KR20050010835A - 대역 판을 포함하는 다중 영상화 시스템을 사용하는 원소특이성 ｘ-선 형광 현미경 - Google Patents

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엑스래디아, 인크.
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Abstract

원소 특이성 영상화 기술은 1차 이온화 방사선에 의해 유도되는 원소 특이성 형광 X-선을 이용한다. 대상 원소로부터의 형광 X-선은 이후에 광학 트레인을 이용하는 검출기 상으로 우선적으로 영상화된다. 광학 트레인의 우선적 영상화는 적합하게 구성된 영상화 시스템에서 착색 렌즈를 사용하여 성취한다. 대역 판은 이러한 착색 렌즈의 예이고, 이의 촛점 길이는 X-선 파장에 반비례한다. 시험 샘플내의 소정의 원소의 우선적 영상화의 증진은, 대역 판 렌즈 자체가 실질적으로 동일한 원소를 포함하는 화합물로 제조되는 경우 수득할 수 있다. 예를 들면, Cu La 스펙트럼 라인을 사용하여 구리를 영상화하는 경우, 구리 대역 판 렌즈가 사용된다.

Description

대역 판을 포함하는 다중 영상화 시스템을 사용하는 원소 특이성 Ｘ-선 형광 현미경{Element-specific X-ray fluorescence microscope using multiple imaging systems comprising a zone plate}
X-선을 이용하는 물체의 원소분석(elemental analysis)을 위한 다수의 기술이 존재한다. 이러한 기술들중의 일부는 원소들의 상이한 X-선 감쇠화(attenuation) 특성에 의존하는 반면, 기타의 것들은 X-선 형광에 의존한다.
감쇠화를 기본으로 한 분석기술의 예는 특성적 원소 공명 에너지를 이용한다. 충분히 협소한 스펙트럼 밴드폭(spectral bandwidth)의 X-선 비임(beam)의 감쇠화는, 중심 에너지가 시험 물체의 구성 원소의 공명 에너지에 위에서 증가하는 경우에, 실질적으로 증가한다. 이러한 특성의 이점을 지니는 X-선 현미경이 성분 특이성 영상화법(imaging)을 위해 개발되어 왔다. X-선 현미경은 전형적으로 신크로트론(synchrotron)과 같은 소스(source), 모노크로메이터(monochromator), 대역 판 렌즈(zone plate lens)와 같은 렌즈, 검출기 어레이(detector array) 및 가능하게는 계수기(scintillator)를 조합하여 주어진 시험 물체의 영상을 생성시킨다.전형적으로, 현미경은 투과(transmission)에 사용된다. 대상 원소(element of interest)의 공명 에너지 미만 및 초과의 X-선 에너지에서 2개의 영상은 종종 대상 원소와 시험 물체의 기타 구성 원소 사이의 필요한 콘트라스트(contrast)를 수득하기 위해 필요하기 때문에, 시험 물체 내에서 원소의 분포 영상을 수득한다.
X-선 형광 분석법 또는 분광분석법(XRF)은 X-선 또는 강력한(energetic) 전자와 같은 1차 방사선(primary radiation)을 이용하여 시험 물체의 원자로부터 내부 껍질(inner-shell)의 전자를 방출하여 내부 껍질내에 전자 빈공간을 생성시키는 비파괴적 분석 기술이다. 원자내의 외부 껍질의 전자가 빈 공간을 채우는 경우, 2차 방사선은 내부 껍질 전자 상태와 외부 껍질 전자 상태 사이의 에너지 차이와 동일한 에너지로 방출된다. 형광 방출은 상이한 원소들의 특성이다. 따라서, 2차 X-선의 스펙트럼 측정은 시험 샘플내에 존재하는 각각의 성분의 상대적 풍부함의 정량적 척도이다.
약 1 마이크로미터(micrometer) 보다 양호한 공간 분해능을 갖는 시험 물체의 원소 특이성 영상화는 현재 시험 물체를 가로질러, X-선 또는 강력한 전자와 같은 이온화 방사선의 작은 탐침(probe)을 레이저 스캐닝(razer scanning)하여 각각의 지점에서 X-선 형광 스펙트럼을 분석함으로써 수득하고 있다. 대략 100나노미터(nm)인 공간 분해능을 갖는 원소 특이성 영상화는 고 휘도(brightness) 신크로트론 방사선 소스를 사용하는 높은 원소 민감성을 갖는 것으로 입증되었지만, 레이저 스캐닝의 일련의 특성은 출력을 상당히 제한하며 고 소스 휘도 요건은 실험실 X-선 공급원을 사용하는 원소 특이성 영상을 생성하는 데 있어서 비실용적이도록 만든다.
발명의 요약
본 발명은 시험 물체로부터의 2차 방사선의 생성에 의존하는 X-선 분석 기술에 관한 것이다. 본 발명은 이의 원소 조성 또는 흡수를 기본으로 한 시험 물체내에서 구조물의 고 분해능, 고 콘트라스트 영상화를 가능하게 한다. 또한, 시험 물체의 원소 분석을 가능하게 한다.
보다 상세하게는, 원소 특이성 영상화 기술은 1차 이온화 방사선에 의해 유도되는 원소 특이성 형광 X-선을 이용하는 성분 특이성 영상화 기술이 기재되어 있다. 문제의 원소로부터의 형광 X-선은 이후에 광학 트레인(optical train)을 이용하는 검출기 상으로 우선적으로 영상화된다.
한 가지 양태에서, 광학 트레인의 우선적 영상화는 적합하게 구성된 영상화 시스템내의 착색 렌즈를 이용하여 성취된다. 대역 판은 이러한 착색 렌즈의 예이고, 이의 촛점 길이는 X-선 파장에 역비례한다.
본 발명의 이러한 양태는 시험 물체로부터 특성적 형광 X-선의 검출기 어레이상의 영상을 형성하기 위한 영상화 시스템을 대략적으로 배치시킴으로써 시험 물체에서 대상 원소를 영상화하기 위한 착색 렌즈의 영상화 및 착색 특성 둘 다에 의존한다. 시험 샘플내의 소정의 원소는 이의 형광 X-선을 이용하여 영상화할 수 있다. 대역 판이 착색 렌즈로서 사용되는 경우, 원소의 우선적인 영상은, 당해 판 자체가 동일한 원소를 포함하는 화합물로 제조되는 경우에 증진시킬 수 있다. 예를 들면, CuKα 스펙트럼 선을 사용하여 영상화하는 경우, 구리 대역 판 렌즈가사용된다. 이는 회절 효율(촛점내로 굴절된 입사 에너지의 비율)이 흡수 라인 근처로 급속히 변하고, 이로부터 제조되는 원소의 X-선 형광 라인에서 피크(peak)로 될 수 있기 때문에 대역 판 렌즈의 우선적 영상을 증진시킨다.
또다른 양태에서, 스펙트럼 필터, 예를 들면, 박막 필터 또는 결정이 광학 트레인에 사용된다.
파장 분산성 성분은 대상 물체와 검출기 사이의 광학 트레인에 사용되어 우선적 영상화를 증진시킨다.
본 발명에 따라, 방사선 소스에 의해 방출된 1차 이온화 방사선은 시험 물체에 충돌되고 시험 물체내의 원소들을 여기(excitation)시켜 2차 X-선 형광 방사선을 방출시킨다. 대상 원소로부터 시험 물체에 의해 방출되는 2차 X-선 형광 방사선은 이후에 적합한 영상화 구성을 갖는 렌즈를 이용하여, 검출기 시스템에서 우선적으로 영상화시킨다. 일부 예에서, 2차 방사선의 분포가 관심의 대상인 반면, 기타 양태에 있어서는 2차 방사선이 백라이팅(backlighting)로서 사용된다.
