KR20080064844A - 광전자 분광 장치 및 그 사용 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 양태에 따르면, 기판 처리 시스템이 제공된다. 이 시스템은 챔버를 둘러싸는 챔버 벽, 기판을 지지하기 위해 챔버 내에 위치된 기판 지지체, 기판상의 재료로부터 광전자가 방출되도록 하는 전자기 방사선을 기판 지지체 상의 기판상으로 방출시키기 위한 전자기 방사선 소스, 기판으로부터 방출된 광전자를 포착하는 분석기, 및 챔버 내에 자계를 발생시키고 광전자를 기판으로부터 분석기로 안내하는 자계 발생기를 포함할 수도 있다.
챔버 벽, 기판 지지체, 전자기 방사선 소스, 분석기, 자계 발생기

Description

광전자 분광 장치 및 그 사용 방법{A PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY APPARATUS AND METHOD OF USE}
발명의 배경
1). 발명의 기술 분야
본 발명은 반도체 기판을 처리하는 방법, 장치, 및 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 반도체 기판을 처리하는데 사용하기 위한 계측 툴 (metrology tool) 에 관한 것이다.
2). 관련 기술의 설명
집적 회로는 웨이퍼와 같은 반도체 기판 상에 형성된다. 집적 회로의 형성은, 다양한 층들을 증착하는 단계, 이 층들의 일부를 에칭하는 단계 및 복수의 베이킹하는 단계 등의 여러 처리 단계들을 포함할 수도 있다. 그 후, 집적 회로는 개별 마이크로 전자 다이들로 분리되며, 이 마이크로 전자 다이들은 패키징되어 회로 보드들에 부착된다.
집적 회로의 생산에 수반되는 다양한 처리 단계 동안, 집적 회로가 형성되고 있는 웨이퍼의 표면상에는 도체, 유전체, 반도체와 같은 상이한 재료의 다양한 층들이 형성된다. 종종 집적 회로의 제조자들은, 적절한 재료가 기판상에 증착되고 있는지를 확인하기 위해 다양한 층들의 구성을 테스트한다.
층들의 조성물을 테스트하는데 사용되는 기계를 흔히 "계측 툴"이라 한다. 계측 툴은, 테스트 중인 기판의 특정 영역으로 지향되는 x-선 소스로부터의 x-선과 같은 전자기 방사선을 방출한다. 계측 툴은, 기판의 특정 특성을 측정하기 위해 X-선 광전자 분광법(XPS; X-ray Photoelectron Spectroscopy), 전반사 형광 X-선(TXRF; Total Reflection X-ray Fluorescence), 및 엘립소메트리와 같은 분석 기법을 이용한다. 예를 들어, XPS 가 사용되는 경우, 기판으로부터 광전자 또는 전자가 방출되고 전자 분광계 또는 반구형 분석기에 의해 포착된다. 분석기 및 연관된 처리 알고리즘은 광전자의 운동 에너지, 또는 속도를 분석함으로써 그 기판 영역의 조성물을 결정한다.
전자기 방사선 소스에 대해, 기판, 특히, 기판상의 패드를 적절하게 위치시키기 위해, 패턴 인식 소프트웨어를 활용하는 비전 시스템이 이용될 수도 있다.
그러나, 비전 시스템은 통상적으로 일정 각도로 패드를 관찰할 수만 있어서, 그 이미지는 이상적이지 않다. 또한, 이 시스템은 테스트되는 동안에는 특정 패드를 관찰할 수 없다. 게다가, 비전 시스템은 통상적으로 이 툴 내부의 오염을 발생시키는 다수의 액추에이터 및 다른 이동 부품을 포함한다.
종종, 기판으로부터 분석기로 광전자를 안내하기 위해서 자계 발생기, 또는 자기 렌즈가 이용된다. 그러나, 계측 툴은, 보통, 기판을 이 툴로 이송하기 위한 로봇, 및 기판을 분석기 하부와 자기 렌즈 상부에서 유지시키기 위한 분리 스테이지 모두를 포함한다. 분리 스테이지는 이 툴 내부의 상당한 양의 공간을 점유하고, 자기 렌즈는 스테이지 하부에 위치되어야만 하며, 이는 자기 렌즈의 유효성에 해로운 영향을 미친다.
또한, 자기 렌즈를 포함하여 계측 툴의 내용물들은 진공 챔버 내부에 통상 유지된다. 자기 렌즈가 어느 정도의 유지관리 (maintenance) 를 요구하는 경우, 진공이 파괴되어, 툴의 내부가 오염될 가능성을 증가시킨다.
계측 툴에 이용되는 전자기 방사선 소스의 일 공통적인 예는 전자총, 애노드, 및 모노크로메이터의 조합이다. 전자총은 애노드의 상대적으로 작은 타겟 부분으로 전자를 발사하고, x-레이가 애노드로부터 모노크로메이터상으로 방출되어, 모노크로메이터는, 이 x-레이를 기판상으로 편향하고 (deflect) 포커싱한다 (focus).
발명의 개요
본 발명의 실시형태들은 기판 처리 시스템을 제공한다. 이 시스템은 챔버 벽에 의해 둘러싸인 챔버, 기판 또는 시험편을 지지하기 위해 챔버 내부에 위치된 기판 또는 시험편 지지체, 기판 표면으로부터 광전자가 방출되도록 하는 전자기 방사선을 기판 지지체 상의 기판상으로 방출하는 전자기 방사선 소스, 반도체 기판상의 재료로부터 방출된 광전자를 포착하는 분석기, 및 챔버 내에 자계를 생성하고 기판으로부터 분석기로 광전자를 안내하는 자계 발생기를 포함할 수도 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 기판 또는 시험편 지지체, 전자기 방사선 소스, 분석기 및 자계 발생기는 챔버 벽에 각각 연결된다.
또한, 본 발명의 실시형태는 또한 진공 챔버를 둘러싸는 챔버 벽, 기판을 지지하기 위해 진공 챔버 내부에 위치된 기판 또는 시험편 지지체, 기판으로부터 광전자가 방출하도록 유도하는 전자기 방사선을 기판 지지체 상의 기판상으로 방출하 는 전자기 방사선 소스, 기판으로부터 방출된 광전자를 포착하는 분석기, 및 진공 챔버내에 자계를 생성하고 반도체 기판에서 분석기로 광전자를 안내하는 자계 발생기로서 진공 챔버 외부에 위치되는 자계 발생기를 포함할 수도 있는 기판 처리 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 로딩부 및 테스팅부를 가지는 챔버를 둘러싸는 챔버 벽, 이 챔버 벽에 연결되고 챔버의 로딩부와 테스팅부 사이에서 기판 지지체를 이동시킬 수 있는 로봇 암 및 이 로봇 암에 부착된 기판 또는 시험편 지지체를 가지는 로봇 스테이지, 기판 지지체가 챔버의 테스팅부 내부에 있는 경우 기판으로부터 광전자가 방출되도록 하는 전자기 방사선을 기판 지지체 상의 기판상으로 방출하는 전자기 방사선 소스, 기판으로부터 방출된 광전자를 포착하는 분석기, 및 챔버 내부에 자계를 생성하고 기판으로부터 분석기로 광전자를 안내하는 자계 발생기로서 챔버의 테스팅부 내부에 기판 지지체가 위치되는 경우 기판 지지체 하부에 위치되는 자계 발생기를 포함할 수도 있는 반도체 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 실시형태는 챔버를 둘러싸는 챔버 벽, 반도체 기판을 지지하기 위해 챔버 내에 위치된 기판 지지체, 그 기판의 일부로부터 광전자가 방출되도록 하는 전자기 방사선을 반도체 지지체 상의 기판의 일부로 방출하는 전자기 방사선 소스, 그 기판의 일부의 재료로부터 방출된 광전자를 포착하는 분석기, 및 기판의 일부로부터 반사된 가시광을 수집하고 반도체 기판의 일부의 이미지를 포착하기 위해 챔버 벽에 연결된 카메라 서브시스템을 포함할 수도 있는 기판 처리 장치를 또한 제공한다.
본 발명의 실시형태는 챔버를 둘러싸는 챔버 벽, 기판을 지지하기 위해 챔버 내부에 위치된 기판 지지체, 기판의 일부의 재료로부터 광전자가 방출되도록 하는 전자기 방사선을 기판 지지체 상의 기판의 일부로 방출하도록 연결된 전자기 방사선 소스, 기판의 일부의 재료로부터 방출된 광전자를 포착하기 위해 챔버 벽에 연결된 분석기, 챔버 내부에서 자계를 발생시키고 광전자를 기판에서 분석기로 안내하는 자계 발생기, 및 기판의 일부에서 반사된 가시광을 수집하여 반도체 기판의 일부의 이미지를 포착하는 카메라 서브시스템을 포함할 수도 있는 기판 처리 장치를 또한 제공한다.
본 발명의 실시형태는 상부 표면을 가지는 기판을 지지하기 위한 기판 지지체, 및 기판의 일부에서 반사된 가시광을 수집하고 기판의 일부의 이미지를 포착하는 카메라 서브시스템으로서, 가시광은 기판의 일부로부터 기판 표면의 상부 표면에 실질적으로 수직하는 방향으로 전파하는, 상기 카메라 서브시스템을 포함할 수도 있는 기판 처리 장치를 또한 제공한다.
