KR102186336B1

KR102186336B1 - X-선 광전자 및 저 에너지 x-선 형광 분광법에 의해 필름을 특성화하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102186336B1
Application number: KR1020197032752A
Authority: KR
Inventors: 브루노 더블유 쉴러; 데이비드 에이 리드; 제프리 토마스 팬턴; 로드니 스메트
Original assignee: 리베라 인코퍼레이티드
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2020-12-03
Also published as: EP2761284A4; US9240254B2; KR20190128249A; EP2761284A1; US20130077742A1; WO2013048913A1; KR102042972B1; KR20140100934A; EP2761284B1

Abstract

X-선 광전자 분광법 (XPS) 에 의해 필름들을 특성화하기 위한 시스템들 및 방법들이 개시되어 있다. 예를 들어, 필름을 특성화하기 위한 시스템은 실리콘의 k-에지 미만인 에너지를 갖는 X-선 빔을 발생시키기 위한 X-선 소스를 포함할 수도 있다. 샘플을 X-선 빔의 경로에 위치시키기 위한 샘플 홀더가 포함될 수도 있다. X-선 빔으로 샘플에 충격을 가함으로써 발생된 XPS 신호를 수집하기 위한 제 1 검출기가 포함될 수도 있다. X-선 빔으로 샘플에 충격을 가함으로써 발생된 X-선 형광 (XRF) 신호를 수집하기 위한 제 2 검출기가 포함될 수도 있다. 분석 부위에서의 1 차 X-선 플럭스의 모니터링/추정은 분석 부위 근처 및 분석 부위에서의 X-선 플럭스 검출기들에 의해 제공될 수도 있다. 신호 강도 비율들을 채용할 필요 없이 필름 두께 또는 도우즈 측정을 가능하게 하기 위하여, XRF 및 XPS 신호들이 (추정된) 1 차 X-선 플럭스에 대해 정규화될 수도 있다.

Description

X-선 광전자 및 저 에너지 X-선 형광 분광법에 의해 필름을 특성화하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CHARACTERIZING A FILM BY X-RAY PHOTOELECTRON AND LOW-ENERGY X-RAY FLUORESCENCE SPECTROSCOPY}

발명의 실시 형태들은 X-선 광전자 분광법 (X-ray photoelectron spectroscopy; XPS) 분석 및, 특히 XPS에 의해 필름들을 특성화하기 위한 시스템들 및 방법들의 분야이다.

X-선 광전자 분광법 (XPS) 은 물질 내에 존재하는 원소들의 원소 조성, 실험식, 화학적 상태 및 전자 상태를 측정하는 정량적 분광 기법 (quantitative spectroscopic technique) 이다. 분석되고 있는 물질의 상부, 예를 들어, 1 내지 10 nm 로부터 탈출하는 전자들의 수 및 운동 에너지를 동시에 측정하면서 X-선들의 빔을 물질에 조사함으로써, XPS 스펙트럼들이 얻어질 수도 있다. XPS 분석은 포커싱된 전자 빔으로 알루미늄 애노드 (aluminum anode) 표면에 충격을 가함으로써 발생될 수도 있는 단색성 (monochromatic) 알루미늄 Kα (AlKα) X-선들을 통상적으로 채용한다. 다음으로, 발생된 AlKα X-선들의 일부는 포커싱 단색기 (focusing monochromator) 에 의해 차단되고, 좁은 X-선 에너지 대역이 샘플 표면 상의 분석 부위 상으로 포커싱된다. 샘플 표면에서의 AlKα X-선들의 X-선 플럭스 (flux) 는 전자 빔 전류, 알루미늄 애노드 표면의 두께 및 무결성 (integrity), 그리고 단색기의 결정 품질, 크기, 및 안정성에 의존한다.

X-선 형광 (X-ray fluorescence; XRF) 은 더 높은 에너지의 X-선들 또는 감마 (gamma) 선들로 충격을 가함으로써 여기되었던 물질로부터의 특유의 "2 차적인" (또는 형광성) X-선들의 방출이다. 상기 현상은 특히, 금속들, 유리, 세라믹들 및 건축 재료들의 조사에서 원소 분석 및 화학적 분석을 위하여, 그리고 지구화학, 법과학 및 고고학에서의 연구를 위하여 널리 이용된다.

XPS 분석 및 XRF 분석은 샘플 특성화를 위한 기법들로서 그 자신의 장점들 및 단점들을 각각 가진다. 따라서, XPS 및/또는 XRF 검출에 기초한 분석들에서는 발전들이 필요하다.

본 발명의 실시 형태들은 X-선 광전자 분광법 (XPS) 에 의해 필름들을 특성화하기 위한 시스템들 및 방법들에 관련된다.

실시 형태에서, 필름을 특성화하기 위한 시스템은 실리콘의 흡수 에지 (k-에지) 미만인 에너지를 갖는 X-선 빔을 발생시키기 위한 X-선 소스를 포함한다. 샘플을 X-선 빔의 경로에 위치시키기 위한 샘플 홀더가 포함된다. X-선 빔으로 샘플에 충격을 가함으로써 발생된 XPS 신호를 수집하기 위한 제 1 검출기가 포함된다. X-선 빔으로 샘플에 충격을 가함으로써 발생된 XRF 신호를 수집하기 위한 제 2 검출기가 포함된다.

또 다른 실시 형태에서, 금속 또는 원소 종을 갖는 필름을 특성화하기 위한 방법은 실리콘의 흡수 에지 (k-에지) 미만인 에너지를 갖는 X-선 빔을 발생시키는 단계를 포함한다. 샘플은 X-선 빔의 경로에 위치된다. X-선 빔으로 샘플에 충격을 가함으로써 발생된 XPS 신호가 수집된다. X-선 빔으로 샘플에 충격을 가함으로써 발생된 XRF 신호가 또한 수집된다.

또 다른 실시 형태에서, 실리콘의 흡수 에지 (k-에지) 미만인 에너지를 갖는 X-선 빔을 포커싱하기 위한 단색기는 유리 기판 층 바로 위에 배치되며 유리 기판 층과 등각인 (conformal) 인듐 안티모나이드 (InSb) 의 층을 포함한다.

또 다른 실시 형태에서, 실리콘의 흡수 에지 (k-에지) 미만인 에너지를 갖는 X-선 빔을 포커싱하기 위한 단색기는, 실리콘의 층 상에 배치되며 실리콘의 층과 등각인 인듐 안티모나이드 (InSb) 의 층을 포함한다. 실리콘의 층은 유리 기판 층 위에 배치되며 유리 기판 층과 등각이다.

또 다른 실시 형태에서, 필름을 특성화하기 위한 시스템은 실리콘의 흡수 에지 (k-에지) 미만인 에너지를 갖는 X-선 빔을 발생시키기 위한 X-선 소스를 포함한다. 샘플을 X-선 빔의 경로에 위치시키기 위한 샘플 홀더가 포함된다. 단색기는 X-선 소스와 샘플 홀더 사이, 그리고 X-선 빔의 경로에 위치된다. 단색기는, 실리콘의 층 상에 배치되며 실리콘의 층과 등각인 인듐 안티모나이드 (InSb) 의 층을 포함한다. 실리콘 및 InSb 의 층은 적당하게 2 중 굴곡된 형상, 예를 들어, 타원형 또는 도넛형을 갖는 유리 기판 층 위에 배치되며 유리 기판 층과 등각이다. 이러한 하나의 실시 형태에서, 단색기 구조 (예를 들어, InSb/Si/기판) 는 X-선 소스 (예를 들어, 애노드) 로부터 방출된 X-선들의, 샘플에 포커싱된 단색성 X-선 스폿으로의 점-대-점 (point-to-point) 포커싱을 제공한다. X-선 빔으로 샘플에 충격을 가함으로써 발생된 XPS 신호를 수집하기 위한 검출기가 또한 포함된다.

