JP2005055265A - Ｘ線分析装置、ｘ線分析方法、及び表面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広範囲の元素の分析が可能なＸ線分析装置を小型に構成する。
【解決手段】Ｘ線管６１は、３種類の異なるＸ線を選択的に発生する。分光素子切り替え機構は、Ｘ線管６１が発生するＸ線の種類に応じて、二重湾曲分光素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃの位置を切り替える。二重湾曲分光素子の結晶表面は、縦方向に所定の曲率Ｒ１で凹形に湾曲しており、所定の広がりを持ってブラッグ角で入射したＸ線は、二重湾曲分光素子の結晶表面でブラッグ反射して、単色化されたＸ線となる。また、二重湾曲分光素子の結晶表面は、横方向に所定の曲率Ｒ２で凹形に湾曲している。曲率Ｒ１及び曲率Ｒ２により、二重湾曲分光素子の結晶表面でブラッグ反射して単色化されたＸ線は、半導体ウェーハ１の表面上でスポット状に集束する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、半導体ウェーハ、液晶基板、磁気ディスク等の被検査物の表面に付着した異物の検査に好適なＸ線分析装置及びＸ線分析方法、並びにそれらを用いた表面検査装置に関する。

半導体デバイス、液晶表示装置、磁気ディスク等の製造工程では、半導体ウェーハ、液晶基板、磁気ディスク又はその基板（サブストレート）等の表面に傷や異物の付着等の欠陥がないかどうかの検査が行われる。一般に、被検査物の表面の欠陥を検査する表面検査装置としては、検査光を被検査物の表面へ照射し、検査物の表面からの散乱光又は反射光を検出する散乱光検出方式又は反射光検出方式を用いたものが知られている（特許文献１）。散乱光検出方式及び反射光検出方式は、被検査物の表面の欠陥の形状や大きさ等を測定するのに適している。また、検査光を分割して基準面及び被検査物の表面へ照射し、基準面からの反射光と被検査物の表面からの反射光との干渉を検出する干渉位相検出方式を用いたものがある（特許文献２）。干渉位相検出方式は、被検査物の表面の欠陥の高さや深さ等を測定するのに適している。表面検査装置には、欠陥の形状、大きさ、光学的性質等の違いを考慮して、上記の複数の検出方式を採用したものがある。

表面検査では、様々な欠陥を検出して弁別しなければならないが、上記の光学的な検出方式だけでは欠陥の弁別精度におのずと限界がある。また、半導体ウェーハ、液晶基板、磁気ディスク等の表面に異物が付着した場合、生産工程を管理するために異物の正体を解明する必要がある。しかしながら、上記の光学的な検出方式で測定された形状、大きさ、高さ等からは異物の正体が解明できず、別途Ｘ線分析装置等を用いた詳細な分析が必要となる場合があった。なお、Ｘ線分析に関するものとして、特許文献３には、複数の種類のＸ線を発生するＸ線管が記載されている。また、特許文献４には、特許文献３に記載のＸ線管と分光素子との組み合わせを用いて、小型で広範囲の元素の測定を可能としたのＸ線分析装置が記載されている。
特開２００１−６６２６３号公報 特開２０００−１２１３１７号公報 特開２００１−３５１５５１号公報 特開２００２−１４８２２５号公報

本発明は、表面検査装置にＸ線分析機能を付加し、光学的な検査（例えば、特許文献１、特許文献２）で検出された異物等の欠陥について、必要に応じてＸ線分析を行えるようにするものである。これを実現するための第１の課題は、広範囲の元素の分析が可能なＸ線分析装置を、表面検査装置に組み込めるように小型に構成することである。特許文献４に記載のＸ線分析装置は、Ｘ線が所定の広がりを持って被検査物の表面へ照射されるため、光学的な検査で検出された異物等の微小物の分析を行う表面検査には適さない。そこで第２の課題は、表面検査に適するよう、微小物の分析を可能とすることである。

本発明のＸ線分析装置は、複数の種類のＸ線を選択的に発生するＸ線管と、Ｘ線管が発生するＸ線の種類毎に設けられ、二重に湾曲した結晶表面を有し、所定の広がりを持ってブラッグ角で入射したＸ線を結晶表面でブラッグ反射して単色化させると共に集束させる複数の二重湾曲分光素子と、複数の二重湾曲分光素子の位置を切り替えることにより、Ｘ線管が発生したＸ線をその種類に対応した二重湾曲分光素子の結晶表面へ所定の広がりを持ってブラッグ角で入射させ、二重湾曲分光素子の結晶表面でブラッグ反射したＸ線を被検査物の表面へ照射する分光素子切り替え手段とを備えたものである。

