JPH0886724A - Impurity analyzer - Google Patents

Impurity analyzer

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JPH0886724A
JPH0886724A JP22046694A JP22046694A JPH0886724A JP H0886724 A JPH0886724 A JP H0886724A JP 22046694 A JP22046694 A JP 22046694A JP 22046694 A JP22046694 A JP 22046694A JP H0886724 A JPH0886724 A JP H0886724A
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JP
Japan
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sample
etching
impurities
impurity
chamber
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JP22046694A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Yoshiki
昌彦 吉木
Hiroshi Yamaguchi
博 山口
Hideyuki Sasaki
秀幸 佐々木
Miyuki Takenaka
みゆき 竹中
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To provide an impurity analyzer by which impurity can be speedily and easily analyzed while having accurate quantitative performance and high detecting sensitivity. CONSTITUTION: An impurity analyzer is provided with selective etching means 1a, 5 and 6 to deposit and enrich impurity in a sample 2 on a surface of the sample by selectively etching a main component of the sample 2 and irradiation detecting means 1b, 12 and 9 to detect intensity of fluorescence X-rays generated by the irradiation of the exciting light at a critical angle or less of total reflection to the surface of the sample 2 on which etching is performed by these selective etching means 1a, 5 and 6.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体中の不純物を分析
する不純物分析装置に関し、さらに詳しくは、全反射蛍
光X線分析の手法を用いた不純物分析装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an impurity analyzer for analyzing impurities in a solid, and more particularly to an impurity analyzer using a total reflection X-ray fluorescence analysis technique.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、固体中の不純物の分析において
は、正確な定量性、高い検出感度をもちつつ、迅速且つ
容易な測定が可能で、しかも不純物の深さ方向の分布も
分析できる不純物分析装置が強く望まれている。例えば
LSI等の半導体装置の製造において最も基本的な材料
であるシリコンウエハにおいては、原材料中の不純物濃
度はその電気的特性を左右する最も大きな要因である。
また、特に、ウエハにイオン注入や熱拡散等の処理を施
した場合には、これらの処理により導入された不純物の
濃度を深さ方向に定量性良く分析することが求められて
いる。
2. Description of the Related Art In recent years, in the analysis of impurities in solids, it is possible to perform quick and easy measurement with accurate quantification and high detection sensitivity, and to analyze the distribution of impurities in the depth direction. A device is highly desired. For example, in a silicon wafer, which is the most basic material in manufacturing a semiconductor device such as an LSI, the impurity concentration in the raw material is the most important factor that determines its electrical characteristics.
Further, in particular, when the wafer is subjected to treatments such as ion implantation and thermal diffusion, it is required to analyze the concentration of impurities introduced by these treatments in the depth direction with good quantitativeness.

【0003】従来、固体の試料の平均不純物濃度を測定
する方法の一つとして、試料全体を溶かす等の各種の前
処理によって不純物を濃縮・採取し、これを誘導結合プ
ラズマ質量分析装置(ICP−MS)で分析する方法が
ある。この方法は検出感度が高く定量性も良いという点
から広く用いられている。しかし、この方法では、前処
理によって濃縮された試料が溶媒を含むため、この溶媒
中にもともと存在する不純物や前処理装置内から混入し
た不純物がバックグランドとなり、実質的な検出感度を
低下させることがあった。また、前処理装置と分析装置
が別々であることから、操作が煩雑になり、分析時間が
長くなってしまう等の問題があった。また、この方法で
は基本的に深さ方向の不純物分析は行われていない。
Conventionally, as one of the methods for measuring the average impurity concentration of a solid sample, impurities are concentrated and collected by various pretreatments such as melting the whole sample, and this is collected by an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP- There is a method of analysis by MS). This method is widely used because it has high detection sensitivity and good quantitativeness. However, in this method, since the sample concentrated by the pretreatment contains a solvent, impurities originally present in the solvent or impurities mixed in from the pretreatment device become a background, which substantially lowers the detection sensitivity. was there. Further, since the pretreatment device and the analysis device are separate, there are problems that the operation becomes complicated and the analysis time becomes long. In addition, this method basically does not analyze impurities in the depth direction.

