JP3729186B2

JP3729186B2 - X-ray fluorescence analyzer

Info

Publication number: JP3729186B2
Application number: JP2003173095A
Authority: JP
Inventors: 由行片岡; 康治郎山田
Original assignee: 理学電機工業株式会社
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2020-08-11
Also published as: JP2004004102A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等のいわゆる薄膜試料に１次Ｘ線を照射して発生する２次Ｘ線の強度を測定する蛍光Ｘ線分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、試料に１次Ｘ線を照射して、試料中の元素から発生する蛍光Ｘ線等の２次Ｘ線の強度を測定し、その測定強度に基づいて、試料における元素の濃度等を求めるいわゆる蛍光Ｘ線分析装置がある。かかる蛍光Ｘ線分析においては、分析する試料の品種によって、分析対象とすべき成分（元素）、測定すべき２次Ｘ線、測定雰囲気、検量線の次数等における適切な分析条件が異なる。そこで、従来の蛍光Ｘ線分析装置においては、主に操作者が経験に基づいて、これらの適切な分析条件を設定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、半導体ウエハ等のいわゆる薄膜試料においては、薄膜の各層の厚さと組成の両方を分析したり、同一元素が異なる層に含まれる場合もあり、とりわけ測定すべき２次Ｘ線の選択が、操作者にとって容易でなく、選択が不適切であれば、正確な分析ができない。
【０００４】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、蛍光Ｘ線分析において、分析対象の試料が薄膜試料である場合に、適切な測定すべき２次Ｘ線の選択を容易にし、正確な分析ができる装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の装置は、単層もしくは多層の薄膜を基板上にまたは独立して形成した試料に、１次Ｘ線を照射して発生する２次Ｘ線の強度を測定する蛍光Ｘ線分析装置であって、測定線評価手段と表示制御手段とを備えている。測定線評価手段は、操作者に指定された２次Ｘ線ごとに、薄膜の各層について指定された厚さおよび組成での、試料全体からの理論強度である全体強度、基板または薄膜の各層からの理論強度である各層強度、その各層強度から上層による吸収を除外した理論強度である単層強度、前記各層強度を単層強度で除した減衰比、ならびに、薄膜の各層をＸ線的に無限厚とした場合の単層強度に対する前記指定された厚さでの単層強度の比である無限厚との比からなる５種の数値のうちの少なくとも前記単層強度以外の４種の数値を算出するとともに、その算出した数値に基づいて、予め記憶した分析に関する注意事項を選択する。また、表示制御手段は、測定線評価手段により算出された数値および選択された分析に関する注意事項を表示器に表示させる。そして、この装置は、前記操作者に、前記表示器に表示された数値および分析に関する注意事項に基づいて測定すべき２次Ｘ線を選択させる。
【００１６】
請求項１の装置によれば、かかる構成により、全体強度、各層強度等とともに適切な分析に関する注意事項が表示されるので、操作者は、それに基づいて容易に適切な測定すべき２次Ｘ線を選択でき、正確な分析ができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の基礎となる第１提案例である装置について説明する。まず、この装置の構成について、図１にしたがって説明する。この装置は、単層もしくは多層の薄膜を基板上にまたは独立して形成した試料３、いわゆる薄膜試料３が載置される試料台８と、試料３に１次Ｘ線２を照射するＸ線管等のＸ線源１と、試料３から発生する２次Ｘ線６の強度を測定する検出手段９とを備えている。ここで、薄膜が基板上に形成されている試料３においては、基板も試料３に含める。検出手段９は、試料３から発生した２次Ｘ線４を分光する分光器５と、分光器５で分光された波長ごとの２次Ｘ線６の強度を測定する検出器７からなる。
【００１８】
この装置は、分光器５と検出器７がゴニオメータによって連動されるいわゆるスキャン型の蛍光Ｘ線分析装置である。また、この装置は、与えられた分析条件にしたがってＸ線源１、ゴニオメータ、検出器７等を作動させ試料３の分析を実行する制御装置１５、ＣＲＴ等の表示器１６、ならびに、以下の表示制御手段２２および測定線評価手段２３を含む分析条件作成手段２０を備えている。
【００１９】
測定線評価手段２３は、指定された測定すべき２次Ｘ線ごとに、薄膜の各層について指定された厚さおよび組成での第１理論強度ならびに厚さまたは含有率を所定量変更した厚さおよび組成での第２理論強度を算出し、前記第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出し、その厚さ精度または含有率精度に基づいて、前記指定された測定すべき２次Ｘ線による分析の可否を判断する。ここで、この測定線評価手段２３は、指定された測定すべき２次Ｘ線ごとに、そのバックグラウンドの理論強度をも算出し、そのバックグラウンド理論強度ならびに前記第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出することもできる。
【００２０】
また、この測定線評価手段２３は、前記指定された測定すべき２次Ｘ線が検量線法による薄膜の層の厚さ分析に適用される場合には、その薄膜の層に対する含有率分析の指定の有無に応じて、前記指定された測定すべき２次Ｘ線が検量線法による薄膜の層の含有率分析に適用される場合には、その薄膜の層に対する厚さ分析の指定の有無または厚さ分析の可否に応じて、検量線法への適用の可否を判断する。
【００２１】
そして、表示制御手段２２は、測定線評価手段２３により判断された分析の可否、検量線法への適用の可否を表示器１６に表示させる。
【００２２】
次に、この第１提案例の装置の動作について、銅と亜鉛からなる単層の薄膜（Ｃu Ｚn 層）を銅の基板（Ｃu 層）上に形成した試料３について薄膜の厚さと組成を分析する場合を例にとり、図２のフローチャートにしたがって説明する。まず、操作者が、分析条件作成手段２０（図１）の図示しない入力手段を用いて（以下の操作者による指定、入力において同様）、理論強度計算のもととなる各層の厚さおよび組成（その層の含有率構成）を指定する。この例では、Ｃu 層は無限厚（Ｘ線的に）でＣu １００mass％、Ｃu Ｚn 層は厚さ１００ｎｍでＣu ６０mass％，Ｚn ４０mass％（残分）と指定する（ステップ１）。なお、Ｃu 層（基板）は無限厚で組成も既知であるので、あらかじめ入力しておけば、ここで指定する必要はない。
【００２３】
次に、操作者が、厚さ分析を行う層と、含有率（特定成分の濃度）分析を行う層およびその成分とを指定する。この例では、Ｃu Ｚn 層の厚さ分析を行い、また、Ｃu Ｚn 層のＣu の含有率分析を行う旨を指定する。Ｃu Ｚn 層のＺn は、Ｃu を除いた残分として求めることができる（ステップ２）。
【００２４】
次に、ステップ１、２の指定内容に基づいて、測定線評価手段２３（図１）が、層ごとに、厚さのみ分析、含有率のみ分析、厚さと含有率の両方の分析、分析なしのいずれかを設定する。この例では、プログラム上、Ｃu Ｚn 層には厚さと含有率の両方の分析のフラグがセットされ、Ｃu 層（基板）は厚さも含有率も既知で分析不要ゆえ分析なしのフラグがセットされる（ステップ３）。
【００２５】
次に、操作者が、測定すべき２次Ｘ線（以下、測定線ともいう）を、未知パラメータの数だけ指定する。この例では、未知パラメータは、Ｃu Ｚn 層の厚さとＣu の含有率の２つであるので、Ｃu −Ｋα線を厚さ分析に割り当てて指定し、Ｚn −Ｋα線をＺn の含有率分析に割り当てて指定する（ステップ４）。すなわち、実際にはＣu の方がＺn の残分として求められることになる。ここで、測定線として、Ｘ線管の特性Ｘ線やバックグラウンドを用いてもよい。すなわち、これらも試料からの２次Ｘ線に含まれる。なお、分析そのものをＦＰ法と検量線法のいずれで行うかも、この段階で指定できる。
【００２６】
次に、測定線評価手段２３（図１）が（以下、特に明示しない限り、動作の主体は測定線評価手段２３である）、指定された測定線ipごとに、ＦＰ法により前記指定された厚さおよび組成で第１理論強度Ｉ^T _O(ip)を算出する。この例では、Ｃu −Ｋα線とＺn −Ｋα線について、第１理論強度Ｉ^T _O(ip)を算出する（ステップ５）。
【００２７】
