DE112020001594T5 - Transmissive Kleinwinkelstreuungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Goniometer (10), das einen Rotationsarm (11) umfasst. Der Rotationsarm (11) ist um eine 9-Achse, die sich in einer horizontalen Richtung von einem Ursprung erstreckt, frei drehbar, wobei ein vertikaler Anordnungszustand des Rotationsarms (11) als der Ursprung definiert ist, und weist eine vertikale Anordnungsstruktur auf, in der eine Röntgenbestrahlungseinheit (20) an einem unteren Endabschnitt des Rotationsarms (11) installiert ist, und ein zweidimensionaler Röntgendetektor (30) ist an einem oberseitigen Endabschnitt des Rotationsarms (11) installiert, um eine vertikale Anordnungsstruktur zu bilden.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich zum Beispiel auf eine Transmissionstyp-Kleinwinkel-Röntgenstreuungs (transmission type small-angle X-ray scattering; T-SAXS)-Vorrichtung, die in der Lage ist, eine Halbleitervorrichtung an einem Halbleiterherstellungsprozessort zerstörungsfrei zu messen.
• Stand der Technik
• Hochverdichtung, Multilayering und Komplizierung von Schaltkreisstrukturen sind bei den jüngsten Halbleitervorrichtungen vorangeschritten, um die Leistung von Halbleitervorrichtungen zu verbessern. Insbesondere bei NAND-Flash-Speichern, die dreidimensionale Strukturen (3D-NAND) aufweisen, schreitet das Multilayering mit zunehmender Kapazitätsdichte voran, und, als ein Ergebnis, haben derartige Strukturen Säulen, die große Aspektverhältnisse (Durchmesser: mehrere zehn bis mehrere hundert nm, Höhe: mehrere µm) oder Gräben (tiefe Rillen) aufweisen.
• Konventionell wurde hauptsächlich eine optische kritische Dimensions (optical critical dimension; OCD)-Vorrichtung zum Messen der dreidimensionalen Struktur einer Halbleitervorrichtung verwendet, aber es ist eine Situation eingetreten, in der die oben erwähnte komplizierte Struktur nicht mit der Vorrichtung gemessen werden kann. Wenn ein Rasterelektronenmikroskop (scanning electron microscope; SEM) oder ein Transmissions-Elektronenmikroskop (transmission electron microscope; TEM) verwendet wird, wäre es möglich, eine Messung in der Tiefenrichtung durchzuführen. Da jedoch die Messung mit diesen Elektronenmikroskopen auf einem Messverfahren zum Durchführen der Messung durch Zerstören eines Messobjekts basiert, kann eine Halbleitervorrichtung, die im Halbleiterherstellungsprozess hergestellt wurde, nicht zerstörungsfrei vor Ort gemessen werden.
• In den letzten Jahren haben Hersteller von Analyseinstrumenten Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtungen entwickelt, wie sie in der Patentliteratur 1 zu dem Zweck offenbart sind, dass sie für eine Strukturmessung von Halbleitervorrichtungen angewendet werden, aber diese Vorrichtungen wurden unter den derzeitigen Umständen noch nicht in die praktische Verwendung umgesetzt.
• Druckschriftenliste
• Patentliteratur
• Patentliteratur 1: Japanische Patent-Offenlegung Nr. 2017-125848
• Zusammenfassung der Erfindung
• Technisches Problem
• Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben genannten Umstände gemacht und hat als Ziel, eine Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung bereitzustellen, die zerstörungsfrei und effizient sogar eine feine Form einer Halbleitervorrichtung, die eine komplizierte Struktur aufweist, an einem Herstellungsprozessort messen kann.
• Lösung des Problems
• Eine Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Probenhalter, in dem eine Probe als Inspektionstarget platziert ist; einen Probenpositionierungsmechanismus zum Bewegen des Probenhalters; ein Goniometer, das einen Rotationsarm umfasst; eine Röntgenbestrahlungseinheit, die auf dem Rotationsarm installiert ist; und einen zweidimensionalen Röntgendetektor, der auf dem Rotationsarm installiert ist. Der Rotationsarm ist frei um eine θ-Achse drehbar, die sich in horizontaler Richtung von einem Ursprung erstreckt, wobei ein vertikaler Anordnungszustand des Rotationsarms als der Ursprung definiert ist; die Röntgenbestrahlungseinheit ist an einem unterseitigen Endabschnitt des Rotationsarms installiert; der zweidimensionale Röntgendetektor ist an einem oberseitigen Endabschnitt des Rotationsarms installiert; die Röntgenbestrahlungseinheit bestrahlt die in dem Probenhalter platzierte Probe mit fokussierten Röntgenstrahlen von einer Unterseite der Probe; und der zweidimensionale Röntgendetektor detektiert Streuröntgenstrahlen, die um die fokussierten Röntgenstrahlen herum erzeugt werden, die durch die Probe an einer Position oberhalb der Probe transmittiert werden.
• Eine solche vertikale Anordnungsstruktur ermöglicht es, die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung sogar auf einer Bodenoberfläche, die eine relativ kleine Fläche aufweist, zu installieren.
• Hier kann der Rotationsarm eine Vielzahl von Armelementen umfassen und so konfiguriert sein, dass eines der Vielzahl von Armelementen an einer θ-Rotationsachse des Goniometers fixiert ist und die anderen Armelemente mit Bezug auf das an der θ-Rotationsachse fixierte Armelement gleiten, um das fixierte Armelement zu überlappen und einzupassen.
• Durch das oben beschriebene Einklappen der jeweiligen Armelemente kann die Gesamtlänge verkürzt und eine kompakte Form erhalten werden.
• Ferner kann der Probenhalter innerhalb eines Probenhalterahmens gebildet sein, die Innenseite des Probenhalterahmens kann als Röntgentransmissionsloch dienen, und der Probenhalter kann dazu konfiguriert sein, die Probe zu tragen, während er dem Röntgentransmissionsloch zugewandt ist.
• Weiterhin können an einem inneren Umfangsrand des Probenhalterahmens Saugträgerstücke so vorgesehen sind, dass sie von einer Vielzahl von Stellen des inneren Umfangsrandes nach innen vorstehen und dazu konfiguriert sind, einen Teil eines äußeren Umfangsrandabschnitts der Probe anzusaugen und zu tragen.
• Eine solche Konfiguration ermöglicht es, die Probe zu tragen, ohne einen breiten Bereich der hinteren Oberfläche der Probe zu berühren.
• Darüber hinaus kann, da beinahe der gesamte Bereich der Probe mit Ausnahme einiger winziger Bereiche, die von den Saugträgerstücken getragen werden, mit Röntgenstrahlen von der Röntgenbestrahlungseinheit durch das Röntgentransmissionsloch bestrahlt werden kann, ein breiter messbarer Bereich sichergestellt werden.
• Der Probenpositionierungsmechanismus kann einen In-Plane-Rotationsmechanismus zum Veranlassen der vom Probenhalter getragenen Probe, innerhalb einer Ebene zu rotieren, einen Y-Achsen-Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Probenhalters in einer Längsrichtung, einen X-Achsen-Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Probenhalters in einer seitlichen Richtung, einen Z-Achsen-Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Probenhalters in einer vertikalen Richtung, und einen Schwenkmechanismus zum Schwenken des Probenhalters umfassen, wobei der Z-Achsen-Bewegungsmechanismus ein Führungselement und ein Gleitelement umfassen kann, die in einer keilartigen Form miteinander kombiniert sind und so konfiguriert sind, dass das Gleitelement nach oben gedrückt wird, wenn sich das Führungselement in eine Richtung bewegt, wobei das Gleitelement abgesenkt wird, wenn sich das Führungselement in eine entgegengesetzte Richtung bewegt. Der Probenhalter bewegt sich in der vertikalen Richtung zusammen mit dem Gleitelement.
• Gemäß dieser Konfiguration kann, da der Gleitkontaktzustand zwischen dem Führungselement und dem Gleitelement, die in einer keilartigen Form miteinander kombiniert sind, stets ohne Klappern aufrechterhalten wird, der Probenhalter in der vertikalen Richtung akkurat bewegt und an einer gewünschten Höhenposition positioniert werden.
• Die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung kann ferner ein externes Gehäuse zum Abdecken des Umfangs der Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung umfassen. Das externe Gehäuse kann einen Gehäusehauptkörper und ein oder eine Vielzahl von Gehäuseelementteilen umfassen, die Gehäuseelementteile können in einer vertikalen Richtung mit Bezug auf den Gehäusehauptkörper frei beweglich sein, und die Gehäuseelementteile können dazu konfiguriert sein, dass sie in der Lage sind, eine Form, in der die Gehäuseelementteile mit dem Gehäusehauptkörper überlappt und eingeklappt sind, und eine Form einzustellen, in der die Gehäuseelementteile aus dem Gehäusehauptkörper herausgezogen sind.
• Durch Einstellen des Zustands, in dem die Gehäuseelementteile mit dem Gehäusehauptkörper überlappt und eingeklappt sind, kann eine kompakte Form eingestellt werden, die eine kleine Höhendimension aufweist, und eine Transportarbeit und eine Installationsarbeit des externen Gehäuses kann extrem einfach durchgeführt werden.
• Wie oben beschrieben, sind gemäß der vorliegenden Erfindung die Röntgenbestrahlungseinheit und der zweidimensionale Röntgendetektor auf dem Rotationsarm des Goniometers installiert, um eine vertikale Anordnungsstruktur zu bilden, so dass die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung sogar auf einem Boden, der eine relativ kleine Fläche aufweist, installiert werden kann. Als ein Ergebnis kann sogar eine feine Form einer Halbleitervorrichtung, die eine komplizierte Struktur aufweist, zerstörungsfrei und effizient vor Ort im Herstellungsprozess gemessen werden.
• Figurenliste
• [1] 1A ist ein seitliches Konfigurationsschaubild, das schematisch eine Gesamtstruktur einer Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 1B ist auch ein vorderes Konfigurationsschaubild.
• [2] 2 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen der Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• [3] 3 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen der Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn sie aus einer Richtung betrachtet wird, die sich von derjenigen von 2 unterscheidet.
• [4] 4 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen eines Rotationsarms eines Goniometers zeigt, das die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bildet, sowie von Komponenten, die im Rotationsarm zu installieren sind.
• [5] 5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der Rotationsarm des in 4 gezeigten Goniometers zur Verkürzung der Gesamtlänge eingeklappt ist.
• [6] 6 ist ein Schaubild, das schematisch ein optisches System zeigt, das zwischen einer Röntgenbestrahlungseinheit und einem zweidimensionalen Röntgendetektor konfiguriert ist.
• [7] 7 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen eines Probentisches zeigt, der die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
• [8] 8 ist eine vergrößerte Ansicht von oben, die einen Probenhalter zum Tragen einer Probe und einen In-Plane-Rotationsmechanismus zeigt.
• [9] 9 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die den Probenhalter zum Tragen der Probe und den In-Plane-Rotationsmechanismus zeigt.
• [10] 10A ist eine perspektivische Ansicht, die einen X-Achsen-Bewegungsmechanismus, einen Y-Achsen-Bewegungsmechanismus und einen Z-Achsen-Bewegungsmechanismus zeigt. 10B ist ein Konfigurationsschaubild, das schematisch ein Führungselement und ein Gleitelement zeigt.
• [11] 11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen χ-Achsen-Schwenkmechanismus zeigt.
• [12] 12 ist eine Längsschnittansicht, die den Probentisch zeigt.
• [13] 13 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem externen Gehäuse abgedeckt ist.
• [14] 14 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das externe Gehäuse gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingeklappt ist.
• [15] 15A ist eine linke Seitenansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem externen Gehäuse abgedeckt ist. 15B ist ferner eine Ansicht von oben.
• [16] 16 ist eine Längsschnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem externen Gehäuse abgedeckt ist.
• [17] 17 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen einer Halbleiterinspektionsvorrichtung zeigt, in die die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
• [18] 18 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem der Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• [19] 19 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsprozedur eines Messvorgangs durch die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• [20] 20A ist ein vorderes Konfigurationsschaubild, das schematisch ein Konfigurationsbeispiel bezüglich Einrichtungen zum Messen einer Neigung eines Halbleiterwafers zeigt.
• 20B ist ein seitliches Konfigurationsschaubild, das schematisch ein anderes Konfigurationsbeispiel bezüglich der Einrichtungen zum Messen der Neigung des Halbleiterwafers zeigt.
• Bezugszeichenliste

