(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハである試料が載置される試料台と、
その試料台に対して試料の載置および撤去を行う搬送アームと、
前記試料台を移動させるステージと、
試料に１次Ｘ線を照射するＸ線源とを備えるとともに、
分光素子および検出器を有して試料から発生する蛍光Ｘ線の強度を測定する固定ゴニオメータを測定すべき波長ごとに備え、
前記搬送アーム、前記ステージ、前記Ｘ線源および前記固定ゴニオメータを制御して、試料表面の複数の測定点について蛍光Ｘ線の強度を測定し、試料における測定強度の分布を求める制御手段を備える多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置であって、
前記試料台に、前記搬送アームが鉛直方向に通過するための切り欠き部が形成されており、
前記制御手段がバックグラウンド補正手段を有し、
そのバックグラウンド補正手段が、
ブランクウエハにおける各測定点について、当該測定点の測定強度から前記切り欠き部上にある基準測定点の測定強度を差し引いた強度を、当該測定点のバックグラウンド強度としてあらかじめ記憶し、
分析対象試料における各測定点について、当該測定点の測定強度から当該測定点の前記バックグラウンド強度を差し引いて補正する多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置。
【請求項２】
半導体ウエハである試料が載置される試料台と、
その試料台に対して試料の載置および撤去を行う搬送アームと、
前記試料台を移動させるステージと、
試料に１次Ｘ線を照射するＸ線源とを備えるとともに、
分光素子および検出器を有して試料から発生する蛍光Ｘ線の強度を測定する固定ゴニオメータを測定すべき波長ごとに備え、
前記搬送アーム、前記ステージ、前記Ｘ線源および前記固定ゴニオメータを制御して、試料表面の複数の測定点について蛍光Ｘ線の強度を測定し、試料における測定強度の分布を求める制御手段を備えており、前記試料台に、前記搬送アームが鉛直方向に通過するための切り欠き部が形成されている多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置を用いて、
ブランクウエハにおける各測定点について、当該測定点の測定強度から前記切り欠き部上にある基準測定点の測定強度を差し引いた強度を、当該測定点のバックグラウンド強度として求め、
分析対象試料における各測定点について、当該測定点の測定強度から当該測定点の前記バックグラウンド強度を差し引いて補正する蛍光Ｘ線分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハである試料のバックグラウンドを補正する、多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置および多元素同時蛍光Ｘ線分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分析目的に応じて種々の蛍光Ｘ線分析装置があり、例えば、特許文献１に記載されているように、試料に１次Ｘ線を照射するＸ線源を備えるとともに、分光素子および検出器を有して試料から発生する蛍光Ｘ線の強度を測定する固定ゴニオメータを測定すべき波長ごとに備えた多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置がある。また、試料である半導体ウエハを搬送するロボットハンド（搬送アーム）が上下に移動できるように、略矩形の切り欠き部が形成された試料台を備えた蛍光Ｘ線分析装置がある（特許文献２）。
【０００３】
分光素子と検出器をゴニオメータで連動させる走査型蛍光Ｘ線分析装置では、測定すべき蛍光Ｘ線の波長の前後でバックグラウンド強度を測定し、蛍光Ｘ線の波長におけるバックグラウンド強度を推定して、蛍光Ｘ線の測定強度から差し引いて補正をすることができる。しかし、特許文献１に記載されているような多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置において、バックグラウンド強度を測定するために固定ゴニオメータを増設すると、装置の構成が複雑になり、コストアップになる。そのため、多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置において、バックグラウンド用固定ゴニオメータを増設せずにバックグラウンドを補正することが望まれている。