한 가지 양태에서, 대상 원소의 형광 라인 주변의 협소한 에너지 밴드만을 촛점화하는 대역 판 렌즈를 적합하게 구성된 영상화 시스템내의 검출기 시스템상에 사용함으로써 우선적인 영상화가 성취된다. 이러한 특성은 방사선의 파장상의 대역 판의 촛점 길이에 의존하게 되어, 하나의 파장만이 소정의 현미경 구성(물체-대-렌즈 및 렌즈-대-검출기 거리)에 대한 영상화 조건을 충족시킨다.
3차원 회절과 같은 대역 판의 고차원 회절을 이용하는 원소 특이성 영상화는 1차원 회절을 이용하는 것 보다 상당히 더 양호한 원소 특이성을 제공한다. 일반적으로, 고차원 회절에 대한 대역 판의 촛점 효율은 1차원 회절 보다 더 작다.
대역 판상의 중앙 스톱(central stop)은 대역 판에 의해 촛점화되지 않는 X-선 양자를 감소시키거나 제거함으로써 대상 형광 X-선에 의해 검출기상에서 형성된 영상내에서 높은 신호 대 노이즈(noise)를 수득하는 데 필요하거나 바람직할 수 있다.
또다른 양태에 따라, 우선적 영상화는 또한 대역 판 또는 적합하게 구성된 거울(예를 들면, 월터 옵틱(Wolter optic)), 및 적합하게 설계된 다층 옵틱과 같은 파장 분산성 장치와 같은 착색 또는 무색(achromatic) 영상화 옵틱을 사용하는 영상화 시스템의 조합에 의해 성취된다. 이러한 옵틱은 대상 성분으로부터의 형광 X-선을 효과적으로 반사하면서 영상화 시스템의 필요한 영상화 특성을 유지하도록 구성된다.
보다 구체적으로, X-선 형광 현미경은 시험 물체에 대한 1차 이온화 방사선을 중계하는 콘덴서, 시험 물체를 조작하기 위한 기계적 스테이지(stage), 대역 판, 다층 피복물 또는 결정과 같은 파장 분산성 옵틱, 및 검출기 어레이와 같은 검출기를 포함한다.
또한, X-선 형광 현미경은 시험 물체에 1차 이온화 방사선을 중계하는 콘덴서, 시험 물체를 조작하는 기계적 스테이지(stage), 월터 옵틱과 같은 적합하게 형상화된 반사 영상화 옵틱, 다층 필터와 같은 파장 분산성 옵틱, 및 검출기 어레이와 같은 검출기를 포함한다. 우선적 영상화는 대상 형광 X-선을 고도로 투과하지만 형광 X-선과는 실질적으로 상이한 에너지의 일부 X-선에 대해서는 낮게 투과하는 필터를 사용하여 추가로 증진시킬 수 있다.
본 발명의 한 가지 양태에서, X-선 형광 현미경은 1차 이온화 방사선 소스, 시험 물체에 1차 이온화 방사선을 중계하는 콘덴서, 시험 물체를 조작하는 기계적 스테이지, 대역 판 렌즈, 및 검출기 어레이와 같은 검출기를 포함한다.
본 발명의 X-선 형광 현미경의 바람직한 양태에서, 소정의 원소는 동일한 원소를 포함하는 화합물, 또는 본질적으로 동일한 원소로 이루어진 화합물로 제조된 대역 판을 사용함으로써 영상화된다. X-선 형광 현미경의 물체-대-렌즈 및 렌즈-대-검출기 거리는 전형적으로 시험 물체에서 원소의 X-선 형광 라인의 특성을 영상화하도록 구성되며, 이에 따라 기록된 영상은 원소의 분포를 나타낸다. 물체내의 기타 원소의 영상은 각각의 X-선 형광 라인에 적합한 형태를 사용하여 수득된다. 이러한 영상화 모드는 X-선 형광 영상화 모드라고 한다.
또다른 양태에서, X-선 형광 현미경은 공지된 구조를 갖는 물체내의 원소의 특이적 특성의 형광 X-선 라인에 대해 구성되어, 구조물을 원소로부터의 형광에 의해 제공된 조명을 사용하는 현미경의 촛점 깊이와 시각 장(field of view)에 의해 한정된 용적내에서 영상화한다. 이러한 영상화 모드는 X-선 형광 백라이팅 영상화 모드라고 일컫는다.
여전히 또다른 양태에서, X-선 형광 현미경은 원소의 특이성 특성 형광 라인에 대해 구성되지만, X-선 형광 신호 모두는 특정한 용적내의 원소의 총량을 측정하도록 통합된다. 기타의 원소들의 양은 각각의 X-선 형광 라인에 대해 적합한 현미경 구성을 이용하여 측정한다. 이러한 X-선 형광 현미경 모드는 형광 분광계 모드라고 일컫는다.
시험 물체는 2차 X-선 형광 발생률을 증가시키기 위한 큰 고체 각을 갖는 조명 비임으로 조명할 수 있음을 인지하게 된다. X-선 형광 현미경의 출력은 조명 시스템의 최적화에 의해 증진될 수 있으며, 이는 전형적으로 소스 및 콘덴서를 포함하여 시험 물체에서 대상 용적내의 X-선의 생산 속도를 증가시키는 것을 추가로 인지하게 된다. 이러한 설계의 예는 고휘도 적용을 위해 구체적으로 설계된 미세 촛점 X-선 공급원 및 큰 고체 각에 걸쳐 공급원으로부터 1차 이온화 X-선을 수집하고 이들 시험 물체내로 진행시키도록 구체적으로 설계된 X-선 콘데서를 포함한다.
또다른 양태에서, 다중 영상화 시스템을 사용하여 출력을 증가시키고/시키거나 입체 또는 단층 X-선 촬영(tomographic) 영상화를 수행한다.
구성 및 부품 조합의 각종 신규하고 상세한 사항을 포함한 본 발명의 상기한 특징 및 기타 특징, 및 기타의 이점은 첨부한 도면을 참조로 하여 이후에 보다 상세하게 기술되며 특허청구의 범위에서 언급될 것이다. 본 발명을 사용하는 특별한 방법 및 장치는 설명을 위해서 나타낸 것이며 본 발명을 한정하는 것이 아님을 이해할 것이다. 본 발명의 원칙 및 특징은 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않고 수많은 양태에서 사용될 수 있다.
본원은 전문이 참고문헌으로 본원에 인용된, 2002년 5월 29일자로 출원된 미국 특허원 제10/157,089호의 우선권을 청구한다.
첨부한 도면에서, 도면 부호는 상이한 시각 전반에 걸쳐 동일한 부분을 나타낸다. 도면은 크기를 나타낼 필요가 없으며, 그대신 본 발명의 원칙을 설명하는 경우에 강조하여 나타내고 있다:
도 1은 본 발명에 따르는 X-선 형광 현미경의 개략도이다;
도 2는 대상 원소의 방사선 유도된 X-선 형광을 설명하는 개략도이다;
도 3은 X-선 형광 영상화 모드를 사용하는 직접회로내의 특별한 원소를 포함하는 구조의 형광 영상화를 개략적으로 설명한다;
도 4는 양자 에너지(전자 볼트; eV)의 함수로 나타낸 500nm 구리 대역 판의 효율을 도시한 것이며, 이는 피크 회절 효율이 ~930eV에서 근 Cu La 방사선 에너지를 수득함을 설명한다;
도 5는 Cu La 형광 X-선의 고투과를 설명하는 구리에 대한 양자 에너지(eV) 및 ~933eV에서 Cu L 흡수 에지(edge) 보다 큰 에너지의 X-선에 대한 흡수의 급격한 증가의 함수로서의 감쇠화 길이(nm)를 나타내는 그래프이다;
도 6은 800-1000eV 에너지 범위에 걸쳐 회절 효율의 느린 변화를 나타내는, 양자 에너지(eV)의 함수로서의 500nm 금 대역 판의 효율을 나나태는 그래프이다;
도 7은 파장 분산성 옵틱이 착색 또는 무색 렌즈와 함께 사용되어 원소 특이성 영상화를 성취하는 또다른 양태에 따른 X-선 형광 현미경의 개략도이다;
도 8은 편평한 기판 위에 부착된 텅스텐 및 탄소의 80층 쌍을 포함하는 다층 옵틱의 X-선 반사성을 나타내는 그래프[여기서, 그레이징 입사각(grazing incidence angle)이 1.81°이고 다층 간격이 2.5nm인 것으로 가정한다]이다.
