KR20020011377A - 미세 구조 표면에서의 각도 의존적 회절 효과를 빠르게측정하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간섭성 방사선원(1), 상기 간섭성 방사선(2)을 다른 방향으로 편향시키기 위한 장치, 구면 또는 비구면 거울, 또는 구면 또는 비구면 거울에 부합되도록 배치된 거울 세그먼트(3) 및 샘플 위로 편향되는 방사선의 강도를 측정하기 위한 검출기 유닛(4)을 포함하는, 각도 의존적 회절 효과를 측정하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치의 특징은, 상이한 방향으로 편향되는 방사선이 거울 장치에 의해 반사됨에 따라 간섭성 빔이 샘플 위에 상이한 입사각으로 연속 편향된다는 점이다. 따라서 측정 빔의 입사각은 연속적으로 또는 점차적으로 변동된다. 직접 반사의 강도(0차 회절) 및 상황에 따라 발생하는 더 높은 차수의 회절이 측정된다. 변동하는 입사각에 따른 강도 변동을 평가함으로써 검사된 주기적 구조체의 형태 및 재료를 추론해낼 수 있다.

Description

미세 구조 표면에서의 각도 의존적 회절 효과를 빠르게 측정하기 위한 장치{DEVICE FOR RAPIDLY MEASURING ANGLE-DEPENDENT DIFFRACTION EFFECTS ON FINELY STRUCTURED SURFACES}

오늘날 반도체 제조시 사용되고 있는, 0.25 ㎛의 범위 내 최소 구조 두께의 경우, 회절- 및 간섭 효과에 의한 종래의 광학 라인 두께 측정 장치는 더 이상 사용될 수 없다. 따라서 미세 구조(< 1 ㎛)의 단면 측정을 위해 전자현미경이 사용된다. 자체적으로 비용이 매우 높은, 특히 라인 두께 측정을 위해 개발된 전자현미경은 까다로운 진공 조건으로 인해 비교적 낮은 처리율을 갖는다. 그로 인해 하나의 제조 단계가 끝나면 제품 플레이트의 극히 일부만이 프로세스 규격 준수에 대해 검사될 수 있다. 또한 측정 시간이 길어지면 프로세스 오류의 검출시까지 추가 작업들이 결함이 있는 상태로 완료될 가능성이 높아진다. 특히 300 mm의 직경을 갖는 웨이퍼 및 매우 저렴한 프로세스 단계를 사용하는 최신 제조 기술의 경우 이러한 지연(delay)은 큰 재정적 손실을 초래할 수 있다. 일반적으로 각각의 플레이트 상의 전자 현미경에 의해서는 소수의 개별 구조만 조절되기 때문에, 상기 측정값이 대표가 되지는 않는다. 그러므로 경우에 따라서 제조 오류 내지는 그 원인이 매우 늦게 검출된다. 추가의 구조 파라미터를 검사하기 위해 -예컨대 증착 프로세스의 경우- 구조화되지 않은 웨이퍼 상에 형성된 층 두께를 측정할 수 있도록, 또는 전자 현미경을 사용하여 소위 반도체 웨이퍼의 파괴를 수반하는 단면 수용이 가능하도록 소위 모니터 웨이퍼가 함께 이송된다. 특히 앞으로 사용될 300 mm 이상의 큰 웨이퍼 직경의 경우 상기 모니터 웨이퍼는 한 편으로는 순수한 재료 가격으로 인해, 다른 한 편으로는 제조 웨이퍼에 대한 처리 효율을 명백히 저하시킴으로써 높은 비용을 초래한다. 가능한 한 소수의 모니터 웨이퍼로도 제품 컨트롤이 충분히 개선되도록 하기 위해서는, 반도체 제조시 제품 웨이퍼 상의 구조 파라미터를 파괴 및 오염 없이 검사하기 위한, 비용이 적게 드는 측정 방법이 필요하다. 이 때 예컨대 중요한 프로세스 단계 이후 각각의 제품 웨이퍼가 프로세스 시간의 현저한 증가 없이 컨트롤될 수 있도록 측정 속도가 빨라야 한다. 산란광 측정에 의해 추가 해결책이 제공된다. 통상 상기 방법에서는 검사될 측정 영역이 조사(照射)되고, 반사된 빛의 특징들로부터 상기 측정 영역의 표면 특성이 추론된다. 기판 상에 주기적인 구조가 존재하고 간섭성 빛이 사용되면, 파형(波形)이 적절하게 선택되는 경우 회절 효과 및 간섭 효과가 발생한다. 종래의 광학 기기에서는 이러한 현상이 측정을 방해하나, 산란광 측정 내지는 회절 분석시에는 구조 크기를 위해 특성화되는 상기 효과들이 명백히 검출 및 평가된다. 연구에 따르면 작년 한 해동안 소위 2θ-방법이 확실한 명성을 얻었다. 상기 방법에서는 측정 빔의 입사각이 입사 평면 내에서 변동되고, 회절 차수의 강도가 상기 입사각에 따라 측정된다. 비용이 저렴한 모델 견적을 이용하여 상기 회절 측정으로부터 라인 두께, 트렌치 깊이 또는 에지 경사와 같은 다양한 구조 변수들이 측정될 수 있다. 그러나 상기 목적으로 지금까지 사용된 측정 장치는 덜 플렉시블하거나 비교적 느리고, 구조상 비용이 높다.

