KR101524022B1 - 원위치 차등 분광법 - Google Patents
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Abstract
샘플에 지향되는 전자 빔을 발생시키기 위한 전자 빔 발생기를 갖는 분광기가 기재된다. 전자 빔 포지셔너는 전자 빔을 샘플의 포지션 상으로 지향시켜 샘플로부터 이차 방출된 스트림을 생성하며, 이때 상기 이차 방출된 스트림은 전자들 및 x-레이들 중 적어도 하나를 포함한다. 이차 방출된 스트림 포지셔너는 상기 이차 방출된 스트림을 검출기 어레이 상으로 포지셔닝시키고, 상기 검출기 어레이는 상기 이차 방출된 스트림을 수신하고 상기 이차 방출된 스트림의 분량들 및 수신된 포지션들 모두를 검출한다. 변조기는 샘플 상으로 지향되는 전자 빔을 변조하여 샘플 상에서 제1 포지션 및 제2 포지션 사이에서 전자 빔을 스위핑한다. 추출기는 상기 변조기 및 상기 검출기 어레이 모두와 신호 통신한다.
Description
본 출원은 2008년 5월 8일자로 출원된 미국 임시출원 시리얼 번호 61/051,368에 대한 모든 권리들과 우선권을 주장한다. 본 발명은 집적회로 제조 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 기판들을 검사하기 위해 분광법을 사용하는 것에 관한 것이다.
오제 분광법(Auger spectroscopy)과 같은 분광법은 집적회로들의 제조 프로세스를 포함하는 다양한 분야들에서 현미경 레벨 상에서의 재료 식별을 위한 중요한 도구이다. 상기 용어가 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "집적회로"는, 실리콘이나 게르마늄과 같은 그룹 Ⅳ 재료들, 또는 갈륨 비소와 같은 그룹 ⅢⅤ 화합물들, 또는 이러한 재료들의 혼합물들로 형성된 것들과 같이 일체식(monolithic) 반도체 기판들 상에 형성되는 것들과 같은 디바이스들을 포함한다. 상기 용어는 메모리 및 로직과 같은 형성된 모든 타입들의 디바이스들과, MOS 및 바이폴라와 같은 이러한 디바이스들의 모든 설계들을 포함한다. 상기 용어는 또한 평판 디스플레이들, 태양 전지들, 및 전하결합소자들과 같은 애플리케이션들을 이해한다.
오제 분광법을 수행하기 위한 종래 기술들은 초고진공 환경에서 순차적 판독들을 취하는 것을 동반한다. 다른 기술은 최신 진공 환경에서 훨씬 더 빠른 결과를 달성하는 대량 병렬 오제 분광법 시스템을 사용한다.
그러나, 이러한 방법들 모두는 낮은 대비 및 배경 잡음에 대한 취약성의 문제점으로부터 고통당한다. 이는 많은 평균들의 취득, 그리고 관심대상의 정확한 영역 상에 e빔을 포지셔닝하는 것에 특별한 관심을 요구한다.
그러므로, 필요로 되는 것은 적어도 부분적으로, 위에서 기술된 것들과 같은 문제점들을 극복하는 시스템이다.
위의 필요들 및 다른 필요들이 샘플에 지향되는 전자 빔을 발생시키기 위한 전자 빔 발생기를 갖는 분광기에 의해 충족된다. 전자 빔 포지셔너(positioner)는 전자 빔을 샘플의 포지션 상에 지향시켜 상기 샘플로부터 이차 방출된 전자 스트림을 생성한다. 방출된 전자 스트림 포지셔너는 상기 방출된 전자 스트림을 검출기 어레이 상에 포지셔닝시키고, 상기 검출기 어레이는 상기 방출된 전자 빔을 수신하고 상기 방출된 전자 스트림의 분량(amount) 및 수신된 포지션들 모두를 검출한다. 변조기는 상기 샘플 상에 지향되는 상기 전자 빔을 변조하여 상기 샘플 상에서 제1 포지션 및 제2 포지션 사이에서 상기 전자 빔을 스위핑(sweeping)한다. 추출기는 상기 변조기 및 검출기 모두와 신호 통신하고, 상기 제1 포지션으로부터 수신되는 신호들과 상기 제2 포지션으로부터 수신되는 신호들 사이의 차이를 나타내는 차분 신호를 추출한다.