S:

Probe,

P:

Messposition,

10:

Goniometer,

11:

Rotationsarm,

12:

erstes Armelement,

13:

zweites Armelement,

14:

drittes Armelement,

12a, 13a:

Führungsschiene,

15:

unteres Halteelement,

16:

oberes Halteelement,

17:

Trägerelement,

20:

Röntgenbestrahlungseinheit,

21:

Röntgenröhre,

22:

Fokussierspiegel,

23:

Apertur,

24:

Schutzschlitz,

25:

Schlitz,

30:

zweidimensionaler Röntgendetektor,

31:

Direktstrahlstopper,

32:

Vakuumpfad,

35:

optisches Mikroskop,

36:

Laserneigungsmessvorrichtung,

36a:

Laserlichtquelle,

36b:

Laserdetektor,

37:

Bewegungstisch,

40:

Probentisch,

41:

Rahmenkörper,

42:

Probenhalter,

43:

Kavität,

50:

Basisrahmen,

51:

X-Achsen-Bewegungsrahmen,

52:

χ-Achsen-Rotationstisch,

52a:

Lager,

53:

Y-Achsen-Bewegungstisch,

54:

Z-Achsen-Antriebstisch,

55:

Z-Achsen-Bewegungstisch,

56:

Probenhalterahmen,

57:

Röntgentransmissionsloch,

58:

Saugträgerstück,

59:

Vakuumdüse,

60:

Rotationsführungsabschnitt,

61:

Rotationsträgerabschnitt,

62:

Trägerrolle,

63:

Abtriebsseitige Riemenscheibe,

64:

In-Plane-Rotations-Antriebsmotor,

65:

Antriebsseitige Riemenscheibe,

66:

Antriebsriemen,

67:

X-Achsen-Antriebsmotor,

68:

Kugelgewindetrieb,

69:

Gewindespindel,

70:

Mutterelement,

71:

Führungsschiene,

72:

Gleitstück,

73:

Lager,

74:

Schwenkträgerwelle,

75:

Y-Achsen-Antriebsmotor,

76:

Kugelgewindetrieb,

77:

Gewindespindel,

78:

Lager,

79:

Mutterelement,

80:

Z-Achsen-Antriebsmotor,

81:

Führungselement,

82:

Gleitelement,

83:

Führungsschiene,

84:

Gleitstück,

85:

χ-Achsen-Antriebsmotor,

86:

Antriebskraft-Transmissionsriemen,

87:

Schnecke,

88:

Schneckenrad,

89:

antriebsseitige Riemenscheibe,

90:

abtriebsseitige Riemenscheibe,

91:

Führungsschiene,

92:

Gleitstück,

93:

Führungsschiene,

94:

Gleitstück,

95:

Kugelgewindetrieb,

96:

Mutterelement,

100:

Zentrale Verarbeitungseinheit,

101:

Röntgenbestrahlungssteuereinrichtung,

102:

Bilderkennungsschaltkreis,

103:

Fokussteuereinrichtung,

104:

Positionierungssteuereinrichtung,

105:

Goniometersteuereinrichtung,

106:

Speichereinheit,

107:

Detektionssteuerschaltkreis,

110:

Probenpositionierungsmechanismus,

200:

externes Gehäuse,

201:

Gehäusehauptkörper,

202, 203:

Gehäuseelementteil,

210, 211:

Führungsschiene,

220:

Abschirmplatte,

300:

Gebläsefiltereinheit,

310:

Substratzuführvorrichtung (EFEM),

320:

elektrischer Bauteilabschnitt.

