KR20060051491A - 다기능 ｘ-선 분석 시스템 - Google Patents
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Abstract
샘플을 분석하기 위한 장치는 샘플의 표면을 향하여 X-선의 제1 컨버징 빔을 지향시키고, 샘플의 표면을 향하여 X-선의 제2 콜리메이트 빔을 지향시키도록 적용된 방사선 소스를 포함한다. 모션 어셈블리는 X-선이 스침각으로 샘플의 표면을 향하여 지향되는 제1 소스 위치와, X-선이 샘플의 브래그 각도의 근방에서 표면을 향하여 지향된 제2 소스 위치 사이로 방사선 소스를 이동시킨다. 검출기 어셈블리는 방사선 소스가 제1 및 제2 소스 구성중 어느 하나로 되어 있고 제1 및 제2 소스 위치중 어느 하나에 있는 동안 각도의 함수로서 샘플로부터 산란된 X-선을 감지한다. 신호 프로세서는 샘플의 특성을 결정하기 위해 검출기 어셈블리로부터 출력 신호를 수신하고 처리한다.
X-선, 방사선 소스, 모션 어셈블리, 검출기 어셈블리, 신호 프로세서, 컨버징 빔, 콜리메이트 빔, 스침각, 브래그 각
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, X-선 메트롤로지 시스템의 개략 측면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, X-선 메트롤로지 시스템의 개략 평면도.
도 3a 및 3b는 각각, 본 발명의 실시예에 따른, XRR 및 SAXS를 구성하는 검출기 어레이의 개략 전면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, SAXS 측정을 위한 시스템의 개략 평면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 표면에 입사하는 X-선 빔의 포커스를 제저아ㅎ기 위해 사용되는 나이프 에지의 개략, 세부도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, SAXS 측정을 위한 방법을 개략적으로 예시하는 흐름도.
본 발명은 대체로 분석 기구에 관한 것이고, 상세하게는 X-선을 이용한 물질 분석 기구 및 방법에 관한 것이다.
X-선 반사 분석법(XRR)은 기판에 증착된 박막 층의 두께, 밀도 및 표면 특성을 분석하기 위한 주지의 기술이다. 이러한 반사 분석법은 일반적으로 시료 표면 에 대하여 시료 물질의 전체 외부 반사각 근방의 스침각, 즉 소각(small angle)으로 X-선빔을 시료에 조사(照射)함으로써 동작한다. 각 함수로서 시료로부터 반사된 X-선의 광도를 측정함으로써 프린지 패턴 생성의 원인인 막층의 특성을 결정하기 위하여 분석되는 간섭 프린지의 패턴을 얻는다. 전형적인 XRR용 시스템 및 방법은 미국 특허 제 5, 619, 548호, 제 5,923,720호, 제 6,512,814호, 제 6,639,968호, 및 제 6,771,735호에 개시되어 있다.
소각 X-선 산란법(SAXS)은 표면층의 특성 분석을 위한 또 다른 방법이다. 본 방법은, 예컨대, Parrill등의 "GISAXS-Glancing Incidence Small Angle X-ray Scattering," Journal de Physique IV 3 (1993. 12), 411-417페이지에 개시되어 있다. 이 방법에서는, 입사하는 X-선이 표면으로부터 외부로 전부 반사된다. 표면 영역 내의 에바네슨트 파는 그 영역내의 미세구조에 의해 산란된다. 산란된 에바네슨트파를 측정함으로써 이러한 구조에 대한 정보를 얻을 수 있다. 예컨대, SAXS는 실리콘 웨이퍼상에 형성된 low-k 유전물질의 표면층내 공극의 특성을 결정하는 방식에 사용될 수 있다.
미국 특허 제 6,895,075에는, 시료에 대한 XRR 및 SAXS측정을 수행하는 방법과 시스템이 개시되어 있다. XRR과 SAXS이 제공하는 정보에 관하여 보완적이지만, 단일 시스템을 사용하여 양 타입의 측정법을 수행하는데에는 고유의 어려움이 있다. 시료에 조사한다는 측면에서 SAXS의 정확한 측정을 위해 콜리메이트 빔이 유리하다. 한편, XRR는 유리하게도 큰 수렴각을 가진 컨버징 빔을 사용할 수 있고 따라서 몇몇 각도의 범위에 걸쳐 동시에 반사율을 측정할 수 있다. 미국 특허 제 6,895,075호에 개시되어 있는 실시예에서, X-선 검사 장치는 시료 표면상의 소 영역을 조사하도록 구성된 방사선 소스를 포함한다. X-선 광학계는 XRR 또는 SAXS용으로 적절한 빔의 각 폭과 높이를 조절하기 위해 조사 빔을 제어한다.
탐지 측면에 있어서는, SAXS는 일반적으로 방위각 함수로서 시료 표면 내의 산란을 관찰하고, 반면 XRR은 앙각의 함수로서 표면에 수직하여 반사된 X-선을 측정하는데 기초한다. 미국 특허 제 6,895,075호에 개시되어 있는 실시예에서, 탐지 어셈블리는 방사된 영역으로부터 반사되거나 산란된 방사광을 수광하기 위해 위치된 검출기 소자 배열을 포함한다. 이 배열은, 배열 소자가 시료면에 수직한 축을 따라 방사광을 분해하는 동작 구성, 및 배열 소자가 시료면에 수평한 축을 따라 방사광을 분해하는 동작 구성의 두 가지 동작 구성을 갖는다. 수행되는 측정 타입에 대하여 적당한 구성이 전자적 또는 기계적으로 선택된다.
X-선 회절 분석법(XRD)은 시료의 결정 구조를 연구하기 위한 주지의 기술이다. XRD에 있어서, 시료는 단색의 X-선으로 조사되고, 회절 피크의 위치와 광도가 측정된다. 특징적인 산란각과 산란광의 광도는 연구 대상 시료의 격자면과 이러한 격자면을 차지하는 원자수에 좌우된다. 소정의 파장(λ) 및 격자면의 간격(d)에 대하여, X-선이 브래그 조건: nλ=2dsinθ을 만족하는 각(θ)으로 격자면에 입사한다(여기서 n은 산란 차수). 브래그 조건을 만족하는 각(θ)은 브래그각으로 알려져 있다. 응력, 고용체, 또는 기타 효과에 의한 격자면의 변형에 의해 관찰 가능한 XRD스펙트럼의 변화가 일어난다.
XRD는 특히, 반도체 웨이퍼상에 형성된 결정층의 특성을 분석하는데 사용되 었다. 예컨대, Bowen등의 "X-Ray metrology by Diffraction and Reflectivity," Characterization and Metrology for ULSI Technology, 2000 International Conference (미국 물리학회, 2001)에서는 고분해능 XRD를 사용하여 SiGe구조에서 게르마늄의 농도를 측정하는 방법을 기술하고 있다.
XRD는 또한 스침각에서 시료면상의 구조를 관찰하는데 사용될 수도 있다. 예컨대, Goorsky등의 "Grazing Incidence In-plane Diffraction Measurement of In-plane Mosaic with Microfocus X-ray Tubes," Crystal Research and Technology 37:7 (200), 645-653페이지에서 반도체 웨이퍼상의 에피택셜층의 구조를 분석하기 위한 스침각 XRD의 사용에 대해 기술하고 있다. 저자는 매우 얇은 표면 및 매립된 반도체층의 인-플레인 격자상수 및 격자배향을 결정하기 위해 본 기술을 적용하였다.
본 특허 출원 및 청구범위의 내용중, "산란하다" 및 "산란"등의 용어는 X-선을 시료에 조사함으로써 시료로부터 X-선이 방출되게 하는 임의의 및 모든 과정을 나타내는데 사용된다. 따라서, 본 내용에 있어서, "산란"은, X-선 형광분석과 같은 종래 기술에서의 산란 현상은 물론 XRR, XRD 및 SAXS 에서의 산란 현상을 포함한다. 한편, 특정 용어인 "소각 X-선 산란법," 약어로 SAXS는 상기한 바와 같이 시료면에서의 스침각 산란의 특정 현상을 나타낸다.
본 발명의 목적은, 샘플의 표면을 향하여 X-선의 제1, 컨버징 빔을 지향시키고 샘플의 표면을 향하여 X-선의 제2, 콜리메이트 빔을 지향시키도록 적용된 방사 선 소스; X-선이 방사선 소스로부터 상기 샘플의 표면을 향하여 스침각으로 지향되는 제1 소스 위치와, X선이 방사선 소스로부터 샘플의 표면을 향하여 샘플의 브래그 각도 근방에서 지향되는 제2 소스 위치 사이로 방사선 소스를 이동시키도록 동작하는 모션 어셈블리; 상기 방사선 소스가 제1 및 제2 구성중 어느 하나로 되어 있고 제1 및 제2 소스 위치중 어느 하나에 있는 동안 각도의 함수로서 샘플로부터 산란된 X-선을 감지하고, 상기 산란된 X-선에 응답하여 출력 신호를 발생시키도록 배열된 검출기 어셈블리; 및 상기 샘플의 특성을 결정하기 위해 출력 신호를 수신하고 처리하도록 연결된 신호 프로세서;를 포함하는 샘플을 분석하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
상술된 미국 특허 출원 제10/946,426호는 고속 XRR- 및 XRD-에 기초한 샘플의 분석을 위한 시스템을 기술하고 있다. 방사선 소스는 반도체 웨이퍼와 같은 샘플의 표면을 향하여 X-선의 컨버징 빔을 지향시킨다. 검출기 어레이는 동시에 엘리베이션 각도의 범위에서 엘리베이션 각도의 함수로서 샘플로부터 산란된 X-선을 감지한다. 시스템은 XRR 및 XRD 구성을 가지고 있다. XRR 구성에서 방사선 소스 및 검출기 어레이는 어레이가 스침각으로 샘플의 표면으로부터 반사된 X-선을 감지하도록 위치되어 있다. XRD 구성에서, 방사선 소스 및 검출기 어레이는 어레이가 샘플의 브래그 각도의 근방에서 표면으로부터 회절된 X-선을 감지하도록 위치되어 있다. 모션 어셈블리는 XRR 및 XRD 구성 사이로 방사선 소스 및 검출기 어레이를 이동시키도록 제공될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예는 역시 SAXS 측정 능력을 제공하도록 한 단계가 더 조합된 시스템을 취한다. 이러한 목적을 위해, 방사선 소스와 연관된 X-선 광학장치는 컨버징 소스 빔 또는 콜리메이트 빔중 하나를 발생시키도록 구성가능한다. 컨버징 빔은 샘플의 플레인에 수직인 축을 따라, 산란된 방사선을 분해하도록 배열된 검출기 어레이에 의해 XRR 및 고분행능 XRD 측정을 위해 사용된다. 콜리메이트 빔은 SAXS 측정은 물론 고속 저분해능 XRD 측정을 실행하는데 사용될 수 있다. SAXS의 목적을 위해, 검출기 어레이는 샘플 플레인에 평행한 축을 따라, 산란된 방사선을 분해하도록 배열되어 있다.
