KR20080015735A - Ｘ선 빔 스폿 크기 제어 - Google Patents

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데이비드 베르만
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조르단 밸리 세미컨덕터즈 리미티드
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Abstract

샘플의 표면상의 타겟 영역에 충돌시키기 위해 빔축을 따라 방사선의 빔을 지향시키도록 구성된 방사선 소스를 포함한다. 검출기 어셈블리는 상기 샘플로부터 산란된 방사선을 감지하도록 구성되어 있다. 빔 제어 어셈블리는 상기 샘플의 표면에 인접하는 하측부를 가지고 있고 상기 타겟 영역을 지나고 빔축을 포함하는 빔 평면을 함께 형성하는 하측부에 수직인 프론트 및 리어 슬릿을 포함하는 빔 차단기를 포함한다. 프론트 슬릿은 방사선 소스와 타겟 영역 사이에 위치되어 있고 리어 슬릿은 타겟 영역과 검출기 어셈블리 사이에 위치되어 있다.
샘플, 타겟 영역, 빔축, 방사선, 검출기 어셈블리, 빔 제어 어셈블리, 하측부, 슬릿, 빔 평면, 빔 차단기

Description

Ｘ선 빔 스폿 크기 제어{CONTROL OF X-RAY BEAM SPOT SIZE}
본 발명은 일반적으로 분석 기기에 관한 것이고, 특히 X선을 사용한 물질 분석을 위한 기기 및 방법에 관한 것이다.
X선 반사계(XRR)는 기판위에 배치된 박막층의 두께, 밀도 및 표면 품질을 측정하기 위한 주지된 기술이다. X선 반사계는 샘플 재료의 전체 외부 반사각의 근방에서 그레이징 입사각, 즉, 샘플의 표면에 비하면 작은 각으로 X선의 빔으로 상기 샘플을 조사함으로써 보통 동작한다. 검출기 어레이를 포함할 수 있는 X선 검출기는 반사된 X선을 감지한다. 가도의 함수로서의 상기 샘플로부터 반사된 X선 강도를 측정하여 간섭 프린지의 패턴을 얻는데, 이것은 상기 프린지 패턴을 생성하기 위해 반응가능한 필름 층의 특성을 결정하기 위해 분석된다. XRR에 대한 시스템 및 방법의 예가 여기에 언급되어 통합된 미국 특허 제5,619,548호, 제5,923,720호,제6,512,814호, 제6,639,968호 및 제6,771,735호에 기술되어 있다.
상기 샘플 표면상에 입사된 X선 빔의 스폿 크기 및 각도 정도는 XRR 측정 결과의 공간 및 각도 분해능에 영향을 준다. 이러한 팩터를 제어하기 위해, 미국 특허 6,639,968호는 예를 들어, X선 빔내에 개재된 동적 나이프 에지 및 셔터를 제공 한다. 낮은 입사각에서 측정하기 위해, 나이프 에지는 상기 표면에 매우 근접하여 낮추어 있고, 입사 X선 빔을 가로질러 상기 표면상의 스폿의 측방향 치수를 짧게 한다. (본 발명과 청구범위에서, 상기 표면상의 빔축의 투사선과 평행한 표면을 따른 방향으로의 스폿의 치수는 종래의 방식에서 상기 측방향 치수로 불리고, 삼기 빔축에 수직인 방향의 치수는 트랜스버스 치수로 불린다.) 동적 셔터가 사용되는 높은 각 측정에 있어서, 나이프 에지는 X선 빔의 강도가 모드 사용될 수 있도록 하기 위해 상기 경로를 벗어나 상승될 수 있다. 또 다른 예로서, 미국 특허 6,771,735호는 X선 빔의 특정 부분을 차단하기 위한 2개의 "게이트"를 사용한다.
여기에 언급되어 통합된 미국 특허 6,895,075호는 XRR를 소각 X선 스캐터링 측정부와 결합한 시스템을 기술하고 있다. 이 시스템은 수평 방향으로의 상기 빔의 트랜스버스 치수를 제한하기 위해 슬릿과 함께 (상기 샘플의 표면에 수직인) 수직 방향으로 입사 빔을 제어하기 위해 미국 특허 6,639,968호의 나이프 에지 및 셔터를 사용한다. 최소 슬릿 폭은 대략 100㎛로 불린다.
여기에 언급되어 통합된 미국 특허 출원 공개 2006/0062351호는 XRR를 SAXS와 X선 회절(XRD) 측정부와 결합하는 또 다른 멀티기능 X선 분석 시스템을 기술하고 있다. 이러한 공개문헌의 도 5에 도시된 일실시예에서, 나이트 에지는 금속선과 같은 원통형 X선 흡수재로 제조된다. 이러한 배열은 샘플을 손상시킬 위험 없이 표면상의 3㎛ 정도에서, 상기 나이프의 하위 에지가 샘플의 표면에 매우 근접하여 배치될 수 있게 하는 것으로 알려져 있다. 금속선은 상기 표면과 정확하게 정렬될 수 있어서, 보통 0-4°의 관심의 전체 각 범위에 대해 균일한 유효 높이를 갖 는 표면상의 작은 갭을 제공할 수 있다. 이러한 예에 기초하여, 본 발명에서 용어 "나이프 에지"는 나이프 에지와 표면 사이의 이러한 갭을 생성하고 이 갭 외의 X선을 차단하기 위해 샘플의 표면 근방에 위치된 임의의 타입의 스트레이트 에지 (반드시 매우 샤프할 필요는 없다)를 말하는 것으로 이해될 것이다.
본 발명의 실시예는 샘플의 표면상의 타겟 영역상의 방사선의 유효 스폿 크기 및 각도 정보를 제어하기 위한 향상된 장치 및 방법을 제공한다. 여기에 사용되는 용어 "유효 스폿 크기"는 산란된(또는 반사된) 조사가 검출기에 의해 수신되는 샘플의 표면상의 스폿의 크기를 말한다.
일 실시예에서, 빔 제어 어셈블리는 상기 샘플의 표면에 근접하여 위치될 수 있는 하위 측을 갖는 빔 차단기를 포함한다. 이 빔 차단기는 빔 차단기의 하위측에 보통 수직인 프론트 및 리어 슬릿을 포함한다. 이 빔 차단기는 상기 슬릿이 타겟 영역의 반대측상에 위치되고, 이 타겟 영역을 포함하는 빔 평면을 형성하도록 위치지정되어 있다. 이러한 실시예의 일부에서, 빔 리미터는 빔 평면의 일부를 차단하도록 빔 평면내에 위치되어 있다. 이 빔 리미터는 빔 평면을 가로지르고 보통 빔 차단기의 하측부 아래로 돌출하는 나이프 에지를 가지고 있다. 빔 제어 어셈블리는 상술된 바와 같이 XXR, XRD, SAXS와 같은 X선 검사 기술에서 사용될 수 있다. 보통 XRR 시나리오에서, 예를 들어, 빔 제어 어셈블리는 빔 평면이 샘플에 입사하는 X선 빔과 정렬되고 나이프 에지가 샘플의 표면에 평행하지만 접촉하지 않고 타겟 영역에 인접하여 위치되도록 위치지정되어 있다. 이러한 구성에서, 상기 표면상에 형성된 X선 스폿의 트랜스버스 치수 및 빔의 트랜스버스 각도 스프레드는 슬릿의 폭에 의해 제한되어 있다. 스폿의 측방향 치수는 나이프 에지에 의해 제한된 다. (대안으로, 빔 차단기 자체가 나이프 에지 없이 및/또는 측방향 스폿 치수를 제한하기 위한 다른 수단을 가지고, 스폿의 트랜스버스 치수를 제한하도록 사용될 수 있다.)
