で移動させる照射ユニット移動調整機構５０が組み込んである。

Description

Ｘ線検査装置

　　この発明は、半導体製造分野等、基板上に多数の薄膜を積層した多層膜構造の素子を製造する技術分野に好適なＸ線検査装置に関する。

　半導体等、基板上に多数の薄膜を積層した多層膜構造の素子は、成膜する薄膜の膜厚、密度、結晶性などの状態によって特性が変化する。近年、これらの素子の微細化・集積化が進み、その傾向は顕著になってきている。このため、成膜した薄膜の状態を、正確に測定できる薄膜検査装置が求められている。

　この種の検査装置として、従来より断面透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）による直接計測や、光干渉やエリプソメトリを利用した膜厚検査装置や、光音響式装置などが知られている。断面透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）では、製造工程に組み込みリアルタイムに検査対象の薄膜を検査する、いわゆるインラインでの検査ができず、しかも検査用に製造ラインから抜き取った製品は、検査後に廃棄されているのが実情であった。また、光干渉やエリプソメトリを利用した膜厚検査装置や、光音響式装置は、インラインでの検査には適するものの、数ｎｍの薄い膜の測定には精度が不足している。

　半導体デバイスメーカーにとっては、使い捨てにされる検査用ウエーハ（ブランケットウエーハ）が、コスト面で大きな負担となっている。特に、近年では半導体ウエーハの大口径化が進展しており、一枚のブランケットウエーハにかかるコストも高価格化してきている。

　本出願人は、このような事情に鑑み、成膜製品の製造工程に組み込み、製品そのものを直接検査し、ウエーハを使い捨てることなく数ｎｍの薄い膜でも充分な精度で検査可能とするインライン型のＸ線薄膜検査装置を、先に提案した（特許文献１、２を参照）。

特開２００６－１５３７６７号公報国際公開ＷＯ２０１９／１３０６６３号

　さらに、昨今の半導体デバイスは、それを用いた製品の高度化を実現するために、高速化、高密度化(三次元化)が進んでいる。特に最先端のトランジスタ構造は、従来のプレーナＦＥＴ（Planer - Field Effect Transistor）からＦｉｎ－ＦＥＴ（Fin Field - Effect Transistor）へ進展し、現在はＧＡＡ－ＦＥＴ（Gate All Around - Field-Effect Transistor）への進化の過程にある。ＧＡＡ－ＦＥＴは、その製造プロセスにおいて、Ｓｉ（シリコン）／ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）多層エピタキシャル薄膜の成膜、パターン化、ＳｉＧｅ薄膜の除去等を繰り返す複雑な工程を経ることで形成される。そして、各工程において、成膜したエピタキシャル層の薄膜及び形成されたパターン部分の膜厚、さらに当該膜の組成、ひずみ・応力、結晶性等を計測・管理することが極めて重要になっている。

　本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、本出願人が先に提案したＸ線薄膜検査装置をさらに改良して、半導体製造ラインにおけるＱＣ工程（Quality Control Process）への適用に好適であり、昨今の複雑で且つ特殊な半導体デバイスを、非破壊で高効率に検査することができるＸ線検査装置の提供を目的とする。

　本発明のＸ線検査装置は、試料を配置する試料台及び当該試料台を移動させる試料台移動機構を含む試料ステージと、独立して回動する第１,第２の回動アームを含むゴニオメータと、前記第１の回動アームに装着され、前記試料台に配置した試料の表面に集光Ｘ線を照射する集光Ｘ線照射ユニットと、前記第２の回動アームに装着され、前記試料から回折又は反射してきたＸ線を検出するＸ線検出ユニットと、を備えたＸ線検査装置であって、さらに、前記第１の回動アームに組み込まれ、前記集光Ｘ線照射ユニットを前記第１の回動アーム上で移動させる照射ユニット移動調整機構を備えたことを特徴とする。

　また、本発明のＸ線検査装置は、平行Ｘ線を試料の表面に照射する平行Ｘ線照射ユニットを備え、前記第１の回動アームに、前記集光Ｘ線照射ユニットと前記平行Ｘ線照射ユニットとを並べて設置した構成とすることができる。

　また、前記照射ユニット移動調整機構は、前記試料ステージとの干渉を回避する位置へ、前記集光Ｘ線照射ユニットを前記第１の回動アーム上でから退避させる照射ユニット退避機構を含む、構成とすることができる。

　さらに、前記照射ユニット移動調整機構は、前記第１の回動アームに対して長手方向に前記集光Ｘ線照射ユニットを移動させる照射ユニット退避機構と、前記第１の回動アームの回動面内で長手方向と直交する縦軸方向に前記集光Ｘ線照射ユニットを移動させる縦軸方向移動機構と、この縦軸と同じ方向に配置した回動軸を中心に集光Ｘ線照射ユニットを回動させてＸ線を照射する向きを変更する回動調整機構と、を含む構成とすることができる。

