JP4724662B2 - パターン化された表面の分析のための開口マスクを備えるx線蛍光システム - Google Patents
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Description
本発明は、X-Ray Optical Systems, Incに対して全米科学基金(NATIONAL SCIENCE
FOUNDATION)により与えられた契約番号DMI−0091570のもと、米国政府の支援を受けてなされたものである。米国政府はこの発明に一定の権利を有する。
本発明は分析装置に関する。より詳しくは、本発明は、サンプルを励起するX線ビームおよびその結果サンプルから放射される蛍光を制御して、分析結果の向上を図った装置および技術に関する。本発明は、半導体集積回路を成す材料の小領域のような、パターン化された表面のX線蛍光(XRF)測定に特に適する。
X線蛍光(XRF)分析は、サンプル材料の原子組成および他の特性を測定するきわめて正確な方法として広く認められている。この技術(およびその近縁技術)は、X線、ガンマ線、中性子線、または粒子ビームのような高エネルギー放射をサンプル領域に照射し、その結果サンプル領域によって放射される蛍光を測定するものである。
パターン化された表面の領域を検査するための本開示の技術および装置により、従来技術の欠点が克服され、さらなる利点が提供される。X線、中性子線、粒子ビーム、またはガンマ線の励起放射が、ICの2次元のサンプル領域に対して向けられ、サンプル領域からの発光放射(たとえば、蛍光)が検出される。放射源、検出器、およびサンプル領域によって形成される平面の放射路に、サンプル領域に対して相対的に移動し得るように、マスクが配設される。マスクは、2次元のサンプル領域の第1の軸に対して平行に配置されたときに、サンプル領域に向けられた励起放射、および、サンプル領域からの発光放射を、平面放射路に実質的に制限する細長い開口を含む。
表面の他の領域および好ましくないビームの散乱が結果に負の影響を及ぼすことを防止しながら、パターン化された表面の一定の領域を効果的に分析するための装置および関連する分析技術を開示する。この技術は、ある程度の最小な空間およびサンプル領域を必要とするX線または他の関連装置を用いて、集積回路のチップ領域間のスクライブライン内のテスト領域を分析するために、特に有用である。
1)材料は強いX線蛍光を発すべきでない。
2)材料は重要な測定対象物質を含むべきでない。
3)材料は、比較的薄くても、X線を遮断できるべきである。
4)材料はX線を散乱すべきでない。
Optical Systems, Incの米国特許5,747,821号を参照。この内容は全て、参照によってここに組み込む。)、ポリキャピラリ光学素子(たとえば、X-Ray Optical
Systems, Incの米国特許5,192,869号;5,175,755号;5,497,008号;5,745,547号;5,570,408号および5,604,353号を参照。これらの内容は全て、参照によってここに組み込む。)、湾曲結晶光学素子(たとえば、X-Ray Optical Systems, Incの米国特許6,285,506号および6,317,483号を参照。これらの内容は全て、参照によってここに組み込む。)、多層光学素子、およびピンホール光学素子またはスロット光学素子が含まれる。光学素子が、一般的なビーム制御だけでなく、ビームゲインも提供するようにしてもよい。
Claims (38)
- パターン化された表面の領域の検査装置であって、
X線、中性子線、粒子ビームまたはガンマ線の励起放射を、パターン化された表面の領域内の2次元のサンプル領域に向ける放射源と、
サンプル領域から発せられる発光放射を検出する検出器と、
放射源、検出器およびサンプル領域によって形成される平面放射路内に位置し、サンプル領域に対して相対的に可動で、細長い開口を有するマスクであって、開口が2次元のサンプル領域の第1の軸に平行に配置されたときに、サンプル領域に向けられた励起放射およびサンプル領域からの発光放射を、前記細長い開口に制限するマスクと、
前記放射源からの前記励起放射を、前記細長い開口を通して、前記パターン化された表面の前記2次元のサンプル領域に向ける、少なくとも1つのビーム制御光学素子と
を含み、
前記励起放射の一部が前記マスクによって遮断され、前記細長い開口の一部のみに前記励起放射が照射されており、前記細長い開口の他部には前記励起放射が照射されないことを特徴とする検査装置。 - 放射源、検出器およびマスクは、パターン化された表面から離間しており、パターン化された表面に対して相対的に、共に移動し得ることを特徴とする請求項1に記載の検査装置。
- 放射源および検出器は、平面放射路内の細長い開口の長軸に沿って一列に配置されることを特徴とする請求項1に記載の検査装置。
- 前記ビーム制御光学素子は、モノキャピラリ素子、ポリキャピラリ素子、湾曲結晶素子、多層素子、ピンホール素子、またはスロット素子を含むことを特徴とする請求項1に記載の検査装置。
- 励起放射を単色化する少なくとも1つの単色化光学素子を含むことを特徴とする請求項1に記載の検査装置。