도 9는 본 발명의 또다른 양태에 따르는 X-선 형광 현미경의 개략도이며, 여기서 다수의 영상화 시스템은 평행하게 사용되어 출력을 증가시키거나, 입체 및 단층 X-선 촬영용 3차원 영상화를 수행하거나, 또는 동시에 다수의 원소를 영상화한다;
도 10은 백라이팅 모드에서 작동하는 또의른 양태에 따르는 X-선 형광 현미경의 개략도이다.
도 1은 본 발명의 원리에 따라 구성된 X-선 형광 현미경(100)을 나타낸다.
특히, 반도체 웨이퍼(12)의 집적회로(IC)(10)와 같은 시험 물체는 방사선 발생기(102)로부터의 전자 또는 X-선과 같은 1차 이온화 방사선(110)에 의해 조사(irradiation)된다.
바람직한 양태에서, 웨이퍼/시험 물체는 정밀한 x-y 스테이지(130)상에 지지되어 시험 샘플을 X-선 형광 현미경(100)내에 위치시킨다.
한 가지 예에서, 1차 X-선 방사선(110)은 고체 타깃(target)을 강력한 전자로 폭발시키거나, 충분히 강한 레이저 비임을 고체 또는 액체 타깃상에 촛점화함으로써 발생된다.
설명된 예에서, 다층 피복물이 존재하거나 존재하지 않는, 적합하게 형상화된 모세관과 같은 콘덴서(114)를 사용하여 1차 방사선(110)을 시험 물체(10)상의 작은 영역으로 집중시키고 중계하며, 이를 시험 물체(10)를 지지하는 x-y 스테이지(130)을 조절하여 정확히 위치시킨다. 다중 모세관 및 굽혀진 결정과 같은 기타 유형의 X-선 콘덴서가 또다른 양태에서 사용된다.
콘덴서(114)는 시험 물체(10)에서 플럭스 밀도(flux density)를 증가시키고, 이에 따라 유도된 2차 형광 X-선을 최대화한다. 시험 물체는 바람직하게는 큰 고체 각을 갖는 조명 비임으로 조명된다. 이는 2차 X-선 형광 발생을 증가시킨다. 이러한 특성은 이들이 전형적으로 큰 고체 각에 걸쳐 X-선을 방출시키기 때문에 실험실적 X-선 소스를 효율적으로 이용하는데 있어 중요하다.
원칙적으로, 허용되는 고체 각은 2 pi 스테라디안(steradian) 많큼 클 수 있다. 약 1 스테라디안의 낮은 고체 각이 바람직하다.
1차 방사선(110)의 에너지를 선택하여 대상 원소내에 형광을 유도시킨다. 예를 들면, 1차 방사선으로서 X-선을 사용하는 경우, 다음과 같은 원소는 각각의 흡수 에지(absorption edge)에서 또는 이 위에서 방사선의 급격하게 증가된 흡수를 나타낸다: 543eV에서 산소; 99.8 및 1839eV에서 규소; 1560eV에서 알루미늄; 933 및 8979eV에서 구리; 2389eV에서 탄탈륨; 2145eV에서 인; 및 188eV에서 붕소.
1차 방사선으로서 X-선을 사용하는 일부 양태에서, X-선 에너지의 선택은 X-선 형광 현미경의 수행에 중요하다. 종종, 1차 X-선 방사선의 에너지를 선택하여 시험 물체내의 특정한 기타 원소의 여기를 감소시키거나 제거하여 대상 원소로부터 형광 X-선의 신호-대-노이즈 비(signal-to-noise ratio)를 증가시키는 것이 유리할 수 있다. 종종, 1차 X-선 방사선의 에너지를 대상 성분의 흡수 에지보다 충분히 더 높게 선택하는 것이 유리할 수 있다. 이는 1차 X-선의 탄성 및 컴프톤 산란(Compton scattering)을 이용하여, 검출기에 도달하는 2차 형광 X-선과 기타 X-선 사이에 큰 에너지 분리를 제공한다. 1차 X-선 방사선의 에너지는 또한 여기 깊이가 입사 X-선 에너지에 따라 변하기 때문에 목적하는 탐침 깊이를 성취하도록 선택할 수 있다.
일부 기타 양태에서, 1차 방사선은 대상 원소의 흡수-에지 에너지 보다 더 큰 전자 에너지로 작동하는 전자 건(electron gun)으로부터 또는 주사 전자 현미경(SEM)으로부터와 같은 미세 촛점화된 전자 비임이다. 전형적으로, 흡수-에지 에너지의 3 내지 4배인 전자 에너지를 선택하여 높은 비의 X-선 형광 신호 대 "브렘스트랑룽(bremstrahlug)" 컨티눔 방사선 비를 수득한다. 전자 에너지는 또한 목적하는 탐침 깊이를 수득하도록 선택된다. 종종, 전자 에너지는 시험 물체내에 일부 원소의 흡수 에지가 낮도록 선택하여 형광 X-선 영상내에 신호 대 노이즈 비를 증진시킨다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 1차 방사선(110)은 대상 원소내의 내부 껍질 전자(1)가 방출(이온화)되도록 한다. 내부 껍질내에서 생성되는 원자가(2)는 외곽 전자 껍질(4)내의 전자에 의해 채워진다. 이러한 전이는 상응하는 에너지의 양자, 또는 오거 전자(Auger electron) 중의 하나를 발생시킨다. 방출된 양자는 도 3에 나타낸 바와 같은, 웨이퍼(12)의 IC(10)내의 미량을 형성하는 구리와 같은, 대상 원소로부터의 2차 또는 형광 방사선(116)을 구성한다.
도 1로 돌아가서, 기타 원소로부터의 2차 방사선, 반사 또는 산란된 1차 방사선, 및 1차 방사선에 의해 방출된 광전자에 의해 발생된 브렘스트라흘룽 방사선과 같은, 기타 방사선은 시험 물체(10)로부터 발생할 수 있다.
영상화 시스템(105)은 최소적으로 렌즈(118) 및 검출기 시스템(122)를 포함한다. 렌즈(118)을 사용하여 대상 원소로부터의 2차 방사선(116)의 촛점화된 비임(120)을 검출기 시스템(122)상으로 생성시킨다.
한 가지 양태에서, 검출기 시스템(122)은 전하 커플링딘 장치(CCD) 검출기 어레이와 같은, 원소의 2차원 어레이이다. 포함된 에너지에 따라, X-선을 빛으로 전환시키기 위해 계수기가 필요할 수도 있으며, 이는 이후에 적합한 영상화 옵틱을 갖는 적합한 검출기 어레이에 의해 영상화된다. 또다른 양태애서, 검출기 시스템(122)은 신호 원소 고체 상태 검출기와 같은, 비공간 분해능을 갖는 검출기이다. 일부 양태에서, 검출기 시스템은 에너지 분해능을 추가로 갖는다.