• Beschreibung von Ausführungsformen
• Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
• [Übersicht]
• Zunächst wird ein Überblick über eine Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
• Wenn eine Probe mit einem Röntgenstrahl bestrahlt wird, werden die Röntgenstrahlen in einem kleinen Winkelbereich (Kleinwinkelbereich) nahe einer Bewegungsrichtung des Röntgenstrahls gestreut. Diese Streuung wird als Kleinwinkelstreuung bezeichnet, und eine Partikelgröße, eine periodische Struktur etc., die sich auf eine Substanz beziehen, können durch Messen der Kleinwinkelstreuung bestimmt werden. Ferner wurde in den letzten Jahren die Entwicklung einer Analysemethode zum Erhalten verschiedener Informationen über dünne Filme, die Halbleitervorrichtungen bilden, durch diese Kleinwinkelstreuungsmessung gefördert.
• Eine Vorrichtung zum Messen dieser Kleinwinkelstreuung ist eine Kleinwinkelstreuungsvorrichtung.
• Als Kleinwinkelstreuungsvorrichtung sind eine Reflexionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung zum Bestrahlen der Oberfläche einer Probe mit Röntgenstrahlen und zum Detektieren von von der Oberfläche der Probe reflektierten Streuröntgenstrahlen und eine Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung zum Bestrahlen der hinteren Oberfläche einer Probe mit Röntgenstrahlen und zum Detektieren der von der vorderen Oberfläche der Probe emittierten Streuröntgenstrahlen bekannt.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung. Diese Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung hat eine Basisstruktur, bei der eine Röntgenquelle und ein zweidimensionaler Röntgendetektor so angeordnet sind, dass sie einander zugewandt sind, wobei eine Probe dazwischen angeordnet ist, die hintere Oberfläche der Probe mit Röntgenstrahlen von der Röntgenquelle bestrahlt wird und Streuröntgenstrahlen, die von der vorderen Oberfläche der Probe unter einem spezifischen Winkel abgestrahlt werden, von einem zweidimensionalen Röntgendetektor detektiert werden.
• Konventionell hat eine allgemeine Kleinwinkelstreuungsvorrichtung eine horizontale Layout-Struktur, in der eine Röntgenquelle und ein zweidimensionaler Röntgendetektor horizontal angeordnet sind, so dass sie eine große Installationsfläche benötigt.
• Andererseits kann die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf einer Bodenoberfläche, die eine begrenzte Fläche aufweist, in einem Reinraum installiert werden, in dem eine Halbleiterherstellungslinie aufgebaut ist, so dass die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung eine vertikale Layout-Struktur aufweist, in der die Röntgenquelle und der zweidimensionale Röntgendetektor vertikal angeordnet sind.
• [Gesamtstruktur]
• 1A ist ein seitliches Konfigurationsschaubild, das schematisch die Gesamtstruktur der Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 1B ist ferner ein vorderes Konfigurationsschaubild. Die 2 und 3 sind perspektivische Ansichten des Aussehens der Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung, wenn aus verschiedenen Richtungen betrachtet.
• Die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Goniometer 10. Das Goniometer 10 hat eine Funktion, einen Rotationsarm 11 um eine 9-Achse, die sich in horizontaler Richtung erstreckt, rotationsmäßig anzutreiben. Der Rotationsarm 11 umfasst eine Röntgenbestrahlungseinheit 20 und einen zweidimensionalen Röntgendetektor 30, die an seinen beiden Endabschnitten installiert sind. Hier wird ein vertikaler Anordnungszustand, in dem der Rotationsarm 11 vertikal angeordnet ist, als Ursprung definiert. Die Röntgenbestrahlungseinheit 20 ist an einem unteren Endabschnitt installiert, und der zweidimensionale Röntgendetektor 30 ist an einem oberen Endabschnitt installiert. Eine derartige vertikale Anordnungsstruktur ermöglicht es, die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung sogar auf einer Bodenoberfläche, die eine relativ kleine Fläche aufweist, zu installieren.
• Die Röntgenbestrahlungseinheit 20 und der zweidimensionale Röntgendetektor 30 sind so angeordnet, dass sie einander zugewandt sind, wobei dazwischen ein Probentisch 40 angeordnet ist, und so konfiguriert, dass die Röntgenbestrahlungseinheit 20 eine Probe S, die von einem Probenhalter 42 des Probentisches 40 getragen wird, mit Röntgenstrahlen von der Unterseite der Probe S bestrahlt, und der zweidimensionale Röntgendetektor 30 Streuröntgenstrahlen detektiert, die in einem winzigen Winkelbereich um die durch die Probe S transmittierten Röntgenstrahlen erzeugt werden.
• Wie in den 1A und 1B gezeigt, ist in dem Probentisch 40 ein Hohlraum 43 gebildet, durch den von der Röntgenbestrahlungseinheit 20 emittierte Röntgenstrahlen transmittiert werden, und die hintere Oberfläche der Probe S wird durch diesen Hohlraum 43 mit Röntgenstrahlen bestrahlt.
• Ein zylindrischer Vakuumpfad 32 ist im Rotationsarm 11 des Goniometers 10 installiert. Der Vakuumpfad 32 hat eine Funktion des Eliminierens von Luftstreuung, die auftritt, wenn die durch die Probe S transmittierten Röntgenstrahlen mit Luft kollidieren, wodurch die Messgenauigkeit der Kleinwinkelstreuung verbessert wird.
• Der Probentisch 40 ist so konfiguriert, dass er durch einen später beschriebenen Probenpositionierungsmechanismus angetrieben wird, um den Probenhalter 42 in einer Längsrichtung (Y-Richtung) und einer seitlichen Richtung (X-Richtung) parallel zur horizontalen Ebene, bzw. in einer vertikalen Richtung (Z-Richtung) senkrecht zur horizontalen Ebene zu bewegen, wodurch ein Inspektionstargetpunkt der Probe S an einer Messposition P der Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung positioniert wird.
• Ferner hat der Probenpositionierungsmechanismus eine Funktion, die von dem Probenhalter 42 getragene Probe S zu veranlassen, eine In-Plane-Rotation (φ-Rotation) durchzuführen. Der Probenpositionierungsmechanismus hat auch eine Funktion, die von dem Probenhalter 42 getragene Probe S zu veranlassen, um die χ-Achse zu schwenken (χ-Schwenken). Diese χ-Achse schneidet die 9-Achse des Goniometers 10 rechtwinklig in der horizontalen Ebene. Der Schnittpunkt zwischen der 9-Achse und der χ-Achse ist so positioniert, dass er mit der Messposition P der Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung übereinstimmt.
• Der Probentisch 40 wird von dem Rahmenkörper 41 getragen, wie in den 2 und 3 gezeigt. Der Rahmenkörper 41 und der Rotationsarm 11 des Goniometers 10 sind in gegenseitiger Positionsbeziehung so eingestellt, dass sie sich nicht gegenseitig behindern.
• Ferner umfasst die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein optisches Mikroskop 35 zum Erkennen der Oberfläche der Probe S. Das optische Mikroskop 35 ist an einer Position installiert, an der es die umgebenden Komponenten nicht behindert, wie etwa Teile, die von dem Probenpositionierungsmechanismus angetrieben werden, die Röntgenbestrahlungseinheit 20 und den zweidimensionalen Röntgendetektor 30, die von dem Goniometer 10 zu rotieren sind.
• Die Probe S kann durch den Probenpositionierungsmechanismus in eine untere Position des optischen Mikroskops 35 bewegt werden.
• [Rotationsarm des Goniometers und im selben Arm zu installierende Komponenten]
• Als nächstes werden die detaillierten Konfigurationen des Rotationsarms des Goniometers und die jeweiligen Komponenten, die in dem Rotationsarm zu installieren sind, hauptsächlich unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben.
• 4 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen des Rotationsarms des Goniometers, der die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform bildet, und die im Rotationsarm zu installierenden Komponenten zeigt. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der in 4 gezeigte Rotationsarm des Goniometers eingeklappt ist, um die Gesamtlänge zu verkürzen.
• Der Rotationsarm 11 des Goniometers 10 umfasst eine Vielzahl von Armelementen. Der in den 4 und 5 gezeigte Rotationsarm 11 der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein erstes, zweites und drittes Armelement 12, 13 und 14, und das erste Armelement 12 ist an einer θ-Rotationswelle (θ-Achse in 1A) des Goniometers 10 fixiert.
• Der Rotationsarm 11 des Goniometers 10 ist so konfiguriert, dass das zweite Armelement 13 mit Bezug auf das erste Armelement 12 in der Längsrichtung gleitet und das dritte Armelement 14 mit Bezug auf das zweite Armelement 13 in der Längsrichtung gleitet, wobei die Armelemente 12, 13 und 14 einander überlappen und aneinander angepasst sind, wobei sie, wie in 5 gezeigt, dazu eingestellt sind, eingeklappt zu werden.
• Durch das Einklappen der jeweiligen Armelemente 12, 13 und 14 wie oben beschrieben kann die Gesamtlänge verkürzt und der Rotationsarm 11 in einer kompakten Form angeordnet werden.
• Durch das Anordnen des Rotationsarms 11 in der in 5 gezeigten kompakten Form kann eine Transportarbeit und eine Installationsarbeit vor Ort äußerst einfach durchgeführt werden, und es ist möglich, eine Verkürzung der für diese Arbeiten erforderlichen Arbeitszeiten und eine Reduzierung der für diese Arbeiten erforderlichen Arbeitskräfte zu realisieren.
• Insbesondere ist eine Führungsschiene 12a in der Längsrichtung auf der Oberfläche des ersten Armelements 12 vorgesehen, und das zweite Armelement 13 ist entlang der Führungsschiene 12a frei verschiebbar. Ebenso ist eine Führungsschiene 13a in der Längsrichtung auf der Oberfläche des zweiten Armelements 13 vorgesehen, und das dritte Armelement 14 ist entlang der Führungsschiene 13a frei verschiebbar.
• Der Rotationsarm 11 ist mit einem Verriegelungsmechanismus (nicht gezeigt) zum Halten sowohl eines Zustands, in dem die jeweiligen Armelemente 12, 13 und 14 ausgeklappt sind, um die Gesamtlänge auszudehnen, wie in 4 gezeigt, als auch eines Zustands, in dem die jeweiligen Armelemente 12, 13 und 14 eingeklappt sind, um die Gesamtlänge zu verkürzen, wie in 5 gezeigt, versehen.
• Ein unteres Halteelement 15 zum Installieren der Röntgenbestrahlungseinheit 20 ist an einem unteren Endabschnitt des ersten Armelements 12 vorgesehen. Die Röntgenbestrahlungseinheit 20 ist an dem unteren Halteelement 15 befestigt. In das untere Halteelement 15 ist ein Schiebemechanismus (nicht gezeigt) zum Bewegen und Einstellen der fixen Position der Röntgenbestrahlungseinheit 20 in der Längsrichtung eingebaut.
• Ferner ist ein oberes Halteelement 16 zum Installieren des zweidimensionalen Röntgendetektors 30 an einem oberen Endabschnitt des dritten Armelements 14 vorgesehen. Der zweidimensionale Röntgendetektor 30 ist an dem oberen Halteelement 16 fixiert. In das obere Halteelement 16 ist auch ein Schiebemechanismus (nicht gezeigt) zum Bewegen und Einstellen der fixen Position des zweidimensionalen Röntgendetektors 30 in der Längsrichtung eingebaut.