추가로 또는 대안으로, 시스템은 스침-입사 XRD 측정을 역시 실행하기 위해 구성가능하다.
따라서, 단일 X-선 소스는 주어진 샘플에 복수의 상이한 (그리고 보완의) X-선 산란 측정을 실행하도록 사용될 수 있다. 이러한 조합된 능력은 특히, 박막층의 밀도, 두께, 결정 구조, 다공률 및 다른 성질을 결정하기 위해 박막의 X-선 메트롤로지에 유용하다. 대안으로 또는 추가적으로, 본 발명의 원리는 X-선 분석 및 메트롤로지의 다른 분야에 적용될 수 있다. 대안으로, 아래에 설명된 실시예의 태양은 반드시 다기능 능력을 제공함 없이, SAXS와 같은, 산란 측정의 한 타입에만 전용되는 시스템에 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따라,
샘플의 표면을 향하여 X-선의 제1, 컨버징 빔을 지향시키고 샘플의 표면을 향하여 X-선의 제2, 콜리메이트 빔을 지향시키도록 적용된 방사선 소스;
X-선이 방사선 소스로부터 상기 샘플의 표면을 향하여 스침각으로 지향되는 제1 소스 위치와, X선이 방사선 소스로부터 샘플의 표면을 향하여 샘플의 브래그 각도 근방에서 지향되는 제2 소스 위치 사이로 방사선 소스를 이동시키도록 동작하는 모션 어셈블리;
상기 방사선 소스가 제1 및 제2 구성중 어느 하나로 되어 있고 제1 및 제2 소스 위치중 어느 하나에 있는 동안 각도의 함수로서 샘플로부터 산란된 X-선을 감지하고, 상기 산란된 X-선에 응답하여 출력 신호를 발생시키도록 배열된 검출기 어셈블리; 및
상기 샘플의 특성을 결정하기 위해 출력 신호를 수신하고 처리하도록 연결된 신호 프로세서;를 포함하는 샘플을 분석하기 위한 장치가 제공된다.
개시된 실시예에서, 상기 방사선 소스는 X-선을 방사하도록 동작하는 X-선 튜브; X-선을 수신하고 컨버징 빔으로 포커싱하도록 배열된 제1 미러; 및 X-선을 수신하고 콜리메이트 빔으로 포커싱하도록 배열된 제2 미러;를 포함한다. 보통, 제1 미러 및 제2 미러는 더블 만곡된 구조부를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 모션 어셈블리는 검출 어셈블리가 스침각으로 샘플로부터 산란된 X-선을 감지하는 제1 검출기 엘리베이션과 검출기 어셈블리가 브래그 각도 근방에서 표면으로부터 산란된 X-선을 감지하는 제2 검출기 엘리베이션 사이로 검출기 어셈블리를 이동시키도록 동작한다. 상기 모션 어셈블리는 검출기 어셈블리가 X-선의 소각 산란을 감지하는 제1 방위각과, 검출기 어셈블리가 샘플의 표면상의 인-플레인 구조로부터 회절된 X-선을 감지하는 제2 고위 방위각 사이의 제1 검출기 엘리베이션으로 검출기 어셈블리를 이동시키도록 동작하는 것을 특징으로 한다.
개시된 실시예에서, 검출기 어셈블리는 샘플의 표면에 수직인 제1 축을 따라 산란된 X-선을 분해하는 제1 검출기 구성 및 표면에 평행인 제2축을 따라 산란된 X-선을 분해하는 제2 검출기 구성을 가지고 있는 검출기 어레이를 포함한다. 보통, 상기 신호 프로세서는 표면에 대한 엘리베이션 각의 함수로서 표면의 반사각을 결정하도록 제1 검출기 구성의 검출기 어셈블리로부터 출력 신호를 처리하고, 표면의 평면내의 방위각의 함수로서 표면의 산란 프로파일을 결정하도록 제2 검출기 구성의 검출기 어셈블리로부터의 출력 신호를 처리하도록 적용된다.
일부 실시예에서, 상기 신호 프로세서는 표면의 X-선 반사(XRR) 스펙트럼을 획득하도록 방사선 소스가 제1 빔을 방사하고 제1 소스 위치에 있는 동안 검출기 어셈블리로부터의 출력 신호를 처리하고, 표면의 소각 X-선 산란(SAXS) 스펙트럼 및 스침-입사 X-선 회절(XRD) 스펙트럼중 적어도 하나를 획득하도록 방사선 소스가 제2 빔을 방사하고 제1 소스 위치내에 있는 동안 검출기 어셈블리로부터의 출력 신호를 처리하고, 그리고, 표면의 고각 XRD 스펙트럼을 획득하도록 방사선 소스가 제2 소스 위치에 있는 동안 검출기 어셈블리로부터 출력 신호를 처리하도록 적용된다.
일실시예에서, 상기 신호 프로세서는 방사선이 제2 위치에 있고 제1 빔을 방사하는 동안 고분해능의 XRD 스펙트럼을 획득하고 방사선 소스가 제2 소스 위치에 있고 제2 빔을 방사하는 동안 저분해능 XRD 스펙트럼을 획득하도록 적용된다. 보 통, 모션 센서는 고분해능 XRD 스펙트럼의 획득을 위해 샘플의 표면으로부터 제1 거리에 검출기 어셈블리를 위치시키고, 저분해능 XRD 스펙트럼의 획득을 위해 제1 거리보다 짧은, 표면으로부터의 제2 거리에 검출기 어셈블리를 위치시키도록 적용된다.
추가적으로 또는 대안으로, 샘플이 적어도 하나의 표면층을 포함하고 잇을 때, 신호 프로세서는 적어도 하나의 표면층의 성질을 결정하기 위해 XRD, SAXS, 및 XRD 스펙트럼중 2개 이상을 함께 분석하도록 배열될 수 있다. 보통, 상기 성질은 두께, 밀도, 표면 품질, 다공률, 및 결정 구조중 적어도 하나를 포함한다.
개신된 실시예에서, 상기 장치는 표면과 나이프 에지 사이의 갭을 한정하고 상기 갭을 통과하지 않는 빔의 부분을 차단하도록, 선택된 영역에 인접하고 샘플의 표면에 평행하게 배열된 나이프 에지를 포함한다. 상기 장치는 관심의 각도 범위내의 산란된 X-선을 차단함 없이, 갭을 통과하고 계속하여 빔축을 따라 전파한 X-선을 차단하도록 배열된 빔 블록을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따라,
스침각으로 샘플의 선택된 영역을 향하여 빔축을 따라 X-선의 콜리메이트 빔을 지향시키도록 동작하여, X-선의 일부가 방위각의 범위에서 영역으로부터 산란되는 방사선 소스;
표면과 나이프 에지 사이의 갭을 한정하고 상기 갭을 통과하지 않는 빔의 부분을 차단하도록, 선택된 영역에 인접하고 샘플의 표면에 평행하게 배열된 나이프 에지;
방위각의 범위의 적어도 일부에서 산란된 X-선을 차단함 없이, 갭을 통과하고 계속하여 빔축을 따라 전파한 X-선을 차단하도록 배열된 빔 블록;
방위각의 함수로서 산란된 X-선을 감지하고 상기 산란된 X-선에 응답하여 출력 신호를 발생시키도록 배열된 검출기 어셈블리; 및
샘플의 특성을 결정하도록 출력 신호를 수신하고 처리하도록 연결된 신호 프로세서;를 포함하는 샘플을 분석하기 위한 장치가 제공된다.
개시된 실시예에서, 상기 장치는 산란된 X-선을 차단하는 동안 콜리메이트 빔의 적어도 일부를 통과시키도록 방사선 소스와 나이프 에지 사이에 위치된 샘플의 표면에 수직인 적어도 하나의 슬릿을 포함한다. 상기 적어도 하나의 슬릿은 방사선 소스에 근접하여 위치된 제1 슬릿 및 나이프 에지에 인접하여 위치된 제2 슬릿을 포함한다.
대안으로 또는 추가적으로, 상기 검출기 어셈블리는 어레이 길이를 갖는 검출기 엘리먼트의 어레이; 및 적어도 상기 어레이 길이에 동일한 거리에 의해 분리된 프론트 사이드 및 리어 사이드를 갖는 비움가능한 엔클로져;를 포함하고, 상기 어레이는 엔클로져의 리어 사이드에 위치되어 있고, 엔클로져는 어레이를 치도록 방사선이 통과할 수 있도록 적용된 윈도우를 엔클로져의 프론트 사이드에서 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따라,
상기 샘플의 선택된 영역을 향하여 X-선의 빔을 지향시키도록 동작하여, X-선의 일부가 상기 영역으로부터 산란되는 방사선 소스;
표면과 실린더 사이의 갭을 한정하고 상기 갭을 통과하지 않는 빔의 부분을 차단하도록, 선택된 영역에 인접하고 샘플의 표면에 평행하게 배열된 X-선 흡수재의 실린더를 포함하는 나이프 에지;
각도의 함수로서 산란된 X-선을 감지하고 상기 산란된 X-선에 응답하여 출력 신호를 발생시키도록 배열된 검출기 어셈블리; 및
샘플의 특성을 결정하기 위해 출력 신호를 수신하고 처리하도록 연결된 신호 프로세서;를 포함하는 샘플을 분석하기 위한 장치가 제공된다.
개시된 실시예에서, 상기 X-선 흡수재의 실린더는 금속 와이어를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따라,
분석 동안 샘플의 방위를 수신하고 조절하기 위한 마운팅 어셈블리;
마운팅 어셈블리상의 샘플의 표면상의 선택된 영역을 향하여 X-선의 콜리메이트 빔을 지향시키도록 동작하여, X-선의 일부가 방위각의 범위에서 영역으로부터 산란되는 방사선 소스;
방위각의 함수로서 산란된 X-선을 감지하고 상기 산란된 X-선에 응답하여 출력 신호를 발생시키도록 배열된 검출기 어셈블리; 및
표면의 특성 틸트각을 나타내는 틸트맵을 수신하고, 상기 틸트맵에 기초하여, 선택된 영역의 틸트각을 결정하고, 추정된 틸트각에 응답하여 마운팅 어셈블리가 샘플의 방위를 조절하게 하도록 적용되는 신호 프로세서로서, 샘플의 특성을 결정하기 위해 방위의 조절 후에 출력 신호를 수신하고 처리하도록 연결된 신호 프로세서;를 포함하는 샘플을 분석하기 위한 장치가 제공된다.