따라서, 스폿 크기는 횡방향으로 수 미크론이하 정도로 매우 작게 될 수 있다. 또한, 빔 차단기는 충분히 넓게 만들어질 수 있고, 빔 차단기의 하측부는 임의의 최소각을 초과하는 각도에서 슬릿의 영역 외부의 샘플 표면상에 입사하는 모든 X선이 빔 차단기를 치고 그래서 XRR 검출기에 도달하는 것이 방지되도록 샘플 표면에 충분히 가까이 배치될 수 있다. (이러한 최소각 미만의 X선은 본 발명의 배경에서 설명된 바와 같이 동적 셔트에 의해 별개로 차단될 수 있다. ) 따라서, 빔 제어 어셈블리를 사용하면 다른 방법 보다 훨씬 더 정교한 공간 및 각도 분해능을 가진 샘플 표면의 X선 분석을 촉진시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 빔의 트랜스버스 스프레드는 상술된 타입의 빔 차단기를 반드시 사용할 필요없이 제어된다. 이러한 실시예는 X선과 같은 에너지를 갖는 방사선을 포커싱하기 위한 광학 시스템이 경사 각도의 함수로 변하는 샘플상의 초점 스폿의 트랜스버스 오프셋을 보통 갖는다는 발명자의 발견에 기초하고 있다. 이러한 오프셋에 의해 당업계에서 알려진 XRR 시스템에서와 같이, 샘플이 임의의 각도의 범위에서 조사될 때 유효 스폿 크기가 증가하게 된다.
이러한 문제를 극복하기 위해, 본 발명의 일부 실시예에서, 빔은 다수의 상이한 경사 각도의 각각에서 (또는 이러한 각각의 상이한 경사 각도의 근방의 상이한 각도 서브레인지에서) 타겟 영역상에 연속으로 충돌하도록 제어된다. 빔의 각 트랜스버스 오프셋은 상이한 각도의 각각에 대하여 결정되고, 트랜스버스 보정은 빔 또는 샘플 어느 하나에 행해지거나 또는 양쪽 모두에 행해져 각각의 오프셋을 보상한다. 이러한 방식으로 상이한 경사 각도에서 샘플상의 조사된 스폿 사이의 오버랩을 최대화함으로써 스폿의 유효 트랜스버스 스프레드는 최소화될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따라, 샘플 분석 장치가 제공되는데, 이 샘플 분석 장치는,
상기 샘플의 표면상의 타겟 영역에 충돌시키기 위해 빔축을 따라 방사선의 빔을 지향시키도록 구성된 방사선 소스;
상기 샘플로부터 산란된 방사선을 감지하도록 구성된 검출기 어셈블리; 및
빔 차단기를 포함하는 빔 제어 어셈블리;를 포함하고,
상기 빔 차단기는 상기 샘플의 표면에 인접한 하측부를 가지고 있고, 상기 빔축을 포함하고 상기 타겟 영역을 지나는 빔 평면을 함께 형성하는, 상기 하측부에 수직인 프론트 슬릿 및 리어 슬릿을 포함하고,
상기 프론트 슬릿은 상기 방사선 소스와 상기 타겟 영역 사이에 위치되고, 상기 리어 슬릿은 상기 타겟 영역과 상기 검출기 어셈블리 사이에 위치되어 있다.
개시된 실시예에서, 상기 방사선 소스는 상기 샘플의 표면에 대한 경사 각도의 범위에서 타겟 영역상에 방사선이 수렴하도록 빔을 생성하기 위해 구성되고, 상기 검출기 어셈블리는 경사 각도의 함수로서 상기 산란된 방사선을 분해하도록 구성되어 있다. 보통, 상기 방사선은 X선을 포함하고, 상기 검출기 어셈블리는 상기 타겟 영역내의 샘플의 표면상의 박막의 특징을 나타내는, X선의 반사계 스펙트럼을 검출하도록 구성되어 있다.
보통, 상기 빔 차단기는 상기 프론트 슬릿과 리어 슬릿 사이의 폭을 가지고 있고, 상기 하측부가 주어진 높이의 갭만큼 상기 샘플의 표면으로부터 분리되어 있도록 위치지정되어 있고, 상기 폭 및 높이는 상기 샘플의 표면에 대한 주어진 각도보다 큰 경사 각도에서 상기 방사선 소스로부터 방사된 방사선이 상기 갭을 통과하고 상기 검출기 어셈블리에 충돌하는 것을 차단하도록 선택된다. 일실시예에서, 상기 폭 및 높이는 관계 α min≒2h/ W 를 만족시키도록 선택되고, 상기 α min는 주어진 각도이고, h는 높이이고, W는 폭이다. 대안으로 또는 추가적으로, 상기 샘플 분석 장치는 상기 방사선 소스와 상기 샘플 사이에 위치되어 있고, 상기 주어진 각도 미만에서 상기 방사선 소스로부터 방사된 방사선을 차단하도록 위치지정된 셔터를 포함한다. 일실시예에서, 상기 빔 제어 어셈블리는 빔 리미터를 포함하고, 상기 빔 리미터는 상기 빔 평면을 가로지르는 프론트 슬릿과 리어 슬릿 사이에 위치지정되어 있고 나이프 에지를 포함하고, 상기 나이프 에지는 상기 샘플의 표면과 상기 나이프 에지 사이의 갭을 형성하고 상기 갭을 통과하지 않는 빔의 일부를 차단하도록 타겟 영역내의 샘플의 표면과 인접하여 평행한 샘플과 상기 빔 차단기의 하측부 사이에서 돌출한다. 일실시예에서, 상기 타겟 영역에 인접한 상기 나이프 에지의 하측부는 둥근 형상을 갖고 있고, 상기 갭은 3㎛ 보다 크지 않다. 추가적으로 또는 대안으로, 상기 빔 리미터는 상기 빔 평면을 인터셉팅하고 상기 나이프 에지를 포함하는 중심부 및 상기 중심부의 외측의 상기 샘플의 표면에 인접하고 상기 나이프 에지로부터 떨어져 상방으로 경사지는 외측 에지를 포함한다.
일실시예에서, 상기 빔 차단기는 길이방향의 슬릿이 관통하여 형성된 일체 블록의 재료를 포함하고, 상기 길이방향의 슬릿은 상기 프론트 슬릿과 리어 슬릿을 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 빔 차단기는 상기 프론트 슬릿 및 리어 슬릿을 각각 포함하는 별개의 프론트 및 리어 차단기 유닛을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 프론트 슬릿과 리어 슬릿중 적어도 하나는 상기 빔 평면을 가로지르는 방향으로 불균일한 폭의 프로필을 갖는다.
개시된 실시예에서, 상기 프론트 슬릿 및 리어 슬릿은 50㎛ 보다 크지 않은 빔축을 가로지는 치수를 갖고, 상기 프론트 슬릿 및 리어 슬릿의 치수는 10㎛ 보다 크지 않을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따라, 샘플 분석 방법이 제공되는데, 이 샘플 분석 방법은,
상기 샘플의 표면상의 타겟 영역에 충돌시키기 위해 빔축을 따라 방사선의 빔을 지향시키는 단계;
빔 차단기의 하측부가 상기 샘플의 표면에 인접하도록 그리고 상기 방사선의 빔이 상기 타겟 영역에 충돌하기 전에 프론트 슬릿을 통과하고 상기 빔 평면내의 샘플로부터 산란된 방사선이 리어 슬릿을 통과하도록, 상기 빔축을 포함하고 상기 타겟 영역을 관통하는 상기 빔 평면을 함께 형성하는 상기 프론트 슬릿 및 리어 슬릿을 포함하는 빔 차단기를 상기 빔내에 개재하는 단계;
상기 방사선이 상기 리어 슬릿을 통과한 후에 상기 샘플로부터 산란된 방사 선을 감지하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따라, 샘블 분석 장치가 제공되는데, 이 샘플 분석 장치는,
상기 샘플의 표면상의 타겟 영역에 충돌시키기 위해 빔축을 따라 방사선의 빔을 지향시키도록 구성된 방사선 소스;
상기 샘플로부터 산란된 방사선을 감지하도록 구성된 검출기 어셈블리; 및
상기 샘플에 충돌하는 상기 방사선의 빔을 50㎛보다 크지 않은 상기 빔축을 가로지르는 방향의 치수로 제한하도록 상기 방사선 소스와 상기 샘플 사이에 개재된 빔 제어 어셈블리;를 포함한다.
