KR102070263B1 - 스침 입사 엑스선 형광 분석(ｇｉｘｒｆ)을 위한 각도 교정 - Google Patents

스침 입사 엑스선 형광 분석(ｇｉｘｒｆ)을 위한 각도 교정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시료의 표면 위의 위치에 스침각으로 입사되도록 엑스선 빔을 지향시키는 단계를 포함한다. 상기 위치에 여기된 엑스선 형광이 측정된다. 상기 표면으로부터의 엑스선 빔의 반사각 및 엑스선 빔의 투과각이 측정된다. 상기 표면 상의 엑스선의 입사각이 상기 측정된 반사각 및 투과각을 사용하여 평가되고, 상기 측정된 엑스선 형광이 상기 평가된 입사각을 사용하여 분석된다.

Description

스침 입사 엑스선 형광 분석(ＧＩＸＲＦ)을 위한 각도 교정{ANGLE CALIBRATION FOR GRAZING-INCIDENCE X-RAY FLUORESCENCE (GIXRF)}
본 발명은 일반적으로 엑스선 분석에 관한 것이고, 특히 시료에 증착된 박막층의 분석을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
스침 입사 엑스선 형광 분석(GIXRF)과 같은 다양한 엑스선 기술이 반도체 장치를 포함하는 많은 분야에서 재료 특성화를 위해 사용된다. 종래 기술의 예가 아래에 제공되어 있다.
여기에 언급되어 통합된 Vu 등의 미국 특허 6,381,303는 시료의 표면에 500 ㎛ 미만의 치수를 갖는 점을 조사하는, 박막용 엑스선 전자 현미경 분석기를 기술하고 있다. 제1 엑스선 검출기는 이러한 시료의 표면에 대해 높은 각도에서, 이러한 조사에 응답하여, 이러한 샘플로부터 방출된 형광 엑스선을 포착한다. 제2 엑스선 검출기는 시료의 표면에 대해 스침각(grazing angle)에서 이러함 점으로부터의 엑스선을 포착한다. 처리 회로는 포착된 엑스선에 응답하여 제1 및 제2 엑스선 검출기로부터 각각의 신호를 수신하고, 이러한 신호들을 함께 분석하여 점의 영역 내의 시료의 표면층의 특성을 알아낸다.
여기에 언급되어 통합된 Chen 등의 미국 특허 6,829,327은 반도체 웨이퍼 위와 같은 표면 위의 이물 검출용 더블 커브 광학부를 사용한 향상된 전반사 엑스선 형광 분석(TXRF)을 기술하고 있다.
여기에 언급되어 통합된 Janik 등의 미국 특허 7,039,158은 멀티-테크닉 분석 기능을 포함하는 박막 분석 시스템을 기술하고 있다. 스침 입사 엑스선 반사 측정(GXR)은 GXR에 의해 정확한 두께를 얻고 파장-분산 엑스선 분광 분석(WDX) 검출기를 사용하는 엑스선 형광 분석(XRF)에 의해 고해상 구성요소 측정값을 얻기 위해 WDX에 의해 측정되는 엑스선을 여기시키기 위해 전자 빔을 사용하는 XRF와 결합될 수 있다.
여기에 언급되어 통합된 Mazor 등의 미국 특허 6,108,398은 시료 위의 점에 입사되는 엑스선 빔을 발생시키고 복수의 형광 엑스선 광자를 생성하는 엑스선 빔 발생기를 포함하여, 엑스선 형광 분석기 및 시료를 분석하기 위한 방법을 기술하고 있다. 이러한 형광 엑스선 광자를 포착하고 이에 응답하여 시료의 분석에 적절한 복수의 전자 펄스를 생성하도록 상기 점 주변에 배열된 복수의 반도체성 검출기가 존재한다.
여기에 언급되어 통합된 Berman 등의 미국 특허 7,062,013은 기지의 반사 특성을 갖는 제1 층 및 상기 제1 층 위에 형성된 제2 층을 포함하는 시료의 조사를 위한 방법을 기술하고 있다. 상기 방법은 시료의 표면과 관련된 앙각의 함수로서 반사 신호를 생성하도록 상기 시료의 표면쪽으로 방사선을 지향시키는 단계 및 상기 표면으로부터 반사된 방사선을 감지하는 단계를 포함한다.