본 발명의 본 양태에 따라, 렌즈(118)은 대상 원소 단독(전형적으로)으로부터 검출기 시스템(122)상으로 2차 X-선 방사선(116)을 우선적으로 영상화하도록 선택된다. 특히, 렌즈(118)은 에너지, 즉 대상 원소의 형광 라인 주변의 에너지의 협소한 밴드만을 검출기 시스템(122)상으로 효과적으로 촛점화하는 착색 렌즈이다. 이는 촛점 길이가 에너지에 의존하는 렌즈를 사용하고 시험 물체(10)와 렌즈(118) 사이의 거리(거리 L1) 및 렌즈(118)와 검출기 시스템(122) 사이의 거리(거리 L2)를 적합하게 배열시켜 정상 영상화 조건이 에너지의 협소한 밴드에 대해서 단지 충족시킴으로써 성취된다.
본 발명의 양태에서, 렌즈(118)은 대역 판 렌즈이다. 일반적으로, 영역 판 렌즈의 촛점 길이는 에너지에 선형으로 의존한다. 에너지 밴드폭(△E/E)는 대략 식 △E/E로 주어지고, 여기서 D는 대역 판 렌즈 직경이며 V는 X-선 형광 현미경의 시각의 유효 장이다.
시각의 유효 장은 1차 이온하 방사선의 크기를 조절하거나 광학 트레인의 동공 구멍(pupil aperture), 예를 들면, 도 1의 구멍(126)을 사용하여 목적하는 값으로 설계할 수 있다. 대역 판 직경은 소정의 시각 장에 대한 필요한 에너지 분해능을 성취하도록 바람직하게 설계한다. 에너지 밴드폭을 벗어나는 에너지를 갖는 방사선은 검출기 판에서 촛점 밖에 존재할 것이다.
동공 구멍(126)은 전형적으로 렌즈(118)과 검출기 사이에 위치하며, 바람직하게는 검출기에 근사하게 위치한다. 그러나, 기타 적용에서는, 동공 구멍은 렌즈(118)와 대상 시험 물체(10) 사이에 위치한다.
에너지 밴드폭 △E/E은 X-선 형광 에너지에서 협소한 밴드내에서 피크를 이루는 회절 효율을 갖는 대역 판을 사용함으로써 증진시킬 수 있다.
본 발명의 양태에서, 렌즈(118)는 바람직하게는 대상 원소를 포함하는 대역 판 렌즈이다. 바람직하게는, 대역 판 렌즈(118)는 대상 원소로 실질적으로 이루어진 화합물, 예를 들면, 합금으로 제조된다. 기타의 경우, 대역 판 렌즈는 대상 원소 단독으로 제조된다. 여전히 기타의 경우에, 대역 판 렌즈(118)는 대상 원소를 포함하는 화합물로부터 제조된다.
예를 들면, 대상 원소가 구리인 경우, 즉, 작동자가 도 3에서와 같은 IC의구리 구조를 영상화하고자 하는 경우, 예를 들면, 구리 또는 구리 함유 영역 판 렌즈(118)이 사용된다. 일반적으로, 성분에 의한 이의 자체 형광 X-선의 흡수는 형광 X-선 에너지 근처의 무한 에너지 범위에 걸쳐 국부적 최소치 근처에 있으며, 이러한 특성은 일반적으로 대상 원소를 포함한 화합물을 사용하는 대역 판 렌즈를 구성하여 고 굴절(촛점화) 효율을 수득하는 데 사용할 수 있다.
원자 수 4-30의 원소와 같은 다수의 원소에 있어서, 대역 판 렌즈의 굴절(촛점화) 효율은 대역 판이 제조되는 원소의 형광 X-선 에너지에서 피크가 되도록 제조할 수 있다. 이는 원소의 원자 산란 인자(당해 인자는 형광 X-선 에너지 근처에서 양의 값에서 음의 값으로 감소한다)의 실제 부분의 변화를 사용함으로써 본 양태에서 약 1keV 미만의 형광 X-선 에너지에 대해 성취한다. 이는 전형적으로 원소의 흡수 에지 보다 작은 수 eV이다.
도 4는 Cu Lα형광 라인의 대략적인 에너지인, 932eV에서 피크인 굴절 효율을 갖도록 설계된다. 대조적으로, 금 대역 판은 구리 형광 라인(930eV)에서 약 10%의 효율을 가지며, 850eV에서 1000eV로 상기 값으로부터 아주 작게 변하게 된다(도 6 참조).
도 4 및 도 1을 참조로 하여, 우선적 영상화는 대역 판이 실질적으로 동일한 원소를 포함하고 바람직하게 포함하는 화합물을 사용하여 제조되는 경우에 증진되는 데, 그 이유는 굴절 효율의 손실 및 대상 X-선 형광 라인으로부터 벗어나는 X-선 에너지에 대한 촛점화로부터 벗어나는 조합된 효과 때문이다.
촛점 길이가 1cm이고 최외곽 대역 폭이 50nm인 930eV 구리 형광 라인에 대하여 설계된 500-nm 두께의 구리 대역 판을 고려한다. 파장은 약 1.3nm이다. 905eV에서, 구리 대역 판 렌즈는 9.73mm의 촛점 길이를 갖는다. 촛점의 깊이는 수 마이크로미터이기 때문에, 905eV에서 발생하는 형광에 대한 영상 판은 실질적으로 촛점 밖에 있으며 932eV에서 영상으로부터 멀어진다. 905eV에서 대역 판의 촛점화 효율은 903eV에서의 효율의 대략 반이며, 930 Cu Lα 형광 X-선에 의해 형성된 영상에서의 배경 강도에 대한 이의 기여를 추가로 감소시킨다.
일반적으로, 대역 판을 기본으로 한 X-선 형광 영상화 현미경의 공간 분해능은 k1 λ/(NA)이고; 촛점의 깊이는 = k2 λ/(NA)2;k1 = k2 = 1/2이며, 이는 회절 제한된 영상화의 통상적인 정의에 상응한다.
시험 물체로부터의 고 에너지 방사선을 추가로 줄이기 위하여, 2keV 미만의 X-선 에너지에 대한 대상 원소의 것과 같은 적합한 원소 조성을 포함하는 판(124)를 일부 양태에서 대역 판 렌즈(118)을 사용하여 일련으로 가한다. 형광 물질은 이의 자체 형광 에너지에 대하여 비교적 투명하지만, 흡수는 흡수 에지 보다 훨씬 더 높아서(도 5 참조), 저-통과 투과(low-pass transmission) 특성을 생성시키며, 이는 검출기(122)로 전송되는 X-선 형광에너지 보다 더 큰 에너지를 갖는 X-선의 양을 감소시킨다. 물론, 대역 판 렌즈(118) 자체는 흡수 에지 위에서 흡수성이 되지만, 대역은 이의 영역의 약 50%만을 덮는다.
이러한 성분의 영상화를 위한 기타 구성 성분을 포함하는 대역 판 렌즈가 가능하다. 다음은 1cm 촛점 길이, 50nm의 가장 미세한 영역을 갖는 대역 판에 대한파라메터를 나타낸다.
특히, 붕소와 같은 저 에너지 형광 영상화 적용을 위해 대역 판이 제작되는, 막에 저 감세화 물질을 사용하는 것이 중요하다는 것이 인정된다. 저 형광율을 보상하기 위해서는 큰 직경이 필요하다. 따라서, 이러한 대역 판 기판은 질화규소이어서는 안되는데, 그 이유는 이러한 큰 윈도우(window)에서는 두꺼워져야 하며, 고흡수성이도록 하기 때문이다. 적합한 기판은 질화붕소인데, 이는 B보다 실질적으로 더 큰 감쇠화(즉, 90% 이상이지만 질화규소보다 더 방사선 민감성이다)를 제공하는 물질이다.
