多元素同时型荧光X射线分析装置和多元素同时荧光X射线分析方法

相关申请

本申请要求申请日为2016年3月8日、申请号为JP特愿2016－044179申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。

技术领域

本发明涉及对作为半导体晶圆的试样的本底进行补偿的多元素同时型荧光X射线分析装置和多元素同时荧光X射线分析方法。

背景技术

在过去，对应于分析目的，具有各种的荧光X射线分析装置，比如，像在专利文献1中记载的那样，具有下述的多元素同时型荧光X射线分析装置，该多元素同时型荧光X射线分析装置包括对试样照射一次X射线的X射线源，并且针对应测定的每个波长而设置固定测角器，该固定测角器包括分光元件和检测器，测定由试样而产生的荧光X射线的强度。另外，包括下述的荧光X射线分析装置(专利文献2)，该荧光X射线分析装置按照运送作为试样的半导体晶圆的机械手(运送臂)可上下移动的方式设置形成基本呈矩形状的缺口部的试样台。

在通过测角器而使分光元件和检测器联动的扫描型荧光X射线分析装置中，可在应测定的荧光X射线的波长的前后测定本底强度，推算荧光X射线的波长的本底强度，从荧光X射线的测定强度中扣除该本底强度进行补偿。但是，在于专利文献1中记载的多元素同时型荧光X射线分析装置中，如果增加设置固定测角器以测定本底强度，则装置的结构复杂，成本上升。由此，在多元素同时型荧光X射线分析装置中，人们希望不增加设置本底用固定测角器，而对本底进行补偿。

另外，近年，伴随半导体晶圆的大型化，半导体晶圆的厚度变薄，并且形成于半导体晶圆上的薄膜的膜厚也变薄(比如数nm)。如果通过荧光X射线分析装置而测定形成有这样的极薄的膜的半导体晶圆，则从极薄的膜而产生的荧光X射线强度弱，为了获得充分的测定强度，必须要求对荧光X射线强度长时间地进行积分处理，对其进行测定。如果长时间地进行积分处理以进行测定，则本底的测定强度也大，如果无法补偿该大的本底，则无法进行高精度的分析。

如果关于这样的本底补偿，采用具有形成有缺口部的试样台的多元素同时型荧光X射线分析装置，测定形成有极薄的膜的半导体晶圆，则在试样台中，与位于缺口部上的试样的测定点的本底强度相比较，位于缺口部以外部位之上的试样的测定点的本底强度大，如果像这样，无法正确地补偿伴随测定点的位置强度不同的本底，则注意到无法进行高精度的分析。

现有技术文献

专利文献1：JP特开2007－155651号公报

专利文献2：JP特开2000－74859号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明是针对上述过去的问题而提出的，本发明提供一种多元素同时型荧光X射线分析装置和多元素同时型荧光X射线分析方法，其中，即使在于试样台上形成缺口部的情况下，仍不增加设置本底用固定测角器，可正确地补偿本底，高精度地分析半导体晶圆。

用于解决课题的技术方案

为了实现上述目的，本发明的多元素同时型荧光X射线分析装置包括：试样台，在该试样台上装载作为半导体晶圆的试样；运送臂，该运送臂相对该试样台进行试样的装载和撤除；工作台，该工作台使试样台移动；X射线源，该X射线源对试样照射一次X射线；并且针对每个应测定的波长而设置固定测角器(goniometer：ゴニオメ—タ)，该固定测角器包括分光元件和检测器，测定由试样而产生的荧光X射线的强度；还包括控制机构，该控制机构控制上述运送臂、上述工作台、上述X射线源和上述固定测角器，针对试样表面的多个测定点来测定荧光X射线的强度，求出试样的测定强度的分布，在上述试样台上形成用于让上述运送臂沿竖直方向而通过的缺口部。

在本发明的多元素同时型荧光X射线分析装置中，上述控制机构包括本底补偿机构，该本底补偿机构针对空白晶圆上的各测定点，将下述强度作为该测定点的本底强度而预先存储，该强度指从该测定点的测定强度中扣除位于上述缺口部上的基准测定点的测定强度后的强度，针对分析对象试样的各测定点，从该测定点的测定强度中扣除该测定点的上述本底强度以进行补偿。