여기에 언급되어 통합된 Nakano 등의 미국 특허 7,258,485는 제조 웨이퍼 등과 같은 조사 타겟이 장착되는 시료 테이블, 상기 시료 테이블을 이동시키기 위한 위치조절 메커니즘, 제1 및 제2 스윙 암을 갖고 있는 각도계, 상기 제1 스윙 암에 장착되고 실드 튜브에 엑스선 튜브 및 엑스선 광학 소자를 포함하는 적어도 하나의 엑스선 조사 유닛, 제2 스윙 암에 장착된 엑스선 검출기, 및 상기 시료 테이블에 배치된 조사 타겟의 패턴 인식을 위한 광학 카메라를 포함하는 엑스선 박막 조사 장치를 기술하고 있다.
여기에 언급되어 통합된 Hossain 등의 미국 특허 6,173,036은 스침 입사 엑스선 형광 분석을 사용한 깊이 프로필 측정을 기술하고 있다. 일련의 엑스선 형광 분석이 다양한 작은 각도에서 실행되고 기판 내의 소자의 깊이 프로파일링을 위해 분석된다.
GIXRF의 추가 이론 및 세부사항이 여기에 언급되어 통합된 "Total Reflection X-ray Fluorescence Analysis," John Wiley & Sons, 1997, chapters 2-4에서 Klockenkamper에 의해 제공되어 있다.
본 특허 출원서에 언급되어 통합된 문헌은 임의의 용어가 본 명세서에 뚜렷이 또는 함축적으로 규정된 정의와 충돌하는 방식으로 이러한 통합된 문헌에서 규정되었을 경우에는 오직 본 명세서의 규정만이 고려되어야 한다는 것을 제외하면 본 출원의 필수적인 부분으로 인식되어야 한다.
여기에 기술된 본 발명의 실시예는 시료의 표면 위의 위치에 스침각으로 입사되도록 엑스선 빔을 지향시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 상기 위치에 여기된 엑스선 형광이 측정된다. 상기 표면으로부터의 엑스선 빔의 반사각 및 엑스선 빔의 투과각이 측정된다. 상기 표면 상의 엑스선의 입사각이 상기 측정된 반사각 및 투과각을 사용하여 평가되고, 상기 측정된 엑스선 형광이 상기 평가된 입사각을 사용하여 분석된다.
일부 실시예에서, 상기 엑스선 빔을 지향시키는 단계는 상기 시료의 표면 위에 수렴하도록 상기 엑스선 빔의 초점을 맞추는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 투과각을 측정하는 단계는 상기 시료가 존재하지 않는 동안 투과각을 산정하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 투과각을 측정하는 단계는 상기 시료를 관통한 상기 엑스선 빔의 투과각을 산정하는 단계를 포함한다.
실시예에서, 상기 반사각 및 투과각을 측정하는 단계는 상기 시료의 표면에 수직으로 어레이 검출기를 위치시키는 단계, 및 상기 표면으로부터의 상기 엑스선 빔의 반사 및 상기 엑스선 빔의 투과를 감지하도록 상기 어레이 검출기를 구성하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 입사각을 평가하는 단계는 상기 표면의 평균 평면에 대한 상기 평면의 각도 편차를 알아내기 위해 상기 측정된 반사각 및 투과각의 평균을 구하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 입사각을 평가하는 단계는 상기 표면에 대한 공칭 입사각과 상기 표면의 각도 편차를 합산함으로써 실제 입사각을 계산하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 측정된 엑스선 형광을 분석하는 단계는 상기 측정된 엑스선 형광, 상기 실제 입사각 및 상기 공칭 입사각 면에서 상기 엑스선 형광의 보정된 강도를 찾는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 엑스선 형광을 측정하고 분석하는 단계는 상기 입사각을 평가하기 위해 사용된 상기 엑스선 빔을 사용하여 실행된다. 또 다른 실시예에서, 상기 엑스선 형광을 측정하고 분석하는 단계는 상기 입사각을 평가하기 위해 사용된 엑스선 빔에 대한 기지의 각도 오프셋을 갖는 제2 엑스선 빔을 사용하여 실행된다.
