JPH03202760A - 全反射螢光ｘ線分折装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、全反射螢光Ｘ線分析法（ＴｏｔａｌＲｅｆｌ
ｅｃｔｉｏｎ　Ｘ−Ｒａｙ　Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ
　）に用Ｌ１られる全反射螢光Ｘ線分析装置に関する。

〔従来の技術〕

初めに、全反射螢光Ｘ線分析法について簡単に説明する
。

Ｘ線を光学的に平滑な平面（０ｐｔｉｃａｌ　ｆ　ｆａ
ｔｓｕｒｆ’ａｃｅ　）に低い入射角度で照射すると、
Ｘ線はそれが照射された物質に吸収されることなく、入
射角度と等角に反射される。すなわち、Ｘ線は全反射さ
れる。このとき、Ｘ線が全反射される平面に試料を載せ
ておけば、試料にあたったＸ線以外は全反射されるので
、散乱Ｘ線を見掛上無視し得る状態で、試料から出る螢
光Ｘ線を検出できる。

したがって、Ｓ／Ｎ比の良いスペクトル計測ができる（
日本金属学会会報、第２４巻、第１１号（，１９８５）
Ｐ、９５６〜９６１参照）。かかる分析性を全反射螢光
Ｘ線分析法という。

そして、このスペクトル計測の結果から、試料の定性・
定量分析が行われる。この分析例として、ウェーハ表面
に置いた試料片の定性定量分析については、Ｘ線分析の
進歩１９（アグネ技術センター）Ｐ、２１７〜２２６及
び大阪電気通信大学研究論文集「自然科学編Ｊ　２２　
（１９８６）Ｐ。

８７〜等があり、ウェーハ表面に滴下した水溶液の定性
定量分析については、Ｘ線分析の進歩１つ（アグネ技術
センター）Ｐ、２３７〜２４９等がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の分析法によると、Ｘ線の全反射条件を満
足させる為に、試料が置かれた光学的に平滑な面に対し
Ｘ線を低照射角で照射させることが困難であった。

また、Ｘ線の全反射条件を満足しても、Ｘ線は光学的に
平滑な面の表層１００Ａ程度の深さまでは侵入している
。このため、上述した全反射螢光Ｘ線分析性によって検
出されるＸ線には、光学的に平滑な面上に置かれた試料
の螢光Ｘ線以外に、光学的に平滑な面を有した試料支持
体から放射される螢光Ｘ線やＸ線源ターゲット（Ｍｏ、
Ｗ等）の固有Ｘ線、連続Ｘ線が含まれている。これらの
Ｘ線は分析結果のバックグラウンドとして検出されてし
まうので、試料支持体の光学的に平滑な面上に試料とし
て載せられた微量元素の検出下限濃度の上昇を招くと共
に、該元素の定量精度の低下を招いてしまう不都合があ
った。

さらに、従来の全反射螢光Ｘ線分析装置では、Ｘ線を全
反射する面内において分析位置を指定することができる
ようになっているものの、その指定位置のみの分析では
、その指定された領域がそのＸ線を全反射する面全体の
付着物の付着状態を代表し得るものなのか、あるいは、
局所的に付着物が多く存在している領域に該当している
ものなのかを判定することはできなかった。このため、
従来はＸ線を全反射する面を複数の領域に区分し、区分
された領域全てについて個別に分析を行い付着物の付着
状態等を確認しなければ、付着物を定量することができ
ず、膨大な時間を必要とし、作業効率が低かった。

本発明はかかる不都合を解消することを目的としている
。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、第１の発明による全反射螢
光Ｘ線分析装置は低照射角で照射されたＸ線を全反射す
る光学的に平滑な面を有した部材と、この部材の光学的
に平滑な面の表面近傍に位置する試料から放射される螢
光Ｘ線を検出する第１の検出手段と、上記部材からのＸ
線を入射してその強度を検出する第２の検出手段とを備
える。

また、第２の発明による全反射螢光Ｘ線分析装置は上記
第２の検出手段の代わりに、Ｘ線源から放射されたＸ！
を分光して上記部材の光学的に平滑な面に低照射角で照
射する分光手段を備える。

また、第３の発明による全反射螢光Ｘ線分析装置は上記
第２の検出手段の代わりに、上記光学的に平滑な面上に
座標を設定して上記部材の位置決′めを行う位置決め手
段及び上記光学的に平滑な面の状態検査を行い、上記座
標に対応させて上記光学的に平滑な面上の各点の検査情
報を得る表面検査系とを備える。