• Beim Installieren der Vorrichtung vor Ort ist es möglich, die Vorrichtung gemäß einer vorgegebenen Spezifikation zu installieren, indem die Röntgenbestrahlungseinheit 20 und der zweidimensionale Röntgendetektor 30 bewegt und eingestellt werden.
• Ferner ist ein Direktstrahlstopper 31 vor dem zweidimensionalen Röntgendetektor 30 auf dem oberen Halteelement 16 installiert. Der Direktstrahlstopper 31 hat eine Funktion, Röntgenstrahlen abzuschirmen, die von der Röntgenbestrahlungseinheit 20 die Probe S passiert haben und sich geradeaus bewegt haben, und zu verhindern, dass die Röntgenstrahlen in den zweidimensionalen Röntgendetektor 30 eintreten.
• Wie oben beschrieben, ist der Rotationsarm 11 auch mit dem Vakuumpfad 32 ausgestattet. Jedes der Armelemente 12, 13 und 14 ist mit einem Trägerelement 17 zum Tragen des Vakuumpfads 32 versehen. Der Vakuumpfad 32 wird von diesen Trägerelementen 17 getragen und ist auf einem optischen Pfad von Röntgenstrahlen, die die Probe S passiert haben, und von um die Röntgenstrahlen herum erzeugten Streuröntgenstrahlen angeordnet. Die obere Endoberfläche des Vakuumpfads 32 ist in der Nähe des zweidimensionalen Röntgendetektors 30 positioniert.
• Die Streuröntgenstrahlen, die die Probe S passiert haben, breiten sich radial aus und erreichen den zweidimensionalen Röntgendetektor 30. Deshalb ist der Vakuumpfad 32 so konfiguriert, dass der Durchmesser seiner unteren, der Probe S zugewandten Endoberfläche reduziert und sein Durchmesser in Richtung seiner oberen Endoberfläche schrittweise vergrößert ist.
• Das Innere dieses Vakuumpfads 32 ist hermetisch abgedichtet, um darin einen Vakuumzustand zu bilden, und beide Endoberflächen des Vakuumpfads 32 sind aus einem Material wie etwa Kohlenstoff, Borkarbid oder Kapton gebildet, das eine geringe Röntgenabsorptionsrate aufweist. Als ein Ergebnis kann der Vakuumpfad 32 die Röntgenstrahlen durch sich transmittieren und Röntgenstrahlen streuen, die die Probe S passiert haben, und das Auftreten von Luftstreuung verhindern.
• [Optisches System umfassend eine Röntgenbestrahlungseinheit und einen zweidimensionalen Röntgendetektor]
• 6 ist ein Schaubild, das schematisch ein optisches System zeigt, das zwischen der Röntgenbestrahlungseinheit und dem zweidimensionalen Röntgendetektor konfiguriert ist.
• Die Röntgenbestrahlungseinheit 20 umfasst Komponenten wie etwa eine Röntgenröhre 21, einen Fokussierspiegel 22 und eine Apertur 23. Ferner ist ein Schutzschlitz 24 vor der Probe S angeordnet.
• Als die Röntgenröhre 21 wird eine Röntgenröhre verwendet, bei der die Brennweite des Elektronenstrahls auf einem Target gleich 70 µm oder weniger, vorzugsweise 40 µm oder weniger ist. Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Silber (Ag), Gold (Au) oder dergleichen kann als Targetmaterial gewählt werden, aber im Falle des Transmissionstyps sind hochenergetische Röntgenstrahlen erforderlich, die in der Lage sind, durch einen Si-Wafer, der das Substrat ist, zu transmittieren, und daher ist es wünschenswert, Molybdän (Mo) oder Silber (Ag) zu verwenden, das diese Bedingung erfüllt.
• Als der Fokussierspiegel 22 kann ein Side-by-Side-Typ-Fokussierspiegel 22 verwendet werden, bei dem zwei Mehrschichtspiegel, die jeweils eine auf ihrer Oberfläche ausgebildete Mehrschicht aufweisen, in einer L-Form angeordnet und miteinander integriert sind. Ferner kann ein Fokussierspiegel vom Kirkpatrick-Baez-Typ verwendet werden, bei dem zwei Mehrschichtspiegel unabhängig voneinander angeordnet sind.
• Der Fokussierspiegel 22 ist so eingestellt, dass er auf die Detektionsoberfläche des zweidimensionalen Röntgendetektors 30 fokussiert, und hat eine Funktion, Röntgenstrahlen auf einen rechteckigen Fleck von 100 µm oder weniger, vorzugsweise 50 µm oder weniger in Längs- und Breitenrichtung im Brennpunkt zu fokussieren.
• Die Apertur 23 hat eine Funktion, Lecklicht abzuschirmen, das erzeugt wird, wenn die von der Röntgenröhre 21 emittierten Röntgenstrahlen nicht auf den Fokussierspiegel 22 auftreffen und so wie sie sind nach außen passieren. Die von der Röntgenröhre 21 emittierten Röntgenstrahlen werden durch die Apertur 23 passieren gelassen, während Lecklicht durch die Apertur 23 abgeschirmt wird, und dann durch den Fokussierspiegel 22 monochromatisiert und fokussiert wird.
• Der Schutzschlitz 24 ist ein Einkristall-Pinhole-Schlitz, der aus einem Einkristall aus Germanium gebildet ist, und er wird von einem Schlitzträgerelement (nicht gezeigt) getragen, das auf dem Rotationsarm 11 vorgesehen und vor der Probe S angeordnet ist.
• Normale Schlitze haben einen Nachteil, dass, wenn Röntgenstrahlen auf sie auftreffen, parasitäre Streuung auftritt, um den Hintergrund zu intensivieren. Andererseits kann der aus einem Germanium-Einkristall gebildete Schutzschlitz 24 parasitäre Streuung reduzieren und den Hintergrund unterdrücken.
• Es ist zu beachten, dass ein Schlitz 25 zum weiteren Reduzieren der Querschnittsfläche von Röntgenstrahlen zwischen dem Fokussierspiegel 22 und dem Schutzschlitz 24 angeordnet sein kann.
• Die von der Röntgenröhre 21 emittierten Röntgenstrahlen treffen auf den Fokussierspiegel 22 auf, wobei das Lecklicht durch die Apertur 23 abgeschirmt wird. Dann werden die durch den Fokussierspiegel 22 monochromatisierten und fokussierten Röntgenstrahlen durch den Schutzschlitz 24 in der Querschnittsfläche eingeengt und auf einen Inspektionspunkt, der eine kleine Fläche aufweist, auf der Probe S angewandt.
• Anschließend bewegen sich die durch die Probe S transmittierten Röntgenstrahlen und die in einem kleinen Winkelbereich um die Röntgenstrahlen herum erzeugten Streuröntgenstrahlen durch den in 4 gezeigten Vakuumpfad 32 zu dem zweidimensionalen Röntgendetektor 30. Von diesen Röntgenstrahlen werden die Röntgenstrahlen, die von der Röntgenbestrahlungseinheit 20 die Probe S passiert haben und sich geradeaus bewegt haben, durch den Direktstrahlstopper 31 abgeschirmt, der vor dem zweidimensionalen Röntgendetektor 30 vorgesehen ist. Als ein Ergebnis, treffen nur die im Kleinwinkelbereich der Röntgenstrahlen erzeugten Streuröntgenstrahlen auf den zweidimensionalen Röntgendetektor 30 auf.
• Hier beeinflusst der Abstand L1 von dem Brennpunkt der Röntgenröhre 21 zu der Probe S die fokussierte Fläche der Röntgenstrahlen, die auf die Probe S anzuwenden sind. Mit anderen Worten ist, wenn der Abstand L1 länger ist, ist die fokussierte Fläche der auf die Probe S anzuwendenden Röntgenstrahlen kleiner. Ferner wird bei der Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung der Abstand L2 von der Probe S zu dem zweidimensionalen Röntgendetektor 30 als Kameralänge bezeichnet, und diese Kameralänge L2 beeinflusst die Winkelauflösung des zweidimensionalen Röntgendetektors 30. Mit anderen Worten, wenn die Kameralänge L2 länger ist, ist die Winkelauflösung verbessert.
• Bei der Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung, die wie in der vorliegenden Ausführungsform vertikal angeordnet ist, gibt es jedoch eine Grenze beim Sicherstellen eines großen Abstands L1 und einer großen Kameralänge L2. Deshalb ist es bevorzugt, dass diese Abmessungen unter umfassender Berücksichtigung der Umgebung an dem Ort, an dem die Vorrichtung installiert ist, der fokussierten Fläche der Röntgenstrahlen auf der Probe S und der Winkelauflösung auf geeignete Weise bestimmt werden.
• Wie oben beschrieben, ist der Rotationsarm 11 so konfiguriert, dass das zweite Armelement 13 in der Längsrichtung mit Bezug auf das erste Armelement 12 gleitet und das dritte Armelement 14 in der Längsrichtung mit Bezug auf das zweite Armelement 13 gleitet. Daher kann die Kameralänge L2 beliebig eingestellt werden, indem die jeweiligen Gleitpositionen der Gleitarmelemente 13 und 14 auf geeignete Weise angepasst werden.
• Es ist zu beachten, dass der Rotationsarm 11 mit einem Positionseinstellmechanismus zum Bewegen der Röntgenbestrahlungseinheit 20 in Richtung der optischen Achse von Röntgenstrahlen versehen sein kann, um den Abstand L1 beliebig zu verändern. Ferner kann ein Positionseinstellmechanismus zum Bewegen des zweidimensionalen Röntgendetektors 30 in Richtung der optischen Achse von Röntgenstrahlen in dem Rotationsarm 11 installiert sein, um die Kameralänge L2 beliebig zu verändern.
• [Probentisch]
• Als nächstes wird die detaillierte Struktur des Probentisches hauptsächlich unter Bezugnahme auf die 7 bis 12 beschrieben.
• 7 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen des Probentisches zeigt, der die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform bildet. 8 ist eine vergrößerte Ansicht von oben, die den Probenhalter zum Tragen der Probe zeigt, und die 9 bis 11 sind perspektivische Ansichten verschiedener Stellen des Probentisches, wenn die verschiedenen Stellen fokussiert werden, um den Probenpositionierungsmechanismus zu beschreiben, und 12 ist eine Längsschnittansicht, die den Probentisch zeigt.
• Wie oben beschrieben, umfasst der Probentisch 40 den Probenhalter 42 zum Tragen der Probe S und den Probenpositionierungsmechanismus zum Antreiben des Probenhalters 42.
• Der Probenpositionierungsmechanismus umfasst einen In-Plane-Rotations-Mechanismus zum Veranlassen der von dem Probenhalter 42 getragenen Probe S, eine In-Plane-Rotation (φ-Rotation) durchzuführen, einen Y-Achsen-Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Probenhalters 42 in der Längsrichtung (Y-Achsen-Richtung) parallel zur Oberfläche der von dem Probenhalter 42 getragenen Probe S, einen X-Achsen-Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Probenhalters 42 in der seitlichen Richtung (X-Achsen-Richtung) parallel zu der Oberfläche der von dem Probenhalter 42 getragenen Probe S, einen Z-Achsen-Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Probenhalters 42 in der vertikalen Richtung (Z-Achsen-Richtung) senkrecht zu der Oberfläche der von dem Probenhalter 42 getragenen Probe S, und einen χ-Achsen-Schwenkmechanismus zum Schwenken des Probenhalters 42 um die χ-Achse.
• Hier, wie in 7 gezeigt, ist der Probentisch 40 so konfiguriert, dass ein X-Achsen-Bewegungsrahmen 51 auf einem Basisrahmen 50 installiert ist, ein χ-Achsen-Rotationstisch 52 auf dem X-Achsen-Bewegungsrahmen 51 installiert ist, ein Y-Achsen-Bewegungstisch 53 auf dem χ-Achsen-Rotationstisch 52 installiert ist, ein Z-Achsen-Antriebstisch 54 und ein Z-Achsen-Bewegungstisch 55 auf dem Y-Achsen-Bewegungstisch 53 installiert sind, und ein Probenhalterahmen 56, der den Probenhalter 42 bildet, auf dem Z-Achsen-Bewegungstisch 55 installiert ist.