また、本発明のＸ線分析方法は、１つのＸ線管から複数の種類のＸ線を選択的に発生し、発生するＸ線の種類に応じて、二重に湾曲した結晶表面を有し、所定の広がりを持ってブラッグ角で入射したＸ線を結晶表面でブラッグ反射して単色化させると共に集束させる複数の二重湾曲分光素子の位置を切り替え、Ｘ線をその種類に対応した二重湾曲分光素子の結晶表面へ所定の広がりを持ってブラッグ角で入射させて、二重湾曲分光素子の結晶表面でブラッグ反射したＸ線を被検査物の表面へ照射するものである。

Ｘ線管が発生するＸ線の種類に応じて、複数の二重湾曲分光素子の位置を切り替えることにより、Ｘ線管から発生したＸ線は、その種類に対応した二重湾曲分光素子の結晶表面へ所定の広がりを持ってブラッグ角で入射する。二重湾曲分光素子の結晶表面は、第１の曲率で凹形に湾曲しており、所定の広がりを持ってブラッグ角で入射したＸ線は、二重湾曲分光素子の結晶表面でブラッグ反射して、単色化されたＸ線となる。また、二重湾曲分光素子の結晶表面は、第１の曲率と直交する方向に第２の曲率で凹形に湾曲している。第１の曲率及び第２の曲率により、二重湾曲分光素子の結晶表面でブラッグ反射して単色化されたＸ線は、被検査物の表面上でスポット状に集束する。

さらに、本発明のＸ線分析装置は、二重湾曲分光素子が取り付けられる角度調節板と、角度調節板を移動可能に支持する支持板と、角度調節板と支持板との間隔を調節する複数の調節ねじとを有し、二重湾曲分光素子の角度を調整する角度調節手段を備えたものである。

さらに、本発明のＸ線分析方法は、発生するＸ線の種類毎に、Ｘ線が照射される被検査物の表面上の位置を予め測定し、測定結果に基づいて、各Ｘ線が被検査物の表面上の同じ位置へ照射されるように被検査物を移動するものである。

本発明の表面検査装置は、被検査物の表面を光学的に検査する光学検査装置と、光学検査装置の検査結果から、被検査物の表面の欠陥の有無を検出し、検出された欠陥の被検査物の表面上の位置及び特長を検出し、検出された欠陥をその特長に応じて分類する処理装置と、上記のいずれかのＸ線分析装置とを備えたものである。

本発明のＸ線分析装置及びＸ線分析方法によれば、二重湾曲分光素子を用いることにより、Ｘ線を単色化して元素分析用のＸ線波長以外のＸ線を無くし、分析用単一波長Ｘ線を照射することができる。従って、元素を特定するための蛍光Ｘ線の検出感度を上げて、Ｓ／Ｎ比を改善（ノイズを低減）することができ、かつＸ線をスポット状に集束させて強度を大きくすることができる。そして、複数の種類のＸ線を選択的に発生するＸ線管と、複数の二重湾曲分光素子の位置を切り替える分光素子切り替え手段とを設けることにより、広範囲の元素の分析が可能なＸ線分析装置を小型に構成することができる。また、二重湾曲分光素子でＸ線をスポット状に集束させることにより、微小物の分析を行うことができる。

さらに、本発明のＸ線分析装置によれば、角度調整手段により、二重湾曲分光素子の角度を高精度に調節することができる。従って、Ｘ線を二重湾曲分光素子で効率よく単色化させ、また所望の位置に集束させることができる。

さらに、本発明のＸ線分析方法によれば、各Ｘ線が照射される位置が多少異なっていても、各Ｘ線を被検査物の表面上の同じ位置へ照射させることができる。従って、複数のＸ線を用いたＸ線分析を精度よく行うことができる。

本発明の表面検査装置によれば、被検査物の表面を光学的に検査する光学検査装置とＸ線分析装置とを１つの表面検査装置に組み込むことにより、欠陥のＸ線分析をインラインでリアルタイムに行うことができる。

図１は、本発明の一実施の形態による表面検査装置の概略構成を示すブロック図である。また、図２は、本発明の一実施の形態による表面検査装置の外観図である。本実施の形態は、半導体ウェーハの表面の欠陥を検査する表面検査装置の例を示している。表面検査装置は、処理装置２０、光学検査装置３０、光学顕微鏡４０、及びＸ線分析装置５０を含んで構成されている。

図２に示すように、処理装置２０の内部には、長手方向にＸステージ１１が設けられており、Ｘステージ１１の上にはＺステージ１２が設けられ、Ｚステージ１２の上にはθステージ１３が設けられている。そして、θステージ１３の上にはチャック１４が搭載されており、チャック１４は、処理装置２０の上面で、Ｘステージ１１の働きによりＸ方向に移動し、Ｚステージ１２の働きによりＺ方向に上下し、またθステージ１３の働きにより回転する。