〔作用〕 第１の発明による全反射螢光Ｘ線装置によると、Ｘ線は
第２の検出手段に入射し、途中で部材の光学的に平滑な
面により全反射されると試料を励起して螢光Ｘ線を放射
させる。

また、第２の発明による全反射螢光Ｘ線装置によると、
Ｘ線は分光手段により単色化され、部材の光学的に平滑
な面により全反射されると試料を励起して螢光Ｘ線を放
射される。

さらに、第３の発明による全反射螢光Ｘ線装置によると
、検査情報が得られた光学的に平滑な面上の所定の座標
位置で元素分析が可能である。

（実施例〕 本発明の第１実施例について、第１図〜第３図を参照し
つつ、説明する。

Ｘ線発生管等のＸ線源１から放射されたＸ線は、スリッ
ト２で細い平行Ｘ線束にされた後、Ｘ線分光手段３によ
り分光される。Ｘ線源１としてはＭ　ｏをターゲットと
する封入型Ｘ線発生管を使用することができるが、Ｗを
ターゲットとする回転対陰極型Ｘ線管を使用してもよい
。この回転対陰極型Ｘ線管はターゲットを回転させて使
用するため、封入型Ｘ線発生管より高出力Ｘ線を発生さ
せることが可能である。Ｘ線分光手段３としては、弗化
リチウムＬｉＦの分光結晶を用いることができ、その結
晶面である（２００）面にてＸ線源１から放射されたＸ
線を反射（回折）させることによりＸ線を分光すること
ができる。Ｘ線用分光結晶としては黄玉石、Ｓｔ、Ｎａ
Ｃ１，方解石ＣａＣｏ、Ｇｅ、α−石英、黒鉛、ＩｎＳ
ｂ、ペンクエリトリトール等を使用することができる。

このようにして分光されたＸ線は、試料支持体６の光学
的に平滑な平面に低い照射角で照射される。

なお、Ｘ線分光手段３はＸ線の照射方向に対しその固定
角度が変えられるようになっており、分光後のいずれの
波長域のＸ線でも試料支持体６に対して照射できるよう
になっている。したがって、Ｘ線源１に用いられている
ターゲットの固有Ｘ線のみを試料支持体６に対して照射
することができる。試料支持体６のＸ線が照射される平
面上には試料７が付着されている。試料支持体６は静電
チャックにより固定され、試料７が付着した表面の反り
は矯正される。試料支持体６は位置決めテーブル８のス
テージ８ａ上に載置されており、この位置決めテーブル
８はコントローラ１０によって位置決め制御される。こ
の場合、位置決めテーブル８の代わりに分光手段３の固
定部材の位置をコントローラ１０により制御してもよい
。

Ｘ線は、スリット５を通してシンチレーションカウンタ
１１に入射する。このシンチレーションカウンタ１１に
よりＸ線強度が計測される。シンチレーションカウンタ
１１は光電管を備えた公知のものを使用することができ
る。計測されたＸ線強度はＣＰＵ等からなる中央処理制
御部１２に入力され、これに基づき中央処理制御部１２
からコントローラ１０に対してテーブル位置の制御指令
が出力され、試料支持体６の位置制御が行われてＸ線の
全反射条件が満足される。

試料支持体６の上方には、試料支持体６の光学的に平滑
な平面に対向して、半導体Ｘ線検出器１３が配設されて
いる。この半導体Ｘ線検出器１３は、例えばシリコンダ
イオードに逆電圧をかけてＸ線を当てると一時的に電流
が流れてパルスが発生する現象を利用したものである。

具体的にはＳｉにＬｉをドープしてＰ−ｉ−ｎ型ダイオ
ードを形成し、これに逆電圧を印加して使用する。

５ｉ（Ｌｉ）自体は真空容器中に封入されていて、厚さ
が数μｍのベリリウム箔の窓を通して、Ｘ線が入射する
ように設計されている。Ｌｉをドープしであるのでｉ層
にＸ線が入射すると、そのエネルギに比例した数の電子
−正孔対が発生し、パルスが出力される。このパルスの
波高（電圧）を測定することによりＸ線のエネルギを、
このパルスの数を計数することにより、Ｘ線強度の測定
ができる。