【０００４】
また、近年、半導体ウエハの大型化にともない、半導体ウエハの厚さが薄くなるとともに、半導体ウエハに形成される薄膜の膜厚も薄くなっている（例えば、数ｎｍ）。このような極薄膜が形成される半導体ウエハを蛍光Ｘ線分析装置で測定すると、極薄膜から発生する蛍光Ｘ線強度が弱く、充分な測定強度を得るためには、蛍光Ｘ線強度を長時間積分して測定する必要がある。長時間積分して測定すると、バックグラウンドの測定強度も大きくなり、この大きくなったバックグラウンドを補正しないと高精度の分析をすることができない。
【０００５】
このようなバックグラウンド補正に関し、切り欠き部が形成された試料台を備えた多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置を用いて、極薄膜が形成された半導体ウエハを測定すると、試料台において、切り欠き部上にある試料の測定点のバックグラウンド強度に比べて切り欠き部以外の上にある試料の測定点のバックグラウンド強度が大きく、このように測定点の位置によって強度が異なるバックグラウンドを正確に補正しないと、高精度の分析ができないことに気付いた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１５５６５１号公報
【特許文献２】特開２０００−７４８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、試料台に切り欠き部が形成されていても、バックグラウンド用固定ゴニオメータを増設せずに、バックグラウンドを正確に補正して半導体ウエハを高精度に分析できる、多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置および多元素同時蛍光Ｘ線分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置は、半導体ウエハである試料が載置される試料台と、その試料台に対して試料の載置および撤去を行う搬送アームと、前記試料台を移動させるステージと、試料に１次Ｘ線を照射するＸ線源とを備えるとともに、分光素子および検出器を有して試料から発生する蛍光Ｘ線の強度を測定する固定ゴニオメータを測定すべき波長ごとに備え、前記搬送アーム、前記ステージ、前記Ｘ線源および前記固定ゴニオメータを制御して、試料表面の複数の測定点について蛍光Ｘ線の強度を測定し、試料における測定強度の分布を求める制御手段を備える多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置であって、前記試料台に、前記搬送アームが鉛直方向に通過するための切り欠き部が形成されている。
【０００９】
さらに、本発明の多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置は、前記制御手段がバックグラウンド補正手段を有し、そのバックグラウンド補正手段が、ブランクウエハにおける各測定点について、当該測定点の測定強度から前記切り欠き部上にある基準測定点の測定強度を差し引いた強度を、当該測定点のバックグラウンド強度としてあらかじめ記憶し、分析対象試料における各測定点について、当該測定点の測定強度から当該測定点の前記バックグラウンド強度を差し引いて補正する。
【００１０】
本発明の多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置によれば、ブランクウエハにおける各測定点について、当該測定点の測定強度から前記切り欠き部上にある基準測定点の測定強度を差し引いた強度を、当該測定点のバックグラウンド強度として、分析対象試料における各測定点について、当該測定点の測定強度から当該測定点の前記バックグラウンド強度を差し引いて補正するので、試料台に切り欠き部が形成されていても、バックグラウンド用固定ゴニオメータを増設せずに、バックグラウンドを正確に補正して半導体ウエハを高精度に分析できる。
【００１１】