도 1 은 본 발명의 실시 형태에 따라, XPS 및 XRF 검출 능력을 갖는 필름 측정 시스템을 나타내는 예시도이다.
도 2a 는 본 발명의 실시 형태에 따라, 2 중 굴곡된 (double curved) 단색기의 바텀-업 (bottom-up) 도면을 예시한다.
도 2b 는 본 발명의 실시 형태에 따라, 단색기의 Y-방향에서 취해진 단면도를 예시한다.
도 2c 는 본 발명의 실시 형태에 따라, 단색기의 X-방향에서 취해진 단면도를 예시한다.
도 3 은 본 발명의 실시 형태에 따라, XPS 검출 능력을 갖는 필름 측정 시스템을 나타내는 예시도이다.
도 4 는 본 발명의 실시 형태에 따라, 필름을 특성화하기 위한 방법에서의 일련의 동작들을 나타내는 플로차트이다.
도 5a 는 본 발명의 실시 형태에 따라, XPS 및 XRF 에 의한 특성화를 위한 금속 종 (metal species) 을 포함하는 샘플의 단면도를 예시한다.
도 5b 는 본 발명의 실시 형태에 따라, 도 5a 의 샘플로부터 방출된 XPS 및 XRF 신호들의 분석을 위해 이용된 수학식들을 포함한다.
도 6 은 본 발명의 실시 형태에 따라, 예시적인 컴퓨터 시스템의 블록도를 예시한다.

X-선 광전자 분광법 (XPS) 에 의해 필름들을 특성화하기 위한 시스템들 및 방법들이 설명된다. 다음의 설명에서는, 본 발명의 실시 형태들의 철저한 이해를 제공하기 위하여, 교정 (calibration) 기법들 및 시스템 배열들과 같은 여러 특정 세부 사항들이 기재되어 있다. 본 발명의 실시 형태들이 이 특정 세부 사항들 없이 실시될 수도 있다는 것은 당해 기술의 당업자에게 명백할 것이다. 다른 사례들에서는, 본 발명의 실시 형태들을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위하여, 전체적인 반도체 디바이스 적층체 (stack) 들과 같은 잘 알려진 특징들은 설명되지 않는다. 또한, 도면들에 도시된 다양한 실시 형태들은 예시적인 표현들이며 반드시 축척에 맞게 그려진 것은 아니라는 것을 이해해야 한다.

기판 위에 배치된 층을 포함하는 샘플에 X-선들로 충격이 가해질 때, 다양한 전자 이벤트 (electronic event) 들이 발생할 수도 있다. 예를 들어, 전자는 샘플로부터 방출 (release) 될 수도 있다. X-선 광방출 (photoemission) 은 샘플의 상부, 예를 들어, 10 나노미터 (nanometer) 내에서 발생된 전자에 대해 발생할 수도 있다. 전자들이 물질을 통해 외부로 이동할 때에 전자 신호의 감쇠가 발생하므로, XPS 측정으로부터의 대부분의 정보는 표면 근처에서 보통 얻어진다. 샘플에서 더 깊은 측정들 (예를 들어, 0.1 -> 2 마이크론 (micron) 깊이) 에 대해서는, XRF 신호들이 XPS 광전자 신호들보다 일반적으로 1000 배 덜 감쇠하며 이에 따라, 샘플 내에서의 깊이의 효과들에 덜 민감하므로, X-선 형광 (XRF) 이 이용될 수도 있다.

XPS 분석은 포커싱된 전자 빔으로 알루미늄 애노드 표면에 충격을 가함으로써 발생될 수도 있는 단색성 알루미늄 Kα (AlKα) X-선들을 통상적으로 채용한다. Al-기반 X-선들은 일반적으로 석영 결정 단색기로 포커싱된다. 이러한 방사선 (radiation) 으로 충격이 가해진 샘플들로부터 얻어진 XPS 신호들은 일반적으로 강하고, 그러므로 종종 매우 의미있는 데이터를 제공한다. 그러나, 위에서 언급된 바와 같이, 샘플 내의 더 깊은 곳으로부터의 정보 또는 층 두께 또는 깊이에 크게 관계없는 정보를 얻기 위해서는, XRF 측정들이 또한 필요하게 될 수도 있다. AlKα X-선들은 X-선 형광 분석을 위한 1 차 소스 (primary source) 로서 또한 사용될 수 있었다. 그러나, AlKα X-선 에너지 (1486.7 eV) 는 너무 낮아서 Al, Hf 및 Ta 를 포함하는 다수의 기술적으로 중요한 물질들로부터 이용가능한 XRF 신호들을 발생시킬 수 없다. 그러므로, AlKα 보다 다소 더 높은 에너지의 1 차 X-선들을 사용하는 것이 바람직하다. 동시에, XRF (및 XPS) 분석을 위하여 Si Kα X-선 발생을 위한 흡수 에지, 약 1840 eV 미만으로 여기 에너지 (excitation energy) 를 유지하는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 우리는 Si 기판으로부터의 실리콘 신호로 XRF 측정을 스왐핑 (swamping) 하는 것을 회피한다. Si 신호와의 경쟁을 최소화하기 위한 또 다른 접근법은 Si 흡수 에지를 매우 초과하는 X-선 에너지들 (59 keV 에서의 W Kα, 17.5 keV 에서의 Mo Kα, 22 keV 에서의 Ag Kα, 5.4 keV 에서의 Cr Kα, 8 keV 에서의 Cu Kα) 을 이용하는 것일 것이다. 이 X-선 에너지들은 더 높은-에너지의 XRF 신호들을 우선적으로 여기시키고 (예를 들어, Hf 또는 Zr 에 대한) 그 검출을 개량시키지만, (Al, O, 또는 N 과 같은) 가벼운 원소의 XRF 검출을 희생시킨다. 더 높은 X-선 에너지들은 XPS 광전자 방출 단면에 있어서의 상당한 손실 (검출가능한 신호) 을 또한 초래한다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 실리콘의 흡수 에지보다 작은 에너지를 갖는 X-선들이 XPS 측정들을 위해 이용된다. 실리콘의 흡수 에지 미만인 에너지를 갖는 X-선들을 이용함으로써, 관련 물질들 (즉, Al 및 Hf) 의 더 넓은 범위의 원소 커버리지 (element coverage) 에 접근하면서, 실리콘 신호 간섭 없는 개량된 XRF 측정들이 행해질 수도 있다. 예를 들어, 하나의 실시 형태에서는, 텅스텐-소싱된 (tungsten-sourced) (W Mα) X-선들을 이용하여 XPS 측정들이 행해진다. XPS 및 XRF 측정들 둘 모두가 수집되고 샘플의 특성화를 돕기 위하여 함께 이용된다. 실시 형태에서는, 인듐 안티모나이드 (InSb) 단색기가 텅스텐-기반 X-선 소스와 함께 이용된다. 이러한 하나의 실시 형태에서는, 굴곡된 기판 표면에 본딩된 얇은 결정질 InSb 층으로 구성된 단색기가 채용된다. 이러한 또 다른 실시 형태에서는, 실리콘 (Si) 의 층 상에 배치된 InSb 의 이중층 (bilayer) 단색기가 이용되고 굴곡된 표면에 본딩된다. 분석 부위에서의 1 차 X-선 플럭스의 모니터링/추정은 분석 부위 근처 및 분석 부위에서의 X-선 플럭스 검출기들에 의해 제공될 수도 있다. 신호 강도 비율 (signal intensity ratio) 들을 채용할 필요 없이 필름 두께 또는 도우즈 (dose) 측정을 가능하게 하기 위하여, XRF 및 XPS 신호들 둘 모두는 (추정된) 1 차 X-선 플럭스에 대해 정규화될 수도 있다.