次に、以下のステップ６〜１０を層ごとに行う。まず、厚さのみ分析の層については前記指定された厚さを所定量（所定率を含む。以下同様）変更し、含有率のみ分析の層については前記指定された組成から含有率を所定量変更し、厚さと含有率の両方の分析の層については前記指定された厚さおよび組成から厚さおよび含有率をそれぞれ所定量変更する。この例では、厚さと含有率の両方の分析を行うＣu Ｚn 層において、次式（１），（２）のように、厚さを元Ｔ_orgの１００ｎｍから１％増加させて（α＝０．０１）Ｔ_newの１０１ｎｍに変更して組成は元のままの第１組と、厚さは元Ｔ_orgのままでＣu の含有率をもとのＷ_orgの６０mass％からΔＷ＝１mass％増加させてＷ_newの６１mass％に変更した第２組とを作成する。第２組では残分のＺn の含有率は３９mass％になる。なお、含有率を分析する成分が複数ある層では、それら成分ごとに含有率を所定量変更した組を作成する（ステップ６）。
【００２８】
Ｔ_new＝Ｔ_org×（１．０＋α） …（１）
【００２９】
Ｗ_new＝Ｗ_org＋ΔＷ …（２）
【００３０】
次に、前記指定された測定線ごとに、厚さまたは含有率を所定量変更した厚さおよび組成で、ＦＰ法により第２理論強度Ｉ^T _diff(ip)を算出する。この例では、Ｃu −Ｋα線とＺn −Ｋα線について、前記第１組、第２組で、第２理論強度Ｉ^T _diff(ip)を算出する（ステップ７）。
【００３１】
次に、第１理論強度Ｉ^T _O(ip)を、装置感度定数ｋ(ip)を用いて測定強度スケールに換算する。すなわち、ＦＰ法により算出した理論強度には、その装置で実際に測定した強度と異なり、装置ファクター（装置ごとの特性）が含まれていないので、あらかじめ測定線ipごとに記憶しておいた装置感度定数ｋ(ip)を用いて、次式（３）のように、第１理論強度Ｉ^T _O(ip)から推定測定強度Ｉ^m _O(ip)（単位：kcps）を求める（ステップ８）。
【００３２】
Ｉ^m _O(ip)＝ｋ(ip)×Ｉ^T _O(ip) …（３）
【００３３】
ここで、装置感度定数ｋ(ip)は、代表的な標準物質を用いてその装置または同型の装置で測定した強度の理論強度に対する比として求められ、測定線評価手段２３（図１）に記憶される。そのように測定していない測定線については、波長において前後に位置する測定された測定線から内挿または外挿して求められる。なお、理論強度は、１次Ｘ線分布を用いて算出するが、１次Ｘ線分布は、Ｘ線管の種類ごとの特性を反映して求められあらかじめ記憶されているので、使用するＸ線管の種類を変更しても問題なく推定測定強度が求められる。
【００３４】
次に、前記指定された測定線ipごとに、第１および第２理論強度Ｉ^T _O(ip)，Ｉ^T _diff(ip)を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出する。この例では、Ｃu Ｚn 層において厚さと含有率の両方の分析を行うので、厚さ精度および含有率精度を算出する。これらの精度の計算にあたり、まず、次式（４）のように推定測定強度の相対精度SigIntを算出する。ここで、測定時間ｔは、４０秒としている。
【００３５】
SigInt＝｛Ｉ^m _O(ip)／（ｔ×１０００）｝^1/2／Ｉ^m _O(ip) …（４）
【００３６】
この強度の精度SigIntを用いて、次式（５），（６）のように厚さ相対精度SigThkおよび含有率相対精度SigCncを算出する（ステップ９）。
【００３７】
【数１】

【００３８】
【数２】

【００３９】
次に、厚さのみ分析する層では感度および厚さ精度のチェックを、含有率のみ分析する層では感度および含有率精度のチェックを、厚さと含有率の両方を分析する層では感度、厚さ精度および含有率精度のチェックを行う。この例では、厚さと含有率の両方を分析するＣu Ｚn 層について、以下のように、感度、厚さ精度および含有率精度のチェックを行う。
【００４０】
感度のチェックでは、推定測定強度Ｉ^m _O(ip)が、あらかじめ決められた分析可能な最小強度、例えば０．００１kcpsよりも小さければ感度不足とする。その成分の付着量が非常に小さい場合や、付着量が大きくても上層にほとんど吸収されてしまうような場合が該当する。
【００４１】
厚さ精度のチェックでは、厚さ相対精度SigThkが、あらかじめ決められたチェック値、例えば０．１以下であれば厚さ分析を不可とする。その層がその測定線についてＸ線的に無限厚である場合には、前記強度の相対精度SigIntが十分良好でも（小さくても）該当する。
【００４２】
含有率精度のチェックでは、含有率相対精度SigCncが、あらかじめ決められたチェック値、例えば０．１以下であれば含有率分析を不可とする。この例では、Ｃu −Ｋα線が、厚さ分析と含有率分析の両方において不可となる。各測定線についての感度、厚さ精度および含有率精度のチェック結果を、測定線評価手段２３（図１）が記憶する（ステップ１０）。
【００４３】
そして、そのチェック結果を用いて以下のステップ１１〜１２を層ごとに行うことにより、前記指定された測定線による分析の可否の判断を、厚さ精度または含有率精度に基づいて行う。厚さのみ分析する層では、まず、その層に割り当てた測定線でチェック結果が感度不足であればその旨のエラーをセットする。そして、割り当てた測定線でチェック結果が厚さ分析可であれば分析可能であるが、不可であればその旨のエラーをセットする（ステップ１１−Ａ）。含有率のみ分析する層では、まず、その層の各成分に割り当てた測定線でチェック結果が感度不足のものがあればその旨のエラーをセットする。そして、層の各成分に割り当てた測定線でチェック結果が含有率分析可であればその成分の分析可能であるが、含有率分析不可の測定線があればその旨のエラーをセットする（ステップ１１−Ｃ）。
【００４４】
厚さと含有率の両方を分析する層では、その層に割り当てた測定線でチェック結果が感度不足のものがあればその旨のエラーをセットする。そして、層に割り当てた測定線でチェック結果が厚さ分析可のものが１つでもあれば厚さ分析可能であるが、１つもなければ厚さ分析不可の旨のエラーをセットし（ステップ１１−Ｂ）、さらに、前記ステップ１１−Ｃに進む。ここで、厚さ分析不可でかつ含有率分析不可の測定線があればその旨のエラーをセットする。この例では、ＣuＺn 層においてＣu −Ｋα線が厚さ分析不可でかつ含有率分析不可である旨のエラーをセットする（ステップ１１−Ｃ）。
【００４５】
次に、検量線法の指定がある場合において、前記指定された測定線が検量線法による層の厚さ分析に適用される場合には、その層に対する含有率分析の指定の有無に応じて検量線法への適用の可否を判断する。層の厚さを検量線法で分析するときには、その層の組成の影響を受けるため、含有率が変化しないことが前提となるからである。そこで、その層に対する含有率分析の指定があれば、検量線法では厚さ分析不可の旨の警告のエラーをセットする。
【００４６】
また、前記指定された測定線が検量線法による層の含有率分析に適用される場合には、その層に対する厚さ分析の指定の有無または厚さ分析の可否に応じて検量線法への適用の可否を判断する。層の含有率を検量線法で分析するときには、その層の厚さが一定かまたは測定線に対してその層の厚さがＸ線的に無限厚であることが前提となるからである。そこで、その層に対する厚さ分析の指定があるか、または指定された測定線で厚さ分析が可能であれば、検量線法では含有率分析不可の旨の警告のエラーをセットする（ステップ１２）。
【００４７】
次に、表示制御手段２２（図１）は、以上の測定線評価手段２３（図１）により判断された分析の可否、判断された検量線法への適用の可否を表示器１６に表示させる（ステップ１３）。
【００４８】
以上のように、第１提案例の装置によれば、薄膜試料について、指定した測定線による分析の可否が表示されるので、操作者は、それに基づいて容易に適切な測定線を選択でき、正確な分析ができる。また、指定した測定線の検量線法への適用の可否も表示されるので、操作者は、それに基づいて特に検量線法で分析する場合に容易に適切な測定線を選択でき、正確な分析ができる。
【００４９】
さて、ピークに比べバックグラウンド強度が非常に小さいときには問題とならないが、波長の短い測定線を測定するときには、バックグラウンド強度も考慮する必要がある。波長の短いＫ線の方がＬ線よりも強度は大きいがバックグラウンドも高く、強度は小さくてもバックグラウンドの低いＬ線の方が分析の精度がよくなることもある。そこで、第１提案例の装置では、測定線評価手段２３（図１）により、前記指定された測定線ごとに、そのバックグラウンドの理論強度をも算出し、そのバックグラウンド理論強度ならびに第１および第２理論強度を用いて前記所定の厚さ精度または含有率精度を算出することもできる。この場合には、ステップ８で、バックグラウンドの理論強度を、コンプトン散乱とトムソン散乱の和として、次式（７），（８）のように算出して測定強度スケールに換算する。
