(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有しており、この中空部内に対象物が配置されるチェンバーと、
前記対象物を検査するために、前記対象物に対して励起線を照射する励起光源と、
前記対象物と対向する位置に配置されていて、前記励起線の照射により、前記対象物から放出される２次Ｘ線を検出することにより、前記対象物の表面を検査する検出器と、
前記チェンバー内部に配置されて、前記対象物と前記励起線の光軸との位置関係を調整するために、前記対象物を移動可能に保持している対象物保持部と、
前記対象物と前記励起線の光軸との角度を変更させるために、前記チェンバーを回転可能に保持し、該チェンバーの回転に伴い、前記対象物保持部及び前記検出器を同期して回転させる回転機構と、
前記検出器に設けられて、前記検出器を冷却するための冷却機構と、
前記回転機構に配置されて、前記回転機構の回転軸と前記チェンバー、前記対象物保持部、前記検出器及び前記冷却機構の重心位置を近づけるためのおもりと
を有することを特徴とする分析装置。
【請求項２】
前記冷却機構はその重量が経時変化するものであり、前記おもりはその重量が前記冷却機構の重量変化に追従して、経時変化するものである請求項１に記載の分析装置。
【請求項３】
前記冷却機構はその重量が経時変化するものであり、前記おもりは前記冷却機構の重量変化に追従して、前記回転機構の径方向に対して移動可能に取り付けられている請求項１に記載の分析装置。
【請求項４】
前記冷却機構にはその重量を検出するセンサ機構が取り付けられていて、前記おもりは前記センサ機構が検出した重量に基づいて前記回転機構の径方向に移動する請求項１に記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分析装置の改良、特に、装置全体を小型化するとともに、装置の動作を安定させることができる分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば半導体ウェハ（シリコンウェハ）等の対象物の表面に付着した微量汚染を検査する際には、全反射蛍光Ｘ線分析法が用いられている。この全反射蛍光Ｘ線分析法は、Ｘ線励起光である蛍光Ｘ線を半導体ウェハに照射して、そのエネルギーの分散により表面を検査するいわゆるエネルギー分散型の検査方法である。
蛍光Ｘ線分析装置が特に微量元素を検出する場合、対象物の周囲を減圧したり、特定のガス（たとえばヘリウム）で置換する必要がある。これは、励起光及び蛍光が空気により減衰したり、あるいは空気中の元素（たとえばアルゴン）から発する蛍光が検出器に入ることで検出器が飽和し、目的とする対象物からの蛍光が検出できなくなるようなことをさけるためである。従って、対象物はほぼ真空まで減圧できる試料室（試料チェンバー）に格納する必要があり、試料チェンバーはできるたけ大気圧にも耐えられるように、その厚みを増やして丈夫な作りにしなければならない。
【０００３】
また、対象物の表面を敏感に測定する場合、励起光の入射角、蛍光の出射角もしくはその両方を浅く（小さく）して測定が行われる。この対象物の入射光に対する視斜角や出射スリットに対する角度等の対象物の位置決め条件は精密に制御される必要がある。
そのためには、試料とＸ線ビームの光軸との位置関係を変更する必要があるが、光源は一般的には大型の装置であるため、容易にＸ線ビームの位置や方向を変えることができない。従って、試料の位置を変更するための駆動機構として３軸方向（ＸＹＺ方向）に並進駆動できる並進機構と、試料の角度を変えるための回転機構が必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、試料チェンバー内部に並進機構及び回転機構をすべて含めると、試料チェンバーの容量が大きくなり、装置全体が大型化してしまう。すなわち、試料チェンバー内部に駆動装置をすべて含めてしまうと、試料チェンバーは耐性の高い丈夫なもので、かつ容量（サイズ）が大きいものが要求される。従って、試料チェンバーの重量とサイズが大きくなり、取り扱いが不便になるとともに、試料チェンバーのコストも高くなってしまうという問題がある。よって、必要な駆動機構を省略することなく試料チェンバーを小型化する事が望まれている。