この半導体Ｘ線検出器１３としては、例えば、ニシハギ
氏達によりエクステンデッド　アブストラクト　オブ　
エレクトロ　ケミカル　ソサイエテイ　　（Ｅｘｔｅｎ
ｄｅｄ　Ａｂｓｔｒａｃｔｓ　ｏｆ’　Ｅｌｅｃｔｒ。

Ｃｈｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ）第８９−２巻に発
表されたＳＳＤ、Ｌｉｎｋ　　Ｃｏ、　　　Ｌｔｄ、製
の５ｉ（Ｌｉ）型（検出面積８０＋ｎ＋”、直径１０ｍ
ｍ）ＳＳＤを使用できる。この半導体Ｘ線検出器１３に
よって、試料支持体６上に載せられた試料７から放射さ
れる螢光Ｘ線が検出される。この検出出力は、プリアン
プ１５及びリニアアンプ１６により増幅され、螢光Ｘ線
エネルギーの大きさに比例した波高のパルス出力として
取り出される。ここで、プリアンプ１５はＳ／Ｎ比の低
下を避けるために、半導体Ｘ線検出器１３と直結されて
いる。さらに半導体Ｘ線検出器１３はプリアンプ１５を
含めてサーマル・ノイズ（熱雑音）をできるだけ小さく
するために成体窒素で冷却してもよい。そして、このパ
ルス出力は、Ａ／Ｄ変換器１７によってデジタル出力に
変換された後、マルチチャンネルアナライザでエネルギ
毎に積算され、中央処理制御部１２にてデータ処理され
る。

なお、螢光Ｘ線が試料７から検出器１３に入る過程で空
気が存在していると、空気中の微粒子による散乱・吸収
が生じ検出強度が低下する。また、空気中に存在するＡ
「の螢光Ｘ線も励起され、その近傍のエネルギ値に励起
されるＣＩ、にの検出が困難になる。その為、ａｌ定室
は真空雰囲気にしておくことが望ましい。この場合、真
空度は０　、　　Ｉ　Ｔｏｒｒ以下であることが望まし
い。例えばＳｉのピーク強度は真空度７６０　Ｔｏｒｒ
で０．１ｃｐｓであるが、真空度０．０１Ｔｏｒｒで２
．２ＣＩ）Ｓになり、試料から検出器までの螢光Ｘ線の
強度低下がなくなり、軽元素の検出効率が向上する。

第２図に、上述した全反射螢光Ｘ線分析装置による分析
結果を示す。この分析は、Ｘ線源にタングステンＷを用
いると共に、Ｘ線分光手段として弗化リチウムＬｉＦの
分光結晶を用い、その（２００）面にてＸ線を回折分光
して行った。そして、シリコンウェーハの光学的に平滑
に仕上げられた面上に試料として汚染粒子を付着させ、
その分析を行った。なお、この分析は、エネルギー分散
型検出法により行った。第２図では、横軸に検出された
螢光Ｘ線のエネルギー値をとり、縦軸に各エネルギー値
におけるＸ線のカウント数（検出頻度）をとってその分
析結果を示している。この分析結果をみると、Ｓｉｓ　
ＫＳＣａ、Ｃｒ。

Ｆｅ５Ｎｉ、Ｚｎのそれぞれに特有のエネルギー値のと
ころにカウント数のピークが現れており、連続Ｘ線はほ
とんど検出されていない。したがって、これら元素のピ
ークが連続Ｘ線が検出されることによって生ずるバック
グラウンドに隠れることかなくなり、これらの元素が容
易に同定される。