본 발명의 양태에서, 필름 측정 시스템은 XPS 검출기 및 XRF 검출기 둘 모두를 포함한다. 예를 들어, 도 1 은 본 발명의 실시 형태에 따라, XPS 및 XRF 검출 능력을 갖는 필름 측정 시스템을 나타내는 예시도이다.

도 1 을 참조하면, 필름 측정 시스템 (100) 은 컴퓨팅 시스템 (122) 과 결합된 챔버 (101) 내에 하우징된 XPS/XRF 발생 및 검출 시스템을 포함한다. XPS/XRF 발생 및 검출 시스템은 전자 빔 (104) 을 발생시키기 위해 제공된 전자 빔 소스 (102) 를 포함한다. 전자 빔 (104) 은 애노드 (106) 에 충격을 가함으로써 X-선 빔 (108) 을 발생시키기 위해 이용된다. 단색기 (109) 는 X-선 빔 (108) 으로부터 단색화된 (monochromatized) X-선 빔 (110) 을 수송하기 위해 제공된다. 샘플 홀더 (111) 는 샘플 (199) 을 단색화된 X-선 빔 (110) 의 경로에 위치시키기 위하여 이용될 수도 있다.

XPS 검출기 (114) 는 단색화된 X-선 빔 (110) 으로 샘플 (199) 에 충격을 가함으로써 발생된 XPS 신호 (112) 를 수집하기 위해 제공된다. XRF 검출기 (116) 는 단색화된 X-선 빔 (110) 으로 샘플 (199) 에 충격을 가함으로써 또한 발생된 XRF 신호 (118) 를 수집하기 위해 제공된다. 실시 형태에서, 시스템 (100) 은 XRF 신호 (118) 및 XPS 신호 (112) 를 동시에 또는 거의 동시에 수집하여 단일 샘플링 이벤트를 나타내도록 구성된다. XPS 신호 (112) 및 XRF 신호 (118) 는 각각 광-전자들 및 형광성 X-선들로 구성된다. 추가적으로, 단색화된 X-선 빔 (110) 의 추정된 플럭스를 결정하기 위해 플럭스 검출기 (120) 가 제공될 수도 있다. 이러한 하나의 실시 형태에서는, 도 1 에 도시된 바와 같이, 플럭스 검출기 (120) 가 샘플 홀더 (111) 에 위치된다. 또 다른 실시 형태에서는, 샘플 홀더 (111) 가 분석 부위에 위치되어 있는 동안에 X-선 플럭스를 모니터링하기 위하여, 1 차 X-선들의 작은 부분과 부분적으로 교차하도록 단색기 근처에 X-선 플럭스 검출기 (121) 가 놓여진다.

실시 형태에서, X-선 빔 (108) 은 실리콘의 흡수 에지 (k-에지) 미만인 에너지를 가진다. 예를 들어, 하나의 실시 형태에서는, 에너지가 1800 eV 보다 작다. 특정한 실시 형태에서는, 도 1 의 애노드 (106) (예를 들어, X-선 소스) 는 텅스텐 (W) 타겟이거나 이를 포함한다. W 타겟은 실리콘 흡수 에지 미만의 라인 (예를 들어, 텅스텐의 M-라인) 을 제공하기 위해 이용될 수도 있다. 실시 형태에서는, 실리콘의 흡수 범위에서의 라인을 제공하는 예를 들어, 알루미늄 (Al) 타겟 또는 몰리브덴 (Mo) 타겟 대신에 W 타겟을 포함함으로써, 실리콘 상의 또는 실리콘 위의 비-실리콘 종에 대해 취해진 XRF 측정이 대폭 개량될 수도 있다. 그러나, XRF 신호의 개량은 발생된 XPS 신호의 품질을 일부 손상시키면서 얻어질 수도 있다. 즉, XPS 신호의 신호 세기는 동일한 조건들 하에서 발생될 경우에 Al-타겟 기반 X-선 빔에 비해 W-타겟 기반 X-선 빔에 대해 더 작을 수도 있다. XPS 신호에 대한 임의의 이러한 손상을 해소하기 위하여, 실시 형태에서는, W 타겟이 더 높은 전류 밀도 전자 빔에 의해 조사/가열되어 타겟으로부터 발생된 X-선 빔의 플럭스를 증가시킨다. Al 에 비해 W 의 더 높은 융점 (melting point) 으로 인해, 유사한 Al 타겟에 비해 W 타겟 상의 전류 밀도를 증가시키는 것이 가능하다. 증가된 플럭스는 궁극적으로 더 강한 XPS 신호를 초래한다. 대안적인 실시 형태에서는, 텅스텐 대신에 탄탈륨 (Ta) 이 이용된다.

실시 형태에서는, 단색기 (109) 가 실리콘의 흡수 에지 미만인 에너지를 갖는 X-선 빔의 포커싱을 최적화하기에 적당하다. 예를 들어, 하나의 실시 형태에서는, 단색기 (109) 가 텅스텐 X-선 소스와 샘플 홀더 (111) 사이, 그리고 텅스텐 소스로부터 발생된 X-선 빔의 경로에 위치된다. 이러한 특정한 실시 형태에서는, 단색기 (109) 가 실리콘의 층 상에 배치되며 실리콘의 층과 등각인 인듐 안티모나이드 (InSb) 의 층으로 구성된다. 단색성 X-선 빔을 샘플 홀더 (111) 로 보내기 위하여, 실리콘의 층은 적당한 형상 및 방위 (orientation) 의 유리의 기판 층 위에 배치되며 이 유리 기판 층과 등각이다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 시스템 (100) 은 필름을 특성화하도록 구성된다. 예를 들어, X-선 빔 (108) 은 실리콘의 흡수 에지 (k-에지) 미만인 에너지를 가지므로, 실리콘 기판과 같이, 상당한 양의 실리콘을 포함하는 샘플로부터 취해진 XPS 및 XRF 측정들은 실리콘 신호에 의한 간섭 또는 스왐핑이 거의 내지 전혀 없이 행해질 수도 있다. 하나의 실시 형태에서는, 실리콘 기판 상에 또는 실리콘 기판 위에 배치된 필름 내의 금속 종의 특성화는 시스템 (100) 과 같은 배치를 이용하여 높은 정확도로 행해진다.

실시 형태에서는, XRF 및 XPS 신호들 둘 모두에 대해 플럭스 검출기 (120 또는 121) 로 측정된 바와 같은 1 차 X-선 플럭스를 참조하면서 시스템 (100) 으로부터 발생된 XPS 신호들의 정보를 보충하기 위하여, 시스템 (100) 으로부터 발생된 XRF 신호가 이용된다. 컴퓨팅 시스템 (122) 은 메모리부 (128) 를 갖는 컴퓨팅부 (126) 와 결합된 사용자 인터페이스 (124) 를 포함한다. 컴퓨팅 시스템 (122) 은 XPS 검출기 (114) 에 의해 검출된 XPS 신호를 교정하도록 구성될 수도 있다. 컴퓨팅 시스템 (122) 은 XRF 검출기 (116) 에 의해 검출된 XRF 신호를 교정하도록 구성될 수도 있다. 컴퓨팅 시스템 (122) 은 플럭스 검출기 (120 및/또는 121) 에 의해 측정된 바와 같은 1 차 X-선 플럭스를 모니터링하도록 구성될 수도 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 컴퓨팅 시스템 (122) 은 XRF 검출기 (116) 에 의해 검출된 XRF 신호뿐만 아니라 XPS 검출기 (114) 에 의해 검출된 XPS 신호를 플럭스 검출기 (120 또는 121) 에 의해 측정된 1 차 X-선 플럭스로 정규화하기 위한 것이다. 하나의 실시 형태에서, 메모리부 (128) 는 명령들이 실행될 때, 샘플 (199) 로부터 XPS 신호 (112) 및 XRF 신호 (118) 를 발생시키기 위하여 단색화된 X-선 빔 (110) 을 이용하기 위한 명령들의 세트를 저장하고 있다.