또한, 형광 에너지에 너무 근접하도록 하는 여기 방사선(예를 들면, Cu K에 대한 W L 베타를 갖는 As)의 에너지를 선택하는 것에 관한 걱정이 있다. 이 경우, 여기화가 고 에너지에서 일어나는 경우보다 산란 및 컴프톤 방사선에 대하여 구별하기가 더 힘들다. 물론, 흡수제가 돕지만, 이는 형광의 2차 소스일 수 있다.
최종적으로, 0차원 방사선을 차단하기 위한 중앙 스톱(central stop)에 대한 필요성이 존재함을 주목해야 한다.
도 7은 본 발명에 따르는 X-선 형광 현미경의 또다른 양태를 나타낸다. 여기서, 우선적 영상화는 적합한 스펙트럼 필터(150)를 영상화 시스템(105)에 삽입시킴으로써 성취한다. 이 필터는 대상 원소의 형광 라인에 집중된 협소한 스펙트럼 밴드를 통과, 즉 반사시키도록 선택된다. 한 가지 양태에서, 스펙트럼 필터(150)는 다층 옵틱 또는 결정이다.
이러한 양태에서, 영상화 옵틱(118)은 대역 판과 같은 착색 렌즈 또는 월터 옵틱과 같은 비착색 옵틱 중의 하나이다. 스펙트럼 필터(150)는 영상화 조건이 물체(10)와 렌즈(118) 및 물체(10)와 검출기(122) 사이에 유지되도록 배치된다.
일반적으로, 착색 렌즈(118)와 스펙트럼 필터(150)의 조합은 X-선 형광 현미경의 우선적 영상화 특성에 관한 성능보다 더 양호해지도록 한다.
도 8은 Cu Kα(8046eV) 부근의 X-선의 협소한 에너지 밴드를 효과적으로 반사하도록 고안되고 설계된 예시적인 다층 필터 또는 옵틱(150)의 X-선 반사성을 나타낸다. 소정의 다층 또는 결정에 있어서, 이는 대상 형광 X-선을 한정된 입사각(각 허용성)내에서만 효과적으로 반사한다. 한정된 각 허용성으로 인한 출력의 감소를 피하고 X-선 형광 현미경의 분해능을 유지하기 위하여, 다층 옵틱 또는 결정을 렌즈(118)로부터 떨어지고 검출기(122)에 근접하게 위치시키는 것이 바람직한데, 그 이유는 렌즈(118)로부터의 거리가 증가함에 따라 형광 X-선 비임을 형성하는 영상화의 각 발산이 감소하고, 이에 따라 고 출력을 위한 다층 또는 결정 옵틱의 필요한 각 허용성이 감소하기 때문이다.
시험되는 물체의 깊이는 1차 및 형광 방사선의 에너지, 및 기하형태에 좌우된다. 일반적으로, 저 에너지 방사선은 침투성이 적으며, 얕은 물체 용적을 생성시킨다. 형광의 입사각과 수집각을 표면 법선에 대하여 조정함으로써, 탐침된 깊이를 조절할 수 있다.
1차 이온화 방사선(110)의 형태는 특별한 적용을 기준으로 하여 최적화할 수 있다. 일반적으로, X-선은 전자 보다 배경 신호에 상당히 더 높은 비율의 형광 X-선을 제공한다. X-선은 또한, 전하 영향이 없고 주변 환경(즉, 진공 요건을 필요로 하지 않음)에서 사용할 수 있기 때문에, 모든 물질에 대한 적용가능성과 같은 기타 이점을 제공한다.
도 9는 대상이 되는 다수의 원소를 동시에 영상화할 수 있는 또다른 양태를 나타낸다. 특히, 다중 영상화 시스템(105-1), (105-2) 및 (105-3)은 시험 물체(10)내에 대략 동일하거나 동일한 용적을 영상화하기 위한 것이다. 각각의 영상화 시스템(105-1), (105-2) 및 (105-3)은 상이한 원소의 형광 X-선 라인을 영상화하도록 구성된다. 따라서, 한 가지 특수한 예에서, 각각의 영상화 시스템(105-1), (105-2) 및 (105-3)의 대역 판 렌즈는 상이한 구성 물질을 포함한다.
여전히 또다른 양태에 따라, 도 9의 시스템은 증가된 출력을 위해 구성된다. 각각의 영상화 시스템(105-1), (105-2) 및 (105-3)은 동일한 형광 라인을 영상화하기 위해 구성되며 시험 물체의 인접하거나 근접한 용적을 영상화하기 위한 목적이다.
또따른 양태에 따라, 원소 특이성의 2차원(2D) 영상의 세트를 광범위한 각에 걸쳐 수집하고 단층 X-선 촬영적 재구성을 이용하여 재구성한다. 이는 원소 특이성 3차원(3D) 영상을 생성한다. 본 방법의 간단한 양태는 약 10˚의 각 분리를 갖는 2개의 2D 입체 영상 쌍을 수집하고 물체의 입체 정보는 입체 시각화 기술을 사용하여 관찰할 수 있다. 2D 영상의 수집은 시험 물체내애서 대략 동일한 용적을 영상화하는 수개의 동일한 영상화 시스템(105)을 사용하여 수득할 수 있다.
IC의 중요한 물질로부터의 X-선 형광은 대략 100 내지 8000eV 범위의 방사선 에너지로 유도된다. X-선 형광을 생성하는 물질은, 예를 들면 930eV (La) 및 8046eV (Ka)에서 구리, 99eV (La)및 1740 eV (Ka)에서 규소, 1186 eV (La)에서 게르마늄, 1710 eV (Ma)에서 탄탈륨, 452 eV (La) 및 4510 eV (Ka)에서 티타늄, 776 eV (La) 및 6929 eV (Ka)에서 코발트, 2013 eV (Ka)에서 인, 1282 eV (La)에서 비소, 및 1486 eV (Ka)에서 알루미늄이다. 183 eV (Ka)에서 붕소는 또다른 대체물이다.
예로서 구리를 고려하는 경우, 도 4는 900 to 950 eV 범위에서 500 나노미터(nm) 구리 영역 판의 효율을 나타내고, 여기서 구리는 형광 라인을 갖는다. 효율은 932eV 부근에서 약 30%로 피크를 이루며, 이는 930 eV에서 Cu Lα 형광 라인의 에너지에 근접한다.
도 5는 이러한 900 내지 950eV 범위에 걸친 구리의 투과율을 나타낸다. 예를 들면, 200nm의 구리는 933eV 초과에서 단지 8%의 투과율을 갖지만, 격자(grating) 효율이 높은 경우에는 75%의 전송률을 갖는다. 투과율의 급격한 변화는 구리의 흡수 에지로 인한 것이며, 형광은 이러한 에지 바로 밑의 에너지에서, 즉 약 930eV에서 방출된다.
결과적으로, 500nm 두께의 대역 판 렌즈(118)과 조합된, 두께가 200nm인 구리의 고체 판(124)는 촛점화 효율이 930eV에서 약 20%이고 대략 933eV 초과에서 1% 미만이다. 930 eV 미만에서, 효율은 925 eV에서 1% 미만으로 떨어진다. 이는 에너지가 약 905eV로 낮아질 때까지 유지된다.
회절 효율은 저 에너지에서 회복되지만, 대역 판의 촛점 길이는 이제 형광 에너지[이러한 에너지(기타 물질로부터)에서의 형광 방사선과 같은 어떠한 방사선도 검출기 어레이(122)상에 영상화되지 않는다]에서의 것으로부터 상당히 변한다. IC 제작에 사용된 원소의 수는 전형적으로 제한되며, 이에 따라 특성적 형광 라인이 광범위하게 공간을 차지하여, 형광 물질로 제조된 대역 판 렌즈의 원소 특이적 특성은 대부분의 경우에 절충되지 않는다.