절대 신호들이 아니라, 차분 신호들에 주목함으로써, 본 발명에 따른 분광기들은 종래 방식으로 구성되고 동작되는 분광계들의 신호 레벨들보다 훨씬 더 낮은 신호 레벨들을 구별할 수 있다. 따라서, 판독들이 예컨대 더 적은 시간으로 취해질 수 있고, 분광법의 비용과 관련된 다른 문제들이 감소되거나 제거될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 상기 분광기는 오제 분광기일 수도 있고 EDX 분광기일 수도 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 샘플에 지향되는 전자 빔을 발생시키기 위한 전자 빔 발생기를 갖는 분광기에 관해 기술된다. 전자 빔 포지셔너는 전자 빔을 샘플의 포지션 상에 지향시켜 상기 샘플로부터 이차 방출된 전자 스트림을 생성한다. 방출된 전자 스트림 포지셔너는 상기 방출된 전자 스트림을 검출기 어레이 상에 포지셔닝시키고, 상기 검출기 어레이는 상기 방출된 전자 스트림을 수신하고 상기 방출된 전자 스트림의 분량들 및 수신된 포지션들 모두를 검출한다. 변조기는 상기 방출된 전자 스트림 포지셔너에 대한 전압을 변조하여 상기 방출된 전자 스트림을 검출기에 걸쳐서 스위핑한다. 추출기는 상기 변조기 및 검출기 모두와 신호 통신하고, 샘플의 배경 컴포지션과 상이한 상기 샘플의 트레이스 성분들을 나타내는 차분 신호를 추출한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 전자 빔을 샘플 상에 지향시켜 상기 샘플로부터 이차 방출된 전자 스트림을 생성함으로써 차분 스펙트럼을 생성하기 위한 방법이 기술된다. 상기 방출된 전자 스트림은 검출기 어레이 상에 포지셔닝되고, 상기 검출기 어레이는 상기 방출된 전자 스트림의 분량들 및 수신된 포지션들 모두를 검출한다. 변조기는 (1) 상기 전자 빔을 상기 샘플 상에 쏘는 것 그리고 (2) 상기 방출된 전자 스트림을 상기 검출기 상에 포지셔닝하는 것 중 적어도 하나를 변조한다. 신호 통신이 변조기 및 검출기 사이에 제공되고, 상기 변조된 전자 빔 및 상기 변조된 방출된 전자 스트림 중 적어도 하나에 의해 발생되는 신호들 사이의 차이를 나타내는 차분 신호가 추출된다.
상기 방법은 예컨대 오제 분광기 또는 EDX 분광기 내에 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 변조기는 상기 샘플 상에 지향되는 전자 빔을 변조하여 상기 샘플 상에서 제1 포지션 및 제2 포지션 사이에서 상기 전자 빔을 스위핑시키고, 상기 차분 신호는 상기 샘플 상의 제1 포지션으로부터 수신되는 신호들 및 상기 샘플 상의 제2 포지션으로부터 수신되는 신호들 사이의 차이를 나타낸다. 다른 실시예에서, 상기 변조기는 상기 방출된 전자 스트림을 상기 검출기에 걸쳐서 변조하여 상기 방출된 전자 스트림을 상기 검출기에 걸쳐서 스위핑시키고, 상기 차분 신호는 상기 샘플의 배경 컴포지션(composition)과 상이한 상기 샘플의 트레이스 성분들을 나타낸다.
본 발명의 추가적 장점들은 도면들과 함께 고려될 때 상세한 설명을 참조하여 명백해지며, 상기 도면들은 세부사항들을 더욱 명확하게 보여주기 위해 스케일링되지 않으며, 이때 같은 참조 부호들은 여러 도면들을 통틀어 같은 엘리먼트를 표시한다.
도 1은 전압-가변 방법이 사용되는 본 발명에 따른 오제 분광기의 제1 실시예의 그래픽 도면이다.
도 2는 포지션-가변 방법이 사용되는 본 발명에 따른 오제 분광기의 제2 실시예의 그래픽 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 포지션 내 변이의 그래픽 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에서 신호들 및 프레임 트리거들의 그래픽 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에서 포지션 변조 및 프레임 트리거들의 그래픽 도면이다.
도 2는 포지션-가변 방법이 사용되는 본 발명에 따른 오제 분광기의 제2 실시예의 그래픽 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 포지션 내 변이의 그래픽 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에서 신호들 및 프레임 트리거들의 그래픽 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에서 포지션 변조 및 프레임 트리거들의 그래픽 도면이다.