　また、前記照射ユニット退避機構は、前記第１の回動アームの長手方向に移動するスライダと、このスライダを駆動する駆動源と、を含み、
　前記縦軸方向移動機構は、前記第１の回動アームの長手方向と直交する縦軸方向に摺動する摺動部材と、この摺動部材を駆動する駆動源と、を含み、
　前記縦軸方向移動機構は、前記照射ユニット退避機構のスライダに装着され、前記スライダと一体に長手方向に移動し、
　且つ、前記摺動部材の側面に支持部材が固定してあり、この支持部材に前記回動調整機構を介して前記集光Ｘ線照射ユニットを装着した、構成とすることができる。

　さらに、前記回動調整機構は、前記縦軸と同じ方向に配置した回動軸と、この回動軸の一端に装着した回動レバーと、この回動レバーを一方の回動方向に付勢する付勢部材と、この付勢部材により付勢された前記回動レバーを固定するための固定ブロックと、前記回動レバーの固定位置を微調整するための駆動部と、を含み、
　前記集光Ｘ線照射ユニットは、前記回動軸の他端に装着され、前記回動レバーの回動操作に伴い前記回動軸と一体に回動する、構成とすることができる。

本発明の実施形態に係るＸ線検査装置の外観を示す正面斜視図である。図２Ａは、本発明の実施形態に係るＸ線検査装置の主要構造を模式的に示す正面図、図２Ｂは、同じく左側面図である。試料台移動機構による試料台の移動方向を模式的に示す図である。集光Ｘ線照射ユニット及び照射ユニット移動調整機構の外観を示す斜視図である。集光Ｘ線照射ユニット及び照射ユニット移動調整機構を示す平面図である。集光Ｘ線照射ユニット及び照射ユニット移動調整機構を裏面側から見た斜視図である。照射ユニット移動調整機構に含まれる回転調整機構を示す斜視図である。ゴニオメータを裏面側から見た斜視図である。Ｘ線検出ユニットの平面図である。Ｘ線検出ユニットの裏面図である。受光側光学部品自動選択機構に含まれるスライダの移動を模式的に描いた図である。

Ｐ：測定点
１０：試料ステージ、
１１：試料台、
１２：試料台移動機構、１２ａ：クレードル、
２０：ゴニオメータ、２１：ゴニオメータ本体、２２：第１の回動アーム、２３：第２の回動アーム、２４：バランサ、２５：バランスアーム、２６,２６ａ：ウエイト部材、２７：駆動軸、２８：バランサ、２８ａ：バランスアーム、２８ｂ：ウエイト部材、
２９：重心位置調整機構、２９１：案内レール、２９２：移動部材、２９３：駆動モータ、２９４：ボールねじ
３０：集光Ｘ線照射ユニット、４０：平行Ｘ線照射ユニット、
５０：照射ユニット移動調整機構、
５１：照射ユニット退避機構、５１１：案内レール、５１２：スライダ、５１３：駆動モータ、５１４：ボールねじ、
５２：縦軸方向移動機構、５２１：基台、５２２：案内ガイド、５２３：摺動部材、５２４：駆動モータ、５２５：伝達機構、５２６：支持部材、
５３：回動調整機構、５３１：回動軸、５３２：回動レバー、５３３：ばね部材、５３４：固定ブロック、５３５：操作ねじ（駆動部）、５３６：締結部材、
６０：Ｘ線検出ユニット、６１：二次元Ｘ線検出器、６２：平行ソーラースリット（受光側光学部品）、６３：垂直ソーラースリット（受光側光学部品）、６４：受光スリット（受光側光学部品）、６５：アナライザ（受光側光学部品）、
７０：受光側光学部品自動選択機構、７１：支持板、７２ａ，７２ｂ：案内レール、７３ａ：第１のスライダ、７３ｂ：第２のスライダ、７３ｃ：第３のスライダ、７３ｄ：第４のスライダ、７４：駆動モータ、７５：ボールねじ、
１００：光学顕微鏡

　以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
　本実施形態に係るＸ線検査装置は、半導体製造ラインに組み込まれ、半導体ウエーハ（試料）をＸ線を用いて非破壊で検査する機能を備えている。

〔Ｘ線検査装置の概要〕
　図１は本発明の実施形態に係るＸ線検査装置の外観を示す正面斜視図、図２Ａは同装置の主要な構造を模式的に示す正面図、図２Ｂは同じく左側面図である。
　これらの図に示すように、本実施形態に係るＸ線検査装置は、試料ステージ１０、ゴニオメータ２０、２台のＸ線照射ユニット３０、４０、Ｘ線検出ユニット６０の各構成要素を備えている。

　試料ステージ１０には、試料を配置するための試料台１１と、この試料台１１を移動させるための試料台移動機構１２とが組み込まれている。試料となる半導体ウエーハは、試料台１１の上面に配置して固定される。試料台移動機構１２は、試料台１１を駆動して、試料の表面上にあらかじめ設定した被測定部位を、あらかじめ装置に設定された測定点Ｐに位置決めする。そして、測定点ＰにＸ線照射ユニット３０又は４０からＸ線が照射され、試料の表面から回折又は反射してきたＸ線をＸ線検出ユニット６０が検出する。