【００５０】
Ｉ_TB＝Ｉ_OB（λ）×Ｉ_TBO（λ） …（７）
【００５１】
Ｉ_MB＝ｋ（λ）×Ｉ_TB …（８）
【００５２】
ここで、Ｉ_TBO（λ）は１次Ｘ線強度を１．０としたときのバックグラウンド理論強度、Ｉ_OB（λ）は１次Ｘ線分布、Ｉ_TBは１次Ｘ線強度を含めたバックグラウンド理論強度、ｋ（λ）は波長λのバックグラウンド感度係数、Ｉ_MBはバックグラウンドの推定測定強度である。
【００５３】
バックグラウンド感度係数ｋ（λ）は、あらかじめ、その装置または同型の装置で試料を測定して波長ごとにバックグラウンド強度を測定するとともに理論強度を計算し、測定に使用したＸ線管と管電圧の１次Ｘ線分布を用いることにより算出され、測定線評価手段２３（図１）に記憶される。バックグラウンド強度を測定しなかった波長のバックグラウンド感度係数ｋ（λ）については、内挿または外挿で求められる。理論強度は、１次Ｘ線分布を用いて算出するが、１次Ｘ線分布は、Ｘ線管の種類ごとの特性を反映して求められあらかじめ記憶されているので、使用するＸ線管の種類を変更しても問題なく推定測定強度が求められる。
【００５４】
なお、シリコンウエハ等のように基板が単結晶である場合には、散乱線の発生状況が特異である上、回折線によりバックグラウンドが大きくなる。このような場合については、使用する単結晶基板を用いてバックグラウンド感度係数ｋ（λ）を求めるか、他のアモルファスや多結晶試料との強度比を波長ごとに求めておく。
【００５５】
そして、ステップ９で、厚さ精度および含有率精度を算出するにあたり、前式（４）に代えて次式（９）のように推定測定強度の相対精度SigIntを算出する。
【００５６】
SigInt＝｛（Ｉ^m _O(ip)＋Ｉ_MB）／（ｔ×１０００）｝^1/2／Ｉ^m _O(ip)…（９）
【００５７】
このバックグラウンドの強度も含めて考慮した強度の相対精度SigIntを用い、以降の厚さ相対精度SigThkおよび含有率相対精度SigCncの算出等は、前述したのと同様に行う。このように第１提案例の装置によれば、測定線評価手段２３（図１）において、バックグラウンドの理論強度をも用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出することができるので、測定線による分析の可否判断がより正確になり、操作者は、それに基づいていっそう正確な分析ができる。
【００５８】
次に、本発明の基礎となる第２提案例である装置について説明する。まず、この装置の構成について、図１にしたがって説明する。この装置は、適切な測定線を自動選択する装置であって、測定線評価手段３３が、試料からの２次Ｘ線ごとに、薄膜の各層について指定された厚さおよび組成での第１理論強度ならびに厚さまたは含有率を所定量変更した厚さおよび組成での第２理論強度を算出し、第１および第２理論強度を用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出し、その厚さ精度または含有率精度に基づいて、測定すべき２次Ｘ線を選択するとともに、その選択した測定すべき２次Ｘ線による分析の可否を判断し、さらに、その判断した分析の可否にしたがって、前記選択した測定すべき２次Ｘ線を適切な分析条件の一部として制御装置に与えるという点で、前記第１提案例の装置と異なっている。
【００５９】
また、測定線評価手段３３が、測定線の検量線法への適用の可否を判断しない点でも、第１提案例の装置と異なっている。その他の点では同様であるので、同一部分に同一番号を付して説明を省略する。
【００６０】
次に、この第２提案例の装置の動作について、第１提案例の装置の場合と同様に、銅と亜鉛からなる単層の薄膜（Ｃu Ｚn 層）を銅の基板（Ｃu 層）上に形成した試料３について薄膜の厚さと組成を分析する場合を例にとり、図３のフローチャートにしたがって説明する。まず、ステップ３までは、第１提案例の装置と同様である。
【００６１】
次に、ステップ３の設定内容に基づいて、測定線評価手段３３（図１）が、厚さまたは含有率を求める成分について、測定可能な２次Ｘ線（測定線の選択にあたり候補となる２次Ｘ線）を検索する。含有率のみ分析する層では、分析する各成分について、測定元素を、あらかじめ記憶したものから呼び出し（例えばＡl₂Ｏ₃ではＡl 、Ｃu ではＣu ）、各元素で測定可能な線種のすべてを、あらかじめ記憶したものから呼び出す。厚さのみ分析する層、すなわち１成分のみか複数成分で組成が固定の層では、その層の元素または下層で含有率が固定された成分の測定元素を呼び出し、各元素で測定可能な線種のすべてを呼び出す。
【００６２】
厚さと含有率の両方を分析する層では、厚さの分析成分については、バランス（残分）成分に割り当てて、含有率を分析する各成分について、測定元素を呼び出し、各元素で測定可能な線種のすべてを呼び出す。なお、各元素で測定可能な線種のすべてを呼び出すのではなく、主要線であるＫα線、Ｌα線およびＭα線のみから呼び出してもよい。この例では、Ｃu −Ｋα線、Ｃu −Ｌα線、Ｚn −Ｋα線およびＺn −Ｌα線が検索される（ステップ４−２）。また、厚さのみ分析する層と同様に、下層で含有率が固定された成分の測定元素を呼び出し、各元素で測定可能な線種のすべてを呼び出す。
【００６３】
以下、このように検索したすべての測定線について、前記第１提案例の装置と同様に、ステップ５ないし１０を実行する。その結果、この例では、Ｃu −Ｋα線が、厚さ分析と含有率分析の両方において不可となる。
【００６４】
次に、算出した厚さ精度または含有率精度に基づいて、最適な測定線を選択する。最上層から順に、以下のように選択する。含有率のみ分析する層では、成分ごとに、その分析に割り当てられた線種のうち含有率精度の最もよい（小さい）線種を選択する。厚さのみ分析する層では、その分析に割り当てられた線種のうち厚さ精度の最もよい（小さい）線種を選択する。
【００６５】
厚さと含有率の両方を分析する層では、まず、測定元素ごとに、含有率精度と厚さ精度の両方が最もよい（小さい）線種があれば、その線種を選択する。そのような線種がない場合であって、含有率精度の最もよい線種が厚さ分析不可の場合には、厚さ精度の最もよい線種を選択する。これら以外の場合には、含有率精度の最もよい線種を選択する。ここまでにおいて、厚さ分析については仮決定とする。
【００６６】
さて、薄膜の分析では、同一元素の測定線でも複数線種を選択できる。そこで、前述したように選択された線種で厚さ精度の最も悪い線種に対し、選択されていない線種で厚さ精度のよりよい線種があれば、厚さ精度の最も悪い線種と入れ換えて選択する。また、下層に含まれる元素の線種で厚さ精度がさらによい線種があれば、厚さ精度の最も悪い線種と入れ換えて選択する。選択された測定線が重複しているときは、次の候補の測定線に変更する。この例では、Ｃu −Ｌα線とＺn −Ｋα線が仮決定で選択されるが、Ｚn −Ｌα線がＣu −Ｌα線と入れ換えて選択され、最終的には、Ｚn −Ｋα線とＺn −Ｌα線が選択される。（ステップ１０．５）
【００６７】
以下、このように選択した測定線について、前記第１提案例の装置と同様に、ステップ１１を実行する。その結果、この例では、Ｚn −Ｋα線とＺn −Ｌα線で、厚さ、含有率ともに分析に問題なしとなる。なお、第２提案例の装置では、測定線の検量線法への適用の可否を判断しないので、ステップ１２（図２）は実行しない。そして、第１提案例の装置と同様に、表示制御手段３２（図１）は、測定線評価手段３３（図１）により判断された分析の可否を表示器１６に表示させる（ステップ１３−２）。
【００６８】
以上のように、第２提案例の装置によれば、薄膜試料について、測定線評価手段３３（図１）により、測定線が所定の厚さ精度または含有率精度に基づいて適切に自動選択されるので、操作者は、分析条件のうち測定線を選択する必要がなく、正確な分析ができる。しかも、自動選択された測定線による分析の可否が表示されるので、操作者は、それに基づいて不正確な分析を回避でき、より確実に正確な分析ができる。
【００６９】
なお、第２提案例の装置でも、第１提案例の装置と同様に、バックグラウンドの理論強度をも用いて所定の厚さ精度または含有率精度を算出することができる。
【００７０】
さらに、この第２提案例の装置では、測定線評価手段３３（図１）が、前記判断した分析の可否にしたがって、選択した測定線を適切な分析条件の一部として制御装置１５（図１）に与える。この例では、Ｚn −Ｋα線とＺn −Ｌα線が、測定線として自動設定される。このように、第２提案例の装置によれば、操作者は、分析条件のうち測定線を設定する手間が軽減される。
【００７１】
次に、本発明の一実施形態の装置について説明する。まず、この装置の構成について、図１にしたがって、説明する。この装置は、第１、第２提案例の装置と同様に、試料台８、Ｘ線源１、検出手段９、制御手段１５および表示器１６を備えている。そして、この装置は、以下の表示制御手段４２および測定線評価手段４３を含む分析条件作成手段４０を備えている。