【0004】一方、二次イオン質量分析器(SIMS)
を使用した分析方法が、深さ方向の不純物分析が可能で
高感度であることから知られている。しかし、この方法
は、定量性に欠けるという欠点がある。また、イオンス
パッタリングにより一様に試料の表面部を除去し、この
ようにして得られた試料の表面の不純物濃度をオージェ
電子分光(AES)、X線光電子分光(XPS)等の表
面分析方法により分析する方法も深さ方向の不純物分析
が可能な分析方法として広く用いられている。しかし、
この方法は感度が不十分であるという問題がある。この
ような方法の感度を向上させるために、上述のようにイ
オンスパッタリングで一様に試料表面部を除去して得ら
れた表面を、強力なシンクロトン放射を励起光源とする
全反射蛍光X線分析装置で評価する方法が提案されてい
る(特開昭63−177047号公報)。しかしなが
ら、この方法においては、シンクロトン放射光を利用す
ることから装置が大規模であり、測定が容易でないとと
もに測定準備等も含めて分析時間が長くかかるという問
題がある。
On the other hand, a secondary ion mass spectrometer (SIMS)
It is known that the analysis method using is capable of analyzing impurities in the depth direction and has high sensitivity. However, this method has the drawback of lacking in quantitativeness. Further, the surface of the sample is uniformly removed by ion sputtering, and the impurity concentration on the surface of the sample thus obtained is analyzed by a surface analysis method such as Auger electron spectroscopy (AES) or X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The analysis method is also widely used as an analysis method capable of analyzing impurities in the depth direction. But,
This method has a problem that the sensitivity is insufficient. In order to improve the sensitivity of such a method, the surface obtained by uniformly removing the sample surface portion by ion sputtering as described above is used as a total reflection fluorescent X-ray with a strong synchroton radiation as an excitation light source. A method of evaluating with an analyzer has been proposed (JP-A-63-177047). However, in this method, there is a problem that the apparatus is large-scale because synchrotron radiation is used, the measurement is not easy, and the analysis time including measurement preparation and the like is long.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
従来技術における問題点を解決し、正確な定量性、高い
検出感度をもちつつ、迅速かつ容易な不純物分析が可能
な不純物分析装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems in the prior art, and provides an impurity analyzer capable of rapid and easy impurity analysis while having accurate quantitativeness and high detection sensitivity. The purpose is to provide.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る不純物分析装置は、試料の主たる成分を
選択的にエッチングし、前記試料の不純物を該試料の表
面に析出かつ濃縮させる選択エッチング手段と、この選
択エッチング手段によりエッチングを施された試料の表
面に全反射の臨界角度以下で励起光を照射して発生する
蛍光X線強度を検出する照射検出手段と、を具備するこ
とを特徴とする。なお、前記選択エッチング手段で行う
エッチングというのは、主たる成分の除去を意味し、L
SIプロセスなどでパターン加工を行うためにマスクを
用いて行う選択エッチングとは別の意味で用いる。
In order to achieve the above object, an impurity analyzer according to the present invention selectively etches a main component of a sample to precipitate and concentrate impurities of the sample on the surface of the sample. A selective etching unit; and an irradiation detecting unit for detecting the intensity of fluorescent X-rays generated by irradiating the surface of the sample etched by the selective etching unit with excitation light at a critical angle of total reflection or less. Is characterized by. The etching performed by the selective etching means means the removal of the main component, and
It is used in a meaning different from the selective etching performed using a mask for performing pattern processing in the SI process or the like.

【0007】[0007]

【作用】上記構成において、前記選択エッチング手段
は、分析される試料の主たる成分のみ、あるいは試料の
主たる成分と不純物の一部のみを、選択的にエッチング
できる、すなわち、除去できるものである。このような
選択エッチング手段により、試料の一面の表面より、試
料の主たる成分のみを除去することにより、試料の表面
には、エッチング除去された膜厚部分に含まれる不純物
の一部または全部が析出し濃縮されるのである。
In the above structure, the selective etching means is capable of selectively etching, that is, removing only the main component of the sample to be analyzed, or only the main component of the sample and a part of the impurities. By removing only the main component of the sample from one surface of the sample by such a selective etching means, some or all of the impurities contained in the film thickness portion removed by etching are deposited on the surface of the sample. It is then concentrated.

【0008】したがって、前記選択エッチング手段によ
り、試料の主たる成分のみを所望の膜厚あるいは時間、
エッチングし、試料中の不純物を試料の表面に析出かつ
濃縮させ、前記照射検出手段により前記選択エッチング
手段によりエッチングを施された前記試料の表面に全反
射の臨界角度以下で測定する不純物の励起光を照射して
発生する蛍光X線強度を検出し、この検出された蛍光X
線強度から試料のエッチングされた部分の平均不純物濃
度を求めることができる。
Therefore, the selective etching means allows only the main components of the sample to have a desired film thickness or time,
Excitation light of impurities measured by etching and precipitating and concentrating impurities in the sample on the surface of the sample, and measuring at or below the critical angle of total reflection on the surface of the sample etched by the selective etching means by the irradiation detecting means. Fluorescence X-ray intensity generated by irradiating the
The average impurity concentration in the etched portion of the sample can be determined from the line intensity.

【0009】このような分析に際しては、エッチングに
より試料表面に析出、濃縮された不純物をそのまま分析
できるため、試料の一部を採取するために溶媒等を用い
る必要がなく、したがって溶媒中に存在する不純物によ
るバックグラウンドの影響を受けることがないととも
に、測定に要する手数を減らすことができる。さらに、
本発明においては、エッチングされて不純物の析出した
試料の表面に、全反射の臨界角度以下で励起光を入射す
るという全反射モードで蛍光X線分析を行うため、前記
試料の表面下からのバックグラウンドを抑えることがで
きる。
In such an analysis, the impurities precipitated and concentrated on the surface of the sample by etching can be analyzed as they are. Therefore, it is not necessary to use a solvent or the like to collect a part of the sample, and therefore, it exists in the solvent. It is not affected by the background due to impurities, and the labor required for measurement can be reduced. further,
In the present invention, fluorescent X-ray analysis is performed in a total reflection mode in which excitation light is incident at a critical angle of total reflection or less on the surface of a sample on which impurities are deposited by etching. The ground can be suppressed.

