透射式小角度散射装置的制作方法

1.本发明例如涉及能够在半导体制造工艺现场非破坏性地测定半导体器件的透射式小角度散射装置(t
‑
saxs：transmission
‑
small angle x
‑
ray scattering)。


背景技术：

2.近年来的半导体器件，为了提高性能，高密度化、多层化、电路图案的复杂化等不断发展。特别地，在三维结构的nand闪存器(3d
‑
nand)中，与容量密度的增大相伴随的多层化不断发展，其结果为，形成纵横尺寸比大的柱状物(直径：几十～几百nm，高度：几个μm)或具有沟道(深槽)的结构。
3.过去，在半导体器件的三维结构的测定中，主要可以利用光尺寸计测(ocd：optical critical dimension)装置，但是，在该装置中发生不能测定上述这样的复杂结构的状况。如果利用扫描式电子显微镜(sem：scanning electron microscope)或透射式电子显微镜(tem：transmission electron microscope)，深度方向的测定也是可能的。但是，由于利用这些电子显微镜进行的测定是破坏测定对象的测定方法，因此，不能在现场非破坏性地测定在半导体制造工艺中制造的半导体器件。
4.近年来，为了将专利文献1中公开的这种透射式的小角度散射装置用于半导体器件的结构测定，各分析设备制造商公司进行了开发，但是，现状是还没有达到实用化。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2017
‑
125848号公报


技术实现要素：

8.发明所要解决的课题
9.鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种即使是制成复杂结构的半导体器件的微细形状，也能够在制造工艺现场非破坏性地高效率地进行测定的透射式小角度散射装置。
10.解决课题的手段
11.根据本发明的透射式小角度散射装置配备有：对成为检查对象的试样进行配置的试样保持部、使试样保持部移动的试样位置定位机构、包含有旋转臂的测角器、搭载于旋转臂的x射线照射单元、以及搭载于旋转臂的二维x射线检测器。并且，其特征在于，旋转臂以铅垂方向上的配置状态作为原点，围绕从该原点在水平方向上延伸的θ轴自由旋转，x射线照射单元被搭载于旋转臂的下侧端部，二维x射线检测器搭载于旋转臂的上侧端部，从x射线照射单元射出的聚束x射线从下方对配置于试样保持部的试样进行照射，并且，二维x射线检测器在试样的上方位置对于在透过该试样的聚束x射线周围产生的散射x射线进行检测。
12.通过形成这样的竖式的配置结构，在比较狭窄面积的地面也可以进行设置。
13.这里，也可以构成为：旋转臂由多个臂构件构成，将其中的一个臂构件固定于测角
器的θ旋转轴，并且，其它臂构件相对于被固定于该θ旋转轴的臂构件滑动地重合。
14.这样，通过将各个臂构件重叠，可以缩短总长度，形成紧凑的形态。
15.另外，也可以构成为：试样保持部形成于试样保持框的内侧，该试样保持框的内侧形成x射线透射孔，以面对该x射线透射孔的状态支承试样。
16.进而，也可以构成为：在试样保持框的内周缘，从多个部位向内侧突出地设置吸附支承片，利用这些吸附支承片吸附支承试样的外周缘部的一部分。
17.通过这样构成，不与试样背面的大范围接触，就能够支承试样。
18.而且，由于除了被吸附支承片支承的一部分微小区域之外，对于试样的几乎全部区域都能够使来自于x射线照射单元的x射线透过x射线透射孔进行照射，因此，能够确保宽的可测定区域。
19.另外，可以构成为，试样定位机构包括：用于使被支承于试样保持部的试样在平面内旋转的平面内旋转机构；用于使试样保持部在前后方向上移动的y轴移动机构；用于使试样保持部在横向方向上移动的x轴移动机构；用于使试样保持部在上下方向上移动的z轴移动机构；以及用于使试样保持部摆动的摆动机构，z轴移动机构包括组合成楔形的导向构件和滑动构件，通过导向构件在一个方向上移动，将滑动构件推起，通过导向构件在相反方向上移动，使滑动构件下降。试样保持部与滑动构件一起在上下方向上移动。
20.根据该结构，由于组合成楔形的导向构件与滑动构件之间总是不会晃动地保持滑动接触状态，因此，能够正确地使试样保持部向上下方向移动，向所希望的高度位置定位。
21.另外，也可以配备有用于覆盖透射式小角度散射装置的周围的外部框体。外部框体包括框体本体、以及一个或者多个框体要素构件，框体要素构件相对于框体本体在上下方向上可自由移动，能够形成将框体要素构件与框体本体重叠的状态、以及将框体要素构件从框体本体拉长的状态。
22.通过形成将框体要素构件重叠与框体本体的状态，可以形成高度尺寸小的紧凑形态，使得外部框体的搬运作业或设置作业变得非常容易。
23.如上面说明的那样，根据本发明，由于将x射线照射单元和二维x射线检测器搭载于测角器的旋转臂，形成竖式的配置结构，因此，在比较狭窄的面积的地面也可以进行设置。其结果是，即使是形成复杂结构的半导体器件的微细形状，也能够在制造工艺的现场非破坏性且高效率地进行测定。
附图说明