本発明の蛍光Ｘ線分析方法は、半導体ウエハである試料が載置される試料台と、その試料台に対して試料の載置および撤去を行う搬送アームと、前記試料台を移動させるステージと、試料に１次Ｘ線を照射するＸ線源とを備えるとともに、分光素子および検出器を有して試料から発生する蛍光Ｘ線の強度を測定する固定ゴニオメータを測定すべき波長ごとに備え、前記搬送アーム、前記ステージ、前記Ｘ線源および前記固定ゴニオメータを制御して、試料表面の複数の測定点について蛍光Ｘ線の強度を測定し、試料における測定強度の分布を求める制御手段を備えており、前記試料台に、前記搬送アームが鉛直方向に通過するための切り欠き部が形成されている多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置を用いる。そして、ブランクウエハにおける各測定点について、当該測定点の測定強度から前記切り欠き部上にある基準測定点の測定強度を差し引いた強度を、当該測定点のバックグラウンド強度として求め、分析対象試料における各測定点について、当該測定点の測定強度から当該測定点の前記バックグラウンド強度を差し引いて補正する。
【００１２】
本発明の蛍光Ｘ線分析方法によれば、ブランクウエハにおける各測定点について、当該測定点の測定強度から前記切り欠き部上にある基準測定点の測定強度を差し引いた強度を、当該測定点のバックグラウンド強度として、分析対象試料における各測定点について、当該測定点の測定強度から当該測定点の前記バックグラウンド強度を差し引いて補正するので、用いる多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置の試料台に切り欠き部が形成されていても、バックグラウンド用固定ゴニオメータを増設せずに、バックグラウンドを正確に補正して半導体ウエハを高精度に分析できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態の多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置の概略図である。
【図２】同装置が備える試料台を示す平面図である。
【図３】試料における測定点を示す図である。
【図４】試料台の非切り欠き部における散乱線の発生を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の第１実施形態の多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置について、図にしたがって説明する。図１に示すように、この多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置は、半導体ウエハである試料１が載置される試料台２と、その試料台２に対して試料１の載置および撤去を行う搬送アーム２２（図２）と、試料台２を移動させるステージ１１と、試料１に１次Ｘ線７を照射するＸ線源８とを備えるとともに、分光素子２５および検出器２６を有して試料１から発生する蛍光Ｘ線９の強度を測定する固定ゴニオメータ１０を測定すべき波長ごとに備え、搬送アーム２２、ステージ１１、Ｘ線源８および固定ゴニオメータ１０を制御して、試料表面の複数の測定点Ｐｎ（図３）について蛍光Ｘ線９の強度を測定し、試料１における測定強度の分布を求める制御手段２０を備える多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置であって、試料台２に、搬送アーム２２が鉛直方向に通過するための切り欠き部２ｅ（図２）が形成されている。
【００１５】
さらに、第１実施形態の多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置は、制御手段２０がバックグラウンド補正手段２１を有し、そのバックグラウンド補正手段２１が、何も付着させていないブランクウエハ１ｂにおける各測定点Ｐｎについて、当該測定点Ｐｎの測定強度から切り欠き部２ｅ上にある基準測定点Ｐ０の測定強度を差し引いた強度を、当該測定点Ｐｎのバックグラウンド強度としてあらかじめ記憶し、分析対象試料１ａにおける各測定点Ｐｎについて、当該測定点Ｐｎの測定強度から当該測定点Ｐｎの前記バックグラウンド強度を差し引いて補正する。測定点Ｐｎには基準測定点Ｐ０も含まれる。
【００１６】
図２に示すように、試料台２は、例えばセラミックからなり、所定の直径を有する円板状の試料１、例えば、シリコンウエハ表面に厚さ２ｎｍのＣｏＦｅＢ合金膜が形成された直径３００ｍｍの半導体ウエハ１が載置される円板状であって、試料台２の上面２ａの一部に凸部３Ａ、３Ｂを備え、その凸部３Ａ、３Ｂの上面３Ａａ、３Ｂａが同一表面上にあり、その凸部３Ａ、３Ｂの上面３Ａａ、３Ｂａに試料１の非分析面（下面）の一部が接触して載置される。試料台２には、搬送アーム２２が鉛直方向に通過するための略矩形の切り欠き部２ｅが形成されている。この切り欠き部２ｅは円板状の試料台２の中心点２ｃを超えて形成されている。
【００１７】