보통, 상기 방사선 소스는 표면상의 복수의 로케이션의 각각을 향하여 X-컨버징 빔을 지향시키도록 적용되고, 상기 검출기 어셈블리는 표면에 대한 엘리베이션 각의 함수로서 표면으로부터 반사된 X-선을 감지하도록 적용되고, 신호 프로세서는 반사된 X-선에 응답하여 로케이션의 각각의 X-선 반사(XRR) 스펙트럼을 측정하고 XRR 스펙트럼에 기초하여 로케이션의 각각에서 틸트각을 결정하도록 적용된다.
본 발명의 일실시예에 따라,
샘플의 표면을 향하여 X-선의 제1 컨버징 빔을 지향시키고, 샘플의 표면을 향하여 X-선의 제2 콜리메이트 빔을 지향시키도록 방사선 소스를 동작시키는 단계;
X-선이 스침각으로 샘플의 표면을 향하여 방사선 소스로부터 지향되는 제1 소스 위치와, 샘플의 브래그 각도 근방에서 샘플의 표면을 향하여 방사선 소스로부터 지향되는 제2 소스 위치 사이로 방사선 소스를 이동시키는 단계; 및
샘플의 특성을 결정하도록 방사선 소스가 제1 및 제2 구성으로 되어 있고 제1 및 제2 소스 위치에 있는 동안 각도의 함수로서 샘플로부터 산란된 X-선을 감지하는 단계;를 포함하는 샘플을 분석하기 위한 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따라,
X-선의 일부가 방위각의 범위에서 선택된 영역으로부터 산란되도록, 스침각으로 샘플의 선택된 영역을 향하여 빔축을 따라 X-선의 콜리메이트 빔을 지향시키는 단계;
표면과 나이프 에지 사이의 갭을 한정하고 상기 갭을 통과하지 않는 빔의 부 분을 차단하도록, 선택된 영역에 인접하고 샘플의 표면에 평행하도록 나이프 에지를 위치지정하는 단계;
방위각의 범위의 적어도 일부에서 산란된 X-선을 차단함 없이, 갭을 통과하고 계속하여 빔축을 따라 전파한 X-선을 차단하도록 배열된 빔 블록을 위치지정하는 단계; 및
샘플의 특성을 결정하기 위해 방위각의 함수로서 산란된 X-선을 감지하는 단계;를 포함하는 샘플을 분석하기 위한 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 일실시에에 따라,
X-선의 일부가 샘플의 선택된 영역으로부터 산란되도록 상기 선택된 영역을 향하여 X-선의 빔을 지향시키는 단계;
표면과 실린더 사이의 갭을 한정하고 상기 갭을 통과하지 않는 빔의 부분을 차단하도록, 선택된 영역에 인접하고 샘플의 표면에 평행하도록 X-선 흡수재의 실린더를 위치지정하는 단계; 및
샘플의 특성을 결정하기 위해 각도의 함수로서 산란된 X선을 감지하는 단계;를 포함하는 샘플을 분석하기 위한 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따라,
샘플의 틸트맵을 발생시키는 단계;
X-선의 일부가 방위각의 범위에서 샘플의 선택된 영역으로부터 산란되도록 스침각으로 샘플의 선택된 영역을 향하여 빔축을 따라 X-선의 콜리메이트 빔을 지향시키는 단계;
틸트맵에 기초하여 선택된 영역의 틸트각을 결정하는 단계;
틸트각을 보상하기 위해 샘플의 방위를 조절하는 단계; 및
샘플의 특성을 결정하기 위해 방위를 조절한 후에 방위각의 함수로서 산란된 X-선을 감지하는 단계;를 포함하는 샘플을 분석하기 위한 방법이 제공된다. 본 발명은 본 발명의 상세한 설명과 도면과 함께 읽음으로써 보다 잘 이해할 수 있다.
실시예의
상세한 설명
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 샘플(22)로부터 산란하는 X-선에 대한 측정 및 분석을 위한 시스템(20)의 개략 측면도이다. 시스템(20)은 고-분해능 및 저-분해능 노드로 X-선 반사측정법(XRR), 작은-각도 X-선 산란(SAXS) 및 X-선 회절분석법(XRD)을 수행할 수 있다. 샘플(22)은 샘플의 위치 및 방향을 정확히 조정할 수 있게하는, 이동 스테이지(24)와 같은, 장착 어셈블리상에 장착된다. X-선 소스(26)는 샘플(22)상의 작은 영역(50)을 조사한다. 샘플로부터 산란된 X-선은 검출기 어셈블리(32)에 의해 수집된다.
소스 이동 어셈블리(28)는 하기에 설명되는 바와 같이, 소스(26)를 상이한 유형의 측정을 위해 상부 소스 위치와 하부 소스 위치사이에서 이동시킨다. 마찬가지로, 검출기 이동 어셈블리(34)는 검출기 어셈블리(32)를 상부 검출기 위치와 하부 검출기 위치사이에서 이동시킨다. 소스 어셈블리 및 및 검출기 어셈블리의 하부 위치들은 통상적으로 XRR, SAXS, 및 선택적으로는 스침-입사 XRD(GIXRD)를 위해 사용되는 한편, 그 상부 위치들은 하기에 설명되는 바와 같이, 높은-각도 XRD를 위해 사용된다. GIXRD에 대해, 검출기 어셈블리도, 하기에 설명되고 도 1에 도시 된 바와 같이, 가로방향으로 시프트된다.
도 1에 도시된 실시예에서, 이동 어셈블리는 만곡된 트랙(30 및 36)을 포함하고, 이 트랙을 따르는 소스 어셈블리(26) 및 검출기 어셈블리(32)는 각각 병진이동되어있고, 한편 소스 어셈블리 및 검출기 어셈블리는 영역(50)으로부터 일정거리에 유지되어있다. 대안으로 또는 추가하여, 검출기 이동 어셈블리(34)는 검출기 어셈블리와 영역(50)사이의 거리를 변경시킬 수 있고, 이렇게하여 검출에 대한 각도 분해능 및 유효 포착 각도를 변경시킨다. 소스 이동 어셈블리도 이러한 종류의 축방향 이동(즉, 트랙(30 및 36)에 의해 제공된 가로방향 수직 이동외에, X-선 빔의 축을 따른 이동)을 할 수 있다. 또한 추가적으로 또는 대안으로, 검출기 이동 어셈블리는 하기에 설명되는 바와 같이, 검출기 어셈블리를 회전시키거나 및/또는 가로지르는 수평방향으로 시프팅시킬 수 있다.
만곡된 트랙(30 및 36)은 단지 시스템(20)에 사용될 수 있는 이동 어셈블리의 한 예이며, 이러한 목적을 위한 기타 적절한 유형의 이동 어셈블리는 당업자에게 명백할 것이다. 예를들어, X-선 소스 및 검출기 어셈블리는 도 1에 도시된 위치에 있도록 경사지거나 상승되거나 하강될 수 있는, 각각의 플레이트에 장착될 수 있다. 모든 그러한 유형의 이동 어셈블리는 본 발명의 범위내에 속하는 것으로 여겨진다. 용어 "이동 어셈블리"가 본 특허 출원에 사용되고 추가의 더 이상의 상세설명없이 특허청구범위에서 사용되는 경우, 용어가 사용되는 문맥에 따라, 소스 및 검출기 이동 어셈블리중 하나 또는 둘 모두를 일컫는 것이어야 한다.
대안으로, 복수개의 X-선 소스 및/또는 복수개의 검출기 어셈블리가 XRR 및 XRD 측정을 위해 사용될 수 있다. 이경우, 이동 어셈블리는 필요하지 않을 수 있다. 또한 대안으로, 단일 X-선 튜브가 하부 위치와 상부 위치사이에서 시프트될 수 있는 한편, 각각의 위치에는 정지된 옵틱을 갖고 있다.
X-선 소스(26)는, 도 3을 참조하여 하기에 설명되는 바와 같이, 콜리메이트 빔 또는 컨버징 X-선 빔중의 하나를 산출하도록 구성된다. 도 1은, XRR 및 고-분해능 XRD 측정을 위한 컨버징-빔 구성을 도시하는 한편, 도 2는 SAXS, GIXRD 및 종래의 XRD 측정(여기에선 콜리메이트된-빔을 사용하는 고-분해능 XRD 모드와 구별되는, "저-분해능" XRD로서 참조됨) 을 위해 사용되는 콜리메이트된-빔 및 컨버징-빔을 도시한다. 본 특허출원 및 특허청구범위의 문맥에서, 빔은 그 발산(반 최대치 전력에서 전체 각도 폭-FWHN)이 0.5°미만이면 "시준된"것으로 간주된다. 이 콜리메이션 각도는, 양호한 콜리메이션(예를들어, 0.5°의 발산)이 일반적으로 양호한 결과를 가져올지라도, 시스템(20)에서 행해진 SAXS 및 저-분해능 XRD 측정 유형에 충분하다.
아래의 표는 시스템(20)의 대안 구성을 요약하여 나타내고 있다.