【0010】ここで、上述の選択エッチング手段による
所望の膜厚(時間)のエッチングを間欠的に行い(ステ
ップエッチング)、このエッチング毎に、前記照射検出
手段による蛍光X線強度を検出するとともに検出された
蛍光X線強度の差分を求め、この差分から一回のエッチ
ングに対応する膜厚部分の平均不純物濃度を算出するこ
とにより、試料の深さ方向の不純物分布を定量性良く求
めることができる。
Here, etching of a desired film thickness (time) is intermittently performed by the above-mentioned selective etching means (step etching), and the fluorescent X-ray intensity is detected and detected by the irradiation detecting means for each etching. By obtaining the difference in the intensity of the fluorescent X-rays obtained and calculating the average impurity concentration in the film thickness portion corresponding to one etching from this difference, the impurity distribution in the depth direction of the sample can be obtained with good quantitativeness. .

【0011】したがって、本発明によれば、試料のエッ
チングされた部分の平均不純物濃度(試料表面に濃縮さ
れた不純物濃度)、及び試料の深さ方向の不純物分布
を、正確な定量性、高い検出感度で迅速かつ容易に測定
することができる。
Therefore, according to the present invention, the average impurity concentration of the etched portion of the sample (impurity concentration concentrated on the sample surface) and the impurity distribution in the depth direction of the sample can be detected accurately, with high accuracy. It is sensitive and can be measured quickly and easily.

【0012】さらに、SIMSでは不純物濃度が検出下
限以下の場合、全く評価することができないが、本発明
では、ステップエッチングの膜厚あるいは時間を大きく
とって不純物を積算することにより、深さ方向分解能は
低下するが、検出下限を下げることが可能である。すな
わち、不純物濃度が高いところでは深さ方向の分布測定
の分解能を優先し、不純物濃度が低いところでは検出感
度を優先して測定するということが可能となる。
Further, when the impurity concentration in the SIMS is below the lower limit of detection, no evaluation can be made at all. However, in the present invention, the film thickness or time of the step etching is set large and the impurities are integrated, so that the resolution in the depth direction is increased. However, the lower limit of detection can be lowered. That is, it is possible to give priority to the resolution of the distribution measurement in the depth direction when the impurity concentration is high, and to give priority to the detection sensitivity when the impurity concentration is low.

【0013】なお、例えば、前記選択エッチング手段に
よりエッチングを行うスペースと、前記照射検出手段に
よる励起光の照射及びこの照射により発生する蛍光X線
強度の検出を行うスペースとを互いに隣設する、あるい
は同一スペースとすることにより、エッチング後、蛍光
X線強度の検出への移行が容易になる、あるいはエッチ
ングを行いながら蛍光X線強度の検出を行うことがで
き、分析が大幅に簡易化、容易化される。
It should be noted that, for example, a space for performing the etching by the selective etching means and a space for irradiating the excitation light by the irradiation detecting means and detecting the fluorescent X-ray intensity generated by this irradiation are adjacent to each other, or By setting the same space, it becomes easy to shift to the detection of the fluorescent X-ray intensity after etching, or the fluorescent X-ray intensity can be detected while etching, which greatly simplifies and facilitates the analysis. To be done.

【0014】特に、前記エッチングを行うスペースと検
出を行うスペースとを互いに隣設する場合には、両スペ
ース間を連通する連通孔等により試料を両スペース間で
自在に移動させるようにすると、試料搬送の手間が一層
改善される。
In particular, when the etching space and the detection space are adjacent to each other, the sample can be freely moved between the two spaces by a communication hole or the like that connects the two spaces. The labor of transportation is further improved.

【0015】また、前記エッチングを行うスペースと検
出を行うスペースとを同一スペースとし、エッチングを
行いながら蛍光X線強度の検出を行うと、蛍光X線強度
の時間微分を求めることにより、分析時間を大幅に短縮
できる。
When the space for performing the etching and the space for performing the detection are set to the same space and the fluorescent X-ray intensity is detected while performing the etching, the analysis time is obtained by obtaining the time derivative of the fluorescent X-ray intensity. It can be greatly shortened.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明に係る不純物分析装置の実施例
を、図1ないし図3を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the impurity analyzer according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0017】まず、第一実施例を図1及び図2を参照し
ながら説明する。
First, a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

【0018】図1はチャンバ13を概略的に示す断面図
である。この図1に示すように、チャンバ13は、試料
2中に対する選択的なエッチングが行われるエッチング
室1aと、前記試料2の表面への励起光の照射、及び発
生する蛍光X線強度の検出が行われる測定室1bとを備
える。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing the chamber 13. As shown in FIG. 1, the chamber 13 includes an etching chamber 1a in which selective etching is performed in the sample 2, irradiation of excitation light to the surface of the sample 2, and detection of the intensity of fluorescent X-rays generated. The measuring chamber 1b is provided.