24.图1a是示意地表示根据本发明的实施方式的透射式小角度散射装置的整体结构的侧面构成图。图1b是其正面结构图。
25.图2表示根据本发明的实施方式的透射式小角度散射装置的外观的立体图。
26.图3是表示从与图2不同的方向观察根据本发明的实施方式的透射式小角度散射装置的外观的立体图。
27.图4是表示构成根据本发明的实施方式的透射式小角度散射装置的测角器的旋转臂、以及搭载于该旋转臂的结构要素的外观的立体图。
28.图5是表示将图4所示的测角器的旋转臂折叠而缩短了总长度的状态的立体图。
29.图6是示意地表示在x射线照射单元与二维x射线检测器之间构成的光学系统的
图。
30.图7是表示构成根据本发明的实施方式的透射式小角度散射装置的试样台的外观的立体图。
31.图8是放大地表示支承试样的试样保持部和平面内旋转机构的俯视图。
32.图9是放大地表示支承试样的试样保持部和平面内旋转机构的立体图。
33.图10a是表示x轴移动机构、y轴移动机构、z轴移动机构的立体图。图10b是示意地表示导向构件和滑动构件的结构图。
34.图11是表示χ轴摆动机构的立体图。
35.图12是试样台的纵剖面图。
36.图13是表示用外部框体覆盖根据本发明的实施方式的透射式小角度散射装置的状态的立体图。
37.图14是表示将根据本发明的实施方式的外部框体折叠起来的状态的立体图。
38.图15a是表示用外部框体覆盖根据本发明的实施方式的透射式小角度散射装置的状态的左侧面图。图15b是其俯视图。
39.图16在表示用外部框体覆盖根据本发明的实施方式的透射式小角度散射装置的状态的纵剖面图。
40.图17是表示将根据本发明的实施方式的透射式小角度散射装置组装进来的半导体检测装置的外观的立体图。
41.图18是表示根据本发明的实施方式的透射式小角度散射装置的控制系统的框图。
42.图19是表示由根据本发明的实施方式的透射式小角度散射装置进行的测定动作的实施步骤的流程图。
43.图20a是示意地表示与用于测定半导体晶片的倾斜度的机构相关的结构例的正面结构图。图20b是示意地表示与用于测定半导体晶片的倾斜度的机构相关的其它结构例的侧面结构图。
44.附图标记说明
45.s：试样，p：测定位置，
46.10：测角器，11：旋转臂，12：第一臂构件，13：第二臂构件，14：第三臂构件，12a、13a：导轨，15：下部保持构件，16：上部保持构件，17：支承构件
47.20：x射线照射单元，21：x射线管，22：集光镜，23：小孔，24：屏蔽狭缝，25：狭缝，
48.30：二维x射线检测器，31：直射束光阑，32：真空通路
49.35：光学显微镜，36：激光倾斜度测定器，36a：激光光源，36b：激光检测器，37：移动台，
50.40：试样台，41：框体，42：试样保持部，43：空洞，50：基体框架，51：x轴移动框，52：χ轴旋转台，52a：轴承，53：y轴移动台，54：z轴移动台，55：z轴移动台，56：试样保持框，57：x射线透射孔，58：吸附支承片，59：真空喷嘴，60：旋转导向部，61：旋转支承部，62：支承辊，63：从动侧带轮，64：平面内旋转用驱动马达，65:驱动侧带轮，66：驱动皮带，67：x轴驱动用马达，68：滚珠丝杠，69：丝杠轴，70：螺母构件，71：导轨，72：滑动器，73：轴承，74：摆动支轴，75：y轴驱动用马达，76：滚珠丝杠，77：丝杠轴，78：轴承，79：螺母构件，80：z轴驱动用马达，81：导向构件，82：滑动构件，83：导轨，84：滑动器，85：χ轴驱动用马达，86：驱动力传动带，
87：蜗杆，88：蜗轮，89：驱动侧带轮，90：从动侧带轮，91：导轨，92：滑动器，93：导轨，94：滑动器，95：滚珠丝杠，96：螺母构件，
51.100：中央处理装置，101：x射线照射控制器，102：图像识别电路，103：聚焦控制器，104：定位控制器，105：测角器控制器，106：存储部，107：检测控制电路，110：试样定位机构，
52.200：外部框体，201：框体本体，202、203:框体要素构件，210、211：导轨，220：遮蔽板，
53.300：风扇过滤器，310：基板搬运装置(efem)。320：电气装配部
具体实施方式
54.下面，参照附图详细地说明本发明的实施方式。
55.〔概要〕
56.首先，说明根据本发明的实施方式的透射式小角度散射装置的概要。
57.在将x射线束照射于试样时，在x射线束前进方向的附近的小角度区域(小角区域)，x射线散射。将该散射称作小角度散射，通过对其进行测定，可以知道与物质相关的粒径或周期结构等。进而，近年来，进行了利用这种小角度散射测定对形成半导体器件的薄膜获得各种信息用的分析方法的开发。
58.用于测定这种小角度散射的装置为小角度散射装置。
59.在小角度散射装置中已有：将x射线照射于试样的表面，检测从试样表面反射的散射x射线的反射型的小角度散射装置；以及将x射线照射于试样的背面，检测从表面发出的散射x射线的透射式的小角度散射装置。
60.本发明是透射式小角度散射装置。该透射式小角度散射装置具有这样的基本结构：将x射线源和二维x射线检测器隔着试样相对地配置，将来自于x射线源的x射线照射于试样的背面，由二维x射线检测器检测从试样的表面以特定角度放射出来的散射x射线。