표 1 - 구성 옵션
| 시스템 측정 구성 | 소스 및 검출기 위치 | 입사 빔 구성 |
| XRR | 낮은 각도 | 컨버징 |
| 고-분해능 XRD | 높은 각도 | 컨버징 |
| SAXS | 낮은 각도 | 콜리메이트됨 |
| 저-분해능XRD | 높은 각도 | 콜리메이트됨 |
| GIXRD | 낮은 각도 | 콜리메이트됨 |
이제 시스템(20)의 상세사항을 보면, X-선 소스(26)는 전형적으로 소스 장착 어셈블리(40)상에 장착된, X-선 튜브(38)를 포함한다. 튜브(38)는 전형적으로 샘플(22)의 표면상에 정확한 포커싱이 행해질 수 있도록, 작은 방사 영역을 갖는다. 예를들어, 튜브(38)는 Oxford Instruments(Scotts Valley, California)에 의해 제조된, XTF5011 X-ray 튜브를 포함한다. 시스템(20)에서의 반사측정 및 산란 측정을 위한 전형적인 X-선 에너지는 약 8.05keV(CuKal)이다. 대안으로, 5.4keV(CrKal)와 같은, 기타 에너지가 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 XRR 구성에 있어서, 포커싱 옵틱(42)은 튜브(38)에 의해 방출된 빔을 영역(50)내 포커스에 수렵하는 수렴 빔(44)으로 포커싱한다. 전형적으로, 옵틱(42)은 더블리-커브드 크리스탈을 포함하는데, 또한, 빔(44)을 모노크로머타이징한다. 이러한 목적으로 시스템(20)에서 사용될 수 있는 옵틱스는 예를 들어 여기에 참고문헌으로 편입되어 개시되어 있는 미국특허 6,381,303에 설명되어 있다. 옵틱스는 뉴욕 알바니의 XOS Inc.에 의해 생산된 Doubly-Bent Focusing Crystal Optic과 같은 커브드 크리스탈 모노크로메이터를 포함할 수 있다. 다른 적합한 옵틱스는 상기 미국특허 5,619,548 및 5,923,720에 설명되어 있다. 더블리-커브드 포커싱 크리스탈은 빔(44)으로 하여금 수평 및 수직의 양방향으로 수렴하게 하여 영역(50)내 거의 1포인트에 포커싱한다. 대안으로, 실린드리컬 옵틱은 빔이 샘플 표면상의 1라인으로 수렴하도록 빔(34)을 포커싱하는데 사용될 수 있다. 당업자에게는 다른 가능한 옵티컬 구성이 명백할 것이다.
XRR 측정에 대하여, 수렴 빔(44)은, 더 크거나 더 작은 범위가 사용될 수 있긴 하지만, 전형적으로 대략 0°내지 4.5°의 입사각의 범위에 걸친 지표각으로 영 역(50)에 충돌한다. 이러한 구성에 있어서, 검출기 어셈블리(32)는 대략 0°와 적어도 2°전형적으로는 3°까지와의 사이의 상향각(
)의 함수로 수직 방향으로의 각도 범위에 걸쳐 반사된 X-레이의 발산 빔(52)을 수집한다. 이러한 범위는 전 외부 반사(Φc)에 대하여 샘플의 임계각 아래와 위 둘다의 각을 포함한다. 예시의 명확성을 위하여, XRR 구성에 있어서 샘플(22)의 평면 위 검출기 어셈블리(38)와 소스(26)의 상향각처럼, 도면에 도시된 각도 범위는 과장되어 있다. 이러한 도면과 그에 따르는 설명에서의 편의와 명확성을 위해, 샘플 평면은 임의로 X-Y 평면이도록 취해지는데, Y축은 샘플 표면상으로의 X-레이 빔 축의 투영과 평행하다. Z축은 샘플 평면에 직교하여 수직 방향으로 있다.
다이나믹 나이프 에지(48) 및 셔터(46)는 수직 방향으로의, 즉, 샘플(22)의 평면에 직교하는, X-레이의 입사 빔(44)의 각도 한도를 제한하도록 사용될 수 있다. XRR 구성에서의 이들 빔-리미팅 옵틱스는 상기 미국특허 6,512,814에 설명되어 있다. 또한, (도 4에는 도시되어 있지만 간략화를 위해 도 1에서는 생략되어 있는) 빔 블록 및 빔-리미팅 슬릿과 함께 나이프 에지(48)는 SAXS 구성에서 배경 산란을 감소시키도록 사용된다. 샘플 표면에 대한 나이프 에지 및 셔터의 높이는 수행되는 측정의 유형 및 관심있는 측정 각도 범위에 따라 조절가능하다.
검출기 어셈블리(32)는 CCD 어레이 등의 검출기 어레이(54)를 포함한다. 예시의 간략화를 위해 비교적 적은 수의 검출기 엘리먼트를 갖는 단 하나의 로우의 검출기 엘리먼트만이 도면에 도시되어 있지만, 일반적으로 어레이(54)는 리니어 어 레이 또는 매트릭스 (2차원) 어레이로 배열된 많은 수의 엘리먼트를 포함한다. 검출기 어셈블리(32) 및 어레이(54)의 다른 형태는 도 4를 참조하여 이하 설명된다.
신호 프로세서(56)는 검출기 어셈블리(32)의 출력을 수신 및 분석하여, 에너지의 범위에 걸친 또는 소정 에너지에서의 각도의 함수로 샘플(22)로부터 산란된 X-레이 광자의 플럭스의 디스트리뷰션(58)을 결정한다. 전형적으로, 샘플(22)은 영역(50)에서 박막 등의 하나 이상의 얇은 표면 레이어를 갖고 각도의 함수로서의 디스트리뷰션(58)은 레이어들 사이에서 인터페이스 및 표면 레이어로 인한 간섭, 회절 및/또는 다른 산란 효과를 특징으로 하는 구조를 나타낸다. 프로세서(56)는, 상기 특허 및 특허출원에서 설명된 분석법을 사용하여, 레이어의 두께, 밀도, 다공률, 조성 및 표면 품질 등 샘플의 표면 레이어 중 하나 이상의 특성을 결정하기 위하여 각도 디스트리뷰션의 특성을 분석한다. 프로세서(56) 또는 다른 컴퓨터는 다른 시스템 컴포넌트의 위치 및 구성을 설정하고 조절하는 시스템 컨트롤러로서 역할할 수도 있다.
시스템(20)의 고분해능 XRD 구성은 샘플(22)상의 모노크리스탈린 필름의 속성을 평가하는데 특히 유용하다. 상기 테이블에 적힌 바와 같이, 이러한 구성에 있어서, 소스(26) 및 검출기 어셈블리(32) 둘다는 샘플(22)의 브래그 각도 근방, 비교적 높은 각도로 시프팅된다. 소스(26)는 브래그 각도 부근에서의 수렴 빔(60)으로 영역(50)를 조사하고, 검출기 어셈블리(32)는 브래그 각도 부근에서의 각도 범위에 걸친 발산 빔(62)을 수신한다. 이 예를 위해서는, 회절 패턴을 생성하는 격자 평면은 샘플(22)의 표면에 대략 평행하여서, 표면에 대하여 빔(60 및 62)에 의해 정의된 입사 및 테이크오프 각도는 둘다 브래그 각도와 동일하다고 가정된다. 이러한 가정은 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판 및 그러한 기판상에 성장된 모노크리스탈린 박막 레이어에 대해 흔히 맞는 말이다. 대안으로, 소스(26) 및 검출기 어셈블리(32)는 샘플(22)의 표면에 평행하지 않은 격자 평면으로부터의 회절을 측정하기 위해 다른 입사 및 테이크오프 각도로 위치결정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시스템(20)의 개략적인 상부도이다. 이 도면은 (예시의 명확성을 위해 도 1에서는 생략된) 콜리메이팅 옵틱(72) 및 포커싱 옵틱(42) 둘다에 충돌하는 튜브(38)로부터의 X-레이를 나타내고 있다. 소스 마운팅 어셈블리(40)는 튜브로부터의 빔이 적절한 각도로 옵틱(42)에 충돌하여 빔(44)으로 하여금 영역(50)상에 수렴하게 하도록 튜브(38)를 위치결정한다. 또한, X-레이 튜브(38)로부터의 빔은 적절한 각도로 콜리메이팅 옵틱(72)에 부딪혀, 마찬가지로 영역(50)상에 충돌하는 콜리메이트 빔(74)을 발생시킨다. 옵틱(72)은, 예를 들어, 멀티플레이어 코팅을 갖는 더블리-커브드 미러를 포함할 수 있는데, 8 keV에서의 방사를 반사하여 0.3°보다 작은 발산 및 100㎛보다 작은 스폿 사이즈를 갖는 빔을 생성한다. 이러한 류의 옵틱스는 Applied X-ray Optics(AXO, Dresden, Germany) 등의 다양한 제조자로부터 입수할 수 있다. 또한, 이러한 옵틱은 X-레이 빔을 모노크로머타이징한다. 여기서 상기된 포커싱 및 콜리메이팅 옵틱스의 유형에 대하여, X-레이 튜브 및 옵틱스는 튜브로부터의 X-레이가 대략 14°의 각도로 옵틱(42)에 그리고 대략 1°의 각도로 옵틱(72)에 충돌하도록 위치결정되는 것이 전형적이다.
X-레이 튜브(38) 및 옵틱스(42 및 72)의 옵티컬 배열의 결과로서, 수렴 빔(44) 및 콜리메이트 빔(74)은 방위각에 있어서 오프셋팅된다, 즉, 빔 축은 동일선상이 아니다. 옵틱스(42 및 72)의 애퍼처 및 X-레이 튜브(38)에 의해 발생된 빔은 튜브 또는 옵틱스를 이동시키지 않고 빔이 옵틱스(42 및 72) 둘다에 동시에 충돌하도록 충분하게 넓을 수 있다. 대안으로, 더 좁은 빔 및/또는 더 좁은 애퍼처가 사용된다면, X-레이 튜브는 XRR과 SAXS 위치의 사이에서 수직으로 병진이동될 수 있다. 어떠한 경우에 있어서도, 빔(44 및 74) 중 하나만이 임의의 소정 시간에서의 측정에 사용되는 것이 전형적이다. 따라서, 이동가능한 소스 빔 블록(75)은 빔(44 및 74) 중 하나만이 샘플(22)에 충돌하도록 X-레이 튜브로부터의 빔의 일부를 블로킹하도록 배치될 수 있다. 대안으로, 어떤 응용에 있어서는, 2개의 빔이 동시에 발생될 수도 있다. 방위각상 오프셋 때문에, XRR 모드에서 발생된 발산 빔(52)은 SAXS 모드에서 발생되는 산란된 빔(70)으로부터 X-방향으로 오프세팅된다. 이러한 오프셋을 보상하기 위해, 검출기 어셈블리(32)는 시스템(20)의 동작 모드에 따라 X-방향으로 시프팅될 수 있다. 대안으로, 검출기 어셈블리는 빔(52 및 70)을 포착하도록 각각 위치결정되고 오리엔팅되어 있는 2개의 검출기 어레이를 포함할 수 있다.
소스 및 검출기 어셈블리가 그 높은 각 위치에 있고 소스 어셈블리가 콜리메이트 빔 구성으로 되어 있는 상태에서는, 시스템(20)은 저분해능 XRD 측정에 잘 맞는다. 이러한 류의 측정은, 특히, 반도체 웨이퍼상의 금속막의 폴리크리스탈 등의 폴리크리스탈린 구조의 페이즈 및 텍스처를 평가함에 있어서 유용하다. 이들 크리 스탈의 제어되지 않은 오리엔테이션 때문에, 그것들이 생성하는 XRD 패턴은 데바이 링에 의해 특징지어진다. 이 현상은, 예를 들어, 여기에 참고문헌으로 편입되어 있는 "X-ray Diffraction Metrology for 200mm Process Qualification and Stability Assessment," Advanced Metallization Conference(Montreal, Canada, October 8-11, 2001)에서 Kozaczek 등에 의해 설명되어 있다.