また、ピーク面積とその元素濃度との間には、定の相関
関係があるので、濃度が既知の試料から検量すれば、そ
の元素の定量が可能である。

第３図に、従来の全反射螢光Ｘ線装置による分析結果を
示す。この分析では、Ｘ線源にモリブデンＭ　ｏを用い
、そこから放射されたＸ線を分光することなしにそのま
まシリコンウェーへの光学的に平滑な面上に照射して行
った。なお、シリコンウェーハ上に試料として付着させ
た汚染粒子は、第２図のものとは同一ではない。この分
析結果をみると、Ｓ　ＩＳＡ　ｒ　ｓ　Ｃｒ　ＳＦ　ｅ
　ｓ　Ｗ　ＳＺ　ｎのそれぞれに特有のエネルギー値の
ところにカウント数のピークが現れており、このことか
らこれらの元素か同定される。しかし、この分析結果で
は、検出されるＸ線に連続Ｘ線が含まれているため、こ
の連続Ｘ線がピーク下地にバックグラウンドとして存在
している。このため、第３図では、Ａｒ１Ｆｅ以外のピ
ークはバックグラウンドと区別し難く、ピークを誤診し
てしまったり、微量元素を検出する場合にはピークがバ
ックグラウンドに隠れてしまい、微量元素の検出下限濃
度の上昇を招き、その同定ができないことがある。また
、検出元素の定量をする場合、ピーク面積としてバック
グラウンドを差し引いた値を用いる必要がある。しかし
、バックグラウンドの設定の仕方により誤差が生じ、定
量精度の低下を招くこととなる。

これに対し、本発明による全反射螢光Ｘ線分析装置を用
いた場合には、試料が載せられた試料支持体の光学的に
平滑な面にＸ線分光手段により分光された特定波長域の
単色Ｘ線のみが照射されるようになっているので、試料
支持体に照射されるＸ線から連続Ｘ線が除去され、これ
が半導体Ｘ線検出器により検出されることが防止されて
いる。

したがって、その分析結果は第２図に示したように連続
Ｘ線が検出されることによるバックグラウンドが大巾に
低減されたものとなり、極微量の元素も容易に同定する
ことができるし、ピーク面積をより正確に得ることがで
きるので、その定量精度が向上する。

なお、上述した実施例では、Ｘ線分光手段として弗化リ
チウムＬｉＦの分光結晶を用いているが、このほかにエ
チレンジアミンニ酒石酸（ＥＤＤＴ）、ペンタエリトリ
トール（Ｐ　Ｅ　Ｔ）等の分光結晶やダイヤモンド型結
晶体を用いることもできる。特に、ダイヤモンド型結晶
体を用い、その（１１１）面にてＸ線の分光を行うこと
とすれば、取り出したい波長域のＸ線を効率よく分光す
ることができ、波長の揃った線スペクトルの単色Ｘ線を
試料支持体の光学的に平滑な面に照射することができる
。したがって、上述した同定・定量の精度がさらに向上
する。

また、Ｘ線分光手段により分光されて試料支持体に照射
されるＸ線は、試料から検出したい元素のＸ線吸収スペ
クトルよりも高いエネルギーのものであれば、Ｘ線源か
ら放射されるいずれの固有Ｘ線でもよい。例えば、タン
グステンＷの固有Ｘ線であるＫａ線をＸ線分光手段によ
り分光させて試料支持体に照射した場合、そのエネルギ
ーの高さからランタンＬａ以下の原子番号の元素が検出
されるが、Ｌβｌ線を分光させて試料支持体に照射した
場合には、亜鉛Ｚｎ以下の原子番号の元素しか検出され
ない。したがって、照射されるＸ線に応じて試料支持体
を構成する元素を適当に選択することにより、その元素
を検出させないようにすることも可能であり、これによ
りバックグラウンドがさらに低減され、分析精度が向上
する。特に、ＧａＡｓウェーハ上の遷移金属元素の検出
にはタングステンＷのＬβｌ線を選定し照射するとよい
。それは、Ｌβｌ線のエネルギ値が試料支持体を構成す
る元素であるＧａは励起しないが、不純物として検出し
たいＺｎは励起するため、バックグラウンドを大幅に低
減することができるからである。

ところで、螢光Ｘ線のエネルギ値は固有のものであり、
元素間のエネルギ差は軽元素はど小さくなっている。例
えばＮ　ａ　（！：　Ｍ　ｇの場合、ＮａＫα線のエネ
ルギ値は１．０４１０ｋｅＶ、ＭｇＫａ線のエネルギ値
は１．２５３６ｋｅＶであり、そのエネルギ差は２１２
．６ｅＶである。この場合、このエネルギ差以下の分解
能がないとピークを分離することはできず、元素を同定
することができない。従って、この分析装置により軽元
素を同定する場合には半導体Ｘ線検出器１３のエネルギ
分解能を例えば２００ｅＶ以下にすることが望ましい。

一般に、半導体Ｘ線検出器１３のエネルギ分解能は検出
部の大きさに逆比例し、検出部が１５０關　φであれば
、２５０ｅＶ、８０ｍｍ２φであれば１５０〜１８０ｅ
Ｖである。したがって、検出部は８０１１ＩＩＩ２φで
あればよい。