61.由于过去一般的小角度散射装置形成为将x射线源和二维x射线检测器水平配置的横式的结构，因此，需要大的设置面积。
62.与此相对，根据本实施方式的透射式小角度散射装置，为了在建造有半导体生产线的无尘室内的有限面积的地面上也能够进行设置，形成为将x射线源和二维x射线检测器在上下方向上配置的竖式的结构。
63.〔整体结构〕
64.图1a是示意地表示根据本发明的实施方式的透射式小角度散射装置的整体结构的侧面结构图，图1b是其正面结构图。另外，图2及图3是分别从不同方向观察透射式小角度散射装置的外观的立体图。
65.根据本实施方式的透射式小角度散射装置配备有测角器10。测角器10具有围绕在水平方向上延伸的θ轴旋转驱动旋转臂11的功能。在旋转臂11的两端部搭载有x射线照射单元20和二维x射线检测器30。这里，旋转臂11以铅垂方向的配置状态作为原点。并且，x射线照射单元20搭载于下侧端部，二维x射线检测器30搭载于上侧端部。通过形成这样的竖式的配置结构，即使在比较狭窄面积的地面，也能够进行设置。
66.x射线照射单元20和二维x射线检测器30隔着试样台40彼此相对配置，x射线照射单元20从下方对被支承于试样台40的试样保持部42的试样s照射x射线。并且，由二维x射线
检测器30检测在从试样s透过的x射线周围在微小角度区域中产生的散射x射线。
67.这里，在试样台40，如图1a及图1b所示，形成有使从x射线照射单元20射出的x射线透过的空洞43，x射线通过该空洞43照射于试样s的背面。
68.测角器10的旋转臂11搭载有圆筒状的真空通路32。该真空通路32具有不会发生透过试样s的x射线与空气碰撞时产生的空气散射而使得小角度散射的测定精度提高的功能。
69.试样台40具有随着由后面将要描述的试样定位机构进行的驱动，使试样保持部42分别在与水平面平行的前后方向(y对向)和横向方向(x方向)、以及与水平面垂直的上下方向(z)方向上移动，将试样s的被检测点向透射式小角度散射装置的测定位置p定位的结构。
70.另外，试样定位机构具有使被支承于试样保持部42的试样s在平面内旋转(φ旋转)的功能。进而，试样定位机构具有使被支承于试样保持部42的试样s绕χ轴摆动(χ摆动)的功能。该χ轴在水平面内相对于测角器10的θ轴呈直角地相交。该θ轴和χ轴的交点被定位成与透射式小角度散射装置的测定位置p相一致。
71.如图2及图3所示，试样台40被支承于框体41。框体41和测角器10的旋转臂11以互不干扰的方式调整相互的位置关系。
72.另外，根据本实施方式的透射式小角度散射装置配备有对试样s的表面进行识别的光学显微镜35。光学显微镜35设置于与由试样定位机构驱动的各个部分、被测角器10旋转的x射线照射单元20以及二维x射线检测器30等周围的各个结构部不会相互干扰的位置。
73.试样s可以被试样定位机构向光学显微镜35的下方位置移动。
74.〔测角器的旋转臂、以及搭载于该旋转臂的机构要素〕
75.接着，主要参照图4及图5说明测角器的旋转臂、以及搭载于该旋转臂的各个结构要素的详细结构。
76.图4是表示构成根据本实施方式的透射式小角度散射装置的测角器的旋转臂、以及搭载于该旋转臂的结构要素的外观的立体图。图5是表示将图4所示的测角器的旋转臂折叠起来缩短了总长度的状态的立体图。
77.测角器10的旋转臂11由多个臂构件构成。图4及图5所示的本实施方式的旋转臂11由第一臂构件12、第二臂构件13、第三臂构件14构成，第一臂构件12被固定于测角器的θ旋转轴(图1a的θ轴)。
78.第二臂构件13相对于第一臂构件12在长度方向上滑动，并且，第三臂构件14相对于第二臂构件13在长度方向上滑动，如图5所示，各个臂构件12、13、14形成相互重合并折叠的结构。
79.这样，通过将各个臂构件12、13、14折叠起来，可以缩短总长度，形成紧凑的形态。
80.通过将旋转臂11形成图5所示的紧凑的形态，搬运作业或在现场的装配作业变得非常容易，能够实现作业所需的作业时间的缩短和劳动力的减轻。
81.具体地，在第一臂构件12的表面，沿着长度方向设置有导轨12a，第二臂构件13沿着该导轨12a自由滑动。同样地，在第二臂构件13的表面，也沿着长度方向设置有导轨13a，第三臂构件14沿着该导轨13a自由滑动。
82.在旋转臂11上组装有锁定机构(图中未示出)，所述锁定机构在如图4所示将各个臂构件12、13、14展开而将总长度拉长的状态、以及如图5所示将各个臂构件12、13、14折叠而缩短了总长度的状态下，分别保持该状态。
83.在第一臂构件12的下端部，设置有用于搭载x射线照射单元20的下部保持构件15。x射线照射单元20被固定于该下部保持构件15。在下部保持构件15上组装有滑动机构(图中未示出)，所述滑动机构用于在长度方向上移动调整x射线照射单元20的固定位置。
84.另外，在第三臂构件14的上端部，设置有用于搭载二维x射线检测器30的上部保持构件16。二维x射线检测器30被固定于该上部保持构件16。在上部保持构件16上也组装有滑动机构(图中未示出)，所述滑动机构用于在长度方向上移动调整二维x射线检测器30的固定位置。