【００７２】
測定線評価手段４３は、指定された２次Ｘ線ごとに、薄膜の各層について指定された厚さおよび組成での、試料全体からの理論強度である全体強度、基板または薄膜の各層からの理論強度である各層強度、その各層強度から上層による吸収を除外した理論強度である単層強度、前記各層強度を単層強度で除した減衰比、ならびに、薄膜の各層をＸ線的に無限厚とした場合の単層強度に対する前記指定された厚さでの単層強度の比である無限厚との比からなる５種の数値を算出するとともに、その算出した数値に基づいて、予め記憶した分析に関する注意事項を選択する。そして、表示制御手段４２は、測定線評価手段４３により算出された数値および選択された分析に関する注意事項を表示器１６に表示させる。
【００７３】
次に、この実施形態の装置の動作について説明する。従来より、同一元素が異なる層に含まれている薄膜試料などにおいては、特定の層の厚さ分析や含有率分析が不可能な場合があり、その特定の層の組成や厚さを固定して分析することが行われている。その際、薄膜試料から発生する２次Ｘ線の理論強度を計算して、測定線としての評価を行うが、従来の装置では、算出して表示される理論強度が、薄膜試料全体からの理論強度である全体強度であったため、評価が容易ではなかった。そこで、この実施形態の装置では、測定線評価手段４３および表示制御手段４２により、前記全体強度のみならず、各層強度、単層強度、減衰比および無限厚との比からなる５種の数値を算出するとともに、その算出した数値に基づいて、予め記憶した分析に関する注意事項を選択し、算出された数値および選択された分析に関する注意事項を表示器１６に表示させる。
【００７４】
第１、第２提案例の装置の場合と同様に、銅と亜鉛からなる単層の薄膜（Ｃu Ｚn 層）を銅の基板（Ｃu 層）上に形成した試料３について薄膜の厚さと組成を分析する場合を例にとる。まず、操作者が、理論強度計算のもととなる各層の厚さおよび組成（その層の含有率構成）を指定する。この例では、Ｃu 層は無限厚（Ｘ線的に）でＣu １００mass％、Ｃu Ｚn 層は厚さ１００ｎｍでＣu ６０mass％，Ｚn ４０mass％（残分）と指定する。なお、Ｃu 層（基板）は無限厚で組成も既知であるので、あらかじめ入力しておけば、ここで指定する必要はない。
【００７５】
そして、操作者が、測定可能な２次Ｘ線のうち評価しようとするＣu −Ｋα線を指定すると、図４のように表示される。層＃１は、Ｃu Ｚn 層を意味する。全体強度と１）の各層強度から、Ｃu −Ｋα線が、ほとんど基板から発生していることが分かる。３）の減衰比は、上層による吸収の程度を示すものであるが、基板から発生したＣu −Ｋα線が、Ｃu Ｚn 層によりほとんど吸収されていないことが分かる。
【００７６】
４）の無限厚との比は、各層において、２）の単層強度を、その単層強度から組成はそのままで厚さを無限厚にして計算した強度で除した数値である。この基板のように、４）の無限厚との比が１．００００またはそれに近い値になれば、厚さの分析はできないことが分かる（もっとも、基板については、通常、分析の必要はない）。逆に、この数値が小さく、０．０５以下の場合は、Ｘ線的にその層が非常に薄いので、薄膜がその層しかないとき、または、その層が薄膜の最上層で下層に同一元素がないときには、付着量と強度が直線関係にあることが分かる。
【００７７】
前記分析に関する注意事項については、例えば以下のように選択され表示される。複数層に同一元素が含まれ、層＃ｎにおいて、各層強度と全体強度との比が、所定値例えば０．０５以下の場合には、「層＃ｎからの強度は、全体強度と比べ小さく測定が困難です。」との注意事項が、選択され表示される。層＃ｎにおいて、減衰比が、所定値例えば０．０１以下の場合には、「層＃ｎからは、上層による吸収が大きくほとんど測定されません。」との注意事項が、選択され表示される。層＃ｎにおいて、無限厚との比が、所定値例えば０．９５以上の場合には、「層＃ｎの強度が無限厚に近く、層の厚さの測定は困難です。」との注意事項が、選択され表示される。
【００７８】
このように本実施形態の装置によれば、全体強度、各層強度等とともに適切な分析に関する注意事項が表示されるので、操作者は、それに基づいて容易に適切な測定線を選択でき、正確な分析ができる。なお、測定線評価手段４３（図１）による全体強度、各層強度、単層強度、減衰比および無限厚との比の算出にあたり、第１、第２提案例の装置の動作におけるステップ８と同様に、理論強度を測定強度スケールに換算することも可能である。また、蛍光Ｘ線のみならず、バックグラウンドを指定して、前式（７），（８）等を用いてバックグラウンドの理論強度を算出し、表示させることも可能である。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の蛍光Ｘ線分析装置によれば、薄膜試料について、適切な測定すべき２次Ｘ線の選択が容易で、正確な分析ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基礎となる第１、第２提案例および本発明の一実施形態の蛍光Ｘ線分析装置を示す概略図である。
【図２】第１提案例の装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】第２提案例の装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】一実施形態の装置による表示の一例を示す図である。
【符号の説明】
２…１次Ｘ線、３…試料、４，６…２次Ｘ線、２２，３２，４２…表示制御手段、１５…制御装置、１６…表示器、２３，３３，４３…測定線評価手段。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluorescent X-ray analyzer that measures the intensity of secondary X-rays generated by irradiating a so-called thin film sample such as a semiconductor wafer with primary X-rays.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a sample is irradiated with primary X-rays, and the intensity of secondary X-rays such as fluorescent X-rays generated from the elements in the sample is measured. Based on the measured intensity, the concentration of the element in the sample is determined. There is a so-called fluorescent X-ray analyzer to be sought. In such fluorescent X-ray analysis, appropriate analysis conditions for the component (element) to be analyzed, the secondary X-ray to be measured, the measurement atmosphere, the order of the calibration curve, and the like vary depending on the type of sample to be analyzed. Therefore, in the conventional X-ray fluorescence analyzer, the operator has set these appropriate analysis conditions mainly based on experience.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in so-called thin film samples such as semiconductor wafers, both the thickness and composition of each layer of the thin film may be analyzed, or the same element may be included in different layers. If it is not easy for the operator and selection is inappropriate, accurate analysis cannot be performed.