　Ｘ線検査装置にはコンピュータ（図示せず）が組み込まれており、当該コンピュータにより、Ｘ線検出ユニットから出力されるＸ線検出データに基づき、試料の各種特性の分析が実行される。また、当該コンピュータにより、Ｘ線検査装置の各構成要素の動作が自動制御されている。コンピュータには、これらの機能を実行するための検査プログラムと制御プログラムが、あらかじめインストールしてある。

　図３は試料台移動機構による試料台の移動方向を模式的に示す図である。
　同図に示すように、試料台移動機構１２は、試料台１１を、ＸＹ方向及びＺ方向へ直線移動させるとともに、φ軸を中心としてφ方向へ回転させる機能を備えている。さらに、試料台移動機構１２は、試料台１１をχ軸周りに矢印χの正逆方向へ揺動させる機能と、試料台１１をχω軸周りに矢印χωの正逆方向へ揺動させる機能を備えている。
　ここで、ＸＹ方向は、試料台１１の上面（すなわち、試料台１１に配置された試料の表面）と平行な平面上で直交する二方向であり、Ｚ方向は、試料台１１の上面に直交する方向である。また、φ軸は、測定点Ｐを通って、試料台１１の上面に直交する回転軸である。χ軸は、後述するゴニオメータ２０の回転軸と測定点Ｐで直角に交差する水平軸である。χω軸は、測定点Ｐでχ軸と直角に交差する水平軸である。

　図１，図２Ａ，図２Ｂに戻り、ゴニオメータ２０は、第１，第２の回動アーム２２，２３を備えるともに、ゴニオメータ本体２１にθs回動機構とθd回動機構（いずれの回動機構も図示せず）を内蔵している。第１の回動アーム２２は、θs回動機構の駆動軸に連結され、同回動機構によって駆動される。また、第２の回動アーム２３は、θd回動機構の駆動軸に連結され、同回動機構によって駆動される。
　θs回動機構は、あらかじめ設定された測定点Ｐを通り水平方向に延びるθs軸を中心に、第１の回動アーム２２を矢印θsの正逆方向へ回動させる（図２Ａ及び図３参照）。この第１の回動アーム２２には、２台のＸ線照射ユニット３０，４０が装着してある。そして、第１の回動アーム２２の回動により、いずれかのＸ線照射ユニット３０又は４０から照射されるＸ線の、試料の表面に対する入射角が設定される。

　また、θd回動機構は、あらかじめ設定された測定点Ｐを通り水平方向に延びるθd軸を中心に、第２の回動アーム２３を矢印θdの正逆方向へ回動させる（図２Ａ及び図３参照）。この第２の回動アーム２３には、Ｘ線検出ユニット６０が装着してある。そして、第２の回動アーム２３の移動により、Ｘ線検出ユニット６０の走査角が設定される。すなわち、第２の回動アーム２３の移動により、試料の表面から回折又は反射してくるＸ線を検出する位置へＸ線検出ユニット６０が配置される。
　このように、第１の回動アーム２２と第２の回動アーム２３は、それぞれθs回動機構とθd回動機構の駆動をもって独立に回動する。なお、上述したθs軸とθd軸は、同軸上の回動中心軸となっている。

　なお、図１において、符号１００で示す構成部は光学顕微鏡であり、試料台に配置した半導体ウエーハ（試料）の表面に形成した薄膜パターンを観察し、薄膜パターンの形成領域にあらかじめ設定してある被測定部位の位置を認識する機能を有している。この光学顕微鏡で位置を認識した被測定部位を、試料台移動機構１２により測定点Ｐへ移動させて、Ｘ線検査が実行される。Ｘ線検査を実行する際には、図示しない移動機構により光学顕微鏡を半導体ウエーハ（試料）の上方から退避させる。

〔Ｘ線照射ユニット、Ｘ線検出ユニット〕
　本実施形態に係るＸ線検査装置は、図１に示すように、２台のＸ線照射ユニット３０，４０を第１の回動アーム２２へ上下に並べて装着している。これらＸ線照射ユニット３０，４０のうち、一方は集光Ｘ線を試料の表面に照射する集光Ｘ線照射ユニット３０であり、他方は平行Ｘ線を試料の表面に照射する平行Ｘ線照射ユニット４０である。

　集光Ｘ線照射ユニット３０は、図示しないが、微小焦点のＸ線管球を内蔵するＸ線源と、湾曲結晶と多層膜ミラーにより構成されるハイブリッドモノクロメータとを含み、Ｘ線源から出射したＸ線を、ハイブリッドモノクロメータによって特定の波長の特性Ｘ線に単色化するとともに、一箇所に集光させる機能を有している。
　集光Ｘ線照射ユニット３０は、例えば、Ｘ線を５０μｍ程度の微小焦点に収束させて試料の表面に照射することができるので、半導体ウエーハに形成された微細なパターン膜など、試料の表面における微小領域のＸ線検査に適している。