일실시예에서, 상기 치수는 10㎛보다 크지 않다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따라, 샘플 분석 방법이 제공되는데, 이 샘플 분석 방법은,
상기 샘플의 표면상의 타겟 영역에 충돌시키도록 빔축을 따라 방사선의 빔을 지향시키는 단계;
상기 샘플에 충돌하는 상기 방사선의 빔을 50㎛보다 크지 않은 빔축을 가로지르는 방향의 치수로 제한하도록 빔 제어 어셈블리를 채택하는 단계; 및
상기 샘플로부터 산란된 방사선을 감지하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따라, 샘플 분석 방법이 제공되는데, 이 샘플 분석 방법은,
복수의 상이한 경사 각도의 각각에서 연속으로 빔축을 따라 상기 샘플의 표 면상의 타겟 영역에 충돌시키도록 방사선의 빔을 지향시키는 단계;
상기 상이한 경사 각도의 각각에 대하여, 상기 빔축을 가로지르는 방향으로 상기 방사선의 빔의 각각의 오프셋을 결정하는 단계;
상기 상이한 경사 각도의 각각에서 상기 타겟 영역에 충돌시키기 위해 상기 방사선의 빔을 지향시키면서, 상기 각각의 오프셋을 보상하기 위해 상기 방사선의 빔과 상기 샘플중 적어도 하나에 트랜스버스 보정을 행하는 단계; 및
상기 트랜스버스 보정에 따른 상기 상이한 경사 각도의 각각에서 상기 방사선의 빔이 상기 타겟 영역을 조사하는 동안 상기 샘플로부터 산란되는 방사선을 감지하는 단계;를 포함한다.
개시된 실시예에서, 상기 방사선의 빔을 지향시키는 단계는 상기 상이한 경사 각도의 각각의 근방에서 각각의 범위의 각도에서 연속으로 타겟 영역에 수렴하도록 방사선을 지향시키는 단계를 포함하고, 상기 방사선을 감지하는 단계는 상기 각각의 범위내의 경사 각도의 함수로서 상기 산란된 방사선을 분해하는 단계를 포함한다. 보통, 상기 방사선은 X선을 포함하고, 상기 산란된 방사선을 분해하는 단계는 상기 타겟 영역내의 샘플의 표면상의 박막의 특징을 나타내는, X선의 반사계 스펙트럼을 검출하는 단계를 포함한다.
일실시예에서, 상기 방사선의 빔을 지향시키는 단계는 상기 방사선의 소스와 상기 샘플 사이에 빔 리미터를 위치지정시키는 단계 및, 다른 경사 각도에서 상기 방사선의 소스로부터 방사되는 방사선을 차단하면서 상이한 경사 각도의 각각에서 연속으로 상기 방사선을 통과시키도록 상기 빔 리미터를 조정하는 단계를 포함한 다. 일실시예에서, 상기 빔 리미터를 위치지정시키는 단계는 각각의 주어진 경사 각도에 대하여, 상기 주어진 경사 각도 미만의 임의의 경사 각도에서 상기 방사선의 소스로부터 방사되는 방사선을 차단시키도록 셔터를 위치지정시키는 단계; 및 상기 주어진 경사 각도 초과의 임의의 경사 각도에서 상기 방사선의 소스로부터 방사되는 방사선을 차단시키도록 빔 클립퍼를 위치지정시키는 단계;를 포함한다.
보통, 상기 방사선의 빔은 상기 타겟 영역내의 각각의 스폿에 상기 상이한 경사 각도로 충돌하고, 상기 트랜스버스 보정을 행하는 단계는 상기 각각의 스폿의 상호 오버랩을 최대화하도록 상기 트랜스버스 보정을 선택하는 단계를 포함한다. 개시된 실시에에서, 상기 스폿은 50㎛ 보다 크지 않은 상기 빔축을 가로지르는 방향의 치수를 갖는다.
보통, 상기 트랜스버스 보정을 행하는 단계는 상기 샘플의 표면에 평행한 방향으로 상기 빔 및 상기 샘플중 적어도 하나를 시프팅하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따라, 샘플 분석 장치가 제공되는데, 이 샘플 분석 장치는,
경사 각도의 범위에서 상기 샘플의 표면상의 타겟 영역쪽으로 방사선의 빔을 지향시키도록 구성된 방사선 소스;
상기 샘플로부터 산란된 방사선을 감지하도록 구성된 검출기 어셈블리;
상기 경사 각도의 범위내에서 복수의 상이한 경사 각도의 각각에서 연속으로 빔축을 따라 상기 타겟 영역에 상기 방사선이 연속으로 충돌시키기 위해 상기 빔을 제어하도록 구성된 빔 리미터;
상기 빔축을 가로지르는 방향으로 상기 빔과 상기 샘플중 적어도 하나를 시프팅하도록 구성된 모션 어셈블리; 및
상기 상이한 경사 각도의 각각에서 상기 빔축을 가로지르는 방향으로 상기 빔의 각각의 오프셋을 기록하도록, 그리고 상기 빔이 상기 상이한 경사 각도의 각각에서 상기 타겟 영역을 조사하는 동안 상기 각각의 오프셋을 보상하기 위해 상기 빔 및 상기 샘플중 적어도 하나에 트랜스버스 보정을 행하기 위해 상기 모션 어셈블리를 제어하도록 구성된 프로세서;를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따라, 샘플 분석 방법이 제공되는데, 이 샘플 분석 방법은,
복수의 경사 각도에서 빔축을 따라 상기 샘플의 표면상의 타겟 영역에 충돌시키기 위해 방사선의 빔을 지향시키는 단계;
상기 방사선의 빔이 상기 복수의 경사 각도의 각각에서 상기 타겟 영역을 조사하는 동안 상기 샘플로부터 산란된 방사선을 검출기 어셈블리를 사용하여 감지하는 단계;
상기 빔축을 가로지르는 방향의 상기 빔의 각각의 오프셋을 상기 복수의 경사 각도의 각각에 대하여 결정하는 단계; 및
상기 타겟 영역에 충돌하기 위해 상기 방사선의 빔을 지향시키고 상기 방사선을 감지하는 동안, 상기 오프셋을 보상하기 위해 상기 빔 및 상기 샘플중 적어도 하나에 트랜스버스 조정을 행하면서, 상기 복수의 경사 각도의 각각에서 연속으로 상기 타겟 영역상의 상기 빔의 입사로 인해 상기 방사선이 상기 검출기 어셈블리에 의해 감지되도록 상기 방사선을 제어하는 단계;를 포함한다.
본 발명은 첨부된 도면과 함께 본 발명의 실시예들의 상세한 설명을 통해 보다 완전히 이해될 것이다.
본 발명에 의하면, 샘플의 표면상의 타겟 영역상의 방사선의 유효 스폿 크기 및 각도 정보를 제어하기 위한 향상된 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 웨이퍼(22)와 같은 샘플의 X선 반사계(XRR)에 대한 시스템(20)의 개략도이다. 시스템(20)은 예를 들어, 웨이퍼 생성 공정의 상이한 단계에서의 공정 파라미터를 추정하고 공정 오류를 식별하기 위한 반도체 제조 설비내에서 사용될 수 있다. 시스템(22)은 모션 스테이지(24)와 같은 장착 어셈블리상에 장착되어 상기 샘플의 위치 및 방위의 정확한 조정을 가능하게 한다. X선 소스(26)는 X선의 수렴 빔(27)으로 샘플(22)상의 타겟 영역(28)을 조사한다. 샘플로부터 분산되는 확산 빔(29)내의 X선은 검출기 어레이(32)를 보통 포함하는 검출기 어셈블리(30)에 의해 수집된다. 이러한 구성에서 사용될 수 있는 X선 소스 및 검출기 어셈블리의 세부사항은 본 발명의 배경에서 인용된 공개문헌에 설명되어 있다.