본 발명의 실시형태는 챔버를 둘러싸는 챔버 벽, 기판을 지지하기 위해 챔버 내에 위치된 기판 지지체, 반도체 기판의 일부로부터 광전자가 방출되도록 하는 전자기 방사선의 빔을 기판의 일부로 방출하도록 연결된 전자기 방사선 소스, 및 기판상의 재료로부터 방출된 광전자를 포착하도록 연결된 분석기를 포함할 수도 있는 기판 처리 장치를 또한 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 전자기 방사선 소스는, X-선와 같은 전자기 방사선을 생성하기 위해 전자를 애노드에 조사하기 위한 전자 빔을 제공하기 위한 전 자 소스, 및 기판 또는 시험편으로 방출된 전자기 방사선을 포커싱하기 위한 모노크로메이터를 포함한다. 본 발명의 실시형태에서, 전자 소스는, 전자 빔을 원하는 형상 또는 프로파일로 형상화하기 위해 팔중극자 (octopole) 또는 어퍼쳐 셔터 (aperture shutter) 와 같은 형상화 수단을 포함한다. 전자 빔은 원형, 기다란 타원형, 정사각형, 및 직사각형과 같은 원하는 프로파일로 형상화될 수 있지만 이에 한정하지 않는다. 본 발명의 일 실시형태에서, 전자 빔은 그 폭보다 1-3 배 큰 길이를 가지는 기다란 타원형 또는 직사각형으로 형상화된다. 또한, 본 발명의 일 실시형태에서, 큰 입체각을 가지는 큰 면적 모노크로메이터가 그 모노크로메이터의 수집 효율을 증가시키도록 이용된다. 큰 입체각을 가지는 큰 면적 모노크로메이터는 전자 빔 형상이 애노드상의 그 전자 빔 형상과 서로 매우 관련된 X-레이 프로파일 패턴으로 전사되도록 한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예시의 방법으로 설명된다.
도 1a 는 계측 챔버를 포함하는 반도체 기판 처리 장치의 개략 평면도이다.
도 1b, 도 1c 및 도 1d 는 도 1 에 도시된 계측 챔버의 개략 측단면도이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 계측 챔버 내 전자 소스의 측단면도이다.
도 3 은 도 2 에 도시된 전자 소스 내의 빔 셰이퍼의 도 2 의 3-3 에 따른 단면도이다.
도 4 는 도 1 에 도시된 계측 챔버 내 애노드의 사시도이다.
도 5 는 도 1 에 도시된 계측 챔버 내 포커싱 대상물의 사시도이다.
도 6 은 도 1 과 유사한 반도체 기판 처리 장치의 개략 평면도이다.
도 7 은 반도체 기판의 평면도이다.
도 8a 는 도 1c 와 유사한 계측 챔버의 개략 측단면도이다.
도 8b 는 도 3 과 유사한 빔 셰이퍼의 단면도이다.
도 8c 는 도 4 와 유사한 애노드의 사시도이다.
도 8d 는 도 7 과 유사한 반도체 기판의 평면도이다.
도 9a 는 그 이동을 나타내는 도 1 에 도시된 계측 챔버 내 반도체 기판의 평면도이다.
도 9b 는 도 3 및 도 8b 와 유사한 빔 셰이퍼의 단면도이다.
도 9c 는 도 4 및 도 8c 와 유사한 애노드의 사시도이다.
도 9d 는 도 7 및 도 8d 와 유사한 반도체 기판의 평면도이다.
도 10a 내지 도 10c 는 도 1 에 도시된 계측 챔버의 개략 측단면도이다.
이하의 상세한 설명에서, 본 발명의 다양한 양태가 설명되고, 다양한 세부사항이 본 발명의 전반적인 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 본 발명이 본 발명의 몇몇 양태만으로 또는 모든 양태를 통해서 실행될 수도 있고, 본 발명이 특정 세부사항 없이도 실행될 수도 있다는 것이 당업자에게는 명백하다. 다른 예에서, 주지된 특징에 대해서는 본 발명을 모호하게 하지 않도록 생략 또는 간략화된다.
도 1a 내지 도 10c 는 단지 예시이고, 일정한 비율로 도시되지 않았을 수도 있다는 것을 이해해야만 한다.
본 발명의 일 실시형태는 당업계에 "계측 툴" 로서 알려진 것을 제공한다. 계측 툴은 로딩부와 테스팅부를 가지고 진공 챔버를 둘러싸는 로드-락 챔버 및 계측 챔버를 포함할 수도 있다. 로봇 스테이지는 계측 챔버의 로딩부 내에 위치하여 반도체 기판을 로드-락 챔버에서 계측 챔버의 테스팅부로 이송할 수도 있다. 또한, 계측 툴은 계측 챔버의 테스팅부 하부 및 진공 챔버의 외부에 위치된 자기 렌즈를 포함할 수도 있다.
또한, 계측 툴은, 전자기 방사선의 빔을 특정 형상 및 크기의 기판상의 피쳐로 방출할 수 있는 전자기 방사선 소스를 포함할 수도 있다. 또한, 계측 툴은, 전자기 방사선을 피쳐상으로 직접 지향시키면서 기판에 대해 법선 (즉, 수직) 의 각도에서 기판상의 피쳐를 관찰할 수 있는 관찰, 또는 카메라, 서브시스템을 포함할 수도 있다.
또한, 계측 툴은 피쳐로부터 방출된 광전자를 포착 및 분석하여 피쳐의 구성을 결정하는 분석기를 포함할 수도 있다.
도 1a 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 기판 처리 시스템, 또는 계측 툴 (20) 을 도시한다. 계측 툴 (20) 은 프레임 (22), 웨이퍼 카세트 (24), 이송 서브시스템 (26), 로드-락 챔버 (28), 챔버 벽 (38) 에 의해 둘러싸인 계측 챔버 (30), 및 컴퓨터 제어 콘솔 (32) 을 포함할 수도 있다. 프레임 (22) 은 그 제 1 단부에 부착된 웨이퍼 카세트 (14) 를 가지는 실질적으로 정사각형일 수도 있다. 이송 서브시스템 (26) 은 카세트 (24) 에 인접하여 놓여있을 수도 있다.
웨이퍼 카세트 (24) 는 프레임 (22) 의 일 단부에 놓여있을 수도 있고, FOUP (Front Opening Unified Pod) 일 수도 있는 것으로, 당업계에서 일반적으로 이해된다. 카세트 (24) 는, 예를 들어, 200 또는 300 밀리미터의 직경을 가지는 웨이퍼와 같은 복수의 반도체 기판을 유지하도록 크기가 정해지고 형상화될 수도 있다.
이송 서브시스템 (26) 은 이송 트랙 (34) 및 이송 메커니즘 (36) 을 포함할 수도 있다. 이송 트랙 (34) 은 프레임 (22) 에 연결될 수도 있고, 웨이퍼 카세트 (24) 가까이에 프레임 (22) 의 양측들 사이에서 연장할 수도 있다. 이송 메커니즘 (36) 은, 예를 들어, 200 또는 300 밀리미터의 직경을 가지는 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 지지할 수도 있고, 각 카세트 (24) 와 로드-락 챔버 (28) 사이에서 기판을 이송할 수도 있다.
로드-락 챔버 (28) 는 이송 서브시스템 (26) 과 계측 챔버 (30) 사이의 프레임 (22) 에 연결될 수도 있다. 당업계에서 일반적으로 이해되는 바와 같이, 로드-락 챔버 (28) 는 이송 서브시스템 (26) 에 인접하는 제 1 도어 및 계측 챔버 (30) 에 인접하는 제 2 도어를 포함할 수도 있다. 양 도어들은 계측 챔버 (30) 로부터 이송 서브시스템 (26) 을 밀폐시켜 밀봉할 수도 있다.
도 1b 와 조합하여 도 1a 를 참조하여, 계측 챔버 (30) 는 로봇 스테이지 (40), 전자기 방사선 소스 서브시스템 (42), 관찰, 또는 카메라, 서브시스템 (44), 자기 렌즈 (46), 및 계측 분석기 (48) 를 포함한다. 챔버 벽 (38) 은, 상부에서 관찰할 때 도 1a 에 도시된 "모래시계 (hourglass)" 형상을 가지는 내측 표면을 가질 수도 있다. 챔버 벽 (38) 의 내측 표면은 계측 챔버 (30) 를 제 1 부분 (52) 및 제 2 부분 (54) 으로 분할할 수도 있다. 도시된 바와 같이, 제 1 부분 (52) 은 제 2 부분 (54) 보다 로드-락 챔버 (28) 에 더욱 가까이에 위치될 수도 있다. 또한, 계측 챔버 (30) 는 도 1b 에 개략적으로 도시된 바와 같은 진공 챔버 (50) 를 형성하기 위해 밀폐시켜 밀봉될 수도 있다.
로봇 스테이지 (40) 는 계측 챔버 (30) 의 제 1 부분 (52) 내에 놓일 수도 있고, 챔버 벽 (38) 에 직접적으로 연결될 수도 있다. 로봇 스테이지 (40) 는 베이스 (56), 로봇 암 (58), 및 기판 지지체 (60) 를 포함할 수도 있다. 로봇 암 (58) 은 베이스 (56) 에 회전가능하게 연결될 수도 있고, 베이스 (56) 에 직접적으로 부착된 제 1 세그먼트 (62) 및 제 1 세그먼트 (62) 의 단부에 부착된 제 2 세그먼트 (64) 를 포함할 수도 있다. 기판 지지체 (60), 또는 "블레이드" 는 제 1 세그먼트 (62) 에 대향하는 단부의 로봇 암 (58) 의 제 2 세그먼트 (64) 에 연결될 수도 있다. 로봇 암 (58) 의 구조에 의해 지시된 바와 같이, 로봇 암 (58) 은 계측 챔버 (30) 의 제 1 부분 (52) 을 통해서 연장하는 적어도 하나의 회전축에 의해 극 좌표계 (R, θ) 에서 기판 지지체 (60) 를 이동시킬 수도 있다. 추가적으로, 로봇 암 (58) 은 계측 챔버 (30) 내에서 기판 지지체 (60) 를 수직으로 (z-운행) 이동시킬 수도 있다. 기판 지지체 (60) 는, 예를 들어, 200 또는 300 밀리미터의 직경을 가지는 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 지지하도록 크기가 정해지고 형상화될 수도 있다. 로봇 스테이지 (40) 는, 기판 지지체 (60) 를 계측 챔버 (30) 의 제 2 부분 (54) 뿐만 아니라 로드-락 챔버 (28) 로 연장할 수도 있다.