処理装置２０の上方には、センタリング位置、光学検査装置３０、Ｘ線分析装置５０及び光学顕微鏡４０がＸ方向に順番に設けられている。被検査物である半導体ウェーハ１は、まず、オリフラ又はＶノッチの位置合わせ等のプリアライメントが行われた後、センタリング位置にあるチャック１４に搭載される。センタリング位置では、各ステージの働きにより、半導体ウェーハ１の中心の位置合わせが行われる。

続いて、半導体ウェーハ１は、Ｘステージ１１の働きにより、光学検査装置３０の下方に運ばれる。光学検査装置３０の下方において、θステージ１３は半導体ウェーハ１を回転させ、Ｘステージ１３は半導体ウェーハ１をＸ方向に移動させる。これらの回転及び移動により、光学検査装置３０から照射された検査光スポットが、半導体ウェーハ１の表面をスパイラル状に走査する。光学検査装置３０は、従来の表面検査装置と同様であって、例えば、特許文献１に記載された散乱光検出方式及び反射光検出方式の光学系を備え、または特許文献２に記載された干渉位相検出方式の光学系を備え、あるいはそれら両方を備えたものである。

図１に示すように、処理装置２０は、駆動回路１５，１６，１７、ＭＰＵ２１、メモリ２２、インタフェース２３ａ，２３ｅ，２３ｆ、入力装置２４、表示装置２５、出力装置２６、位置制御回路２７、ＰＭ制御回路２８、及びバス２９を含んで構成されている。ＭＰＵ２１は、バス２９を介して、メモリ２２、インタフェース２３ａ，２３ｅ，２３ｆ、入力装置２４、表示装置２５、出力装置２６、位置制御回路２７、及びＰＭ制御回路２８を制御する。

以下に、処理装置２０の動作の概略を説明する。まず、ＭＰＵ２１は、メモリ２２に格納された欠陥検出プログラム２２ａを実行する。位置制御回路２７は、ＭＰＵ２１の制御により、駆動回路１５，１７を介してＸステージ１１及びθステージ１３を駆動し、光学検査装置３０からの検査光スポットによる半導体ウェーハ１の表面の走査を行わせる。光学検査装置３０は、半導体ウェーハ１の表面を光学的に検査し、検査結果をインタフェース２３ａへ出力する。

ＭＰＵ２１は、インタフェース２３ａを介して入力した光学検査装置３０の検査結果から、半導体ウェーハ１の表面の欠陥の有無を検出し、検出された欠陥の位置及び特長を検出する。欠陥の位置は、例えば、Ｘ座標と、半導体ウェーハ１の中心を基準としたｒ座標及びθ座標とする。欠陥の特長は、例えば、欠陥の凹凸、欠陥の大きさ、欠陥の高さ又は深さ等とする。

次に、ＭＰＵ２１は、検出された欠陥の特長のデータをメモリ２２に格納された欠陥特長パラメータテーブル２２ｂのデータと比較照合することにより、検出された欠陥をその特長に応じて分類する。欠陥の分類分けは、例えば、凸部（バンプ）、塵埃（パーティクル）、凹部（ピット）、擦り傷（スクラッチ）等の欠陥の種類及びそれらの大きさの違い等とする。メモリ２２は、ＭＰＵ２１の制御により、欠陥の特長のデータ及び欠陥の分類結果のデータを欠陥の位置のデータと関連付けて記憶する。

半導体ウェーハ１の表面全体について光学検査装置３０による検査及び処理装置２０による上記処理が終了すると、ＭＰＵ２１は、自動的に又はオペレータの入力装置２４を用いた命令に応じて、メモリ２２に格納された欠陥マップ表示プログラム２２ｃを実行する。ＭＰＵ２１は、メモリ２２に記憶された欠陥の位置のデータ及び欠陥の分類結果のデータから欠陥マップを作成し、表示装置２５に表示する。欠陥マップは、検出された欠陥をその分類結果に応じて記号化し、欠陥の半導体ウェーハ上の位置をマップ上の記号の位置で表したものである。

オペレータは、表示装置２５に表示された欠陥マップを見て、個別の欠陥について詳細な解析が必要か否かを判断する。本実施の形態では、欠陥の詳細な解析として、形状解析、光学顕微鏡による観察、及びＸ線解析を行うことができる。オペレータは、これらの解析が必要と判断した場合、対象となる欠陥と解析の種類とを入力装置２４により指定する。