본 명세서에 기술된 실시예들은 샘플 상의 주어진 포지션에서 엘리먼트들의 짝수 분 트레이스들(even minute traces)의 추출을 가능하게 한다. 본 발명은 적어도 두 개의 주요 실시예들(각각은 여러 하위 실시예들을 가짐)을 갖고, 그들 중 각각은 샘플 상에서 인터로게이팅된(interrogated) 포지션의 "차분" 스펙트럼으로 불릴 수 있는 것을 발생시킨다. 그러나, 용어 "차분"은 상기 용어가 상이한 실시예들에 적용될 때 다소 상이한 의미들을 갖는다.
제1 실시예에서, "차분"은 d(NE)/d(E)와 같이 서로에 비하여 주어진 인터로게이팅된 포지션의 성분들 내의 차이를 표시한다. 이러한 형태의 차분 데이터는 주로 시각적 보조인데, 그 이유는 상기 차분 데이터가 스펙트럼에서 정밀성들(subtleties)을 향상시키는 경향이 있기 때문이다. 이러한 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 분광기(10)는 샘플(14)을 향해 지향되는 전자 빔(12)을 생성하고, 그 충돌은 오제 전자들(16)을 생성한다. 표시된 바와 같은 사인형 전압이 수집 시스템의 전극들(20)에 인가된다. 병렬 검출 시스템(18)은 다수의 채널들에 걸쳐서 오제 전자들의 동시적 검출을 허용한다. 이러한 사인형 전압의 인가는 오제 전자들(16)에 의해 취해지는 비행 경로들이 표시된 바와 같이 특정 레벨의 사인형 위글(wiggle)을 경험하는 것을 의미한다. 그러므로, 검출기(18)의 각각의 엘리먼트에서 획득되는 신호는 배경을 표현하는 "DC" 신호, 및 차분 값, 즉 d(NE)/d(E)을 표현하는 "AC" 컴포넌트의 결합이다.
도 2에 도시된 바와 같은 제2 실시예에서, "차분"은 샘플(14) 상의 제2 포지션의 스펙트럼에 대하여 샘플(14) 상의 제1 포지션의 스펙트럼의 차이를 표시한다. 이러한 실시예에서, 작은 진폭 사인형 변조 신호는 전자 빔(12)의 포지셔닝 전극들에 인가되어서, 표시된 바와 같이 빔(12) 내에서 사인형 위글을 유발한다. 분광기(10)는 그렇지 않으면 이러한 실시예에서 수정되지 않는다. 따라서, 분광기(10)는 자신이 통상적으로 하는 바와 같이 오제 전자들을 계속 분석한다.
이러한 제2 실시예에서, 결과적 차분 스펙트럼은 두 개의 포지션들의 모두에 존재하는 그러한 엘리먼트들에 대하여 동일한 진폭을 갖는 임의의 신호를 포함하지 않으며, 샘플(14) 상에서 두 개의 지점들에서의 엘리먼트적 컴포지션들의 차이들을 보여준다. 즉, 두 개의 인접한 포지션들의 엘리먼트적 콘텐츠가 동일할 때, 오제 전자들의 두 개의 스트림들 사이에는 엘리먼트적 변이들이 존재하지 않는다. 이러한 경우, 전자 빔(12)이 샘플(14) 상에 도착하는지에 상관 없이, 동일한 오제 스펙트럼이 발생된다.
도 3은 샘플(14) 상의 두 개의 지점들 사이에서 앞뒤로 전자 빔(12)의 진동(oscillation)을 도시하며, 포지션들 중 하나는 다른 포지션에는 존재하지 않는 엘리먼트적 포함을 표현하는 블랙 스폿을 포함한다. 상기 진동의 한 포지션이 샘플(14) 상의 다른 포지션과 약간의 엘리먼트적 변이를 가질 때, 비록 두 개의 포지션들 사이의 엘리먼트적 컴포지션의 대부분이 동일하더라도, 엘리먼트적 변이로 인해 오제 스펙트럼에 약간의 변화가 존재한다. 따라서, 결과적 오제 스펙트럼은 사인형 방식으로 가변한다. 오제 스펙트럼의 AC 컴포넌트를 추출함으로써, 상기 도트의 재료의 심지어 가장 작은 트레이스들도 시스템(10) 내의 전자 잡음에 의해서만 제한되는 레벨까지 추출될 수 있다.