로봇 스테이지 (40) 의 베이스 (56) 의 위치 (즉, 계측 챔버 (30) 의 제 1 부분 (52) 내부) 때문에, 로봇 암 (58) 이 기판 지지체 (60) 를 계측 챔버 (30) 의 제 2 부분 (54) 으로 연장할 때, 어떠한 로봇 스테이지 (40) 의 컴포넌트도 기판 지지체 (60) 하부에 위치되지 않는다는 것을 이해해야만 한다.
도 1b 에 특히 도시되어 있는 바와 같이, 계측 챔버 (30) 내의 모든 컴포넌트는, 로봇 스테이지 (40) 의 베이스 (56) 및 자기 렌즈 (46) 모두가 진공 챔버 (50) 하부에 위치될 수도 있는 점을 제외하고는, 진공 챔버 (50) 내부에 위치될 수도 있다.
도 1b 를 또한 참조하여, 상세하게 설명되지는 않았지만, 자기 렌즈 (46), 또는 자계 발생기는 챔버 벽 (38) 에 연결될 수도 있고, 계측 챔버 (30) 의 제 2 부분 (54) 하부에 위치될 수도 있다. 자기 렌즈는 기판 또는 시험편으로부터 방출된 전자를 분석기 (48) 로 포커싱하기 위해 활용된다. 자기 렌즈는 자계를 발생시키고, 중앙축 (99) 에 대한 회전 대칭을 가진다. 자기 렌즈 (46) 는, 코일을 포함할 수도 있고, 계측 챔버 (30) 내에서 자계를 발생시킬 수도 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 자기 렌즈는 종종 "스노클 렌즈 (snorkel lens)" 로서 지칭되는 단일 극 피스 렌즈 (single pole piece lens) 이다.
도 1c 는 전자기 방사선 소스 서브시스템 (42) 및 관찰 서브시스템 (44) 을 매우 상세하세 설명한다. 전자기 방사선 소스 서브시스템 (42) 은 전자 소스 (66), 애노드 (68), 및 모노크로메이터 (70) 를 포함할 수도 있다.
도 2 및 도 3 을 먼저 보면, 전자 소스 (66) 는 모두 케이싱 (76) 내부에 유 지되어 있는 전자총 (72) 및 전자 셰이퍼 (74) 를 포함할 수도 있다. 단면에서, 케이싱 (76) 은 그 제 1 단부에 장착된 전자총 (72) 을 가지며 실질적으로 직사각형일 수도 있다. 케이싱 (76) 은 전자총 (72) 에 대향하는 단부를 관통하는 개구 (78) 를 가질 수도 있다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 전자총 (72) 은 케이싱 (76) 내의 개구 (78) 를 관통하는 중심축 (80) 을 가질 수도 있다.
도 3 은 빔 셰이퍼 (74) 를 매우 상세하게 도시한다. 단면에서, 빔 셰이퍼 (74) 는 실질적으로 원형이고, 복수의 극 (82) 을 포함하고, 빔 셰이퍼를 관통하여 연장하는 빔 셰이퍼 개구 (84) 를 가질 수도 있다. 도 3 에 도시된 예에서, 빔 셰이퍼 (74) 는 빔 셰이퍼 개구 (84) 주위에 등간격으로 위치된 8 개의 극 (82) 을 가질 수도 있다. 도 2 에 도시된 전자총 (72) 의 중심축 (80) 은 빔 셰이퍼 개구 (84) 를 관통하여 연장할 수도 있다. 당업계에서 일반적으로 이해되는 바와 같이, 극 (82) 은, 양 또는 음 전하 모두를 보유할 수 있는 각각의 극 (82) 을 가지는 빔 셰이퍼 (74) 내에서 "팔중극자" 를 형성할 수도 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 빔을 형성하기 위해 "팔중극자" 를 이용하는 대신에, 개구 또는 셔터가 전자 빔의 형상을 기계적으로 변화시키고 제어하기 위해 이용될 수 있다.
도 4 는 애노드 (68) 를 매우 상세하게 도시한다. 애노드 (68) 는 그 상부 측면 상에 타겟 표면 (86) 을 가지는 실질적으로 정사각형일 수도 있고, 예를 들어, 알루미늄으로 이루어져 있을 수도 있다. 상세하게 설명되지 않았지만, 애노드 (68) 는, x/y/z 좌표계 내에서 이동할 수 있도록 계측 챔버 (30) 내의 챔버 바디 (22) 에 이동가능하게 연결될 수도 있다.
도 1c 를 다시 참조하여, 관찰 서브시스템 (44) 은 카메라 (88), 조명기 (90), 및 반사 서브시스템 (92) 을 포함할 수도 있다. 반사 서브시스템 (92) 은 부분 반사기 (94), 포커싱 대상물 (96), 및 편향 또는 터닝 미러 (98) 를 포함할 수도 있다. 카메라 (88) 는 부분 반사기 (94) 의 일직선상 위에 위치되고, 부분 반사기 (94) 의 중심부에 지향 또는 목표로 될 수도 있다. 조명기 (90) 는 부분 반사기 (94) 의 측면에 위치된 광학 광원일 수도 있고, 부분 반사기 (94) 의 중심부에 지향 또는 목표로 될 수도 있다. 포커싱 대상물 (96) 은 조명기 (90) 에 대향하는 부분 반사기 (94) 의 측에 위치될 수도 있다. 편향 미러 (98) 는 부분 반사기 (94) 에 대향하는 포커싱 대상물 (96) 의 측에 위치되고, 자기 렌즈 (46) 의 일직선상 위에 위치될 수도 있다. 편향 미러 (98) 는 중심부에서 관통하는 개구를 가지는 실질적으로 원형일 수도 있다. 도 1c 에 도시된 바와 같이, 자기 렌즈 (46) 의 중심축 (99) 은 주요 미러 (98) 의 개구를 통과할 수도 있다. 중심축 (99) 은, 자기 렌즈 (46) 에 의해 발생된 자계가 회전 대칭을 가지는 축으로서 정의될 수도 있다.
도 1c 를 참조하여, 도 5 와 조합되어, 포커싱 대상물 (96) 은 렌즈 (100), 주요 미러 (102), 및 보조 미러 (106) 를 포함할 수도 있다. 도 5 를 구체적으로 참조하여, 렌즈 (100), 주요 미러 (102), 및 보조 미러 (106) 는 실질적으로 원형이고 공통축에 대해서 중심을 두고 있을 수도 있다. 이하, 도 1c 및 도 5 모두를 참조하여, 주요 미러 (102) 는 그 중심부에서 개구 및 오목 반사 표면 (104) 을 가질 수도 있다. 도 1c 에 상세하게 도시되어 있는 바와 같이, 보조 미러 (106) 는 볼록 반사 표면 (108) 을 가질 수도 있다.
관찰 서브시스템 (44) , 및 그 모든 컴포넌트들은 임의의 이동하는 기계적 부품을 가질 수도 있고, 고정된 위치에서 챔버 벽 (38) 에 연결될 수도 있다.
도 1d 에 도시된 바와 같이, 계측 챔버 (30) 는 챔버 벽 (38) 에 고정적으로 부착된 레이저 (112), 레이저 검출기 (114), 및 렌즈의 어레이 (116) 를 포함하는 기판 높이 검출 서브시스템 (110) 을 또한 포함할 수도 있다. 레이저 (112) 및 레이저 검출기 (114) 는 계측 분석기 (48) 의 대향측들에 위치될 수도 있고, 자기 렌즈 (46) 의 중심축 (99) 을 향하고 있을 수도 있다.
이와 유사하게, 도 4 에 도시된 바와 같이, 애노드 (68) 는, 애노드 (68) 의 높이를 결정하고 정밀하게 제어하기 위해 레이저 (212), 레이저 검출기 (214) 및 렌즈의 어레이 (216) 를 포함하는 애노드 높이 검출 서브시스템 (210) 을 포함할 수도 있다. 레이저 (212) 및 레이저 검출기 (214) 는 챔버 벽 (38) 에 단단하게 부착될 수도 있고, 애노드 (68) 상의 모노크로메이터 (70) 의 초점에서 관측될 수도 있다.
도 1b 를 다시 참조하여, 계측 분석기 (48) 는, 자기 렌즈 (46) 일직선상 위에 위치되고 자기 렌즈 (46) 의 중심축 (99) 이 통과하도록 위치된 어퍼쳐를 포함할 수도 있다. 상세하게 도시되어 있지 않지만, 당업계에서 일반적으로 이해되는 바와 같이, 계측 분석기 (48) 는 검출기 및 전자 분광계 또는 반구형 분석기를 또한 포함할 수도 있다.
상세하세 도시되어 있지 않지만, 계측 툴의 모든 컴포넌트는 프레임에 연결될 수도 있고, 다양한 액추에이터 및 전력 공급원을 포함하여 후술되는 다양한 기능들을 수행할 수도 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 전기 신호 및 전력은 폴리이미드 플렉스 회로 (polyimide flex circuit) 와 같은 플렉스 케이블을 이용하여 진공 챔버 내의 다양한 컴포넌트들로 그리고 이들 사이로 전달된다.