形状解析が指定されると、ＭＰＵ２１は、メモリ２２に格納された欠陥形状解析プログラム２２ｄを実行する。位置制御回路２７は、ＭＰＵ２１の制御により、メモリ２２に記憶された指定された欠陥の位置のデータに基づいて、駆動回路１５，１７を介してＸステージ１１及びθステージ１３を駆動し、光学検査装置３０からの検査光スポットが指定された欠陥に照射されるように、半導体ウェーハ１を移動及び回転させる。これにより光学検査装置３０は、半導体ウェーハ１の表面の指定された欠陥の詳細な再検査を行い、再検査結果をインタフェース２３ａへ出力する。ＭＰＵ２１は、インタフェース２３ａを介して入力した光学検査装置３０による再検査結果から、指定された欠陥の形状解析を行い、解析結果を表示装置２５に表示する。解析結果の表示は、例えば、３次元イメージ、等高線マップ、断面形状等のように、オペレータが欠陥の形状を視覚的に判断できるものであればよい。

光学顕微鏡による観察が指定されると、ＭＰＵ２１は、メモリ２２に格納された欠陥観察プログラム２２ｅを実行する。位置制御回路２７は、ＭＰＵ２１の制御により、駆動回路１５を介してＸステージ１１を駆動し、半導体ウェーハ１を光学顕微鏡４０の下方へ移動させる。次に、位置制御回路２７は、ＭＰＵ２１の制御により、メモリ２２に記憶された指定された欠陥の位置のデータに基づいて、駆動回路１５，１７を介してＸステージ１１及びθステージ１３を駆動し、光学顕微鏡４０が指定された欠陥の画像を検出するように、半導体ウェーハ１を移動及び回転させる。そして、位置制御回路２７は、ＭＰＵ２１の制御により、メモリ２２に記憶された指定された欠陥の高さ又は深さのデータに基づいて、駆動回路１６を介してＺステージ１２を駆動し、光学顕微鏡４０の焦点が指定された欠陥の表面に合うようにオートフォーカスを行う。これにより光学顕微鏡４０は、半導体ウェーハ１の表面の指定された欠陥の画像を検出し、インタフェース２３ｅへ出力する。ＭＰＵ２１は、インタフェース２３ｅを介して入力した光学顕微鏡４０による欠陥の画像を、表示装置２５に表示する。

Ｘ線分析が指定されると、ＭＰＵ２１は、メモリ２２に格納されたＸ線分析プログラム２２ｆを実行する。位置制御回路２７は、ＭＰＵ２１の制御により、駆動回路１５を介してＸステージ１１を駆動し、半導体ウェーハ１をＸ線分析装置５０の下方へ移動させる。次に、位置制御回路２７は、ＭＰＵ２１の制御により、メモリ２２に記憶された指定された欠陥の位置のデータに基づいて、駆動回路１５，１７を介してＸステージ１１及びθステージ１３を駆動し、Ｘ線分析装置５０からのＸ線が指定された欠陥に照射されるように、半導体ウェーハ１を移動及び回転させる。これによりＸ線分析装置５０は、半導体ウェーハ１の表面の指定された欠陥のＸ線分析を行い、分析結果をインタフェース２３ｆへ出力する。なお、Ｘ線分析装置５０については、後で説明する。

ＭＰＵ２１は、インタフェース２３ｆを介して入力したＸ線分析装置５０によるＸ線分析結果のデータを、メモリ２２の欠陥物質登録ライブラリ２２ｇに登録された物質のスペクトルのデータと比較照合することにより、指定された欠陥の物質を判定する。欠陥物質登録ライブラリ２２ｇは、被検査物を構成する材料及び製造工程等で混入する可能性のある異物を考慮して、Ｘ線分析で検出される可能性のある物質のスペクトルのデータを予め登録したものである。欠陥の物質の判定結果は、例えば、有機物や無機物の種類、金属の種類、磁性体の種類、半導体の種類、アモルファスカーボンの種類、ウォータステイン等とする。メモリ２２は、ＭＰＵ２１の制御により、欠陥のＸ線分析結果のデータ及び欠陥の物質の判定結果のデータを欠陥の位置のデータと関連付けて記憶する。

次に、ＭＰＵ２１は、欠陥の物質の判定結果のデータに基づいて、欠陥の再分類を行う。メモリ２２は、ＭＰＵ２１の制御により、欠陥の再分類結果のデータを欠陥の位置のデータと関連付けて記憶する。最後に、ＭＰＵ２１は、メモリ２２に記憶された欠陥の位置のデータ、欠陥の特長のデータ、欠陥のＸ線分析結果のデータ、欠陥の物質の判定結果のデータ、及び欠陥の再分類結果のデータに基づいて、検査結果を表示装置２５に表示し、または出力装置２６に出力する。

以上説明した処理装置２０の動作は、表面検査装置のオペレータがＸ線分析を行う欠陥を指定するものであったが、Ｘ線分析を行う欠陥を表面検査装置で自動的に選択することもできる。この場合、Ｘ線分析を行う欠陥を選択するプログラムを、メモリ２２に追加する。ＭＰＵ２１は、追加されたプログラムを実行して、Ｘ線分析を行う欠陥を選択する。そして、選択された欠陥について、オペレータが指定する場合と同様に、Ｘ線分析が行われる。