XRR 측정에 있어서, 수렴빔(27)은 보다 크거나 작은 범위의 각이 사용될 수도 있지만, 보통 대략 0° 내지 4.5°의 입사각의 범위에서 그레이징 각으로 영역(28)을 비춘다. 이러한 구성에서, 검출기 어셈블리(30)는 대략 0°와 적어도 2 °, 그리고 보통 3°에 이르는 경사 각도(φ)의 함수로서 수직 방향으로의 각도의 범위에서 확산 빔(29)를 수집한다. 이러한 범위는 전체 외부 반사, Φc에 대한 샘플의 임계각 위아래의 양측 각도를 모두 포함한다. (도시의 명료함을 위해, 상기 도면에서 도시된 각 범위는 소스(26) 및 검출기 어셈블리(30)의 높이가 샘플(22)의 평면위에 있는 바와 같이 강조되어 있다. 이러한 도면과 아래의 설명에서의 편리와 간결함을 위해, 샘플 평면은 Y축이 샘플 평면상의 X선 빔의 축의 투사에 평행한 X-Y 평면으로 인위적으로 취해진다. Z축은 상기 샘플 평면에 대하여 수직인 방향을 갖는다.)
동적 빔 제어 어셈블리(36) 및 셔터 어셈블리(38)는 수직(Z) 및 수평(X) 방향으로의 X선의 입사 빔(27)의 각도 정도를 제한하는데 사용된다. 이 빔 제어 어셈블리는 아래의 도면에서 상세하게 설명되는 나이프 에지 유닛(39)을 포함한다. 샘플 평면에 대한 나이프 에지 유닛 및 셔터의 높이는 이루어지고 있는 측정의 타입 및 관심의 측정각의 범위에 따라 조정가능하다.
신호 프로세서(40)는 검출기 어셈블리(300의 출력을 수신하고 분석하여 주어진 에너지에서 또는 에너지의 범위에서 각의 함수로서 샘플(22)로부터 분산되는 X선 광자의 분포(42)를 결정한다. 보통, 샘플(22)은 영역(28)에서 박막과 같은 하나 이상의 얇은 표면층을 갖고 각의 함수로서의 분포(42)는 상기 층 사이의 인터페이스 및 외부층으로 인한 간섭 효과의 특징을 갖는 구조를 나타낸다. 프로세서(40)는 샘플의 상기 표면층의 하나 이상의 특성을 결정하기 위해 각 분포의 특성 을 분석하고, 다른 시스템 컴포넌트의 위치 및 구성을 설정하고 조정하기 위한 시스템 컨트롤러로서 기능할 수 있다.
패터닝된 반도체 웨이퍼상의 박막층의 검사와 같은 일 XRR 애플리케이션에서, 적어도 트랜스버스 (X) 치수에서 약 1-10㎛의 정도로 타겟 영역(28)내의 X선 빔의 스폿 크기를 매우 작게 하는 것이 바람직하다. 모션 스테이지(24)의 적합한 위치지정과 함께 초점 스폿을 이렇게 작게 함으로써, 입사 X선 빔의 타겟 영역은 Y축을 따라 정렬된 다이 사이의 스크라이브 선과 같은 웨이퍼의 균일 영역을 중첩하도록 만들어질 수 있다. 여기에서 "균일한"은 상기 표면층과 상기 웨이퍼의 언더라이잉 박막 층의 각각이 초점 스폿의 영역에서 균일하다는 것을 의미한다. 이러한 상태에서, 분포(42)의 각 분해능은 강화된다. 이는 불균일성의 블러링 효과가 감소하기 때문이다. 이 샘플 표면상의 공간 분해능은 물론 함께 증가하다. 이러한 강화성은 아래에 설명되는 바와 같이 빔 제어 어셈블리(36)의 신규 설계에 의해 달성된다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 나이프 에지 유닛(39)의 상세를 개략 도시하였다. 도 2a는 (웨이퍼(22)의 표면으로부터 볼 수 있는 바와 같이) 저면도이고, 도 2b는 측면도이다. 유닛(39)은 빔 리미터(54)가 끼워맞추어지는 길이방향의 슬릿(53)을 갖는 빔 차단기(52)를 포함한다. 그래서 이 빔 리미터는 슬릿(53)을 프론트 슬릿(53a) 및 리어 슬릿(53b)로 나누는데 함께 단순히 슬릿(53)으로 불린다. 이 빔 차단기 및 빔 리미터는 모두 금속 또는 다른 X선 흡수재로 만들어진다. 예를 들어, 빔 차단기 및 빔 리미터는 니켈 첨가제를 갖는 텅스텐-카르본 으로 제조될 수 있다.
보통, 빔 리미터의 위치 (및 특히 높이)는 빔 차단기에 대하여 조정가능하다. 대안으로, 빔 차단기 및 빔 리미터가 명료함을 위해 별개의 유닛으로 도시되고 설명되었지만, 이들은 대안으로 단일 피스의 재료로 일체로 제조될 수 있다. 또한, 대안으로 또는 추가적으로, 빔 차단기(52)가 솔리드, 일체의 재료 블록을 포함하는 것으로 도면에 도시되어 있지만, 다른 모드의 구성이 여기에 설명되고 청구범위내에 기술된 구조적 특징 및 기능적 특징을 달성하는데 사용될 수 있다. 대안의 실시예가 여기에 도 3a-3c 및 도 4a, 4b를 참조하여 설명되어 있다.
빔 차단기(52)는 웨이퍼(22)의 표면상에 근접하여 단거리로 위치되어 있는 평면을 형성하는 하측부(50)를 갖고 있다. 하측부가 웨이퍼 표면에 대하여 평행하고 편평하고 단일한 평면을 포함하는 것으로 도면에 도시되어 있지만, 대안으로, 리세스 또는 다른 표면 변형을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 빔 차단기의 하측부는 "가상 평면", 즉, 웨이퍼 표면의 근방에 있는 빔 차단기의 특징에 의해 한정되는 공간내의 평면을 형성할 수 있다. 도 3a-3c 및 도 4a 및 4b의 대안의 실시예는 이러한 종류의 하측부를 갖고 있다.
도 2b에 h로 표시된, 하측부(50)의 웨이퍼(22)의 표면 사이의 거리는 보다 크거나 보다 작은 거리가 응용 필요에 따라 사용될 수 있지만, 대략 10㎛ 정도일 수 있다. 도 2b에서 w로 라벨링된 (Y) 축방향의 빔 차단기(52)의 폭은 보통 h보다 훨씬 더 크다. 슬릿(53)은 Y-Z 평면내에서 입사 X선 빔과 함께 정렬되어 타겟 영역(28)을 통과하는 빔 평면을 형성한다. 이 슬릿은 보통 50㎛의 폭을 갖지만, 트 랜스버스 (X) 방향으로의 빔의 스프레드를 제한하기 위해 요구되는대로 (그리고 기술적으로 가능한대로) 좁게 만들어질 수 있다. 예를 들어, 슬릿의 트랜스버스 치수는 샘플(22)상의 X선 스폿의 트랜스버스 치수를 제한하기 위해 10㎛ 이하일 수 있다. 빔 차단기(52)는 소스(26)와 타겟 영역(28) 사이에 프론트 슬롯(53a)이 위치되고 리어 슬릿(53b)는 타겟 영역와 검출기 어레이(32) 사이에 위치되도록 위치지정된다. 따라서, 레이(56)와 같은 슬릿내의 Y-Z 평면내의 X선은 경사 각도의 범위에서 슬릿(53a)를 통과할 수 있고, 빔 리미터(54) 바로 아래의 웨이퍼(22)의 표면으로부터 반사할 수 있고 그리고 슬릿(53b)으로부터 나와 검출기 어레이(32)로 투사될 수 있다.