도 1a 를 다시 참조하여, 당업계에 일반적으로 이해되는 바와 같이, 컴퓨터 제어 콘솔 (32) 은 명령 세트를 저장하기 위한 메모리 및 이 명령을 실행하기 위해 그 메모리에 접속된 프로세서를 가지는 컴퓨터의 형태일 수도 있다. 컴퓨터 제어 콘솔 (32) 내에 저장된 명령은 방법 및 프로세스뿐만 아니라 다양한 알고리즘을 포함하여 기판 이동 및 교정을 위한 방법 및 프로세스, 및 후술하는 계측 툴 (20) 의 동작을 수행할 수도 있다. 명령은 "패턴 인식" 소프트웨어 및 데카르트 (Cartesian) 와 극 좌표들 사이의 해석을 위한 소프트웨어가 되는 것으로 일반적으로 이해되는 것을 더 포함할 수도 있다. 또한, 명령은, 농도를 포함하는, 기판의 다양한 층의 구성을 결정하기 위해 계측 툴 (20) 의 컴포넌트를 이용할 뿐만 아니라, 다양한 층의 두께 및 그 층 내의 상이한 화학 종 (chemical species) 의 프로파일, 깊이 분할 및 깊이 분할 중심을 결정하기 위한 분석 소프트웨어를 포함할 수도 있다.
컴퓨터 제어 콘솔 (32) 은 이송 서브시스템 (26), 로드-락 챔버 (28), 및 계측 챔버 (30) 뿐만 아니라 계측 챔버 (30) 내의 모든 컴포넌트에 전기적으로 연결될 수도 있다.
사용시에, 도 6 에 도시된 바와 같이, 기판 (118) 은 기판 또는 웨이퍼 카세트 (24) 중 하나에 삽입될 수도 있다. 본 발명의 목적을 위한 기판은, 광전자 분광학이 장치 (20) 내에서 수행되는 임의의 샘플, 시험편, 또는 물품이다. 기판은 반도체 웨이퍼, 예를 들어, 집적 회로, 포토마스크, 플랫 패널 디스플레이 또는 광학 컴포넌트의 제조에 이용되는, 실리콘 단결정 기판, 실리콘-온-절연체 기판, 또는 다른 유형의 기판을 포함하지만 이에 한정하는 것은 아니다. 추가적으로, 기판은, 하나 이상의 얇은 필름 또는 얇은 층, 예를 들어, 금속층, 반도체 층, 및 예를 들어, 게이트 유전체 층, 게이트 전극, 배리어 층, 인터커넥트, 콘택트, 패시베이션 층, 및 마이크로-머신과 같지만 이에 한정하지 않는, 피쳐를 제조하는데 사용되는 유전체 층을 포함할 수도 있다. 본 발명의 특정 실시형태에서, 기판은, 그 상부에 형성된 하프늄 산화물 또는 알루미늄 산화물과 같은 금속 산화물 유전체 또는 실리콘 질산화물 유전체 등의 게이트 유전체층을 가지는 단결정 실리콘 웨이퍼이다. 본 발명의 일 실시형태에서, 장치 (20) 는 게이트 유전체층의 두께, 구성, 및 도펀트 프로파일을 결정하도록 이용된다. 이송 메커니즘 (36) 은 카세트 (24) 로부터 기판 (118) 을 회수할 수도 있고, 기판 (118) 을 로드-락 챔버 (28) 로 이송할 수도 있다. 다음으로, 로봇 스테이지 (40) 는 로드-락 챔버로부터 기판 (118) 을 회수할 수도 있고, 계측 챔버 (30) 의 제 1 부분, 또는 로딩부 (52) 로부터 계측 챔버 (30) 의 제 2 부분, 또는 테스팅부 (54) 로 기판 (118) 을 운반할 수도 있다.
도 7 은 기판 (118) 을 더욱 상세하게 도시한다. 당업계에서 통상적으로 이해되는 바와 같이, 기판 (118) 은, 예를 들어, 200 또는 300 밀리미터의 직경을 가지는 반도체 웨이퍼일 수도 있다. 기판 (118) 은 그 상부에 형성되고 다수의 다이들 사이에서 분할된 복수의 집적 회로 (120) 를 가질 수도 있다. 집적 회로 (120) 의 형성은 단지 부분적으로만 완료될 수도 있다. 당업계에서 통상적으로 이해되는 바와 같이, 기판 (118) 은 집적 회로 (120) 들 사이에 위치된 복수의 계측 패드 (122) 를 포함할 수도 있다. 계측 패드 (122) 는, 예를 들어, 120 미크론 × 50 미크론의 치수를 가지는 실질적으로는 직사각형일 수도 있다. 다른 변보다 큰 변을 가지는 직사각형 계측 패드는, 이들이 생산품 다이들 사이에 "스크라이브 라인 (scribe line)" 에 큰 면적 패드를 배치시킬 수 있기 때문에, 이상적이다. 큰 면적 패드는 테스팅 도중에 계측 패드로부터 추출되는 전자수의 증가를 가능하게 하여, 이에 따라, 기판 표면에 대한 더욱 많은 정보를 제공한다. 집적 회로 (120) 및 계측 패드 (122) 는 기판 (118) 의 상부 표면 (124) 상에 형성될 수도 있다.
도 8a 와 조합하여 도 6 에 도시된 바와 같이, 자기 렌즈 (46) 와 계측 분석기 (48) 가 기판 지지체 (60) 의 대향측들에 있도록, 로봇 스테이지는 자기 렌즈 (46) 와 편향 미러 (98) 사이에 기판 (118) 을 위치시킬 수도 있다. 컴퓨터 제어 콘솔 (32) 은, 로봇 암 (58) 이 이동할 때, 기판 지지체 (60), 로봇 암 (58) 의 제 1 세그먼트 (62), 및 로봇 암 (58) 의 제 2 세그먼트 (64) 가 챔버 벽 (38) 에 접촉되지 않도록 하는 방법으로 로봇 스테이지 (40) 를 제어할 수도 있다. 도 8a 에 구체적으로 도시되는 바와 같이, 로봇 스테이지 (40) 는 편향 미러 (98) 와 자기 렌즈 (46) 사이에 기판 (118) 을 위치시킬 수도 있다.
기판 지지체 (60) 가 계측 챔버 (30) 의 제 2 부분 (54) 내부에 기판 (118) 을 유지하는 경우, 로봇 스테이지 (40) 의 베이스 (56) 가 계측 챔버 (30) 의 제 1 부분 (52) 내에 위치되고 자기 렌즈 (46) 의 위치 지정을 방해하지 않기 때문에, 기판 지지체 (60) 와 자기 렌즈 (46) 사이의 거리는 특히 작을 수도 있다는 것이 명시된다. 자기 렌즈 (46) 의 상부 표면과 기판 지지체 (60) 의 하부 표면 사이의 거리는 5 밀리미터 미만, 예를 들어, 2 와 4 밀리미터 사이일 수도 있다. 추가적으로, 기판 (118) 의 상부 표면 (124) 과 자기 렌즈 (46) 의 거리는 8 밀리미터 미만일 수도 있다.
도 8a 를 더 참조하여, 도 7 에 도시된 계측 패드 (122) 중 특정 하나의 패드가 자기 렌즈 (46) 의 중심축 (99) (즉, 제 1 테스팅 위치) 에 의해 교차되도록, 로봇 스테이지 (40) 는 기판 (118) 을 위치시킬 수도 있다. 기판 (118) 이 적절하게 위치된다는 것을 증명하기 위해, 도 1a 에 도시된 컴퓨터 제어 콘솔은 도 8a 에 도시된 것과 같은 관찰 서브시스템 (44) 을 이용할 수도 있다.
도 5 및 도 8a 를 참조하여, 광학 광은 조명기 (90) 에 의해 부분 반사기 (94) 를 지나 포커싱 대상물 (96) 로 지향될 수도 있다. 이 광은 렌즈 (100) 및 주요 미러 (102) 내의 개구를 통과한다. 다음으로, 이 광은 주요 미러 (102) 를 다시 향해서 보조 미러 (106) 의 반사 표면 (108) 에서부터 반사될 수도 있다. 주요 미러의 오목 반사 표면 (104) 은 도 8a 에 도시된 편향 미러 (98) 를 향해서 보조 미러의 외부 에지 주위에 그 광을 반사시킬 수도 있다.
그 후, 그 광은 자기 렌즈 (46) 의 중심축 (99) 에 의해 교차된, 기판의 일부 (즉, 제 1 테스팅 위치에서 특정 계측 패드 (122)) 상으로 편향 미러 (98) 에 의해 반사될 수도 있다. 기판 (118) 상으로 편향 미러 (98) 에 반사되는 광은 자기 렌즈 (46) 의 중심축 (99) 과 동축인 중심축을 가지는 번들내에 고려될 수도 있다. 그 후, 그 광은 기판 (118) 에서부터 반사 시스템 (92) 을 다시 지나서 카메라 (88) 로 반사될 수도 있다. 전술한 패턴 인식 소프트웨어를 이용하여, 도 1a 에 도시된 컴퓨터 제어 콘솔 (32) 은, 도 7 에 도시된 것과 같은 계측 패드 (122) 가 테스팅 위치에 적절하게 위치되어 있는지의 여부를 결정할 수도 있다.
관찰 서브시스템 (44) 은 테스팅이 진행되는 동안 기판 (118) 상에서 법선 각도로 또는 바로 일직선상 하향으로 테스팅되는 기판 (118) 의 부분을 관찰할 수 있다.
도 8a 를 다시 참조하여, 전자기 방사선 소스 서브시스템 (42) 은 x-레이를 기판 (118) 상으로 지향시키도록 활성화될 수도 있다. 이하, 도 2 를 참조하여, 전자 소스 (66) 내의 전자총 (72) 은 전자 빔 (126) 을 빔 셰이퍼 (74) 를 통과하여 개구 (78) 를 통해 케이싱 (76) 외부로 방출하도록 활성화될 수도 있다.