　一方、平行Ｘ線照射ユニット４０は、図示しないが、回転対陰極を内蔵するＸ線源と、モノクロメータとを含み、Ｘ線源から出射した平行Ｘ線を、モノクロメータによって特定の波長の特性Ｘ線に単色化して試料の表面に照射する機能を有している。
　平行Ｘ線照射ユニット４０によれば、試料の表面における広い領域にＸ線を照射することができるので、例えば、半導体ウエーハに成膜したエピタキシャル層の薄膜（ブランケット膜）を高速かつ高分解能にＸ線検査することが可能となる。

　本実施形態のＸ線検査装置は、これら２種類のＸ線照射ユニット３０，４０を、第１の回動アーム２２に装着しているので、Ｘ線検査の内容に応じていずれかのＸ線照射ユニット３０又は４０を選択して使用することで、半導体製造ラインの各工程において、成膜したエピタキシャル層の薄膜及び形成されたパターン部分の膜厚、さらに当該膜の組成、ひずみ・応力、結晶性等、様々なＸ線検査を実現することができる。よって、昨今の複雑で且つ特殊な半導体デバイスを、非破壊で高効率にＸ線検査する目的で、半導体製造ラインにおけるＱＣ工程への適用に好適である。

　次に、第２の回動アーム２３に装着したＸ線検出ユニット６０は、二次元Ｘ線検出器６１を含んでいる。
　二次元Ｘ線検出器６１は、二次元で構成された面状のＸ線検出部を有しており、試料の表面から回折又は反射してきたＸ線を、この面状のＸ線検出部に一括して記録することができる。したがって、比例計数管（ＰＣ）やシンチレーションカウンタ（ＳＣ）等の一次元Ｘ線検出器と比較して、測定に要する時間を短縮できるという特徴を有している。

　また、近年では、Ｘ線検出部に、１００μｍ以下という非常に小さいピクセルサイズのシリコン半導体素子を多数配列し、これらの半導体素子により高い位置分解能をもって短時間で高精度にＸ線を検出することができる二次元半導体検出器も開発されている。この種の二次元半導体検出器をＸ線検出ユニット６０に採用することで、半導体製造ラインでの高効率でかつ高精度なＸ検査を実現することが可能となる。

　また、図１に示すように、Ｘ線検出ユニット６０は、ソーラースリット６２，６３、受光スリット６４、アナライザ６５等の複数の受光側光学部品を含むとともに、それら複数の受光側光学部品を選択して使用するための受光側光学部品自動選択機構７０を備えている。
　複数の受光側光学部品６２～６５及び受光側光学部品自動選択機構７０については、後に項目を設けて詳細に説明する。

〔集光Ｘ線照射ユニットの移動調整機構（照射ユニット移動調整機構）〕
　図４は集光Ｘ線照射ユニット及び照射ユニット移動調整機構の外観を示す斜視図、図５は同じく平面図、図６は同じく裏面側から見た斜視図である。図７は照射ユニット移動調整機構に含まれる回転調整機構を示す斜視図である。

　集光Ｘ線照射ユニット３０は、ハイブリッドモノクロメータにより収束するＸ線の集光点Ｃ(図４参照）を、あらかじめ設定された装置の測定点Ｐ（図２Ａ及び図３参照）に位置決めする必要がある。
　そこで、本実施形態のＸ線検査装置は、第１の回動アーム２２に照射ユニット移動調整機構５０を組み込み、この照射ユニット移動調整機構５０によって、集光Ｘ線照射ユニット３０を第１の回動アーム２２上で移動して、照射するＸ線の集光位置を調整できる構成としてある。

　具体的には、図４～図６に示すように、照射ユニット移動調整機構５０は、第１の回動アーム２２に対して長手方向に集光Ｘ線照射ユニット３０を移動させる照射ユニット退避機構５１と、第１の回動アーム２２の旋回面内で長手方向と直交する縦軸方向に集光Ｘ線照射ユニット３０を移動させる縦軸方向移動機構５２と、この縦軸と同じ方向に配置した回動軸を中心に集光Ｘ線照射ユニット３０を回動させてＸ線を照射する向きを変更する回動調整機構５３と、を含む構成としてある。

　照射ユニット退避機構５１は、図５に示すように、第１の回動アーム２２の長手方向（θs軸を中心とする径方向）に延びる案内レール５１１と、この案内レール５１１上を摺動するスライダ５１２と、駆動モータ（駆動源）５１３と、駆動モータ５１３からの駆動力をスライダ５１２に伝えるボールねじ５１４と、を含む構成としてある。スライダ５１２は、駆動モータ５１３の駆動力により案内レール５１１上を長手方向に摺動する。