【0019】前記エッチング室1aには、試料2のエッ
チング状況を目視で確認できるように窓7が設けられて
いる。この窓7は必ずしも必要でなく、例えばエッチン
グ量の制御を時間だけを基に行う場合は不要である。ま
た、エッチング量を膜厚で制御したい場合は、各種のエ
ッチングモニタ方法、例えば単色光の干渉強度の変化を
利用したエッチングモニタ(特開平2−90644号公
報)を併用するとよい。
A window 7 is provided in the etching chamber 1a so that the etching state of the sample 2 can be visually confirmed. This window 7 is not always necessary, and is not necessary, for example, when the etching amount is controlled based on only time. Further, when it is desired to control the etching amount by the film thickness, various etching monitoring methods, for example, an etching monitor utilizing change in interference intensity of monochromatic light (Japanese Patent Laid-Open No. 2-90644) may be used in combination.

【0020】一方、前記測定室1bには、前記試料2の
表面に全反射の臨界角度以下で励起光を照射するX線源
9、及びこの照射により発生された蛍光X線の強度を検
出するX線検出器12が、各々窓10及び窓11を介し
て取り付けられている。これらのX線源9及びX線検出
器12は、特に限定されるものではなく、検出すべき元
素に合わせて適当なものを組み合わせればよい。例えば
遷移金属を検出する場合、タングステンの特性X線を光
源に選び、発生した蛍光X線は半導体検出器で検出すれ
ばよい。ここで、窓10および窓11の材質としては、
各々用いる特性X線および注目する蛍光X線を吸収しな
いように、検出する元素およびこれと吸収端の近いもの
を含まないものが選択されることがよいことは言うまで
もない。
On the other hand, in the measurement chamber 1b, an X-ray source 9 for irradiating the surface of the sample 2 with excitation light at a critical angle of total reflection or less, and the intensity of fluorescent X-rays generated by this irradiation are detected. X-ray detectors 12 are attached via windows 10 and 11, respectively. The X-ray source 9 and the X-ray detector 12 are not particularly limited, and appropriate ones may be combined according to the element to be detected. For example, when detecting a transition metal, the characteristic X-ray of tungsten may be selected as the light source, and the generated fluorescent X-ray may be detected by the semiconductor detector. Here, as the material of the window 10 and the window 11,
It goes without saying that it is preferable to select an element that does not include the element to be detected and the one close to the absorption edge so as not to absorb the characteristic X-ray used and the fluorescent X-ray of interest.

【0021】エッチング室1aと測定室1bとは仕切り
4を介して互いに隣設されており、この仕切り4には、
エッチング室1a,測定室1b間を連通する連通孔4a
が設けられている。そして、エッチング室1a,測定室
1b両室には試料2を載置するための試料ステージ3が
設けられている。
The etching chamber 1a and the measuring chamber 1b are adjacent to each other with a partition 4 interposed between them.
Communication hole 4a for communicating between the etching chamber 1a and the measurement chamber 1b
Is provided. A sample stage 3 for mounting the sample 2 is provided in both the etching chamber 1a and the measurement chamber 1b.

【0022】前記試料ステージ3は円板形を呈してお
り、その中心部3bは前記連通孔4aに介在されなが
ら、仕切り4の内部を通る軸により、水平面上で回転自
在に固定されている。そして、チャンバ13には、後述
する制御部16(図2)により制御されて試料ステージ
3の回転駆動を行うステージ駆動機構8が設けられてい
る。このステージ駆動機構8により与えられる試料ステ
ージ3の回転運動によって、試料ステージ3上に設置さ
れた試料2は、エッチング室1a,測定室1b間を移
動、往復できる。しかし、このステージ駆動機構8は、
上述のように自動的に作動されるだけでなく、例えば、
前記仕切り4の内部を通る軸の上端に設けられた回転ね
じであって手動で試料ステージ3の回転を操作するもの
であってもよい。
The sample stage 3 has a disc shape, and a central portion 3b thereof is rotatably fixed on a horizontal plane by an axis passing through the inside of the partition 4 while being interposed in the communication hole 4a. The chamber 13 is provided with a stage drive mechanism 8 that is controlled by a control unit 16 (FIG. 2) described below to drive the rotation of the sample stage 3. By the rotational movement of the sample stage 3 provided by the stage driving mechanism 8, the sample 2 placed on the sample stage 3 can move and reciprocate between the etching chamber 1a and the measurement chamber 1b. However, this stage drive mechanism 8
Not only is it automatically activated as described above,
A rotation screw provided at the upper end of the shaft passing through the inside of the partition 4 may be used to manually operate the rotation of the sample stage 3.