도 8b 는, 전자 빔 (126) 이 통과하는 빔 셰이퍼 (74) 를 도시한다. 특정 전계가 빔 셰이퍼 개구 (84) 내에서 발생되도록, 다양한 양의 및 음의 전하가 빔 셰이퍼 내의 극 (82) 으로 인가될 수도 있다. 도 8b 에 상세하게 도시된 바와 같이, 전자 빔 (126) 이 빔 셰이퍼 개구 (84) 를 통과함에 따라, 빔 (126) 이 특정 방향으로 형상화되고, 또는 디포커싱될 수도 있다. 도시된 예에서, 빔 (126) 은 길이 (128) 및 폭 (130) 을 가지는 실질적으로 직사각형 단면, 또는 형상을 가지도록 형상화된다. 길이 (128) 는 제 1 길이 방향 (132) 으로 실질적으로 연장할 수도 있고, 폭 (130) 은 제 1 폭 방향 (134) 으로 실질적으로 연장할 수도 있다. 도 8a 를 다시 한번 참조하여, 빔은 전자 소스 (66) 를 떠날 수도 있고, 애노드 (68) 상으로 지향될 수도 있다.
도 8c 는 도 8b 에 도시된 전자 빔 (126) 이 애노드 타겟 표면 (86) 을 충돌하는 애노드 (68) 를 도시한다. 도시된 바와 같이, 빔 (126) 은, 제 1 길이 방향 (132) 에서 연장하는 길이 (128) 및 제 1 폭 방향 (134) 에서 연장하는 폭 (130) 을 가지는 실질적으로 직사각형 형상을 가질 수도 있다. 애노드의 타겟 표면에서, 상세하게 설명되지 않았지만, 예를 들어, 빔 (126) 의 길이 (128) 는 대략 84 미크론일 수도 있고, 빔 (126) 의 폭은 대략 45 미크론일 수도 있다. 빔의 전력은, 예를 들어, 100 와트 초과, 예를 들어, 대략 200 와트일 수도 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 전자 빔은 1:1 초과, 바람직하게는 2:1 초과, 몇몇 실시형태에서는 3:1 초과의 애스펙트 비 (길이:폭) 를 가지는 기다란 전자 빔 프로파일을 생성하도록 형상화된다. 본 발명의 일 실시형태에서, 20 과 200 미크론 사이의 길이 및 20 과 200 미크론 사이의 폭을 가지는 전자 빔 프로파일이 형성된다. 추가적으로, 본 발명의 일 실시형태에서, 전자 빔의 전력은 4 와 200 와트 사이이다. 당업계에서 일반적으로 이해되는 바와 같이, 애노드 (68) 에 충돌하는 전자는 x-레이가 애노드 (68) 의 재료로부터 방출되도록 할 수도 있다. 애노드는 손상되지 않고 면적당 특정 전자 빔 전력 레벨만을 견뎌낼 수 있다는 것이 이해된다. 기다란 빔을 형성하고 빔의 면적을 증가시킴으로써, 더욱 높은 전력이 이 빔 내에 위치될 수 있고, 이에 따라, 애노드를 손상시키지 않고 더욱 많은 X-레이를 생성하도록 할 수 있다. 전자 빔의 면적을 2 배로 하는 것은 애노드를 손상시키지 않고 2 배의 전력을 애노드로 인가하는 것을 가능하게 한다.
도 8a 를 다시 참조하여, x-레이 빔 (127) 은 애노드 (68) 로부터 모노크로메이터 (70) 로 전파할 수도 있고, 이는 기판 (118) 을 향해서 x-레이의 선택된 주파수만을 재지향 및 포커싱한다.
도 8d 는, x-레이 빔 (127) 이 그 상부 표면 (124) 에 충돌하는 기판 (118) 을 도시한다. 도시된 바와 같이, X-레이 빔 (127) 은, 애노드 (68) 상의 전자 빔의 형상, 크기 및 배향과 상대적 형상 및 배향으로 동일한 기판 (118) 상에 유지할 수도 있다. 그러나, x-레이 빔 (127) 은 전자 빔 (126) 보다 약간 큰 크기를 취할 수도 있다. 큰 수집각을 가지는 큰 영역의 모노크로메이터의 이용은 기판 (118) 상의 X-레이 빔 (127) 의 형상을 애노드 (68) 상의 전자 빔 (126) 의 형상 및 배향과 큰 상관관계를 가지도록 할 수 있다. 본 발명이 일 실시형태에서, X-레이 빔은 적어도 1:1, 바람직하게는 2:1 초과, 몇몇 실시형태에서는 3:1 초과의 애스펙트 비 (길이:폭) 를 가지는 기다란 타원형 또는 직사각형 형상을 가진다. 특정 실시형태에서, X-레이 빔 (127) 은, 계측 패드 (122) 의 치수와 매칭시키기 위해 100 미크론 초과, 특히 도시된 예에서는 대략 110 미크론의 길이 및 대략 40 미크론의 폭을 가질 수도 있다.
설명의 목적으로, 전자 빔 (126) 과 X-레이 빔 (127) 이 몇몇 표면으로 지향 된다는 사실에도 불구하고, 빔에 의해 형성된 이미지는 제 1 길이 방향 (132) 에서 연장하는 길이 및 제 1 폭 방향 (134) 에서 연장하는 폭을 가지는 것으로 고려될 수도 있다.
당업계에서 일반적으로 이해되는 바와 같이, 도 1b 와 조합하여 도 8a 를 참조하여, x-레이 (127) 가 기판 (118) 상의 재료에 충돌함에 따라, 원자 레벨에서, 계측 패드 (122) 상의 재료내의 전자가 활성화될 수도 있고, 기판 (118) 상의 계측 패드 상에서 재료내의 원자의 각 궤도로부터 추방될 수도 있다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 자기 렌즈 (46) 는 계측 챔버 (30) 내의 자계를 발생시키도록 활성화될 수도 있고, 자기 렌즈 (46) 의 중심축 (99) 주위의 회전 대칭을 가진다. 따라서, 전자 또는 광전자 (200) 는 자계에 의해 중심축 (99) 을 따라서 상부를 향해 직접적으로 안내될 수도 있고, 편향 미러 (98) 내의 개구를 통과할 수도 있고, 계측 분석기 (48) 의 반구형 분석기 또는 전자 분광계의 검출기 및 어퍼쳐로 입사할 수도 있다. 광전자가 기판 (118) 에서 분석기 (48) 로 전파함에 따라서, 광전자는, 가시광의 번들의 중심축 및 자기 렌즈 (46) 의 중심축 (99) 과 동축인 중심축을 가지는 번들내에 배열될 수도 있다. 따라서, 관찰 서브시스템 (44) 으로부터의 가시광이 기판 (118) 상으로 전파하는 방향은, 광전자가 기판 (118) 에서 분석기 (48) 로 전파하는 방향에 대해 실질적으로 평행할 수도 있다.
기판 (118) 에 대한 자기 렌즈 (46) 의 근접성 때문에, 광전자를 안내하는 자계의 효율성이 최대화된다는 것이 명시된다. 추가적으로, 도 1b 에 도시된 바와 같이, 자기 렌즈가 진공 챔버 (50) 내에 위치하지 않기 때문에, 자기 렌즈는 임의의 유지관리를 요구하는 경우, 자기 렌즈 (46) 는 진공 챔버 내의 컴포넌트를 외부 공기에 노출시키지 않고 접근될 수도 있다.
전자 분광계 또는 반구형의 분석기는 전자의 운동 에너지, 또는 속도에 기초하여 기판 (118) 상의 계측 패드상의 재료의 구성을 결정할 수도 있다.
또한, 사전 언급된 바와 같이, 계측 툴 (20) 은 다양한 층의 두께 및 기판 (118) 상의 층 내부의 상이한 화학 종의 프로파일, 분포 및 깊이 분포 중심을 또한 결정할 수도 있다.
도 8a 및 도 9a 에 도시된 바와 같이, 기판 지지체 (60) 는 그 후 자기 렌즈 (46) 의 중심축 (99) 위에 (즉, 제 2 테스팅 위치) 다른 계측 패드 (122) 를 위치시키도록 이동될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 로봇 스테이지 (40) 의 구조 때문에, 기판 지지체 (60) 는 극 좌표계 (R,θ) 에서 기판 (118) 을 이동시킬 수도 있다. 따라서, 기판 (118) 이 상이한 계측 패드 (122) 를 테스팅하기 위해 이동되는 경우, 계측 패드 (122) 가 제 1 테스팅 위치와 비교할 때 계측 챔버 (30) 의 나머지에 대해 상이하게 배향되도록, 기판 (118) 은 회전을 경험할 수도 있다.
도 8a 를 다시 참조하여, 전자 소스 (66) 는 애노드 (68) 로 전자를 지향하도록 활성화될 수도 있다.
도 9b 는, 기판 (118) 이 도 9a 에 도시된 바와 같이 배향됨에 따른 전자 소스 (66) 내의 빔 셰이퍼 (74) 를 도시한다. 도 9b 에 도시된 바와 같이, 기판의 회전된 배향에 매칭시키기 위해, 상이한 자계가 극 (82) 에 의해 생성될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 빔 (126) 은 형상이 실질적으로 직사각형일 수도 있지만, 빔 (126) 의 길이 (128) 및 폭 (130) 은 도 8b 에 도시된 빔 (126) 에 대해 회전될 수도 있다. 도 9b 에 도시된 바와 같이, 길이 (128) 는 제 2 길이 방향 (136) 에서 연장할 수도 있고, 폭 (130) 은 제 2 폭 방향 (138) 에서 연장할 수도 있다.
도 9c 는, 도 9b 에 도시된 빔 (126) 이 애노드 타겟 표면 (86) 에 충돌함에 따른 애노드 (68) 를 도시한다. 도시된 바와 같이, 애노드 타겟 표면 (86) 상에 표시된 것과 같은 빔 (126) 은 도 8c 에 도시된 애노드 타겟 표면 (86) 상의 빔 (126) 에 대해 회전되었을 수도 있다.