[0004]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems. In a fluorescent X-ray analysis, when a sample to be analyzed is a thin film sample, the secondary X-ray to be appropriately measured can be easily selected, and accurate. An object is to provide an apparatus capable of analysis.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the apparatus of claim 1 is characterized in that the intensity of secondary X-rays generated by irradiating primary X-rays to a sample in which a single-layer or multilayer thin film is formed on a substrate or independently. X-ray fluorescence analysis apparatus for measuring a measurement line, comprising a measurement line evaluation means and a display control means. For each secondary X-ray designated by the operator, the measuring line evaluation means is configured to obtain the total strength, which is the theoretical strength from the entire sample, with the thickness and composition designated for each layer of the thin film, from each layer of the substrate or the thin film. Each layer strength, which is the theoretical strength of each layer, single layer strength which is theoretical strength excluding absorption by upper layer from each layer strength, attenuation ratio obtained by dividing each layer strength by single layer strength, and each layer of the thin film infinitely in X-ray Of the five numerical values consisting of the ratio of infinite thickness, which is the ratio of the single layer strength at the specified thickness to the single layer strength in the case of thicknessat leastSingle layer strengthOther thanFour types of numerical values are calculated, and pre-stored notes regarding analysis are selected based on the calculated numerical values. Further, the display control means displays the numerical value calculated by the measurement line evaluation means and the precautions regarding the selected analysis on the display. And this apparatus makes the said operator select the secondary X-ray which should be measured based on the numerical value displayed on the said indicator, and the notes regarding analysis.
[0016]
  Claim1According to this apparatus, since the precautions regarding the appropriate analysis are displayed together with the overall intensity, the strength of each layer, etc., the operator can easily select the appropriate secondary X-ray to be measured based on this. Accurate analysis is possible.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the present inventionThis is the first proposal exampleThe apparatus will be described. First, the configuration of this apparatus will be described with reference to FIG. This apparatus includes a sample 3 on which a single-layer or multilayer thin film is formed on a substrate or independently, a sample stage 8 on which a so-called thin-film sample 3 is placed, and X-rays that irradiate the sample 3 with primary X-rays 2. An X-ray source 1 such as a tube and detection means 9 for measuring the intensity of secondary X-rays 6 generated from the sample 3 are provided. Here, in the sample 3 in which the thin film is formed on the substrate, the substrate is also included in the sample 3. The detection means 9 includes a spectroscope 5 that splits the secondary X-rays 4 generated from the sample 3 and a detector 7 that measures the intensity of the secondary X-rays 6 for each wavelength split by the spectroscope 5.
[0018]
This apparatus is a so-called scanning X-ray fluorescence analyzer in which the spectroscope 5 and the detector 7 are linked by a goniometer. Further, this apparatus operates the X-ray source 1, goniometer, detector 7, etc. according to the given analysis conditions to execute the analysis of the sample 3, the display 16 such as a CRT, and the following display: An analysis condition creation means 20 including a control means 22 and a measurement line evaluation means 23 is provided.
[0019]
The measuring line evaluation means 23 changes the first theoretical intensity and the thickness or content ratio of the specified thickness and composition for each layer of the thin film by a predetermined amount for each specified secondary X-ray to be measured. And calculating a second theoretical strength at the composition, calculating a predetermined thickness accuracy or content rate accuracy using the first and second theoretical strengths, and specifying the specified accuracy based on the thickness accuracy or content rate accuracy It is judged whether or not the analysis by the secondary X-ray to be measured is possible. Here, the measurement line evaluation means 23 also calculates the theoretical intensity of the background for each designated secondary X-ray to be measured, and calculates the background theoretical intensity and the first and second theoretical intensity. It is also possible to calculate a predetermined thickness accuracy or content accuracy.
[0020]
In addition, the measurement line evaluation means 23, when the designated secondary X-ray to be measured is applied to the thin film layer thickness analysis by the calibration curve method, If the specified secondary X-ray to be measured is applied to the content analysis of the layer of the thin film by the calibration curve method, whether or not the thickness analysis is specified for the layer of the thin film Alternatively, the applicability to the calibration curve method is determined according to the applicability of the thickness analysis.
[0021]
Then, the display control unit 22 displays on the display 16 whether the analysis determined by the measurement line evaluation unit 23 is possible and whether it is applicable to the calibration curve method.
[0022]
  Next, this firstProposal exampleAs an example of the operation of the apparatus of FIG. 2, the thickness and composition of the thin film are analyzed for Sample 3 in which a single-layer thin film (Cu Zn layer) made of copper and zinc is formed on a copper substrate (Cu layer). This will be described with reference to the flowchart. First, the operator uses the input means (not shown) of the analysis condition creation means 20 (FIG. 1) (the same as in the following designation and input by the operator), and the thickness and composition of each layer from which the theoretical intensity calculation is based. Specify (content composition of the layer). In this example, the Cu layer is infinitely thick (in terms of X-ray) and Cu is 100 mass%, and the Cu Zn layer is 100 nm in thickness and specified as Cu 60 mass% and Zn 40 mass% (remainder) (step 1). Since the Cu layer (substrate) has an infinite thickness and the composition is known, if it is input in advance, it need not be specified here.
[0023]
Next, the operator designates the layer for which the thickness analysis is to be performed, the layer for which the content rate (concentration of a specific component) is to be analyzed, and its components. In this example, the Cu Zn layer thickness analysis is performed, and the Cu content analysis of the Cu Zn layer is specified. The Zn of the Cu Zn layer can be obtained as the remainder excluding Cu (Step 2).
[0024]
Next, based on the contents specified in steps 1 and 2, the measurement line evaluation means 23 (FIG. 1) analyzes only the thickness, analyzes only the content, analyzes both the thickness and content, and does not analyze for each layer. Set one of. In this example, the Cu Zn layer is flagged for analysis of both thickness and content, and the Cu layer (substrate) is flagged for no analysis because the thickness and content are known and no analysis is required. (Step 3).
[0025]
Next, the operator designates secondary X-rays to be measured (hereinafter also referred to as measurement lines) by the number of unknown parameters. In this example, there are two unknown parameters: the thickness of the Cu Zn layer and the Cu content, so the Cu-Kα line is assigned to the thickness analysis and specified, and the Zn-Kα line is used for the Zn content analysis. Assign and specify (step 4). In other words, Cu is actually obtained as the remainder of Zn. Here, the characteristic X-ray of the X-ray tube or the background may be used as the measurement line. That is, these are also included in the secondary X-rays from the sample. Whether the analysis itself is to be performed by the FP method or the calibration curve method can be specified at this stage.
[0026]
Next, the measurement line evaluation means 23 (FIG. 1) (hereinafter, unless otherwise specified, the main body of the operation is the measurement line evaluation means 23). For each designated measurement line ip, the measurement line is designated by the FP method. First theoretical strength I in thickness and composition^T _O(ip) is calculated. In this example, for the Cu-Kα line and the Zn-Kα line, the first theoretical intensity I^T _O(ip) is calculated (step 5).
[0027]
Next, the following steps 6 to 10 are performed for each layer. First, for the thickness-only analysis layer, the specified thickness is changed by a predetermined amount (including a predetermined rate; the same applies hereinafter), and for the content-only analysis layer, the specified content is changed from the specified composition. The thickness and content are changed by a predetermined amount from the specified thickness and composition for both the thickness and content analysis layers. In this example, in the Cu Zn layer that analyzes both the thickness and the content rate, the thickness is calculated as shown in the following equations (1) and (2)._org1% increase from 100 nm (α = 0.01) T_newThe first set with the composition unchanged and the thickness is the original T_orgAs it is, the content of Cu is changed to the original W_orgΔW = 1mass% increase from 60mass% of W_newThe second set is changed to 61 mass%. In the second group, the remaining Zn content is 39 mass%. In a layer having a plurality of components whose contents are to be analyzed, a set in which the contents are changed by a predetermined amount is created for each component (step 6).