플럭스 검출기 (120) 는 단색화된 X-선 빔 (110) 의 추정된 플럭스를 결정하기 위해 이용될 수도 있다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 단색화된 X-선 빔 (110) 이 샘플 홀더 (111) 와 만나는 지점에 플럭스 검출기 (120) 를 위치시킴으로써, 샘플 (199) 이 샘플 홀더 (111) 상의 정 위치 (in place) 에 있음과 동시에, 플럭스 검출기 (120) 가 단색화된 X-선 빔 (110) 의 일부분을 수집하지 못할 수도 있다. 따라서, 실시 형태에서는, 플럭스 검출기 (120) 가 단색화된 X-선 빔 (110) 이 샘플 홀더 (111) 와 만나는 지점에 위치될 때, 단색화된 X-선 빔 (110) 의 추정된 플럭스는 샘플 (199) 이 샘플 홀더 (111) 상에 존재하지 않을 때에 결정된다. 플럭스는 샘플이 실제로 존재할 때에 결정될 '측정된' 플럭스와는 대조적으로, '추정된' 플럭스라고 지칭된다. 하나의 실시 형태에서, X-선 빔의 추정된 플럭스는 샘플 (199) 로부터 XPS 신호를 발생시키기 대략 직전에 얻어진다. 하나의 실시 형태에서, X-선 빔의 추정된 플럭스는 샘플 (199) 로부터 XPS 신호를 발생시킨 대략 직후에 얻어진다.

실시 형태에서, 플럭스 검출기 (121) 는 단색화된 X-선 빔 (110) 의 추정된 플럭스를 위한 플럭스 검출기 (120) 에 대한 대용 (proxy) X-선 플럭스 측정을 제공하기 위해 이용된다. 샘플 (111) 위에서 1 차 X-선 플럭스의 작은 부분을 교차시키기 위하여 플럭스 검출기 (121) 를 단색기 근처에 위치시킴으로써, 도 1 에 도시된 바와 같이, 단색화된 X-선 빔 (110) 이 샘플 홀더 (111) 와 만나는 동안, 그리고 XPS 및 XRF 신호들 (118 및 112) 이 XRF 검출기 (116) 및 XPS 검출기 (114) 에 의해 기록되는 동안에, 1 차 X-선 플럭스가 모니터링될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 단색기는 실리콘의 흡수 에지 (k-에지) 미만인 에너지를 갖는 X-선 빔과 함께 이용하기에 최적화되어 제공된다. 예를 들어, 도 2 는 본 발명의 실시 형태에 따라, 단색기의 바텀-업 도면 (도 2a), Y-방향에서 취해진 단면도 (도 2b), 및 X-방향에서 취해진 단면도 (도 2c) 를 예시한다.

도 2a 내지 도 2c 를 참조하면, 단색기 (200) 는 실리콘의 층 (204) 상에 배치되며 이 실리콘의 층과 등각인 인듐 안티모나이드 (InSb) 의 층 (202) 을 포함한다. 실리콘의 층 (204) 은 유리의 층 (208) 위에 배치되며 이 유리의 층과 등각이다. 그러나, 또 다른 실시 형태에서는, 실리콘의 층 (204) 이 생략되고, InSb 의 층 (202) 이 유리의 층 (208) 바로 위에 배치되며 이 유리의 층과 등각이다. 실시 형태에서, 단색기 (200) 는 실리콘의 흡수 에지 (k-에지) 미만인 에너지를 갖는 X-선 빔을 포커싱하기에 적당하다. 이러한 페어링 (pairing) 은 석영 단색기와 같은 기존의 단색기와 결합하는 것에 비해, 단위 시간 당 X-선 (플럭스) 들을 더 많이 허용할 수도 있다. 이러한 구체적인 실시 형태에서, 단색기는 텅스텐 (W) 소스로부터 발생된 X-선 빔을 포커싱하기 위한 것이다.

실시 형태에서는, 유리 기판 층 (208) 은 굴곡된 (타원) 형상을 가지며, 예를 들어, 그렇지 않고 원통형 곡선의 경우일 때보다 하나를 초과하는 차원에서의 곡선을 가진다. 예를 들어, 도 2b 및 도 2c 를 참조하면, 단색기 (200) 는 x-축 및 y-축의 둘 모두에서 양 "a" 만큼 수평 표면으로부터 변위되어 있다. 이러한 하나의 실시 형태에서는, 단색기 (200) 가 대략 1 - 5 센티미터 범위의 (x-축에 따른) 횡방향 치수 (latitudinal dimension), 대략 3 - 15 센티미터 범위의 (y-축에 따른) 종방향 치수 (longitudinal dimension) 를 가진다. 단색기 타원체의 횡방향 형상 (단축) 은 단색화된 W Mα X-선 빔을 샘플 (111) 에 전달하기 위하여 브래그 조건 (Bragg condition) 을 만족시켜야 하고 InSb 에 대해 대략 68.9 도의 브래그 각도 (Bragg angle) 를 유지해야 한다. 단색기 포커싱 타원체의 종방향 형상은 잘 알려진 타원체 포커싱 수학식을 통해 타원체 단축과 타원체 초점들의 대응하는 거리에 의해 주어진다.

하나의 특정한 실시 형태에서, 단색기 타원체의 형상은, 애노드로부터 샘플 (111) 상의 분석 스폿 (analysis spot) 으로 W Mα X-선들을 단색화하고 포커싱하기 위하여 InSb (대략 7.4812 의 2d-격자 간격 및 대략 68.91 도의 브래그 각도) 를 이용하면, 대략 9 - 12 센티미터 범위의 타원체 장축 (major ellipsoid axis) a, 대략 8 - 11 센티미터 범위의 타원체 단축 (minor ellipsoid axis) b, 및 이에 따른 대략 35 - 40 센티미터의 초점들의 간격 2x 를 가진다. 대략 0.85 - 1.0 범위의 비율들 b/a 및 대략 0.35 - 0.42 범위의 c/b 뿐만 아니라, InSb 에 대한 브래그 각도가 충족되는 한, 대안적인 포커싱 구성들이 얻어질 수도 있다.

실시 형태에서, 단색기 (200) 는 도 2b 및 도 2c 에 도시된 바와 같이, 실리콘층 (204) 및 유리층 (208) 사이의 계면 영역 (interfacial region; 206) 을 더 포함한다. 계면 영역 (206) 은 실리콘층 (204) 과 유리층 (208) 사이의 본딩을 가능하게 할 수도 있다. 이러한 하나의 실시 형태에서는, 단색기 (200) 가 대략 5 - 15 마이크론의 두께를 갖는 InSb 의 층 (202), 90 마이크론보다 작은 두께를 갖는 실리콘의 층 (204), 대략 2 - 10 센티미터 범위의 두께를 갖는 유리 기판 층 (208) 을 포함하고, 실리콘의 층 (204) 과 유리의 층 (208) 사이에 배치된 계면 실리콘 디옥사이드 (SiO₂) 층 (206) 을 더 포함한다. 계면 SiO₂ 층은 대략 50 - 150 나노미터 범위의 두께를 가진다. 특정한 실시 형태에서, 실리콘의 층 (204) 이 90 마이크론보다 큰 두께를 가질 경우, 유리 기판 (208) 의 타원형 표면으로의 결합 동안에 깨지기 쉬울 수도 있고 부서질 수도 있다.