본 발명의 실시예에 따라 엑스선 소스, 제1 및 제2 검출기 및 프로세서를 포함하는 장치가 추가로 제공되어 있다. 상기 엑스선 소스는 상기 시료의 표면 위의 위치에 스침각으로 입사되도록 엑스선 빔을 발생시키고 지향시키기 위해 구성되어 있다. 상기 제1 검출기는 상기 엑스선 빔에 의해 상기 위치에서 여기된 엑스선 형광을 측정하도록 구성되어 있다. 상기 제2 검출기는 상기 표면으로부터의 상기 엑스선 빔의 반사 및 상기 엑스선 빔의 투과를 감지하도록 구성되어 있다. 상기 프로세서는 상기 반사의 반사각 및 상기 투과의 투과각을 측정하고, 상기 측정된 반사각 및 투과각을 사용하여 상기 표면 위의 상기 엑스선 빔의 입사각을 평가하고, 상기 평가된 입사각을 사용하여 상기 측정된 엑스선 형광을 분석하도록 구성되어 있다.
본 발명은 다음의 도면과 함께 본 발명의 실시예의 아래의 상세한 설명으로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스침 입사 엑스선 형광 분석(GIXRF) 측정 시스템 아래의, 반도체 웨이퍼와 같은, 시료의 개략 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼의 토포그래피 맵의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 GIXRF 시스템의 각도 교정을 위한 방법을 개략적으로 설명한 순서도이다.
개관
스침 입사 엑스선 형광 분석(GIXRF)은 보통 수백 나노미터로부터 수 나노미터까지의 두께 범위에서 박막층의 깊이 프로파일링 및 특성화를 위해 사용될 수 있는 측정 및 분석을 위한 기술이다.
GIXRF에서, 여기 엑스선 빔은 대부분 재료 및 경질 엑스선에 대해 보통 1° 미만인 외부 전반사각 근방 또는 아래의, 스침각, 즉, 표면에 거의 평행한 각도에서 시료에 입사된다.
GIXRF에서, 여기 엑스선 빔은 훨씬 더 높은 입사각을 갖는 빔과 비교하여 시료에 관통되는 깊이가 많이 감소된다. 엑스선 빔에 의해 여기된 원자에 의해 방출된 형광 방사선의 강도는 파동장(wavefield) 강도에 비례한다. 시료 내의 파동장의 공간 분포 및 깊이가 엑스선 빔의 입사각에 민감하게 의존하기 때문에, 시료의 상층의 구조 및 구성의 의미있는 측정을 위해 이러한 입사각을 정확하게 제어하는 것이 일반적으로 중요하다.
GIXRF는 (예를 들어, 상술된 특허 6,173,036에 기술된 바와 같이) 반도체 웨이퍼에서 측정하는데 적용되었다. 그러나, 이러한 웨이퍼는 예를 들어, 증착된 박막 및/또는 열 처리로부터의 스트레스로 인해 변형될 수 있다. 따라서, 정확한 GIXRF 측정을 위해, 여기 엑스선 빔의 입사각이 엑스선 빔이 입사되는 웨이퍼 위의 각 포인트에서 정밀하게 측정되는 것이 바람직하다. 이러한 생각은 편평도가 보장될 수 없는 다른 종류의 시료에서의 GIXRF 측정에서 마찬가지로 중요하다.
하술된 본 발명의 실시예는 GIXRF 측정에서 웨이퍼 또는 다른 시료의 "제로각도"를 정확하게 발견하기 위해 여기 엑스선 빔의 반사각 및 투과각을 측정한다. 여기에서 제로 각도는 여기 엑스선 빔이 표면에 입사되는 위치에서 시료의 표면에 대한 접선의 각도를 의미하는데, 이러한 접선은 입사 빔이 포함된 표면에 수직인 평면에서 취해진다. 용어 "제로 각도" 및 "각도 편차"는 본 특허 출원에서 상호교환되어 사용된다.
이러한 제로 각도에 대한 여기 엑스선의 반사각을 측정함으로써 시료 위의 빔의 실제 입사각을 정확하게 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 여기 엑스선 빔 자체는 제로 각도 측정에 사용되고, 이러한 경우에, 보정은 매우 정밀하고, 동시에 측정 기기 및 처리량 측면에서 최소 추가된 비용으로 실행될 수 있다. 대안의 실시예에서, 2개의 소스 사이에 고정된 각도 오프셋이 있다는 가정하에, 제1 엑스선 소스는 제2 엑스선 소스의 입사각을 교정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 낮은 에너지를 측정하기 위해 Cu 소스를 그리고 보다 높은 에너지를 측정하기 위해 Mo 소스를 포함할 수 있고, Cu 소스의 빔은 Mo 소스의 입사각을 교정하는데 사용될 수 있다.