- 細長い開口の幅は、サンプル領域の第1の軸に垂直な第2の軸に沿って測ったサンプル領域の大きさに応じて、寸法が設定されていることを特徴とする請求項1に記載の検査装置。
- パターン化された表面の領域は、集積回路のチップ領域の、内部の、間の、または隣接するテスト領域を含み、
テスト領域がサンプル領域を含み、
サンプル領域は、その中に、サンプル材料の実質的に均一な層を有し、
可動のマスクは、サンプル領域に向かう励起放射を第1の軸に沿って実質的に制限し、
可動のマスクは、サンプル領域からの発光放射を、検出器に向かうものを除いて、実質的に遮断し、かつ、サンプル領域以外の領域からの発光放射を実質的に遮断して、サンプル領域からの第1の軸に沿う発光放射のみを検出器によって検出させるようにすることを特徴とする請求項1に記載の検査装置。 - サンプル領域中のサンプル材料の実質的に均一な層は、集積回路のチップ領域の実質的により小さい構造に用いられる材料に対応することを特徴とする請求項7に記載の検査装置。
- パターン化された表面の領域は、集積回路のチップ領域間のスクライブライン領域を含み、
スクライブライン領域がサンプル領域を含み、
サンプル領域は、その中に、サンプル材料の実質的に均一な層を有し、
サンプル領域中のサンプル材料の実質的に均一な層は、集積回路のチップ領域の実質的により小さい構造に用いられる材料に対応することを特徴とする請求項1に記載の検査装置。 - 励起放射はX線であり、発光放射はX線蛍光発光であることを特徴とする請求項1に記載の検査装置。
- パターン化された表面の領域の検査方法であって、
X線、中性子線、粒子ビームまたはガンマ線の励起放射を、パターン化された表面の領域内の2次元のサンプル領域に向けることと、
サンプル領域から発せられる発光放射を検出することと、
放射源、検出器およびサンプル領域によって形成される平面放射路内に位置し、サンプル領域に対して相対的に可動で、細長い開口を有するマスクであって、開口が2次元のサンプル領域の第1の軸に平行に配置されたときに、サンプル領域に向けられた励起放射およびサンプル領域からの発光放射を、前記細長い開口に制限するマスクを配置することと、
前記放射源からの前記励起放射を、前記細長い開口を通して、前記パターン化された表面の前記2次元のサンプル領域に向ける、少なくとも1つのビーム制御光学素子を用いること
を含み、
前記励起放射の一部が前記マスクによって遮断され、前記細長い開口の一部のみに前記励起放射が照射されており、前記細長い開口の他部には前記励起放射が照射されないことを特徴とする検査方法。 - 可動のマスク、放射源および検出器を、パターン化された表面のサンプル領域に対して相対的に、移動させることを含むことを特徴とする請求項11に記載の検査方法。
- 放射源および検出器は、平面放射路内の細長い開口の長軸に沿って一列に配置されることを特徴とする請求項11に記載の検査方法。
- 前記ビーム制御光学素子は、モノキャピラリ素子、ポリキャピラリ素子、湾曲結晶素子、多層素子、ピンホール素子、またはスロット素子を含むことを特徴とする請求項11に記載の検査方法。
- 細長い開口の幅は、サンプル領域の第1の軸に垂直な第2の軸に沿って測ったサンプル領域の大きさに応じて、寸法が設定されていることを特徴とする請求項11に記載の検査方法。
- パターン化された表面の領域は、集積回路のチップ領域の、内部の、間の、または隣接するテスト領域を含み、
テスト領域がサンプル領域を含み、
サンプル領域は、その中に、サンプル材料の実質的に均一な層を有し、
可動のマスクは、サンプル領域に向かう励起放射を第1の軸に沿って実質的に制限し、
可動のマスクは、サンプル領域からの発光放射を、検出器に向かうものを除いて、実質的に遮断し、かつ、サンプル領域以外の領域からの発光放射を実質的に遮断して、サンプル領域からの第1の軸に沿う発光放射のみを検出器によって検出させるようにすることを特徴とする請求項11に記載の検査方法。 - サンプル領域中のサンプル材料の実質的に均一な層は、集積回路のチップ領域の実質的により小さい構造に用いられる材料に対応することを特徴とする請求項16に記載の検査方法。
- パターン化された表面の領域は、集積回路のチップ領域間のスクライブライン領域を含み、
スクライブライン領域がサンプル領域を含み、
サンプル領域は、その中に、サンプル材料の実質的に均一な層を有し、
サンプル領域中のサンプル材料の実質的に均一な層は、集積回路のチップ領域の実質的により小さい構造に用いられる材料に対応することを特徴とする請求項11に記載の検査方法。 - 励起放射はX線であり、発光放射はX線蛍光発光であることを特徴とする請求項11に記載の検査方法。
- パターン化された表面の領域の検査装置であって、
X線、中性子線、粒子ビームまたはガンマ線の励起放射を、パターン化された表面の領域内の2次元のサンプル領域に向ける放射源と、
放射源からの励起放射をパターン化された表面に向けるビーム制御光学素子と、
サンプル領域から発せられる発光放射を検出する検出器と、
放射源、検出器およびサンプル領域によって形成される平面放射路内に位置し、細長い開口を有するマスクであって、開口が2次元のサンプル領域の第1の軸に平行に配置されたときに、サンプル領域に向けられた励起放射、および前記サンプル領域からの前記発光放射を、前記細長い開口に制限するマスクと、