실시 형태에서는, 단색기 (200) 를 형성하기 전에, InSb 층 (202) 이 평평한 실리콘층에 먼저 본딩된다. 일단 평평한 본딩이 수행되면, InSb/Si 페어링이 유리 기판층 (208) 의 적절한 타원형 표면에 본딩된다. 하나의 실시 형태에서, InSb/Si 페어링은, 추후에 타원형 유리 기판 (208) 에 본딩되는 InSb/Ge 페어링으로 대체될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 양태에서, XPS 시스템은 XRF 능력을 포함할 필요가 없지만, 실리콘의 흡수 에지 (k-에지) 미만인 에너지를 갖는 X-선 빔을 발생시키기에 적당한 방식으로 배열될 수도 있다. 예를 들어, 도 3 은 본 발명의 실시 형태에 따라, XPS 검출 능력을 갖는 필름 측정 시스템을 나타내는 예시도이다.

도 3 을 참조하면, 필름 측정 시스템 (300) 은 컴퓨팅 시스템 (318) 과 결합된 챔버 (301) 내에 하우징된 XPS 발생 및 검출 시스템을 포함한다. XPS 발생 및 검출 시스템은 전자 빔 (304) 을 발생시키기 위해 제공된 전자 빔 소스 (302) 를 포함한다. 전자 빔 (304) 은 애노드 (306) 에 충격을 가함으로써 X-선 빔 (308) 을 발생시키기 위해 이용된다. 단색기 (309) 는 X-선 빔 (308) 으로부터의 단색화된 X-선 빔 (310) 을 포커싱하기 위해 제공된다. 샘플 홀더 (311) 는 단색화된 X-선 빔 (310) 의 경로에 샘플 (399) 을 위치시키기 위해 이용될 수도 있다.

XPS 검출기 (314) 는 단색화된 X-선 빔 (310) 으로 샘플 (399) 에 충격을 가함으로써 발생된 XPS 신호 (312) 를 수집하기 위해 제공된다. 추가적으로, 플럭스 검출기 (316) 는 단색화된 X-선 빔 (310) 의 추정된 플럭스를 결정하기 위해 제공될 수도 있다. 이러한 하나의 실시 형태에서는, 도 3 에 도시된 바와 같이, 플럭스 검출기 (316) 가 샘플 홀더 (311) 에 위치된다. 컴퓨팅 시스템 (318) 은 메모리부 (324) 를 갖는 컴퓨팅부 (322) 와 결합된 사용자 인터페이스 (320) 를 포함한다.

실시 형태에서, 시스템 (300) 은 금속종-함유 필름을 특성화하기 위한 것이고, 실리콘의 흡수 에지 (k-에지) 미만인 에너지를 갖는 X-선 빔을 발생시키기 위한 X-선 소스를 포함한다. 예를 들어, 하나의 실시 형태에서는, 그 에너지가 1800 eV 보다 작다. 하나의 실시 형태에서는, X-선 소스가 텅스텐 (W) 타겟이거나 텅스텐 타겟을 포함한다. 실시 형태에서는, 도 3 에 도시된 바와 같이, 단색기 (309) 가 X-선 소스 (예를 들어, 애노드 (306)) 와 샘플 홀더 (311) 사이, 그리고 X-선 빔 (308) 의 경로에 위치된다. 하나의 실시 형태에서, 단색기 (309) 는 타원형 유리 기판 상에 배치되며 타원형 유리 기판과 등각인 인듐 안티모나이드 (InSb) 의 층을 포함한다. 또 다른 실시 형태에서는, 단색기 (309) 는, 실리콘의 층 상에 배치되며 실리콘의 층과 등각인 인듐 안티모나이드 (InSb) 의 층을 포함한다. 실리콘의 층은 타원형 유리 기판 위에 배치되며 타원형 유리 기판과 등각이다. 따라서, 본 발명의 실시 형태에 따르면, XPS 시스템은 실리콘의 흡수 에지 미만인 에너지를 갖는 X-선 빔을 발생시키기 위한 텅스텐 (등등의) 타겟을 포함하고, W Mα와 같은 이러한 더 낮은 에너지의 X-선 빔들을 분석을 위한 샘플 상으로 포커싱하는 것에서 특정하게 적합한 InSb-기반 단색기를 또한 포함한다.

발명의 양태에서는, XPS 시스템들 (100 및 300) 과 같은, 그러나 이것으로 제한되지는 않는 XPS 시스템으로의 샘플의 도입 시에 XPS 측정이 행해질 수도 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 샘플에는 X-선 빔으로 충격이 가해진다. X-선 빔의 충격에 응답하여, (광전자들로 구성된) XPS 신호가 샘플로부터 방출될 수도 있고 검출기 내에 수집될 수도 있다. 실시 형태에서는, XPS 신호가 샘플 내의 특정한 원자 종의 원자 도우즈와 상관된다. 하나의 실시 형태에서, 원자 도우즈는 샘플 내의 필름의 두께, 특정한 원자 종이 샘플 내로 포함되는 깊이, 또는 샘플 내의 몇 개의 원자 종의 농도 비율과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 샘플 속성과 상관된다. 추가적으로, 종 중의 하나 이상은 금속 종일 수도 있다. 예를 들어, 특정한 실시 형태에서는, 실리콘 디옥사이드, 실리콘 옥시-나이트라이드, 알루미늄 옥사이드 또는 하프늄 옥사이드와 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 유전체층에 대한 XPS 신호가 얻어진다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, XPS 신호는 예를 들어, 하지 (underlying) 기판 또는 기준 필름의 XPS 신호를 획득하거나, 참조하거나 또는 비율화할 필요없이 유전체 필름의 속성에 상관된다. 하나의 실시 형태에서, XPS 신호는, X-선 플럭스 검출기들 (120 또는 121) 에 의해 기록되는 추정된 X-선 플럭스뿐만 아니라, 동시에 또는 거의 동시에 수집된 XRF 신호로 교정된다.

본 발명의 양태에서는, 위에서 간단히 설명된 바와 같이, 샘플로부터 행해진 XPS 측정으로부터 추가적인 정보를 얻기 위하여 XRF 측정이 이용될 수도 있다. 샘플은 산소 또는 질소와 같은 다른 원소 종의 금속 종을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도 4 는 본 발명의 실시 형태에 따라, 필름을 특성화하기 위한 방법에서의 일련의 동작들을 나타내는 플로차트 (400) 이다. 도 5a 는 XPS 및 XRF 에 의한 특성화를 위한 금속 종을 포함하는 샘플의 단면도를 예시한다. 도 5b 는 도 5a 의 샘플로부터 방출된 XPS 및 XRF 신호들의 분석을 위해 이용된 수학식들을 포함한다.

플로차트 (400) 의 동작 (402) 및 대응하는 도 5a 를 참조하면, 필름을 특성화하기 위한 방법은 실리콘의 흡수 에지 (k-에지) 미만인 에너지를 갖는 X-선 빔 (502) 을 발생시키는 것을 포함한다. 실시 형태에서는, X-선 빔 (502) 을 발생시키는 것이 1800 eV 보다 작은 에너지를 가진다. 실시 형태에서는, X-선 빔 (502) 이 텅스텐 (W) 타겟으로부터 발생된다. 실시 형태에서, 필름은 하프늄, 알루미늄, 란타늄 또는 티타늄과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 하나 이상의 금속 종을 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 필름은 산소 또는 질소를 포함한다.