• Wie in 8 gezeigt, ist der Probenhalter 42 innerhalb eines kreisförmigen Probenhalterahmens 56 gebildet. Das Innere des Probenhalterahmens 56 dient als ein Röntgentransmissionsloch 57 und ist dazu konfiguriert, die Probe S in einem Zustand zu halten, in dem die Probe S dem Röntgentransmissionsloch 57 zugewandt ist. Saugträgerstücke 58 sind auf dem inneren Umfangsrand des Probenhalterahmens 56 derart vorgesehen, dass sie von einer Vielzahl von Stellen aus (4 Stellen in der Figur) nach innen vorstehen.
• Ein Teil des äußeren Umfangsrandabschnittes der Probe S wird auf den oberen Oberflächen der Saugträgerstücke 58 platziert und mit Vakuum auf die oberen Oberflächen der Saugträgerstücke 58 gesaugt. Es ist zu beachten, dass eine Vakuumdüse 59 auf der oberen Oberfläche jedes Saugträgerstücks 58 geöffnet ist und die Vakuumdüsen 59 durch eine Vakuumsaugvorrichtung (nicht gezeigt) vakuum-gesaugt werden.
• Das Röntgentransmissionsloch 57, das im Inneren des Probenhalterahmens 56 gebildet ist, kommuniziert mit dem Hohlraum 43 des in den 1A und 1B gezeigten Probentisches 40 (siehe 12). Die von der Röntgenbestrahlungseinheit 20 emittierten Röntgenstrahlen werden aus dem Hohlraum 43 durch das Röntgentransmissionsloch 57 passieren gelassen und auf die hintere Oberfläche der von den Saugträgerstücken 58 getragenen Probe S angewandt.
• Die konventionelle Röntgeninspektionsvorrichtung hat eine allgemeine Konfiguration, bei der der Probenhalter 42 aus einem Material mit einer niedrigen Röntgenabsorptionsrate, wie etwa Kapton, gebildet ist und die gesamte hintere Oberfläche der Probe S in engem Kontakt mit der oberen Oberfläche des Probenhalters 42 angeordnet ist. Wenn jedoch zum Beispiel eine auf einem Halbleiterwafer gebildete Halbleitervorrichtung ein Inspektionstarget ist, kann die hintere Oberfläche des Halbleiterwafers in Kontakt mit dem aus einem Material wie Kapton gebildeten Probenhalter 42 kommen und kontaminiert werden.
• Gemäß dem Probenhalter 42 der vorliegenden Ausführungsform ist mit Bezug auf die hintere Oberfläche der Probe S nur ein begrenzter Teil ihres äußeren Umfangsrands in Kontakt mit den Saugträgerstücken 58, so dass die Probe S gehalten werden kann, ohne einen zentralen Abschnitt eines Halbleiterwafers zu berühren, auf dem eine Schaltkreisstruktur gebildet ist.
• Darüber hinaus kann fast der gesamte Bereich der Probe S mit Ausnahme von winzigen Teilbereichen, die von den Saugträgerstücken 58 getragen werden, mit Röntgenstrahlen von der Röntgenbestrahlungseinheit 20 durch den Hohlraum 43 und das Röntgentransmissionsloch 57 bestrahlt werden, so dass ein breiter messbarer Bereich sichergestellt werden kann. Mit Bezug auf die von den Saugträgerstücken 58 getragenen winzigen Teilbereiche können die winzigen Teilbereiche ebenfalls mit Röntgenstrahlen bestrahlt werden, indem deren Saugpositionen mit einem Transportroboter für die Probe S verändert werden.
• Als nächstes wird der In-Plane-Rotations-Mechanismus hauptsächlich unter Bezugnahme auf die 8 und 9 detailliert beschrieben.
• Der Probenhalterahmen 56, der den Probenhalter 42 bildet, weist einen Rotationsführungsabschnitt 60 auf, der an seinem kreisförmigen äußeren Umfangsrandabschnitt gebildet ist, und der Rotationsführungsabschnitt 60 wird durch Rotationsträgerabschnitte 61, die an einer Vielzahl von Stellen (vier Stellen in der Figur) auf der oberen Oberfläche des Z-Achsen-Bewegungstisches 55 vorgesehen sind, so gehalten, dass er innerhalb einer Ebene frei drehbar ist. Jeder Rotationsträgerabschnitt 61 trägt den Rotationsführungsabschnitt 60 von der oberen und unteren Seite durch ein Paar von oberen und unteren Trägerrollen 62.
• Eine abtriebsseitige Riemenscheibe 63 ist auf dem Probenhalterahmen 56 gebildet. Ferner ist ein In-Plane-Rotations-Antriebsmotor 64 auf dem Z-Achsen-Bewegungstisch 55 installiert, und ein Antriebsriemen 66 ist zwischen einer antriebsseitigen Riemenscheibe 65, die auf einer Antriebswelle des In-Plane-Rotations-Antriebsmotors 64 vorgesehen ist, und der abtriebsseitigen Riemenscheibe 63 des Probenhalterahmens 56 gewunden.
• Der In-Plane-Rotations-Mechanismus wird durch diese Komponenten des Rotationsführungsabschnitts 60, der Rotationsträgerabschnitte 61, des In-Plane-Rotations-Antriebsmotors 64, der antriebsseitigen Riemenscheibe 65, der abtriebsseitigen Riemenscheibe 63 und des Antriebsriemens 66 konfiguriert. Mit anderen Worten, die Rotationsantriebskraft von dem In-Plane-Rotations-Antriebsmotor 64 wird über den Antriebsriemen 66 auf den Probenhalterahmen 56 transmittiert. Die Rotationsantriebskraft bewirkt, dass der Probenhalterahmen 56, der von den Rotationsträgerabschnitten 61 getragen wird, innerhalb einer Ebene rotiert.
• Als nächstes werden der X-Achsen-Bewegungsmechanismus, der Y-Achsen-Bewegungsmechanismus und der Z-Achsen-Bewegungsmechanismus hauptsächlich unter Bezugnahme auf 10A im Detail beschrieben.
• Der X-Achsen-Bewegungsrahmen 51 wird über den X-Achsen-Bewegungsmechanismus auf dem Basisrahmen 50 installiert.
• Der X-Achsen-Bewegungsmechanismus umfasst einen X-Achsen-Antriebsmotor 67, einen Kugelgewindetrieb 68, Führungsschienen 71 und Gleitstücke 72.
• Der X-Achsen-Antriebsmotor 67, eine Gewindespindel 69 des Kugelgewindetriebs 68 und die Führungsschiene 71 sind auf dem Basisrahmen 50 installiert.
• Die Führungsschienen 71 erstrecken sich in der X-Achsen-Richtung, und die Gleitstücke 72 sind entlang der Führungsschienen 71 frei beweglich. Die Führungsschiene 71 ist an jedem der beiden Endabschnitte des Basisrahmens 50 installiert, und die Gleitstücke 72, die mit den jeweiligen Führungsschienen 71 kombiniert sind, tragen den X-Achsen-Bewegungsrahmen 51, so dass er frei beweglich ist.
• Die Gewindespindel 69 des Kugelgewindetriebs 68 ist durch ein am Basisrahmen 50 vorgesehenes Lager 73 frei drehbar getragen und erstreckt sich in der X-Achsen-Richtung. Die Gewindespindel 69 ist mit einer Rotationsantriebswelle des X-Achsen-Antriebsmotors 67 verbunden und wird durch die Rotationsantriebskraft des Motors 67 rotationsmäßig angetrieben.
• Ein Mutterelement 70 steht mit der Gewindespindel 69 in Eingriff, und das Mutterelement 70 bewegt sich in der X-Achsen-Richtung, wenn die Gewindespindel 69 rotiert. Das Mutterelement 70 ist an dem X-Achsen-Bewegungsrahmen 51 fixiert, und der X-Achsen-Bewegungsrahmen 51 bewegt sich integral mit dem Mutterelement 70 in der X-Achsen-Richtung.
• Wie in den 10A und 7 gezeigt, ist der X-Achsen-Bewegungsrahmen 51 mit einem Paar von Lagern 52a an seinen beiden Endabschnitten versehen, und der χ-Achsen-Rotationstisch 52 ist so installiert, dass er über Schwenkträgerwellen 74, die durch diese Lager 52a frei schwenkbar getragen sind, frei schwenkbar ist. Der Y-Achsen-Bewegungstisch 53 ist über den Y-Achsen-Bewegungsmechanismus auf dem χ-Achsen-Rotationstisch 52 installiert.
• Der Y-Achsen-Bewegungsmechanismus umfasst einen Y-Achsen-Antriebsmotor 75, eine Kugelgewindetrieb 76 und in 12 gezeigte Führungsschienen 91 und Gleitstücke 92. Die Führungsschiene 91 ist an jedem der beiden Endabschnitte des χ-Achsen-Rotationstisches 52 vorgesehen und erstreckt sich in der Y-Achsen-Richtung. Das Gleitstück 92 ist frei beweglich mit jeder Führungsschiene 91 kombiniert, und der Y-Achsen-Bewegungstisch 53 wird von diesen Gleitstücken 92 getragen.
• Der Y-Achsen-Antriebsmotor 75 und eine Gewindespindel 77 des Kugelgewindetriebs 76 sind an der Seitenwand des χ-Achsen-Rotationstisches 52 installiert. Die Gewindespindel 77 des Kugelgewindetriebs 76 ist durch ein an der Seitenwand des χ-Achsen-Rotationstisches 52 vorgesehenes Lager 78 frei drehbar getragen und erstreckt sich in der Y-Achsen-Richtung. Die Gewindespindel 77 ist mit der Rotationsantriebswelle des Y-Achsen-Antriebsmotors 75 verbunden und wird durch die Rotationsantriebskraft des Motors 75 rotationsmäßig angetrieben.
• Ein Mutterelement 79 steht mit der Gewindespindel 77 in Eingriff, und das Mutterelement 79 bewegt sich in der Y-Achsen-Richtung, wenn die Gewindespindel 77 rotiert. Das Mutterelement 79 ist an dem Y-Achsen-Bewegungstisch 53 fixiert, und der Y-Achsen-Bewegungstisch 53 bewegt sich integral mit dem Mutterelement 79 in der Y-Achsen-Richtung.
• Ferner ist der Z-Achsen-Antriebstisch 54 auf dem Y-Achsen-Bewegungstisch 53 installiert.
• Führungsschienen 93, die sich in der Y-Achsen-Richtung erstrecken, sind auf dem Y-Achsen-Bewegungstisch 53 installiert, und Gleitstücke 94 sind mit den Führungsschienen 93 kombiniert (siehe 12). Der Z-Achsen-Antriebstisch 54 ist auf dem Y-Achsen-Bewegungstisch 53 installiert, während er von den Gleitstücken 94 getragen wird.
• Ferner sind ein in 12 gezeigter Kugelgewindetrieb 95 und ein in 10A gezeigter Z-Achsen-Antriebsmotor 80 auf dem Y-Achsen-Bewegungstisch 53 installiert, und eine Gewindespindel des Kugelgewindetriebs 95 ist mit der Rotationsantriebswelle des Motors 80 verbunden. Die Gewindespindel ist durch ein Lager (nicht gezeigt) frei drehbar auf dem Y-Achsen-Bewegungstisch 53 getragen.
• Das in 12 gezeigte Mutterelement 96 steht mit der Gewindespindel in Eingriff, und das Mutterelement 96 bewegt sich in der Y-Achsen-Richtung, wenn die Gewindespindel rotiert. Das Mutterelement 96 ist am Z-Achsen-Antriebstisch 54 fixiert, und der Z-Achsen-Antriebstisch 54 bewegt sich integral mit dem Mutterelement 96 in der Y-Achsen-Richtung.
• Der Z-Achsen-Bewegungstisch 55 ist auf dem Z-Achsen-Antriebstisch 54 über Führungselemente 81 und Gleitelemente 82 getragen, die in einer keilartigen Form kombiniert sind, wie in 10B gezeigt.
• Das Führungselement 81 ist an jedem der beiden Endabschnitte des Z-Achsen-Antriebstisches 54 installiert. Die Gleitelemente 82, die jeweils mit den Führungselementen 81 kombiniert sind, sind an der Bodenoberfläche des Z-Achsen-Bewegungstisches 55 fixiert.
• Führungsschienen 83, die sich in der Z-Achsen-Richtung erstrecken, sind an beiden Endabschnitten des Y-Achsen-Bewegungstisches 53 installiert, und Gleitstücke 84, die mit den Führungsschienen 83 kombiniert sind, sind an dem Z-Achsen-Bewegungstisch 55 fixiert. Als ein Ergebnis ist der Z-Achsen-Bewegungstisch 55 in der Z-Achsen-Richtung integral mit den Gleitstücken 84 entlang der Führungsschienen 83 frei beweglich.
• Wenn sich der Z-Achsen-Antriebstisch 54 bei Empfang der Rotationsantriebskraft des Z-Achsen-Antriebsmotors 80 in eine Richtung der Y-Achse bewegt, bewegen sich die Führungselemente 81 ebenfalls integral in dieselbe Richtung. Zusammen mit dieser Bewegung werden die Gleitelemente 82, die mit den Führungselementen 81 in einer keilartigen Form verbunden sind, in der Z-Achsen-Richtung nach oben gedrückt. Ferner bewegen sich, wenn sich der Z-Achsen-Antriebstisch 54 in die entgegengesetzte Richtung bewegt, die Führungselemente 81 ebenfalls integral in dieselbe Richtung, und die Gleitelemente 82, die mit den Führungselementen 81 in der keilartigen Form kombiniert sind, senken sich ab. Als ein Ergebnis bewegt sich der Z-Achsen-Bewegungstisch 55 in der vertikalen Richtung entlang der Führungsschienen 83.