기존의 구현예에서는 방사선원이 정밀 기계 부품에 의해 동작되거나, 검사될 샘플 자체가 측정 지점을 중심으로 회전된다. 그로 인해 기기 가격이 높아지고 방법의 사용 범위가 제한된다. 예컨대 상이한 입사각을 발생시키기 위한 렌즈 시스템이 사용되면, 단 하나의 광학 엘리먼트(예: 거울 또는 프리즘)만 움직이고, 샘플은 움직일 필요가 없다. 물론 구경이 큰 비싼 렌즈 장치를 사용하여도 제한적인 입사각이 구현될 수 있다. 또한 경계면에서는 상황에 따라서 반사의 방해가 나타난다.

타원형 거울과 함께 다중 방사선 분산기(예: 반사 격자)를 사용하여 다수의 입사각을 동시에 발생시키는 것이 DE 198 24 624에 제시되어있다. 물론 입사각의 선택은 측정 기기의 구성시 확정되고, 동시에 구현 가능한 입사각의 수는 한정되어있다. 그러나 무엇보다도 입사각이 상이한 경우 샘플 구조에서의 회절 효과가 동시에 중첩된다. 따라서 회절 강도의 각도 의존적 측정은 불가능하다. 그에 비해 DE 198 24 624에 따른 장치는 상이한 회절 각도에서 동시 측정이 가능하며, 이는 시뮬레이팅된 단일 회절 샘플을 사용한 측정과 비교해볼 때 더 바람직할 수 있다.

측정 방법은 파괴적이지 않고 오염을 발생시키지 않으며, 빠르고 간단하고 안정적이어야 한다. 구조 파라미터의 검출에 대해 수차례 언급했듯이, 소위 산란광 측정, 즉 기판에서 산란된 빛의 각도분해 강도 측정이 제공된다. 주기적인 구조를 갖는 샘플의 경우, 반사된 또는 전송된 빛이 회절된다. 예컨대 메모리 소자의 경우 주기적인 반도체 구조는 반사 진폭- 및 위상 격자로서 이해될 수 있다. 격자 벡터가 입사 평면 내에 존재하면, 주어진 입사각()에서 반사각()을 갖는 n차 회절의 최대값에 대해 다음과 같은 격자 방정식이 적용된다.

상기 식에서 λ는 사용된 빛의 파장을, g는 격자 주기를 나타낸다. 항상 존재하는 직접 반사 외에도, 사용된 빛의 파장이 격자 주기의 1/2보다 작은 경우 그 이후의 더 높은 차수의 최대 회절이 나타날 수 있다. 검사된 구조의 크기가 파장 범위 내에 놓이면, 간단한 스칼라 프라운호퍼 회절 방정식이 더 이상 이용될 수 없다. 그 대신 강도 분포의 시뮬레이션을 위해 각각의 격자에 유효한 한계 조건을 갖는 관련 맥스웰 방정식의 해답이 요구된다. 수 년 전에, 예컨대 소위rigorous coupled wave analysis와 같은 효과적인 수치적 방법이 개발되었다. 나타난 비선형성은 일반적으로 유효한 증명을 제한적으로만 허용하기 때문에, 소형 구조에서의 회절 효과의 평가는 항상 구체적인 예외의 경우가 고려되거나, 수치적으로 계산되어야 한다. 이 경우 회절 차수의 강도 및 위상은 입사된 방사선의 특성(각도, 편광, 파장), 검사된 격자 구조(격자 주기, 라인 두께, 라인 높이, 층 구조, 에지 라운딩, 조도(거칠기)) 및 기판의 재료 특성(굴절율, 흡수율)에 따라 좌우된다.