85.当在现场进行装配时，通过移动调整x射线照射单元20和二维x射线检测器30，可以实现符合预先设定的规格的装置的装配。
86.另外，在上部保持构件16上，在二维x射线检测器30的近前侧设置有直射束光阑31。该直射束光阑31具有遮蔽从x射线照射单元20透过试样s直射而来的x射线而不使其入射到二维x射线检测器30的功能。
87.如已经描述的那样，真空通路32也搭载于旋转臂11。在各个臂构件12、13、14，设置有用于支承该真空通路32的支承构件17。该真空通路32被支承于这些支承构件17，配置在透过试样s而来的x射线和在其周围产生的散射x射线的光路上。真空通路32的上端面被定位于二维x射线检测器30的附近。
88.这样，透过试样s而来的散射x射线呈放射状扩展并到达二维x射线检测器30。因此，真空通路32形成为与试样s相对的下端面的直径小、随着趋向上端面而使直径阶梯式地增大的结构。
89.该真空通路32形成为内部被密闭的真空状态，两个端面由x射线吸收率小的碳、碳化硼、聚酰亚胺(kapton)等材料形成。由此，能够使透过试样s而来的x射线以及散射x射线透过，并且，防止发生空气散射。
90.〔包括x射线照射单元的光学系统、以及二维x射线检测器〕
91.图6是示意地表示在x射线照射单元与二维x射线检测器之间构成的光学系统的图。
92.x射线照射单元20在结构要素中包含有x射线管21、集光镜22和小孔23。另外，在试样s的近前侧配置有屏蔽狭缝24。
93.作为x射线管21，采用在靶上的电子射线焦点尺寸小于等于70μm、优选小于等于40μm的x射线管球。作为靶材料，可以选择铜(cu)、钼(mo)、银(ag)、金(au)等，但是，在透射式的情况下，由于需要能够透过作为基板的si晶片的能量高的x射线，因此，希望采用能够达到这一要求的钼(mo)或银(ag)。
94.对于集光镜22，可以采用将表面形成有多层膜的两个多层膜镜配置成l字形并一体化的并列方式的集光镜22。另外，除此之外，也可以采用将两个多层膜镜独立地配置的柯克帕特里克
·
贝兹(kirkpatrick
·
baez)方式的集光镜。
95.集光镜22被调整成使焦点对准二维x射线检测器30的检测面，具有在焦点处将x射线集光成纵轴小于等于100μm、优选小于等于50μm的矩形点的功能。
96.小孔23具有遮蔽从x射线管21射出的x射线没有入射到集光镜22而直接脱离到外侧的漏光的功能。从x射线管21射出的x射线由小孔23对漏光进行遮蔽，接着被集光镜22单色化并被汇聚。
97.屏蔽狭缝24是用锗的单晶体制作的单晶针孔狭缝，被支承于设置在旋转臂11上的狭缝支承构件(图中未示出)，并且被配置在试样s的近前侧。
98.通常的狭缝具有当x射线照射时会发生寄生散射而使背景变大的缺点。对此，用锗的单晶体形成的屏蔽狭缝24可以降低寄生散射，可以抑制背景。
99.另外，也可以在集光镜22与屏蔽狭缝24之间还配置有用于将x射线的截面面积缩小的狭缝25。
100.从x射线管21射出的x射线由小孔23对漏光进行遮蔽，入射到集光镜22。并且，被集光镜22单色化并且汇聚了的x射线被屏蔽狭缝24缩小截面面积，照射到位于试样s上的微小面积的被检查点。
101.接着，透过试样s的x射线以及在其周围的小角度区域中产生的散射x射线，通过图4所示的真空通路32向二维x射线检测器30行进。其中，从x射线照射单元20透过试样s直射而来的x射线，被设置于二维x射线检测器30的近前侧的直射束光阑屏蔽31屏蔽。由此，只有在x射线的小角度区域中产生的散射x射线入射到二维x射线检测器30。
102.这里，从x射线管21的焦点到试样s的距离l1会影响照射于试样s的x射线的集光面积。即，距离l1越长，照射于试样s的x射线的集光面积变得越小。另外，在透射式小角度散射装置中，将从试样s到二维x射线检测器30的距离l2称作照相机长度，该照相机长度l2对于二维x射线检测器30的角度分辨率产生影响。即，照相机长度l2越长，则角度分辨率越提高。
103.但是，在如本实施方式那样呈竖式配置的透射式小角度散射装置中，对于确保距离l1或照相机长度l2，也是有限度的。因此，优选地，通过综合地考察装配本装置的现场的环境、在试样s上的x射线的集光面积、以及角度分辨率来适当地确定这些尺寸。
104.如已经描述的那样，由于旋转臂11构成为使得第二臂构件13相对于第一臂构件12在长度方向上滑动，并且，第三臂构件14相对于第二臂构件13在长度方向上滑动，因此，通过适当地调整这些滑动的各个臂构件13、14的滑动位置，可以任意地设定照相机长度l2。
105.另外，也可以在旋转臂11上设置用于使x射线照射单元20向x射线的光轴方向移动，任意地改变距离l1的位置调整机构。进而，也可以形成在旋转臂11上搭载有使二维x射线检测器30向x射线的光轴方向移动，任意地改变照相机长度l2的位置调整机构。
106.〔试样台〕
107.接着，主要参照图7～图12说明试样台的详细结构。