개시된 실시예에서, GIXRF 시스템은 시료의 표면 위의 위치에 스침각으로 입사되도록 엑스선 빔을 생성하고 지향시키도록 구성된 엑스선 소스를 포함하고 있다. 실시예에서, 엑스선 빔은 시료 위의 입사점 위에 초점 맞추어진 수렴 빔이다. 이러한 특징에 의해 시스템은 신속한 정렬을 실행할 수 있는데, 그 이유는 입사각의 범위에 병렬 입사 빔을 주사할 필요가 제거되기 때문이다. 이러한 시스템은 또한, 2개의 검출기를 더 포함하는데, 하나의 검출기는 엑스선 빔에 의해 상기 위치에서 여기된 엑스선 형광을 측정하도록 구성되어 있고, 다른 검출기는 표면으로부터 엑스선 빔의 반사를 감지하고 상기 시료를 관통하는 엑스선 빔의 투과를 감지하도록 구성되어 있다.
추가로, 시스템은 반사광의 반사각 및 투과광의 투과각을 측정하고, 상기 측정된 반사각 및 투과각을 사용하여 상기 표면 위의 엑스선 빔의 입사각을 교정하고, 상기 시료 위의 각 측정된 위치에서 상기 교정된 입사각을 사용하여 상기 측정된 엑스선 형광을 분석하도록 구성되어 있는 프로세서를 포함한다. 기술된 시스템 및 방법에 의해, 본원을 읽은 후에 당업자에 이해되는 바와 같이, GIXRF 적용을 위해 입사 빔을 빠르고 정확하게 교정할 수 있다.
본 발명은 반도체 웨이퍼를 특성화하는 것과 같은 다양한 적용에 적용될 수 있어서, 용어 "웨이퍼" 및 "시료"는 본 특허 출원에서 상호교환되어 사용되어 있다.
시스템 설명
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스침 입사 엑스선 형광 분석(GIXRF) 측정 시스템(20) 아래의, 반도체 웨이퍼(22)와 같은, 시료의 개략 측면도이다.
시스템(20)은 Oxford X-ray Technology (Scotts Valley, California)에 의해 제조된 TF5011 또는 rtw RONTGEN-TECHNIK DR. WARRIKHOFF GmbH & Co. (Berlin, Germany)에 의해 제조된 MCBM 50-0, 6B, MCBM 65B-50, MCBM 50G-50와 같은 하나 이상의 엑스선 소스(26)를 포함하고 있다.
실시예에서, 각각 상이한 애노드를 포함하는 다수의 엑스선 소스(26)가 상이한 엑스선 에너지를 발생하도록 옵션으로 제공될 수 있다. 이러한 상이한 엑스선 에너지는 웨이퍼 내의 상이한 소자의 여기를 위해 사용될 수 있다.
시스템(20)은 소스(26)으로부터 나온 방출된 엑스선 빔(38)을 모으는 엑스선 광학부(28)를 더 포함하고 있다. 광학부(28)는 측정 영역(24)에서 웨이퍼의 표면 위에, (위치 및 크기가 독립적으로 조정될 수 있는 엑스선 불투명 재료로 제조된) 하나 이상의 모터 구동식 슬릿(33)을 통해, 초점 맞추어지는 희망의 규격으로 빔(38)의 특성을 조정한다. 이러한 광학부는 X-ray Optical Systems Inc. (Albany, NY)에 의해 제조된 더블 커브 결정(doubly curved crystal, DCC), 및 Xenocs SA (Grenoble, France)에 의해 제조된 FOX 3D 시리즈 또는 AXO DRESDEN GmbH (Dresden, Germany)에 의해 제조된 ASTIX 시리즈와 같은 다층 미러 광학부를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1에서, 빔(38)은 스침각, 즉, 외부 전반사의 각도 근방 또는 아래의, 거의 표면에 평행한 각도로 웨이퍼(22)에 입사된다. 대부분의 재료 및 경질 엑스선에 대해, 반드시는 아니지만, 스침각은 1° 미만이다. 본 예에서, 빔(38)은 시료에 초점 맞추어진 수렴 빔이다.