종래 기술에 따른 회절 분석은 여러 단계로 분리될 수 있다. 먼저 산란된 내지는 회절된 빛의 강도 측정이 이루어진다. 이어서 측정된 강도가 시뮬레이팅 강도 분포와 비교되고, 이 때 격자 파라미터는 미리 정해진 범위 내에서 변동된다. 상기와 같은 회절 과정의 시뮬레이션은 샘플에 대한 선험적(a priori) 지식에 따라 실시된다. 측정과 시뮬레이션이 거의 일치하도록 만드는 파라미터 값들은 실제 격자 파라미터의 실질적인 근사값으로서 인정된다.

본 발명은 초미세 구조 표면에서의 각도 의존적 회절 효과를 빠르게 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.

특히 반도체 제조의 경우 제조 프로세스동안 구조화된 층들의 라인의 굵기 및 단면이 자주 조정되어야 한다. 제품의 효율을 위해서는 라인 두께에 대한 규격을 정확히 준수하는 것이 매우 중요하다. 그 외에도 예컨대 트렌치 깊이 또는 측벽의 기울기와 같은 추가적인 구조 파라미터들도 상당히 중요하다. 리소그래피 마스크, 반도체 웨이퍼 또는 다른 미세구조 표면에서 상기 제조 파라미터를 조절하기 위해서는 적절한 측정 장치가 필요하다.

도 1은 수직 입사각을 변동시킬 수 있는, 본 발명에 따른 장치의 개략적인 단면도이고,

도 2는 거울을 사용한 간접 강도 측정을 위한, 본 발명에 따른 장치의 개략적 분해도이며,

도 3은 샘플 표면에 대한 측정 빔의 방위가 변경되는, 본 발명에 따른 장치의 개략적 분해도이고,

도 4는 본 발명에 따른 측정 장치의 개략적 분해도이다.

본 발명의 목적은 기기 비용을 줄이고, 통합된 측정 기기로서 사용될 수 있으며, 측정 속도를 현저히 상승시키는 간편한 측정 장치를 사용하여 초미세 구조의 빠른 각도 의존적 회절 분석을 위한 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 제 1항의 특징부에 의해 달성된다.

바람직한 실시예들은 종속항에 제시되어있다.

새로 개발된 회절 분석 방법에 따르면, 정확한 정량 평가가 생략되고 분류법만 수행되는 경우 필요 계산 비용이 현저히 감소된다. 다수의 샘플이 조사되고, 각각의 샘플에 그의 회절 패턴이 표시되며, 상기 샘플이 다른 방법에 의해 측정됨으로써 분류된다. 특징 등급 또는 품질 등급의 분리는 다른 방법의 결과에 따라 우선적으로 실시된다. 그러나 한 분류 항목 내 샘플들의 회절 패턴이 유사하다는 점, 즉 샘플들의 회절 패턴이 유사한 것으로 인식될 수 있는 특징을 갖는다는 점에 주의해야 한다. 또한 회절-측정은 예컨대 전자 현미경 검사법과 같은 또 다른 파괴성 분석 이전에 실시될 수 있으며, 그런 다음 분류가 이루어진다. 그리하여 특징 등급 또는 품질 등급에 대한 샘플 패턴의 분류가 실시된다. 특징 등급 또는 품질 등급의 분류 및 회절 패턴 내에서의 유사성 평가를 위한 특징들의 발견은 공지되지 않은 샘플의 고유 회절 측정을 위한 사전 처리에 속한다.

그런 다음 샘플의 측정 및 회절 패턴의 분류를 통해 공지되지 않은 샘플의 분류가 실시된다. 상기 패턴은 다른 방법에 의한 측정에 따라 품질 등급으로 분류된다. 분류 항목 내 샘플들은 유사한 샘플 패턴을 갖는다. 공지되지 않은 하나의 샘플을 그의 회절 패턴에 따라 임의의 분류 항목으로 분류할 수 있고, 상기 샘플이 상기 항목에 속하는 나머지 샘플들과 유사한 물리적 특성을 갖는다는 것을 추론할 수 있다.

