(57)【要約】【課題】  Ｘ線マイクロアナライザーにおいて、Ｘ線スポットを試料上の関心がある特徴部に正確に心合せする。【解決手段】  Ｘ線マイクロアナライザーは、試料上のスポットをＸ線ビームで照射するように配置されたＸ線励起源と、間隙を有するリングをスポットの回りに形成するように配置され、且つ、試料上のスポットからＸ線フォトンを受けると共に試料の特性を示す第１信号をフォトンに応じて発生するように構成された少なくとも１個のＸ線検出器と、試料上のスポットを光線で照明するように、Ｘ線励起源と心合せされた光線源と、試料から反射された光線を受けると共に試料の目標領域に対するスポットの心合せを示す第２信号を発生するように、リング内の間隙に位置決めされた光検出器とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上のスポットをＸ線ビームで照射するように配置されたＸ線励起源と、間隙を有するリングをスポットの回りに形成するように配置され、且つ、試料上のスポットからＸ線フォトンを受けると共に試料の特性を示す第１信号をフォトンに応じて発生するように構成された少なくとも１個のＸ線検出器と、試料上のスポットを光線で照明するように、Ｘ線励起源と心合せされた光線源と、試料から反射された光線を受けると共に試料の目標領域に対するスポットの心合せを示す第２信号を発生するように、リング内の間隙に位置決めされた光検出器とを備えて、試料のＸ線分析をする装置。
【請求項２】
Ｘ線ビームが、Ｘ線検出器によって受けられる蛍光Ｘ線フォトンを試料に発射させ、又、第１信号が、目標領域における試料の特徴部の組成を示す請求項１に記載の装置。
【請求項３】
光線源が、リングの間隙内の位置からスポットを照明するように配置された請求項１に記載の装置。
【請求項４】
Ｘ線励起源が、Ｘ線ビームを試料上のスポットに集中させるように配置されたＸ線光学素子を備え、又、光線もＸ線光学素子によってスポットに集中されるように、光線源とＸ線光学素子が構成されている請求項１に記載の装置。
【請求項５】
スポットが目標領域に一致するように、第２信号に応じてＸ線励起源を試料に心合せするように構成されたコントローラを更に備える請求項１に記載の装置。
【請求項６】
Ｘ線ビームを発生するように構成されたＸ線励起源と、光線を発生するように構成された光線源と、Ｘ線ビームと光線の両方を試料上のスポットに集中させるように配置されたＸ線光学素子と、試料上のスポットからＸ線フォトンを受けると共に試料の特性を示す第１信号をフォトンに応じて発生するように構成された少なくとも１個のＸ線検出器と、試料上のスポットから反射された光線を受けると共に試料の目標領域に対するスポットの心合せを示す第２信号を発生するように配置された光検出器とを備えて、試料のＸ線分析をする装置。
【請求項７】
Ｘ線ビームが、Ｘ線検出器によって受けられる蛍光Ｘ線フォトンを試料に発射させ、又、第１信号が、目標領域における試料の特徴部の組成を示す請求項６に記載の装置。
【請求項８】
Ｘ線検出器が、スポットの回りにリングを形成するように配置された請求項６に記載の装置。
【請求項９】
Ｘ線光学素子がポリキャピラリ光学素子からなる請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
スポットを試料の特徴部に心合せ中に光線をＸ線光学素子の方に向けるように位置決め自在であると共に、心合せが完了した後にＸ線ビームがＸ線光学素子に衝突し得るように再位置決め自在である可動リフレクタを更に備える請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
スポットが目標領域に一致するように、第２信号に応じてＸ線光学素子を試料に心合せするように構成されたコントローラを更に備える請求項６に記載の装置。
【請求項１２】
試料上のスポットをＸ線ビームで照射するように配置されたＸ線励起源と、試料上のスポットからＸ線フォトンを受けると共に試料の特性を示す第１信号をフォトンに応じて発生するように構成されたＸ線検出器と、試料上のスポットを光線で照明するように、Ｘ線励起源と心合せされた光線源と、試料から反射された光線を受けると共に試料の目標領域に対するスポットの心合せを示す第２信号を発生するように構成された光検出器とを備えて、試料のＸ線分析をする装置。