신호 추출
단지 단일 엘리먼트 검출기를 갖는 오제 분광기의 경우, 차분 신호는 단순히 록-인(lock-in) 검출에 의해 추출될 수 있는 AC 신호이다. 그러나, 이것은 전체 스펙트럼을 다룰 때 변화한다. 상기 스펙트럼이 일-차원 이미지로서 고려될 수 있기 때문에, 상기 신호는 록-인 서모그래피(lock-in thermography)에서 사용되는 것과 유사한 기술을 이용함으로써 추출될 수 있다.
전술된 바와 같이, 분광기(10)의 전극들(20) 또는 전자 빔(12)의 포지셔닝 전극들에 인가되는 전압은 사인형 함수와 같이 주기적 신호에 의해 변조된다. 따라서, 발생되는 오제 스펙트럼은 사인형으로 가변하는 스펙트럼이다. 샘플이 고정된 동안 이미지의 다수의 프레임들, 즉 검출기 어레이에 의해 병렬 방식으로 발생되는 스펙트럼이 획득된다. 그런 다음에 상기 이미지들은 변조 주파수에서 시간 도메인 내에서 푸리에 필터를 적용시킴으로써 프로세싱된다. 상기 진폭 및 위상 이미지들은 하기에 의해 주어진다 :
여기서, f1은 빔(12) 포지션 변조(또는 전극들(20)의 전압 변조)의 주파수이고, f2는 프레임 레이트이다. 일부 실시예들에서, f2는 f1의 짝수 배이다. Xi는 검출기 어레이(18)에서 픽셀 포지션(또는 채널)이다. N은 캡쳐되는 프레임들의 총 개수이고, 일 실시예에서 상기 N은 원해지는 숫자로 셋팅될 수 있는 변조 주기들의 개수의 정수배이다. A는 진폭이고 Φ은 차분 스펙트럼의 위상이다. 따라서, 획득되는 결과는 동작의 모드에 따라, 지점 자체의 순수한 차분 스펙트럼(또는 차분 디스플레이)이거나, 또는 샘플(14) 상에서 다른 인접한 지점에 관한 차분 스펙트럼(재료 변이)이다.
도 4는 두 개의 상이한 스펙트럼들에 의해 발생되는 신호들을 선택하는데 프레임 트리거들이 어떻게 사용될 수 있는지를 도시한다. 도 5는 빔 스폿 포지션들 사이의 변조를 도시한다.
본 명세서에 설명되는 기술은 처음으로, 특히 인접한 포지션들에 관하여, 샘플(14) 상에서 특정한 포지션의 완벽한 차분 스펙트럼을 갖도록 한다. 상기 기술은 시스템(10) 내의 전자 잡음의 분량에 의해서만 제한되는 방식으로 주어진 재료의 분 트레이스들의 분리 및 식별을 가능하게 한다. 상기 기술은 "공통 모드/공통 엘리먼트" 신호들과 같이 배경 신호들의 완벽한 소거를 허용한다.
이러한 방법은 또한 EDX와 같은 다른 분광 기술들에도 적용될 수 있다. EDX의 경우, 인터로게이팅된 지점의 구성 재료들의 특징인 샘플에서 발생되는 x-레이 스펙트럼이 검출된다. 차분 EDX 스펙트럼을 발생시킬 때, e-빔 포지션 변조 모드만이 적용될 수 있다. 본 명세서에 기술된 방법들은 필수적으로 샘플 상에서 임의의 두 개의 포지션들 사이에서 변이들을 분리시키기 위한 일반적인 기술들이다.
본 발명에 대한 바람직한 실시예들의 전술된 설명은 예시 및 설명을 위해 제시되었다. 상기 전술된 설명은 개시된 정밀한 형태로 본 발명을 제한하거나 배타적인 것으로 의도되지 않는다. 명백한 수정들 또는 변형들이 위 설명의 관점에서 가능하다. 실시예들은 본 발명의 원리들 및 그 실제적 적용에 관한 최선의 예시들을 제공하기 위한 노력으로 선택되고 설명되며, 이로써 당업자가 다양한 실시예들에서 및 고려되는 특정한 사용에 적절한 것으로서 다양한 수정들과 함께 본 발명을 사용할 수 있도록 한다. 모든 이러한 수정들 및 변형들은 공평하게, 법률적으로, 공정하게 명명되는 범위에 따라 해석될 때 첨부된 청구범위에 의해 결정되는 바와 같은 본 발명의 범위 내에 있다.