이 경우에서 XRD 패턴이 뻗어있는 각도 범위는 전형적으로 10-20°정도이다. 이 범위를 커버하기 위해, 검출기 어레이(54)가 고분해능 구성에서보다 상대적으로 더 큰 범위를 커버하도록 샘플(22)상의 영역(50)에 더 가깝게 검출기 어셈블리(32)를 전진시키는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 샘플에 더 가깝게 어레이를 이동시키는 것은 각도 분해능을 저하시키지만, 대략 0.3°의 분해능은 폴리크리스탈 페이즈 사이를 구분하기에 충분하다. 이러한 목적으로, 옵틱(72)은 빔(74)이 대략 0.3°보다 더 크지 않은 발산을 갖도록 선택 및 조절되는 것이 바람직하다.
SAXS에 대하여, 소스 어셈블리(26) 및 검출기 어셈블리(32)는 그 낮은 위치에 배열된다. 옵션으로서, SAXS에 대하여, 소스 모션 어셈블리(28)는, 콜리메이트 빔(74)이 적절하게 낮은 지표각으로 영역(50)에 충돌하도록, XRR에 대해서보다 X-Y 평면에 다소 더 가깝게 소스 어셈블리(26)를 낮춰 내리게 동작된다. 대안으로, 옵틱(72)은, 빔(74)이 빔(44)보다 더 낮은 빔 축을 따라 어셈블리(26)로부터 방출되도록, 옵틱(42)보다 더 낮은 상향각으로 어셈블리(40)에 의해 유지될 수 있다. 검출기 어레이(54)의 오리엔테이션은, 수평 (방위각 - θ) 방향으로의 각도 범위에 걸쳐 산란된 X-레이를 수집 및 분해하기 위해, 이하 설명되는 바와 같이, SAXS에 대해 회전될 수 있다. 전형적으로, 산란하는 스펙트럼은 대략 0°와 3°사이의 범위에 걸쳐 측정된다. SAXS에서 각도 분해능을 향상시키기 위해, 검출기 어셈블리(32)는 영역(50)로부터 비교적 멀리 유지되는 것이 전형적이다.
GIXRD에 대하여, 소스 어셈블리(26)는 대략적으로 SAXS에 대해서와 같이 위치결정된다. 그러나, 검출기 어셈블리(32)는 회절된 빔(75)을 포착하기 위해 더 높은 방위각으로, 샘플(22)의 평면에서, 검출기 모션 어셈블리에 의해 횡으로 시프팅되는 것이 전형적이다. 입사 콜리메이트 빔(74)에 대한 회절된 빔(75)의 방위각은 회절을 담당하고 있는 샘플 표면상의 인-플레인 구조의 브래그 각도에 의해 결정된다. 스테이지(24; 도 1)는 입사 빔 각도에 대해 인-플레인 격자를 정렬시키기 위해 X-Y 평면내에서 샘플(22)을 회전시키도록 구성될 수 있다.
도 3a 및 3b는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 제1 및 제2 구성의 검출기 어레이(54)의 도해 정면도이다. 도 3a에 도시된 제1 구성은 XRR 및 고각 XRD에 이용되고, 도 3b에 도시된 제2 구성은 SARS 및 GIXRD 계측기에 사용된다. 이러한 도면에서 어레이(54)는 두개의 축중의 하나를 따라 입사 방사선을 분해하도록 정열될 수 있는 어레이 축을 가지고, 검출기 엘리먼트(76)의 단일 열로 구성된 것으로 도시된다: XRR 및 고각 XRD을 위한 샘플(22)의 평면에 수직인 Z축, 또는 SAXS 및 GIXRD를 위한 샘플 평면에 평행한 X축.
검출기 엘리먼트(76)는 고 엑스팩트 비, 즉, 어레이 축의 가로방향에서의 그들의 폭이 축에 따른 피치보다도 실질적으로 크다. 고 엑스팩트 비는 어레이(54)가 어레이 축을 따라 각각의 각도 증분에 대해 상대적으로 넓은 영역에 걸쳐 X선 광자를 수집할 수 있기 때문에 시스템(20)의 신호/잡음 비를 향상시키는데 유용하다. 엘리먼트(76)의 크기는 도면에서 단지 예로서 도시되었을 뿐이고, 본 발명의 원리는 적당한 검출기 디바이스의 활용도 및 적용 필용에 따라 더 작은 혹은 더 큰 엑스팩트 비의 엘리먼트를 이용하여 적용될 수 있다.
검출기 어레이(54)는 선형 어레이 또는 매트릭스 어레이로 구성될 수 있다. 후자의 경우, 어레이의 각각의 열의 다중 검출기 엘리먼트가 고 엑스펙트 비를 가지는 단일 엘리먼트로서 효율적으로 기능할 수 있도록, 어레이는 라인-빈닝(line-binning) 모드로 작동할 것이다. 이 경우, 어레이(54)가 물리적으로는 2차원 매트릭스의 검출기 엘리먼트를 포함하지만, 기능적으로는 어레이는 빈닝의 방향에 의존하여, 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이 단일 라인의 검출기 엘리먼트의 형태를 취한다. 대안적으로, 어레이(54)는 참조로서 언급되어 이 명세서에 합체되는 미국 특허 제 6,389,102에 개시된 바와 같이, 집적 프로세싱 전자기기를 포함하여, 적당한 판독 회로를 가진 PIN 다이오드의 어레이를 포함할 수 있다. 시스템(20)에 사용될 수 있는 검출기의 어레이의 타입 및 XRR 및 SAXS에 사용하기 위해 상기 어레이의 적용에 관한 세부사항은 상기 언급한 미국 특허 제 6,895,075호에 개시되어 있다.
검출기 운동 어셈블리(34)는 검출기 어셈블리(32)를 도 3a 및 3b의 방향사이에서 기계적으로 회전시키도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 검출기 어셈블리(32)가 자체적으로 도 3a 및 3b의 방향사이에서 검출기 어레이(54)를 회전시키기 위한 어레이 운동 디바이스(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 어느 경우에서나 그런 하드웨어는 어레이를 측정되는 타입에 따라 수직 및 수평축사이에서 90° 회전한다. 회전 지점이 어레이(54)의 중심 근처에 있다면, SAXS 측정에 대해서는 어레이를 하방으로(샘플(22)의 평면에 가깝게), XRR에 대해서는 상방으로 이동하는 것이 또한 필요할 것이다. 대안적으로, 회전 지점이 샘플의 평면 근처로 고정되어, 어레이의 수직 이동이 필요없도록 할 수 있다. 전형적으로, SAXS 구성에서, 어레이(54)는 입사 빔(74)의 축에 집중하지 않는다. SAXS가 일반적으로 입사 빔 축에 대칭적이기 때문에, 실질적인 정보의 손실이 없고, 양 측면보다 축의 한 측면에 산란된 방사를 측정하기 위해 어레이(54)를 위치시키는 것에 의해 산란 측정의 각도 범위가 증가할 것이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른, SAXS의 측정에 사용된 시스템 구성의 세부사항을 보여주는, 시스템(20)의 도해 평면도이다. SAXS 신호는 일반적으로 미약하기 때문에, 시스템(20)은 검출기 어레이(54)에 미치는 의사 X선을 야기하여 실제 SAXS 신호를 가릴 수 있는 배경 산란을 감소하기 위해 노벨 빔-제어 광학계를 사용한다. 더 구체적으로는, 본 도면에서 도시하는 바와 같이, 시스템은 나이프 에지(48) 및 빔 블록(84) 뿐만 아니라 산란방지 슬릿(80) 및 회절방지 슬릿(82)을 포함한다. 이러한 구성소자의 각각의 목적은 후술될 것이다.
콜리메이트 광학계(72)는 X선이 검출기 어레이(54)로 회절 및/또는 산란되는, 도4에서 "A"로 표시된 출구 개구를 가진다. (예를 들어 상술한 제녹스(Xenocs) 미러의 경우, 출구 개구는 1.2 x 1.2mm 이고, 콜리메이트된 출력 빔은 약 0.3°의 발산각을 가진다. 개구 A의 중심은 샘플 평면위 근거리에 있고, 전형적으 로 약 1mm 이하이다.) 슬릿(82)은 개구로부터 산란된 방사선이 검출기 어레이(54)로 직접적으로 미치거나, 샘플(22)에 미쳐 검출기 어레이로 반사되는 것을 막는다. 바람직한 실시예에서, 슬릿(84)은 약 0.4mm 넓이이고, 나이프 에지(48) 전방에 샘플(22)위에 근거리(전형적으로 <20mm)에 배치되어 있다. 더 나은 결과를 위해, 슬릿(82)의 바닥은 샘플의 표면에 가능한 한 근접하여 배치되어 있고, 전형적으로 표면 위 80㎛ 이하이다.
슬릿(80)은 광학계(72)의 출구 개구에 근접하여 배치되고, 이 개구로부터 회절되는 X선을 막는다. 바람직한 실시예에서, 슬릿(80)은 약 1mm 넓이이고, 개구 A로부터 약 10mm 이하에 위치되어, 초점 영역(50)으로부터 약 160mm 떨어져 있다. 슬릿(80)은 전형적으로 샘플(22)의 평면의 위와 아래로 연장되어 있다.
나이프 에지(48)는 샘플(22) 위에 근거리로 위치되어 있다. 나이프 에지는 슬릿(80,82)자체로부터 산란되거나 광학계(72) 및 영역(50)사이의 공기 분자로부터 산란되는 방사선뿐만 아니라, 광학계(72)의 개구로부터 산란되나, 슬릿(82)에 의해 차단되지 않는 방사선을 막는다. 나이프 에지의 하나의 구성이 도 5를 참조하여 아래에 기술된다.