次に、本発明の第２実施例について、第４図〜第８図を
参照しつつ、説明する。

図示した装置は、大別して全反射螢光Ｘ線分析を行うＸ
線分析系Ａと、全反射螢光Ｘ線分析が行われる而の状態
を検査する表面検査系Ｂとから構成されている。Ｘ線分
析系Ａにおいては、前述したように、Ｘ線発生管等のＸ
線源１からＸ線が放射され、スリット２で細い平行Ｘ線
束にされた後、このＸ線束に対して傾斜可能な固定部材
に固定された分光手段３で分光されることにより、試料
支持体６の光学的に平滑な平面に低い照射角で照射され
る。試料支持体６は例えばシリコンウェーハであり、試
料支持体６のＸ線が照射される平面上には試料７が付着
している。試料支持体６は位置決めテーブル８のステー
ジ８ａ上に載置され、位置決めテーブル８上により位置
決めされる。この位置決めテーブル８は所定の座標（ｘ
、ｙ、ｚ）を有しており、その座標に従ってコントロー
ラ１０によって位置決め制御される。したがって、試料
支持体６がステージ８ａ上に載置された時点で、試料支
持体６のＸ線を全反射する光学的に平滑な平面上には座
標が設定されることとなる。

照射されたＸ線は、スリット５を通してシンチレーショ
ンカウンタ１１に入射する。このシンチレーションカウ
ンタ１１によりＸ線強度が計測される。計測されたＸ線
強度はＣＰＵ、ＲＯＭ。

ＲＡＭ等からなる第１中央処理制御部１２に入力され、
これに基づき、コントローラ１０に対してステージ位置
の制御指令が出力される。そして、この制御指令に基づ
いて試料支持体６の位置決めが行われ、Ｘ線の全反射条
件が満足される。そして、試料支持体゛６のＸ線を全反
射する面の内、該制御指令に応じた位置（領域）につい
て全反射螢光Ｘ線分析法による付着物の元素分析が行わ
れる。

また、このときの制御指令に対応した位置座標について
の情報が第１中央処理制御部１２のＲＡＭ内に格納され
るようになっている。

試料支持体６の上方には、試料支持体６の光学的に平滑
な平面（全反射面）に対向して、半導体Ｘ線検出器１３
が配設されている。この半導体Ｘ線検出器１３によって
、試料支持体６上に付着した試料７から放射される螢光
Ｘ線が検出される。

この検出出力は、プリアンプ１５及びリニアアンプ１６
により増幅され、螢光Ｘ線エネルギーの大きさに比例し
た波高のパルス出力として取り出される。そして、この
パルス出力は、Ａ／Ｄ変換器１７によってデジタル出力
に変換され、マルチチャンネルアナライザで積算された
後、第１中央処理制御部１２にてデータ処理される。

ところで、この全反射螢光Ｘ線分析装置においては、試
料支持体６のＸ線を全反射する面への試料７の付着状況
や付着した試料粒子の分布、粒径、全反射面の傷や欠陥
等、全反射面の表面検査をする表面検査系Ｂが付設され
ている。この表面検査系Ｂは試料支持体６の全反射面に
設定された座標に対応させてその面上の各点の検査情報
を得、これを記憶できるようになっている。表面検査系
Ｂは、試料支持体６が載置されるステージ１４と、これ
に載置された試料支持体６に照射されるレーザビームを
放射するレーザ１８と、このレーザビームを反射して試
料支持体６に照射する反射鏡１つと、試料支持体６によ
り反射されたレーザビームの反射光強度を検出するフォ
トマルチプライヤ２０と、フォトマルチプライヤ２０の
出力信号がＡ／Ｄ変換器２２を介してディジタル化され
て入力される第２中央処理制御部２１とを備えている。

反射鏡１９はその姿勢を変えることによりレーザビーム
を試料支持体６の全反射面全体に走査させることができ
るようになっている。試料支持体６に照射されたレーザ
ビームは試料支持体６により反射されるが、試料支持体
６の表面あるいは表面近傍に異物が存在すれば、これに
当たって散乱し反射光の強度が変化する。したがって、
この反射光強度の変化から全反射面に付着しているμ料
７の分布状況等の情報を得ることができる。この反射光
は楕円形の反射鏡２２により集光され、フォトマルチプ
ライヤ２０に入射する。フォトマルチプライヤ２０に入
射した光はその強度に応じた電気信号に変換され、増幅
されて出力される。