상기 방법의 장점은, 더 이상 선험 데이터로부터의 시뮬레이션을 할 필요가 없고, 제조 진행 중에 간단한 측정 장치를 사용하여 손상 없이 매우 빠르게 측정 및 평가가 이루어질 수 있다는 것이다. 이로써 대량의 샘플을 단시간에 검사할 수 있다.

DE 198 24 624에 비해 본 발명은 타원형 거울과 함께 다중 방사선 분산기(예: 반사 격자)를 사용하여 여러 개의 입사각을 동시에 발생시키는 것을 "최초로"제안하고 있다. 물론 측정 기기의 구성시 입사각의 선택이 확정되고, 동시에 구현 가능한 입사각의 수는 한정된다. 그러나 무엇보다도 입사각이 상이한 경우 샘플 구조에서의 회절 효과가 동시에 중첩된다. 따라서 회절 강도의 각도 의존적 측정은 불가능하다.

다수의 영향 변수에 따라, 격자 파라미터의 정확한 측정 또는 분류는 검사된 측정 지점을 위한 충분한 수의 강도 측정값이 사용될 수 있는 경우에만 가능하다. 이러한 목적으로 측정 빔의 하나 이상의 파라미터(각도, 편광, 파장)가 변동될 수 있고, 변수에 따라 강도가 측정될 수 있다. 그럼으로써 짧은 격자 주기로 인해 직접 반사를 제외한 적은 차수의 회절만이 발생하거나 회절이 발생하지 않는 경우(격자 방정식 참조)에도 구조-특성 표시를 위해 회절 분석이 사용될 수 있다.

각도 의존적 회절 효과의 측정을 위한 장치는 간섭성 방사선원, 간섭성 방사선을 상이한 방향으로 편향시키기 위한 장치, 편향된 방사선을 샘플 위치로 향하게 하는 거울 장치, 및 샘플에서 회절된 방사선의 강도를 측정하기 위한 검출기 유닛으로 구성된다. 상이한 방향으로 편향된 방사선은, 간섭성 방사선이 상이한 입사각으로 서로 연속적으로 샘플 위로 편향되는 방식으로 상기 거울 장치로부터 반사된다.

측정 빔의 입사각은 연속적으로 또는 점차적으로 변동된다. 직접 반사의 강도(0차 회절) 및 상황에 따라 발생하는 더 높은 차수의 회절이 측정된다. 변동하는 입사각에 따른 강도 변동을 평가함으로써 검사된 주기적 구조체의 형태 및 재료를 추론해낼 수 있다.

본 발명에서는 고정된 측정 지점의 2θ- 회절 분석을 위한 측정 빔의 입사각을 변동시키기 위해 최초로 고정된 비평면 거울 표면과 결합된, 전기적으로 회전 및 조절되는 거울(소위 검류계-스캐너)이 사용된다. 상기 측정 장치는 밀리초 이내에 수 μ°(도)의 정확성으로 넓은 각도 위치를 통과하는 것을 가능하게 한다. 따라서 수 십 초 이내에 입사각 변동을 이용한 완벽한 측정이 수행될 수 있다. 또한 상이한 입사각을 발생시키기는 데에는 안정적으로 움직이는 부품(검류계-스캐너)만 있으면 되기 때문에 노이즈 민감도가 감소된다. 사용된 부품의 비용 및 측정기 구조에 필요한 공간은 비교적 적다. 상이한 입사각이 연속적으로 발생되기 때문에, 매 시점마다 입사되는 측정 빔이 정확히 존재한다. 따라서 회절 차수의 중첩이 발생하지 않는다. 검사된 구조의 종류에 상관없이 검출기에 의해 검출될 수 있는 최대 회절의 강도가 측정 및 분류될 수 있다. 입사각에 상관없는 측정 빔의 거의 일정한 강도가 시스템의 측정 정확도를 증가시킨다. 광행차(aberration)를 갖는 렌즈 대신 거울 표면만을 사용하는 경우에도 동일하게 적용된다.

샘플의 특정 지점으로의 측정 빔의 입사각(수직각 또는 방위각)을 넓은 범위에 걸쳐서 매우 빠르고 정확하게 저렴한 비용으로 변동시킬 수 있는 측정 장치가 제공된다. 사용된 검출기 시스템의 종류에 따라 각각의 입사각에서 직접 반사만 측정되거나 또는 추가로 더 높은 차수의 회절도 측정된다.