실시예 적용은 IC, 예를 들면, 인터커넥트(interconnect) 및 비아스(vias)내의 Cu 구조, 및 이들과 관련된 결함을 영상화하기 위한 것이다. 이러한 적용을 위해 Cu La X-선 형광 라인을 사용하는 것이 유리하다. 1차 이온화 방사선은 1000eV 보다 큰 에너지의 전자 비임 또는 예를 들면 940eV 보다 큰 에너지의 X-선을 생성하는 고체 타깃의 전자 폭발에 의해 발생된 X-선 비임 중의 하나이다. 특수한 적용은 IC 성분, IC 계측학 및 제조 라인의 검사의 실패 분석을 포함한다.
상이한 실시예에서, 8046eV에서의 구리 K 알파 형광을 사용하여 IC 패키징에서 구리 인터커넥트를 영상화한다. 1차 방사선은 텅스텐 및 금 애노드(anode)와 같은 필요한 1차 방사선을 생성할 수 있는 고체 애노드의 전자 폭발에 의해 제공된다. 대략 9670eV의 텅스텐 L 베타 라인은 구리내에 형광을 유도하는데 있어 효율적이다. 이러한 높은 에너지의 방사선을 사용하여 패키지를 수백 마이크로미터 두께까지 조절할 수 있다. 석판인쇄술(lithographic technique)을 사용하여 제작한 대역 판은 제한된 고체 각 허용성 때문에 고분해능 적용을 위한 출력에서 제한될 수 있다.
그러나, 하기한 디자인으로 낮은 고체 각 허용성을 검토할 수 있다. 촛점화 렌즈는 서로에 대해 직각으로 배향된 2개의 선형 대역 판으로 제조된다. 이러한 선형 대역 판은 기판 위에 적합한 물질(예: W 및 C)의 교호 층을 스퍼터링(sputtering)하고, 이러한 다층 구조물을 최대 효율을 제공하는 두께로 절단(slicing)함으로써 제작한다. 이러한 방법으로, 3nm로 가장 작은 대역을 제조할 수 있으며, 수득한 고체 각 허용성은 50nm의 가장 작은 대역을 갖는 대역 판과 비교하여 278배로 증진된다. 이러한 광학 원소는 3nm 분해능을 수득하는 경향은 없지만, 3nm보다 사실상 더 큰 분해능에서 높은 출력에 있어서 상당히 더 큰 고체 각을 제공한다. 예를 들면, 3nm의 가장 작은 대역폭을 갖는 대역 판은 30nm의 가장 작은 대역폭을 갖는 대역 판 보다 고체 각 허용성이 100배 이상 더 크며, 출력을 30nm 분해능 X-선 형광 영상화에 대해 대략 100배 더 크게 증가시킨다. 여전히 또다른 실시예는 피복물(열 분무 또는 다른 방법으로 도포됨) 하부의 강철 및 기타구성 물질과 같은 묻혀진 구조물의 연구를 포함한다. 이러한 적용에서, 구리 또는 텅스텐 애노드는 철, 니켈, 크롬 또는 코발트중의 형광을 여기시키기 위한 1차 방사선을 발생시키는 데 사용된다. 다시, 교차된 선형 대역 판은 예를 들면, 미세균열 및 부식을 연구하기 위한 렌즈로서 바람직하게 된다.
여전히 또다른 적용은 뼈 및 단일 생물학적 세포와 같은 생물학적 시험편의 영상화에 있다. 뼈 또는 세포내의 칼슘 및 인과 같은 원소들의 공간 분포는 본 발명을 사용하여 2D 또는 3D로 영상화시킬 수 있다. 이러한 영상화는 조사하는 생물학적 시험편의 경향(livelihood)에 상당한 영향을 미치지 않고 수행할 수 있고, 이에 따라 시간 경과 영상화가 연구개발을 위해 수행될 수 있다.
X-선 형광 백라이팅 영상화 모드
도 10은 본 발명에 따르는 X-선 형광 백라이팅 영상화 모드로 배열되어 있는 X-선 형광 현미경(100)을 나타낸다. 특히, 영상화되는 형광은 대상 물체(10) 보다는 공지된 구조물(12)[예: 기판]로부터 유래한다. 대상 물체(10)는 공지된 구조물(12)과 렌즈(118) 사이에 위치한다. 대상 물체는 특성적 X-선 방사선의 부분을 흡수하거나 산란하고, 이에 따라 영상 면에서 음영을 드리운다.
이러한 작동 모드에서, 물체내에 존재하는 원소는 직접 명시되지 않지만, 이의 조성이 공지되는 경우, 물체의 기하형태, 예를 들면, 두께 및 형태는 백라이팅의 감쇠화 정보를 포함하는 영상으로부터 측정할 수 있다. 기타의 영상 콘트라스트 증진 방법, 예를 들면, 쉴리에렌 방법(Schilieren method)을 사용하여 저 흡수 콘트라스트의 물질의 영상 콘트라스트를 증가시킬 수 있다.
예를 들면, 실리콘 L 알파 또는 K 알파 형광 X-선이 Cu 인터커넥트 라인 및 비아스와 같은 규소 기판, Ta-함유 확산 차단재, 중간층 유전체 및 폴리실리콘 게이트 접촉물 위에 IC 구조물을 영상화하기 위한 백라이팅으로서 하나의 적용에 사용된다. 규소는 고 촛점화 효율의 대역 판을 제조하기 위해 바람직한 물질인 것으로 인식된다. 기타 바람직한 물질은 Si L 알파 라인에 대해 몰리브덴 및 로듐을 포함하고 Si K 알파 라인에 대하여 Aw, W 및 Ta를 포함한다.
여전히 또다른 실시예에서, IC 제조공정에서 제조된 에칭된 구조물(etched structure)의 프로파일(profile)은 X-선 형광 백라이팅 영상화 모드를 사용하여 연구할 수 있다. 웨이퍼(12)에서 제조된 X-선 형광에 의한 백라이팅은 에칭된 구조물을 포함하는 시험 물체(10)에 의해 흡수되거나 산란된 후에 렌즈(118)에 도달한다. 프로파일을 포함하는 에칭된 구조물(10)의 기하형태는 에칭된 구조물의 물질 조성과 함께, 백라이팅 형광 X-선의 영향을 결정하며, X-선 형광 영상에서 측정할 수 있는 영향을 생성시킨다. 선형 치수의 에칭된 구조물에 있어서는 형광 X-선의 파장의 약 30배를 상당히 초과하지 않고, 종횡비가 대략 3 초과인 선형 치수를 가지며, 에칭된 구조물의 프로파일은 산란 효과로 인한 백라이팅 형광 X-선의 각 분포에 대한 상당한 영향을 미치는 것으로 인식된다. 이러한 효과는 에칭된 구조물의 선형 치수를 감소시키고 종횡비를 증가시킨다. 또한, 에칭된 구조물의 프로파일의 영향은 에칭된 구조물이 주기적 구조물과 같이 적합하게 배열되는 경우에 증진될 수 있는 것으로 인식된다. 일부 양태에서 장 파장 및, 규소, 구리, 산소, 탄탈륨 및 탄소와 같은 주요한 IC 제조 물질에 포함된 원소로부터의 X-선 형광 라인을 사용하는 것이 유리하다.
여전히 또다른 실시예에서, Cu 인터커넥트 라인 또는 비아스로부터의 Cu L 알파 형광 라인을 사용하여 IC 제조공정에서 영상화 잔사 및 입자의 상부의 당해 잔사 및 입자를 검출하고 영상화한다. 바람직한 양태에서, 대역 판은 Cu를 사용하여 구성한다.