【0023】また、試料ステージ3の上面には、2つの
同形の凹部3aが水平面上で各々対向するように設けら
れている。この凹部3aは、試料ステージ3からの試料
2への汚染を防ぐために、凹部3aの内壁面が試料ステ
ージ3上に載置された試料2の裏面とできるだけ接触し
ないような大きさ、形状に設定される。また、凹部3a
は、試料ステージ3上に載置された試料2の裏面にエッ
チング雰囲気が回り込んで試料2裏面からのエッチング
が進行するのを防ぐために、その内径が試料2の外径と
一致するように形成されている。例えば、これらの凹部
3a内側面を、凹部の深さが深くなるほど内径が小さく
なるように傾斜させ、この傾斜の途中の凹部3の内径が
試料2の外径と一致するように形成することができる。
しかし、この凹部3aの深さ、形状等は、試料2の形状
に合わせて種々の構造を取り得るもので、特に限定され
るものではない。
On the upper surface of the sample stage 3, two recesses 3a having the same shape are provided so as to face each other on a horizontal plane. In order to prevent contamination of the sample 2 from the sample stage 3, the recess 3a is set to have a size and shape so that the inner wall surface of the recess 3a does not come into contact with the back surface of the sample 2 placed on the sample stage 3 as much as possible. To be done. Also, the recess 3a
Is formed so that the inner diameter thereof matches the outer diameter of the sample 2 in order to prevent the etching atmosphere from wrapping around around the back surface of the sample 2 placed on the sample stage 3 and causing the etching from the back surface of the sample 2. Has been done. For example, the inner surface of each of the recesses 3a may be inclined such that the inner diameter becomes smaller as the depth of the recess becomes deeper, and the inner diameter of the recess 3 in the middle of this inclination coincides with the outer diameter of the sample 2. it can.
However, the depth, shape, etc. of the concave portion 3a can take various structures according to the shape of the sample 2, and are not particularly limited.

【0024】ところで、前記エッチング方法としては、
試料2中の不純物を試料2の表面に析出かつ濃縮させる
ために、試料2の主たる成分と不純物の一部のみ、最も
好ましくは主たる成分のみを選択的に、試料2表面より
除去できる方法が選択される。換言すれば、エッチング
方法としては、エッチング除去された膜厚部分に含まれ
る不純物の一部または全部をエッチングにより得られる
表面に析出、濃縮できるものであれば、特に限定される
ものではない。また、エッチング方法は、エッチングさ
れる試料2の材質に対応して選択される。
By the way, as the etching method,
In order to precipitate and concentrate the impurities in the sample 2 on the surface of the sample 2, a method capable of selectively removing from the surface of the sample 2 only a main component of the sample 2 and a part of the impurities, most preferably the main component is selected. To be done. In other words, the etching method is not particularly limited as long as it can deposit or concentrate some or all of the impurities contained in the film thickness portion removed by etching on the surface obtained by etching. The etching method is selected according to the material of the sample 2 to be etched.

【0025】このようなエッチング方法として、本実施
例では、酸蒸気分解エッチング法(例えば、特開昭61
−38547号公報に開示されている)を用いた例を説
明する。
As such an etching method, in the present embodiment, an acid vapor decomposition etching method (for example, JP-A-61-61) is used.
(Disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 38547).

【0026】この酸蒸気分解エッチング法を用いるた
め、エッチング室1a内には、酸液5が注入され、ま
た、エッチング室1a外側下部には前記酸液5を加熱す
るためのヒータ6が設けられる。
Since this acid vapor decomposition etching method is used, the acid solution 5 is injected into the etching chamber 1a, and a heater 6 for heating the acid solution 5 is provided in the lower portion outside the etching chamber 1a. .

【0027】また、エッチング室1aは、基本的に上述
のようにして選ばれたエッチング方法に対応して、構造
および材質が設定されるものであるが、室内に汚染をも
たらす外気等の侵入を阻止し得る構造をとる。そして、
本実施例では前記酸蒸気分解エッチング法を採用してい
るため、エッチング室1aの材質としては、用いられる
各種酸蒸気に侵食されず、酸蒸気を発生させるに必要な
加熱に耐える程度の耐熱性を持ち、且つ不純物の溶出が
少ないものが用いられる。例えば、試料が半導体結晶の
場合、酸液5には弗化水素酸などが用いられるが、この
酸液5をヒータ6で200℃程度に加熱して酸蒸気を発
生させるため、エッチング室1aはテフロンにより構成
されるのが好ましい。また、エッチング室1aに設けら
れる窓7の材質は、酸蒸気により侵食されず、不純物の
溶出が少ないものほどよく、例えば弗化カルシウムなど
が適している。
The structure and material of the etching chamber 1a are basically set in accordance with the etching method selected as described above. Take a structure that can prevent it. And
In this embodiment, since the acid vapor decomposition etching method is adopted, the material of the etching chamber 1a is heat resistant enough to withstand the heating required to generate acid vapor without being eroded by various acid vapors used. The one that has a small amount of impurities and is eluted is used. For example, when the sample is a semiconductor crystal, hydrofluoric acid or the like is used as the acid solution 5, but since the acid solution 5 is heated to about 200 ° C. by the heater 6 to generate acid vapor, the etching chamber 1a is It is preferably composed of Teflon. The material of the window 7 provided in the etching chamber 1a is preferably such that it is not corroded by acid vapor and the amount of impurities eluted is small, and for example, calcium fluoride is suitable.