도 1에는 (입사 평면 내지는 도면 평면에서) 수직 입사각()을 변경시킬 수 있는 장치가 도시되어있다. 방사선원(1), 예컨대 레이저가 간섭성(干涉性) 빛을 발생시킨다. 측정 빔이 광섬유에 의해 또는 직접 측정 장치로 전달된다. 거기서 측정 빔은 - 경우에 따라서는 편향 거울을 이용하여 - 상이한 방향으로 편향시키기 위한 장치(2), 예컨대 회전가능 거울 면(7) 위에 부딪친다. 거울 면(7)의 회전축은 측정 빔의 입사 평면에 대해 수직이다. 거울의 회전은 전기적으로, 바람직하게는 소위 검류계 스캐너(galvamometer scanner)를 사용하여 수 μ도(°)까지 정확하게 조절되어 이루어진다. 스캐너-거울로부터 편향된 측정 빔이 타원형 거울(3a)에 부딪친다. 측정 빔과 스캐너-거울의 교점이 타원형 거울의 초점에 놓이면, 상기 타원형 거울의 특별한 특성이 효력을 나타낸다. 즉, 상기 타원형 거울은 2 개의 초점을 가지고 있다. 따라서 상이한 검류계-각도를 위한 방사선이 1 개의 점에서 만난다. 측정 지점이 제 2 초점과 일치하도록 샘플의 위치가 선택되면, 스캐너-거울의 회전에 의해 고정된 측정 지점이 다양한 입사각으로 조사(照射)된다. 상기 스캐너는 수 밀리초 이내의 정해진 각 위치에 도달하기 때문에, 측정 빔(11)이 매우 빠르게 넓은 각도 범위를 통과할 수 있으며, 회절 분석에 필요한 측정 빔의 파라미터 변동이 구현될 수 있다. 거울의 타원 형태는 개별 세그먼트들로 구성될 수 있으며, 타원형 거울이 회전체로서 형성됨에 따라 방위각 편차의 경우(예컨대 스캐너가 입사된 측정 빔의 축을 중심으로 회전하는 경우) 측정 빔들이 측정 지점에 집중된다. 반사점이 항상 타원형 거울의 초점에 놓이게 하기 위해, 검류계-스캐너의 거울 표면이 회전축의 중간 지점에 놓여야 한다. 이러한 전제가 가정되지 않으면, 입사각 변동시 측정빔이 중심 측정 지점을 중심으로 한 정확한 샘플 표면 영역을 벗어나게 된다. 특정 분야의 경우, 측정 빔의 직경을 변경시키지 않고 측정 범위를 확대하기 위해서는 이러한 점이 바람직할 수 있다.

간섭성 측정 빔은 샘플(5)의 주기적인 구조에서 회절된다. 격자 벡터 - 격자 구조의 주기성의 방향을 특성화함 - 가 입사 평면에 놓이면, 경우에 따라 발생하는 높은 차수의 회절이 역시 상기 입사 평면에 존재하게 된다. 상기 전제 조건이 충족되지 않으면, 소위 '원뿔 회절'이 발생하고, 직접 반사를 제외한 모든 최대 차수의 회절이 하나의 호(弧) 상에서 입사 평면에 대해 수직으로 놓인다. 즉, 최대 차수의 회절은 더이상 도면 평면에 놓이지 않는다. 비원뿔 회절의 경우 회절된 방사선(12)의 강도의 측정은 도면 평면에서 샘플 위에 기울어져 배치된 광 다이오드 어레이(10)를 포함하는 검출기 유닛에 의해 이루어진다. 개별 다이오드의 개수가 충분히 많으면, 검출 가능한 모든 최대 차수 회절의 개별 강도가 측정될 수 있다. 광 다이오드에 의해 측정된 강도값은 다이오드 표면에 대한 방사선의 입사각에 따라 좌우되기 때문에, 다이오드 어레이가 적절하게 보정되어야 한다. 대안으로, 다수의 개별 다이오드가 측정 지점을 중심으로 하는 반원 상에 배치될 수 있다. 그러면 각 차수의 회절이 광 다이오드에 항상 수직으로 부딪친다. 또 다른 방법은 큰 면의 단일 광 다이오드를 사용하는 것이다. 이 경우 측정값으로서 회절된 방사선의 총 강도를 얻게 되며, 상기 측정값도 역시 샘플 상의 구조 파라미터를 산출하거나 분류하는데 사용될 수 있다.