추가적으로, 애노드 (68) 상의 "신규의 (fresh)" 재료를 노출시키기 위해, 애노드 (68) 의 타겟 표면 (86) 의 제 2 부분이 빔 (126) 과 충돌될 수도 있도록, 애노드 (68) 는 x/y 평면에서 이동할 수도 있다. 따라서, 애노드 (68) 로부터 전파하는 x-레이의 수는 최대화될 수도 있다. 빔과 충돌된 애노드의 제 2 부분은 빔 (126) 이 처음 충돌한 부분을 적어도 부분적으로 오버래핑할 수도 있다.
전술한, 도 8a 에 도시된 바와 같이, x-레이 (127) 는 애노드 (68) 로부터 전파될 수도 있고, 모노크로메이터 (70) 에 의해 기판 (118) 상으로 재지향될 수도 있다. 도 9d 는, 빔 (127) 이 그 상부 표면 (124) 에 충돌함에 따른, 도 9a 에 도시된 각을 이루는 배향으로 기판 (118) 을 도시한다. 도시된 바와 같이, 빔 (127) 은 계측 패드 (122) 의 각을 이루는 배향을 매칭시키기 위해 회전되었다. 따라서, 계측 패드 (122) 가 회전된 사실에도 불구하고, 빔 (127) 은 전체 계측 패드 (122) 를 실질적으로 커버할 수 있다.
도 1b 와 조합하여 도 8a 를 다시 참조하여, 전자는 계측 패드 (122) 상의 재료에 의해 방출되어 주요 미러 (98) 의 개구를 통과하여, 전술한 바와 같이 계측 분석기 (48) 로 향할 수도 있다.
전술한 전자 빔의 회전, 또는 형상화, 특징은 기판이 테스팅될 수도 있는 속도, 특히 로봇 스테이지가 극 좌표계에서 기판을 이동시킬 때의 속도를 증가시킨다. 테스팅의 효율성 및 정확도는, 기판에 충돌하는 x-레이의 수뿐만 아니라 계측 분석기에 의해 수집되는 광전자의 수가 최대화됨에 따라서, 애노드의 타겟 표면상의 전자 빔을 이동시킴으로써 또한 개선된다.
추가적으로, 빔 형상화 및 관찰 시스템의 조합이 테스팅 기판 (118) 에 대한 스테이지로서 로봇 (40) 을 이용할 때 기판 (118) 의 표면에 걸친 계측 타겟의 고속 및 정확한 획득을 가능하게 한다는 것이 이해된다. 기판 (118) 상의 다양한 계측 패드 (122) 의 위치는 컴퓨터 (32) 로 사전 프로그래밍된다. 다음으로, 컴퓨터는 기판 지지체 (60) 의 이동을 지시하여 분석 빔 위치 하부에 계측 패드 (122) 를 위치시킨다. 그러나, 기판이 지지체 상에서 잘못 배치되어 "중심을 벗어나는 (off centered)" 결과를 초래할 수도 있기 때문에, 계측 패드의 정확한 위치가 알려지지 않을 수도 있다. 추가적으로, 로봇 스테이지의 이동은, 약간 예측불가능할 수도 있고 기판의 정확한 위치가 알려지지 않을 수도 있기 때문에 부정확성에 더욱 어려움이 추가될 수도 있다. 따라서, 계측 패드의 사전 프로그래밍된 위치가 x-레이 빔의 바로 아래 또는 정확한 하부에 계측 패드를 정확하게 위치시키지 않을 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시형태에서, 패턴 인식 소프트웨어에 따른 관찰 시스템이 이용되어 기판 지지체를 이동시키고 이에 따라 그 적절한 위치에 더 가깝게 계측 패드를 위치시킬 수도 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 계측 패드가 적절한 위치에 더 가깝게 이동되면, 전자 빔 (126) 은 애노드 상에서 정밀하게 조종될 수 있고, x-레이 빔을 테스팅되는 계측 패드에 바로 위에 정확하게 위치시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 로봇 및 관찰 시스템은 테스팅되는 계측 패드를 적절한 위치의 약 10-50 미크론 내로 이동시키도록 이용되어, 그 후, 계측 패드에 정밀하게 위에 x-레이 빔 (127) 을 위치시키도록 전자 빔 (126) 을 형상화하고 이동시킨다. 이러한 방법으로, 약간의 부정확한 로봇이 이용되어 x-레이 빔 (127) 하에서 기판 계측 영역을 위치시키기 위한 완벽하게 정확한 스테이지를 제공할 수 있다.
도 10a 내지 도 10c 는 도 1b 에 도시된 관찰 서브시스템 (44) 및 전자기 방사선 소스 서브시스템 (42) 과 관련되는 기판 (118) 의 높이의 수정을 도시한다. 도 10a 에 도시된 바와 같이, 레이저 (112) 는 기판 (118) 의 상부 표면에서 떨어진 렌즈의 어레이 (116) 를 통해서 레이저 광의 빔을 지향할 수도 있다. 그 후, 레이저 광은 레이저 검출기 (114) 에 충돌하여 레이저 검출기 (114) 에 의해 검출될 수도 있다. 도 10b 에 도시된 바와 같이, 로봇 암 (58) 이 계측 챔버 (30) 내의 다양한 위치들 사이에서 기판 (118) 을 이동시킴에 따라서, 로봇 암의 이동의 불완전함뿐만 아니라 기판 (118) 의 불완전함, 예를 들어, 보잉 (bowing) 또는 와핑 (warping) 으로 인한 상부 표면 (124) 의 높이의 변화 및 두께의 변화로 인해서, 기판 (118) 의 상부 표면 (124) 으로부터 반사된 레이저 광이 동일한 위치에서 레이저 검출기 (114) 로 입사하지 않을 수도 있다.
따라서, 도 1a 에 도시된 컴퓨터 제어 콘솔과 조합하여, 레이저 검출기는 기판 (118) 의 상부 표면 (124) 의 높이의 변화를 검출할 수도 있다. 도 10c 에 도시된 바와 같이, 그 때, 로봇 암 (58) 은, 기판 지지체 (60) 의 높이를 조절하고, 따라서, 기판 (118) 의 상부 표면 (124) 의 높이를 조절하여, 도 1b 에 도시된 바와 같이 계측 챔버 (30) 내의 다른 컴포넌트로부터의 일정 거리를 유지할 수도 있다. 추가적으로, 도 4 에 도시된 바와 같이, 애노드 (68) 는 스테이지에 연결되고, 이는, 애노드 (68) 가 xy 평면뿐만 아니라 수직 방향 (z 방향) 에서 이동할 수 있게 한다. 높이 검출기 서브시스템 (210) 이 애노드 (68) 의 높이를 정밀하게 되도록 할 수 있다. 높이 검출기 서브시스템 (210) 은 애노드 (68) 의 상부 표면으로 레이저 광을 비치기 위해 레이저 빔 (212) 및 렌즈 어레이 (216) 를 포함한다. 따라서, 레이저 광은 레이저 검출기 (214) 에 의해 검출될 수도 있다. 레이저 및 검출기는 애노드 높이를 정밀하게 측정 및 제어하도록 할 수도 있다.
수직 방향 (z 방향) 에서 애노드를 정확하게 제어하기 위한 능력은 애노드의 표면이, 애노드 표면이 평탄하지 않을 때조차도 모노크로메이터의 초점에 정확하게 위치되도록 한다. 이러한 방법으로, 애노드는 xy 평면, 및 애노드 높이를 조정함으로써 보상되는 애노드 표면에서 임의의 비평탄면에서 이동될 수도 있다. 유사하게, 수직 방향 (z 방향) 에서 기판 지지체를 정확하게 제어하기 위한 능력 은, 기판 비평탄성, 휨 또는 로봇 부정확성으로 인해 기판 표면의 높이가 변경될 수도 있을 때조차도, 기판의 표면이 모노크로메이터의 초점에 정확하게 위치되도록 한다.
일 이점은, 로봇 스테이지가 로드-락 챔버로부터 기판을 회수하는 것뿐만 아니라 전자기 방사선 소스 서브시스템 아래에 기판을 위치시키도록 이용될 수도 있다는 것이다. 따라서, 로드-락 챔버로부터 기판을 제거하는데 별도의 머신이 필요하지 않으므로, 이는, 계측 툴의 비용을 절감시킨다.
다른 이점은, 단일 머신이 이용되어 로드-락 챔버로부터 기판을 제거하고 테스트 위치로 이 기판을 위치시키기 때문에, 테스트 위치에 있을 때, 기판 지지체 바로 하부의 공간이 기판의 이동을 위해 필연적으로 임의의 하드웨어의 빈 공간일 수도 있다는 것이다. 따라서, 자기 렌즈가 기판 지지체에 더욱 가깝게 위치될 수도 있고, 이는, 기판으로부터 계측 분석기로 전자를 안내할 때의 자기 렌즈에 의해 발생된 자계의 효율성을 증가시키고 및/또는 이 전자를 계측 분석기로 효율적으로 안내하기 위해 필요한 자계의 강도를 감소시킨다.
또 다른 이점은, 테스팅되고 있는 기판의 부분이 기판의 상부 표면에 대해 법선 방향에서 관찰 서브시스템에 의해 관찰될 수도 있다는 것이다. 추가적으로, 테스팅된 기판의 부분은 테스팅이 수행되는 동안 관찰될 수도 있다.
또 다른 이점은, 자기 렌즈가 진공 챔버의 외부에 위치되기 때문에, 자기 렌즈에 요구되는 임의의 수리 (repair) 가 계측 챔버의 내용물을 외부 공기에 노출시키지 않고 수행될 수도 있다는 것이다. 따라서, 계측 챔버 내부의 임의의 오염 의 가능성이 감소된다. 또 다른 이점은 관찰 서브시스템이 어떠한 이동 부분도 포함하지 않는다는 것이다.