【請求項１３】
Ｘ線励起源の発生するＸ線ビームによって照射される試料上のスポットが、光線源の発生する光線で照明されるように、光線源をＸ線励起源に心合せするステップと、試料から反射された光線を受けて、受けたその光線に応じて、試料上のスポットの心合せを示す第１信号を発生するステップと、スポットが試料の目標領域と一致するように、第１信号に応じてＸ線ビームを心合せするステップと、Ｘ線ビームを心合せした後試料上のスポットからＸ線フォトンを受けて、受けたそのＸ線フォトンに応じて、目標領域の特性を示す第２信号を発生するステップとを備えて、試料のＸ線分析をする方法。
【請求項１４】
Ｘ線フォトンを受けるステップが、間隙を有するリングをスポットの回りに形成するように少なくとも１個のＸ線検出器を配置するステップを備え、又、光線を受けるステップが、試料から反射された光線を受けるように、光検出器をリングの間隙に位置決めするステップを備える請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
Ｘ線フォトンを受けるステップが、第２信号が目標領域における試料の特徴部の組成を示すように、Ｘ線ビームに応じて試料によって発射される蛍光Ｘ線を受けるステップを備える請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
光線源をＸ線励起源に心合せするステップが、Ｘ線ビームと光線の両方をスポットに集中させるように、Ｘ線光学素子を配置させるステップを備える請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
Ｘ線光学素子がポリキャピラリ光学素子からなる請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
光線源をＸ線励起源に心合せするステップが、心合せ目標をＸ線ビームで照射して照射することにより、照射目標に、照射目標上でＸ線ビームが入射する点から光を発射させるステップと、光線源を照射目標上の上記点に心合せするステップとを備える請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、Ｘ線分析装置に関し、より詳しくは、試料の目標領域を分析するようにＸ線分析装置を心合せする方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線マイクロアナライザーは、試料上の小スポットを照射するように、Ｘ線ビームを使用する。マイクロアナライザーは、次に、試料の性質を微細な空間解像度で決定するために、反射、散乱又は蛍光によってスポットから発射されるＸ線を検出する。
【０００３】
例えば、その開示内容が参考として本願明細書に組込まれている米国特許第６，１０８，３９８号明細書は、マイクロ蛍光Ｘ線分析装置を記載する。試料は、Ｘ線ビームを直径が約５０μｍのスポットに集中させるポリキャピラリ光学素子を介して、Ｘ線で照射される。発射された蛍光フォトンを大きな範囲の角度で捕捉するために、シリコンＰＩＮダイオード等の多数のＸ線検出器が、中心がスポットに位置するリング状に配置される。Ｘ線検出器は、入射フォトンに応じて電気信号を生成する。組成と層厚を含むそのスポットにおける試料の特性を示す、Ｘ線フォトンのスペクトルと強度を決定するために、これらの信号が分析される。試料上の異なる点でマイクロ蛍光を測定するために、試料は、分析装置に対して水平に走査されるか、又は、分析装置が試料上で走査される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｘ線マイクロアナライザーは、半導体ウエハ上に付着された回路素子等の試料上の小さな特徴部の特性を分析するのに有用である。これらの素子の寸法は、１ｍｍより大分小さい。従って、Ｘ線スポットを関心がある特徴部に正確に心合せすることは、重要であるが、実行するのが困難である。
【０００５】