슬릿(53) 외부의 X선은 빔 차단기(52)의 프론트 사이드에 의해 차단되거나 빔 차단기의 하측부와 웨이퍼의 표면 사이의 갭을 지난다. 레이(58)와 같은 특정 최소각(αmin) 보다 큰 경사 각도로 웨이퍼 표면을 치는 후자 레이의 일부는 웨이퍼로부터 반사한 후에 이들이 흡수되는 빔 차단기(52)의 하측부상에 들어갈 것이다. 주어진 W 및 h에 있어서, α min≒2h/W로 보일 수 있다. αmin 미만의 각도에서 입사된 광선은 셔터(38)의 적합한 설정에 의해 차단될 수 있다. 전형적인 XRR 구성에서, αmin은 웨이퍼(22)의 임계각(Φc) 미만으로 경미하게 즉, αmin = 0.2° 로 설정될 수 있다. 이러한 상태에서, h = 10㎛에서, 폭 W ≥ 5.73 mm의 빔 차단기는 실질상 αmin 위의 실질상 모든 광선을 차단할 것이다.
대안으로, αmin는 적용 필요조건에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 차단기(52)는 웨이퍼(220 위에 보다 높게 위치될 수 있고, 여기에서 차단기(52)는 낮은 각도에서 이루어진 측정에 영향을 주지않을 것이다. 표면 층으로부터의 XRR 신호가 이러한 낮은 각도에서 임의의 경우에 강한 경향이 있기 때문에, (스크라이브 라인을 따라 측정이 이루어질 때 스크라이브 라인 외의 영역와 같은) 요구되는 측정 영역 밖의 영역으로부터 신호에 혼합될 수 있는 임의의 백그라운드 효과는 크지 않은 경향이 있다. 슬릿(53)은 여전히, 백그라운드 효과가 보다 크게 문제가 될 수 있는 보다 높은 각도에서 상기 빔을 제한할 것이다.
빔 리미터(54)는 슬릿(53)에 대해 가로지르는 평면에서 유닛(39)에 의해 유지되고, 적어도 슬릿의 하부를 차단한다. 이 빔 리미터는 보통 빔 차단기(52)의 하측 아래로 돌출하는 나이프 에지(60)를 갖고 있다. 대안으로, 일 적용에서, 빔 리미터는 나이프 에지가 빔 차단기의 하측 위에 있도록 수축될 수 있다. 웨이퍼(22)의 표면상의 X선 스폿의 측방향 (Y) 치수를 최소화하기 위해, 나이프 에지(60)는 예를 들어, 표면으로부터 1-3㎛의 범위로 웨이퍼 표면에 매우 가깝게 위치될 수 있다. 웨이퍼로의 손상의 가능성을 감소시키기고, (0-4°와 같은) 관심의 전체 각 범위에서 균일한 웨이퍼 상의 나이프 에지의 유효 높이를 유지하기 위해, 에지(60)는 미국 특허 출원 공개번호 2006/0062351호에 설명된 바와 같이 원형일 수 있다. 예를 들어, 에지(60)는 일 피스의 적합한 직경의 탄탈 선을 포함할 수 있다. 대안으로, 에지(60)는 임으의 적합한 공정으로 제조될 수 있고, (상술된 텅 스텐/탄소/니켈 재료와 같은) 임의의 다른 적합한 재료를 포함할 수 있고 그리고 종래에 공지된 임의의 다른 적합한 형상을 가질 수 있다.
이제 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 빔 제어 어셈블리(70)를 개략적으로 설명한 도 3a-3c에 대해 설명한다. 어셈블리(70)는 도 1의 시스템내의 빔 제어 어셈블리(39) 대신에 사용될 수 있다. 도 3a는 어셈블리(70)의 (웨이퍼(22)로부터 Z축을 따라 상방으로 본) 저면도이고, 도 3b 및 도 3c는 각각 도 3a의 라인 IIIB-IIIB 및 IIIC-IIIC를 따라 취해진 단면도이다.
어셈블리(70)의 동작 원리는 어셈블리(39)의 것과 유사하고, 동일한 요소는 다양한 도면에서 동일한 번호로 표시되었다. 그러나, 어셈블리(70)에서, 프론트 및 리어 차단기 유닛(72,74)는 빔 차단기(52)를 대신하고 있다. 이 차단기 유닛들은 각각 슬릿(53a, 53b)의 역할을 수행하는 프론트 및 리어 슬릿(76,78)을 가지고 있다. 보통, 차단기 유닛(72,74)은 웨이퍼(22)에 대하여 상기 유닛을 상하로 이동시키는 마운트내에 함께 정렬되고 유지되어 있다. 2개의 차단기 유닛의 하부 에지는 이러한 경우에 빔 차단기의 하측부를 만들고, 웨이퍼 위로 높이 h에서 위치된 표면을 형성한다. 대안으로, 2개의 차단기 유닛은 개별적으로 조정가능하다.
빔 리미터(80)는 슬릿(76)의 평면을 가로지르는 차단기 유닛(72,74) 사이에 위치되어 상기 평면의 조사의 적어도 일부를 차단한다. 보통, 빔 리미터의 에지(60)는 차단기 유닛의 하부 에지에 의해 형성된 하부 표면 아래에, 웨이퍼(22)의 표면에 매우 근접하여 위치되어 있다. 대안으로, 빔 리미터(80)는 보다 높은 위치로 수축될 수 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 빔 리미터(80)는 슬릿(76,78)보다 상당히 보다 넓을 수 있다. 이러한 종류의 넓은 빔 리미터는 빔 차단기 유닛 바로 아래에 분산하고 거출기 어레이(32)를 비출 수 있는 스트레이 조사량을 감소시키는데 도움이 된다. 한편, 넓은 빔 리미터는 특히 웨이퍼 표면이 완전히 편평하지 않을 수 있기 대문에, 웨이퍼 표면에 에지(60)를 평행하고 매우 근접하도록 위치시키는데 어려움을 갖게 할 수 있다. 이러한 어려움을 개선하기 위해, 에지(60)는 도면에 도시된 바와 같이, 빔 리미터(80)의 중심부에만 형성되고, 외부 에지(82)는 경미하게 상방으로 경사질 수 있다. 시각적인 명료함을 위해, 외부 에지(82)는 도 3c에서 에지(60)에 대하여 가파르게 경사진 것으로 되어 있지만, 실제로는 외부 에지가 0.1° 내지 1° 정도로 훨씬 더 작은 각만큼 경사질 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본발명의 또 다른 실시예에 따른, 빔 제어 어세블리(90)를 개략적으로 도시하고 있다. 어셈블리(90)가 도 1의 시스템내에서 어셈블리(39) 대시에 사용될 수 있고, 유사한 특징이 동일 번호에 의해 식별된다. 도 4a는 어셈블리(90)의 저면도이고, 도 4b는 측면도이다.
어셈블리(90)는 슬릿(94)이 관통하는 빔 차단기(92)를 포함한다. 빔 차단기(39)에서와 같이, 슬릿(94)은 빔 리미터(54)에 의해 프론트 슬릿 및 리어 슬릿(94a, 94b)로 분할된다. 슬릿(94a, 94b)는 도 4a에 도시된 바와 같이, 빔 차단기의 프론트 및 리어 표면에서 상대적으로 넓게 외측단부와 중심에서 좁은 웨이스트를 갖는, X 방향으로의 불균일한 폭의 프로필을 갖고 있다. 이러한 예에서, 슬릿 프로필은 다른 불균일한 프로필이 마찬가지로 사용될 수 있지만 삼각형상을 갖 고 있다. 수렴 빔(27)이 (도 1에 도시된 Z 방향 수렴과 함께) X 방향으로 수렴할 수 있기 대문에 삼각형상의 슬릿은 타겟 영역(28)에 입사하여 검출기 어레이(32)로 반사되는 빔 파워량을 증가시키는데 유용할 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 빔 차단기(92)의 하측부는 편평하지 않고, 웨이퍼(22)의 표면과 정렬의 용이성을 위해 홈이 형성되어 있다. 이러한 경우에 하측면은 웨이퍼 표면위 높이 h에서, 프론트 및 리어 하측 에지(96, 98)에 의해 형성되어 있다. (상기 도시된 다른 빔 차단기 및 빔 리미터의 형상은 물론) 빔 차단기(92)의 형상은 예로써만 제시되어 있고, 동일한 효과에 사용될 수 있는 대안의 형상이 당업자에게 명백할 것이고 본 발명의 범위내에 있는 것으로 생각된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 경사 각도의 함수로서의 빔 오프셋의 개략 플롯도이다. 이러한 플롯도를 생성하기 위해 소스(26; 도 1)로부터의 빔이 시험면을 조사하였고 검출기 어셈블리(30)가 경사 각도의 함수로서의 반사된 빔의 강도를 측정하였다. 검출기 어셈블리(32)의 각 엘리먼트에 의해 출력된 신호의 강도는 수직 나이프 에지(도면에 도시되지 않음)가 입사 빔을 가로질러 대략 X 방향으로 이동됨에 따라 모니터링되었다. 주어진 검출기로부터의 신호가 그 원래의 강도의 절반으로 떨어진 나이프 에지의 X좌표는 대응하는 경사 각도에 대한 입사 빔의 중심이 되도록 취해졌다. 따라서, 프로세서(40)는 상이한 경사 각도에 대하여 빔(27)에 의해 타겟 영역(28)내에 형성된 스폿의 중심의 트랜스버스(X방향) 오프셋을 결정할 수 있다.