フォトマルチプライヤ２０の出力信号はＡ／Ｄ変換器２
３によりデジタル化され、第２中央処理制ａ１部２１に
人力される。第２中央処理制御部２１に入力された信号
は全反射面に設定された座標に対応させて処理され、全
反射面に付着している試料７の分布状況やその粒径、数
量、全反射螢光Ｘ線分析された領域内に存在する試料の
粒子数、この粒子数の全反射面全体に付着している試料
の全粒子数に対する割合、全反射面の傷や欠陥等の検査
情報として記憶される。このように構成された表面検査
系Ｂは、図示したように、コントローラ１０を介してＸ
線分析系Ａに接続されている。なお、表面検査系として
ＴＥＮＣＯＲＩＮＳ′ＴＲＵＭＥＮＴＳ製の５ｕｒｆｓ
ｃａｎ４５００を用いることができる。

上述したように、表面検査系Ｂが付設された本発明によ
る全反射螢光Ｘ線分析装置では、試料支持体６をステー
ジ８ａ上に載置してＸ線分析を行う前もしくは行った後
に、試料支持体６をステージ８ａ上に載置して試料支持
体６のＸ線を全反射する面上の表面検査をすることがで
きるようになっている。したがって、従来のように、全
反射螢光Ｘ線分析が行われた試料支持体６上の領域がそ
のＸ線を全反射する面全体の付着物の付着状態を代表し
得るものなのか、あるいは、局所的に付着物が多く存在
している領域に該当しているものなのかを判定するため
に、全反射面を複数の領域に区分し、区分された領域全
てについて個別に全反射螢光Ｘ線分析を行って試料の付
着状態等を確認するなどの膨大な時間を必要とする作業
が不要となり、表面検査系Ｂによる検査結果からＸ線分
析を行うに最も適した座標領域を容易に検索することか
でき、効率的なＸ線分析が可能となる。例えば、試料７
の分布濃度が最も高い部分について全反射螢光Ｘ線分析
を行いたい場合には、表面検査系Ｂによる検査結果から
試料７の分布濃度が最も高い領域を検索し、その領域の
みについてＸ線分析を行うことができる。また、全反射
螢光Ｘ線分析を行った後に、該分析が行われた試料支持
体６上の領域が、その面全体に付着している試料７の付
着状態を代表しているものなのか、局所的に試料７が多
く付着している領域に該当しているものなのかを容易に
判定することができる。さらに、分析が行われた部分に
付着している試料の全試料に対する割合を表面検査系Ｂ
による検査結果から得られるので、これを用いて試料７
の定量を高い精度で容易に行うことがてきる。

また、上述のように表面検査系Ｂが付設された本発明に
よる全反射螢光Ｘ線分析装置では、Ｘ線分析と表面検査
とを一連の作業として行い得るので、作業の途中で異物
が試料支持体に追加的に付着する機会が減り、より精度
の高い分析が可能となっている。

第５図に上述したＸ線分析系Ａによる分析結果を示し、
第６図に表面検査系Ｂによる検査結果を示す。第５図（
ａ）は、半導体製造装置等にＮ２ガスを導く配管からＮ
２ガスを採取し、試料支持体として用いるシリコンウェ
ーハ上に採取したＮ　ガスを２時間吹き付けることによ
り、Ｎ２ガス中に含まれる汚染粒子を試料としてシリコ
ンウェーハ上に採取し、この汚染粒子について全反射螢
光Ｘ線分析を行った分析結果を示し、第５図（ｂ）は、
Ｎ２ガスを吹き付けて汚染粒子を付着させる前のシリコ
ンウェーハ表面についての分析結果を示している。これ
らの図はいずれも横軸に検出された螢光Ｘ線のエネルギ
ー値をとり、縦軸に各エネルギー値におけるＸ線のカウ
ント数（検出頻度）をとって示している。なお、この分
析は、エネルギー分散型検出法により行った。

この分析結果を調べてみると、第５図（ａ）にはＣｒ、
Ｆｅ、ＣｕＳＺｎに特有のエネルギー値のところにピー
クが現れており、それぞれの金属元素がこれにより同定
される。そして、第５図（ｂ）の分析結果との比較から
、これらの金属元素はＮ２ガス中に含まれていたものと
判定できる。