按照本发明的荧光X射线分析装置，由于针对空白晶圆的各测定点，将下述强度作为该测定点的本底强度，该强度指从该测定点的测定强度中扣除位于上述缺口部上的基准测定点的测定强度后的强度，针对分析对象试样的各测定点，从该测定点的测定强度中扣除该测定点的上述本底强度以进行补偿，故即使在于试样台上形成缺口部的情况下，仍不增加设置本底用固定测角器，而可正确地对本底进行补偿，高精度地分析半导体晶圆。

本发明的荧光X射线分析方法采用多元素同时型荧光X射线分析装置，该多元素同时型荧光X射线分析装置包括：试样台，在该试样台上装载作为半导体晶圆的试样；运送臂，该运送臂相对该试样台，进行试样的装载和撤除；工作台，该工作台使试样台移动；X射线源，该X射线源对试样照射一次X射线，并且针对每个应测定的波长而设置固定测角器，该固定测角器包括分光元件和检测器，测定由试样而产生的荧光X射线的强度，还包括控制机构，该控制机构控制上述运送臂、上述工作台、上述X射线源和上述固定测角器，针对试样表面的多个测定点测定荧光X射线的强度，求出试样的测定强度的分布，其中，在上述试样台上形成用于让上述运送臂沿竖直方向而通过的缺口部。另外，针对空白晶圆上的各测定点，将下述强度作为该测定点的本底强度而求出，该强度指，从该测定点的测定强度中扣除位于上述缺口部上的基准测定点的测定强度后的强度，针对分析对象试样的各测定点，从该测定点的测定强度中扣除该测定点的上述本底强度以进行补偿。

按照本发明的荧光X射线分析方法，由于针对空白晶圆的各测定点，将下述强度作为该测定点的本底强度，该强度指从该测定点的测定强度中扣除位于上述缺口部上的基准测定点的测定强度后的强度，针对分析对象试样的各测定点，从该测定点的测定强度中扣除该测定点的上述本底强度以进行补偿，故即使在于所采用的多元素同时型荧光X射线分析装置的试样台上形成缺口部的情况下，仍不增加设置本底用固定测角器，而可正确地对本底进行补偿，高精度地分析半导体晶圆。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少2个方案中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的2个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一部分。

图1为本发明的第1实施方式的多元素同时型荧光X射线分析装置的外观结构图；

图2为表示该装置所具有的试样台的俯视图；

图3为表示试样的测定点的图；

图4为表示试样台的非缺口部的散射射线的发生的概念图。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的第1实施方式的多元素同时型荧光X射线分析装置进行说明。像图1所示的那样，该多元素同时型荧光X射线分析装置包括：试样台2，在该试样台2上装载作为半导体晶圆的试样1；运送臂22(图2)，该运送臂22相对该试样台2，进行试样1的装载和撤除；工作台11，该工作台11通过试样台2而运动；X射线源8，该X射线源8对试样1照射一次X射线7，并且上述多元素同时型荧光X射线分析装置针对每个应测定的波长而设置固定测角器10，该固定测角器10具有分光元件25和检测器26，测定由试样1而产生的荧光X射线9的强度，还包括控制机构20，该控制机构20控制运送臂22、工作台11、X射线源8和固定测角器10，针对试样表面的多个测定点Pn(图1)测定荧光X射线9的强度，求出试样1的测定强度的分布，在试样台2中形成缺口部2e(图2)，该缺口部2e用于在垂直方向而让运送臂22通过。

另外，在第1实施方式的多元素同时型荧光X射线分析装置中，控制机构20具有本底补偿机构21，该本底补偿机构21针对没有任何附着的空白晶圆1b的各测定点Pn，将下述的强度作为该测定点Pn的本底强度而预先存储，该强度指从该测定点Pn的测定强度中扣除位于缺口部2e上的基准测定点P0的测定强度后的强度，针对分析对象试样1a的各测定点Pn，从该测定点Pn的测定强度中扣除该测定点Pn的上述本底强度以进行补偿。在测定点Pn中还包括基准测定点P0。