この必要に応じて、本発明は、Ｘ線源に心合せされると共にＸ線スポットを試料上の関心がある特徴部に正確に心合せすることのできる光学観測チャネルを有するＸ線マイクロアナライザー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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明にかかる、試料のＸ線分析をする装置は、試料上のスポットをＸ線ビームで照射するように配置されたＸ線励起源と、間隙を有するリングをスポットの回りに形成するように配置され、且つ、試料上のスポットからＸ線フォトンを受けると共に試料の特性を示す第１信号をフォトンに応じて発生するように構成された少なくとも１個のＸ線検出器と、試料上のスポットを光線で照明するように、Ｘ線励起源と心合せされた光線源と、試料から反射された光線を受けると共に試料の目標領域に対するスポットの心合せを示す第２信号を発生するように、リング内の間隙に位置決めされた光検出器とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のＸ線マイクロアナライザーでは、Ｘ線スポットを試料上の特徴部に正確に心合せすることにより、試料上の特徴部を高精度にＸ線分析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の各実施の形態を図面を参照して説明する。
【０００９】
（実施の形態１）
図１（Ａ）と図１（Ｂ）は、本発明の実施の形態１にかかる、試料２２を分析するＸ線マイクロアナライザー２０を概略的に示す。図１（Ａ）は、Ｘ線マイクロアナライザー２０の側面図である一方、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＩＢ−ＩＢ線から試料２２に向けて下方に見た断面図である。試料２２は、半導体ウエハのように典型的に平坦であり、移動ステージ２３上に装着されている。別のやり方として、試料２２を固定して、Ｘ線マイクロアナライザー２０の素子を移動させる別の移動装置（不図示）を使用してもよい。
【００１０】
Ｘ線マイクロアナライザー２０は、試料２２上の小スポットをＸ線ビームで照射するＸ線源２４、典型的にはＸ線管を備える。図示のこの実施の形態では、前記の米国特許第６，１０８，３９８号明細書に記載されているように、Ｘ線を試料２２に集中させるポリキャピラリＸ線光学素子２６が使用される。別のやり方として、本技術分野で知られているように、ビームの焦点合わせのために別の型式のＸ線光学素子を使用してもよい。Ｘ線スポットが試料２２上の目標領域３０に衝突するように、試料２２が位置決めされる。目標領域３０は、典型的に、半導体ウエハ上に形成された金属製のパッド又はプラグ等の関心がある特定の特徴部からなる。
【００１１】
目標領域３０はＸ線蛍光を発射して、蛍光Ｘ線フォトンは、例えば、米国特許第６，１０８，３９８号明細書に記載されているように、リング状に配置されたＸ線検出器２８のアレイによって集められる。別のやり方として、又は、追加的に、Ｘ線検出器を、試料２２からのＸ線の散乱又は反射を検出するのに使用してもよい。Ｘ線検出器２８は、本技術分野で知られているように、目標領域３０の特性を決定するように処理される信号を発生する。
【００１２】
図１（Ｂ）に示すように、Ｘ線マイクロアナライザー２０は、Ｘ線スポットの回りのリングに３個のＸ線検出器２８を含むけれども、そのリングにはより多数の又はより少数のＸ線検出器を設けてもよい。更に別のやり方として、数個の分離されたＸ線検出器を使用する代わりに、一体のリング状検出器をＸ線光学素子２６の回りに配置してもよい。この種のリング状検出器は、下村等著、「走査Ｘ線分析顕微鏡用環状型ソリッドステート検出器（Annular-type Solid State Detector for a Scanning X-ray Analytical Microscope）」、レビューオブサイエンティフィックインストゥルメンツ（Review of Scientific Instruments）、６６：９（１９９５）、ｐ．４５４４−４５４６とロンゴニ（Longoni）等著、「リング状マルチエレメントシリコンドリフト検出器及びＸ線キャピラリ光学素子に基づく新しいＸＲＦ分光計（A New XRF Spectrometer Based on a Ring-shaped Multi-Element Silicon Drift Detector and on X-ray Capillary Optics）」、原子力科学についてのＩＥＥＥ議事録（IEEE Transactions on Nuclear Science）、４９：３（２００２）、ｐ．１００１−１００５に記載されている。