108.图7是表示根据构成本实施方式的透射式小角度散射装置的试样台的外观的立体图。图8是放大地表示支承试样的试样保持部的俯视图，图9～图11是为了说明试样定位机构而关注试样台的各个不同部位时看到的立体图，图12是试样台的纵剖面图。
109.如已经描述过的那样，试样台40配备有支承试样s的试样保持部42、以及驱动该试样保持部42的试样定位机构。
110.试样定位机构包括：用于使被支承于试样保持部42的试样s在平面内旋转(φ旋转)的平面内旋转机构；用于使试样保持部42在与被支承于试样保持部42的试样s的表面平行的前后方向(y轴方向)上移动的y轴移动机构；用于使试样保持部42在与支承于试样保护部42的试样s的表面平行的横向方向(x轴方向)上移动的x轴移动机构；用于使试样保持部42在与支承于试样保持部42的试样s的表面垂直的上下方向(z轴方向)上移动的z轴移动机构；以及用于使试样保持部42绕χ轴摆动的χ轴摆动机构。
111.这里，试样台40如图7所示形成这样的结构：x轴移动框架51被搭载于基体框架50上，χ轴旋转台52被搭载于该x轴移动框架51上，另外，y轴移动台53被搭载于χ轴旋转台52上，进而，z轴驱动台54和z轴移动台55被搭载于y轴移动台53上，并且，形成试样保持部42的试样保持框架56被搭载于z轴移动台55上。
112.如图8所示，试样保持部42被形成于制成圆形的试样保持框架56的内侧。该试样保持框架56的内侧成为x射线透射孔57，以面对该x射线透射孔57的状态支承试样s。在试样保持框架56的内周缘，从多个部位(在图中为4个部位)向内侧突出地设置吸附支承片58。
113.试样s的外周缘部的一部分被配置于这些吸附支承片58的上表面，被真空吸附于这些吸附支承片58的上表面。另外，真空喷嘴59在各个吸附支承片58的上表面开口，真空喷嘴59被图中未示出的真空吸引装置真空吸引。
114.形成于试样保持框架56的内侧的x射线透射孔57与图1a及图1b所示的试样台40的空洞43连通(参照图12)。从x射线照射单元20射出的x射线从空洞43穿过x射线透射孔57照射于被支承在吸附支承片58上的试样s的背面。
115.过去的x射线检测装置，一般地，用聚酰亚胺等x射线吸收率低的材料形成试样保持部42，将整个试样s的背面贴紧配置于该试样保持部42的上表面。但是，例如，在形成于半导体晶片的半导体器件为检查对象的情况下，存在着半导体晶片的背面与由聚酰亚胺等材料形成的试样保持部42接触而被污染的风险。
116.根据本实施方式的试样保持部42，由于试样s的背面只有外周缘部的有限的一部分与吸附支承片58接触，因此，可以不与形成有电路图案的半导体晶片的中央部分接触地支承试样s。
117.而且，可以使来自于x射线照射单元20的x射线通过空洞43以及x射线透射孔57对除了被吸附支承片58支承的一部分微小区域之外的试样s的几乎全部区域进行照射，因此，能够确保宽的可测定区域。另外，对于由吸附支承片58支承的一部分微小区域，可以通过利用试样s搬运机器人改变吸附位置来照射x射线。
118.接着，主要参照图8及图9，对于平面内旋转机构详细地进行说明。
119.构成试样保持部42的试样保持框架56在圆形的外周缘部形成有旋转导向部60，该旋转导向部60由设置在z轴移动台55的上表面的多个部位(在图中为4个部位)的旋转支承部61可在平面内自由旋转地支承。各个旋转支承部61被上下一对支承辊62从上下方向支承旋转导向部60。
120.在试样保持框架56形成有从动侧带轮63。另外，在z轴移动台55设置有平面内旋转用驱动马达64，驱动带66被卷绕于设置在该平面内旋转用驱动马达64的驱动轴上的驱动侧带轮65与试样保持框架56的从动侧带轮63之间。
121.利用这些旋转导向部60、旋转支承部61、平面内旋转用驱动马达64、驱动侧带轮65、从动侧带轮63以及驱动带66各个结构要素，构成平面内旋转机构。即，来自于平面内旋转用驱动马达64的旋转驱动力经由驱动带66被传递给试样保持框架56。被支承于旋转支承部61的试样保持框架56借助于该旋转驱动力在平面内旋转。
122.接着，主要参照图10a，详细地说明x轴移动机构、y轴移动机构、z轴移动机构。
123.x轴移框架51经由x轴移动机构被搭载于基体框架50上。
124.x轴移动机构包括x轴驱动用马达67、滚珠丝杠68、导轨71和滑动器72。
125.在基体框架50，设置有x轴驱动用马达67、滚珠丝杠68的丝杠轴69、以及导轨71。
126.导轨71在x轴方向上延伸，滑动器72沿着该导轨71自由移动。导轨71分别设置于基体框架50的两端部，被组合到各个导轨71上的滑动器72可自由移动地支承x轴移动框架51。
127.滚珠丝杠68的丝杠轴69由设置于基体框架50的轴承73可自由旋转地支承，在x轴方向上延伸。该丝杠轴69被连接于x轴驱动用马达67的旋转驱动轴，由同一马达67的旋转驱动力进行旋转驱动。
128.螺母构件70被啮合于丝杠轴69，伴随着丝杠轴69的旋转，螺母构件70在x轴方向上移动。螺母构件70被固定于x轴移动框架51，x轴移动框架51与螺母构件70成一体地在x轴方向上移动。