【０００５】
そこで本発明は上記課題を解消し、装置全体の小型化を実現するとともに安定した検査を行うことができる分析装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１の発明によれば、中空部を有しており、この中空部内に対象物が配置されるチェンバーと、前記対象物を検査するために、前記対象物に対して励起線を照射する励起光源と、前記対象物と対向する位置に配置されていて、前記励起線の照射により、前記対象物から放出される２次Ｘ線を検出することにより、前記対象物の表面を検査する検出器と、前記チェンバー内部に配置されて、前記対象物と前記励起線の光軸との位置関係を調整するために、前記対象物を移動可能に保持している対象物保持部と、前記対象物と前記励起線の光軸との角度を変更させるために、前記チェンバーを回転可能に保持し、該チェンバーの回転に伴い、前記対象物保持部及び前記検出器を同期して回転させる回転機構と、前記検出器に設けられて、前記検出器を冷却するための冷却機構と、前記回転機構に配置されて、前記回転機構の回転軸と前記チェンバー、前記対象物保持部、前記検出器及び前記冷却機構の重心位置を近づけるためのおもりとを有する分析装置により、達成される。
【０００７】
請求項１の構成によれば、回転機構がチェンバーを回転可能に保持していて、対象物を検査する際の視斜角を変更する際にはチェンバーを回転させる。これに伴い、チェンバー内の対象物及びチェンバーに取り付けられている検出器も回転して、励起光の光軸と対象物との角度関係を変更する。
回転機構がチェンバー全体を回転させるようにすることにより、チェンバー内に回転機構を設ける必要がなくなり、チェンバーの小型化、軽量化を実現することができる。
また、チェンバーを回転させると、対象物と検出器が同期して回転するため、対象物と検出器との位置関係がずれることがなく、安定した検査を行うことができる。
【０００８】
請求項１の構成によれば、回転機構におもりが取り付けられて、回転機構に保持されている前記チェンバーの重心位置が回転機構の回転軸に近づけるようにしている。これにより、回転機構がチェンバーを回転させるとき、チェンバーのバランスがよくなり、回転機構への負担を軽減させることができる。
【０００９】
上記目的は、請求項２の発明によれば、請求項１の構成において、前記冷却機構はその重量が経時変化するものであり、前記おもりはその重量が前記冷却機構の重量変化に追従して経時変化するものである分析装置により、達成される。
請求項２の構成によれば、冷却機構の重量変化に伴って、おもりの重量も変化するようにしている。これにより、冷却機構の重量が変化した場合であっても、おもりの重量も変化するため、常時バランスをよくすることができ、回転機構への負担を軽減することができる。
【００１０】
上記目的は、請求項３の発明によれば、請求項１の構成において、前記冷却機構はその重量が経時変化するものであり、前記おもりは、前記冷却機構の重量変化に追従して前記回転機構の径方向に対して移動可能に取り付けられている分析装置により、達成される。
請求項３の構成によれば、冷却機構の重量変化に伴って、回転機構に対するおもりの位置が変化する。これにより、冷却機構の重量が変化した場合であっても、常時バランスをよくすることができ、回転機構への負担を軽減することができる。
【００１１】
上記目的は、請求項４の発明によれば、請求項１の構成において、前記冷却機構にはその重量を検出するセンサ機構が取り付けられていて、前記おもりは前記センサ機構が検出した重量に基づいて前記回転機構の径方向に移動する分析装置により、達成される。
請求項４の構成によれば、冷却機構の重量変化をセンサ機構により検出して、この検出結果に基づいて回転機構に対するおもりの位置が変化する。これにより、冷却機構の重量が変化した場合であっても、常時バランスをよくすることができ、回転機構への負担を軽減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１３】
図１は本発明の分析装置の好ましい実施の形態を示すシステム図であり、図１を参照して分析装置１０について説明する。