[0028]
T_new= T_org× (1.0 + α) (1)
[0029]
W_new= W_org+ ΔW (2)
[0030]
Next, for each of the designated measurement lines, the second theoretical strength I is measured by the FP method with a thickness and composition obtained by changing the thickness or content by a predetermined amount.^T _diff(ip) is calculated. In this example, for the Cu-Kα line and the Zn-Kα line, the second theoretical intensity I^T _diff(ip) is calculated (step 7).
[0031]
  Next, the first theoretical strength I^T _O(ip) is converted to a measured intensity scale using the device sensitivity constant k (ip). That is, the theoretical intensity calculated by the FP method does not include an apparatus factor (characteristics for each apparatus) unlike the intensity actually measured by the apparatus, and therefore the apparatus stored in advance for each measurement line ip. Using the sensitivity constant k (ip),3) First theoretical intensity I^T _O(ip) to estimate measured intensity I^m _O(ip) (unit: kcps) is obtained (step 8).
[0032]
I^m _O(ip) = k (ip) × I^T _O(ip) ... (3)
[0033]
Here, the apparatus sensitivity constant k (ip) is obtained as a ratio of the intensity measured by the apparatus or the same type apparatus using a typical standard substance to the theoretical intensity, and is stored in the measurement line evaluation means 23 (FIG. 1). Is done. The measurement line that is not measured as such is obtained by interpolating or extrapolating from the measured measurement lines positioned before and after the wavelength. The theoretical intensity is calculated using a primary X-ray distribution, but the primary X-ray distribution is obtained by reflecting the characteristics of each type of X-ray tube and stored in advance. Even if the tube type is changed, the estimated measured intensity can be obtained without any problem.
[0034]
Next, for each of the designated measurement lines ip, the first and second theoretical intensities I^T _O(ip), I^T _diffThe predetermined thickness accuracy or content rate accuracy is calculated using (ip). In this example, since both the thickness and the content rate are analyzed in the Cu Zn layer, the thickness accuracy and the content rate accuracy are calculated. In calculating these accuracies, first, the relative accuracy SigInt of the estimated measurement intensity is calculated as in the following equation (4). Here, the measurement time t is 40 seconds.
[0035]
SigInt = {I^m _O(ip) / (t × 1000)}^1/2/ I^m _O(ip) ... (4)
[0036]
Using the strength accuracy SigInt, the thickness relative accuracy SigThk and the content rate relative accuracy SigCnc are calculated as in the following equations (5) and (6) (step 9).
[0037]
[Expression 1]

[0038]
[Expression 2]

[0039]
Next, check the sensitivity and thickness accuracy for the layer that analyzes only the thickness, check the sensitivity and content accuracy for the layer that analyzes only the content rate, and sensitivity and thickness for the layer that analyzes both the thickness and content rate. Check accuracy and content accuracy. In this example, the sensitivity, thickness accuracy, and content rate accuracy are checked as follows for the Cu Zn layer that analyzes both the thickness and the content rate.
[0040]
In the sensitivity check, the estimated measured intensity I^m _OIf (ip) is smaller than a predetermined minimum intensity that can be analyzed, for example, 0.001 kcps, the sensitivity is insufficient. The case where the adhesion amount of the component is very small, or the case where the adhesion amount is large, is almost absorbed by the upper layer.
[0041]
In the thickness accuracy check, if the thickness relative accuracy SigThk is a predetermined check value, for example, 0.1 or less, the thickness analysis is disabled. If the layer has an infinite X-ray thickness with respect to the measurement line, it corresponds even if the relative accuracy SigInt of the intensity is sufficiently good (small).
[0042]
In the content rate accuracy check, if the content rate relative accuracy SigCnc is a predetermined check value, for example, 0.1 or less, content rate analysis is disabled. In this example, the Cu-Kα line is disabled in both the thickness analysis and the content analysis. The measurement line evaluation means 23 (FIG. 1) memorize | stores the check result of the sensitivity, thickness precision, and content rate precision about each measurement line (step 10).
[0043]
And by performing the following steps 11-12 for every layer using the check result, the judgment of the possibility of analysis by the specified measurement line is performed based on thickness accuracy or content rate accuracy. For a layer that analyzes only the thickness, first, if the check result is insufficient for the measurement line assigned to that layer, an error to that effect is set. If the thickness of the check result can be analyzed with the assigned measurement line, the analysis is possible, but if it is not possible, an error to that effect is set (step 11-A). In a layer that analyzes only the content rate, first, if there is a measurement result assigned to each component of the layer whose check result is insufficient in sensitivity, an error to that effect is set. Then, if the content analysis can be performed on the measurement line assigned to each component of the layer, the component can be analyzed, but if there is a measurement line incapable of content analysis, an error to that effect is set (step 11-C).
[0044]
For a layer that analyzes both thickness and content, if there is a measurement result assigned to that layer whose check result is insufficiently sensitive, an error to that effect is set. If one of the measurement results assigned to the layer has a check result whose thickness analysis is possible, the thickness analysis is possible, but if there is no check result, an error indicating that the thickness analysis is not possible is set (step 11). -B) Further, go to step 11-C. Here, if there is a measurement line incapable of thickness analysis and content analysis, an error to that effect is set. In this example, in the CuZn layer, an error indicating that the Cu-Kα line cannot be analyzed for thickness but cannot be analyzed for content is set (step 11-C).
[0045]
Next, when the calibration curve method is designated and the designated measurement line is applied to the layer thickness analysis by the calibration curve method, depending on whether or not the content analysis is designated for the layer Judgment of applicability to the calibration curve method. This is because when the thickness of a layer is analyzed by a calibration curve method, it is assumed that the content rate does not change because it is affected by the composition of the layer. Therefore, if there is a content analysis specification for that layer, a warning error indicating that the thickness analysis is not possible with the calibration curve method is set.
[0046]
In addition, when the specified measurement line is applied to the layer content analysis by the calibration curve method, the calibration curve method is applied depending on whether or not the thickness analysis is specified for the layer or not. Judgment of applicability. This is because, when the content rate of the layer is analyzed by the calibration curve method, it is assumed that the thickness of the layer is constant or that the thickness of the layer is infinite in X-ray with respect to the measurement line. Therefore, if the thickness analysis is designated for the layer, or if the thickness analysis is possible with the designated measurement line, a warning error indicating that the content rate analysis is not possible with the calibration curve method is set (step 12). ).
[0047]
Next, the display control means 22 (FIG. 1) displays on the display 16 whether the analysis determined by the above measurement line evaluation means 23 (FIG. 1) is possible and whether it is applicable to the determined calibration curve method. (Step 13).
[0048]
  As described above, the firstProposal exampleAccording to the apparatus, whether or not the thin film sample can be analyzed using the designated measurement line is displayed. Therefore, the operator can easily select an appropriate measurement line based on the analysis result and perform an accurate analysis. In addition, since the applicability of the specified measurement line to the calibration curve method is also displayed, the operator can easily select an appropriate measurement line based on this, especially when analyzing with the calibration curve method, and accurate analysis is possible. Can do.
[0049]
  Now, when the background intensity is very small compared to the peak, there is no problem, but when measuring a measurement line with a short wavelength, it is necessary to consider the background intensity. The K-wave with a short wavelength has a higher intensity than the L-line but has a higher background, and the L-line with a lower background and lower intensity may improve the accuracy of analysis. So firstProposal exampleIn this apparatus, the measurement line evaluation means 23 (FIG. 1) also calculates the theoretical intensity of the background for each of the designated measurement lines, and uses the background theoretical intensity and the first and second theoretical intensity. The predetermined thickness accuracy or content rate accuracy can also be calculated. In this case, in step 8, the theoretical intensity of the background is calculated as the following formulas (7) and (8) as the sum of Compton scattering and Thomson scattering, and converted into a measured intensity scale.