129.在该x轴移动框架51中，如图10a及图7所示，一对轴承52a设置于两端部，经由被这些轴承52a可自由摆动地支承的摆动支轴74，可自由摆动地搭载着χ轴旋转台52。并且，y轴移动台53经由y轴移动机构被搭载于该χ轴旋转台52上。
130.y轴移动机构包括y轴驱动用马达75、滚珠丝杠76、图12所示的导轨91以及滑动器92。导轨91设置于χ轴旋转台52的两端部，在y轴方向上延伸。滑动器92可自由移动组合于各个导轨91，由这些导轨92支承y轴移动台53。
131.在χ轴旋转台52的侧壁，设置有y轴驱动用马达75和滚珠丝杠76的丝杠轴77。滚珠丝杠76的丝杠轴77由设置于χ轴旋转台52的侧壁的轴承78可自由旋转地支承，在y轴方向上延伸。该丝杠轴77被连接于y轴驱动用马达75的旋转驱动轴，由同一马达75的旋转驱动力旋转驱动。
132.螺母构件79啮合于丝杠轴77，伴随着丝杠轴77的旋转，螺母构件79在y轴方向上移动。螺母构件79被固定于y轴移动台53，y轴移动台53与螺母构件79成一体地在y轴方向上移动。
133.进而，z轴驱动台54被搭载于y轴移动台53上。
134.在y轴移动台53上，设置有在y轴方向上延伸的导轨93，滑动器94被组合于该导轨93(参照图12)。z轴移动台54被支承于滑动器94，搭载在y轴移动台53上。
135.进而，在y轴移动台53上，设置有图12所示的滚珠丝杠95、以及图10a所示的z轴驱动用马达80，滚珠丝杠95的丝杠轴被连接于该马达80的旋转驱动轴。该丝杠轴由图中未示出的轴承在y轴移动台53上被可自由旋转地支承。
136.并且，图12所示的螺母构件96被啮合于该丝杠轴，伴随着该丝杠轴的旋转，螺母构件96在y轴方向上移动。螺母构件96被固定于z轴驱动台54，z轴驱动台54与该螺母构件96成一体地在y轴方向上移动。
137.z轴移动台55经由图10b所示的被组合成楔形的导向构件81和滑动构件82被支承于z轴驱动台54上。
138.导向构件81分别被设置于z轴驱动台54的两端部。组合于这些各导向构件81的滑动构件82被固定于z轴移动台55的底面。
139.另外，在y轴移动台53的两端部，设置有在z轴方向上延伸的导轨83，与该导轨83组合的滑动器84被固定于z轴移动台55。由此，z轴移动台55沿着导轨83与滑动器84成一体地在z轴方向上自由移动。
140.并且，当z轴驱动台54受到z轴驱动用马达80的旋转驱动力而向y轴的一个方向移
动时，导向构件81也向相同方向成一体地移动。伴随着该移动，将楔形的组合起来的滑动构件82向z轴方向推起。另外，当z轴驱动台54向相反方向移动时，导向构件81也向相同方向成一体地移动，组合成楔形的滑动构件82下降。由此，z轴移动台55沿着导轨83在上下方向上移动。
141.由于组合成楔形的导向构件81与滑动构件82之间总是没有晃动地保持滑动接触状态，因此，可以使试样保持部42正确地向上下方向移动，向所希望的高度位置定位。
142.接着，主要参照图11，详细地对于χ轴摆动机构进行说明。
143.χ轴摆动机构被组装于x轴移动框架51和χ轴旋转台52之间。即，χ轴摆动机构包括χ轴驱动用马达85、驱动力传动带86、蜗杆87以及蜗轮88。
144.扇形的蜗轮88被设置在设于x轴移动框架51的一端部的轴承52a的下方位置，其节圆被定位在被轴承52a支承的摆动支轴74的同一轴上。
145.χ轴驱动用马达85和蜗杆87被设置于χ轴旋转台52的侧壁外表面。并且，在设于χ轴驱动用马达85的旋转驱动轴上的驱动侧带轮89与设于蜗杆87的旋转轴上的从动侧带轮90之间，卷绕有驱动力传动带86。由此，来自于χ轴驱动用马达85的旋转驱动力经由驱动力传动带86被传递给蜗杆87。借助于该旋转驱动力，蜗杆87旋转并沿着蜗轮88的节圆转动，χ轴旋转台52与蜗杆87成一体地以摆动支轴74为中心旋转。摆动支轴74的中心轴以与图1b所示的χ轴相一致的方式被定位。
146.通过上述χ轴摆动机构或测角器10的旋转臂11的驱动，入射x射线相对于被支承于试样保持部42的试样s的光轴角度可以任意地改变。
147.本实施方式的试样台40，如图12所示，形成为使空洞43的截面面积从与试样保持框架56的x射线透射孔57连通的上端开口部43a起向引入入射x射线的下端开口部43b扩大的结构。由此，入射x射线能够不被存在于空洞43周围的构件遮挡地进行倾斜的角度范围(即，可以使入射x射线相对于试样s的光轴倾斜的角度范围)扩大，能灵活地应对各种测定条件。
148.例如，在图12所示的尺寸例子中，对于半径150mm的半导体晶片(试样s)，形成对于从铅垂方向入射的x射线的光轴可以使之倾斜至角度20
°
的结构。
149.〔外部框体的结构〕
150.图13是表示根据本实施方式的用外部框体覆盖透射式小角度散射装置的状态的立体图。图15a是其左侧面图，图15b是其俯视图，图16是其纵剖面图。图14是表示将外部框体折叠的状态的立体图。
151.一般的，使用x射线的透射式小角度散射装置，为了对x射线进行防护，在利用外部框体将周围覆盖起来的状态下进行装配。
152.根据本实施方式的透射式小角度散射装置1，为了对于被支承于试样保持部42的试样s在铅垂方向上照射x射线，形成在纵向方向上长的结构(参照图1a～图3)。因此，如图13所示，外部框体200也形成在纵向方向上长的结构。