Ｘ線分析を行う欠陥を選択するプログラムには、Ｘ線分析を行う欠陥のサンプリング条件やＸ線分析を行う優先順位等が含まれる。一例として、半導体ウェーハ１の表面を所定の面積の領域に分割し、欠陥密度（分割された領域毎に検出された欠陥の数）が所定以上の領域について、欠陥密度が高い順に、各領域で最大又は所定以上の大きさの欠陥をサンプリングする内容とする。Ｘ線分析を行う欠陥のサンプリング条件及びＸ線分析を行う優先順位はこれに限らず、所定以上の大きさの欠陥について欠陥の大きさの順、あるいは特定の種類に分類された欠陥について決められ分類の順等のように、適宜決定することができる。

以上説明した実施の形態によれば、光学検査装置とＸ線分析装置とを１つの表面検査装置に組み込むことにより、欠陥のＸ線分析をインラインでリアルタイムに行うことができる。

次に、Ｘ線分析装置５０について説明する。本実施の形態のＸ線分析装置は、３種類の異なるＸ線を用いてＸ線分析を行うものであり、図３は本発明の一実施の形態によるＸ線分析装置が第１のＸ線を用いるときの一部断面側面図、図４は第２のＸ線を用いるときの一部断面側面図、図５は第３のＸ線を用いるときの一部断面側面図である。Ｘ線分析装置５０は、Ｘ線発生部６０、Ｘ線集束部７０、ＰＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｍｏｔｏｒ）駆動回路７１、Ｘ線検出器９０、及びＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）９１を含んで構成されている。

Ｘ線発生部６０は、密封容器内にＸ線管６１を備え、密封容器内は、Ｘ線管６１を冷却するために絶縁油が封入されている。密封容器の底には、Ｘ線管６１が発生したＸ線を通過させるため、ベリリウム（Ｂｅ）で構成された窓６２が設けられている。Ｘ線管６１は、特許文献３に記載されたＸ線管と同様の構成を有し、３種類のターゲットを用いて３種類の異なるＸ線を選択的に発生する。一例として、ターゲットには、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、及び銀（Ａｇ）が用いられる。

Ｘ線管６１としては、内部が予め真空状態になっている封止型のものを用いてもよく、また内部が初めから真空状態になっていない開放型のものを用いてもよい。開放型のものを用いる場合は、図示しない分子ポンプを用いてＸ線管６１の内部を必要な高真空状態にした後、イオンポンプに切り替えて高真空状態を維持する。分子ポンプを用いることにより、Ｘ線管６１の内部を短い時間で高真空状態にすることができ、また高真空状態に達した後はイオンポンプを用いることにより、分子ポンプに比べて振動や騒音等が低く抑えられる。

Ｘ線集束部７０は、密封容器内に、Ｘ線管６１から発生する３種類のＸ線に対応した３つの二重湾曲分光素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃと、これらの二重湾曲分光素子の位置を切り替える分光素子切り替え機構とを備えている。密封容器の底には、Ｘ線を半導体ウェーハ１の表面へ照射させるため、ベリリウム（Ｂｅ）で構成された窓７８が設けられている。Ｘ線管６１から発生して窓６２を通過したＸ線は、二重湾曲分光素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃのいずれかの結晶表面でブラッグ反射し、窓７８を通って半導体ウェーハ１の表面へ照射される。

図６は、二重湾曲分光素子の動作を示す図である。二重湾曲分光素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃの表面は、一例として、結晶方位（１，１，１）のシリコン（Ｓｉ）結晶で構成されている。図６に示した二重湾曲分光素子８０ａの場合、二重湾曲分光素子８０ａの結晶表面は、縦方向に所定の曲率Ｒ１で凹形に湾曲している。Ｘ線発生部６０から所定の広がりを持ってブラッグ角で入射した第１のＸ線２ａは、二重湾曲分光素子８０ａの結晶表面でブラッグ反射して、単色化されたＸ線３ａとなる。また、二重湾曲分光素子８０ａの結晶表面は、横方向に所定の曲率Ｒ２で凹形に湾曲している。曲率Ｒ１及び曲率Ｒ２により、二重湾曲分光素子８０ａの結晶表面でブラッグ反射して単色化されたＸ線３ａは、半導体ウェーハ１の表面上でスポット状に集束する。二重湾曲分光素子８０ｂは第２のＸ線に対して同様であり、二重湾曲分光素子８０ｃは第３のＸ線に対して同様である。