측정 장치의 정밀성을 증가시키기 위해, 반복적인 기준 측정에 의해 방사선원의 노이즈가 보상될 수 있다. 이를 위해 방사선원으로부터 나온 방사선이 분산되고(예컨대 광학 방사선 분산기에 의해), 광도계 내지는 광 다이오드에 의해 방사선의 강도가 측정된다. 선택적으로는 상기 방사선 검출기(8)가, 검류계의 정해진 각도 위치에서 측정 빔이 상기 방사선 검출기(8)에 부딪치도록(경우에 따라 편향 거울(deviation mirror)에 의해) 배치될 수도 있다. 그러한 경우에는 전술한 방사선 분리가 생략된다.

상기 측정 방법은, 예컨대 검사될 기판의 경사 및 파형(波形)에 의해 발생하는 입사각의 변동에 매우 민감하게 반응한다. 정해진 입사각에서 직접 반사와 관련되는 PSD(position sensitive device)를 사용하여 상기와 같은 경사가 측정되어 측정 데이터 평가시 고려될 수 있다. 대안으로 샘플의 위치를 결정하는 압전 소자에 의해서도 각도 오류가 수정될 수 있다. xy-측정 평판(6)을 이용하여 샘플 상에서 다양한 측정 지점에 접근할 수 있다. 선택적으로는 샘플이 고정 배치되고, 거울 유닛 및 검출기 유닛이 적절하게 다루어질 수 있다.

도 2는 하나 또는 다수의 거울(13)에 의해 간접적인 강도 측정이 어떻게 구현될 수 있는지를 보여준다. 이를 위해 경우에 따라서는 측정 장치의 구조를 단순화하는 예컨대 평면 편향 거울 및 각 차수의 회절이 집중될 수 있게 하는 구면 및 비구면 거울이 고려된다. 따라서 검출 가능한 각도 범위가 확대되거나, 내지는 광 다이오드 어레이(10)의 필수 크기가 감소될 수 있다. 원뿔 회절의 경우에는 회절 최대값의 측정을 위해 직사각형 내지는 정사각형 광 다이오드 어레이 또는 CCD가 사용될 수 있다. 이 경우, 넓은 입체각 범위를 검출하기 위해 대부분 검출 어레이로의 회절 패턴의 초점 맞춤을 위한 1 개의 거울이 사용된다. 회절 효과의 편향을 위한 거울은 통상 개별 세그먼트들로도 구성될 수 있다.

도 3에서는 샘플 표면에 대한 측정 빔의 방위가 변동된다. 방위각에 따른 회절 최대값의 강도 변화는 다시 샘플 표면의 특성 표시에 사용된다. 전술한 장치에서처럼 간섭성 방사선원(1)이 경우에 따라서는 광섬유 및/또는 편향 거울(14)와 함께 사용된다. 다시 검류계-스캐너(15)에 의해 측정 빔이 상이한 방향으로 반사된다. 각 부품들의 배열이 도 3에 상응하게 선택되고, 측정 빔과 스캐너 거울의 교점이 동심 거울(3b)(또는 거울 세그먼트)의 반경 중심점 내지는 초점에 위치하면, 편향된 측정 빔(11)이 다시 측정 지점으로서 선택된 지점에서 상이한 각도로 만나게 된다.

이 경우 입사 평면의 위치가 변동되기 때문에, 주기적으로 구조화된 기판(샘플(5))에서는 항상 원뿔 회절이 나타난다. 제 0차 직접 반사가 그 첨두에 의해 측정 지점이 형성되는 구 표면상에서 진행된다. 따라서 제 0차 회절의 강도 측정을 위해 광 다이오드(10)로 이루어진 평면 어레이가 사용되는 경우, 개별 다이오드들은 적절하게 만곡된 선을 따라 배치되어야 한다. 대안으로 위치분해 강도 측정을 수행하기 위해 직사각형 다이오드 어레이 또는 CCD가 사용될 수도 있다. 따라서 더 높은 차수의 회절도 측정 및 분류(독: zuordnen)될 수 있다. 또한 제 1 측정 장치의 경우에 대해 기술한 바와 같이, 회절 효과의 편향 또는 초점 맞춤을 위해 평면, 구면 또는 비구면 거울이 사용될 수 있는 가능성도 존재한다.