다른 실시형태는 전술한 시스템의 특정 양태만을 활용할 수도 있다. 예를 들어, 진공 챔버의 외부에 위치되어 있다고 기재된 자기 렌즈는 상기 기재된 특정 관찰 시스템없이 이용될 수도 있다.
특정 예시적인 실시형태가 첨부된 도면에 설명 및 도시되지만, 이러한 실시형태는 단지 예시적이고 현재 발명을 제한하지 않으며, 본 발명은, 당업자에 의해 변형될 수도 있기 때문에 도시되고 설명된 특정 구성 및 배치에 제한되지 않는다는 것을 당업자는 이해한다.

Claims (66)

  1. 챔버를 둘러싸는 챔버 벽;
    반도체 기판을 지지하기 위해 상기 챔버 내부에 위치된 기판 지지체;
    상기 반도체 기판으로부터 광전자가 방출되도록 하는 전자기 방사선을, 상기 기판 지지체 상의 상기 반도체 기판상으로 방출하는 전자기 방사선 소스;
    상기 반도체 기판상의 재료로부터 방출된 상기 광전자를 포착하는 분석기; 및
    상기 챔버 내부에 자계를 발생시키고, 상기 반도체 기판으로부터의 상기 광전자를 상기 분석기로부터 상기 분석기로 안내하는 자계 발생기로서, 상기 분석기 및 상기 자계 발생기는 상기 기판 지지체의 대향측들에 위치되는, 상기 자계 발생기를 포함하는, 광전자 분광 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자계 발생기는 상기 기판 지지체 하부에 위치되는, 광전자 분광 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 챔버는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하는, 광전자 분광 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 챔버의 상기 제 1 부분에 인접하는 로드-락 챔버; 및
    베이스 및 로봇 암을 가지는 로봇 스테이지로서, 상기 기판 지지체는 상기 로봇 암에 부착되고, 상기 로봇 암은 상기 베이스에 회전가능하게 연결되고, 상기 베이스는 상기 챔버 벽에 연결되는, 상기 로봇 스테이지를 더 포함하는, 광전자 분광 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판 지지체가 상기 챔버의 상기 제 2 부분 내에 있는 경우,
    상기 분석기 및 상기 자계 발생기는 상기 기판 지지체의 대향측들에 위치되는, 광전자 분광 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판 지지체가 상기 챔버의 상기 제 2 부분 내에 있는 경우,
    상기 자계 발생기는 상기 기판 지지체 하부에 위치되는, 광전자 분광 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 챔버는 진공 챔버이고,
    상기 자계 발생기는 상기 진공 챔버 내부에 위치되지 않는, 광전자 분광 시 스템.
  8. 진공 챔버를 둘러싸는 챔버 벽;
    기판을 지지하기 위해 상기 진공 챔버 내부에 위치된 기판 지지체;
    상기 기판으로부터 광전자가 방출되도록 하는 전자기 방사선을, 상기 기판 지지체 상의 상기 기판상으로 방출하는 전자기 방사선 소스;
    상기 기판으로부터 방출된 상기 광전자를 포착하는 분석기; 및
    상기 진공 챔버 내부에 자계를 발생시키고, 상기 기판으로부터의 상기 광전자를 상기 분석기로 안내하며, 상기 진공 챔버의 외부에 위치되는 자계 발생기를 포함하는, 광전자 분광 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 분석기 및 상기 자계 발생기는 상기 기판 지지체의 대향측들에 위치되는, 광전자 분광 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 자계 발생기는 상기 기판 지지체 하부에 위치되는, 광전자 분광 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 진공 챔버는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하는, 광전자 분광 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 진공 챔버의 상기 제 1 부분에 인접하는 로드-락 챔버; 및
    베이스 및 로봇 암을 가지는 로봇 스테이지로서, 상기 기판 지지체는 상기 로봇 암에 부착되고, 상기 로봇 암은 상기 베이스에 회전가능하게 연결되어 상기 로드-락 챔버로부터 상기 진공 챔버의 상기 제 2 부분으로 상기 기판 지지체를 이송하는, 상기 로봇 스테이지를 더 포함하는, 광전자 분광 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판 지지체가 상기 진공 챔버의 상기 제 2 부분 내에 있는 경우,
    상기 분석기 및 상기 자계 발생기는 상기 기판 지지체의 대향측들에 위치되는, 광전자 분광 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 기판 지지체가 상기 진공 챔버의 상기 제 2 부분 내에 있는 경우,
    상기 자계 발생기는 상기 기판 지지체 하부에 위치되는, 광전자 분광 시스템.
  15. 로딩부 및 테스팅부를 가지는 챔버를 둘러싸는 챔버 벽;
    로봇 암 및 기판 지지체를 가지는 로봇 스테이지로서, 상기 로봇 암은 상기 챔버의 상기 로딩부와 상기 테스팅부 사이에서 상기 기판 지지체를 이동시킬 수 있는, 상기 로봇 스테이지;
    상기 기판 지지체가 상기 챔버의 상기 테스팅부 내에 있는 경우, 기판의 재료로부터 광전자가 방출되도록 하는 전자기 방사선을, 상기 기판 지지체 상의 상기 기판상으로 방출하는 전자기 방사선 소스;
    상기 기판으로부터 방출된 상기 광전자를 포착하는 분석기; 및
    상기 챔버 내부에 자계를 발생시키고, 상기 기판으로부터의 상기 광전자를 상기 분석기로 안내하는 자계 발생기로서, 상기 기판 지지체가 상기 챔버의 상기 테스팅부 내에 있는 경우, 상기 자계 발생기는 상기 기판 지지체 하부에 위치되는, 상기 자계 발생기를 포함하는, 광전자 분광 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 챔버는 진공 챔버이고,
    자기 렌즈는 상기 진공 챔버 내부에 위치되지 않는, 광전자 분광 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 자기 렌즈는 상기 기판 지지체가 상기 챔버의 상기 테스팅부 내에 있는 경우, 상기 기판 지지체 하부의 5mm 미만에 있는, 광전자 분광 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 로봇 암의 적어도 일부는 회전축 주위를 회전하고, 상기 회전축은 상기 챔버의 입구 부분을 관통하는, 광전자 분광 시스템.
  19. 챔버를 둘러싸는 챔버 벽;
    기판을 지지하기 위해 상기 챔버 내부에 위치된 기판 지지체;
    상기 기판으로부터 광전자가 방출되도록 하는 전자기 방사선을, 상기 기판 지지체 상의 상기 기판의 일부 상으로 방출하는 전자기 방사선 소스;
    상기 기판의 상기 일부로부터 방출된 상기 광전자를 포착하는 분석기; 및
    상기 기판의 상기 일부에서부터 반사된 가시광을 수집하여 상기 기판의 상기 일부의 이미지를 포착하는 카메라 서브시스템을 포함하는, 광전자 분광 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 가시광은 상기 기판의 상기 일부로부터 상기 기판의 상부 표면에 대해 수직으로 전파하는, 광전자 분광 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 분석기에 의해 포착된 상기 광전자는 상기 기판의 상기 일부로부터 제 1 방향으로 방출되고,
    상기 카메라 서브시스템에 의해 수집된 상기 가시광은 상기 기판의 상기 일 부로부터 제 2 방향으로 전파하며,
    상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향은 실질적으로 평행인, 광전자 분광 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 분석기에 의해 포착된 상기 광전자 및 상기 카메라 서브시스템에 의해 수집된 상기 가시광은 적어도 부분적으로 교차하는, 광전자 분광 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 분석기에 의해 포착된 상기 광전자는 중심축을 가지는 광전자 번들 (bundle) 내에 배열되고,
    상기 카메라 서브시스템에 의해 수집된 상기 가시광은 중심축을 가지는 가시광 번들 내에 배열되며,
    상기 광전자 번들의 상기 중심축은 상기 가시광 번들의 상기 중심축과 동축인, 광전자 분광 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 카메라 서브시스템은 카메라 및 반사기를 더 포함하고,
    상기 반사기는 상기 기판의 상기 일부 위에 위치되고 반사 표면 및 관통 개구를 가지고,
    상기 광전자는 상기 개구를 통과하여 상기 분석기로 향하고,
    상기 가시광은 상기 반사 표면에서부터 상기 카메라로 반사되는, 광전자 분광 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 반사기는 상기 분석기와 상기 기판 지지체 사이에 위치되는, 광전자 분광 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 챔버는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하는, 광전자 분광 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 챔버의 상기 제 1 부분에 연결된 로드-락 챔버; 및
    베이스 및 로봇 암을 가지는 로봇 스테이지로서, 상기 기판 지지체는 상기 로봇 암에 부착되고, 상기 로봇 암은 상기 베이스에 회전가능하게 연결되어 상기 로드-락 챔버로부터 상기 챔버의 상기 제 2 부분으로 상기 기판 지지체를 이송시키는, 상기 로봇 스테이지를 더 포함하는, 광전자 분광 시스템.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 챔버 내부에 자계를 발생시키고, 상기 광전자를 상기 기판으로부터 상 기 분석기로 안내하는 자계 발생기를 더 포함하는, 광전자 분광 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 기판 지지체가 상기 챔버의 상기 제 2 부분 내에 있는 경우, 상기 분석기 및 상기 자계 발생기는 상기 기판 지지체의 대향측들에 위치되는, 광전자 분광 시스템.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 자계 발생기는 상기 광전자 번들 및 상기 가시광 번들의 상기 중심축들과 동축인 회전 대칭을 가지는 자계를 생성하는, 광전자 분광 시스템.
  31. 제 24 항에 있어서,
    상기 카메라 및 상기 반사기는 서로에 대해 고정된 위치들에서 상기 챔버 벽에 연결되는, 광전자 분광 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 카메라 및 상기 반사기는 고정된 위치들에서 상기 챔버 벽에 연결되는, 광전자 분광 시스템.