【0028】なお、試料ステージ3と仕切り4にはわず
かな隙間があるほか、試料2をエッチング室1aと測定
室1bとの間で移動する際にも、測定室1bにエッチン
グ雰囲気が流入してくるため、測定室1bおよび窓1
0,11の材質にはエッチング雰囲気に侵食されないも
のが選択される。また、試料ステージ3の材質は、エッ
チング雰囲気に侵食されず、不純物の溶出が少ないもの
ほどよい。ただし、必ずしもこれらの全体がエッチング
に耐える材質である必要はなく、例えばその表面のみ
が、エッチングに耐える材料で被覆されていればよい。
なお、検出したい不純物が軽元素の場合は、測定室1b
内の気体によるX線の吸収を避けるために、測定室1b
に排気用のポンプを取り付ける必要がある。
There is a slight gap between the sample stage 3 and the partition 4, and when the sample 2 is moved between the etching chamber 1a and the measuring chamber 1b, the etching atmosphere flows into the measuring chamber 1b. For measurement, measurement room 1b and window 1
The materials 0 and 11 are selected so as not to be corroded by the etching atmosphere. The material of the sample stage 3 is preferably such that it is not corroded by the etching atmosphere and the amount of impurities eluted is small. However, it is not always necessary that all of them are made of a material resistant to etching, and for example, only the surface thereof may be covered with a material resistant to etching.
If the impurities to be detected are light elements, the measurement chamber 1b
In order to avoid the absorption of X-rays by the gas in the measurement chamber 1b
It is necessary to attach a pump for exhaust to.

【0029】図2は、本第一実施例に係る不純物分析装
置の全体構成を示すブロック図である。この図2を図1
とともに参照しながら、以下に、第一実施例の動作を説
明する。
FIG. 2 is a block diagram showing the overall structure of the impurity analyzer according to the first embodiment. This FIG. 2 is shown in FIG.
The operation of the first embodiment will be described below with reference to FIG.

【0030】まず、試料2が、エッチング室1aにある
試料ステージ3の凹部3a上に、エッチングされる面を
上にして載置される。そして、エッチング制御部14に
より前記ヒータ6の動作が制御されながら、試料2の主
たる成分がエッチングされ、試料2表面に不純物が析出
される。エッチングタイマ15には、エッチング速度を
もとに1回当りのエッチング時間が設定されてある。こ
の設定されたエッチング時間が経過して、所望の膜厚だ
けエッチングが行われると、制御部16からの指示によ
りステージ駆動機構8が作動されて試料ステージ3が回
転され、エッチングされた試料2が測定室1bに移動さ
れる。測定室1bでは、X線源9から試料2表面に全反
射の臨界角度以下でX線が入射され、全反射モード下で
発生した不純物の蛍光X線強度がX線検出器12により
検出される。
First, the sample 2 is placed on the concave portion 3a of the sample stage 3 in the etching chamber 1a with the surface to be etched up. Then, while the operation of the heater 6 is controlled by the etching control unit 14, the main component of the sample 2 is etched and impurities are deposited on the surface of the sample 2. In the etching timer 15, the etching time per time is set based on the etching rate. When the set etching time has elapsed and etching has been performed to a desired film thickness, the stage drive mechanism 8 is actuated by the instruction from the control unit 16 to rotate the sample stage 3 to remove the etched sample 2. It is moved to the measurement chamber 1b. In the measurement chamber 1b, X-rays are incident on the surface of the sample 2 from the X-ray source 9 at a critical angle of total reflection or less, and the fluorescent X-ray intensity of impurities generated in the total reflection mode is detected by the X-ray detector 12. .

【0031】この検出により得られた蛍光X線強度は信
号処理部20で処理され、エッチングされた膜厚中の平
均不純物濃度が求められる。この求められた平均不純物
濃度は、逐次表示部21及び記録部22に送られ表示及
び記録される。
The fluorescent X-ray intensity obtained by this detection is processed by the signal processing section 20, and the average impurity concentration in the etched film thickness is obtained. The obtained average impurity concentration is sequentially sent to the display unit 21 and the recording unit 22 for display and recording.