ステージ１１は試料台２を水平面に沿って移動させるＸＹテーブル２７と、そのＸＹテーブル２７の高さを変化させる高さ調整器２８とからなり、ＸＹテーブル２７と高さ調整器２８とが制御手段２０によって制御される。図１には、１つの固定ゴニオメータ１０しか示されていないが、測定すべき波長ごとに固定ゴニオメータ１０が備えられている。
【００１８】
次に、第１実施形態の多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置の動作について説明する。制御手段２０において、試料１について基準測定点Ｐ０を含む測定点Ｐ０〜Ｐ８（図３）が設定されると、搬送アーム２２、ステージ１１、Ｘ線源８および固定ゴニオメータ１０が制御手段２０に制御されて、図１に示すように、ブランクウエハ１ｂが試料台２に搬送アーム２２によって載置され、ステージ１１によって試料台２が移動されて各測定点Ｐ０〜Ｐ８について順次測定され、各測定点Ｐ０〜Ｐ８について、各測定点Ｐ０〜Ｐ８の測定強度から基準測定点Ｐ０の測定強度を差し引いた強度を、各測定点Ｐ０〜Ｐ８のバックグラウンド強度としてあらかじめバックグラウンド補正手段２１が記憶する。つまり、基準測定点Ｐ０におけるバックグラウンド強度は０ｃｐｓとしてバックグラウンド補正手段２１に記憶される。基準測定点Ｐ０は、試料１において切り欠き部２ｅ上であって、例えば、試料台２の中心点２ｃに対応する。
【００１９】
バックグラウンド補正手段２１が各測定点Ｐ０〜Ｐ８のバックグラウンド強度を記憶すると、ブランクウエハ１ｂが試料台２から搬送アーム２２によって撤去された後、分析対象試料１ａが試料台２に搬送アーム２２によって載置されて、ブランクウエハ１ｂと同様に各測定点Ｐ０〜Ｐ８について順次測定され、バックグラウンド補正手段２１が、分析対象試料１ａにおける各測定点Ｐ０〜Ｐ８について、各測定点Ｐ０〜Ｐ８の測定強度から、記憶した各測定点Ｐ０〜Ｐ８のバックグラウンド強度を差し引いて補正する。
【００２０】
第１実施形態の多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置によれば、ブランクウエハ１ｂにおける各測定点Ｐ０〜Ｐ８について、各測定点Ｐ０〜Ｐ８の測定強度から切り欠き部２ｅ上にある基準測定点Ｐ０の測定強度を差し引いた強度を、各測定点Ｐ０〜Ｐ８のバックグラウンド強度として、分析対象試料１ａにおける各測定点Ｐ０〜Ｐ８について、各測定点Ｐ０〜Ｐ８の測定強度から各測定点Ｐ０〜Ｐ８のバックグラウンド強度を差し引いて補正するので、試料台２に切り欠き部２ｅが形成されていても、バックグラウンド用固定ゴニオメータを増設せずに、バックグラウンドを正確に補正して半導体ウエハを高精度に分析できる。
【００２１】
次に、本発明の第２実施形態の多元素同時蛍光Ｘ線分析方法について説明する。この分析方法で用いる多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置は、制御手段２０がバックグラウンド補正手段２１を有していないが、その他の構成は第１実施形態の多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置と同じである。多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置の制御手段２０において、試料１について、各測定点Ｐ０〜Ｐ８（図３）を設定すると、搬送アーム２２、ステージ１１、Ｘ線源８および固定ゴニオメータ１０が制御手段２０に制御されて、図１に示すように、ブランクウエハ１ｂが試料台２に搬送アーム２２によって載置され、ステージ１１によって試料台２が移動されて各測定点Ｐ０〜Ｐ８について順次測定される。そして、各測定点Ｐ０〜Ｐ８について、各測定点Ｐ０〜Ｐ８の測定強度から基準測定点Ｐ０の測定強度を差し引いた強度を、各測定点Ｐ０〜Ｐ８のバックグラウンド強度として求める。すなわち、基準測定点Ｐ０におけるバックグラウンド強度は０ｃｐｓとなる。
【００２２】
次に、ブランクウエハ１ｂが試料台２から搬送アーム２２によって撤去された後、分析対象試料１ａが試料台２に搬送アーム２２によって載置されて、ブランクウエハ１ｂと同様に各測定点Ｐ０〜Ｐ８について順次測定される。そして、分析対象試料１ａにおける各測定点Ｐ０〜Ｐ８について、各測定点Ｐ０〜Ｐ８の測定強度から、ブランクウエハ１ｂについて求めた各測定点Ｐ０〜Ｐ８のバックグラウンド強度を差し引いて補正する。
【００２３】