예를 들면, IC 제조에 사용된 마스크(mask) 상의 내식막 잔사에 의한 오염물 또는 기타 오염물과 같은 결함은, 유리, 석영 또는 질화규소와 같은 규소 웨이퍼 물질 또는 규소 화합물일 수 있는, 기판(12)로부터의 규소 형광을 영상화함으로써 발견할 수 있다. 이러한 결함은 깨끗하고 순수한 마스크의 목적하는 영상으로부터의 편차로서 나타나게 된다. 당해 영상화 모드에서, 마스크는 투과 또는 반사에 사용되도록 설계될 수 있다.
촛점 길이가 1cm이고 측면 상의 면적이 0.1mm인 대역 판을 사용하는 경우에는 50nm 분해능을 사용한 1회 노출에 의해 CCD 검출기 상으로 영상화될 수 있다. 완전 웨이퍼는 단계-및-반복 작동으로 시험되게 된다. 결함 확인은 디지털 영상을 대조 컴퓨터에 저장된 표준과 비교하여 자동으로 수행하게 된다.
또다른 적용은 표면 작동 온도를 증진시키기 위한 열 피복, 표면 경도를 증진시키기 위한 경질 피복, 및 부식에 대한 표면 내화학성을 증진시키기 위한 페인팅과 같은 피복물의 검사이다. 피복물 하부의 벌크 물질(bulk material)로부터의 형광 방사선을 사용하는 경우, 영상은 비-균일성, 핀홀, 균열 및 기타 결함을 분명하게 나타낸다.
형광 분광계 모드
도 1을 참조로 하여, 형광 분광계 모드에서, 물체-대-렌즈 거리(L1) 및 렌즈-대-검출기 거리(L2)를 조절하여 소정의 성분의 모든 특성적 형광이 단일 성분 검출기상에 놓이거나 2차원 영상화 검출기(122)내의 모든 화소(pixel)에 걸쳐서 통합되로록 한다. X-선 스펙트럼은 물체(10)의 중심 및 검출기(122)의 중심 또는 동공 구멍(126)을 연결하는 축을 따라 대역 판과 같은 착색 렌즈를 스캐닝함으로써 측정할 수 있다. 이러한 분광계들 중의 수개는 도 9와 관련지어 동시에 기술한 다수의 원소들을 모니터하도록 배열할 수 있다.
사용된 렌즈의 다수의 구멍은 에너지에 역비례하며, 고체 각 허용성과 도구의 에너지 분해능이 둘 다 저 에너지에 대해 증진된다. 이는 형광 수율이 에너지에 따라 강하되고 전형적인 고체 상태 에너지 분산성 검출기의 에너지 분해능이 종종 저 에너지 X-선 분석 적용을 위해 너무 제한되기 때문에 에너지 분상성 및 파장 분산성 분광계 둘 다에 걸쳐 중요한 이점이다.
이러한 배열은 반도체 물질을 붕소, 인 및/또는 비소를 사용한 얕은 도핑(shallow doping)의 선량(dose)을 모니터링하는데 적용할 수 있다. 높은 공간 분해능은 일반적으로 이 경우에는 바람직하지 않고, 따라서 대역 판은 편리한 작업 거리 및 출력을 수득하는 기하형태에서 사용된다. 조사되는 영역은 단일 원소 검출기 전면의 구멍을 사용하여 한정할 수 있다. 매트릭스 및 성분 의존성 보정 인자 및, 배경에 대한 보정 후의, 관찰된 카운트-비(count-rate)는 탐침된 용적내의 도판트(dopant)의 양에 직접 비례한다.
막 두께 측정에 대한 렌즈의 영상화 특성의 이점을 취하는 또다른 실시예는 영상화 특성이 형광 수집의 고체 각과 탐침된 영역 둘 다를 양호하게 한정되도록 하여, 탐침된 용적내에 형광 원자의 수를 정확히 측정하도록 하는 인식을 기본으로 한다. 탐침된 용적이 공지되는 경우, 균일한 두께(막), 이후에 이의 막 두께를 측정할 수 있다. 실시예 적용은 IC 생산 라인에서의 각종 물질, 예를 들면, Cu, 확산 차단재 및 중간층 유전층의 막 두께를 측정함을 포함한다.
본 발명은 이의 바람직한 양태를 참조로 하여 특별히 나타내고 기술하였지만, 당해 기술분야의 숙련가들은 첨부한 특허청구의 범위에 의해 망라되는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않고 본 발명의 형태 및 상세한 사항에 대한 각종 변경을 수행할 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들면, 전형적인 주사 전자 현미경(SEM)은 영상화되는 물질을 확인하기 위해 사용되는 X-선 검출기(EDAX)를 갖는다. 형광 분광계 모드에서, 본 발명은 SEM에 대한 원소 특이성 영상화 부착물로서 사용된다.

Claims (53)

  1. 시험 물체를 조사(irradiation)하여 대상 원소(element)로부터 2차 형광 X-선 방사선을 유도시키고;
    대상 원소로부터의 2차 형광 X-선 방사선을 우선적으로 영상화(imaging)함을 포함하여, 시험 물체내의 대상 원소를 검출하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 2차 방사선을 우선적으로 영상화하는 단계가 당해 2차 방사선을 검출기 어레이(detector array)상으로 영상화함을 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 2차 방사선을 우선적으로 영상화하는 단계가 2차 방사선을 착색 렌즈(chromatic lens)를 갖는 검출기 어레이상으로 영상화함을 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 2차 방사선을 우선적으로 영상화하는 단계가, 2차 방사선을 대역 판(zone plate)을 갖는 검출기 어레이상으로 영상화함을 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 2차 방사선을 우선적으로 영상화하는 단계가, 시험 물체와 착색 렌즈 사이의 거리 및 착색 렌즈와 검출기 어레이 사이의 거리를 2차 방사선이 검출기상의 촛점내에 존재하도록 선택함을 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 2차 방사선을 우선적으로 영상화하는 단계가, 시험 물체로부터의 방사선을 스펙트럼적으로 필터링(filtering)하여 당해 2차 방사선이 검출기에 도달하도록 하는 것을 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 방사선을 스펙트럼적으로 필터링하는 단계가, 다층 옵틱(multilayer optic)을 검출기와 시험 물체 사이에 광학적으로 위치시키는 것을 포함하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 방사선을 스펙트럼적으로 필터링하는 단계가, 결정을 검출기와 시험 물체 사이에 광학적으로 위치시키는 것을 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 2차 방사선을 구멍을 통해 검출기 어레이에서 접수하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 시험 물체를 방사선 발생기하에서 스캐닝(scanning)하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 2차 방사선을 우선적으로 영상화하는 단계가, 착색 렌즈가 대상 원소의 형광 라인의 에너지에 대해 높은 굴절 효율을 갖도록 선택하는 것을포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 시험 물체를 조사하는 단계가, 시험 물체를 전자로 조사하는 것을 포함하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 시험 물체를 조사하는 단계가, 시험 물체를 X-선으로 조사하는 것을 포함하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 2차 방사선을 우선적으로 영상화하는 단계가, 대상 원소를 포함하는 화합물로부터 착색 렌즈를 형성하는 것을 포함하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 대상 원소가 알루미늄이고, 2차 방사선을 우선적으로 영상화하는 단계가 알루미늄 또는 알루미늄 함유 화합물로부터 착색 렌즈를 형성하는 것을 포함하는 방법.
  16. 제1항에 있어서, 대상 원소가 구리이고, 2차 방사선을 우선적으로 영상화하는 단계가 구리 또는 구리 함유 화합물로부터 착색 렌즈를 형성하는 것을 포함하는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 대상 원소가 탄탈이고, 2차 방사선을 우선적으로 영상화하는 단계가 탄탈 또는 탄탈 함유 화합물로부터 착색 렌즈를 형성하는 것을 포함하는 방법.