GIXRF 기술은 보통 반도체 웨이퍼(22)의 근 표면 측정 및 특성화를 위해 사용되지만, 이러한 웨이퍼(22)는 구부러지기 쉽다. 정확한 GIXRF 측정을 위해, 빔(38)의 입사각은 각 측정 영역(24)에서의 표면에 따라 정확하게 조정된다.
소스(26), 광학부(28) 및 슬릿(33)은 수렴 엑스선 빔에 의해 조사된 각도의 범위를 조정하기 위해 웨이퍼(22)의 표면에 평행한 축 둘레로 회전될 수 있는 하나 이상의 모터 구동식 암에 장착되어 있다. 이러한 소스, 광학부 및 슬릿은 이들이 함께 이동할 수 있도록 단일 암에 장착될 수 있다. 대안으로, 이러한 소스 및 광학부 및 슬릿은 독립적으로 조정될 수 있는 2개의 별개의 암에 장착될 수 있다. 웨이퍼(22)는 웨이퍼 표면에 수직인 축에 대해 웨이퍼의 방위 회전각 φ는 물론 수평면(xy)에서 웨이퍼(22)의 위치를 설정하기 위해 사용될 수 있는 모터 구동식 테이블에 장착되어 있다.
어레이 검출기인 위치 감지 엑스선 검출기(32)는 웨이퍼 표면으로부터의 엑스선 빔(42)의 반사 및 시료를 통한 엑스선 빔(44)의 투과를 감지하도록 구성되어 있다. 이러한 검출기는 DECTRIS Ltd (Baden, Switzerland)의 Mythen 시리즈의 검출기와 같은 CCD/CMOS 카메라 또는 선형(1D) Si 핀 다이오드 어레이를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
에너지 분산 엑스선 형광(EDXRF) 검출기(30)가 웨이퍼(22)의 표면 근방에 보통 평행하게 위치되어 있다. 이러한 검출기는 보통 웨이퍼(22)의 영역(24)에서 빔(38)의 입사점 위에 장착되어 있고, 웨이퍼 표면까지의 거리를 정확하게 그리고 정밀하게 측정하는 적절한 광학 거리계(rangefinder)와 같은 거리계에 결합될 수 있다. 이러한 검출기(30)는 Ketek Munich, Germany에 의해 제조된 AXAS 또는 VITUS 시리즈의 검출기와 같은 Si(Li) 또는 실리콘 표류 검출기(SDD)를 포함하고 바람직하게는 큰 액티브 영역을 가져서 웨이퍼(22)의 표면으로부터 방출된 방사선의 큰 입체각을 포착한다. 검출기(30)는 웨이퍼(22) 및 그 환경으로부터의 배경 산란(background scattering)을 감소시키기 위해 시준기를 포함할 수 있다. 검출기(30)는 웨이퍼(22)로부터 EDXRF 신호(40)를 수집한다.
프로세서(34)는 검출기(32, 30)로부터 출력 신호를 수집한다. 아래에 상세하게 설명되는 바와 같이, 프로세서(34)는 영역(24)에서의 반사각 및 투과각을 측정하기 위해 검출기(32)로부터의 신호를 사용한다. 또한, 프로세서(34)는 이러한 표면 위의 빔(38)의 입사각을 보정하기 위해 이러한 각도를 사용한다. 그다음, 프로세서(34)는 이러한 교정된 입사각을 사용하여 엑스선 형광 신호(40)를 분석한다.
보통, 프로세서(34)는 여기에 기술된 기능을 수행하도록 소프트웨어에 프로그램화된 범용 컴퓨터를 포함한다. 이러한 소프트웨어는 예를 들어, 네트워크를 통해 전자 형태로 프로세서에 다운로드될 수 있거나, 대안으로 또는 추가로, 자기 메모리, 광 메모리, 또는 전자 메모리와 같은 비임시 유형 매체에 제공되고 및/또는 저장될 수 있다.
검출기(32)는 신호의 2개의 공간 피크를 검출하는데, 하나는 반사 빔(420의 중심에 상응하고, 다른 하나는 투과된 빔(44)의 중심에 상응한다. 일부 실시예에서, 투과 빔(44)은 시료를 관통하고 횡단하는 빔이다. 다른 실시예에서, 투과 빔(44)은 시료가 존재하지 않을 때 검출기에 도달하는 직접적인 빔, 즉, 연속된 입사 빔이다. 예를 들어, 투과 빔은 시료가 올려지기 전에 한 번 측정될 수 있지만 반사 빔은 시료 표면 위의 모든 희망의 위치에서 측정될 수 있다. 이러한 개시된 기술은 양측 방식으로 사용될 수 있다. 본 특허 출원 및 청구범위에서, 용어 "투과 빔"은 양측 경우를 기술하기 위해 사용되어 있다. 투과 빔은 또한 여기에서 직접 빔으로 부른다.