• Da das Führungselement 81 und das Gleitelement 82, die miteinander in der keilartigen Form kombiniert sind, immer in einem Gleitkontaktzustand ohne Klappern gehalten werden, kann der Probenhalter 42 in der vertikalen Richtung akkurat bewegt und in einer gewünschten Höhenposition positioniert werden.
• Als nächstes wird der χ-Achsen-Schwenkmechanismus hauptsächlich unter Bezugnahme auf 11 im Detail beschrieben.
• Der χ-Achsen-Schwenkmechanismus ist zwischen dem X-Achsen-Bewegungsrahmen 51 und dem χ-Achsen-Rotationstisch 52 eingebaut. Mit anderen Worten, der χ-Achsen-Schwenkmechanismus umfasst einen χ-Achsen-Antriebsmotor 85, einen Antriebskraft-Transmissionsriemen 86, eine Schnecke 87 und ein Schneckenrad 88.
• Das fächerförmige Schneckenrad 88 ist an einer Position unterhalb des Lagers 52a vorgesehen, das an einem Endabschnitt des X-Achsen-Bewegungsrahmens 51 vorgesehen ist, und der Teilkreis desselben ist auf derselben Achse positioniert wie die durch das Lager 52a getragene Schwenkträgerwelle 74.
• Der χ-Achsen-Antriebsmotor 85 und die Schnecke 87 sind auf der Außenoberfläche der Seitenwand des χ-Achsen-Rotationstisches 52 installiert. Ein Antriebskraft-Transmissionsriemen 86 ist zwischen einer antriebsseitigen Riemenscheibe 89, die auf der Rotationsantriebswelle des χ-Achsenantriebsmotors 85 vorgesehen ist, und einer abtriebsseitigen Riemenscheibe 90, die auf der Drehwelle der Schnecke 87 vorgesehen ist, gewickelt. Als ein Ergebnis wird die Rotationsantriebskraft des χ-Achsen-Antriebsmotors 85 über den Antriebskraft-Transmissionsriemen 86 auf die Schnecke 87 übertragen. Diese Rotationsantriebskraft bewirkt, dass die Schnecke 87 rotiert und sich entlang des Teilkreises des Schneckenrads 88 dreht, und der χ-Achsen-Rotationstisch 52 rotiert integral mit der Schnecke 87 um die Schwenkträgerwelle 74. Die zentrale Achse der Schwenkträgerwelle 74 ist so positioniert, dass sie mit der in 1B gezeigten χ-Achse übereinstimmt.
• Der Winkel der optischen Achse von einfallenden Röntgenstrahlen mit Bezug auf die vom Probenhalter 42 getragene Probe S kann durch Antreiben des oben erwähnten χ-Achsen-Schwenkmechanismus und des Rotationsarms 11 des Goniometers 10 beliebig verändert werden.
• Wie in 12 gezeigt, ist der Probentisch 40 der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, dass die Querschnittsfläche des Hohlraums 43 von einem oberen Endöffnungsabschnitt 43a, der mit dem Röntgentransmissionsloch 57 des Probenhalterahmens 56 kommuniziert, zu einem unteren Endöffnungsabschnitt 43b, durch den einfallende Röntgenstrahlen aufgenommen werden, zunimmt. Als ein Ergebnis wird ein Winkelbereich erweitert, in dem die einfallenden Röntgenstrahlen geneigt sein können, ohne durch Elemente um den Hohlraum 43 herum blockiert zu werden (d.h. ein Winkelbereich, in dem die optische Achse der einfallenden Röntgenstrahlen mit Bezug auf die Probe S geneigt sein kann), und somit ist es möglich, sich flexibel an verschiedene Messbedingungen anzupassen.
• Zum Bespiel kann bei einem in 12 gezeigten Dimensionsbeispiel die optische Achse von aus der vertikalen Richtung einfallenden Röntgenstrahlen mit Bezug auf einen Halbleiterwafer (Probe S) von einem Radius von 150 mm mit einem Winkel von 20° oder weniger geneigt sein.
• [Struktur des externen Gehäuses]
• 13 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem externen Gehäuse abgedeckt ist. 15A ist ferner eine Ansicht von der linken Seite, 15B ist ferner eine Ansicht von oben, und 16 ist ferner eine Längsschnittansicht. 14 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das externe Gehäuse eingeklappt ist.
• Im Allgemeinen ist eine Röntgenstrahlen verwendende Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung in einem Zustand installiert, in dem ihr Umfang mit einem externen Gehäuse zum Schutz gegen Röntgenstrahlen abgedeckt ist.
• Die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat eine vertikal langgestreckte Struktur, um die vom Probenhalter 42 getragene Probe S mit Röntgenstrahlen in der vertikalen Richtung zu bestrahlen (siehe 1A bis 3). Daher hat das externe Gehäuse 200, wie in 13 gezeigt, auch eine vertikal langgestreckte Struktur.
• Hier, in der vorliegenden Ausführungsform, umfasst das externe Gehäuse 200 einen Gehäusehauptkörper 201 und eine Vielzahl von Gehäuseelementteilen 202 und 203 und ist so konfiguriert, dass jedes der Gehäuseelementteile 202 und 203 in der vertikalen Richtung mit Bezug auf den Gehäusehauptkörper 201 frei beweglich ist.
• Insbesondere ist, wie in den 15A und 15B gezeigt, das Gehäuseelementteil 202 auf der mittleren Stufe frei in der vertikalen Richtung entlang von Führungsschienen 210 mit Bezug auf den Gehäusehauptkörper 201 beweglich, und ferner ist das Gehäuseelementteil 203 auf der oberen Stufe frei in der vertikalen Richtung entlang von Führungsschienen 211 mit Bezug auf das Gehäuseelementteil 202 beweglich.
• Die Antriebskraft von einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) wird über einen Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) auf jedes der Gehäuseelementteile 202 und 203 übertragen, um die Gehäuseelementteile 202 und 203 in der vertikalen Richtung anzutreiben.
• Wenn das externe Gehäuse 200 transportiert oder vor Ort installiert wird, wie in 14 gezeigt, werden die beiden Gehäuseelementteile 202 und 203 in eine niedrigere Position bewegt und so eingestellt, dass sie einander überlappen und innerhalb des Gehäusehauptkörpers 201 eingeklappt sind. Wie oben beschrieben, ist das externe Gehäuse 200 so ausgelegt, dass es in einer kompakten Form vorliegt, die eine kleine Höhenabmessung aufweist, so dass eine Transportarbeit und eine Installationsarbeit des externen Gehäuses 200 extrem einfach durchgeführt werden kann, und es ist möglich, eine Verkürzung der für diese Arbeiten erforderlichen Arbeitszeiten und eine Reduzierung der Arbeitskräfte für diese Arbeiten zu realisieren.
• Wenn das externe Gehäuse 200 so konfiguriert ist, dass die jeweiligen Gehäuseelementteile 202 und 203 von dem Gehäusehauptkörper 201 abmontiert werden, wäre eine Demontage/Montage-Arbeit mühsam, da das externe Gehäuse 200 ein schweres Objekt ist. Das externe Gehäuse 200 ist jedoch, wie oben beschrieben, so konfiguriert, dass die Gehäuseelementteile 202 und 203 in vertikaler Richtung mit der Antriebskraft des Antriebsmotors angetrieben werden, wodurch die Demontage/Montage-Arbeit vor Ort nicht erforderlich ist und die Installationsarbeit und die Abbauarbeit vor Ort ferner einfach durchgeführt werden können.
• Es ist zu beachten, dass in den 13 bis 15A ein Teil oder die gesamte Wandoberfläche, die die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung abdeckt, weggelassen wird, um das Innere des externen Gehäuses 200 visuell zu erkennen. Ferner ist eine Substratzuführvorrichtung 310 vor dem externen Gehäuse 200 an das externe Gehäuse 200 aneinandergereiht, wie später beschrieben, und das externe Gehäuse 200 ist so konfiguriert, dass es keine Wandoberfläche auf der Seite aufweist, an der die Substratzuführvorrichtung 310 aneinandergereiht ist, und die Substratzuführvorrichtung 310 kommuniziert mit dem Inneren des externen Gehäuses 200.
• Ferner, wie in 16 gezeigt, ist der Innenraum des externen Gehäuses 200 durch Abschirmplatten 220, die horizontal über dem Probentisch 40 angeordnet sind, vertikal in einen oberen und einen unteren Raum unterteilt. Der untere, durch die Abschirmplatten 220 unterteilte Raum (d.h. der untere Raum, in dem der Probentisch 40 installiert ist) wird mit Luft versorgt, von der Staub in einer außerhalb des externen Gehäuses 200 aneinandergereihten Gebläsefiltereinheit 300 mit hoher Genauigkeit entfernt wurde. Als ein Ergebnis wird der untere Raum ein Reinraum mit extrem wenig Staub, und es ist möglich zu verhindern, dass Staub an dem von dem Probenhalter 42 getragenen Halbleiterwafer (Probe S) anhaftet.
• Die Abschirmplatten 220 blockieren den Aufwärts-Luftstrom von der Gebläsefiltereinheit 300 und realisieren eine effiziente und ökonomische Luftzufuhr zu dem Halbleiterwafer und seiner Umgebung.
• [Gesamtstruktur als Halbleiterinspektionsvorrichtung]
• 17 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen einer Halbleiterinspektionsvorrichtung zeigt, in die die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eingebaut ist.
• Wie in 17 gezeigt, sind zusätzlich zu der oben beschriebenen Gebläsefiltereinheit 300 eine Substratzuführvorrichtung (EFEM) 310 und ein elektrischer Komponentenabschnitt 320 außerhalb des externen Gehäuses 200, das den Umfang der Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung abdeckt, an das externe Gehäuse 200 aneinandergereiht, wodurch die Halbleiterinspektionsvorrichtung gebildet wird.
• Die Substratzuführvorrichtung 310 hat eine Funktion des automatischen Zuführens eines Halbleiterwafers (Probe S) als ein Messtarget an den Probenhalter 42 und des automatischen Herausführens eines gemessenen Halbleiterwafers von dem Probenhalter 42. Es ist zu beachten, dass der Halbleiterwafer automatisch herausgeführt wird, während er in einer hermetisch verschlossenen Kassette (FOUP) aufbewahrt ist.
• Ferner sind in dem elektrischen Bauteilabschnitt 320 eine Leistungszufuhr zum Zuführen von elektrischer Leistung an die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung und ein Computer zum Steuern der Vorrichtung installiert.
• Ferner ist die Halbleiterinspektionsvorrichtung mit einer Ausstattung zum Zuführen von Versorgungseinrichtungen (nicht gezeigt) ausgestattet.
• Mit diesen Konfigurationen führt die Halbleiterinspektionsvorrichtung, in die die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eingebaut ist, den Halbleiterwafer automatisch zu und realisiert die Ausführung einer automatischen Inline-Messung in der Mitte des Halbleiterherstellungsprozesses.
• [Steuersystem]
• 18 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem der Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
• Eine Röntgenbestrahlungssteuereinrichtung 101 steuert die Röntgenbestrahlungseinheit 20.
• Ferner wird ein mit dem optischen Mikroskop 35 aufgenommenes Bild der Probe S durch einen Bilderkennungsschaltkreis 102 einer Bilderkennung unterzogen. Das optische Mikroskop 35 und der Bilderkennungsschaltkreis 102 bilden eine Bildbeobachtungseinrichtung zum Beobachten des Bildes der in dem Probenhalter 42 platzierten Probe S. Es ist zu beachten, dass die Fokusposition des optischen Mikroskops 35 durch eine Fokussteuereinrichtung 103 eingestellt wird.