そして、これらの元素はステンレスおよび真鍮の構珠成
分であるから、Ｎ２ガスの汚染源は配管およびその継手
であると推定することができる。また、縦軸はカウント
数を表しているから、各元素についてのピーク面積はそ
の元素濃度を反映していることになり、濃度が既知の試
料から検量することによって、その元素の定量をするこ
ともできる。

第６図（ａ）は上述したＮ２ガスを吹き付けた後のシリ
コンウェーハについて、その表面に付着した汚染粒子の
分布状況を表面検査系Ａにより検査した結果を示し、第
６図（ｂ）はＮ２ガスを吹き付ける前のシリコンウェー
ハ表面についての検査結果を示している。この検査結果
からＮ２ガスを吹き付ける前のシリコンウェーハ表面に
付着している汚染粒子は極めて少ないが、Ｎ２ガスを吹
き付けた後のシリコンウェーハではその表面にほぼ均一
な分布で多数の汚染粒子が付着していることが分かる。

そして、このことから、これらの汚染粒子が第５図で同
定された金属元素を含む粒子であることが裏付けられる
。

ところで、第５図（ａ）の分析位置はウェーハ中央部の
直径６ＩＩｍのエリアであり、その部分に付着している
汚染粒子数は表面検査系Ｂの検査結果から例えば全体の
汚染粒子数の約１０％と判定できる。したがって、汚染
粒子の付着効率が分かれば、各元素のピーク面積と吹き
付けたＮ２ガスの総量とからＮ２ガス中に含まれていた
各元素の濃度を算出することができる。

第７図に表面検査系Ｂによる検査結果であって、第６図
と異なる検査結果を示す。この検査結果はシリコンウェ
ーハの裏面中央部に磁石を取り付け、表面に前述したと
同様にＮ２ガスを吹き付けたものについての検査結果で
ある。磁石を取り付けたことによって、その付近に汚染
粒子が集中して付着していることが分かる。そして、ウ
ェーハ中央部の直径６ＩＩＩ１１のエリアには全体の約
２０％の汚染粒子が付着している。したがって、この汚
染粒子が集中して付着しているエリアの座標を読みだし
、このエリアについて全反射螢光Ｘ線分析が行われるよ
うに位置決めテーブル８をコントローラ１０により制御
し、全反射螢光Ｘ線分析を行えば、第第５図（ａ）に示
した分析結果よりもピーク値の大きな分析結果が得られ
、高感度で汚染元素を検出することができ、定量分析の
精度も向上する。

さらに、表面検査系Ｂによりウェーハに付着している汚
染粒子の総数やその粒径毎の粒子数を検出することがで
きる。この検出結果を第８図に示す。汚染粒子の粒径は
汚染原因究明の有力な手掛かりとなるものである。

なお、上述した実施例においては、全反射螢光Ｘ線分析
に用いられるステージ８ａと全反射面の表面検査に用い
られるステージ１４とが別々に設けられ、試料支持体６
が２つのステージ相互間において移載されるようになっ
ている。したがって、試料支持体６が移載される際には
、全反射螢光Ｘ線分析の際にその面上に設定された座標
をそのまま全反射面の表面検査に用いることができるよ
うに、Ｘ線分析系Ａに対する試料支持体６の相対的位置
関係と、表面検査系Ｂに対する試料支持体６の相対的位
置関係とが同一となるよう、例えば試料支持体６がその
姿勢変化を伴わずに平行に搬送されて移載されることが
望ましい。なお、Ｘ線分析と表面検査とで異なる座標を
別々に設定したとしても、試料支持体６に座標設定の基
準を設けておけば、該基準を基に座標を相互に変換し得
、以後共通の座標を設定したのと同様に扱うことができ
る。該基準としては、試料支持体６に半導体つ工−ハを
用いた場合には、オリエンテーションフラットを用いる
ことができる。

また、１つのステージを共有する形でＸ線分析系Ａに表
面検査系Ｂを付設することとにより、Ｘ線分析と表面検
査とに共通の座標を設定することもできる。この場合に
は、試料支持体６の移載工程を省くことができると共に
、移載の際に試料支持体６上に追加的に汚染物質が付着
することを避けることができる。