X선 소스(26)가 광학적으로 완전하다면, 빔 중심은 경사 각도에 관계없이 동 일한 X 좌표를 갖게 된다. 그러나, 빔 중심은 경사 각도가 0°로부터 4°로 증가함에 따라 전체 약 25㎛만큼 시프팅하는 것으로 도 5에 보일 수 있다. 이러한 시프트는 빔(27)의 초점을 타겟 영역(28)에 맞추는데 사용되는 X선 광학기구내의 수차로 인해 명백하다. (그러나, 아래에 설명되는 시프트를 보정하기 위한 방법은 시프트의 원인에 관계없이 사용될 수 있다. ) 이 시프트는 제어되지 않는다면 시프트의 전체 양만큼 타겟 영역(28)상에 스폿을 효과적으로 스프레딩한다. 즉, 단일 경사 각도에서의 초점 스폿의 트랜스버스 크기가 40-50㎛이라면, 0° 와 4° 사이의 각도 범위에서의 유효 스폿 크기는 대략 65-75㎛일 것이다. 따라서, 시스템20)의 검출 분해능은 악화된다.
도 6a-6c는 본 발명의 일실시예에 따라 상기 문제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 빔 리미터 및 모션 제어 어셈블리의 엘리먼트의 개략 측면도이다. 이러한 실시예에서의 빔 리미터는 셔터(100) 및 빔 클립퍼(102)를 포함하고, 이는 상술된 셔터와 구조 및 동작에 있어서 유사할 수 있다. 대안으로, 빔 리미팅 디바이스의 다른 타입이 당업자에게 명백한 바와 같이 이러한 빔 리미터의 목적을 달성하는데 사용될 수 있다.
도 6a-6c의 각각에서, 셔터(100) 및 클립퍼(102)는 빔(27)내의 상이한 범위의 경사 각도에서의 조사를 허용하고 상기 범위외의 각도에서의 조사를 차단하도록 조정된다. 따라서, 예를 들어, 도 6a는 0°와 1° 사이의 범위내의 방사선이 타겟 영역(28)상에 조사되도록 허용되는 조정 구성을 도시하고, 도 6b 및 도 6c의 조정 구성은 각각 1-2° 범위 및 2-3° 범위내에 방사선이 각각 조사되도록 허용한다. (이 각들은 시각적인 명료함을 위해 이러한 도면에서 강조되었다.) 대안으로, 빔 리미터는 상술된 것보다 크거나 작을 수 있는 보다 많거나 적은 수의 상이한 범위에서의 조사를 허용하도록 제어될 수 있다.
프로세서(40; 도 1) 빔을 상이한 경사 각도로 연속으로 스텝핑한다. 각 범위에 대하여, 프로세서는 대응하는 빔축의 경사 각도와 연관된 트랜스버스 빔 오프셋의 값을 결정한다. 이러한 오프셋 값은 도 5를 참조하여 상기 설명된 것과 같은 교정 프로시져를 사용하여, 보통 미리 표로 만들어진다. 이 프로세서는 예를 들어, 각 범위의 중심에서 측정된 오프셋 값을 사용할 수 있거나, 각 범위에서의 오프셋의 평균값을 사용할 수도 있다. 그다음, 프로세서는 오프셋을 정밀하게 보상하는 웨이퍼(22)의 위치에 대한 트랜스버스 보정을 행하기 위해, 트랜슬레이션 스테이지(24)와 같은 모션 어셈블리를 구동한다. 즉, 예를 들어, 도 6a의 0-1° 범위내의 XRR 측정을 위한 도 5에 도시된 교정 데이터를 사용하여, 프로세서는 제로 기준 포지션에 대한 X 방향으로 -5㎛ 시프팅하기 위해 스테이지(24)를 구동할 것이다. 그다음, 프로세서는 도 6b의 1-2° 범위내의 측정등을 위해 제로-기준 포지션에 대한 +3㎛ 시프팅하기 위해 스테이지를 구동할 것이다. 대안으로, 모션 어셈블리는 웨이퍼(22)를 시프팅하는 것에 더하여, 또는 그 대신에 오프셋을 보상하기 위해 X선 소스를 시프팅할 수 있다.
이러한 보정 및 교정 프로시져의 결과로서, 상이한 경사 각도에서의 빔(27)에 의해 타겟 영역(28)에 형성된 스폿의 상호 오버랩은 최대화될 것이다. 따라서, 유효 스폿 크기는 경사 종속 수차 없이 X선 광학기구의 포커싱 리미트에 가까운 값 으로 제한될 것이다.
대안으로, 다른 수단은 반사된 방사선이 감지되는 경사 각도의 범위를 제한하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, (도면에 도시되지 않은) 일실시예에서, 빔 리미터는 도면에 도시된 바와 같이 빔(27) 보다는, 빔(29)을 요구되는 범위의 각으로 제한하도록 위치지정된다. 대안으로서, 경사 각도의 범위는 트랜스버스 보정을 대략 조정하면서 검출기 어레이(32)의 엘리먼트의 그룹 또는 상이한 엘리먼트를 연속으로 선택함으로써 제한될 수 있다.
시스템(20)의 특징이 특히 XRR에 대하여 여기에 설명되었지만, 본 발명의 특히 상기 도시된 빔 제어 어셈블리의 원리는 SAXS 및 XRD와 같은 X선 분석의 다른 영역에도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 이러한 원리는 X선 분야에 제한되지 않고, 한 각도에서 한 샘플에 조사하는 입자 빔 조사는 물론 감마 조사와 같은 다른 범위의 파장에서의 전자기 보사를 사용하는 분석에도 적용될 수 있다. 따라서, 상술된 실시예는 단지 예일 뿐이고 본 발명이 여기에 구체적으로 도시되고 설명된 것에 제한되지 않는 것을 이해할 것이다. 오히려, 본 발명의 범위는 종래 기술에 개시되지 않은, 상기 설명을 읽음으로써 당업자가 생각할 수 있는 변형 및 수정은 물론, 여기에 기술된 다양한 특징의 조합 및 부조합 모두를 포함하고 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 XRR에 대한 시스템의 개략 측면도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 빔 제어 어셈블리의 개략 저면도 및 측면도,
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 제어 어셈블리의 개략 저면도,
도 3b 및 도 3c는 도 3a의 선 IIIB-IIIB 및 IIIC-IIIC을 따라 취해진 도 3a의 빔 제어 어셈블리의 개략 단면도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 제어 어셈블리의 개략 저면도 및 측면도,
도 5는 경사 각도의 함수로서의 트랜스버스 빔 오프셋의 개략 플롯도, 및
도 6a-6c는 본 발명의 일실시예에 따른 3개의 상이한 각 셋팅에서의 빔 리미터의 개략 측면도.