153.这里，在本实施方式中，由框体本体201和多个框体要素构件202、203构成该外部框体200，形成各个框体要素构件202、203相对于框体本体201在上下方向上可自由移动的结构。
154.具体地，如图15a及图15b所示，中段的框体要素构件202相对于框体本体201沿着
导轨210在上下方向上可自由移动，进而，上段的框体要素构件203相对于框体要素构件202沿着导轨211在上下方向上可自由移动。
155.并且，将来自于图中未示出的驱动马达的驱动力经由图中未示出的驱动机构传递给各个框体要素构件202、203，在上下方向上驱动这些各框体要素构件202、203。
156.在搬运或者现场设置外部框体200时，如图14所示，使各个框体要素构件202、203一起向下方位置移动，形成重叠于框体本体201的内侧的状态。这样，通过形成高度尺寸小的紧凑形态，外部框体200的搬运作业或设置作业变得非常容易，可以实现该作业所需的作业时间的缩短和劳动力的减轻。
157.由于外部框体200属于重物，因此，在将各个框体要素构件202、203相对于框体本体201分解的结构中，分解、组装作业变得复杂，但是，如上所述，通过形成利用驱动马达产生的驱动力将框体要素构件202、203向上下方向驱动的结构，不需要在现场的分解、组装作业，现场的设置作业或拆卸作业更加容易。
158.另外，在图13～图15a中，为了观察外部框体200的内部，省略地表示覆盖透射式小角度散射装置的壁面的一部分或者全部。另外，在外部框体200的正面，如后面将要描述的那样，一并设置基板搬运装置310，但是，在该一并设置的部位，不设置壁面，与外部框体200的内部连通。
159.另外，如图16所示，外部框体200的内部空间被水平配置于试样台400的上方位置的遮蔽板220上下隔开。并且，从一并设置在外部框体200外侧的风扇过滤器单元300向被遮蔽板220隔开的下侧的空间(即，设置有试样台40的下部空间)供应被高精度地除尘了的空气。由此，该下部空间变成尘埃极少的净化空间，可以防止尘埃附着到被支承于试样保持部42的半导体晶片(试样s)。
160.遮蔽板220遮挡空气从风扇过滤器单元300向上方的流动，实现对于半导体晶片及其周边的空气的高效率并且经济的供应。
161.〔作为半导体检查装置的整体结构〕
162.图17是表示组装了根据本实施方式的透射式小角度散射装置的半导体检查装置的外观的立体图。
163.如该图所示，在覆盖透射式小角度散射装置的周围的外部框体200的外侧，除了上述的风扇过滤器单元300之外，还一并设置有基板搬运装置(efem)310、电气装配部320，构造成半导体检查装置。
164.基板搬运装置310具有如下功能：将成为测定对象的半导体晶片(试样s)向试样保持部42自动搬运，并且，将测定完毕的半导体晶片从试样保持部42自动地运出。另外，半导体晶片在被容纳于密闭型盒(foup)内的状态下被自动搬运。
165.另外，在电气装配部320，设置有用于向透射式小角度散射装置供应电力的电源、用于控制该装置的计算机。
166.进而，半导体检查装置配备有图中未示出的多用途供应用的设备。
167.借助这些结构，组装了根据本实施方式的透射式小角度散射装置的半导体检查装置自动搬运半导体晶片，在半导体制造工艺过程中实现了在线自动测定的实施。
168.〔控制系统〕
169.图18是表示根据本实施方式的透射式小角度散射装置的控制系统的框图。
170.x射线照射单元20的控制由x射线照射控制器101实施。
171.另外，光学显微镜35捕捉的试样s的图像由图像识别电路102进行图像识别。这些光学显微镜35和图像识别电路102构成对配置于试样保持部42的试样s的图像进行观察的图像观察机构。另外，光学显微镜35的焦点位置由聚焦控制器103来进行调整。
172.定位控制器104对试样定位机构110进行驱动控制。特别是，当将试样s的被检查点向装置的测定位置p配置时，定位控制器104基于被光学显微镜35捕捉且由图像识别电路102识别的试样s的图像对试样定位机构110进行驱动控制。
173.测角器10由测角器控制器105进行驱动控制。
174.x射线照射控制器101、图像识别电路102、聚焦控制器103、定位控制器104、测角器控制器105的各个结构部基于从中央处理装置100送来的设定信息分别进行动作。这里，设定信息作为方案被预先存储在存储部106中，由中央处理装置100读取并向上述各个结构部输出。
175.二维x射线检测器30由检测控制电路107进行控制。
176.〔测定动作的实施步骤〕
177.图19是表示根据由上述结构的本实施方式的透射式小角度散射装置进行的测定动作的实施步骤的流程图。
178.这里，对于将形成半导体器件的电路图案的半导体晶片作为试样s的情况下的测定动作进行说明。
179.在存储部106中，预先存储有用于实施小角度散射测定的软件，中央处理装置100(cpu)根据该软件实施以下的处理步骤。
180.在将成为检查对象的试样s的半导体晶片吸附支承于试样保持部42之后，首先，定位控制器104对试样定位机构110进行驱动控制，将半导体晶片配置在光学显微镜35的下方位置(步骤s1)。