【0032】この際、前記測定で得られた蛍光X線強度
がX線検出器12の検出限界以下ならば、制御部16の
指示により、エッチングのみを予め設定した回数だけ繰
り返した後、再度蛍光X線分析を試みる。すなわち、エ
ッチングのみを予め設定した回数(2回以上等)だけ繰
り返し、検出可能な量にまで不純物を析出させた後、信
号処理部20で信号の処理を行い、検出された蛍光X線
強度により、複数回のエッチングによりエッチングされ
た膜厚部の平均不純物濃度を求め、表示部21及び記録
部22に表示及び記録する。これにより、深さ方向分解
能は低下するが、低濃度の不純物分布まで評価すること
が可能となる。
At this time, if the fluorescent X-ray intensity obtained by the above-mentioned measurement is below the detection limit of the X-ray detector 12, only the etching is repeated a preset number of times according to the instruction of the control unit 16, and then the fluorescent light is again emitted. Try X-ray analysis. That is, only etching is repeated a preset number of times (two times or more, etc.) to deposit impurities to a detectable amount, and then the signal processing unit 20 processes the signal to determine the detected fluorescent X-ray intensity. Then, the average impurity concentration of the film thickness portion etched by a plurality of times of etching is obtained, and displayed and recorded on the display unit 21 and the recording unit 22. As a result, although the resolution in the depth direction is lowered, it is possible to evaluate even a low-concentration impurity distribution.

【0033】また、上述した動作のなかで、試料2の所
望の膜厚をエッチングした後、試料2を測定室1b側に
移動して蛍光X線強度を検出し、再びエッチング室1a
に戻してエッチングを行うという手順を繰り返すととも
に、検出された蛍光X線強度のエッチング毎の差分を求
め、この差分から一回のエッチングに対応する膜厚部分
の平均不純物濃度を算出することにより、試料2の深さ
方向の不純物分析を容易に行うことができる。
Further, in the above-mentioned operation, after etching a desired film thickness of the sample 2, the sample 2 is moved to the measuring chamber 1b side to detect the fluorescent X-ray intensity, and the etching chamber 1a is again detected.
By repeating the procedure of performing etching after returning to step 1, the difference in the detected fluorescent X-ray intensity for each etching is obtained, and the average impurity concentration of the film thickness portion corresponding to one etching is calculated from this difference, Impurity analysis in the depth direction of the sample 2 can be easily performed.

【0034】なお、エッチングの制御は、上述したよう
に予めエッチング速度を調べておき、エッチング時間を
測定することによって行う他に、例えば試料2中におい
て注目する膜厚部分の材質とその下の材質とでエッチン
グ選択比が大きいエッチング剤を利用して行うこともで
きる。
The etching is controlled by checking the etching rate in advance and measuring the etching time as described above. In addition, for example, the material of the film thickness portion of interest in Sample 2 and the material below it are used. Alternatively, an etching agent having a large etching selection ratio can be used.

【0035】以上、説明したように、本実施例では、試
料2の主たる成分のエッチング除去により試料2の表面
に濃縮させた不純物を、溶媒を用いて採取することなく
評価できるため、溶媒に含まれる不純物の影響および測
定に要する手数を減らすことができ、エッチング除去さ
れた部分の平均不純物濃度を高感度で且つ定量性よく、
また、迅速かつ容易に求めることができる。
As described above, in the present embodiment, the impurities concentrated on the surface of the sample 2 by the etching removal of the main component of the sample 2 can be evaluated without collecting with a solvent, so that the impurities are not included in the solvent. It is possible to reduce the influence of impurities and the labor required for measurement, and to obtain the average impurity concentration of the part removed by etching with high sensitivity and good quantification,
Also, it can be quickly and easily obtained.

【0036】また本実施例では、エッチング室1aと測
定室1bとが隣設され、しかも、ステージ駆動機構8に
より与えられる試料ステージ3の回転運動によって、試
料ステージ3上に設置された試料2を両室1a,1b間
で自在に移動させるように構成している。このため、試
料搬送の手間が大幅に改善され、エッチングを行った後
の蛍光X線強度検出への移行が大変容易となる。したが
って、平均不純物濃度分析が容易となるばかりでなく、
深さ方向の不純物分布も大変容易に求めることができ
る。また、上記構成により、エッチング室1aにおいて
表面に不純物を析出させた試料2を、汚染原因となる外
気に露出させることなく測定室1bに搬送できるので、
感度をより高め、より定量性良く分析を行える。
Further, in this embodiment, the etching chamber 1a and the measurement chamber 1b are adjacent to each other, and the sample 2 placed on the sample stage 3 is rotated by the rotational movement of the sample stage 3 given by the stage drive mechanism 8. The chambers 1a and 1b are configured to be freely movable. For this reason, the labor of sample transportation is greatly improved, and the transition to the fluorescent X-ray intensity detection after etching becomes very easy. Therefore, not only is it easy to analyze the average impurity concentration,
The impurity distribution in the depth direction can also be obtained very easily. Further, with the above configuration, the sample 2 having impurities deposited on the surface in the etching chamber 1a can be transported to the measurement chamber 1b without being exposed to the outside air that causes contamination.
Sensitivity can be increased and analysis can be performed with higher quantitativeness.