광학계(72)로부터 적절히 콜리메이트된 X선은 슬릿(80,82) 및 나이프 에지(48) 아래를 통과하여, 샘플(22)상의 영역(50)에 미친다. 대부분의 입사 X선은 Y축을 따라 샘플로부터 정반사하거나, 반사없이 나이프 에지(48) 아래를 바로 통과한다. 이러한 X선은 그 후 공기 분자로부터 산란되고, 결과로서, 다양한 각도로 검출기 어레이(54)에 도달한다. 이러한 바람직하지 않은 산란을 감소하기 위해, 빔 블록(84)이 나이프 에지(48) 뒤에 가깝게 그리고 샘플(22)위로 근거리에 위치된다. 바람직한 실시예에서, 빔 블록은 약 30mm 나이프 에지뒤에 위치하고, 샘플의 표면위에 약 70㎛이하로 위치된다. 빔 블록은 도시된 바와 같이, 중심에서 벗어나 위치되고, 직접적인 그리고 정반사된 빔을 막기 위해 빔축을 가로질러 근거리(예를 들어, 약 250㎛)로 연장되어 있다. 결과적으로, 검출기 어레이(54)는 Y축으로부터 수평적으로 떨어져 영역(50)으로부터 산란된, 실질적으로 전체 플럭스의 X선을 수신하고, 반면에 공기 분자로부터의 대부분의 기생 산란은 차단된다.
기생 산란으로부터 더 나은 차단을 위해, 검출기 어셈블리(32)는 검출기 어레이(54) 전방에 떨어져, 베를리윰같은 적당한 X선 투과 물질로 구성된 윈도우(86)를 포함할 수 있다. 윈도우는 검출기 어레이(54)에 근접한 비울 수 있는 인클로우저(88)을 형성한다. 전형적으로, 어레이(54)로부터 윈도우(86)까지의 거리는 적어도 어레이의 길이(어레이축을 따라 측정된, 즉 도 3b에서 X방향)에 동등하고, 어레이의 길이의 2배 내지 3배, 혹은 더 클 수 있다. 인클로우저는 작동동안 비워진다. 어레이로부터 떨어진 윈도우를 따라, 검출기 어레이의 바로 앞의 영역으로부터 공기의 제거는 어레이의 근처에 X선의 기생 산란을 감소하는 데 유용하다. 이러한 종류의 윈도우 구조에 대한 더 세부적인 사항은 상술한 미국 특허 제6,512,814호에 개시되어 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나이프 에지(48)의 상세 도해도이다. 이 실시예에서, 샘플(22)의 표면에 근접한, 나이프의 하부 에지는 금속 와이어(90)와 같은 원통형 X선 흡수 물질로 이루어진다. 예를 들어, 8keV의 광자 에너지를 가진 X선 빔에 대해, 와이어(90)는 직경이 200㎛인 탄타럼 와이어를 포함할 수 있다. 이 배열은 나이프의 하부 에지가 샘플을 훼손할 염려 없이, 표면 위 3㎛ 정도로 샘플의 표면에 매우 가깝게 위치될 수 있도록 해 준다.
와이어(90)는 표면에 정확하게 정열될 수 있고, 따라서 표면위에 전형적으로 0-4°로 그 유효 높이가 관심의 전체 각도 범위에 대해 균일한 작은 갭을 제공할 수 있다. 이 정열은 플랫-에지 나이프가 사용되는 경우와는 달리, 축에 대한 와이어의 회전에도 변하지 않는다. 일반적으로 이야기하자면, 나이프 에지와 표면사이의 갭의 크기와 균일성은 표면상의 X선 초점의 크기와 균일성을 한정한다. 와이어(90)에 의해 제공되는 작고 균일한 갭은 따라서 시스템(20)에서 측정되는 산란 측정의 공간 분해능 및 각도 정확성을 향상시킨다. 이 실시예에 근거하면, 본 발명의 명세서 및 청구범위에서 "나이프 에지"라는 용어는 이러한 종류의 갭을 형성하고, 이 갭 밖의 X선을 차단하기 위해 샘플의 표면 근처에 위치한 어떤 타입의 일직선 에지(매우 날카로울 필요는 없다)를 언급한다는 것을 이해할 것이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따라 시스템(20)에서 SAXS 측정을 실행하는 방법을 도식적으로 설명하는 흐름도이다. SAXS 신호의 강도는 영역(50)의 표면상의 빔(74)(도4)의 평균 입사각에 강하게 의존한다. 즉, 입사각은 샘플 틸트(tilt)에 직접적으로 영향을 받는다. 전형적인 SAXS 애플리케이션에서, 빔(74)은 샘플의 표면에 약 0.4°으로 충돌하도록 되어 있다. 만약 SAXS 측정이 샘플(22) 표면상의 상이한 지점(point)에서 행해진다면, 틸트는 ±0.1°만큼 변화하는데, 이를 테면, 입사각이 표면상에서 0.3°내지 0.5°사이에서 변화할 것이다. 이러한 각도 변화 는 상이한 지점에서 측정된 SAXS 스펙트라의 강도의 커다란 가(假:spurious) 변화를 야기할 것이다.
예컨대, 전형적인 시스템(20)의 애플리케이션에서, 샘플(22)은 반도체 웨이퍼인데, 이 웨이퍼는 스테이지의 표면에서 진공 포트(도시생략)를 통해 작용하는 흡인력에 의해 스테이지(24)상에 유지된다. 이러한 환경아래에서, 웨이퍼는 흡인력으로 인한 변형과 함께 스테이지의 모양(shape)과 일치하게 된다. 그 결과, 웨이퍼의 로컬 틸트각은 웨이퍼 표면의 지점마다 상이하게 될 것이다.
도6의 방법은 시스템(20)의 XRR 측정능력을 사용함으로써 SAXS에서의 샘플 틸트의 문제에 대한 해결책을 제시한다. 이러한 목적으로, 시스템(20)은 틸트 매핑 단계(100)에서 샘플(22)의 틸트를 매핑하기 위해 XRR 모드에서 동작하게 된다. 이 목적을 위해 사용될 수 있는 틸트 매핑의 예시적인 방법이 미국특허출원 제11/000,044호에 기술되어 있으며, 상기 특허출원은 본 특허출원의 양수인에게 양도되었고 그 개시내용이 본 명세서에 참조되어 있다. 맵을 만들기 위해, 샘플의 표면이 구역(region)으로 분할되고, 표면 틸트가 각 구역마다 측정되어 틸트값을 산출한다. (맵은 SAXS 샘플 그 자체를 사용하거나 또는 노출된(bare) 실리콘 웨이퍼 등과 같은 기준 샘플을 사용하여 만들어질 수 있다.) 표면 틸트를 결정하기 위해 임의의 적당한 방법이 사용될 수 있다. XRR을 사용하여 틸트를 측정하는 예시적인 방법이 상기 언급한 미국특허 제6,895,075호 뿐만 아니라 미국특허출원 공개번호 제2004/0109531 A1 및 2004/0131151 A1에도 기술되어 있으며, 이들의 개시내용은 본 명세서에 참조되어 있다. 부가적이거나 또는 대안적으로, 광학적 방법이 틸트 측정을 위해 사용될 수 있는데, 예컨대 미국특허 제6,643,354호에 설명되어 있으며, 그 개시내용이 본 명세서에 참조되어 있다. 틸트 맵은 시스템 컨트롤러에 의해 저장된다(위에서 언급하였듯이 프로세서(56)에 의해 이행될 수 있는 역할).
틸트 맵이 생성된 후, 상기 설명과 같이 소스 어셈블리(26) 및 검출기 어셈블리(32)가 모드 세팅 단계(102)에서 SAXS 측정을 위해 세팅된다. 그 후 스테이지(24)가 샘플(22)을 이동시키기 위해 작동하여, 사이트 선택 단계(104)에서 X-선 빔(74)이 소정의 테스트 사이트에 충돌하게 된다. 전형적으로, 샘플(22)상의 다수의 사이트가 이 목적으로 미리 선택되고, 스테이지(24)가 샘플을 이동시켜 각각의 사이트가 차례로 영역(50)에 위치하게 된다. 틸트 결정 단계(106)에서, 시스템 컨트롤러는 틸트 맵상의 이 사이트에 대한 저장된 틸트값을 찾는다. 대안적으로, 만일 이 정확한 사이트에 대한 저장된 틸트값이 없다면, 시스템 컨트롤러는 틸트 맵상의 이웃하는 지점의 틸트값을 찾아서 보간법에 의해 테스트 사이트의 대략적인 틸트값을 구할 수 있다. XRR 및 SAXS 빔 축이 상호 오프셋되어 있다면, 도2에 도시된 것처럼, X-Y 평면상의 각도 오프셋을 위해 회전 변환(rotation transformation)이 틸트값에 적용될 수 있다.
그 후 시스템 컨트롤러는, 틸트 보정 단계(108)에서, 현재 테스트 사이트에서의 틸트를 보상하기 위해 샘플(22)의 방향각(orientation angle)을 조정하도록 스테이지(24)에 명령할 수 있다. 다시 말하면, 만일 현재의 테스트 사이트가 X축에 대해 +0.1°틸트되어 있다는 것이 틸트 맵으로부터 판명되었다면, 스테이지(24)는 -0.1°의 틸트를 인가할 것이다. 대안적으로, 샘플 틸트를 보상하기 위해 소스 어셈블리(26)의 X-선 빔 축이 조정될 수 있다. 일단 틸트가 적당하게 조정되었다면 소스 및 검출기 어셈블리가 작동하고, 데이터 수집 단계(110)에서, 프로세서(56)가 테스트 사이트의 SAXS 스펙트럼을 수집하고 분석한다. 그 후 이 프로세스는 나머지 테스트 사이트에서도 반복된다.
상기 설명한 실시예들이 반도체 웨이퍼의 표면층 특성을 결정하는 것을 주로 다루고 있지만, 본 발명의 원리는 방사-기반 분석에 뿐만 아니라, X-선 뿐 아니라 다른 이온화 방사선 밴드를 사용하여, X-선 기반 분석의 다른 응용에도 유사하게 사용될 수 있다. 더욱이, 시스템(20)은, 예컨대 그 개시내용이 본 명세서에 참조되어 있는 미국특허 제6,381,303호에 설명된 것과 같이, X-선 형광 측정과 같은 다른 방법의 방사-기반 분석과 결합하도록 변형될 수 있다. 대안적이거나 또는 부가적으로, 시스템(20)은, 2004년 7월 30일자로 출원되어 본 특허출원의 양수인에게 양도되고 그 개시내용이 본 명세서에 참조되어 있는 미국특허출원 10/902,177호에 설명되어 있는 것과 같이, 산란 XRR 측정을 수행하기 위해 구성될 수도 있다.
더욱이, X-선 분석의 다수의 상이한 모드를 결합한 시스템(20)에 대해 본 발명의 특징이 설명되어 있지만, 이러한 특징 중 일부는 대안적으로 예컨대 SAXS, XRD (고각(high angle) 및 스침 입사(grazing incidence)) 및/또는 XRR 등과 같은 단지 하나 혹은 두개의 동작 모드만을 제공하는 시스템에서 구현될 수도 있다.