第２実施形態の多元素同時蛍光Ｘ線分析方法によれば、ブランクウエハ１ｂにおける各測定点Ｐ０〜Ｐ８について、各測定点Ｐ０〜Ｐ８の測定強度から切り欠き部２ｅ上にある基準測定点Ｐ０の測定強度を差し引いた強度を、各測定点Ｐ０〜Ｐ８のバックグラウンド強度として、分析対象試料１ａにおける各測定点Ｐ０〜Ｐ８について、各測定点Ｐ０〜Ｐ８の測定強度から各測定点Ｐ０〜Ｐ８のバックグラウンド強度を差し引いて補正するので、用いる多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置の試料台２に切り欠き部２ｅが形成されていても、バックグラウンド用固定ゴニオメータを増設せずに、バックグラウンドを正確に補正して半導体ウエハを高精度に分析できる。
【００２４】
切り欠き部２ｅ上にある試料１の測定点Ｐ５でのバックグラウンド強度に比べて、非切り欠き部（切り欠き部でない部分）上にある試料１の測定点Ｐ１でのバックグラウンド強度が大きくなるのは、図４に示すように、非切り欠き部上にある試料１を通り抜けた１次Ｘ線７が試料台２に照射され、試料台２から散乱線１２が発生し、その散乱線１２が試料１を通り抜け、検出器によって検出されてバックグラウンドとなるからと考えられる。他方、切り欠き部上にある試料１の測定点Ｐ５に照射され、試料１を通り抜けた１次Ｘ線７は、切り欠き部２ｅを通過して装置の構造物で散乱または吸収されて、バックグラウンドとして検出されないと考えられる。上述したように、試料台２は上面２ａに凸部３Ａ、３Ｂを備え、この凸部３Ａ、３Ｂの上面３Ａａ、３Ｂａは試料１の下面と接触する。凸部３Ａ、３Ｂは、幅１ｍｍ、高さ５００μｍである。試料１の下面、凸部３Ａ、３Ｂの側面および試料台２の上面２ａによって囲まれた空間が形成されるが、この空間は測定値に有意差をもたらすほどの影響を与えないと考えられるので、この空間の下の試料台２の部分も前述した非切り欠き部に含まれる。
【００２５】
本発明を適用した測定例について以下に説明する。測定した試料１は、シリコンウエハ表面に厚さ２ｎｍ（設計値）のＣｏＦｅＢ合金膜が形成された、直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍの半導体ウエハ１である。検出器２６が試料１から発生する回折線の影響を受けない向きに、試料１を試料台２上に載置した。切り欠き部２ｅ上にある測定点Ｐ５（図３）と非切り欠き部上にある測定点Ｐ８（図３）について、Ｘ線源８から直径４０ｍｍのビームとして１次Ｘ線７を照射して、真空雰囲気において、試料１から発生する蛍光Ｘ線である、Ｃｏ−Ｋα線、Ｆｅ−Ｋα線およびＢ−Ｋα線の強度を測定した。
【００２６】
測定点Ｐ５と測定点Ｐ８について、Ｃｏ−Ｋα線とＦｅ−Ｋα線のそれぞれの測定強度から、あらかじめ記憶させた、Ｃｏ−Ｋα線とＦｅ−Ｋα線のそれぞれのバックグラウンド強度を差し引いて補正した。測定線であるＢ−Ｋα線については、１次Ｘ線７のうちＢ−Ｋα線と同じ波長の連続Ｘ線は、波長が長いため半導体ウエハ１をほとんど透過しないことから、バックグラウンド補正を行わなかった。これらの測定強度から散乱線ＦＰ法を用いて試料１の合金膜の膜厚を算出した結果、切り欠き部２ｅ上にある測定点Ｐ５では１．９９６ｎｍ、非切り欠き部上にある測定点Ｐ８では１．９９３ｎｍであった。バックグラウンド補正を行わないで、同様に膜厚を算出してみると、切り欠き部２ｅ上にある測定点Ｐ５では、バックグラウンド補正を行った場合と有意差は見られなかったが、非切り欠き部上にある測定点Ｐ８では膜厚２．０１６ｎｍとなり、０．０２３ｎｍ厚く算出された。これにより、本願発明によるバックグラウンド補正を行わないと、約１％の誤差を含むことが分かった。
【００２７】
第１実施形態の多元素同時型蛍光Ｘ線分析装置および第２実施形態の多元素同時蛍光Ｘ線分析方法では、試料１について各測定点Ｐ０〜Ｐ８を設定したが、あらかじめ制御手段２０に各測定点Ｐｎが記憶されていてもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  試料
１ａ  分析対象試料
１ｂ  ブランクウエハ
２  試料台
２ｅ  切り欠き部
７  １次Ｘ線
８  Ｘ線源
９  蛍光Ｘ線
１０  固定ゴニオメータ
１１  ステージ
２０  制御手段
２１  バックグラウンド補正手段
２２  搬送アーム
２５  分光素子
２６  検出器
Ｐ０  基準測定点
Ｐｎ  測定点
【図１】
0006501230.tif 000002
【図２】
0006501230.tif 000003
【図３】
0006501230.tif 000004
【図４】
0006501230.tif 000005