像图2所示的那样，试样台2由比如陶瓷制成，其呈板状，在该试样台2上，装载具有规定的直径的圆板状的试样1，比如在硅晶圆表面上形成厚度为20nm的CoFeB合金膜的直径为300mm的半导体晶圆1，在该试样台2的顶面2a的一部分具有凸部3A、3B，该凸部3A、3B的顶面3Aa、3Ba处于同一表面上，在该凸部3A、3B的顶面3Aa、3Ba上，接触而装载有试样1的非分析面(底面)的一部分。在试样台2上形成基本矩形的缺口部2e，该缺口部2e用于让运送臂22在垂直方向通过。该缺口部2e以超过圆板状的试样台2的中心点2c的方式形成。

工作台11由XY台27和高度调整器28构成，该XY台27沿水平面而使试样台2移动，该高度调整器28使XY台27的高度变化，XY台27和高度调整器28通过控制机构20而进行控制。在图1中，仅仅示出1个固定测角器10，但是针对每个应测定的波长，设置固定测角器10。

下面对第1实施方式的多元素同时型荧光X射线分析装置的动作进行说明。在控制机构20中，如果针对试样1设定包括基准测定点P0的测定点P0～P8(图3)，则由控制机构20控制运送臂22、工作台11、X射线源8和固定测角器10，像图1所示的那样，空白晶圆1b通过运送臂22而装载于试样台2上，通过工作台11移动试样台2，针对各测定点P0～P8而依次进行测定，针对各测定点P0～P8，本底补偿机构21将下述强度作为各测定点P0～P8的本底强度而预先存储，该强度指从各测定点P0～P8的测定强度中扣除基准测定点P0的测定强度后的强度。即，基准测定点P0的本底强度作为Ocps而存储于本底补偿机构21中。基准测定点P0与针对试样1在缺口部2e上的比如试样台2的中心点2c相对应。

如果本底补偿机构21存储各测定点P0～P8的本底强度，则在从试样台2，通过运送臂22而撤除晶圆1b后，分析对象试样1a通过运送臂22而装载于试样台2上，与空白晶圆1b相同，针对各测定点P0～P8而依次进行测定，本底补偿机构21针对分析对象试样1a的各测定点P0～P8，从各测定点P0～P8的测定强度中扣除已存储的各测定点P0～P8的本底强度以进行补偿。

按照第1实施方式的多元素同时型荧光X射线分析装置，由于针对空白晶圆1b的各测定点P0～P8，将下述强度作为各测定点P0～P8的本底强度，该强度指从各测定点P0～P8的测定强度中，扣除位于缺口部2e上的基准测定点P0的测定强度后的强度，针对分析对象试样1a的各测定点P0～P8，从各测定点P0～P8的测定强度中扣除各测定点P0～P8的本底强度以进行补偿，故即使在于试样台2上形成缺口部2e的情况下，仍不增加本底用固定测角器，可正确地对本底进行补偿，可高精度地分析半导体晶圆。

下面对本发明的第2实施方式的多元素同时荧光X射线分析方法进行说明。对于该分析方法所采用的多元素同时型荧光X射线分析装置，控制机构20不具有本底补偿机构21，而其它的结构与第1实施方式的多元素同时型荧光X射线分析装置相同。在多元素同时型荧光X射线分析装置的控制机构20中，如果针对试样1设定各测定点P0～P8(图3)，通过控制机构20控制运送臂22、工作台11、X射线源8和固定测角器10，像图1所示的那样，通过运送臂22将空白晶圆1b装载于试样台2上，通过工作台11移动试样台2，针对各测定点P0～P8依次进行测定。另外，针对各测定点P0～P8，将从各测定点P0～P8的测定强度中扣除基准测定点P0的测定强度后的强度作为各测定点P0～P8的本底强度而求出。即，基准测定点P0的本底强度为0cps。

接着，在空白晶圆1b从试样台2通过运送臂22而撤除后，分析对象试样1a通过运送臂22而装载于试样台2上，与空白晶圆1b相同，针对各测定点P0～P8依次进行测定。接着，针对分析对象试样1a的各测定点P0～P8，从各测定点P0～P8的测定强度中扣除针对空白晶圆1b而求出的各测定点P0～P8的本底强度以进行补偿。