【0037】また、上記実施例では、試料ステージ3は
2つの試料2を設置できるように2つの凹部3aを備え
ているため、一方の試料2をエッチングしている間に、
もう一方の試料2を全反射蛍光X線分析することがで
き、特に複数の試料を測定する際、測定時間を大幅に短
縮できる。なお、さらに多くの試料を測定する場合に
は、同時に2個以上の試料を載置できる試料ステージを
備えるようにできることはいうまでもない。
Further, in the above embodiment, since the sample stage 3 is provided with the two recesses 3a so that the two samples 2 can be installed, during the etching of one sample 2,
The other sample 2 can be subjected to total reflection fluorescent X-ray analysis, and the measurement time can be greatly shortened especially when measuring a plurality of samples. Needless to say, when measuring a larger number of samples, it is possible to provide a sample stage on which two or more samples can be simultaneously placed.

【0038】次に、本発明に係る第二実施例を、図3を
参照にしながら説明する。図3において、図1に示した
部材と同一あるいは同等の部材に対しては図1に用いた
符号と同じものを用いて説明を省略する。この第二実施
例においては、上記第一実施例におけるエッチング室1
aと測定室1bとが、同一スペースに設けられ、エッチ
ング測定室1cが形成されている。したがって、エッチ
ングを行いながら蛍光X線強度の検出を行うことがで
き、蛍光X線強度の時間微分を求めることにより、深さ
方向の不純物濃度分布の分析時間を、大幅に短縮でき
る。
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the same or equivalent members as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals as those used in FIG. In the second embodiment, the etching chamber 1 in the first embodiment is used.
a and the measurement chamber 1b are provided in the same space, and an etching measurement chamber 1c is formed. Therefore, the fluorescent X-ray intensity can be detected while performing the etching, and the analysis time of the impurity concentration distribution in the depth direction can be significantly shortened by obtaining the time derivative of the fluorescent X-ray intensity.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、試料の主たる成分のエッチング除去により試料の表
面に濃縮させた不純物を、溶媒を用いて採取することな
く分析できるため、溶媒に含まれる不純物の影響および
測定に要する手数を減らすことができ、エッチング除去
された部分の平均不純物濃度を高い検出感度で且つ定量
性よく、また、迅速かつ容易に求めることができる。
As described above, according to the present invention, the impurities concentrated on the surface of the sample due to the removal of the main components of the sample by etching can be analyzed without using a solvent. It is possible to reduce the influence of impurities contained and the labor required for measurement, and it is possible to quickly and easily obtain the average impurity concentration of the portion removed by etching with high detection sensitivity and high quantitativeness.

【0040】さらに、所望の膜厚あるいは時間だけエッ
チングするごとに、上記の不純物分析を行えば、深さ方
向の不純物濃度の分布を定量性よく得ることができる。
また、1回のエッチングにおける膜厚あるいは時間を制
御することにより、不純物濃度が高いところでは深さ方
向分解能を、低いところでは検出感度を優先した測定が
可能である。
Further, the impurity concentration distribution in the depth direction can be obtained with good quantitativeness by performing the above-mentioned impurity analysis every time etching is performed for a desired film thickness or time.
Further, by controlling the film thickness or the time in one etching, it is possible to perform the measurement in which the depth direction resolution is prioritized when the impurity concentration is high and the detection sensitivity is prioritized when the impurity concentration is low.

【0041】さらに、エッチングしながら上記の不純物
分析を行うことにより、深さ方向の不純物濃度の分布を
定量性良く、迅速に得ることができる。
Further, by performing the above-mentioned impurity analysis while etching, the distribution of the impurity concentration in the depth direction can be obtained quickly with good quantitativeness.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一実施例に係る不純物分析装置の一
部の概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a part of an impurity analyzer according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第一実施例に係る不純物分析装置の全
体概略図である。
FIG. 2 is an overall schematic diagram of an impurity analyzer according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第二実施例に係る不純物分析装置の一
部の概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a part of an impurity analyzer according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a エッチング室 1b 測定室 2 試料 3 試料ステージ 5 酸液 6 ヒータ 9 X線源 8 ステージ駆動機構 12 X線検出器 14 エッチング制御部 15 エッチングタイマ 16 制御部 20 信号処理部 1a Etching chamber 1b Measurement chamber 2 Sample 3 Sample stage 5 Acid solution 6 Heater 9 X-ray source 8 Stage drive mechanism 12 X-ray detector 14 Etching control unit 15 Etching timer 16 Control unit 20 Signal processing unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹中 みゆき 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Miyuki Takenaka 1 Komukai Toshiba-cho, Kouki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Research & Development Center

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料の主たる成分を選択的にエッチング
し、前記試料の不純物を該試料の表面に析出かつ濃縮さ
せる選択エッチング手段と、この選択エッチング手段に
よりエッチングを施された試料の表面に全反射の臨界角
度以下で励起光を照射して発生する蛍光X線強度を検出
する照射検出手段と、を具備することを特徴とする不純
物分析装置。
1. A selective etching means for selectively etching a main component of a sample to deposit and concentrate impurities of the sample on the surface of the sample, and a total of the surface of the sample etched by the selective etching means. An irradiation analyzer for detecting the intensity of fluorescent X-rays generated by irradiating excitation light at a critical angle of reflection or less, and an impurity analyzer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012132826A (en) * 2010-12-22 2012-07-12 Siltronic Ag Method for analyzing metal impurities of silicon wafer
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