플로차트 (400) 의 동작 (404) 및 대응하는 도 5a 를 참조하면, 방법은 선택적으로 X-선 플럭스 검출기 (예를 들어, 도 1 로부터의 X-선 플럭스 검출기 (120)) 를 X-선 빔 (502) 의 경로에 위치시키는 것을 또한 포함한다. X-선 플럭스는 샘플 (500) 을 X-선 빔 (502) 의 경로에 놓기 전에 측정된다. 대안적인 구현예에서, X-선 플럭스 검출기 (예를 들어, 도 1 로부터의 X-선 플럭스 검출기 (121)) 는 샘플 (500) 이 X-선 빔 (502) 의 경로에 놓여 있는 동안, XPS 및 XRF 측정들 도중의 X-선 플럭스 안정성을 모니터링하기 위하여 이용될 수도 있다. X-선 플럭스 측정은 측정된 XPS (504) 및 XRF (506) 신호 강도들에 대한 기준으로서 작용한다. XPS 및 XRF 신호 강도 둘 모두는 주어진 샘플 구조 및 측정 구성에 대한 1 차 X-선 플럭스 (120 또는 121) 에 정비례한다. X-선 플럭스에 의한 측정된 XRF 및 XPS 강도들의 정규화는 (XPS 분석에서 통상적으로 이용되는 바와 같이) XRF 또는 XPS 신호 강도 비율들에 대한 필요 없이 두께/도우즈 측정을 허용한다.

플로차트 (400) 의 동작 (406) 및 대응하는 도 5a 를 참조하면, 방법은 샘플 (500) 을 X-선 빔 (502) 의 경로에 위치시키는 것을 또한 포함한다. 실시 형태에서는, 샘플 (500) 이 금속 종을 갖는 하나 이상의 필름들을 포함한다. 예를 들어, 구체적인 실시 형태에서, 도 5a 에 도시된 바와 같이, 샘플 (500) 은 궁극적으로, 두께 T3 을 갖는 티타늄 나이트라이드 (TiN) 의 제 2 층 (500C) 위에 배치되는 두께 T2 를 갖는 알루미늄 (Al) 을 포함하는 층 (500B) 위에 배치된 두께 T1 을 갖는 티타늄 나이트라이드 (TiN) 의 제 1 층 (500A) 을 포함한다. 층들 (500A, 500B, 500C) 의 적층체는 실리콘 기판 상에 또는 실리콘 기판 위에 배치된다.

플로차트 (400) 의 동작 (408) 및 대응하는 도 5a 를 참조하면, 방법은 X-선 빔 (502) 으로 샘플 (500) 에 충격을 가함으로써 발생된 XPS 신호 (504) 를 수집하는 것을 또한 포함한다. 예를 들어, 도 5a 에 도시된 바와 같이, 알루미늄 (Al) 을 포함하는 층 (500B) 으로부터 얻어진 XPS 신호 (504) 가 수집될 수도 있다. XPS 스펙트럼들은 샘플 (500) 의 상부, 예를 들어, 1 내지 10 nm 로부터 탈출하는 전자들의 수 및 운동 에너지를 동시에 측정하면서 샘플 (500) 에 X-선들의 빔 (502) 을 조사함으로써 얻어질 수도 있다.

플로차트 (400) 의 동작 (410) 및 대응하는 도 5a 를 참조하면, 방법은 X-선 빔 (502) 으로 샘플 (500) 에 충격을 가함으로써 발생된 XRF 신호 (506) 를 수집하는 것을 또한 포함한다. 예를 들어, 도 5a 에 도시된 바와 같이, 알루미늄 (Al) 을 포함하는 층 (500B) 으로부터 얻어진 XRF 신호 (506) 가 수집될 수도 있다. XRF 스펙트럼들은 샘플 (500) 에 X-선들의 빔 (502) 을 조사함으로써, 그리고 그로부터의 특유의 2 차적인 (또는 형광성) X-선들의 방출을 측정함으로써 얻어질 수도 있다. 동작 (412) 을 참조하면, 실시 형태에서, 방법은 선택적으로 상기 분석의 완료 후에 플럭스 측정을 수행하는 것을 더 포함한다.

실시 형태에서, 방법은 XPS 신호 (504) 및 XRF 신호 (506) 로부터의 측정 결과를 조합하는 것을 더 포함한다. 구체적인 예에서는, 티타늄 나이트라이드의 하나를 초과하는 층을 포함하는 반복 층 구조 (500) 와 같은 반복 층 구조가 샘플로서 이용될 수도 있다. 도 5a 와, 도 5b 의 수학식들 (i) 및 (ii) 을 참조하면, (두께 T2 를 가지는) 층 (500B) 으로부터 발생된 XPS 신호 (504) 의 강도 (I(Al)) 는 층 (500A) 의 두께 (t, 또는 T1) 와, Al 신호 (504) 와 연관된 광전자 감쇠 길이 (λAl) 에 기초하여 층 (500A) 에 의해 감쇠된다. 다른 한편으로, XRF 신호 (506) 는 100 nm 눈금에서 또는 그 미만에서 크게 깊이에 의존적이지 않으므로, 신호는 감쇠된다. 따라서, XRF 신호 (506) 는 샘플 (500) 내에 존재하는 알루미늄의 양을 결정하기 위해 이용될 수도 있다. XRF 신호 (506) 로부터 결정된 알루미늄의 양 I(Al) 은 상부 티타늄 나이트라이드 층의 두께 (t, 또는 T1) 를 결정하기 위하여 측정된 XPS 신호 (504) (I measured) 와 함께 도 5b 의 수학식 (iv) 에서 이용될 수도 있다. 즉, 존재하는 알루미늄의 양 (수학식 (iii)) 을 제공하는 XRF 신호 (506) 는, 티타늄 나이트라이드 층 (500A) 의 두께 (T1) 및 알루미늄 함유 층 (500B) 의 두께 (T2) 에 직접적으로 대응하는 알루미늄의 깊이를 결정하기 위하여 이용될 수도 있다. Ti 신호의 XRF (및 XPS) 측정은 적층체의 총 TiN 두께 (T1 + T3) 를 산출한다. 따라서, 상부 TiN 층 두께 (T1) 가 각각의 Al 신호 강도들의 XPS 및 XRF 측정들로부터 이미 결정되었으므로, TiN 층의 두께 (T3) 가 바로 뒤따른다.

따라서, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 방법은 하나 이상의 다른 필름들 아래에 배치된 금속 종을 포함하는 필름에 대하여, 금속 종의 감쇠된 신호 강도를 갖는 XPS 신호와, 금속 종의 본질적으로 비-감쇠된 신호를 갖는 XRF 신호를 결정하는 것을 더 포함한다. 이러한 하나의 실시 형태에서, XPS 신호를 XRF 신호에 대해 교정하는 것은 XRF 신호로부터 금속 종의 분량 (quantity) 을 결정하는 것과, 그 다음으로, XPS 신호 및 분량으로부터, 하나 이상의 다른 필름들 아래의 필름의 깊이를 결정하는 것을 포함한다.

또 다른 대안적인 실시 형태에서, 방법은 실리콘 기판 상의 필름들의 적층체의 가장 상부 필름에 대하여 XPS 신호를 XRF 신호로 교정하는 것을 더 포함한다. 이러한 하나의 예에서는, 금속 (또는 원자 원소) 종의 분량은 (X-선 플럭스에 대해 정규화된) XRF 신호로부터 결정되고, 다음으로, 금속 종을 포함하는 상부 필름의 두께는 XPS 신호와, XRF 측정에 의해 제공된 분량으로부터 결정된다. 이 접근법은, 특히 XRF 신호가 X-선 플럭스에 대해 정규화될 경우, 새로운 필름 물질들에 대한 XPS 교정의 용이함을 제공할 수도 있다.