  33. 챔버를 둘러싸는 챔버 벽;
    기판을 지지하기 위해 상기 챔버 내부에 위치된 기판 지지체;
    상기 기판의 일부로부터 광전자가 방출되도록 하는 전자기 방사선을, 상기 기판 지지체 상의 상기 기판의 상기 일부 상으로 방출하는 전자기 방사선 소스;
    상기 기판의 상기 일부로부터 방출된 상기 광전자를 포착하는 분석기;
    상기 챔버 내부에 자계를 발생시키고, 상기 광전자를 상기 기판으로부터 상기 분석기로 안내하는 자계 발생기; 및
    상기 기판의 상기 일부에서부터 반사되는 가시광을 수집하여 상기 기판의 상기 일부의 이미지를 포착하는 카메라 서브시스템을 포함하는, 광전자 분광 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 가시광은 상기 기판의 상기 일부로부터 상기 기판의 상부 표면에 대해 수직하게 전파하는, 광전자 분광 시스템.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 분석기에 의해 포착된 상기 광전자는 상기 기판의 상기 일부로부터 제 1 방향으로 방출되고,
    상기 카메라 서브시스템에 의해 수집된 상기 가시광은 상기 기판의 상기 일부로부터 제 2 방향으로 전파하며,
    상기 제 1 방향 및 제 2 방향은 실질적으로 평행인, 광전자 분광 시스템.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 분석기에 의해 포착된 상기 광전자 및 상기 카메라 서브시스템에 의해 수집된 상기 가시광은 적어도 부분적으로 교차하는, 광전자 분광 시스템.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 분석기에 의해 포착된 상기 광전자는 중심축을 가지는 광전자 번들내에 배열되고,
    상기 카메라 서브시스템에 의해 수집된 상기 가시광은 중심축을 가지는 가시광 번들내에 배열되며,
    상기 광전자 번들의 상기 중심축은 상기 가시광 번들의 상기 중심축과 동축인, 광전자 분광 시스템.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 자계 발생기는 상기 광전자 번들 및 상기 가시광 번들의 상기 중심축들과 동축인 회전 대칭을 가지는 자계를 생성하는, 광전자 분광 시스템.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 카메라 서브시스템은 카메라 및 반사기를 더 포함하고,
    상기 반사기는 상기 기판의 상기 일부 위에 위치되고 반사 표면 및 관통 개구를 가지고,
    상기 광전자는 상기 개구를 통과하여 상기 분석기로 향하고,
    상기 가시광은 상기 반사 표면에서부터 상기 카메라로 반사되는, 광전자 분광 시스템.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 반사기는 상기 분석기와 상기 기판 지지체 사이에 위치되는, 광전자 분광 시스템.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 챔버는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하는, 광전자 분광 시스템.
  42. 제 41 항에 있어서,
    프레임에 연결되고 상기 챔버의 상기 제 1 부분에 인접하는 로드-락 챔버; 및
    베이스 및 로봇 암을 가지는 로봇 스테이지로서, 상기 기판 지지체는 상기 로봇 암에 부착되고, 상기 로봇 암은 상기 베이스에 회전가능하게 연결되어 상기 로드-락 챔버로부터 상기 챔버의 상기 제 2 부분으로 상기 기판 지지체를 이송하는, 상기 로봇 스테이지를 더 포함하는, 광전자 분광 시스템.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 기판 지지체가 상기 챔버의 상기 제 2 부분 내에 있는 경우, 상기 분석기 및 상기 자계 발생기는 상기 기판 지지체의 대향측들에 위치되는, 광전자 분광 시스템.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 카메라 및 상기 반사기는 서로에 대해 고정된 위치들에서 상기 챔버 벽에 연결되는, 광전자 분광 시스템.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 카메라 및 상기 반사기는 상기 프레임에 대해 고정된 위치들에서 상기 챔버 벽에 연결되는, 광전자 분광 시스템.
  46. 상부 표면을 가지는 기판을 지지하기 위한 기판 지지체; 및
    상기 기판의 일부에서부터 반사되는 가시광을 수집하여 상기 기판의 상기 일부의 이미지를 포착하는 카메라 서브시스템으로서, 상기 가시광은 상기 기판의 상기 일부로부터 상기 기판 상부 표면의 상기 상부 표면에 실질적으로 수직하는 방향으로 전파하는, 상기 카메라 서브시스템을 포함하는, 광전자 분광 시스템.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 카메라 서브시스템은 카메라 및 반사기를 더 포함하고,
    상기 반사기는 상기 기판의 상기 일부 위에 위치되고, 반사 표면 및 관통 개구를 가지는, 광전자 분광 시스템.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 카메라 및 상기 반사기는 서로에 대해 고정된 위치들에서 연결되는, 광전자 분광 시스템.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 카메라 및 상기 반사기는 챔버를 둘러싸는 챔버 벽에 연결되며, 상기 기판 지지체는 상기 챔버 내에 있는, 광전자 분광 시스템.
  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 반사기는 상기 기판 위에 위치되고,
    상기 기판 지지체는 상기 카메라 서브시스템을 향해 및 그 반대방향으로 상기 기판을 이동시킬 수 있는, 광전자 분광 시스템.
  51. 기판을 지지하기 위한 기판 지지체;
    애노드;
    전자 빔 (a beam of electrons) 을 상기 애노드로 지향시키는 전자총으로서, 상기 전자는 전자기 방사선이 상기 애노드로부터 방출되도록 하는, 상기 전자총;
    상기 전자 빔을 상기 애노드의 제 1 부분상의 제 1 빔 형상 및 상기 애노드의 제 2 부분 상의 제 2 빔 형상으로 형상화하기 위한 빔 셰이퍼 (beam shaper); 및
    상기 애노드로부터 상기 기판으로 방출된 상기 전자기 방사선을 재지향시키는 모노크로메이터로서, 상기 전자의 제 1 빔 형상이 상기 애노드의 상기 제 1 부분으로 지향되는 경우 상기 전자기 방사선은 상기 제 1 빔 형상으로 상기 기판의 제 1 타겟 부분에 충돌하고, 상기 전자의 제 2 빔 형상이 상기 애노드의 상기 제 2 부분으로 지향되는 경우 상기 전자기 방사선은 상기 제 2 빔 형상으로 상기 기판의 제 2 타겟 부분에 충돌하는, 상기 모노크로메이터를 포함하는, 광전자 분광 시스템.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 제 1 빔 형상은 기다란 타원형 또는 직사각형인, 광전자 분광 시스템.
  53. 제 52 항에 있어서,
    상기 기다란 타원형 또는 직사각형은, 그 길이가 적어도 그 폭의 2 배인, 길이 및 폭을 가지는, 광전자 분광 시스템.
  54. 제 51 항에 있어서,
    상기 제 1 빔 형상 및 상기 제 2 빔 형상 모두는 기다란 타원형 또는 직사각 형인, 광전자 분광 시스템.
  55. 제 51 항에 있어서,
    상기 애노드의 상기 제 2 부분은 상기 애노드의 상기 제 1 부분과 적어도 부분적으로 오버랩하는, 광전자 분광 시스템.
  56. 제 51 항에 있어서,
    상기 애노드의 상기 제 1 부분상의 상기 제 1 빔 형상은 상기 애노드의 상기 제 2 부분으로 회전되어 상기 제 2 빔 형상을 형성하는, 광전자 분광 시스템.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 기판 지지체는 극 (R, Ø) 좌표계에서 상기 기판 지지체를 이동시키는 로봇에 연결되는, 광전자 분광 시스템.
  58. 제 51 항에 있어서,
    상기 전자 빔은 100 와트 (watt) 초과의 정격 전력 (power rating) 을 가지는, 광전자 분광 시스템.
  59. 제 52 항에 있어서,
    상기 제 1 빔 형상은 400 과 40,000 미크론2 사이의 면적을 가지는, 광전자 분광 시스템.
  60. 로봇에 연결되어 있는 기판 지지체 상에 계측 패드를 가지는 기판을 배치하는 단계;
    상기 기판 지지체를 테스트 위치로 이동시키는 단계; 및
    전자기 방사선 빔을 발생시키고, 상기 전자기 방사선 빔을 형상화하여 상기 기판의 상기 계측 패드 위에 상기 전자기 방사선 빔을 위치시키는 단계를 포함하는, 광전자 분광을 수행하는 방법.
  61. 제 60 항에 있어서,
    상기 로봇은 사전-프로그래밍된 좌표를 이용하여 상기 기판 지지체를 상기 테스트 위치로 이동시키는, 광전자 분광을 수행하는 방법.
  62. 제 60 항에 있어서,
    상기 로봇은 극 좌표 (R, Ø) 를 이용하여 상기 기판 지지체를 이동시키는, 광전자 분광을 수행하는 방법.
  63. 제 60 항에 있어서,
    상기 기판 지지체를 상기 테스트 위치로 이동시키는 단계 이후에, 광학적 관찰 시스템 (optical viewing system) 을 이용하여 상기 계측 패드의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는, 광전자 분광을 수행하는 방법.
  64. 제 60 항에 있어서,
    상기 광학적 관찰 시스템은 상기 기판에 수직인 방향에 중심을 둔 상기 계측 패드로부터 반사된 광을 수신하는, 광전자 분광을 수행하는 방법.
  65. 제 60 항에 있어서,
    상기 기판 지지체를 제 2 테스트 위치로 이동시키는 단계를 더 포함하며,
    상기 기판 지지체를 제 1 테스트 위치로부터 상기 제 2 테스트 위치로 이동시키는 것은 상기 기판 지지체를 회전하는 단계를 포함하는, 광전자 분광을 수행하는 방법.
  66. 제 60 항에 있어서,
    상기 전자기 방사선을 제 2 빔 형상으로 형상화하여 상기 기판의 제 2 계측 패드 위에 제 2 전자기 방사선 빔을 배치시키는 단계를 더 포함하는, 광전자 분광을 수행하는 방법.
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