　縦軸方向移動機構５２は、照射ユニット退避機構５１のスライダ５１２に装着してあり、スライダ５１２と一体に長手方向に移動する。
　縦軸方向移動機構５２は、図６に示すように、基台５２１と、基台５２１の側面に設けられた縦軸方向に延びる案内ガイド５２２と、この案内ガイド５２２に沿って摺動する摺動部材５２３と、駆動モータ（駆動源）５２４と、駆動モータ５２４からの駆動力を摺動部材に伝える伝達機構５２５と、を含む構成としてある。摺動部材５２３は、駆動モータ５２４の駆動力により案内ガイド５２２に沿って縦軸方向に摺動する。

　そして、摺動部材５２３の側面に支持部材５２６が固定してあり、図６に示すように、この支持部材５２６に回動調整機構５３を介して集光Ｘ線照射ユニット３０が装着してある。
　回動調整機構５３は、縦軸と同じ方向に配置した回動軸５３１と、この回動軸５３１の一端に装着した回動レバー５３２と、この回動レバー５３２を一方の回動方向に付勢するばね部材（付勢部材）５３３と、ばね部材５３３により付勢された回動レバー５３２を固定するための固定ブロック５３４と、回動レバー５３２の固定位置を微調整するための操作ねじ５３５（駆動部）と、を含む構成としてある。
　集光Ｘ線照射ユニット３０は、回動軸５３１の他端に装着してあり、回動レバー５３２の回動操作に伴い、回動軸５３１と一体に回動する。

　回動レバー５３２は、固定ブロック５３４にナット等の締結部材５３６によって締結して固定される。回動レバー５３２を回動して集光Ｘ線照射ユニット３０の向きを微調整するには、締結部材５３６を緩め、回動レバー５３２を操作ねじ５３５の先端に当接させた状態で、操作ねじ５３５を回転操作してその先端を軸方向に移動させる。操作ねじ５３５の先端の移動に伴い、回動レバー５３２が回動するので、所望の回動位置で再び締結部材５３６により回動レバー５３２を固定ブロック５３４に締結して固定する。
　この調整作業は手作業で行われるが、操作ねじ５３５を回動操作するだけの容易な操作で微調整が可能であるため、熟練を必要とすることなく、Ｘ線の集光点を装置の測定点Ｐに位置決めすることができる。

　なお、本実施形態では、回動レバー５３２の固定位置を微調整するための駆動部を操作ねじ５３５で構成し、手作業で操作ねじ５３５を操作する構成としているが、駆動モータ等の駆動源で駆動部を構成し、当該駆動源を制御して回動レバー５３２の固定位置を微調整する構造とすることもできる。

　さて、集光Ｘ線照射ユニット３０は、ハイブリッドモノクロメータによりＸ線を集光するが、その集光点までの距離は、第１の回動アーム２２の長さに比べて短い。そのため、集光Ｘ線照射ユニット３０は測定点Ｐに近づけて配置する必要がある。しかし、集光Ｘ線照射ユニット３０を測定点Ｐに近付けた位置で第１の回動アーム２２に固定した場合、試料台移動機構１２により試料台１１を移動させたとき、試料ステージ１０（具体的には、試料台１１又は試料台移動機構１２の構成部品など）が集光Ｘ線照射ユニット３０と干渉してしまうおそれがある。
　特に、本実施形態に係るＸ線検査装置は、図２Ａ，図２Ｂに示すように、試料台１１をχ旋回させるために、クレードル１２ａと称するガイド枠が、試料台１１の両脇を支持するように設置してある。試料台１１は、クレードル１２ａに形成された湾曲面を摺動してχの正逆方向に揺動する。そして、クレードル１２ａは試料台１１とともにＸ方向に直線移動する。
　そのため、集光Ｘ線照射ユニット３０を測定点Ｐの近くに配置した状態で、試料台１１とともにクレードル１２ａをＸ方向に直線移動させたとき、集光Ｘ線照射ユニット３０の根元にあるＸ線源がクレードル１２ａと干渉するおそれがある。

　そこで、本実施形態のＸ線検査装置は、集光Ｘ線照射ユニット３０を使用しないとき（すなわち、平行Ｘ線照射ユニット４０を使用するとき）は、集光Ｘ線照射ユニット３０を試料ステージ１０の側方に退避させる機能（照射ユニット退避機構）を備えている。具体的には、照射ユニット退避機構５１を駆動して、集光Ｘ線照射ユニット３０を第１の回動アーム２２の先端近く（θs軸の反対側）まで移動させることで、集光Ｘ線照射ユニット３０を試料ステージ１０の側方に退避させて、試料ステージ１０との干渉を回避できる構成としてある。このため、照射ユニット退避機構５１の案内レール５１１は、第１の回動アーム２２の先端近くまで延ばしてある。

　なお、照射ユニット移動調整機構５０は、上述した構成に限定されるものではなく、集光Ｘ線照射ユニット３０を第１の回動アーム２２上で移動させることができる機構であればよい。また照射ユニット移動調整機構５０により集光Ｘ線照射ユニット３０を移動させる方向も上述した方向に限定されるものではなく、必要に応じて移動させる方向を任意に設定することが可能である。