[0050]
I_TB= I_OB(Λ) × I_TBO(Λ) (7)
[0051]
I_MB= K (λ) × I_TB  ... (8)
[0052]
Where I_TBO(Λ) is the theoretical background intensity when the primary X-ray intensity is 1.0, I_OB(Λ) is the primary X-ray distribution, I_TBIs the background theoretical intensity including the primary X-ray intensity, k (λ) is the background sensitivity coefficient of wavelength λ, I_MBIs the estimated measured intensity of the background.
[0053]
The background sensitivity coefficient k (λ) is obtained by measuring the sample in advance with the apparatus or the same type of apparatus and measuring the background intensity for each wavelength and calculating the theoretical intensity, and the X-ray tube and tube voltage used for the measurement. And is stored in the measurement line evaluation means 23 (FIG. 1). The background sensitivity coefficient k (λ) of the wavelength for which the background intensity was not measured can be obtained by interpolation or extrapolation. The theoretical intensity is calculated using the primary X-ray distribution, but the primary X-ray distribution is obtained by reflecting the characteristics of each type of X-ray tube and stored in advance. Even if the type is changed, the estimated measurement intensity can be obtained without any problem.
[0054]
When the substrate is a single crystal such as a silicon wafer, the generation of scattered radiation is unique and the background is increased by diffraction lines. In such a case, a background sensitivity coefficient k (λ) is obtained using a single crystal substrate to be used, or an intensity ratio with other amorphous or polycrystalline samples is obtained for each wavelength.
[0055]
In step 9, when calculating the thickness accuracy and the content rate accuracy, the relative accuracy SigInt of the estimated measurement intensity is calculated as in the following equation (9) instead of the previous equation (4).
[0056]
SigInt = {(I^m _O(ip) + I_MB) / (T × 1000)}^1/2/ I^m _O(ip) ... (9)
[0057]
  Using the relative accuracy SigInt of the intensity including the background intensity, the subsequent calculation of the thickness relative accuracy SigThk and the content rate relative accuracy SigCnc is performed in the same manner as described above. In this wayProposal exampleAccording to this apparatus, the measurement line evaluation means 23 (FIG. 1) can calculate the predetermined thickness accuracy or content rate accuracy using the theoretical intensity of the background, so that it is possible to determine whether the analysis can be performed using the measurement line. Becomes more accurate and the operator can make a much more accurate analysis based on it.
[0058]
  Next, the first basis of the present invention2The apparatus which is a proposal example is demonstrated. First, the configuration of this apparatus will be described with reference to FIG. This apparatus is an apparatus for automatically selecting an appropriate measurement line, and the measurement line evaluation means 33 performs the first theory with the thickness and composition specified for each layer of the thin film for each secondary X-ray from the sample. Calculating a second theoretical strength at a thickness and composition with a predetermined amount of strength and thickness or content, and calculating a predetermined thickness accuracy or content accuracy using the first and second theoretical strengths; Based on the thickness accuracy or content rate accuracy, the secondary X-ray to be measured is selected, the analysis by the selected secondary X-ray to be measured is determined, and the determination of the determination is made Therefore, it is different from the apparatus of the first proposal example in that the selected secondary X-ray to be measured is given to the control apparatus as a part of appropriate analysis conditions.
[0059]
  In addition, the measurement line evaluation means 33 does not determine whether the measurement line can be applied to the calibration curve method.Proposal exampleThe device is different. Since it is the same in other points, the same number is attached | subjected to the same part and description is abbreviate | omitted.
[0060]
  Next, this secondProposal exampleThe operation of the device is firstProposal exampleAs in the case of the apparatus of Example 1, the case of analyzing the thickness and composition of a thin film of Sample 3 in which a single-layer thin film (Cu Zn layer) made of copper and zinc is formed on a copper substrate (Cu layer) is taken as an example. This will be described with reference to the flowchart of FIG. First, until step 3, the firstProposal exampleThis is the same as the apparatus.
[0061]
Next, the measurement line evaluation means 33 (FIG. 1) uses the measurable secondary X-ray (a candidate for the selection of the measurement line 2) for the component for which the thickness or the content rate is obtained based on the setting content of step 3. Next X-ray) is searched. In the layer for analyzing only the content rate, for each component to be analyzed, a measurement element is called from a previously stored element (for example, Al).₂O_ThreeIn the case of Al, Cu in the case of Cu), all of the line types that can be measured for each element are called up from previously stored data. For a layer whose thickness is to be analyzed, that is, a layer in which only one component or a plurality of components are fixed in composition, the element of that layer or the element whose content is fixed in the lower layer is called, and the line types that can be measured with each element Call everything.
[0062]
In the layer that analyzes both thickness and content rate, the analysis component of thickness is assigned to the balance (residual) component, and for each component that analyzes the content rate, the measurement element can be called and measured by each element Recall all linetypes. Instead of calling all of the line types that can be measured for each element, it may be called only from the Kα line, the Lα line, and the Mα line that are the main lines. In this example, a Cu-Kα line, a Cu-Lα line, a Zn-Kα line, and a Zn-Lα line are searched (step 4-2). In addition, similarly to the layer for which only the thickness is analyzed, the measurement element of the component whose content is fixed in the lower layer is called, and all the line types that can be measured by each element are called.
[0063]
  Hereinafter, for all measurement lines searched in this way, the firstProposal exampleSteps 5 to 10 are executed in the same manner as in the apparatus. As a result, in this example, the Cu-Kα line is disabled in both the thickness analysis and the content analysis.
[0064]
Next, an optimal measurement line is selected based on the calculated thickness accuracy or content rate accuracy. In order from the top layer, select as follows. In the layer that analyzes only the content rate, the line type having the best (smaller) content rate accuracy is selected for each component from among the line types assigned to the analysis. In the layer for analyzing only the thickness, the line type having the best (smaller) thickness accuracy is selected from the line types assigned to the analysis.
[0065]
In the layer for analyzing both the thickness and the content rate, first, for each measurement element, if there is a line type having the best (small) content rate accuracy and thickness accuracy, the line type is selected. If there is no such line type, and the line type with the best content accuracy cannot be analyzed for thickness, the line type with the best thickness accuracy is selected. In cases other than these, the line type with the best content accuracy is selected. Up to this point, the thickness analysis is provisionally determined.
[0066]
In thin film analysis, multiple line types can be selected even for measurement lines of the same element. Therefore, if the selected line type has the worst thickness type and the non-selected line type has the best thickness type, the line type with the worst thickness accuracy is selected. To select. In addition, if there is a line type with a better thickness accuracy among the line types of elements contained in the lower layer, the line type with the worst thickness accuracy is selected and replaced. When the selected measurement line overlaps, it is changed to the next candidate measurement line. In this example, the Cu-Lα line and the Zn-Kα line are selected by provisional determination, but the Zn-Lα line is selected by replacing the Cu-Lα line, and finally, the Zn-Kα line and the Zn-Lα line are selected. A line is selected. (Step 10.5)
[0067]
  Hereinafter, for the measurement line thus selected, the firstProposal exampleStep 11 is executed as in the case of the apparatus. As a result, in this example, there is no problem in the analysis of both the thickness and the content ratio with the Zn-Kα line and the Zn-Lα line. The secondProposal exampleIn this apparatus, step 12 (FIG. 2) is not executed because it is not determined whether the measurement line can be applied to the calibration curve method. And firstProposal exampleSimilarly to the apparatus, the display control means 32 (FIG. 1) displays on the display 16 whether or not analysis is possible, as determined by the measurement line evaluation means 33 (FIG. 1) (step 13-2).
[0068]
  As described above, the secondProposal exampleAccording to the apparatus, since the measurement line is appropriately automatically selected for the thin film sample by the measurement line evaluation means 33 (FIG. 1) based on the predetermined thickness accuracy or content rate accuracy, the operator can analyze the analysis conditions. There is no need to select a measurement line, and accurate analysis can be performed. In addition, since the availability of the analysis by the automatically selected measurement line is displayed, the operator can avoid the inaccurate analysis based on that, and can perform the more accurate analysis more reliably.