도 4에는 측정 장치의 또 다른 변형예가 도시되어있다. 반사경으로서 샘플 상으로 측정 빔을 편향시키기 위한 거울과 동일한 거울 또는 다른 반지름을 갖는 유사한 거울이 사용된다. 특수한 경우에는 상기 두 거울이 결합되어, 반사막이 입혀진 내부 링(3c)을 형성할 수 있다. 샘플(5)로부터 반사된 0차 회절은 구현된 후 스캐너-거울 근처에 모인다. 그 앞에 큰 면의 광 다이오드(10)가 삽입되면, 상기 0차 회절의 강도가 측정될 수 있으며, 이 때 상기 다이오드는 상이한 입사각에 대해 보정되어야 한다. 상기 구현예에서 반사 링(3c)의 높이는 가능한 한 낮게 선택되어야 한다. 높은 차수의 회절은 다른 입체각으로 발생하기 때문에, 일반적으로 0차 회절의 강도만 측정되는 것이 가능하다. 특정 구조 형태의 경우 상황에 따라서 많은 차수의 회절의 총 측정값만이 측정될 수 있다. 그러나 이 경우에도 샘플의 특성 표시를 가능하게 하는 측정 결과가 야기된다.

방사선원 강도의 기준 측정에 있어서, PSD-소자의 설치 및 측정 평판 또는 측정체를 사용하는 방법에는 제 1 측정체와 관련된 진술이 적용된다.

기술된 측정 장치의 또 다른 변형예는 예컨대 EP 0712505 B1에 제시된 것처럼, 방사선 편향용 마이크로 광학 모듈을 사용하는 것이다. 여기서는 적절한 물질의 전자광학 특성을 이용하여 측정 빔의 각도를 변경할 수 있다. 상기 장치의 특징은 구면 또는 비구면 거울 내지는 거울 세그먼트를 사용하여 상이한 입사각을 연속 발생시킨다는 점이다.

스캐너 거울의 뒷면을 사용함으로써 측정 장치가 더욱 간소화될 수 있다. 이를 위해 기판으로부터 반사된 방사선들은, 스캐너를 이용한 방사선 편향 이후 제 1 단계에서 초점 맞춤을 거쳐야 하는 동일한 거울 형태에 의해 모이게 된다. 예컨대 도 4에서 광 다이오드가 제거되면, 반사된 방사선들은 스캐너 거울 뒷면의 한 지점에서 만난다. 상기 지점으로부터 방사선들이 스캐너 거울 위에 입사되는 방사선의 연장선을 향해 항상 같은 방향으로 뻗는다. 반사된 방사선에는 단 1 개의 광 다이오드가 설치되며, 이 때 상기 광 다이오드로의 측정 빔의 입사각은 스캐너-거울의 위치에 상관없이 일정하게 유지된다. 도 1의 입사 평면에서의 입사각 변동의 경우에도 동일한 원리가 가능하다. 제 1 거울의 반대편 측면에서는 같은 방식의 타원형 거울에 의해, 반사된 방사선의 스캐너-거울 뒷면으로의 초점 맞춤이 구현된다. 그곳으로부터 상기 방사선은 방사선원으로부터 입사되는 측정 빔의 연장선을 향해 나아간다. 이 경우에도 광도는 단일 광 다이오드에 의해 측정될 수 있는 것이 바람직하며, 이 때 상기 광 다이오드로의 입사각은 실제로 일정하게 유지된다.

각도 의존적 회절 효과를 측정하기 위한 방법에서는 먼저 간섭성 방사선이 발생된다. 상기 간섭성 방사선은 상이한 방향으로 연속적으로 이루어지는 제 1 편향을 거치게 된다. 이어서 상기 간섭성 방사선의, 샘플로의 제 2 편향이 실시된다. 상기 간섭성 방사선이 샘플에서 회절됨으로써 회절 방사선이 발생하게 된다.상기 회절 방사선은 검출 가능하다. 상기 방법에 따라 전술한 장치가 작동될 수 있다.

바람직하게는 제 2 편향의 방향에 상응하는 신호 및 검출된 회절 방사선에 상응하는 신호가 발생하며, 상기 두 신호는 상호 관련이 있다. 이는 각도 의존적 회절 신호 검출을 가능하게 한다. 그렇게 하여 얻어진 각도 의존적 회절 신호는 샘플 등급을 위해 특성화되고, 알려지지 않은 샘플의 분류를 가능하게 한다.