  18. 제1항에 있어서, 대상 원소가 인이고, 2차 방사선을 우선적으로 영상화하는 단계가 인 또는 인 함유 화합물로부터 착색 렌즈를 형성하는 것을 포함하는 방법.
  19. 제1항에 있어서, 대상 원소가 붕소이고, 2차 방사선을 우선적으로 영상화하는 단계가 붕소 또는 붕소 함유 화합물로부터 착색 렌즈를 형성하는 것을 포함하는 방법.
  20. 시험 물체를 조사하여 형광에 의해 대상 원소로부터 2차 X-선 방사선을 유도하는 소스(source);
    대상 원소로부터 2차 방사선을 검출하기 위한 검출기; 및
    대상 원소로부터 2차 방사선을 검출기 상으로 우선적으로 영상화하기 위한 광학 트레인(optical train)을 포함하는 X-선 형광 현미경.
  21. 제20항에 있어서, 광학 트레인이 착색 렌즈를 포함하는 X-선 형광 현미경.
  22. 제20항에 있어서, 광학 트레인이 렌즈와 스펙트럼 필터를 포함하는 X-선 형광 현미경.
  23. 제22항에 있어서, 광학 트레인이 다층 옵틱인 X-선 형광 현미경.
  24. 제22항에 있어서, 스펙트럼 필터가 결정인 X-선 형광 현미경.
  25. 제20항에 있어서, 검출기가 검출기 어레이인 X-선 형광 현미경.
  26. 제20항에 있어서, 2차 방사선의 우선적 영상화를 증진시키기 위한 동공 구멍(pupil aperture)을 추가로 포함하는 X-선 형광 현미경.
  27. 제20항에 있어서, 소스로부터의 1차 이온화 방사선을 시험 물체로 중계하기 위한 콘덴서(condeser)를 추가로 포함하는 X-선 형광 현미경.
  28. 제27항에 있어서, 콘덴서가 모세관 옵틱인 X-선 형광 현미경.
  29. 제28항에 있어서, 모세관 옵틱의 표면이 높은 질량 밀도 물질로 피복되어 1차 이온화 방사선의 밀도를 증가시키는 X-선 형광 현미경.
  30. 제28항에 있어서, 모세관 옵틱의 표면이 다층 피복물을 지녀서 1차 이온화 방사선의 밀도를 증가시키는 X-선 형광 현미경.
  31. 제20항에 있어서, 광학 트레인이 대상 원소의 형광 라인의 에너지에 대하여 고 굴절 효율을 갖는 대역 판 렌즈를 포함하는 X-선 형광 현미경.
  32. 제20항에 있어서, 소스가 시험 물체를 조사시키기 위한 전자를 발생시키는 X-선 형광 현미경.
  33. 제20항에 있어서, 소스가 시험 물체를 조사시키기 위한 X-선을 발생시키는 X-선 형광 현미경.
  34. 제20항에 있어서, 광학 트레인이, 대상 원소를 포함하는 화합물로 제조된 렌즈를 포함하는 X-선 형광 현미경.
  35. 제34항에 있어서, 대상 원소가 알루미늄이고 렌즈가 알루미늄을 포함하는 X-선 형광 현미경.
  36. 제34항에 있어서, 대상 원소가 구리이고 렌즈가 구리를 포함하는 X-선 형광 현미경.
  37. 제34항에 있어서, 대상 원소가 탄탈이고 렌즈가 탄탈을 포함하는 X-선 형광현미경.
  38. 제34항에 있어서, 대상 원소가 인이고 렌즈가 인 화합물을 포함하는 X-선 형광 현미경.
  39. 제34항에 있어서, 대상 원소가 붕소이고 렌즈가 붕소 화합물을 포함하는 X-선 형광 현미경.
  40. 제20항에 있어서, 2차 방사선의 흡수에 관하여 분석되는, 검출기와 대상 원소 사이에 위치한 대상 물체를 추가로 포함하는 X-선 형광 현미경.
  41. 공지된 구조물을 조사하여 형광에 의해 원소로부터 2차 X-선 방사선을 유도하는 소스(source);
    소스로부터의 1차 이온화 방사선을 시험 물체로 중계하는 콘덴서;
    공지된 구조물 위에 위치하는, 검출되는 물체;
    원소로부터 2차 방사선을 검출하기 위한 검출기; 및
    원소로부터 2차 방사선을 검출기 상으로 우선적으로 영상화하기 위한 광학 트레인(optical train)을 포함하는, 백라이팅 모드에서 작동하는 X-선 형광 현미경.
  42. 제41항에 있어서, 광학 트레인이 착색 렌즈를 포함하는 X-선 형광 현미경.
  43. 제41항에 있어서, 광학 트레인이 렌즈와 스펙트럼 필터를 포함하는 X-선 형광 현미경.
  44. 제43항에 있어서, 광학 트레인이 다층 옵틱인 X-선 형광 현미경.
  45. 제43항에 있어서, 스펙트럼 필터가 결정인 X-선 형광 현미경.
  46. 제41항에 있어서, 우선적 영상화를 증진시키기 위한 동공 구멍을 추가로 포함하는 X-선 형광 현미경.
  47. 물체를 조사시켜 형광에 의해 대상 원소로부터 2차 X-선 방사선을 유도하기 위한 소스;
    원소로부터 2차 방사선을 검출하기 위한 단일 원소 검출기;
    원소로부터의 2차 방사선을 검출기상으로 우선적으로 영상화하기 위한 렌즈;
    시험 물체의 큰 영역이 1차 이온화 방사선에 의해 조명되는 경우 적합한 우선적 영상화를 보장하기 위한 동공 구멍; 및
    소스로부터의 1차 이온화 방사선을 시험 물체로 중계하기 위한 콘덴서를 포함하는, 분광계 모드로 작동하는 X-선 형광 현미경.
  48. 물체를 조사시켜 형광에 의해 대상 원소로부터 2차 X-선 방사선을 유도하고;
    원소로부터의 2차 방사선을 검출기로 검출하고;
    광학 축을 따라 대역 판을 스캐닝하여 원소로부터의 2차 방사선을 검출기상으로 우선적으로 영상화함을 포함하는, X-선 형광 분광 분석 방법.
  49. 제48항에 있어서, 2차 방사선을 천공시켜 우선적 영상화를 증진시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  50. 제48항에 있어서, 소스로부터의 1차 이온화 방사선을 시험 물체로 중계하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  51. 시험 물체를 조사시켜 형광에 의해 대상 하나 이상의 원소로부터 2차 X-선 방사선을 유도하기 위한 소스;
    대상 원소들 중의 하나로부터 2차 방사선을 검출하기 위한 검출기를 각각 포함하는 2개 이상의 영상화 시스템;
    대상 원소들 중의 하나로부터 2차 방사선을 검출하기 위한 검출기; 및
    대상 원소들 중의 하나로부터 2차 방사선을 검출기상으로 우선적으로 영상화하기 위한 광학 트레인을 포함하는 X-선 형광 현미경.
  52. 제51항에 있어서, 2개 이상의 영상화 시스템이 시험 물체의 인접한 용적을 영상화하는 X-선 형광 현미경.
  53. 제51항에 있어서, 2개 이상의 영상화 시스템이 대상 원소들 중의 하나와 상이한 2차 방사선을 우선적으로 영상화하는 X-선 형광 현미경.
KR10-2004-7019083A 2002-05-29 2003-05-29 대역 판을 포함하는 다중 영상화 시스템을 사용하는 원소특이성 ｘ-선 형광 현미경 KR20050010835A (ko)

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