図１の分析装置１０は、基台１１、並進機構１２、回転機構１３、試料チェンバー１４、対象物保持部である試料駆動機構１５、検出器１６等を有している。基台１１の上には並進機構１２が配置されていて、並進機構１２の上には回転機構１３が配置されている。並進機構１２は矢印ＸＹ方向に移動可能に配置されていて、並進機構１２が作動すると回転機構１３が矢印ＸＹ方向に移動する。
【００１４】
回転機構１３は矢印Ｒ１０方向に回転軸ＣＲを中心として回転可能に設けられていて、回転機構１３の上には試料チェンバー１４が配置されている。回転機構１３が作動すると、試料チェンバー１４は矢印Ｒ１０方向に回転する。
試料チェンバー１４は内部に中空部１４ａを有しており、また減圧や真空もしくはガス置換した際の大気圧に耐えられるよう丈夫な作りとなっている。試料チェンバー１４の中空部１４ａには試料駆動機構１５、検出器１６が配置されている。
【００１５】
試料駆動機構１５はＸステージ１５ａ、Ｙステージ１５ｂ、Ｚステージ１５ｃからなっていて、検査の対象物である試料ＷはたとえばＺステージ１５ｃに保持されている。試料駆動機構１５が作動すると、試料Ｗは矢印ＸＹＺ方向に位置決めされる。
試料チェンバー１４内であって、この試料Ｗと対向する位置には検出器１６が配置されている。検出器１６は試料Ｗから放出される２次Ｘ線、特にここでは蛍光Ｘ線を検出して、試料Ｗ表面の微量汚染を検出する。光源１７はたとえば輝度の高い回転対陰極型Ｘ線光源もしくはシンクロトロン放射光源であって、蛍光Ｘ線を対象物に対して照射するものである。照射されるＸ線の光軸は矢印Ｙ方向（紙面垂直方向）に向かって形成されている。
【００１６】
次に図１を参照して、分析装置１０の動作例について詳しく説明する。
まず、試料ＷがＺステージ１５ｃに取り付けられた後、試料チェンバー１４内を真空もしくは減圧又はガス置換が行われる。そして、光源１７から蛍光Ｘ線が矢印Ｙ方向に向かって照射され、試料Ｗの検査が開始される。
この検査は試料Ｗに対する視斜角を変更しながら行われる。具体的には、まず並進機構１２が作動して、回転機構１３の回転軸ＣＲと光源１７の光軸Ｙとが重なるように、試料チェンバー１４を矢印ＸＹＺ方向に移動し位置決めする。その後、試料Ｗの表面を回転軸ＣＲに合わせるため、試料駆動機構１５が作動して、試料Ｗが矢印ＸＹＺ方向に微動して位置決めされる。
【００１７】
試料Ｗが所定の位置に位置決めされると、検出器１６が試料Ｗの検査を行う。また、試料Ｗに対する視斜角を変更する際には、回転機構１２の駆動により試料Ｗが矢印Ｒ１０方向に回転して、光軸と試料Ｗとの位置関係を変更させることにより行われる。
【００１８】
このように、回転機構１２を試料チェンバー１４の外側に配置することで、試料チェンバー１４が小型化、軽量化されるとともに、コストの削減を実現することができる。また、試料チェンバー１４が小型化する事により、中空部１４ａの容量が小さくなるため、真空引きもしくはガス置換の時間を短縮することができ、効率的に検査を行うことができる。さらに、試料Ｗの精密な位置決めに際して、必要な駆動機構を何ら省略することなく、試料チェンバー１４と検出器１６の間で相対的な位置ずれが生じないため、正確な検査を行うことができるとともに、両者に無用な力がかかることがなくなる。
【００１９】
第２の実施の形態
図２には本発明の分析装置の第２の実施の形態を示すシステム図を示しており、図２を参照して分析装置２０について説明する。なお、以下の実施の形態において、図１の分析装置と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
図２の分析装置２０が図１の分析装置１０と異なる点は、検出部２６の配置構造である。図２の検出部２６は本体２６ａと鏡筒（検出窓）２６ｂからなっていて、試料チェンバー１４の側面には穴１４ｂが形成されている。鏡筒２６ｂは穴１４ｂに挿入されて、Ｏリング等により封止されている。
これにより、検出器１６が大きいものであっても、試料チェンバー１４の大きさを大きくすることなく、Ｘ線分析検査を行うことができる。
【００２０】
第３の実施の形態
図３には本発明の分析装置の第３の実施の形態を示すシステム図を示しており、図３を参照して分析装置３０について説明する。なお、以下の実施の形態において、図２の分析装置２０と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