を含み、
前記励起放射の一部が前記マスクによって遮断され、前記細長い開口の一部のみに前記励起放射が照射されており、前記細長い開口の他部には前記励起放射が照射されないことを特徴とする検査装置。 - マスクは、サンプル領域への接触マスクであり、放射源および検出器は、パターン化された表面から離間していて、パターン化された表面に対して相対的に、共に移動し得ることを特徴とする請求項20に記載の検査装置。
- 放射源および検出器は、平面放射路内の細長い開口の長軸に沿って一列に配置されることを特徴とする請求項20に記載の検査装置。
- 前記ビーム制御光学素子は、モノキャピラリ素子、ポリキャピラリ素子、湾曲結晶素子、多層素子、ピンホール素子、またはスロット素子を含むことを特徴とする請求項20に記載の検査装置。
- 励起放射を単色化する少なくとも1つの単色化光学素子を含むことを特徴とする請求項20に記載の検査装置。
- 細長い開口の幅は、サンプル領域の第1の軸に垂直な第2の軸に沿って測ったサンプル領域の大きさに応じて、寸法が設定されていることを特徴とする請求項20に記載の検査装置。
- パターン化された表面の領域は、集積回路のチップ領域の、内部の、間の、または隣接するテスト領域を含み、
テスト領域がサンプル領域を含み、
サンプル領域は、その中に、サンプル材料の実質的に均一な層を有し、
マスクは、サンプル領域に向かう励起放射を第1の軸に沿って実質的に制限することを特徴とする請求項20に記載の検査装置。 - サンプル領域中のサンプル材料の実質的に均一な層は、集積回路のチップ領域の実質的により小さい構造に用いられる材料に対応する請求項26に記載の検査装置。
- パターン化された表面の領域は、集積回路のチップ領域間のスクライブライン領域を含み、
スクライブライン領域がサンプル領域を含み、
サンプル領域は、その中に、サンプル材料の実質的に均一な層を有し、
サンプル領域中のサンプル材料の実質的に均一な層は、集積回路のチップ領域の実質的により小さい構造に用いられる材料に対応することを特徴とする請求項20に記載の検査装置。 - 励起放射はX線であり、発光放射はX線蛍光発光であることを特徴とする請求項20に記載の検査装置。
- パターン化された表面の領域の検査方法であって、
ビーム制御光学素子を用いて、X線、中性子線、粒子ビームまたはガンマ線の励起放射を、パターン化された表面の領域内の2次元のサンプル領域に向けることと、
サンプル領域から発せられる発光放射を検出することと、
放射源、検出器およびサンプル領域によって形成される平面放射路内に位置し、細長い開口を有するマスクであって、開口が2次元のサンプル領域の第1の軸に平行に配置されたときに、サンプル領域に向けられた励起放射、および前記サンプル領域からの前記発光放射を、前記細長い開口に制限するマスクを配置することと、
を含み、
前記励起放射の一部が前記マスクによって遮断され、前記細長い開口の一部のみに前記励起放射が照射されており、前記細長い開口の他部には前記励起放射が照射されないことを特徴とする検査方法。 - マスクはサンプル領域への接触マスクであり、
当該検査方法はさらに、パターン化された表面のサンプル領域に対して相対的に、放射源および検出器を移動させることを含むことを特徴とする請求項30に記載の検査方法。 - 放射源および検出器は、平面放射路内の細長い開口の長軸に沿って一列に配置されることを特徴とする請求項30に記載の検査方法。
- 前記ビーム制御光学素子は、モノキャピラリ素子、ポリキャピラリ素子、湾曲結晶素子、多層素子、ピンホール素子、またはスロット素子を含むことを特徴とする請求項30に記載の検査方法。
- 細長い開口の幅は、サンプル領域の第1の軸に垂直な第2の軸に沿って測ったサンプル領域の大きさに応じて、寸法が設定されていることを特徴とする請求項30に記載の検査方法。
- パターン化された表面の領域は、集積回路のチップ領域の、内部の、間の、または隣接するテスト領域を含み、
テスト領域がサンプル領域を含み、
サンプル領域は、その中に、サンプル材料の実質的に均一な層を有し、
マスクは、サンプル領域に向かう励起放射を第1の軸に沿って実質的に制限することを特徴とする請求項30に記載の検査方法。 - サンプル領域中のサンプル材料の実質的に均一な層は、集積回路のチップ領域の実質的により小さい構造に用いられる材料に対応することを特徴とする請求項35に記載の検査方法。
- パターン化された表面の領域は、集積回路のチップ領域間のスクライブライン領域を含み、
スクライブライン領域がサンプル領域を含み、
サンプル領域は、その中に、サンプル材料の実質的に均一な層を有し、
サンプル領域中のサンプル材料の実質的に均一な層は、集積回路のチップ領域の実質的により小さい構造に用いられる材料に対応することを特徴とする請求項30に記載の検査方法。 - 励起放射はX線であり、発光放射はX線蛍光発光であることを特徴とする請求項30に記載の検査方法。
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