즉, 일부 실시예에서 검출기(32)는 시료가 존재할 때 빔(44)의 피크를 검출한다. 다른 실시예에서, 검출기는 입사 빔의 위치를 기준각으로서 규정하기 위해, 시료가 존재하지 않을 때 직접(입사) 빔의 피크를 검출한다.
빔(42, 44)의 피크는 프로세서(34)에 의해 식별될 수 있고, 이러한 프로세서는 또한 디스플레이(36) 위에 피크의 그래프 출력을 제공할 수 있다. 2개의 피크 위치를 웨이퍼의 평균 평면 위와 아래로 각각의 각도, φ(반사각) 및 β(투과각)로 전환하기 위해 검출기(32)의 어레이의 기지의 피치, 및 영역(24)에서의 빔(38)의 중심으로부터의 검출기(32)의 기지의 거리가 프로세서(34)에 의해 사용된다. 이러한 2개의 각도의 평균은 아래의 등식 (1)에 따라, 표면의 제로 각도, 또는 각도 편차를 제공한다.
Figure 112015005665888-pat00001
(1)
여기에서 φ는 반사각이고,
β는 직접 빔의 각도이고,
δ는 각도 편차이고,
φ, β, δ는 웨이퍼의 평균 평면에 대해 측정된 양 또는 음의 각도이다.
아래에서 도 2에 대해 설명된 바와 같이, 각도 편차 δ는 빔(38)의 공칭 입사각과 이러한 빔의 실제, 정밀한 입사각 사이를 보정한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 웨이퍼(22)의 토포그래프 맵의 개략도이다.
보통, 웨이퍼(22)의 표면은 반도체 공정의 결과로서 높이가 다르다. 삽입된 도면은 영역(240의 단면도를 도시하고 있다. 삽입 도면에 도시된 물결선은 영역(24)의 표면 토포그래피를 도시하고 있고 직선의 파선은 웨이퍼 표면의 평균 평면을 도시하고 있다. 공칭 입사각 α는 이러한 평균 평면에 대해 측정되고, 이러한 표면은 영역(24)에서 평균 평면으로부터 표면의 실제 편차를 측정하는 각도 편차, 각도 δ를 갖고 있다. 각도 δ는 등식 (1)에 대해 상술된 바와 같이 측정되고 δ(x,y)는 웨이퍼(22)를 가로지르는 위치(x,y)의 함수이다.
도 2의 삽입된 도면에서 알 수 있는 바와 같이,
Figure 112015005665888-pat00002
(2)
여기에서, α'는 빔(38)의 실제 입사각이다.
일부 실시예에서, 각도 α'는 웨이퍼(22)의 표면층으로의 엑스선 빔의 관통의 깊이 및 면적을 추정하여 엑스선 형광 신호(40)으로부터 표면층의 구성 및 구조의 정확한 측정값을 추출하기 위해 물리적 모델에서 사용된다.
입사 빔(38)은 엑스선에 대한 외부 반사의 임계각 아래의 각도에서, 이러한 표면에 대부분의 반사된 여기 빔 광자를 생성한다. 외부 전반사에 대한 임계각 근방의 각도에서, 형광 강도는 시료 위의 엑스선 빔의 입사각과 거의 비례한다. 다른 실시예에서, 상기 방식으로 측정되는 표면의 각도 편차 δ는 다음의 등식 (3)을 사용하여, 기지의 공칭 각도 α에서 측정된 기준 강도 IRef에 대한 입사 빔의 보정된 강도 ICorrected를 계산하는데 적용될 수 있다.
Figure 112015005665888-pat00003
(3)
등식 (2)로부터, 등식 (3)은 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.