Claims (47)

  1. 샘플 분석 장치로서,
    상기 샘플의 표면상의 타겟 영역에 충돌시키기 위해 빔축을 따라 방사선의 빔을 지향시키도록 구성된 방사선 소스;
    상기 샘플로부터 산란된 방사선을 감지하도록 구성된 검출기 어셈블리; 및
    빔 차단기를 포함하는 빔 제어 어셈블리;를 포함하고,
    상기 빔 차단기는 상기 샘플의 표면에 인접한 하측부를 가지고 있고, 상기 빔축을 포함하고 상기 타겟 영역을 지나는 빔 평면을 함께 형성하는, 상기 하측부에 수직인 프론트 슬릿 및 리어 슬릿을 포함하고,
    상기 프론트 슬릿은 상기 방사선 소스와 상기 타겟 영역 사이에 위치되고, 상기 리어 슬릿은 상기 타겟 영역과 상기 검출기 어셈블리 사이에 위치된 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방사선 소스는 상기 샘플의 표면에 대한 경사 각도의 범위에서 타겟 영역상에 방사선이 수렴하도록 빔을 생성하기 위해 구성되고, 상기 검출기 어셈블리는 경사 각도의 함수로서 상기 산란된 방사선을 분해하도록 구성된 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 방사선은 X선을 포함하고, 상기 검출기 어셈블리는 상 기 타겟 영역내의 샘플의 표면상의 박막의 특징을 나타내는, X선의 반사계 스펙트럼을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 빔 차단기는 상기 프론트 슬릿과 리어 슬릿 사이의 폭을 가지고 있고, 상기 하측부가 주어진 높이의 갭만큼 상기 샘플의 표면으로부터 분리되어 있도록 위치지정되어 있고, 상기 폭 및 높이는 상기 샘플의 표면에 대한 주어진 각도보다 큰 경사 각도에서 상기 방사선 소스로부터 방사된 방사선이 상기 갭을 통과하고 상기 검출기 어셈블리에 충돌하는 것을 차단하도록 선택된 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 폭 및 높이는 관계 α min≒2h/ W 를 만족시키도록 선택되고, 상기 α min는 주어진 각도이고, h는 높이이고, W는 폭인 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 방사선 소스와 상기 샘플 사이에 위치되어 있고, 상기 주어진 각도 미만에서 상기 방사선 소스로부터 방사된 방사선을 차단하도록 위치지정된 셔터를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 빔 제어 어셈블리는 빔 리미터를 포함하고, 상기 빔 리미터는 상기 빔 평면을 가로지르는 프론트 슬릿과 리어 슬릿 사이에 위치지정되어 있고 나이프 에지를 포함하고, 상기 나이프 에지는 상기 샘플의 표면과 상기 나이프 에지 사이의 갭을 형성하고 상기 갭을 통과하지 않는 빔의 일부를 차단하도록 타겟 영역내의 샘플의 표면과 인접하여 평행한 샘플과 상기 빔 차단기의 하측부 사이에서 돌출하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 타겟 영역에 인접한 상기 나이프 에지의 하측부는 둥근 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 갭은 3㎛ 보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 빔 리미터는 상기 빔 평면을 인터셉팅하고 상기 나이프 에지를 포함하는 중심부 및 상기 중심부의 외측의 상기 샘플의 표면에 인접하고 상기 나이프 에지로부터 떨어져 상방으로 경사지는 외측 에지를 포함하는것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 빔 차단기는 길이방향의 슬릿이 관통하여 형성된 일체 블록의 재료를 포함하고, 상기 길이방향의 슬릿은 상기 프론트 슬릿과 리어 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 빔 차단기는 상기 프론트 슬릿 및 리어 슬릿을 각각 포함하는 별개의 프론트 및 리어 차단기 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 프론트 슬릿과 리어 슬릿중 적어도 하나는 상기 빔 평면을 가로지르는 방향으로 불균일한 폭의 프로필을 갖는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 프론트 슬릿 및 리어 슬릿은 50㎛ 보다 크지 않은 빔축을 가로지는 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 프론트 슬릿 및 리어 슬릿의 치수는 10㎛ 보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  16. 샘플 분석 방법으로서,
    상기 샘플의 표면상의 타겟 영역에 충돌시키기 위해 빔축을 따라 방사선의 빔을 지향시키는 단계;
    빔 차단기의 하측부가 상기 샘플의 표면에 인접하도록 그리고 상기 방사선의 빔이 상기 타겟 영역에 충돌하기 전에 프론트 슬릿을 통과하고 상기 빔 평면내의 샘플로부터 산란된 방사선이 리어 슬릿을 통과하도록, 상기 빔축을 포함하고 상기 타겟 영역을 관통하는 상기 빔 평면을 함께 형성하는 상기 프론트 슬릿 및 리어 슬릿을 포함하는 빔 차단기를 상기 빔내에 개재하는 단계; 및
    상기 방사선이 상기 리어 슬릿을 통과한 후에 상기 샘플로부터 산란된 방사선을 감지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 빔은 상기 방사선이 상기 샘플의 표면에 대한 경사 각도의 범위에서 타겟 영역상에 수렴하도록 지행되고, 상기 방사선을 감지하는 단계는 경사 각도의 함수로서 상기 산란된 방사선을 분해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 방사선은 X선을 포함하고, 상기 산란된 방사선을 분해하는 단계는 상기 타겟 영역내의 상기 샘플의 표면상의 박막의 특징을 나타내는, X선의 반사계 스펙트럼을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 빔 차단기는 상기 프론트 슬릿과 리어 슬롯 사이의 폭을 갖고 있고, 상기 빔 차단기를 개재하는 단계는 상기 하측부가 주어진 높이의 갭만큼 상기 샘플의 표면으로부터 분리되도록 상기 빔 차단기를 위치지정하는 단계 및 상기 상기 샘플의 표면에 대한 주어진 각도보다 큰 경사 각도에서 상기 방사선 소스로부터 방사되는 방사선이 상기 갭을 통과하지 못하도록 차단하기 위해 상기 폭 및 높이를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 폭 및 높이는 관계 α min≒2h/ W 를 만족시키도록 선택되고, 상기 α min는 주어진 각도이고, h는 높이이고, W는 폭인 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 빔을 지향시키는 단계는 주어진 각도 미만에서 상기 소스로부터 방사되는 상기 방사선을 차단하도록 상기 방사선의 소스와 상기 샘플 사이에 셔터를 위치지정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  22. 제16항에 있어서, 상기 샘플의 표면과 나이프 에지 사이의 갭을 형성하고 상기 갭을 통과하지 않는 빔의 일부를 차단하도록 상기 샘플의 표면에 평행한 상기 빔 차단기의 하측부와 상기 타겟 영역에 인접한 샘플 사이에서 상기 나이프 에지가 돌출하도록 하기 위해, 상기 빔 평면을 가로지르는 상기 프론트 슬릿과 리어 슬릿 사이에, 나이프 에지를 포함하는 빔 리미터를 위치지정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 타겟 영역에 인접한, 상기 나이프 에지의 하측부는 둥근 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  24. 제22항에 있어서, 상기 갭은 3㎛ 보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  25. 제16항에 있어서, 상기 프론트 슬릿 및 리어 슬릿은 50㎛ 보다 크지 않은 빔축을 가로지는 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 프론트 슬릿 및 리어 슬릿의 치수는 10㎛ 보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  27. 샘플 분석 장치로서,
    상기 샘플의 표면상의 타겟 영역에 충돌시키기 위해 빔축을 따라 방사선의 빔을 지향시키도록 구성된 방사선 소스;
    상기 샘플로부터 산란된 방사선을 감지하도록 구성된 검출기 어셈블리; 및