按照第2实施方式的多元素同时荧光X射线分析方法，由于针对空白晶圆1b的各测定点P0～P8，将下述强度作为各测定点P0～P8的本底强度，该强度指从各测定点P0～P8的测定强度中扣除位于缺口部2e上的基准测定点P0的测定强度之后的强度，针对分析对象试样1a的各测定点P0～P8，从各测定点P0～P8的测定强度中，扣除各测定点P0～P8的本底强度以进行补偿，故即使在于所采用的多元素同时荧光X射线分析装置的试样台2上形成缺口部2e的情况下，仍没有增加设置本底用固定测角器，可正确地补偿本底，高精度地分析半导体晶圆。

人们认为与位于缺口部2e上的试样1的测定点P5的本底强度相比较，位于非缺口部(不是缺口部的部分)上的试样1的测定点P1的本底强度大的原因在于：像图4所示的那样，穿过位于非缺口部上的试样1的一次X射线7照射到试样台2上，从试样台2产生散射射线12，该散射射线12穿过试样1，通过检测器而检测，形成本底。另一方面，照射到位于缺口部上的试样1的测定点P5，穿过试样1的一次X射线7穿过缺口部2e，通过装置的结构物而散射或吸收，不作为本底而检测。像上述那样，试样台2在其顶面2a上具有凸部3A、3B，该凸部3A、3B的顶面3Aa、3Ba与试样1的底面接触。凸部3A、3B的宽度为1mm，高度为500μm。形成通过试样1的底面、凸部3A、3B的侧面和试样台2的顶面2a而包围的空间，但是，人们认为该空间不会带来对测定值造成显著性差异程度的影响，故该空间下的试样台2的部分也包括在前述的非缺口部中。

下面对采用本发明的测定例子进行说明。已测定的试样1为半导体晶圆1，其中，在硅晶圆外面上形成厚度为2nm(设定值)的CoFeB合金膜，其直径为300mm，其厚度为775μm。以检测器26不受到由试样1而产生的衍射线的影响的朝向，将试样1装载于试样台2上。针对位于缺口部2e上的测定点P5(图3)和位于非缺口部上的测定点P8(图3)，从X射线源8照射作为直径为40mm的束的一次X射线7，在真空气氛中测定从试样1而产生的荧光X射线的Co－Kα射线、Fe－Kα射线和B－Kα射线的强度。

针对测定点P5和测定点P8，从Co－Kα射线和Fe－Kα射线的相应的测定强度中，扣除预先存储的Co－Kα射线和Fe－Kα射线的相应的本底强度以进行补偿。由于针对作为测定射线的B－Kα射线，一次X射线7中的与B－Kα射线相同的波长的连续X射线的波长较长，故几乎不在半导体晶圆1中透射，于是，不进行本底补偿。作为根据这些测定强度，采用散射射线FP法而计算试样1的合金膜的膜厚的结果，在位于缺口部2e上的测定点P5处，该膜厚为1.996nm，在位于非缺口部上的测定点P8处，该膜厚为1.993nm。如果不进行本底补偿，同样地计算膜厚，则在位于缺口部2e上的测定点P5处，相对本底补偿的场合，呈现显著性差异，但是，在位于非缺口部2e上的测定点P8处，经过计算，膜厚为2.016nm，而厚度高出0.023nm。由此，如果不进行本申请发明的本底补偿，则可明了包括约1％的误差。

在第1实施方式的多元素同时型荧光X射线分析装置和第2实施方式的多元素同时荧光X射线分析方法中，针对试样1设定各测定点P0～P8，但是，也可预先在控制机构20中存储各测定点Pn。

如上所述，参照附图，对优选的实施例进行了说明，但是，如果是本领域的技术人员，在阅读本说明书后，会在显然的范围内想到各种的变更和修改方式。于是，这样的变更和修改方式应被解释为属于由权利要求书而确定的本发明的范围内的方式。

标号的说明：

标号1表示试样；

标号1a表示分析对象试样；

标号1b表示空白晶圆；

标号2表示试样台；

标号2e表示缺口部；

标号7表示一次X射线；

标号8表示X射线源；

标号9表示荧光X射线；

标号10表示固定测角器；

标号11表示工作台；

标号20表示控制机构；

标号21表示本底补偿机构；

标号22表示运送臂；

标号25表示分光元件；

标号26表示检测器；

符号P0表示基准测定点；

符号Pn表示测定点。