본 발명의 원리는 또한 제조 환경에 사용하기 위한 측정 시스템 및 툴에 적용될 수 있다. 예를 들면, (도면에 도시되지 않은) 본 발명의 대안적인 실시예에 서, 시스템(20)의 구성요소들이 원위치(in situ) 검사를 제공하기 위해 반도체 웨이퍼 제작 툴과 함께 일체로 통합되어 있다. 전형적으로, 당업계에 공지된 바와 같이, 제작 툴은 웨이퍼상에 박막을 형성하기 위한 증착 장치를 포함하는 진공 챔버를 포함한다. 챔버는 예컨대 그 개시내용이 본 명세서에 참조되어 있는 미국특허공개 2001/0043668 A1호에 기술된 것과 같이 X-선 윈도우를 포함한다. X-선 소스 어셈블리(26)는 윈도우중 하나를 통해 웨이퍼상의 영역(50)에 조사할 수 있고, 검출기 어셈블리(32)가 위에서 설명한 바와 같이 XRR, XRD, 또는 SAXS 구성중 하나이상에서 산란된(scattered) X-선을 다른 윈도우를 통해 수신한다. 다른 대안적 실시예에서, 시스템(20)은 제조 단계를 수행하는데 사용되는 다른 스테이션과 함께 클러스터 툴에서의 스테이션으로서 구성될 수 있다.
따라서, 상기 설명된 실시예들은 예시적인 방법으로 언급된 것이며 또한 본 발명은 여기에 특정하게 도시되고 설명된 것에만 한정되는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 대신에, 본 발명의 범위는 당업자가 본 명세서를 읽을 때 떠올리는 선행기술에 개시되지 않은 것들의 변경이나 수정 뿐만 아니라 여기에 설명된 다양한 특징부의 컴비네이션 및 서브 컴비네이션을 포함한다.
Claims (50)
- 샘플을 분석하기 위한 장치에 있어서,샘플의 표면을 향하여 X-선의 제1, 컨버징 빔을 지향시키고 샘플의 표면을 향하여 X-선의 제2, 콜리메이트 빔을 지향시키도록 적용된 방사선 소스;X-선이 방사선 소스로부터 상기 샘플의 표면을 향하여 스침각으로 지향되는 제1 소스 위치와, X선이 방사선 소스로부터 샘플의 표면을 향하여 샘플의 브래그 각도 근방에서 지향되는 제2 소스 위치 사이로 방사선 소스를 이동시키도록 동작하는 모션 어셈블리;상기 방사선 소스가 제1 및 제2 구성중 어느 하나로 되어 있고 제1 및 제2 소스 위치중 어느 하나에 있는 동안 각도의 함수로서 샘플로부터 산란된 X-선을 감지하고, 상기 산란된 X-선에 응답하여 출력 신호를 발생시키도록 배열된 검출기 어셈블리; 및상기 샘플의 특성을 결정하기 위해 출력 신호를 수신하고 처리하도록 연결된 신호 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 방사선 소스는X-선을 방사하도록 동작하는 X-선 튜브;X-선을 수신하고 컨버징 빔으로 포커싱하도록 배열된 제1 미러; 및X-선을 수신하고 콜리메이트 빔으로 포커싱하도록 배열된 제2 미러;를 포함 하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제2항에 있어서, 제1 미러 및 제2 미러는 더블 만곡된 구조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 모션 어셈블리는 검출 어셈블리가 스침각으로 샘플로부터 산란된 X-선을 감지하는 제1 검출기 엘리베이션과 검출기 어셈블리가 브래그 각도 근방에서 표면으로부터 산란된 X-선을 감지하는 제2 검출기 엘리베이션 사이로 검출기 어셈블리를 이동시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 모션 어셈블리는 검출기 어셈블리가 X-선의 소각 산란을 감지하는 제1 방위각과, 검출기 어셈블리가 샘플의 표면상의 인-플레인 구조로부터 회절된 X-선을 감지하는 제2 고위 방위각 사이의 제1 검출기 엘리베이션으로 검출기 어셈블리를 이동시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 검출기 어셈블리는 샘플의 표면에 수직인 제1 축을 따라 산란된 X-선을 분해하는 제1 검출기 구성 및 표면에 평행인 제2축을 따라 산란된 X-선을 분해하는 제2 검출기 구성을 가지고 있는 검출기 어레이를 포함하는 것을 특 징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 신호 프로세서는 표면에 대한 엘리베이션 각의 함수로서 표면의 반사각을 결정하도록 제1 검출기 구성의 검출기 어셈블리로부터 출력 신호를 처리하고, 표면의 평면내의 방위각의 함수로서 표면의 산란 프로파일을 결정하도록 제2 검출기 구성의 검출기 어셈블리로부터의 출력 신호를 처리하도록 적용된 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 신호 프로세서는 표면의 X-선 반사(XRR) 스펙트럼을 획득하도록 방사선 소스가 제1 빔을 방사하고 제1 소스 위치에 있는 동안 검출기 어셈블리로부터의 출력 신호를 처리하고, 표면의 소각 X-선 산란(SAXS) 스펙트럼 및 스침-입사 X-선 회절(XRD) 스펙트럼중 적어도 하나를 획득하도록 방사선 소스가 제2 빔을 방사하고 제1 소스 위치내에 있는 동안 검출기 어셈블리로부터의 출력 신호를 처리하고, 그리고, 표면의 고각 XRD 스펙트럼을 획득하도록 방사선 소스가 제2 소스 위치에 있는 동안 검출기 어셈블리로부터 출력 신호를 처리하도록 적용된 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 신호 프로세서는 방사선이 제2 위치에 있고 제1 빔을 방사하는 동안 고분해능의 XRD 스펙트럼을 획득하고 방사선 소스가 제2 소스 위치에 있고 제2 빔을 방사하는 동안 저분해능 XRD 스펙트럼을 획득하도록 적용된 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제9항에 있어서, 상기 모션 센서는 고분해능 XRD 스펙트럼의 획득을 위해 샘플의 표면으로부터 제1 거리에 검출기 어셈블리를 위치시키고, 저분해능 XRD 스펙트럼의 획득을 위해 제1 거리보다 짧은, 표면으로부터의 제2 거리에 검출기 어셈블리를 위치시키도록 적용된 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 샘플은 적어도 하나의 표면층을 포함하고, 신호 프로세서는 적어도 하나의 표면층의 성질을 결정하기 위해 XRD, SAXS, 및 XRD 스펙트럼중 2개 이상을 함께 분석하도록 배열된 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 성질은 두께, 밀도, 표면 품질, 다공률, 및 결정 구조중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 표면과 나이프 에지 사이의 갭을 한정하고 상기 갭을 통과하지 않는 빔의 부분을 차단하도록, 선택된 영역에 인접하고 샘플의 표면에 평행하게 배열된 나이프 에지를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제13항에 있어서, 관심의 각도 범위내의 산란된 X-선을 차단함 없이, 갭을 통과하고 계속하여 빔축을 따라 전파한 X-선을 차단하도록 배열된 빔 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 나이프 에지는 X-선 흡수재의 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 분석 동안 샘플의 방위각을 수신하고 조절하기 위한 마운팅 어셈블리를 포함하고, 방사선 소스는 샘플의 표면상의 선택된 영역을 향하여 X-선 빔을 지향시키도록 적용되고, 신호 프로세서는 표면의 특성 틸트각을 나타내는 틸트맵을 수신하고 상기 틸트맵에 기초하여, 선택된 영역의 틸트각을 결정하고, 그리고, 추정된 틸트각을 보상하기 위해 마운트 어셈블리가 샘플의 방위각을 조절하게 하도록 적용된 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 샘플을 분석하기 위한 장치에 있어서,스침각으로 샘플의 선택된 영역을 향하여 빔축을 따라 X-선의 콜리메이트 빔을 지향시키도록 동작하여, X-선의 일부가 방위각의 범위에서 영역으로부터 산란되는 방사선 소스;표면과 나이프 에지 사이의 갭을 한정하고 상기 갭을 통과하지 않는 빔의 부분을 차단하도록, 선택된 영역에 인접하고 샘플의 표면에 평행하게 배열된 나이프 에지;방위각의 범위의 적어도 일부에서 산란된 X-선을 차단함 없이, 갭을 통과하고 계속하여 빔축을 따라 전파한 X-선을 차단하도록 배열된 빔 블록;방위각의 함수로서 산란된 X-선을 감지하고 상기 산란된 X-선에 응답하여 출력 신호를 발생시키도록 배열된 검출기 어셈블리; 및샘플의 특성을 결정하도록 출력 신호를 수신하고 처리하도록 연결된 신호 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제17항에 있어서, 산란된 X-선을 차단하는 동안 콜리메이트 빔의 적어도 일부를 통과시키도록 방사선 소스와 나이프 에지 사이에 위치된 샘플의 표면에 수직인 적어도 하나의 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 슬릿은 방사선 소스에 근접하여 위치된 제1 슬릿 및 나이프 에지에 인접하여 위치된 제2 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 검출기 어셈블리는어레이 길이를 갖는 검출기 엘리먼트의 어레이; 및적어도 상기 어레이 길이에 동일한 거리에 의해 분리된 프론트 사이드 및 리 어 사이드를 갖는 비움가능한 엔클로져;를 포함하고, 상기 어레이는 엔클로져의 리어 사이드에 위치되어 있고, 엔클로져는 어레이를 치도록 방사선이 통과할 수 있도록 적용된 윈도우를 엔클로져의 프론트 사이드에서 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 나이프 에지는 X-선 흡수재의 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 샘플을 분석하기 위한 장치에 있어서,상기 샘플의 선택된 영역을 향하여 X-선의 빔을 지향시키도록 동작하여, X-선의 일부가 상기 영역으로부터 산란되는 방사선 소스;표면과 실린더 사이의 갭을 한정하고 상기 갭을 통과하지 않는 빔의 부분을 차단하도록, 선택된 영역에 인접하고 샘플의 표면에 평행하게 배열된 X-선 흡수재의 실린더를 포함하는 나이프 에지;각도의 함수로서 산란된 X-선을 감지하고 상기 산란된 X-선에 응답하여 출력 신호를 발생시키도록 배열된 검출기 어셈블리; 및샘플의 특성을 결정하기 위해 출력 신호를 수신하고 처리하도록 연결된 신호 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제22항에 있어서, 상기 X-선 흡수재의 실린더는 금속 와이어를 포함하는 것 을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 샘플을 분석하기 위한 장치에 있어서,분석 동안 샘플의 방위를 수신하고 조절하기 위한 마운팅 어셈블리;마운팅 어셈블리상의 샘플의 표면상의 선택된 영역을 향하여 X-선의 콜리메이트 빔을 지향시키도록 동작하여, X-선의 일부가 방위각의 범위에서 영역으로부터 산란되는 방사선 소스;방위각의 함수로서 산란된 X-선을 감지하고 상기 산란된 X-선에 응답하여 출력 신호를 발생시키도록 배열된 검출기 어셈블리; 및표면의 특성 틸트각을 나타내는 틸트맵을 수신하고, 상기 틸트맵에 기초하여, 선택된 영역의 틸트각을 결정하고, 추정된 틸트각에 응답하여 마운팅 어셈블리가 샘플의 방위를 조절하게 하도록 적용되는 신호 프로세서로서, 샘플의 특성을 결정하기 위해 방위의 조절 후에 출력 신호를 수신하고 처리하도록 연결된 신호 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 제24항에 있어서, 상기 방사선 소스는 표면상의 복수의 로케이션의 각각을 향하여 X-컨버징 빔을 지향시키도록 적용되고, 상기 검출기 어셈블리는 표면에 대한 엘리베이션 각의 함수로서 표면으로부터 반사된 X-선을 감지하도록 적용되고, 신호 프로세서는 반사된 X-선에 응답하여 로케이션의 각각의 X-선 반사(XRR) 스펙트럼을 측정하고 XRR 스펙트럼에 기초하여 로케이션의 각각에서 틸트각을 결정하도 록 적용되는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 장치.