Claims (10)
- 샘플에 지향되는 전자 빔을 발생시키기 위한 전자 빔 발생기,
상기 전자 빔을 상기 샘플의 포지션 상으로 지향시켜 상기 샘플로부터 이차 방출된 스트림을 생성하기 위한 전자 빔 포지셔너,
검출기 어레이 상으로 상기 이차 방출된 스트림을 포지셔닝하기 위한 이차 방출된 스트림 포지셔너,
상기 이차 방출된 스트림을 수신하고 상기 이차 방출된 스트림의 분량들(amounts) 및 수신된 포지션들 모두를 검출하기 위한 상기 검출기 어레이 ― 상기 이차 방출된 스트림은 전자들 및 x-레이들 중 적어도 하나를 포함함 ―,
상기 샘플 상으로 지향되는 전자 빔의 포지션을 임의의 주파수에서 사인형으로(sinusoidally) 변조하여 상기 샘플 상에서 제1 포지션 및 제2 포지션 사이에서 상기 전자 빔을 반복적으로 스위핑(sweeping)하기 위한 변조기, 및
변조의 상기 주파수에서 시간 도메인 내에서 푸리에 필터를 적용함으로써 차분 신호를 추출하기 위한, 상기 변조기 및 상기 검출기 어레이 모두와 신호 통신하는 추출기 ― 상기 차분 신호는 상기 전자 빔의 반복적인 스위핑 동안에 상기 제1 포지션으로부터 수신되는 신호 프레임들 및 상기 전자 빔의 반복적인 스위핑 동안에 상기 제2 포지션으로부터 수신되는 신호 프레임들 사이의 차이를 나타냄 ― 를 포함하는,
분광기. - 제 1 항에 있어서,
상기 분광기는 오제 분광기(Auger spectrometer)인,
분광기. - 제 1 항에 있어서,
상기 분광기는 EDX 분광기인,
분광기. - 차분 스펙트럼을 생성하기 위한 방법으로서,
전자 빔을 샘플 상으로 지향시켜 상기 샘플로부터 이차 방출된 스트림을 생성하는 단계 ― 상기 이차 방출된 스트림은 전자들 및 x-레이들 중 적어도 하나를 포함함 ―;
상기 이차 방출된 스트림을 검출기 어레이 상으로 포지셔닝시키는 단계;
상기 검출기 어레이를 이용하여 상기 이차 방출된 스트림의 분량들 및 수신된 포지션들 모두를 검출하는 단계;
변조기를 이용하여, 상기 샘플 상으로 상기 전자 빔을 지향시키는 것과 상기 검출기 어레이 상으로 상기 이차 방출된 스트림을 포지셔닝시키는 것 중 적어도 하나를 임의의 주파수에서 사인형으로(sinusoidally) 변조하는 단계;
상기 변조기 및 상기 검출기 어레이 사이에 신호 통신을 제공하는 단계; 및
변조의 상기 주파수에서 시간 도메인 내에서 푸리에 필터를 적용함으로써 차분 신호를 추출하는 단계 ― 상기 차분 신호는 변조된 상기 전자 빔 및 변조된 상기 이차 방출된 스트림 중 적어도 하나에 의해 상기 검출기 어레이 상에서 상이한 포지션들에서 생성되는 신호 프레임들 사이의 차이를 나타냄 ― 를 포함하는,
차분 스펙트럼을 생성하기 위한 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 방법은 오제 분광기 내에서 구현되는,
차분 스펙트럼을 생성하기 위한 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 방법은 EDX 분광기 내에서 구현되는,
차분 스펙트럼을 생성하기 위한 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 변조기는 상기 샘플 상으로 지향되는 상기 전자 빔을 변조하여 상기 샘플 상에서 제1 포지션 및 제2 포지션 사이에서 상기 전자 빔을 스위핑시키고, 상기 차분 신호는 상기 샘플 상의 제1 포지션으로부터 수신되는 신호들 및 상기 샘플 상의 제2 포지션으로부터 수신되는 신호들 사이의 차이를 나타내는,
차분 스펙트럼을 생성하기 위한 방법. - 삭제
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