Figure 112015005665888-pat00004
(4)
일부 실시예에서, 시료의 측정된 형광은 시료의 상부 층의 기본 구성의 정확한 추정값을 추출하기 위해 등식 (3) 또는 (4)의 비율에 의해 보정될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 각도 보정은 실질상 임의의 다른 적절한 방식으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 등식 (3) 또는 (4)는 상기 비율이 입사각의 사인과 강도 보다는 입사각과 강도 사이에 있도록 수정될 수 있다. 다른 에로서, 프로세서(34)는 웨이퍼를 가로지르는 각 측정점에서 희망의 입사각을 물리적으로 설정하도록 상술된 소스 및 광학부를 기계적으로 이동시킬 수 있다. 이것은 이러한 소스 및 광학부가 프로세서(34)에 의해 제어될 수 있는 모터 구동식이며 컴퓨터 제어되는 회전 스테이지 위에 있다고 가정한다.
또 다른 실시예에서, 도 1의 시스템 구성은 외부 교정 규격에 대한 필요를 감소시키면서 박막의 특정을 보다 정밀하고 보다 빠르게 분석하도록 다른 측정 프로토콜에서 사용될 수 있다. GIXRF와 엑스선 반사 분석(XRR)의 결합은 예를 들어, Mg Ka 방사선의 강도로부터 1 nm 미만인 MgO의 층의 두께를 측정하는 것과 자기 기록 산업에서 판독-헤드의 제조에 사용되는 복잡한 다층 스택으로부터의 XRR 분석에 제공하는 이러한 정보를 제공하는 것과 같은 복잡한 스택의 분석(모델링)에 사용될 수 있다. XRR 데이터의 모델링은 예를 들어, 여기에 언급되어 통합되어 있는 미국 특허 7,103,142 및 7,130,376에 기술되어 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 GIXRF 시스템(20)의 각도 교정 방법을 개략적으로 설명하는 순서도이다.
이러한 방법은 시스템(20)이 엑스선 빔을 스침각으로 영역(24)에 입사하도록 지향시키는 엑스선 빔 지향 단계 100으로 시작한다. 측정 단계 102에서, 시스템(20)은 검출기(30)에 의해 엑스선 형광(40)을 측정하고, 검출기(32)를 사용하여 반사 빔과 투과 빔을 검출한다. 프로세서(34)는 반사각 및 투과각을 측정하기 위해 검출기(32)로부터 신호를 수신한다. 이러한 측정된 각으로부터, 프로세서는 등식 (1)을 사용하여 영역(24)에서 각도 편차 δ를 평가하다. 용어 "계산하다" 및 "평가하다"는 본 특허 출원에서 상호교환되어 사용되어 있다.
입사 빔 교정 단계 104에서, 시스템(20)은 등식 (2)에 대해 상술된 바와 같이, 빔(38)의 보정된 입사각 α'를 발견하기 위해 각도 δ를 사용한다.
분석 단계 106에서, 시스템(20)은 등식 (3) 또는 (4), 및 단계 104로부터의 보정된 입사각의 값에 따라 형광 엑스선 강도에 대한 보정값을 계산하고, 이러한 보정된 강도를 사용하여, 측정된 형광을 분석한다.
여기에 기술된 실시예가 주로 반도체 계측 적용 및 GIXRF에 대해 언급하고 있지만, 개시된 기술의 원리는 필요한 변경을 통해, 박막이 기재 위에 증착된 다양한 다른 적용에 사용될 수 있다.
따라서, 상술된 실시예는 예로서 제시되어 있고 본 발명은 여기에 특별히 도시되고 기술된 것에 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 오히려, 본 발명의 범위는 종래기술에 개시되어 있지 않고 상기 내용을 통해 당업자에게 가능한 수정 및 변형은 물론, 여기에 기술된 다양한 특징의 결합 및 하위 결합 모두를 포함하고 있다.