図７（ａ）は分光素子切り替え機構の側面図、図７（ｂ）は同上面図である。分光素子切り替え機構は、ベース７２、パルスモータ７３、カップリング７４、ボールねじ７５、ガイド７６、及び移動台７７を含んで構成されている。ベース７２は、ボールねじ７５を回転可能に支持している。ベース７２の一端にはパルスモータ７３が取り付けられおり、パルスモータ７３の回転はカップリング７４を介してボールねじ７５へ伝達される。移動台７７には、二重湾曲分光素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃが取り付けられており、移動台７７はボールねじ７５の回転によってガイド７６に沿って移動する。

なお、ベース７２は、Ｘ線集束部７０の密封容器の内壁に、水平に対して所定の角度αだけ斜めに取り付けられている。これにより、二重湾曲分光素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃの結晶表面でブラッグ反射したＸ線が照射される位置をＸ線発生部６０の真下からずらせて、Ｘ線発生部６０から発生したＸ線が直接半導体ウェーハ１の表面へ照射されるのを防止することができる。二重湾曲分光素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃの結晶表面でブラッグ反射したＸ線が照射される位置をＸ線発生部６０の真下からずらせるためには、ベース７２を斜めに取り付ける代わりに、二重湾曲分光素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃを、移動台７７に垂直に対して所定の角度だけ斜めに取り付けるようにしてもよい。

本実施の形態では、オペレータによりＸ線分析が指定され又はプログラムによりＸ線分析が自動的に選択される際、３種類のＸ線の１つ又は複数によるＸ線分析が指定され又は選択される。第１のＸ線によるＸ線分析が指定又は選択されると、図３に示すように、ＰＭ制御回路２８は、ＭＰＵ２１の制御により、ＰＭ駆動回路７１を介してパルスモータ７３を駆動し、二重湾曲分光素子８０ａが所定の位置へ来るように移動台７７を移動する。これにより、Ｘ線管６１から発生して窓６２を通過した第１のＸ線２ａは、二重湾曲分光素子８０ａの結晶表面へ所定の広がりを持ってブラッグ角で入射する。二重湾曲分光素子８０ａの結晶表面でブラッグ反射して単色化されたＸ線３ａは、窓７８を通って半導体ウェーハ１の表面へスポット状に照射される。

第２のＸ線によるＸ線分析が指定又は選択されると、図４に示すように、ＰＭ制御回路２８は、ＭＰＵ２１の制御により、ＰＭ駆動回路７１を介してパルスモータ７３を駆動し、二重湾曲分光素子８０ｂが所定の位置へ来るように移動台７７を移動する。これにより、Ｘ線管６１から発生して窓６２を通過した第２のＸ線２ｂは、二重湾曲分光素子８０ｂの結晶表面へ所定の広がりを持ってブラッグ角で入射する。二重湾曲分光素子８０ｂの結晶表面でブラッグ反射して単色化されたＸ線３ｂは、窓７８を通って半導体ウェーハ１の表面へスポット状に照射される。

第３のＸ線によるＸ線分析が指定又は選択されると、図５に示すように、ＰＭ制御回路２８は、ＭＰＵ２１の制御により、ＰＭ駆動回路７１を介してパルスモータ７３を駆動し、二重湾曲分光素子８０ｃが所定の位置へ来るように移動台７７を移動する。これにより、Ｘ線管６１から発生して窓６２を通過した第３のＸ線２ｃは、二重湾曲分光素子８０ｃの結晶表面へ所定の広がりを持ってブラッグ角で入射する。二重湾曲分光素子８０ｃの結晶表面でブラッグ反射して単色化されたＸ線３ｃは、窓７８を通って半導体ウェーハ１の表面へスポット状に照射される。

Ｘ線が照射されると、半導体ウェーハ１の表面の原子が励起されて蛍光Ｘ線が発生する。Ｘ線検出器９０は、例えばＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）と呼ばれる半導体素子から成り、半導体ウェーハ１の表面から発生し窓７８を通過した蛍光Ｘ線を検出する。Ｘ線検出器９０の検出信号は、ＤＳＰ９１でＡ／Ｄ変換された後、インタフェース２３ｆへ出力される。

Ｘ線集束部７０の密封容器の側面には、光ファイバー及び集光レンズを用いた照明８１と拡大光学系を含むカメラ８４とが取り付けられており、窓７８の上方にはミラー８２，８３が設けられている。照明８１から照射された照明光は、ミラー８２で反射して半導体ウェーハ１の表面のＸ線が照射される位置の周辺へ照射され、半導体ウェーハ１の表面からの反射光は、ミラー８３で反射してカメラ８４の受光面で結像する。カメラ８４の受光面で検出された半導体ウェーハ１の表面の画像は、図示しないモニターに表示される。これにより、オペレータは、Ｘ線分析を行っている欠陥の観察を行うことができる。また、モニター画像を見ながら、半導体ウェーハ１の位置の微調整等を行うこともできる。