[0069]
  The secondProposal exampleEven the first deviceProposal exampleSimilarly to the apparatus of (2), a predetermined thickness accuracy or content rate accuracy can be calculated using the theoretical intensity of the background.
[0070]
  Furthermore, this secondProposal exampleIn this apparatus, the measurement line evaluation means 33 (FIG. 1) gives the selected measurement line to the control device 15 (FIG. 1) as a part of appropriate analysis conditions according to the above-described determination of analysis. In this example, the Zn-Kα line and the Zn-Lα line are automatically set as measurement lines. Thus, the secondProposal exampleAccording to this apparatus, the operator can save the labor of setting the measurement line among the analysis conditions.
[0071]
  Next, the present inventiononeThe apparatus of the embodiment will be described. First, the configuration of this apparatus will be described with reference to FIG. This device has first and secondProposal exampleSimilar to the apparatus of FIG. 1, a sample stage 8, an X-ray source 1, a detection means 9, a control means 15 and a display 16 are provided. The apparatus includes an analysis condition creating unit 40 including a display control unit 42 and a measurement line evaluating unit 43 described below.
[0072]
The measurement line evaluation means 43 calculates the total intensity, which is the theoretical intensity from the entire sample, and the theory from each layer of the substrate or thin film with the thickness and composition specified for each layer of the thin film for each designated secondary X-ray. Each layer strength that is strength, single layer strength that is theoretical strength excluding absorption by upper layer from each layer strength, attenuation ratio obtained by dividing each layer strength by single layer strength, and each layer of the thin film as X-ray infinite thickness 5 types of numerical values consisting of a ratio of the infinite thickness which is a ratio of the single layer strength at the specified thickness to the single layer strength in the case of the analysis, and a prestored analysis based on the calculated numerical value Select notes about. Then, the display control unit 42 causes the display 16 to display the numerical value calculated by the measurement line evaluation unit 43 and the precautions regarding the selected analysis.
[0073]
  Next, thisThe fruitThe operation of the apparatus according to the embodiment will be described. Conventionally, in the case of thin film samples containing the same element in different layers, it may not be possible to analyze the thickness or content of a specific layer. To be analyzed. At that time, the theoretical intensity of the secondary X-ray generated from the thin film sample is calculated and evaluated as a measurement line. In the conventional apparatus, the calculated and displayed theoretical intensity is the theoretical value from the entire thin film sample. Evaluation was not easy because it was the overall strength. there,thisIn the apparatus according to the embodiment, the measurement line evaluation unit 43 and the display control unit 42 calculate not only the overall strength but also five kinds of numerical values including the ratio of each layer strength, single layer strength, attenuation ratio, and infinite thickness. Based on the calculated numerical value, the precautions regarding the analysis stored in advance are selected, and the calculated numerical value and the precautions regarding the selected analysis are displayed on the display 16.
[0074]
  1st, 2ndProposal exampleIn the same way as in the case of the apparatus, a case in which the thickness and composition of the thin film are analyzed with respect to the sample 3 in which the single layer thin film (Cu Zn layer) made of copper and zinc is formed on the copper substrate (Cu layer) is taken as an example. . First, the operator designates the thickness and composition (content ratio composition of each layer) of each layer that is the basis of theoretical strength calculation. In this example, the Cu layer is infinitely thick (in terms of X-ray) and Cu is 100 mass%, and the Cu Zn layer is 100 nm in thickness and specified as Cu 60 mass% and Zn 40 mass% (remainder). Since the Cu layer (substrate) has an infinite thickness and the composition is known, if it is input in advance, it need not be specified here.
[0075]
When the operator designates a Cu-Kα line to be evaluated among the measurable secondary X-rays, the screen is displayed as shown in FIG. Layer # 1 means a Cu Zn layer. From the overall strength and the strength of each layer of 1), it can be seen that Cu-Kα rays are mostly generated from the substrate. The attenuation ratio of 3) indicates the degree of absorption by the upper layer, but it can be seen that the Cu-Kα line generated from the substrate is hardly absorbed by the Cu Zn layer.
[0076]
The ratio of 4) to the infinite thickness is a numerical value obtained by dividing the single-layer strength of 2) by the strength calculated from the single-layer strength without changing the composition, with the thickness being infinite. As in this substrate, if the ratio of 4) to the infinite thickness is 1.000 or a value close thereto, it can be understood that the thickness cannot be analyzed (although the substrate does not normally need to be analyzed). . On the contrary, when this value is small and 0.05 or less, the layer is very thin in X-ray, so when the thin film is only that layer, or when the layer is the uppermost layer of the thin film and the same element in the lower layer When there is no, it can be seen that the adhesion amount and the strength are in a linear relationship.
[0077]
The precautions regarding the analysis are selected and displayed as follows, for example. In the case where the same element is contained in a plurality of layers and the ratio of the strength of each layer to the overall strength in the layer #n is a predetermined value, for example, 0.05 or less, “the strength from the layer #n is smaller than the overall strength. The precaution that "Measurement is difficult" is selected and displayed. In layer #n, when the attenuation ratio is a predetermined value, for example, 0.01 or less, a precaution that “the absorption by the upper layer is hardly measured from layer #n is hardly measured” is selected and displayed. The In layer #n, when the ratio to infinite thickness is a predetermined value, for example, 0.95 or more, it is difficult to measure the layer thickness because the strength of layer #n is close to infinite thickness. Items are selected and displayed.
[0078]
  in this wayBookAccording to the apparatus of the embodiment, since the precautions relating to the appropriate analysis are displayed together with the overall strength, the strength of each layer, etc., the operator can easily select an appropriate measurement line based on that, and perform an accurate analysis. In calculating the overall strength, each layer strength, single layer strength, attenuation ratio, and ratio with infinite thickness by the measurement line evaluation means 43 (FIG. 1), the first and secondProposal exampleSimilar to step 8 in the operation of the apparatus, the theoretical intensity can be converted into a measured intensity scale. In addition to fluorescent X-rays, the background can be specified, and the theoretical intensity of the background can be calculated and displayed using the above formulas (7), (8), etc.
[0079]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the fluorescent X-ray analysis apparatus of the present invention, it is easy to select a secondary X-ray to be appropriately measured for a thin film sample, and an accurate analysis can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present inventionFirst and second proposal examples as a basis and one of the present inventionsIt is the schematic which shows the fluorescent X ray analyzer of embodiment.
FIG. 2Proposal exampleIt is a flowchart which shows operation | movement of this apparatus.
FIG. 3Proposal exampleIt is a flowchart which shows operation | movement of this apparatus.
[Fig. 4]oneIt is a figure which shows an example of the display by the apparatus of embodiment.
[Explanation of symbols]
2 ... Primary X-ray, 3 ... Sample, 4, 6 ... Secondary X-ray, 22, 32, 42 ... Display control means, 15 ... Control device, 16 ... Display, 23, 33, 43 ... Measurement line evaluation means .

Claims

A fluorescent X-ray analyzer for measuring the intensity of secondary X-rays generated by irradiating a sample formed with a single-layer or multi-layer thin film on a substrate or independently with primary X-rays,
For each secondary X-ray designated by the operator, for each layer of the thin film, for each thickness and composition, each layer is a theoretical strength from the entire sample, or a theoretical strength from each layer of the substrate or thin film. Strength, single layer strength which is theoretical strength excluding absorption by upper layer from each layer strength, attenuation ratio obtained by dividing each layer strength by single layer strength, and single layer strength when each layer of the thin film is infinite in X-ray thickness. Calculate at least four types of numerical values other than the single layer strength among the five types of numerical values composed of the ratio of the infinite thickness which is the ratio of the single layer strength at the specified thickness to the layer strength, and the calculation Measurement line evaluation means for selecting precautions related to the analysis stored based on the numerical values obtained,
Display control means for displaying a numerical value calculated by the measurement line evaluation means and precautions regarding the selected analysis on a display;
A fluorescent X-ray analyzer that allows the operator to select secondary X-rays to be measured based on numerical values displayed on the display and precautions regarding analysis.