Claims (20)

  1. 시료의 분석 방법으로서,
    상기 시료의 표면 위의 위치에 스침각으로 입사되도록 엑스선 빔을 지향시키는 단계;
    상기 위치에서 여기된 엑스선 형광을 측정하는 단계;
    상기 표면으로부터의 상기 엑스선 빔의 반사각 및 상기 엑스선 빔의 투과각을 측정하는 단계;
    측정된 반사각 및 투과각을 사용하여 상기 표면 위의 상기 엑스선 빔의 입사각을 평가하는 단계; 및
    평가된 입사각을 사용하여 측정된 엑스선 형광을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 분석 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 엑스선 빔을 지향시키는 단계는 상기 시료의 상기 표면 위에 수렴하도록 상기 엑스선 빔의 초점을 맞추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 분석 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 투과각을 측정하는 단계는 상기 시료가 존재하지 않는 동안 투과각을 산정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 분석 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 투과각을 측정하는 단계는 상기 시료를 관통한 상기 엑스선 빔의 투과각을 산정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 분석 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반사각 및 투과각을 측정하는 단계는 상기 시료의 상기 표면에 수직으로 어레이 검출기를 위치시키는 단계, 및 상기 표면으로부터의 상기 엑스선 빔의 반사 및 상기 엑스선 빔의 투과를 감지하도록 상기 어레이 검출기를 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 분석 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 입사각을 평가하는 단계는 상기 표면의 평균 평면에 대한 상기 평면의 각도 편차를 알아내기 위해 측정된 반사각 및 투과각의 평균을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 분석 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 입사각을 평가하는 단계는 상기 표면에 대한 공칭 입사각과 상기 표면의 각도 편차를 합산함으로써 실제 입사각을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 분석 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 측정된 엑스선 형광을 분석하는 단계는 상기 측정된 엑스선 형광, 상기 실제 입사각 및 상기 공칭 입사각 면에서 상기 엑스선 형광의 보정된 강도를 찾는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 분석 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 엑스선 형광을 측정하는 단계 및 분석하는 단계는 상기 입사각을 평가하기 위해 사용된 상기 엑스선 빔을 사용하여 실행되는 것을 특징으로 하는 시료 분석 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 엑스선 형광을 측정하는 단계 및 분석하는 단계는 상기 입사각을 평가하기 위해 사용된 상기 엑스선 빔에 대한 기지의 각도 오프셋을 갖는 제2 엑스선 빔을 사용하여 실행되는 것을 특징으로 하는 시료 분석 방법.
  11. 시료의 표면 위의 위치에 스침각으로 입사되도록 엑스선 빔을 발생시키고 지향시키기 위해 구성된 엑스선 소스;
    상기 엑스선 빔에 의해 상기 위치에서 여기된 엑스선 형광을 측정하도록 구성된 제1 검출기;
    상기 표면으로부터의 상기 엑스선 빔의 반사 및 상기 엑스선 빔의 투과를 감지하도록 구성된 제2 검출기; 및
    상기 반사의 반사각 및 상기 투과의 투과각을 측정하고, 측정된 반사각 및 투과각을 사용하여 상기 표면 위의 상기 엑스선 빔의 입사각을 평가하고, 평가된 입사각을 사용하여 측정된 엑스선 형광을 분석하도록 구성된 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 엑스선 소스는 상기 시료의 상기 표면 위에 수렴하도록 상기 엑스선 빔의 초점을 맞추도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제2 검출기는 상기 시료가 존재하지 않는 동안 상기 엑스선 빔의 투과를 감지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제2 검출기는 상기 시료를 관통한 상기 엑스선 빔의 투과를 감지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제2 검출기는 상기 시료의 상기 표면에 수직으로 배치되어 있고, 상기 표면으로부터의 상기 엑스선 빔의 반사 및 상기 엑스선 빔의 투과를 감지하도록 구성된 어레이 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 표면의 평균 평면에 대한 상기 평면의 각도 편차를 알아내기 위해 측정된 반사각 및 투과각의 평균을 구하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 표면에 대한 공칭 입사각과 상기 표면의 각도 편차를 합산함으로써 실제 입사각의 평균을 구하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 프로세서는 측정된 엑스선 형광, 상기 실제 입사각 및 상기 공칭 입사각 면에서 상기 엑스선 형광의 보정된 강도를 찾도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제11항에 있어서, 상기 제1 검출기는 상기 엑스선 형광을 측정하도록 구성되어 있고, 상기 프로세서는 상기 입사각을 평가하기 위해 사용된 상기 엑스선 빔을 사용하여 상기 엑스선 형광을 분석하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제11항에 있어서, 상기 엑스선 소스는 또한, 상기 입사각을 평가하기 위해 사용된 상기 엑스선 빔에 관한 기지의 각도 오프셋을 갖는 제2 엑스선 빔을 발생하고 지향시키도록 구성되어 있고, 상기 제1 검출기는 상기 엑스선 형광을 측정하도록 구성되어 있고, 상기 프로세서는 상기 제2 엑스선 빔을 사용하여 상기 엑스선 형광을 분석하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
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