　また、照射ユニット移動調整機構５０は、第１の回動アーム２２に集光Ｘ線照射ユニット３０のみを装着した構成のゴニオメータ２０に適用することもできる。

〔ゴニオメータのバランサと、重心位置調整機構〕
　図８はゴニオメータを裏面側から見た斜視図である。
　ゴニオメータ２０は、第１の回動アーム２２に装着された各Ｘ線照射ユニット３０，４０による力のモーメントとの均衡を図り、ゴニオメータ２０の重心が偏りのない位置となるように調整するためのバランサ２４を備えている。

　バランサ２４は、バランスアーム２５と、このバランスアーム２５に装着された複数のウエイト部材２６と、を含む構成としてあり、ゴニオメータ２０の裏面側に設けてある。

　バランスアーム２５は、第１の回動アーム２２を駆動するθs回動機構の駆動軸２７（図８参照）に連結され、第１の回動アーム２２と連動して回動する。バランスアーム２５は、ゴニオメータ本体２１の裏面側に配置され、θs軸を中心にして第１の回動アーム２２と対称な径方向に延びている。

　そして、本実施形態に係るＸ線検査装置を組み立てる際に、バランスアーム２５に装着するウエイト部材２６の枚数を調整することで、ウエイト部材２６による力のモーメントが、第１の回動アーム２２に装着された各Ｘ線照射ユニット３０，４０による力のモーメントと釣り合うようにして、ゴニオメータ２０の重心が偏りのない安定した位置となるように調整する。

　なお、第２の回動アーム２３に装着されたＸ線検出ユニット６０による力のモーメントとの均衡を図り、ゴニオメータ２０の重心が偏りのない位置となるように調整するために、第２の回動アーム２３に対しても、ゴニオメータ２０の裏面側にバランサ２８が設けてある。このバランサ２８も、バランスアーム２８ａと、このバランスアーム２８ａに装着された複数のウエイト部材２８ｂと、を含む構成となっている（図８参照）。
　ただし、以下の説明は、第１の回動アーム２２に連結されたバランサ２４を対象としている。

　さらに、本実施形態に係るＸ線検査装置は、バランサ２４により調整したゴニオメータ２０の重心位置を保持するための重心位置調整機構２９を備えている。
　重心位置調整機構２９は、バランスアーム２５に組み込まれ、バランスアーム２５に装着したウエイト部材２６の一部（図８の２６ａ）をゴニオメータ２０のθs軸に対して接近又は離間する方向に移動させる構成となっている。

　具体的には、図８に示すように、重心位置調整機構２９は、バランスアーム２５の長手方向（θs軸を中心とする径方向）に延びる案内レール２９１と、この案内レール２９１に沿って移動する移動部材２９２と、駆動モータ（駆動源）２９３と、駆動モータ２９３からの駆動力を移動部材２９２に伝えるボールねじ２９４と、を含む構成としてある。移動部材２９２は、駆動モータ２９３の駆動力により案内レール２９１に沿って長手方向に移動する。この移動部材２９２に一枚乃至複数枚のウエイト部材２６ａが装着してあり、当該ウエイト部材２６ａが移動部材２９２と一体にバランスアーム２５の長手方向に移動する。
　移動部材２９２に装着したウエイト部材２６ａの移動に伴い、バランスアーム２５に作用する力のモーメントが変動する。

　駆動モータ２９３は、図示しないコンピュータによって制御されており、第１の回動アーム２２に作用する力のモーメントの変化に対応して作動し、移動部材２９２を移動させる。

　既述したように、第１の回動アーム２２には、集光Ｘ線照射ユニット３０を移動させる照射ユニット移動調整機構５０が組み込まれている。そして、照射ユニット退避機構５１は、集光Ｘ線照射ユニット３０を、使用時には測定点Ｐに近づく方向に移動させ、不使用時には第１の回動アーム２２の先端近くへ移動させて、試料ステージ１０との干渉を回避している。このように集光Ｘ線照射ユニット３０が第１の回動アーム２２上を移動する度に、第１の回動アーム２２に作用する力のモーメントが変わるため、ゴニオメータ２０の重心位置も変動する。

　そこで、図示しないコンピュータは、第１の回動アーム２２に作用する力のモーメントの変化に対応して駆動モータ２９３を作動させることで、移動部材２９２に装着したウエイト部材２６ａを移動させる。移動部材２９２に装着したウエイト部材２６ａの移動に伴い、バランスアーム２５に作用する力のモーメントが変化する。

　コンピュータは、バランスアーム２５に作用する力のモーメントの変化が、第１の回動アーム２２に作用する力のモーメントの変化を相殺するように、移動部材２９２の移動量に基づいて駆動モータ２９３を制御する。具体的には、移動部材２９２の移動量と移動方向を算出し、その算出データに基づいて駆動モータ２９３を制御する。
　これにより、ゴニオメータ２０の重心位置が偏りのない元の安定した位置に保持することができる。