181.接着，利用光学显微镜35观察半导体晶片的表面，基于来自于光学显微镜35的图像数据，图像识别电路102识别形成在半导体晶片的表面上的特征点(步骤s2)。
182.这里，在存储部106中作为方案预先存储有形成在半导体晶片的表面上的特征点。作为特征点，设定图像识别电路102利用来自于光学显微镜35的图像信息在判断中能够不会迷惑地进行识别的部位，例如，形成于半导体晶片的表面的特征性的图案形状等。
183.接着，以图像识别电路102识别的特征点作为基准，基于预先设定的被检查点的位置信息，定位控制器104对试样定位机构110进行驱动控制，将被检查点配置于装置的测定位置p(步骤s3)。
184.接着，实施小角度测定(步骤s4)，中央处理装置100对测定数据进行解析(步骤s5)。
185.这里，例如，在实施形成于半导体晶片的表面的深孔的倾角的解析等形状解析测定的情况下，驱动测角器10的旋转臂11，或者，利用χ轴摆动机构摆动半导体晶片，改变x射线相对于半导体晶片的光轴角度，由此，可以实施深孔的倾角等的形状解析。
186.上述s3～s5各个步骤，对于设定于半导体晶片的全部被检查点实施(步骤s6)，对于全部被检查点实施小角度散射测定之后，结束测定动作。
187.〔半导体器件的测定例、以及半导体晶片的倾斜度测定机构〕
188.半导体器件通常形成于半导体晶片上，成为测定对象的散射体在与半导体晶片的主面平行的方向上周期性地排列。
189.作为测定对象，可以列举出构成半导体器件的微细孔或柱状物。
190.作为半导体器件，微细化、高集成化日新月异地发展，当孔或柱的直径为几十nm，深度(高度)为几个μm时，存在着极其微细并且高纵深的情况。对于这样的结构，通过利用根据本实施方式的透射式小角度散射装置，可以确定这些孔或柱的正确的三维形状。
191.这里，在进行小角度散射测定之前，测定半导体晶片的表面的倾斜度，优选地，调整成使得半导体晶片的表面相对于入射x射线的光轴垂直。
192.图20a是示意地表示与用于测定半导体晶片的倾斜度的机构有关的结构例的正面结构图。
193.如图20a所示，在测角器10的旋转臂11上，与二维x射线检测器30一起一并设置有激光倾斜度测定器36。这些二维x射线测定器30与激光倾斜度测定器36被搭载于在横向方向上移动的移动台37。
194.并且，借助图中未示出的驱动马达的驱动力，移动台37在横向方向上移动，可以将二维x射线测定器30和激光倾斜度测定器36中的任一方切换配置于与从x射线照射单元20射出的x射线的光轴o相对的位置。
195.激光倾斜度测定器96包括激光光源36a和激光检测器36b，具有以下的功能：来自于激光光源36a的激光照射于被支承在试样保持器42的半导体晶片(试样s)的表面，利用激光检测器36b检测从该表面反射出来的激光，由此，可以测定半导体晶片的表面相对于光轴o的倾斜度。
196.基于利用该激光倾斜度测定器36测定的半导体晶片的表面相对于光轴o的倾斜度，对试样台40的χ轴摆动机构或平面内旋转机构进行驱动，调整成使得半导体晶片的表面相对于入射x射线的光轴o垂直。
197.如果这样调整半导体晶片的表面的倾斜度，则能够将调整后的方位作为原点(χ＝0
°
、θ＝0
°
)，驱动χ轴摆动机构或测角器10的旋转臂11，任意地改变x射线相对于半导体晶片的光轴角度。
198.通过半导体晶片的表面倾斜度调整，能够测定形成于半导体晶片的孔或柱相对于半导体晶片的表面的位置关系(倾斜度)，可以获得有关器件形状的有益的信息。
199.之后，根据图19的流程图，实施小角度散射测定。
200.图20b是示意地表示有关用于测定半导体晶片的倾斜度的机构的其它的结构例的侧面结构图。
201.在图20b所示的结构中，将激光倾斜度测定器36与光学显微镜35并列地设置。为了测定半导体晶片表面的倾斜度，对试样台40的y轴移动机构或x轴移动机构进行驱动，将支承于试样保持部42的半导体晶片(试样s)移动至激光倾斜度测定器36的下方位置。
202.激光倾斜度测定器36具有如下功能：将来自于激光光源36a的激光照射于半导体晶片的表面，由激光检测器36b检测从该表面反射出来的激光，由此，可以测定半导体晶片的表面的倾斜度。
203.这里，激光倾斜度测定器36，例如，如果将激光光源36a以及激光检测器36b的位置调整成能够预先测定以水平面为基准的倾斜度，则可以测定半导体晶片表面相对于水平面
或者铅垂轴的倾斜度。
204.另外，不言而喻，本发明并不限于上述实施的方式，不言而喻，可以根据需要进行各种变形实施或应用实施。
205.例如，旋转臂并不限定于图4所示的由三个臂构件12、13、14构成的结构，也可以由两个或者4个以上的臂构件构成。
206.另外，外部框体并不限于如图13～图16所示使两个框体要素构件202、203相对于框体本体201可自由移动的结构，也可以是一个或者3个以上的框体要素构件相对于框体本体可自由移动的结构。进而，这些框体要素构件的移动，除了借助来自于驱动马达的驱动力之外，根据需要，也可以为手动地使之移动的结构。