さらに、上記実施例では表面検査系Ｂとしてレーザ１８
とフォトマルチプライヤ２０を使用し、レーザ光を２次
元的にスキャンすることによりＩ検査しているが、フォ
トマルチプライヤ２０の代わりにＣＣＤを用い、レーザ
を一定方向に拡大してＣＣＤに照射するライン走査によ
り検査してもよい。

また、レーザ１８の代わりにランプを使用し、フォトマ
ルチプライヤ２０の代わりにＣＲＴを使用し、ＣＲＴか
ら得られた画像データに基づき検査してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、第１の発明による全反射螢光Ｘ線
分析装置によれば、試料に照射されるＸ線の強度を予め
検出することができるので、部材の光学的に平滑な面に
対しＸ線の全反射条件を簡単に満足させることができる
。

また、第２の発明による全反射螢光Ｘ線分析装置によれ
ば、試料が載せられた試料支持体の光学的に平滑な面に
は、Ｘ線分光手段により分光された特定波長域のＸ線の
みが照射されるので、試料支持体に対して照射されるＸ
線から不要な連続Ｘ線が除去され、検出されるスペクト
ル中のバックグラウンド成分が低減される。したがって
、極微量な元素を容易に同定できるようになると共に、
その定量精度が向上する。

さらに、第３の発明による全反射螢光Ｘ線分析装置によ
れば、全反射螢光Ｘ線分析によって得られた分析結果か
ら付着物を定量するために必要とされる補足的な情報や
全反射螢光Ｘ線分析を効率的に行うために必要とされる
補足的な情報を表面検査系により短時間の内に得ること
ができる。したがって、この情報に基づき、高い作業効
率をもって、精度の高い分析を行うことができる。

なお、上記実施例では試料支持体６の表面に付着した試
料を分析対象としているが、Ｘ線は光学的に平滑な面の
表層１００Ａ程度の深さまで侵入するので表面近傍に埋
もれた元素や表面に対し直交する方向に形成された線状
物の元素を同定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による全反射螢光Ｘ線分析
装置の概略を示した構成図、第２図は本発明による全反
射螢光Ｘ線分析装置を用いて得られた分析結果を示した
図、第３図は従来の全反射螢光Ｘ線分析装置を用いて得
られた分析結果を示した図、第４図は本発明の第２実施
例による全反射螢光Ｘ線分析装置の概略を示した構成図
、第５図は本発明による全反射螢光Ｘ線分析装置による
分析結果を示した図、第６図および第７図は本発明にか
かる表面検査系による検査結果を示した図、第８図は本
発明にかかる表面検査系による検査結果であって、第６
図および第７図と異なる検査結果を示した図である。 ＧＯ，）ｉ馨 ＲＯ＞Ｌ羅 （ＣＩ） 第５図 表面検査系による検査絽県 第６図 表面検査系（二よる＄！、ｉ絽泉 区囮（０）採取後粒−Ｊ−認数：４６０閣（ｂ）採取￥
Ｔ紅辣徹７ 粒 子 径（Ｐ爪） 表面検査系による挟査紹果 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、低照射角で照射されたＸ線を全反射する光学的に平
   滑な面を有した部材と、 前記部材の光学的に平滑な面の表面近傍に位置する試料
   から放射される螢光Ｘ線を検出する第１の検出手段と、 前記部材からのＸ線を入射して、その強度を検出する第
   ２の検出手段とを備える全反射螢光Ｘ線分析装置。 ２、低照射角で照射されたＸ線を全反射する光学的に平
   滑な面を有した部材と、 前記部材の光学的に平滑な面の表面近傍に位置する試料
   から放射される螢光Ｘ線を検出する検出手段と、 Ｘ線源から放射されたＸ線を分光して前記部材の光学的
   に平滑な面に低照射角で照射する分光手段とを備える全
   反射螢光Ｘ線分析装置。 ３、低照射角で照射されたＸ線を全反射する光学的に平
   滑な面を有した部材と、 前記部材の光学的に平滑な面の表面近傍に位置する試料
   から放射される螢光Ｘ線を検出する検出手段と、 前記光学的に平滑な面上に座標を設定し、前記部材の位
   置決めを行う位置決め手段と、 前記光学的に平滑な面の状態検査を行い、前記座標に対
   応させて前記光学的に平滑な面上の各点の検査情報を得
   る表面検査系とを備えた全反射螢光Ｘ線分析装置。