【００１３】
Ｘ線源２４からのＸ線スポットを目標領域３０に心合せすることを容易にするために、Ｘ線マイクロアナライザー２０は、図１（Ｂ）に明示されているように、Ｘ線検出器２８の一つの代わりにリングの間隙に配置された光学的心合せ組立物３２を備える。別のやり方として、もし一体のリング状検出器を使用する場合、光学的心合せ組立物３２を収納する間隙が、一体のリング状検出器内に残される。光学的心合せ組立物３２は、可視の赤外線又は紫外線を発射する光線源３４を備える。光学素子３６は、光線源３４からの光線を試料２２上に集中させて、試料２２から反射される光線を適当な光検出器３８上に集める。
【００１４】
Ｘ線ビームと光線が試料２２上の大略同じスポットに衝突するように、光学素子３６はＸ線光学素子２６に心合せされる。Ｘ線光学素子２６に対する光学的心合せ組立物３２の最初の心合せは、例えば、Ｘ線で照射されている時に可視光を発射する試験目標を使用して行われる。その目標は、Ｘ線光学素子２６を介してＸ線源２４によって照射されて、光学的心合せ組立物３２の光線源３４等の素子は、目標上の照射スポットから発射される光に対して位置決め及び調整される。
【００１５】
光検出器３８は、反射された光線に応じて信号を発生し、その信号は、典型的にはコンピュータプロセッサであるシステムコントローラ４０に入力される。システムコントローラ４０は、Ｘ線光学素子２６が目標領域３０に正確に心合せされているかどうかを決定するために、その信号を分析する。もしシステムコントローラ４０が、Ｘ線ビームが心合せされていないと判断した場合、システムコントローラ４０は、目標領域３０をＸ線ビームの下で正確に位置決めするように、移動ステージ２３を駆動する。別のやり方として、又は、追加的に、Ｘ線ビームの心合せを調整する時に、光学的心合せ組立物３２の出力を使用してＸ線マイクロアナライザー２０のオペレータに映像又は他の心合せ表示を与えてもよい。光信号は、又、試料２２とＸ線光学素子２６の間の垂直距離が正確であるかどうかを決定するために、分析してもよく、その結果、Ｘ線ビームが目標領域３０に適当に集中されると共に、もし必要なら垂直距離を調整するように、垂直心合せ素子（不図示）が駆動される。
【００１６】
典型的に、光検出器３８は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳの検出器アレイ等の撮像検出器からなる。Ｘ線光学素子２６によって作られるＸ線スポットより大きいと共にＸ線スポットに近似的に心出しされる試料２２上の領域を照明するように、光線源３４と光学素子３６が配置される。光検出器３８によって形成される試料２２の電子像は、目標領域３０を含む。この像は、システムコントローラ４０によって分析され及び／又は像内の目標領域３０を心出しするように移動ステージ２３を制御しながら、Ｘ線マイクロアナライザー２０のオペレータによって観測される。試料２２上のＸ線ビームの入射点を示すように、クロスヘアー又は他の心合せ目標が、光検出器３８によって形成される像に光学的に又は電子的にスーパーインポーズされる。
【００１７】
別のやり方として、試料２２上のＸ線スポットに心合せされると共に寸法がＸ線スポットと同等又はＸ線スポットより小さい光線の小スポットを作るように、光線源３４と光学素子３６を使用してもよい。この場合、光検出器３８は、撮像検出器からなる必要はなく、単に、試料２２から反射された光の強度及び／又は色を検出するだけでよい。この構成は、目標領域３０が試料２２の周辺領域と異なる光学的特性を有する特徴部を含む時、例えば、関心がある特徴部が、誘電体の領域によって囲まれた金属パッドである時、特に有用である。次に、光検出器３８からの出力信号が、特徴部に対応する所望の設定レベルを有する位置に移動ステージ２３が到達するまで、システムコントローラ４０が移動ステージ２３を駆動するだけでよい。