なお、Ｘ線集束部７０の密封容器の内部を数Ｔｏｒｒ程度の低真空にすると、Ｘ線がＸ線集束部７０を通過する際、内部の空気からの影響が少なくなり、Ｘ線分析の精度が向上する。また、密封容器は、例えばジュラルミン等のように軽元素からなる材料で構成すると、密封容器自体から発生する蛍光Ｘ線が少なくなり、Ｘ線分析の精度が向上する。

以上説明した実施の形態によれば、二重湾曲分光素子を用いることにより、Ｘ線を単色化して元素分析用のＸ線波長以外のＸ線を無くし、分析用単一波長Ｘ線を照射することができる。従って、元素を特定するための蛍光Ｘ線の検出感度を上げて、Ｓ／Ｎ比を改善（ノイズを低減）することができ、かつＸ線をスポット状に集束させて強度を大きくすることができる。そして、複数の種類のＸ線を選択的に発生するＸ線管と、複数の二重湾曲分光素子の位置を切り替える分光素子切り替え機構とを設けることにより、広範囲の元素の分析が可能なＸ線分析装置を小型に構成することができる。また、二重湾曲分光素子でＸ線をスポット状に集束させることにより、微小物の分析を行うことができる。

以上説明したような複数の二重湾曲分光素子を切り替える方式のＸ線分析装置において、各Ｘ線を各二重湾曲分光素子で効率よく単色化させ、また所望の位置に集束させるためには、各二重湾曲分光素子の角度を高精度に調節する必要がある。以下に、二重湾曲分光素子の角度調節機構について説明する。図８（ａ）は本発明の一実施の形態による角度調節機構の側面図、図８（ｂ）は同背面図、図８（ｃ）は同上面図、図８（ｄ）は図８（ａ）における引っ張りばねの取り付け位置を示す図である。角度調節機構は、角度調整板８５、支持板８６、引っ張りばね８７ａ，８７ｂ，８７ｃ、及び調節ねじ８８ａ，８８ｂ，８８ｃを含んで構成されている。

二重湾曲分光素子８０ａは、角度調整板８５に取り付けられている。支持板８６は、移動台７７に取り付けられており、３本の引っ張りばね８７ａ，８７ｂ，８７ｃによって、角度調整板８５を移動可能に支持している。支持板８６には、角度調整板８５と支持板８６との間隔を調節するため、３つの調節ねじ８８ａ，８８ｂ，８８ｃが取り付けられており、調節ねじ８８ａ，８８ｂ，８８ｃの先端は角度調整板８５に接触している。調節ねじ８８ａ，８８ｂ，８８ｃを締めつけ又はゆるめることにより、角度調整板８５と支持板８６との間隔を３箇所で調節して、二重湾曲分光素子８０ａの角度を高精度に調節することができる。従って、第１のＸ線を二重湾曲分光素子８０ａで効率よく単色化させ、また所望の位置に集束させることができる。二重湾曲分光素子８０ｂ，８０ｃについても同様である。

図８（ｄ）に示すように、引っ張りばね８７ａ，８７ｃと、引っ張りばね８７ｂとでは、図面横方向の取り付け位置が異なっている。これにより、引っ張りばね８７ａ，８７ｂ，８７ｃの張力にふらつきがあっても、それらを打ち消すことができる。なお、引っ張りばね及び調節ねじの数や配置は、図８に示した例に限るものではない。

図９（ａ）は本発明の他の実施の形態による角度調節機構の側面図、図９（ｂ）は同背面図、図９（ｃ）は同上面図、図９（ｄ）は図９（ａ）における引っ張りばねの取り付け位置を示す図である。図９に示すように、角度調整板８５と支持板８６との間のほぼ中心部に鋼球８９を設け、鋼球８９を支点にして角度調整板８５を可動させるように構成してもよい。

角度調節機構を用いた各二重湾曲分光素子の角度の調整は、Ｘ線分析装置を最初に設置する際や、Ｘ線源の寿命によりＸ線管を交換した際や、二重湾曲分光素子を交換した際に行う。角度調節機構を用いて各二重湾曲分光素子の角度を高精度に調節しても、分光素子切り替え機構による各二重湾曲分光素子の移動位置のずれ等の原因により、各Ｘ線が照射される半導体ウェーハ１の表面上の位置は完全に一致するとは限らない。そこで、本実施の形態では、各Ｘ線が照射される位置を予め測定し、その結果に基づいて各Ｘ線毎に半導体ウェーハ１の位置決めを行う。