図３の分析装置３０が図２の分析装置２０と異なる点は、回転機構１２におもり３１が配置されていること及び検出器２６に冷却機構２７が接続されていることである。検出器２６の本体部２６は支持体３２の一端側に保持されていて、支持体３２の他端側は回転機構１２に保持されている。本体部２６の上には冷却機構２７が配置されている。冷却機構２７はたとえば液体窒素タンクからなっていて、液体窒素が検出器２６を冷却する。
【００２１】
おもり３１は、回転機構１２の上に配置されている試料チェンバー１４、検出器２６及び冷却機構２７の重心位置が回転機構１２の回転軸ＣＲとほぼ一致するように配置されている。従って、おもり３１はたとえば検出器２６に対向した位置に配置されることになる。おもり３１を回転機構１２に取り付けたのは以下の理由による。
【００２２】
高感度、高分解能の性能を満たす半導体検出器の場合、検出器２６を冷却しなければ機能を最大限発揮することができない。この検出器２６の温度をさげるため、検出器２６には液体窒素などの冷却機構２７が付設されている。そして長時間の連続測定などの必要性からこの冷却機構２７の容量は十分大きいことが望まれる。
しかし、冷却機構２７の容量を大きくするとその重量で回転機構１２の回転軸ＣＲ上に配置されている試料チェンバー１４等のバランスが悪くなってしまい、回転軸ＣＲに対する曲げモーメントが生じて回転機構の正常な動作を妨げてしまう。
そこで、試料チェンバー１４等のバランスをとるため、回転機構１２上におもり３１が取り付けられている。試料チェンバー１４のバランスをとることにより、回転機構１２への負担を軽減し、安定した動作で検査を行うことができる。
【００２３】
第４の実施の形態
図４には本発明の分析装置の第４の実施の形態を示すシステム図を示しており、図４を参照して分析装置４０について説明する。なお、以下の実施の形態において、図１の分析装置と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
図４の分析装置４０が図３の分析装置３０と異なる点は、おもりの重量が経時変化する点である。図４の回転機構１２の上に配置されているおもり４１は、たとえば液体窒素タンクからなっている。このおもり４１（液体窒素タンク）は冷却機構２７とほぼ同様の断熱性を有していて、ほぼ同量の液体窒素が収容されている。しがたって、おもり４１と冷却機構２７の重量はほぼ同一であるとともに、蒸発による重量の変化量もほぼ同一のものとなる。おもり４１の重量が変化するようにしたのは、以下の理由による。
【００２４】
おもり４１は回転機構１２上に配置されている試料チェンバー１４等の重心位置が回転機構１２の回転軸ＣＲ上にくるようにするために配置されている。しかし、検出器２６を冷却するための冷却機構２７が液体窒素タンクからなっている場合、検出器２６を冷却するときに液体窒素が気化して、冷却機構２７の重量が軽くなる。このため、回転機構１２上に配置されている試料チェンバー１４等の重心位置が次第にずれていってしまう。
そこで、おもり４１の重量が冷却機構２７とほぼ同様に経時変化することにより、重心位置の変動が少なくなり、試料チェンバー１４等のバランスをよくすることができる。
【００２５】
第５の実施の形態
図５には本発明の分析装置の第５の実施の形態を示すシステム図を示しており、図５を参照して分析装置５０について説明する。なお、以下の実施の形態において、図２の分析装置２０と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図５の分析装置５０が図２の分析装置２０と異なる点は、おもりの配置構造である。
図５のおもり５１は回転機構１２上に設けられているレール５２の上に矢印Ｘ方向に移動可能に配置されている。おもり５１にはたとえばパルスモータ、ＤＣモータのような駆動手段と接続されていて、レール５２上の任意の位置に並進駆動できるようになっている。おもり５１がレール５２の上に配置しているのは以下の理由からである。
【００２６】
おもり４１は回転機構１２上に配置されている試料チェンバー１４等の重心位置が回転機構１２の回転軸ＣＲ上にくるようにするために配置されている。しかし、検出器２６を冷却するための冷却機構２７が液体窒素タンクからなっている場合、検出器２６を冷却するときに液体窒素が気化して、冷却機構２７の重量が軽くなる。このため、回転機構１２上に配置されている試料チェンバー１４等の重心位置が次第にずれていってしまう。