본 발명의 실시 형태들은, 컴퓨터 시스템 (또는 다른 전자 디바이스들) 이 본 발명에 따른 프로세스를 수행하도록 프로그래밍하기 위해 이용될 수도 있는 명령들을 저장한 머신-판독가능 매체 (machine-readable medium) 를 포함할 수도 있는 컴퓨터 프로그램 제품 또는 소프트웨어로서 제공될 수도 있다. 머신-판독가능 매체는 머신 (예를 들어, 컴퓨터) 에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장하거나 송신하기 위한 임의의 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 머신-판독가능 (예를 들어, 컴퓨터-판독가능) 매체는 머신 (예를 들어, 컴퓨터) 판독가능 저장 매체 (예를 들어, 판독 전용 메모리 ("ROM"), 랜덤 액세스 메모리 ("RAM"), 자기적 디스크 저장 매체들, 광학적 저장 매체들, 플래시 메모리 디바이스들 등), 머신 (예를 들어, 컴퓨터) 판독가능 송신 매체 (전기적, 광학적, 음향적 또는 다른 형태의 전파된 신호들 (예를 들어, 적외선 신호들, 디지털 신호들 등)) 등을 포함한다.

도 6 은 머신이 여기에서 논의된 방법론들 중의 임의의 하나 이상을 수행하도록 하기 위한 명령들의 세트가 그 내부에서 실행될 수도 있는 컴퓨터 시스템 (600) 의 예시적인 형태로 머신의 개략적인 표현을 예시한다. 대안적인 실시 형태들에서는, 머신이 로컬 영역 네트워크 (LAN), 인트라넷, 익스트라넷, 또는 인터넷 내의 다른 머신들에 접속될 (예를 들어, 네트워킹될) 수도 있다. 머신은 클라이언트-서버 네트워크 환경에서의 서버 또는 클라이언트 머신의 자격으로서, 또는 피어-투-피어 (peer-to-peer) (또는 분산된) 네트워크 환경에서의 피어 머신으로서 동작할 수도 있다. 머신은 개인용 컴퓨터 (PC), 태블릿 PC, 셋톱 박스 (STB), 개인 정보 단말 (PDA), 셀룰러 전화, 웹 기기, 서버, 네트워크 라우터, 스위치 또는 브릿지, 또는 그 머신에 의해 취해질 작업들을 특정하는 (순차적인 또는 그 외의) 명령들의 세트를 실행할 수 있는 임의의 머신일 수도 있다. 또한, 단일 머신 만이 예시되어 있지만, 용어 "머신" 은 여기에서 논의된 방법론들 중의 임의의 하나 이상을 수행하기 위하여 명령들의 세트 (또는 다수의 세트들) 를 개별적으로 또는 공동으로 실행하는 머신들 (예를 들어, 컴퓨터들) 의 임의의 집합을 포함하도록 또한 취해질 것이다. 예를 들어, 실시 형태에서는, 머신이 XPS 신호 측정을 XRF 신호 측정으로 교정하기 위한 명령들의 하나 이상의 세트들을 실행하도록 구성된다.

예시적인 컴퓨터 시스템 (600) 은, 버스 (630) 를 통해 서로 통신하는, 프로세서 (602), 주 메모리 (604) (예를 들어, 판독-전용 메모리 (ROM), 플래시 메모리, 동기식 DRAM (SDRAM) 또는 램버스 DRAM (RDRAM) 과 같은 동적 랜덤 액세스 메모리 (DRAM) 등), 정적 메모리 (606) (예를 들어, 플래시 메모리, 정적 랜덤 액세스 메모리 (SRAM) 등), 및 보조 메모리 (618) (예를 들어, 데이터 저장 디바이스) 를 포함한다.

프로세서 (602) 는 마이크로프로세서, 중앙 프로세싱 유닛 등과 같은 하나 이상의 범용 프로세싱 디바이스들을 나타낸다. 더욱 상세하게, 프로세서 (602) 는 복합 명령 세트 컴퓨팅 (complex instruction set computing; CISC) 마이크로프로세서, 감소된 명령 세트 컴퓨팅 (reduced instruction set computing; RISC) 마이크로프로세서, 매우 긴 명령 워드 (very long instruction word; VLIW) 마이크로프로세서, 다른 명령 세트들을 이행하는 프로세서, 또는 명령 세트들의 조합을 이행하는 프로세서들일 수도 있다. 프로세서 (602) 는 또한, 애플리케이션 특정 집적 회로 (ASIC), 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이 (FPGA), 디지털 신호 프로세서 (DSP), 네트워크 프로세서 등과 같은 하나 이상의 특수-목적 프로세싱 디바이스들일 수도 있다. 프로세서 (602) 는 여기에서 논의된 동작을 수행하기 위한 프로세싱 로직 (626) 을 실행하도록 구성된다.

컴퓨터 시스템 (600) 은 네트워크 인터페이스 디바이스 (608) 를 더 포함할 수도 있다. 컴퓨터 시스템 (600) 은 비디오 디스플레이 유닛 (610) (예를 들어, 액정 디스플레이 (LCD) 또는 음극선관 (CRT)), 영숫자 입력 디바이스 (612) (예를 들어, 키보드), 커서 제어 디바이스 (614) (예를 들어, 마우스), 및 신호 발생 디바이스 (616) (예를 들어, 스피커) 를 또한 포함할 수도 있다.

보조 메모리 (618) 는 여기에서 설명된 방법론들 또는 기능들 중의 임의의 하나 이상을 구현하는 명령들의 하나 이상의 세트들 (예를 들어, 소프트웨어 (622)) 이 저장되는 머신-액세스가능 저장 매체 (또는 더욱 상세하게는 컴퓨터-판독가능 저장 매체) (631) 를 포함할 수도 있다. 소프트웨어 (622) 는 컴퓨터 시스템 (600) 에 의한 그 실행 동안에 주 메모리 (604) 내에 및/또는 프로세서 (602) 내에 완전히 또는 적어도 부분적으로 또한 상주할 수도 있고, 주 메모리 (604) 및 프로세서 (602) 는 머신-판독가능 저장 매체들을 또한 구성할 수도 있다. 소프트웨어 (622) 는 네트워크 (620) 상에서 네트워크 인터페이스 디바이스 (608) 를 통해 또한 송신되거나 수신될 수도 있다.

머신-액세스가능 저장 매체 (631) 가 예시적인 실시 형태에서는 단일 매체인 것으로 도시되어 있지만, 용어 "머신-판독가능 저장 매체" 는 명령들의 하나 이상의 세트들을 저장하는 단일 매체 또는 다수의 매체들 (예를 들어, 집중화된 또는 분산된 데이터베이스, 및/또는 연관된 캐시들 및 서버들) 을 포함하도록 취해져야 한다. 용어 "머신-판독가능 저장 매체" 는, 머신에 의한 실행을 위하여 명령들의 세트를 저장하거나 인코딩할 수 있으며 머신이 본 발명의 방법론들 중의 임의의 하나 이상을 수행하도록 하는 임의의 매체를 포함하도록 또한 취해질 것이다. 따라서, 용어 "머신-판독가능 저장 매체" 는 고체-상태 (solid-state) 메모리들, 그리고 광학적 및 자기적 매체들을 포함하지만 이것으로 제한되지 않도록 취해질 것이다.