• Eine Positionierungssteuereinrichtung 104 treibt einen Probenpositionierungsmechanismus 110 an und steuert ihn. Insbesondere treibt, wenn ein Inspektionstargetpunkt der Probe S an einer Messposition P der Vorrichtung platziert wird, die Positionierungssteuereinrichtung 104 den Probenpositionierungsmechanismus 110 basierend auf dem Bild der Probe S, das von dem optischen Mikroskop 35 aufgenommen und von dem Bilderkennungsschaltkreis 102 erkannt wurde, an und steuert ihn.
• Das Goniometer 10 wird von einer Goniometersteuereinrichtung 105 angetrieben und gesteuert.
• Jede der Komponenten, wie etwa die Röntgenbestrahlungssteuereinrichtung 101, der Bilderkennungsschaltkreis 102, die Fokussteuereinrichtung 103, die Positionierungssteuereinrichtung 104 und die Goniometersteuereinrichtung 105, arbeitet basierend auf Einstellinformationen, die von einer zentralen Verarbeitungseinheit 100 gesendet werden. Hier werden die Einstellinformationen als Rezeptur in einer Speichereinheit 106 vorgespeichert und von der zentralen Verarbeitungseinheit 100 ausgelesen und an jede der oben genannten Komponenten ausgegeben.
• Der zweidimensionale Röntgendetektor 30 wird durch einen Detektionssteuerschaltkreis 107 gesteuert.
• [Ausführungsprozedur des Messvorgangs]
• 19 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsprozedur eines Messvorgangs durch die Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, das die oben beschriebene Konfiguration aufweist, zeigt.
• Hier wird ein Messvorgang beschrieben, wenn ein Halbleiterwafer, auf dem ein Schaltkreismuster einer Halbleitervorrichtung gebildet ist, als die Probe S verwendet wird.
• Software zum Durchführen einer Kleinwinkelstreuungsmessung wird in der Speichereinheit 106 vorgespeichert, und die zentrale Verarbeitungseinheit 100 (CPU) führt die folgenden Prozessierungsschritte entsprechend der Software aus.
• Nachdem der Halbleiterwafer, der die Probe S als ein Inspektionstarget ist, vom Probenhalter 42 angesaugt und gehalten wird, treibt die Positionierungssteuereinrichtung 104 als erstes den Probenpositionierungsmechanismus 110 an und steuert in, um den Halbleiterwafer an einer Position unter dem optischen Mikroskop 35 zu platzieren (Schritt S1).
• Als nächstes wird die Oberfläche des Halbleiterwafers durch das optische Mikroskop 35 beobachtet, und der Bilderkennungsschaltkreis 102 erkennt einen eindeutigen Punkt, der auf der Oberfläche des Halbleiterwafers gebildet ist, basierend auf Bilddaten von dem optischen Mikroskop 35 (Schritt S2).
• Hier wird der auf der Oberfläche des Halbleiterwafers gebildete eindeutige Punkt als Rezeptur in der Speichereinheit 106 vorgespeichert. Als eindeutiger Punkt wird ein Abschnitt festgelegt, den der Bilderkennungsschaltkreis 102 basierend auf Bildinformationen von dem optischen Mikroskop 35 ohne Verwechslung erkennen kann, wie etwa eine charakteristische Musterform, die auf der Oberfläche des Halbleiterwafers gebildet ist.
• Als nächstes treibt die Positionierungssteuereinrichtung 104 den Probenpositionierungsmechanismus 110 an und steuert ihn, um einen voreingestellten Inspektionstargetpunkt an der Messposition P der Vorrichtung zu platzieren, basierend auf Positionsinformationen des Inspektionstargetpunkts, wobei der eindeutige Punkt, der von dem Bilderkennungsschaltkreis 102 erkannt wurde, als Referenz eingestellt wird (Schritt S3).
• Anschließend wird eine Kleinwinkelstreuungsmessung durchgeführt (Schritt S4), und die zentrale Verarbeitungseinheit 100 analysiert die Messdaten (Schritt S5).
• Hier wird zum Beispiel, wenn eine Formanalysemessung, wie etwa eine Analyse des Neigungswinkels eines auf der Oberfläche des Halbleiterwafers gebildeten tiefen Lochs, durch Antreiben des Rotationsarms 11 des Goniometers 10 oder durch Schwenken des Halbleiterwafers durch den χ-Achsen-Schwenkmechanismus durchgeführt wird, der Winkel der optischen Achse von Röntgenstrahlen mit Bezug auf den Halbleiterwafer verändert, wodurch die Formanalyse des Neigungswinkels des tiefen Lochs etc. durchgeführt werden kann.
• Jeder der oben beschriebenen Schritte S3 bis S5 wird an allen auf dem Halbleiterwafer festgelegten Inspektionstargetpunkten ausgeführt (Schritt S6), und nachdem die Kleinwinkelstreuungsmessung an allen Inspektionstargetpunkten ausgeführt wurde, wird der Messvorgang beendet.
• [Messbeispiel einer Halbleitervorrichtung und Neigungsmesseinrichtung eines Halbleiterwafers]
• Eine Halbleitervorrichtung wird gewöhnlich auf einem Halbleiterwafer gebildet, und Streukörper als Messtargets werden periodisch in einer Richtung parallel zur Hauptebene des Halbleiterwafers angeordnet.
• Messtargets umfassen winzige Löcher und Säulen, die die Halbleitervorrichtung bilden.
• Die Miniaturisierung und Hochintegration von Halbleitervorrichtungen schreitet Tag für Tag voran, und es gibt Fälle, in denen die Durchmesser von Löchern und Säulen mehrere zehn nm und ihre Tiefen (Höhen) mehrere µm betragen, was zu einem extrem feinen und hohen Aspektverhältnis führt. Durch das Verwenden der Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform für solche Strukturen ist es möglich, die akkuraten dreidimensionalen Formen dieser Löcher und Säulen zu spezifizieren.
• Hier ist es bevorzugt, die Neigung der Oberfläche des Halbleiterwafers zu messen und so einzustellen, dass die Oberfläche des Halbleiterwafers senkrecht zur optischen Achse der einfallenden Röntgenstrahlen ist, bevor die Kleinwinkelstreuungsmessung durchgeführt wird.
• 20A ist ein vorderes Konfigurationsschaubild, das schematisch ein Konfigurationsbeispiel zeigt, das sich auf Einrichtungen zum Messen der Neigung des Halbleiterwafers bezieht.
• Wie in 20A gezeigt, ist im Rotationsarm 11 des Goniometers 10 eine Laserneigungsmessvorrichtung 36 vorgesehen, die Seite an Seite mit dem zweidimensionalen Röntgendetektor 30 angeordnet ist. Der zweidimensionale Röntgendetektor 30 und die Laserneigungsmessvorrichtung 36 sind in einem beweglichen Tisch 37 installiert, der sich in der seitlichen Richtung bewegt.
• Der bewegliche Tisch 37 bewegt sich in der seitlichen Richtung mit der Antriebskraft eines Antriebsmotors (nicht gezeigt), und jeder von dem zweidimensionalen Röntgendetektor 30 und der Laserneigungsmessvorrichtung 36 kann an einer Position platziert werden, die der optischen Achse O der von der Röntgenbestrahlungseinheit 20 emittierten Röntgenstrahlen zugewandt ist, während der zweidimensionale Röntgendetektor 30 und die Laserneigungsmessvorrichtung 36 zueinander geschaltet sind.
• Die Laserneigungsmessvorrichtung 36 umfasst eine Laserlichtquelle 36a und einen Laserdetektor 36b und hat eine Funktion, die Oberfläche des von dem Probenhalter 42 getragenen Halbleiterwafers (Probe S) mit Laserlicht von der Laserlichtquelle 36a zu bestrahlen und das von der Oberfläche des Halbleiterwafers reflektierte Laserlicht durch den Laserdetektor 36b zu detektieren, um die Neigung der Oberfläche des Halbleiterwafers mit Bezug auf die optische Achse O zu messen.
• Basierend auf der Neigung der Oberfläche des Halbleiterwafers mit Bezug auf die optische Achse O, die von der Laserneigungsmessvorrichtung 36 gemessen wird, werden der χ-Achsenschwenkmechanismus und der In-Plane-Rotations-Mechanismus des Probentisches 40 angetrieben, um die Neigung der Oberfläche des Halbleiterwafers so einzustellen, dass die Oberfläche des Halbleiterwafers vertikal zur optischen Achse O der einfallenden Röntgenstrahlen ist.
• Durch Einstellen der Neigung der Oberfläche des Halbleiterwafers wie oben beschrieben werden der χ-Achsen-Schwenkmechanismus und der Rotationsarm 11 des Goniometers 10 so angetrieben, dass die eingestellte Ausrichtung als Ursprung (χ=0°, θ=0°) definiert ist, was es möglich macht, den Winkel der optischen Achse von Röntgenstrahlen mit Bezug auf den Halbleiterwafer beliebig zu ändern.
• Durch Einstellen der Neigung der Oberfläche des Halbleiterwafers ist es möglich, die Positionsbeziehung (Neigung) der in dem Halbleiterwafer gebildeten Löcher und Säulen zu der Oberfläche des Halbleiterwafers zu messen, und es ist auch möglich, nützliche Informationen bezüglich der Form der Vorrichtung zu erhalten.
• Danach wird die Kleinwinkelstreuungsmessung gemäß dem Flussdiagramm von 19 durchgeführt.
• 20B ist ein seitliches Konfigurationsschaubild, das schematisch ein anderes Konfigurationsbeispiel bezüglich der Einrichtung zum Messen der Neigung des Halbleiterwafers zeigt.
• In der in 20B gezeigten Konfiguration ist die Laserneigungsmessvorrichtung 36 Seite an Seite mit dem optischen Mikroskop 35 installiert. Um die Neigung der Oberfläche des Halbleiterwafers zu messen, wird der Halbleiterwafer (Probe S), der von dem Probenhalter 42 getragen wird, durch Antreiben des Y-Achsen-Bewegungsmechanismus und des X-Achsen-Bewegungsmechanismus des Probentisches 40 in eine Position unter der Laserneigungsmessvorrichtung 36 bewegt.
• Die Laserneigungsmessvorrichtung 36 hat eine Funktion des Messens der Neigung der Oberfläche des Halbleiterwafers durch Bestrahlen der Oberfläche des Halbleiterwafers mit Laserlicht von der Laserlichtquelle 36a und des Detektierens des von der Oberfläche des Halbleiterwafers reflektierten Laserlichts durch den Laserdetektor 36b.
• Hier kann zum Beispiel, wenn die Positionen der Laserlichtquelle 36a und des Laserdetektors 36b im Voraus so eingestellt werden, dass die Laserneigungsmessvorrichtung 36 eine Neigung zu der horizontalen Ebene, die als Referenz gesetzt ist, messen kann, die Neigung der Oberfläche des Halbleiterwafers mit Bezug auf die horizontale Ebene oder die vertikale Achse gemessen werden.
• Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, und es versteht sich von selbst, dass verschiedene Modifikationen und Anwendungen nach Bedarf durchgeführt werden können.
• Zum Beispiel ist der Rotationsarm nicht auf die Konfiguration beschränkt, die die drei Armelemente 12, 13 und 14 umfasst, wie in 4 gezeigt, und er kann zwei oder vier oder mehr Armelemente umfassen.
• Ferner ist, wie in den 13 bis 16 gezeigt, das externe Gehäuse nicht auf die Konfiguration beschränkt, bei der die beiden Gehäuseelementteile 202 und 203 mit Bezug auf den Gehäusehauptkörper 201 frei beweglich sind, und es kann so konfiguriert sein, dass ein oder drei oder mehr Gehäuseelementteile mit Bezug auf den Gehäusehauptkörper frei beweglich sind. Ferner kann die Bewegung dieser Gehäuseelementteile so konfiguriert werden, dass sie bei Bedarf manuell bewegt werden, anstatt der Verwendung der Antriebskraft des Antriebsmotors.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2017125848 [0005]