そこで、おもり５１がレール５２に沿って矢印Ｘ方向に移動可能に配置すると、てこの原理より、回転機構１４上部のバランスのずれを小さく抑えることができる。具体的には、冷却機構２７の重量が小さくなるにつれて、おもり５１が矢印Ｘ１方向に移動して、回転機構１４上部のバランスをとることができる。
【００２７】
第５の実施の形態
図６には本発明の分析装置の第６の実施の形態を示すシステム図を示しており、図６を参照して分析装置６０について説明する。なお、以下の実施の形態において、図５の分析装置５０と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
図６の分析装置６０が図５の分析装置５０と異なる点は、冷却機構２７の重量を検出して、その重量に基づいておもり６１の位置を調整する点である。
【００２８】
図６の冷却機構２７にはセンサ機構７０が配置されており、センサ機構７０はたとえば重量センサもしくは液深センサである。センサ機構７０は検出した重量信号を制御部１００に送信する。
一方、おもり６１には駆動部６３と接続されていて、駆動部６３はたとえばパルスモータ、ＤＣモータ等からなっている。駆動部６３が作動すると、おもり６１がレール６２に沿って矢印Ｘ方向に移動する。駆動部６３の動作は制御部１００により制御されている。
【００２９】
図７は図６の分析装置６０の動作例を示すフローチャート図である。図７において、センサ機構７０がのようになる。制御部１００はその重量信号に基づいて駆動部６３を制御する。具体的には、制御部１００は重量信号により冷却機構２７の重量が小さくなったのを検出すると、駆動部６３を駆動させておもり６１をレール６２に沿って矢印Ｘ１方向に移動させる。
冷却機構２７の重量を常に監視することにより、冷却機構２７の重量変化に伴うバランスの変化により生じる回転軸ＣＲに対するモーメント荷重をほぼ０に抑えることができ、分析装置６０の動作を安定させることができる。
【００３０】
本発明の実施の形態は、上記実施の形態には限定されない。
上記各実施の形態において、励起光源にＸ線を用い、全反射条件で測定しているが、たとえば、Ｘ線領域以外の波長の電磁波や、電子線などの粒子線を励起源に用いても良い。また、検出器１６、２６は半導体検出器のようなエネルギー分散型の検出器でなく、結晶を用いて波長分別する波長分散型検出器であっても良い。
また、上記各実施の形態において、回転機構１３の下には並進機構１２が配置されているが、光源と光学系の位置関係が変更する可能性がない場合には、この並進機構１２を省略しても良い。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、装置全体の小型化を実現するとともに安定した検査を行うことができる分析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分析装置の好ましい実施の形態を示すシステム図。
【図２】本発明の分析装置の第２の実施の形態を示すシステム図。
【図３】本発明の分析装置の第３の実施の形態を示すシステム図。
【図４】本発明の分析装置の第４の実施の形態を示すシステム図。
【図５】本発明の分析装置の第５の実施の形態を示すシステム図。
【図６】本発明の分析装置の第６の実施の形態を示すシステム図。
【図７】本発明の分析装置の第６の実施の形態を示すフローチャート図。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０、５０、６０・・・分析装置、１３・・・回転機構、１４・・・チェンバー、１５・・・対象物保持部、１６、２６・・・検出器、２７・・・冷却機構、３１、４１、５１、６１・・・おもり、Ｗ・・・試料（対象物）。
【図１】
0004069514.tif 000002
【図２】
0004069514.tif 000003
【図３】
0004069514.tif 000004
【図４】
0004069514.tif 000005
【図５】
0004069514.tif 000006
【図６】
0004069514.tif 000007
【図７】
0004069514.tif 000008