- 샘플을 분석하기 위한 방법에 있어서,샘플의 표면을 향하여 X-선의 제1 컨버징 빔을 지향시키고, 샘플의 표면을 향하여 X-선의 제2 콜리메이트 빔을 지향시키도록 방사선 소스를 동작시키는 단계;X-선이 스침각으로 샘플의 표면을 향하여 방사선 소스로부터 지향되는 제1 소스 위치와, 샘플의 브래그 각도 근방에서 샘플의 표면을 향하여 방사선 소스로부터 지향되는 제2 소스 위치 사이로 방사선 소스를 이동시키는 단계; 및샘플의 특성을 결정하도록 방사선 소스가 제1 및 제2 구성으로 되어 있고 제1 및 제2 소스 위치에 있는 동안 각도의 함수로서 샘플로부터 산란된 X-선을 감지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제26항에 있어서, 상기 방사선 소스를 동작시키는 단계는,X-선 소스로부터의 X-선을 컨버징 빔으로 포커싱하도록 제1 미러를 위치지정하는 단계; 및X-선 소스로부터의 X-선을 콜리메이트 빔으로 포커싱하도록 위치지정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제27항에 있어서, 제1 및 제2 미러는 더블 만곡된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제26항에 있어서, 상기 X-선을 감지하는 단계는 검출기를 사용하여 산란된 X-선을 포착하는 단계, 및 방사선 소스가 제1 소스 위치에 있는 동안 스침각으로 샘플로부터 산란된 X-선을 검출기가 감지하는 제1 검출기 엘리베이션과, 방사선 소스가 제2 소스 위치에 있는 동안 브래그 각도 근방에서 표면으로부터 산란된 X-선을 검출기가 감지하는 제2 검출기 엘리베이션 사이로 검출기를 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제29항에 있어서, 상기 검출기를 이동시키는 단계는 검출기 어셈블리가 X-선의 소각 산란을 감지하는 제1 방위각과, 검출기 어셈블리가 샘플의 표면상의 인-플레인 구조로부터 회전되는 X-선을 감지하는 제2 고위 방위각 사이로 제1 검출기 엘리베이션에서의 검출기를 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제26항에 있어서, 상기 X-선을 감지하는 단계는 샘플의 표면에 수직인 제1 축을 따라, 산란된 X-선을 분해하기 위해 제1 검출기 구성 및 표면에 평행인 제2축을 따라, 산란된 X-선을 분해하기 위한 제2 검출기 구성으로 검출기 어레이를 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제30항에 있어서, 상기 X-선을 감지하는 단계는 표면에 대한 엘리베이션 각 의 함수로서 표면의 반사율을 결정하기 위해 제1 검출기 구성의 검출기 어레이의 출력을 처리하는 단계, 및 표면의 플레인내의 방위각의 함수로서 표면의 산란 프로파일을 결정하기 위해 제2 검출기 구성의 검출기 어레이의 출력을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제26항에 있어서, 상기 X-선을 감지하는 단계는, 방사선 소스가 제1 소스 위치에 있고 제1 빔을 표면을 향하여 지향시키는 동안 표면의 X-선 반사(XRR) 스펙트럼을 획득하는 단계, 방사선 소스가 제1 소스 위치에 있고 제2 빔을 표면을 향하여 지향시키는 동안 소각 X-선 산란 (SAXS) 스펙트럼 및 스침-입사 X-선 회절 (XRD) 스펙트럼중 적어도 하나를 획득하는 단계, 및 방사선 소스가 제2 소스 위치에 있는 동안 표면의 고각 XRD 스펙트럼을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 XRD 스펙트럼을 획득하는 단계는 방사선 소스가 제2 소스 위치에 있고 제1 빔을 표면을 향하여 지향시키는 동안 고분해능 XRD 스펙트럼을 획득하는 단계 및 방사선 소스가 제2 소스 위치에 있고 제2 빔을 표면을 향하여 지향시키는 동안 저분해능 XRD 스펙트럼을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제34항에 있어서, 상기 X-선을 감지하는 단계는 고분해능 XRD 스펙트럼의 획 득을 위해 샘플의 표면으로부터 제1 거리에 산란된 X선을 수신하도록 검출기를 위치지정하는 단계 및 저분해능 XRD 스펙트럼의 획득을 위해 제1 거리보다 짧은, 표면으로부터의 제2 거리에 산란된 X-선을 수신하도록 검출기를 위치지정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 샘플은 적어도 하나의 표면층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 표면층의 성질을 결정하기 위해 XRR, SAXS 및 XRD 스펙트럼중 2개 이상을 함께 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제36항에 있어서, 상기 성질은 두께, 밀도, 표면 품질, 다공률 및 결정 구조중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제27항에 있어서, 표면과 나이프 에지 사이의 갭을 한정하고 상기 갭을 통과하지 않는 빔의 부분을 차단하기 위해, 선택된 영역에 인접하고 샘플의 표면에 평행하도록 나이프 에지를 위치지정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제38항에 있어서, 관심의 각도 범위내의 산란된 X-선을 차단함 없이, 갭을 통과하고 계속하여 빔축을 따라 전파한 X-선을 차단하도록 배열된 빔 블록을 위치 지정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제38항에 있어서, 상기 나이프 에지는 X-선 흡수재의 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 방사선 소스를 동작시키는 단계는 샘플의 표면상에 선택된 영역을 향하여 X-선 빔을 지향시키는 단계를 포함하고, 상기 방법은,표면의 특성 틸트각을 나타내는 틸트맵을 제공하는 단계;상기 틸트맵에 기초하여, 선택된 영역의 틸트각을 결정하는 단계; 및추정된 틸트각을 보상하기 위해 샘플의 방위를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 샘플을 분석하기 위한 방법에 있어서,X-선의 일부가 방위각의 범위에서 선택된 영역으로부터 산란되도록, 스침각으로 샘플의 선택된 영역을 향하여 빔축을 따라 X-선의 콜리메이트 빔을 지향시키는 단계;표면과 나이프 에지 사이의 갭을 한정하고 상기 갭을 통과하지 않는 빔의 부분을 차단하도록, 선택된 영역에 인접하고 샘플의 표면에 평행하도록 나이프 에지를 위치지정하는 단계;방위각의 범위의 적어도 일부에서 산란된 X-선을 차단함 없이, 갭을 통과하 고 계속하여 빔축을 따라 전파한 X-선을 차단하도록 배열된 빔 블록을 위치지정하는 단계; 및샘플의 특성을 결정하기 위해 방위각의 함수로서 산란된 X-선을 감지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제42항에 있어서, 산란된 X-선을 차단하는 동안 적어도 하나의 슬릿이 콜리메이트 빔의 적어도 일부를 통과시키도록 나이프 에지와 X-선의 콜리메이트 빔의 소스 사이에 샘플의 표면에 수직인 적어도 하나의 슬릿을 위치지정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제43항에 있어서, 상기 적어도 하나의 슬릿이 소스에 인접하여 위치된 제1 슬릿 및 나이프 에지에 인접하여 위치된 제2 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제42항에 있어서, 상기 나이프 에지는 X-선 흡수재의 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 샘플을 분석하기 위한 방법에 있어서,X-선의 일부가 샘플의 선택된 영역으로부터 산란되도록 상기 선택된 영역을 향하여 X-선의 빔을 지향시키는 단계;표면과 실린더 사이의 갭을 한정하고 상기 갭을 통과하지 않는 빔의 부분을 차단하도록, 선택된 영역에 인접하고 샘플의 표면에 평행하도록 X-선 흡수재의 실린더를 위치지정하는 단계; 및샘플의 특성을 결정하기 위해 각도의 함수로서 산란된 X선을 감지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제46항에 있어서, 상기 X-선 흡수재의 실린더는 금속 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 샘플을 분석하기 위한 방법에 있어서,샘플의 틸트맵을 발생시키는 단계;X-선의 일부가 방위각의 범위에서 샘플의 선택된 영역으로부터 산란되도록 스침각으로 샘플의 선택된 영역을 향하여 빔축을 따라 X-선의 콜리메이트 빔을 지향시키는 단계;틸트맵에 기초하여 선택된 영역의 틸트각을 결정하는 단계;틸트각을 보상하기 위해 샘플의 방위를 조절하는 단계; 및샘플의 특성을 결정하기 위해 방위를 조절한 후에 방위각의 함수로서 산란된 X-선을 감지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제48항에 있어서, 상기 틸트맵을 발생시키는 단계는 표면상의 복수의 로케이션의 각각으로부터 X-선 반사 (XRR) 스펙트럼을 측정하는 단계, 및 XRR 스펙트럼에 기초하여 복수의 로케이션의 각각에서 틸트각을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
- 제49항에 있어서, 상기 XRR 스펙트럼을 측정하는 단계는 복수의 로케이션의 각각을 향하여 X-선의 컨버징 빔을 지향시키는 단계, 표면에 대한 엘리베이션 각의 함수로서 표면으로부터 반사된 X-선을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플을 분석하기 위한 방법.
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