【００１８】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２にかかるＸ線マイクロアナライザー５０の概略側面図である。この実施の形態では、光線源５２によって発射される光線が、照明光学素子５４によってポリキャピラリＸ線光学素子２６に集中される。ポリキャピラリＸ線光学素子２６は、光線用の導光器として働く。可動ミラー５６は、Ｘ線マイクロアナライザー５０の心合せ中に光線をＸ線光路内に向けるのに使用される。心合せが一旦完了すると、可動ミラー５６は光路から外されて、Ｘ線源２４からのＸ線がポリキャピラリＸ線光学素子２６に流入し得る。別のやり方として、光線を反射するがＸ線に対しては大略透過性を有する薄膜等の薄い反射素子を可動ミラー５６の代わりに使用してもよい。Ｘ線と光線の同軸心合せは、図示のポリキャピラリＸ線光学素子２６を使用するだけでなく、ピンホールや湾曲焦点合わせ素子等の他の型式のＸ線光学素子も使用して、行ってもよい。
【００１９】
光線ビームは、Ｘ線源２４によって作られるＸ線スポットと正確に一致する試料２２上の小スポットにＸ線光学素子２６によって集中される。試料２２から反射された光線は、ミラー５８と集光レンズ６０によって光検出器３８に向けられる。光検出器３８は、撮像検出器からなってもよいが、上記したように、反射された光レベルを検知するだけでもよい。反射された光線は、非常に低い角度で集められるけれども、この構成は、Ｘ線と光線の間の正確な心合せのために、正確なＸ線マイクロアナライザー５０を目標領域３０に心合せするのに適当である。別のやり方として、Ｘ線測定の処理量が少し減少することを犠牲にして、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）の構成のように、光検出器３８をＸ線検出器２８の１個の位置を占めてもよい。更に別のやり方として、もしＸ線検出器２８が、光線も検知するシリコンダイオード検出器等の型式である場合、１個以上のＸ線検出器を、光検出器として働くように連結してもよい。
【００２０】
更に別のやり方として、照明ビームを試料２２に低角度で向けるように、光線源５２を適当な光学素子で方位設定することにより、光の心合せをしている間にＸ線光路をふさぐ必要がないようにしてもよい。この場合、光検出器３８は、図２に示す位置又は図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すようにＸ線検出器２８のリング内に配置してもよい。本発明の原理を実行するための光照明及び検出の素子の他の構成は当業者には明らかであろう。
【００２１】
Ｘ線マイクロアナライザー２０と５０は、特にマイクロ蛍光Ｘ線を検出するのに特に適しているけれども、本発明の原理は、Ｘ線リフレクトメトリやＸ線散乱測定用の装置等の他の型式のＸ線装置の光の心合せに同様に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明のＸ線マイクロアナライザーでは、Ｘ線スポットを試料上の関心がある特徴部に正確に心合せすることができることができるので、例えば、半導体ウエハ上の回路素子の特性を高精度に分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（Ａ）は、本発明の実施の形態１にかかる、光学的心合せチャネルを有するＸ線マイクロアナライザーの概略側面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＸ線マイクロアナライザーの詳細を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２にかかる、光学的心合せチャネルを有するＸ線マイクロアナライザーの概略側面図である。
【符号の説明】
【００２４】
２０  Ｘ線マイクロアナライザー
２２  試料
２３  移動ステージ
２４  Ｘ線源
２６  ポリキャピラリＸ線光学素子
２８  Ｘ線検出器
３０  目標領域
３４  光線源
３８  光検出器
４０  システムコントローラ
５０  Ｘ線マイクロアナライザー
５２  光線源
５６  可動ミラー
６０  集光レンズ
【図１】
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【図２】
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