이와 같이, XPS 에 의해 필름들을 특성화하기 위한 시스템들 및 방법들이 설명되었다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 필름을 특성화하기 위한 시스템은 실리콘의 흡수 에지 (k-에지) 미만인 에너지를 갖는 X-선 빔을 발생시키기 위한 X-선 소스를 포함한다. 시스템은 샘플을 X-선 빔의 경로에 위치시키기 위한 샘플 홀더를 또한 포함한다. 시스템은 X-선 빔으로 샘플에 충격을 가함으로써 발생된 XPS 신호를 수집하기 위한 제 1 검출기를 또한 포함한다. 시스템은 X-선 빔으로 샘플에 충격을 가함으로써 발생된 XRF 신호를 수집하기 위한 제 2 검출기를 또한 포함한다. 하나의 실시 형태에서는, X-선 소스가 텅스텐 (W) 타겟을 포함한다. 하나의 실시 형태에서, XRF 신호는 XPS 신호를 교정하기 위한 것이다.

Claims

샘플을 특성화하기 위한 방법으로서,
X-선 빔을 발생시키는 단계;
샘플을 상기 X-선 빔의 경로에 위치시키는 단계로서, 이에 의해 상기 샘플을 상기 X-선 빔으로 조사하며, 상기 샘플은 실리콘 기판 상에 배치된 반복 층 구조를 갖는, 상기 샘플을 상기 X-선 빔의 경로에 위치시키는 단계;
상기 샘플을 상기 X-선 빔으로 조사함으로써 발생된 X-선 광전자 분광법 (X-ray photoelectron spectroscopy; XPS) 신호를 수집하는 단계; 및
상기 샘플을 상기 X-선 빔으로 조사함으로써 발생된 X-선 형광 (X-ray fluorescence; XRF) 신호를 수집하는 단계를 포함하고,
상기 방법은,
상기 X-선 빔의 상기 경로에 단색기를 놓는 단계;
상기 X-선 빔의 X-선들의, 상기 샘플에 포커싱된 단색성 X-선 스폿으로의 점-대-점 (point-to-point) 포커싱을 제공하는 단계를 더 포함하는, 샘플을 특성화하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 반복 층 구조는 적어도 제 2 층 상에 배치된 제 1 층, 제 3 층 상에 배치된 상기 제 2 층을 포함하고, 상기 제 1 층 및 상기 제 3 층은 동일한 원자 종을 포함하는, 샘플을 특성화하기 위한 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 XRF 신호를 이용하여 상기 제 2 층 내의 금속 종의 양을 결정하는 단계를 더 포함하는, 샘플을 특성화하기 위한 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 XPS 신호와 함께 상기 제 2 층 내의 상기 결정된 금속 종의 양을 이용하여 상기 제 1 층의 두께를 결정하는 단계를 더 포함하는, 샘플을 특성화하기 위한 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 동일한 원자 종에 대응하는 상기 XPS 신호 및 XRF 신호를 이용하여 상기 제 1 및 제 3 층들의 총 두께를 결정하는 단계를 더 포함하는, 샘플을 특성화하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 반복 층 구조는 적어도 제 2 층 상에 배치된 제 1 층, 제 3 층 상에 배치된 상기 제 2 층을 포함하고, 상기 제 1 층 및 상기 제 3 층은 제 1 금속 원자 종을 포함하고, 상기 제 2 층은 상기 제 1 금속 원자 종과 다른 제 2 금속 원자 종을 포함하고,
상기 방법은,
상기 XRF 신호를 이용하여 상기 제 2 층 내의 상기 제 1 금속 원자 종의 양을 결정하는 단계;
상기 XPS 신호와 함께 상기 제 2 층 내의 상기 결정된 제 1 금속 원자 종의 양을 이용하여 상기 제 1 층의 두께를 결정하는 단계를 더 포함하는, 샘플을 특성화하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 반복 층 구조는 적어도 제 2 층 상에 배치된 제 1 층, 제 3 층 상에 배치된 상기 제 2 층을 포함하고, 상기 제 1 층 및 상기 제 3 층은 제 1 금속 원자 종을 포함하고, 상기 제 2 층은 상기 제 1 금속 원자 종과 다른 제 2 금속 원자 종을 포함하고,
상기 방법은,
상기 XRF 신호를 이용하여 상기 제 2 층 내의 상기 제 1 금속 원자 종의 양을 결정하는 단계;
상기 XPS 신호와 함께 상기 제 2 층 내의 상기 결정된 제 1 금속 원자 종의 양을 이용하여 상기 제 1 층의 아래의 상기 제 2 층의 깊이를 결정하는 단계를 더 포함하는, 샘플을 특성화하기 위한 방법.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 금속 원자 종은 하프늄, 알루미늄, 란타늄 또는 티타늄으로부터 선택되는, 샘플을 특성화하기 위한 방법.
제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 3 층들은 티타늄 나이트라이드를 포함하는, 샘플을 특성화하기 위한 방법.
제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
X-선 광전자 분광법 신호를 수집하는 단계와 X-선 형광 신호를 수집하는 단계는 동시에 일어나고 이에 의해 단일 샘플링 이벤트를 나타내는, 샘플을 특성화하기 위한 방법.
제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샘플을 상기 X-선 빔으로 조사하면서 상기 샘플로부터 탈출하는 전자들의 수 및 운동 에너지를 동시에 측정하는 단계를 포함하는, 샘플을 특성화하기 위한 방법.
제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
X-선 빔을 발생시키는 단계는 텅스텐 (W) 타겟으로부터 X-선 빔을 발생시키는 단계를 포함하는, 샘플을 특성화하기 위한 방법.
제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
X-선 빔을 발생시키는 단계는 실리콘의 흡수 에지 (k-에지) 미만인 에너지를 갖는 X-선 빔을 발생시키는 단계를 포함하는, 샘플을 특성화하기 위한 방법.
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제 1 항에 있어서,
상기 단색기는 InSb 기반 단색기인, 샘플을 특성화하기 위한 방법.
제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
플럭스 검출기를 이용하여 상기 X-선 빔의 플럭스를 측정하는 단계를 더 포함하는, 샘플을 특성화하기 위한 방법.
제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 XRF 신호로 상기 XPS 신호를 교정하는 단계를 더 포함하는, 샘플을 특성화하기 위한 방법.
적어도 제 2 층 상에 제 1 층을 갖는 샘플을 특성화하기 위한 시스템으로서,
실리콘의 흡수 에지 (k-에지) 미만인 에너지를 갖는 X-선 빔을 발생시키기 위한 X-선 소스;
샘플을 상기 X-선 빔의 경로에 위치시키기 위한 샘플 홀더;
상기 X-선 빔으로 상기 샘플에 충격을 가함으로써 발생된 X-선 광전자 분광법 (X-ray photoelectron spectroscopy; XPS) 신호를 수집하기 위한 제 1 검출기;
상기 X-선 빔으로 상기 샘플에 충격을 가함으로써 발생된 X-선 형광 (X-ray fluorescence; XRF) 신호를 수집하기 위한 제 2 검출기; 및
상기 XRF 신호를 이용하여 상기 제 2 층 내의 원자 종의 양을 결정하고, 상기 XPS 신호와 함께 상기 제 2 층 내의 상기 결정된 원자 종의 양을 이용하여 상기 제 1 층의 두께를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 샘플을 특성화하기 위한 시스템.
제 18 항에 있어서,
상기 X-선 소스와 상기 샘플 홀더 사이, 그리고 상기 X-선 빔의 상기 경로에 위치된 단색기를 더 포함하는, 샘플을 특성화하기 위한 시스템.
제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
상기 샘플로의 1 차 X-선 플럭스를 모니터링하기 위한 제 3 검출기를 더 포함하는, 샘플을 특성화하기 위한 시스템.
제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
상기 샘플은 동일한 원자 종의 하나 이상의 층을 포함하는 반복 구조를 포함하고, 상기 프로세서는 추가로 상기 동일한 원자 종의 하나 이상의 층의 총 두께를 결정하도록 구성되는, 샘플을 특성화하기 위한 시스템.
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