　なお、ゴニオメータ２０の重心位置の変動を検知するセンサ（例えば、トルクセンサ）をゴニオメータ２０に設置して、当該センサからの検知信号に基づいて、ゴニオメータ２０の重心位置が偏りのない元の安定した位置に戻るように、コンピュータが駆動モータ２９３を制御する構成とすることもできる。

　また、重心位置調整機構は、上述した構成に限定されるものではなく、バランサ２４により調整したゴニオメータ２０の重心位置の変動を回避する機能を有する機構であればよい。

〔Ｘ線検出ユニットの受光側光学部品及び同部品の自動選択機構〕
　図９はＸ線検出ユニットの平面図、図１０は同じく裏面図である。
　既述したように、Ｘ線検出ユニット６０は、二次元Ｘ線検出器６１と、複数の受光側光学部品６２～６５と、受光側光学部品自動選択機構７０と、を含んでいる。
　受光側光学部品自動選択機構７０は、いずれかの受光側光学部品６２～６５を、試料から回折又は反射してきたＸ線の軌道上であって二次元Ｘ線検出器６１の手前の位置に選択して配置する機能を有している。

　具体的には、受光側光学部品自動選択機構７０は、図９及び図１０に示すように、第２の回動アーム２３に固定した支持板７１を二次元Ｘ線検出器６１の手前の位置に配置し、その支持板７１に案内レール７２ａ，７２ｂと、スライダ７３ａ～７３ｄと、駆動モータ（駆動源）７４と、ボールねじ７５とを組み込んで構成してある。
　すなわち、図９に示すように、横方向に延びる二対の案内レール７２ａ，７２ｂが前後に並べて支持板７１の表面に設置してあり、各対の案内レール７２ａ，７２ｂにそれぞれ二台（合計四台）のスライダ７３ａ～７３ｄが摺動自在に係合している。

　各スライダ７３ａ～７３ｄは、図１１に模式的に示すようにそれぞれ独立して移動する。
　第１のスライダ７３ａは、二次元Ｘ線検出器６１に近い位置に設置した案内レール７２に沿って、二次元Ｘ線検出器６１の手前（受光面の手前）の使用位置と、一方の側方に離れた退避位置と、の間を移動する。
　第２のスライダ７３ｂは、同じく二次元Ｘ線検出器６１に近い位置に設置した案内レール７２に沿って、二次元Ｘ線検出器６１の手前（受光面の手前）の使用位置と、他方の側方に離れた退避位置と、の間を移動する。
　第３のスライダ７３ｃは、二次元Ｘ線検出器６１から遠い位置に設置した案内レール７２に沿って、二次元Ｘ線検出器６１の手前（受光面の手前）の使用位置と、一方の側方に離れた退避位置と、の間を移動する。
　第４のスライダ７３ｄは、同じく二次元Ｘ線検出器６１から遠い位置に設置した案内レール７２に沿って、二次元Ｘ線検出器６１の手前（受光面の手前）の使用位置と、他方の側方に離れた退避位置と、の間を移動する。

　また、図１０に示すように、支持板７１の裏面には、四台の駆動モータ７４と、各駆動モータ７４からの駆動力をそれぞれスライダ７３ａ～７３ｄに伝える四本のボールねじ７５が設けてある。各スライダ７３ａ～７３ｄは、それぞれ独立して各駆動モータ７４により駆動される。
　なお、ボールねじ７５と駆動モータ７４の代わりに、リニアサーボモータを用いてスライダ７３ａ～７３ｄを駆動することもできる。

　各スライダ７３ａ～７３ｄには、種類の異なる受光側光学部品６２～６５がそれぞれ設置してある。
　本実施形態では、第１のスライダ７３ａには、受光側光学部品として、水平Ｘ線のみを通過させる平行ソーラースリット６２が装着してある。第２のスライダ７３ｂには、受光側光学部品として、垂直Ｘ線のみを通過させる垂直ソーラースリット６３が装着してある。第３のスライダ７３ｃには、受光側光学部品として、Ｘ線の通過幅を制限する受光スリット６４が装着してある。そして、第４のスライダ７３ｄには、受光側光学部品として、特定の波長のＸ線のみを二次元Ｘ線検出器６１に入射させるアナライザ６５が装着してある。

　これらの受光側光学部品６２～６５のうち、アナライザ６５は単独で使用され、その際はその他の受光側光学部品をそれぞれ退避位置に移動させる。同様に、受光スリット６４又はいずれかのソーラースリット６２又は６３を単独で使用する際にも、その他の受光側光学部品をそれぞれ退避位置に移動させる。
　一方、いずれかのソーラースリット６２又は６３と受光スリット６４は、併せて使用することができる。その際は、ソーラースリット６２又は６３と受光スリット６４を前後に並べて使用位置に配置し、その他の受光側光学部品はそれぞれ退避位置に移動させる。
　また、各受光側光学部品６２～６５をすべて退避位置に移動させて、試料から回折又は反射してきたＸ線をそのまま二次元Ｘ線検出器６１へ入射させることもできる。