Claims (6)

1. Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung umfassend: einen Probenhalter, in dem eine Probe als ein Inspektionstarget platziert ist; einen Probenpositionierungsmechanismus zum Bewegen des Probenhalters; ein Goniometer, das einen Rotationsarm umfasst; eine Röntgenbestrahlungseinheit, die auf dem Rotationsarm installiert ist; und einen zweidimensionalen Röntgendetektor, der auf dem Rotationsarm installiert ist, wobei der Rotationsarm frei um eine θ-Achse drehbar ist, die sich in horizontaler Richtung von einem Ursprung erstreckt, wobei ein vertikaler Anordnungszustand des Rotationsarms als der Ursprung definiert ist; die Röntgenbestrahlungseinheit an einem unterseitigen Endabschnitt des Rotationsarms installiert ist; der zweidimensionale Röntgendetektor an einem oberseitigen Endabschnitt des Rotationsarms installiert ist; die Röntgenbestrahlungseinheit die in dem Probenhalter platzierte Probe mit fokussierten Röntgenstrahlen von einer Unterseite der Probe bestrahlt; und der zweidimensionale Röntgendetektor Streuröntgenstrahlen detektiert, die um die fokussierten Röntgenstrahlen herum erzeugt werden, die durch die Probe an einer Position oberhalb der Probe transmittiert werden.
2. Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rotationsarm eine Vielzahl von Armelementen umfasst und so konfiguriert ist, dass eines der Vielzahl von Armelementen an einer θ-Rotationsachse des Goniometers fixiert ist und die anderen Armelemente mit Bezug auf das an der θ-Rotationsachse fixierte Armelement gleiten, um das fixierte Armelement zu überlappen und einzupassen.
3. Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Probenhalter innerhalb eines Probenhalterahmens gebildet ist, eine Innenseite des Probenhalterahmens als Röntgentransmissionsloch dient, und der Probenhalter dazu konfiguriert ist, die Probe zu tragen, während er dem Röntgentransmissionsloch zugewandt ist.
4. Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei Saugträgerstücke an einem inneren Umfangsrand des Probenhalterahmens so vorgesehen sind, dass sie von einer Vielzahl von Stellen des inneren Umfangsrandes nach innen vorstehen und dazu konfiguriert sind, einen Teil eines äußeren Umfangsrandabschnitts der Probe anzusaugen und zu tragen.
5. Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Probenpositionierungsmechanismus einen In-Plane-Rotationsmechanismus zum Veranlassen der vom Probenhalter getragenen Probe, sich innerhalb einer Ebene zu drehen, einen Y-Achsen-Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Probenhalters in einer Längsrichtung, einen X-Achsen-Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Probenhalters in einer seitlichen Richtung, einen Z-Achsen-Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Probenhalters in einer vertikalen Richtung, und einen Schwenkmechanismus zum Schwenken des Probenhalters umfasst, und wobei der Z-Achsen-Bewegungsmechanismus ein Führungselement und ein Gleitelement umfasst, die in einer keilartigen Form miteinander kombiniert sind und so konfiguriert sind, dass das Gleitelement nach oben gedrückt wird, wenn sich das Führungselement in eine Richtung bewegt, wohingegen das Gleitelement abgesenkt wird, wenn sich das Führungselement in eine entgegengesetzte Richtung bewegt, wodurch sich der Probenhalter in der vertikalen Richtung zusammen mit dem Gleitelement bewegt.
6. Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ferner umfassend ein externes Gehäuse zum Abdecken eines Umfangs der Transmissionstyp-Kleinwinkelstreuungsvorrichtung, wobei das externe Gehäuse einen Gehäusehauptkörper und ein oder eine Vielzahl von Gehäuseelementteilen umfasst, und die Gehäuseelementteile in einer vertikalen Richtung mit Bezug auf den Gehäusehauptkörper frei beweglich sind, und wobei die Gehäuseelementteile dazu konfiguriert sind, eine Form einzustellen, in der die Gehäuseelementteile mit dem Gehäusehauptkörper überlappt und eingeklappt sind, und eine Form, in der die Gehäuseelementteile aus dem Gehäusehauptkörper herausgezogen sind.

Images