Claims (19)

1. - 간섭성 방사선원(1),

   - 간섭성 방사선(2)을 상이한 방향으로 편향시키기 위한 장치,

   - 구면 또는 비구면 거울, 또는 상기 구면 또는 비구면 거울에 상응하는 방식으로 배치된 거울 세그먼트,

   - 샘플에서 회절된 방사선의 강도를 측정하기 위한 검출기 유닛(4)으로 구성된, 각도 의존적 회절 효과를 측정하기 위한 장치에 있어서,

   - 상기 편향 장치에 의해 상이한 방향으로 서로 연속 편향된 방사선은, 상이한 입사각을 갖는 간섭성 방사선이 샘플 위로 편향되는 방식으로 거울 장치로부터 반사되는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 간섭성 방사선 편향 장치(2)가 회전 조절 거울(7) 또는 마이크로광학 모듈 또는 전자광학 모듈로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   상기 거울로서 타원형 거울(3a) 또는 타원형 거울에 상응하는 방식으로 배치된 거울 세그먼트가 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 타원형 거울(3a)이 회전체로서 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 3항 또는 4항에 있어서,

   상기 간섭성 방사선 편향 장치(2)가 상기 타원형 거울 장치의 2 개의 초점에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 샘플(5) 상의 측정 지점이 상기 타원형 거울 장치의 제 2 초점에 놓이는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   상기 거울로서 동심(同心)의 거울(3b) 또는 동심의 거울에 상응하는 방식으로 배치된 거울 세그먼트들이 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 간섭성 방사선 편향 장치가 동심 거울 장치의 대칭축 상에 놓이고, 편향 장치로서 회전하는 거울(7)의 경우 회전축이 상기 대칭축에 통합되며, 상기 간섭성 방사선은 항상 회전 거울(7)의 대칭축 상의 한 지점에 모이는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 7항 또는 8항에 있어서,

   상기 동심 거울(3b)의 대칭축 상에 있는 샘플 측정 지점이 상기 동심 거울의 중심점으로부터 상기 간섭성 방사선 편향 장치와 동일한 거리에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서,

    광 다이오드 어레이 또는 다수의 개별 다이오드 또는 큰 면의 단일 광 다이오드 또는 광 다이오드 어레이 또는 CCD가 상기 검출기 유닛(1)의 구성 부품인 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 1항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 샘플에서 회절된 방사선(12)이 하나 또는 다수의 거울(13)에 의해 편향됨으로써 상기 검출기 유닛으로 간접 발생하는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 회절된 방사선이 상기 검출 유닛으로 간접적으로 편향되게 하는, 거울 장치의 형태가 샘플(3)로의 방사선 입사각을 변동시키기 위한 거울 장치와 동일한 또는 유사한 형태인 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 2 개의 거울 장치가 반사막이 입혀진 1 개의 링(3c)으로 통합된 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제 12항 또는 13항에 있어서,

    상기 회전 조절 거울(7)이 회절된 방사선을 검출 소자로 추가 편향시키기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제 1항 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 장치는 방사선 편향 장치의 특정 각도 위치에서, 또는 간섭성 방사선이 방사선 분산기에 의해 분리됨에 따라 일부 방사선이 부딪치게 되는 방사선 검출기(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제 1항 내지 15항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 샘플의 경사 및 파형(波形)에 의한 상기 입사각의 변동이 위치 감지 장치(9, PCD) 또는 CCD에 의해 검출되어, 측정 데이터 평가시 고려되거나 압전 소자에 의해 수정되는 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제 1항 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서,

    샘플 상의 다양한 측정 지점의 측정을 위해, 상기 샘플이 xy-측정 평판을 이용하여 배치되거나, 또는 샘플에 대한 장치가 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
18. 각도 의존적 회절 효과를 측정하기 위한 방법에 있어서,

    - 간섭성 방사선이 발생되는 단계,

    - 상기 간섭성 방사선이 상이한 방향으로 서로 연속적으로 편향되는 제 1 편향 단계,

    - 상기 간섭성 방사선의 샘플 상으로의 제 2 편향 단계,

    - 상기 간섭성 방사선이 샘플에서 회절됨에 따라 회절 방사선이 발생되는 단계,

    - 상기 회절 방사선이 검출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제 19항에 있어서,

    - 상기 제 1 편향의 방향에 상응하는 신호가 발생되는 단계,

    - 상기 검출된 회절 방사선에 상응하는 신호가 발생되는 단계,

    - 상기 검출된 회절 방사선에 상응하는 신호가 제 1 편향의 방향에 할당되는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.