　このような各受光側光学部品の配置は、コンピュータにより駆動モータ７４を制御することで、自動的に行うことができる。半導体製造ラインに本実施形態のＸ線検査装置を組み込んで使用するときは、半導体製造ラインのクリーンな周囲環境を維持するために、作業員による受光側光学部品の配置作業を行うことができない。しかし、上述した受光側光学部品自動選択機構７０を利用することで、半導体製造ラインのクリーンな周囲環境を維持したまま、二次元Ｘ線検出器６１の手前の位置に所望の受光側光学部品を自動的に配置することが可能となる。

　なお、受光側光学部品自動選択機構は、上述した構成に限定されるものではなく、複数（４台に限定されない）の受光側光学部品を二次元Ｘ線検出器６１の手前の位置に各々自動配置し、また当該位置から各々自動退避させる機能を有する機構であればよい。

　受光側光学部品自動選択機構により二次元Ｘ線検出器６１の手前の位置に各々自動配置される受光側光学部品は、受光スリット６４、アナライザ６５、ソーラースリット６２,６３に限定されず、必要に応じてＸ線の検出に適した各種の光学部品を、必要な数だけセットすることができる。

　各機構の駆動源として上記実施形態では駆動モータを使用したが、これに限定されず、エアシリンダ、油圧シリンダ、ソレノイドなど、公知の各種の駆動源を各機構に適用することができる。

　さらに、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で、種々の変形実施や応用実施が可能であることは勿論である。
　　例えば、上述した実施形態のＸ線検査装置は、半導体製造ラインを流れる半導体ウエーハを検査対象としていたが、これに限らず、例えば、半導体製造ラインの後工程において半導体素子の微小部位を被測定部位としたＸ線検査にも適用することが可能である。

　また、重心位置自動調整機構や受光側光学部品自動選択機構は、必要に応じて、第１の回動アームに集光Ｘ線照射ユニットのみを装着した構成のゴニオメータに適用することもできる。

Claims

試料を配置する試料台及び当該試料台を移動させる試料台移動機構を含む試料ステージと、
　独立して回動する第１,第２の回動アームを含むゴニオメータと、
　前記第１の回動アームに装着され、前記試料台に配置した試料の表面に集光Ｘ線を照射する集光Ｘ線照射ユニットと、
　前記第２の回動アームに装着され、前記試料から回折又は反射してきたＸ線を検出するＸ線検出ユニットと、を備えたＸ線検査装置であって、
　さらに、前記第１の回動アームに組み込まれ、前記集光Ｘ線照射ユニットを前記第１の回動アーム上で移動させる照射ユニット移動調整機構を備えたことを特徴とするＸ線検査装置。
平行Ｘ線を試料の表面に照射する平行Ｘ線照射ユニットを備え、
　前記第１の回動アームに、前記集光Ｘ線照射ユニットと前記平行Ｘ線照射ユニットとを並べて設置したことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
前記照射ユニット移動調整機構は、前記試料ステージとの干渉を回避する位置へ、前記集光Ｘ線照射ユニットを前記第１の回動アーム上でから退避させる照射ユニット退避機構を含むことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
前記照射ユニット移動調整機構は、前記第１の回動アームに対して長手方向に前記集光Ｘ線照射ユニットを移動させる前記照射ユニット退避機構と、前記第１の回動アームの回動面内で長手方向と直交する縦軸方向に前記集光Ｘ線照射ユニットを移動させる縦軸方向移動機構と、この縦軸と同じ方向に配置した回動軸を中心に集光Ｘ線照射ユニットを回動させてＸ線を照射する向きを変更する回動調整機構と、を含ことを特徴とする請求項３に記載のＸ線検査装置。
前記照射ユニット退避機構は、前記第１の回動アームの長手方向に移動するスライダと、このスライダを駆動する駆動源と、を含み、
　前記縦軸方向移動機構は、前記第１の回動アームの長手方向と直交する縦軸方向に摺動する摺動部材と、この摺動部材を駆動する駆動源と、を含み、
　前記縦軸方向移動機構は、前記照射ユニット退避機構のスライダに装着され、前記スライダと一体に長手方向に移動し、
　且つ、前記摺動部材の側面に支持部材が固定してあり、この支持部材に前記回動調整機構を介して前記集光Ｘ線照射ユニットを装着したことを特徴とする請求項４に記載のＸ線検査装置。
前記回動調整機構は、前記縦軸と同じ方向に配置した回動軸と、この回動軸の一端に装着した回動レバーと、この回動レバーを一方の回動方向に付勢する付勢部材と、この付勢部材により付勢された前記回動レバーを固定するための固定ブロックと、前記回動レバーの固定位置を微調整するための駆動部と、を含み、
　前記集光Ｘ線照射ユニットは、前記回動軸の他端に装着され、前記回動レバーの回動操作に伴い前記回動軸と一体に回動することを特徴とする請求項５に記載のＸ線検査装置。