    상기 샘플에 충돌하는 상기 방사선의 빔을 50㎛보다 크지 않은 상기 빔축을 가로지르는 방향의 치수로 제한하도록 상기 방사선 소스와 상기 샘플 사이에 개재된 빔 제어 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 치수는 10㎛보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  29. 샘플 분석 방법에 있어서,
    상기 샘플의 표면상의 타겟 영역에 충돌시키도록 빔축을 따라 방사선의 빔을 지향시키는 단계;
    상기 샘플에 충돌하는 상기 방사선의 빔을 50㎛보다 크지 않은 빔축을 가로지르는 방향의 치수로 제한하도록 빔 제어 어셈블리를 채택하는 단계; 및
    상기 샘플로부터 산란된 방사선을 감지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 치수는 10㎛ 보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  31. 샘플 분석 방법으로서,
    복수의 상이한 경사 각도의 각각에서 연속으로 빔축을 따라 상기 샘플의 표면상의 타겟 영역에 충돌시키도록 방사선의 빔을 지향시키는 단계;
    상기 상이한 경사 각도의 각각에 대하여, 상기 빔축을 가로지르는 방향으로 상기 방사선의 빔의 각각의 오프셋을 결정하는 단계;
    상기 상이한 경사 각도의 각각에서 상기 타겟 영역에 충돌시키기 위해 상기 방사선의 빔을 지향시키면서, 상기 각각의 오프셋을 보상하기 위해 상기 방사선의 빔과 상기 샘플중 적어도 하나에 트랜스버스 보정을 행하는 단계; 및
    상기 트랜스버스 보정에 따른 상기 상이한 경사 각도의 각각에서 상기 방사선의 빔이 상기 타겟 영역을 조사하는 동안 상기 샘플로부터 산란되는 방사선을 감지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 방사선의 빔을 지향시키는 단계는 상기 상이한 경사 각도의 각각의 근방에서 각각의 범위의 각도에서 연속으로 타겟 영역에 수렴하도록 방사선을 지향시키는 단계를 포함하고, 상기 방사선을 감지하는 단계는 상기 각각의 범위내의 경사 각도의 함수로서 상기 산란된 방사선을 분해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 방사선은 X선을 포함하고, 상기 산란된 방사선을 분해하는 단계는 상기 타겟 영역내의 샘플의 표면상의 박막의 특징을 나타내는, X선의 반사계 스펙트럼을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  34. 제31항에 있어서, 상기 방사선의 빔을 지향시키는 단계는 상기 방사선의 소스와 상기 샘플 사이에 빔 리미터를 위치지정시키는 단계 및, 다른 경사 각도에서 상기 방사선의 소스로부터 방사되는 방사선을 차단하면서 상이한 경사 각도의 각각 에서 연속으로 상기 방사선을 통과시키도록 상기 빔 리미터를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 빔 리미터를 위치지정시키는 단계는 각각의 주어진 경사 각도에 대하여,
    상기 주어진 경사 각도 미만의 임의의 경사 각도에서 상기 방사선의 소스로부터 방사되는 방사선을 차단시키도록 셔터를 위치지정시키는 단계; 및
    상기 주어진 경사 각도 초과의 임의의 경사 각도에서 상기 방사선의 소스로부터 방사되는 방사선을 차단시키도록 빔 클립퍼를 위치지정시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  36. 제31항에 있어서, 상기 방사선의 빔은 상기 타겟 영역내의 각각의 스폿에 상기 상이한 경사 각도로 충돌하고, 상기 트랜스버스 보정을 행하는 단계는 상기 각각의 스폿의 상호 오버랩을 최대화하도록 상기 트랜스버스 보정을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 스폿은 50㎛ 보다 크지 않은 상기 빔축을 가로지르는 방향의 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  38. 제31항에 있어서, 상기 트랜스버스 보정을 행하는 단계는 상기 샘플의 표면 에 평행한 방향으로 상기 빔 및 상기 샘플중 적어도 하나를 시프팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
  39. 샘플 분석 장치로서,
    경사 각도의 범위에서 상기 샘플의 표면상의 타겟 영역쪽으로 방사선의 빔을 지향시키도록 구성된 방사선 소스;
    상기 샘플로부터 산란된 방사선을 감지하도록 구성된 검출기 어셈블리;
    상기 경사 각도의 범위내에서 복수의 상이한 경사 각도의 각각에서 연속으로 빔축을 따라 상기 타겟 영역에 상기 방사선이 연속으로 충돌시키기 위해 상기 빔을 제어하도록 구성된 빔 리미터;
    상기 빔축을 가로지르는 방향으로 상기 빔과 상기 샘플중 적어도 하나를 시프팅하도록 구성된 모션 어셈블리; 및
    상기 상이한 경사 각도의 각각에서 상기 빔축을 가로지르는 방향으로 상기 빔의 각각의 오프셋을 기록하도록, 그리고 상기 빔이 상기 상이한 경사 각도의 각각에서 상기 타겟 영역을 조사하는 동안 상기 각각의 오프셋을 보상하기 위해 상기 빔 및 상기 샘플중 적어도 하나에 트랜스버스 보정을 행하기 위해 상기 모션 어셈블리를 제어하도록 구성된 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  40. 제39항에 있어서, 상기 방사선 소스는 상기 상이한 경사 각도의 각각의 근방 에서 각각의 범위의 각도에서 연속으로 타겟 영역에 수렴하도록 상기 방사선을 지향시키도록 구성되고, 상기 검출기 어셈블리는 상기 각각의 범위내의 경가 각도의 함수로서 상기 산란된 방사선을 분해하도록 구성된 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  41. 제40항에 있어서, 상기 방사선은 X선을 포함하고, 상기 검출기 어셈블리는 상기 타겟 영역내의 상기 샘플의 표면상의 박막의 특징을 나타내는, X선의 반사계 스펙트럼을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  42. 제39항에 있어서, 상기 빔 리미터는 다른 경사 각도에서 상기 방사선 소스로부터 방사된 방사선을 차단하면서 상기 상이한 경사 각도의 각각에서 상기 방사선을 통과시키도록 조정가능한 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  43. 제42항에 있어서, 상기 빔 리미터는,
    상기 주어진 경사 각도 미만의 임의의 경사 각도에서 상기 방사선의 소스로부터 방사되는 방사선을 차단시키도록 위치지정가능한 셔터; 및
    상기 주어진 경사 각도 초과의 임의의 경사 각도에서 상기 방사선의 소스로부터 방사되는 방사선을 차단시키도록 위치지정가능한 빔 클립퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  44. 제39항에 있어서, 상기 빔은 상기 타겟 영역내의 각각의 스폿에 상이한 경사 각도에서 충돌하고, 상기 프로세서는 상기 각각의 스폿의 상호 오버랩을 최대화하기 위해 상기 트랜스버스 보정을 행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  45. 제44항에 있어서, 상기 스폿은 50㎛ 보다 크지 않은 상기 빔축을 가로지르는 방향의 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  46. 제39항에 있어서, 상기 모션 어셈블리는 상기 샘플의 표면에 평행한 방향으로 상기 빔 및 상기 샘플중 적어도 하나를 시프팅하도록 구성된 것을 특징으로 하는 샘플 분석 장치.
  47. 샘플 분석 방법으로서,
    복수의 경사 각도에서 빔축을 따라 상기 샘플의 표면상의 타겟 영역에 충돌시키기 위해 방사선의 빔을 지향시키는 단계;
    상기 방사선의 빔이 상기 복수의 경사 각도의 각각에서 상기 타겟 영역을 조사하는 동안 상기 샘플로부터 산란된 방사선을 검출기 어셈블리를 사용하여 감지하는 단계;
    상기 빔축을 가로지르는 방향의 상기 빔의 각각의 오프셋을 상기 복수의 경사 각도의 각각에 대하여 결정하는 단계; 및
    상기 타겟 영역에 충돌하기 위해 상기 방사선의 빔을 지향시키고 상기 방사선을 감지하는 동안, 상기 오프셋을 보상하기 위해 상기 빔 및 상기 샘플중 적어도 하나에 트랜스버스 조정을 행하면서, 상기 복수의 경사 각도의 각각에서 연속으로 상기 타겟 영역상의 상기 빔의 입사로 인해 상기 방사선이 상기 검출기 어셈블리에 의해 감지되도록 상기 방사선을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 분석 방법.
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