例えば、前述のカメラ８４の画像を用いて、各Ｘ線が半導体ウェーハ１の表面へ照射される位置のＸ（ｒ）座標、θ座標、及びＺ座標を測定する。そして、測定結果を図１のメモリ２２に記憶する。位置制御回路２７は、ＭＰＵ２１の制御により、メモリ２２に記憶された指定された欠陥の位置のデータ及び欠陥の高さ又は深さのデータと、測定結果のデータとに基づいて、駆動回路１５，１６，１７を介してＸステージ１１、Ｚステージ１２及びθステージ１３を駆動し、指定された欠陥の位置が各Ｘ線が照射される位置と一致するように、半導体ウェーハ１を移動、上下及び回転させる。これにより、各Ｘ線が照射される位置が多少異なっていても、各Ｘ線を指定された欠陥へ照射させることができる。従って、複数のＸ線を用いたＸ線分析を精度よく行うことができる。
以上説明した実施の形態では３種類のＸ線を用いていたが、本発明のＸ線分析装置はこれに限らず、複数の種類のＸ線を用いるものである。また、本発明は、半導体ウェーハに限らず、液晶基板、磁気ディスク等の様々な物体の表面の欠陥の検査に適用することができる。

本発明の一実施の形態による表面検査装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態による表面検査装置の外観図である。 本発明の一実施の形態によるＸ線分析装置が第１のＸ線を用いるときの一部断面側面図である。 本発明の一実施の形態によるＸ線分析装置が第２のＸ線を用いるときの一部断面側面図である。 本発明の一実施の形態によるＸ線分析装置が第３のＸ線を用いるときの一部断面側面図である。 二重湾曲分光素子の動作を示す図である。 図７（ａ）は分光素子切り替え機構の側面図、図７（ｂ）は同上面図である。 図８（ａ）は本発明の一実施の形態による角度調節機構の側面図、図８（ｂ）は同背面図、図８（ｃ）は同上面図、図８（ｄ）は図８（ａ）における引っ張りばねの取り付け位置を示す図である。 図９（ａ）は本発明の他の実施の形態による角度調節機構の側面図、図９（ｂ）は同背面図、図９（ｃ）は同上面図、図９（ｄ）は図９（ａ）における引っ張りばねの取り付け位置を示す図である。

符号の説明

１ 半導体ウェーハ
１１ Ｘステージ
１２ Ｚステージ
１３ θステージ
２０ 処理装置
３０ 光学検査装置
４０ 光学顕微鏡
５０ Ｘ線分析装置
６０ Ｘ線発生部
７０ Ｘ線集束部
８０ａ，８０ｂ，８０ｃ 二重湾曲分光素子
９０ Ｘ線検出器

Claims (5)

1. 複数の種類のＸ線を選択的に発生するＸ線管と、
   前記Ｘ線管が発生するＸ線の種類毎に設けられ、二重に湾曲した結晶表面を有し、所定の広がりを持ってブラッグ角で入射したＸ線を結晶表面でブラッグ反射して単色化させると共に集束させる複数の二重湾曲分光素子と、
   前記複数の二重湾曲分光素子の位置を切り替えることにより、前記Ｘ線管が発生したＸ線をその種類に対応した二重湾曲分光素子の結晶表面へ所定の広がりを持ってブラッグ角で入射させ、二重湾曲分光素子の結晶表面でブラッグ反射したＸ線を被検査物の表面へ照射する分光素子切り替え手段とを備えたことを特徴とするＸ線分析装置。
2. 前記二重湾曲分光素子が取り付けられる角度調節板と、前記角度調節板を移動可能に支持する支持板と、前記角度調節板と前記支持板との間隔を調節する複数の調節ねじとを有し、前記二重湾曲分光素子の角度を調整する角度調節手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線分析装置。
3. １つのＸ線管から複数の種類のＸ線を選択的に発生し、
   発生するＸ線の種類に応じて、二重に湾曲した結晶表面を有し、所定の広がりを持ってブラッグ角で入射したＸ線を結晶表面でブラッグ反射して単色化させると共に集束させる複数の二重湾曲分光素子の位置を切り替え、Ｘ線をその種類に対応した二重湾曲分光素子の結晶表面へ所定の広がりを持ってブラッグ角で入射させて、二重湾曲分光素子の結晶表面でブラッグ反射したＸ線を被検査物の表面へ照射することを特徴とするＸ線分析方法。
4. 発生するＸ線の種類毎に、Ｘ線が照射される被検査物の表面上の位置を予め測定し、
   測定結果に基づいて、各Ｘ線が被検査物の表面上の同じ位置へ照射されるように被検査物を移動することを特徴とする請求項３に記載のＸ線分析方法。
5. 被検査物の表面を光学的に検査する光学検査装置と、
   前記光学検査装置の検査結果から、被検査物の表面の欠陥の有無を検出し、検出された欠陥の被検査物の表面上の位置及び特長を検出し、検出された欠陥をその特長に応じて分類する処理装置と、
   請求項１又は請求項２に記載のＸ線分析装置とを備えたことを特徴とする表面検査装置。

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