KR20210153752A - 멀티-앵글 x-선 반사 산란계(xrs)를 이용한 주기적 구조물 측정 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

멀티-앵글 X-선 반사 산란계(XRS)를 이용한 주기적 구조물 측정 방법 및 시스템이 개시된다. 예를 들어, 일 실시예에서, X-선 반사 산란계에 의한 샘플 측정 방법은, 산란 X-선 빔을 발생시키도록 주기적 구조물을 가진 샘플 상에 입사 X-선 빔을 부딪히게 하는 단계 - 상기 입사 X-선 빔은 복수의 입사각 및 복수의 방위각을 동시에 제공함 - 를 포함한다. 상기 방법은 산란 X-선 빔의 적어도 일부분을 수집하는 단계를 또한 수반한다.

Description

멀티-앵글 X-선 반사 산란계(XRS)를 이용한 주기적 구조물 측정 방법 및 시스템 {METHODS AND SYSTEMS FOR MEASURING PERIODIC STRUCTURES USING MULTI-ANGLE X-RAY REFLECTANCE SCATTEROMETRY (XRS)}
발명의 실시예는 X-선 반사 산란계 분야에 관련되고, 특히, 멀티-앵글 XRS를 이용한 주기적 구조물 측정 방법 및 시스템에 관한 것이다.
집적 회로(IC) 특징부가 점점 더 작은 치수로 계속 축소됨에 따라, 이러한 특징부의 측정에 사용되는 계측법의 제약이 커지고 있다. 예를 들어, 임계 치수 주사 전자 현미경(CD-SEM) 계측법은 각각의 새로운 세대의 IC 기술과 함께 점점 더 커지고 있는 여러 단점들을 가진다. 단점들은 (1) IC 계측 응용예를 위한 실현가능 해상도를 제한하는 잘 알려진 충전 문제점과, (2) 레지스트의 복사 손상 유도 치수 감소와, (3) 일부 저-k 유전체와의 비호환성, 및(4) CD-SEM은 3차원(3D) 프로파일 측정을 어렵게 만드는 표면 기술인 점을 포함할 수 있다.
마찬가지로, 광학 임계 치수(OCD) 측정법은 (1) 사용되는 비교적 긴 파장이 디바이스 특징부 크기보다 통상적으로 훨씬 크고 (2) OCD가 광범위한 모형화 및 내삽을 요하여, 측정 감도와 절충해야한다는 점을 포함한, 여러가지 기본적 어려움들에 직면한다. 더욱이, 지난 수십년에 걸쳐, 회로 특징부 크기 감소에 의해 점점 더 짧은 파장의 이용이 필수화되고 있다. 현재 가장 진보한 OCD 시스템은 심자외선(DUV) 파장을 이용한다. 파장의 추가적인 증분형 감소는 고체 내 또는 심지어 저진공 내에서 짧은 파장 복사선의 극히 낮은 투과율 때문에 실용적이지 않다. 프로빙 깊이가 짧고, 적절한 광학 수단이 결여되어 있으며, 진공 요건이 엄격한 점을 포함한, 수많은 문제점들이 결과로 나타날 수 있다. 이러한 기본적 제한사항은 차세대 IC 제조의 임계 치수 제어 요건을 충족시키도록 이러한 기존 기술들을 확장시키는 것을 실질적으로 불가능하게 만든다.
스침-입사 소-각 산란(GISAS: Grazing-incidence small-angle scattering)은 나노스트럭처 표면 및 박막의 연구에 사용되는 산란 기술이다. 산란된 프로브는 포톤(스침-입사 소-각 X-선 산란: GISAXS) 또는 중성자(스침-입사 소-각 중성자 산란: GISANS)다. 어느 경우에도, 입사 빔은 외부 X-선 전반사의 임계 각도에 가까운 작은 각도 하에 샘플과 충돌한다. 입사 평면에서의 주요 반사 빔 및 주요 산란광은 봉-형상 빔 스톱에 의해 감쇠된다. 샘플로부터 확산 산란광은 영역 검출기를 이용하여 통상적으로 녹화된다. 그러나, GISAS 기술에 사용되는 입사 각도가 통상적으로 몇도보다 작고 심지어 1도 미만이기 때문에, 따라서, 3D 구조물 측정에 사용될 때, GISAS를 통해 얻은 정보는 입사빔이 대게 이러한 3D 구조물의 상부 표면만을 따라 지향되기 때문에 제한될 수 있다.
따라서, 3D 구조물의 계측에 있어서 개선이 필요하다.
본 발명의 실시예는 멀티-앵글 X-선 반사 산란계(XRS)를 이용한 주기적 구조물 측정 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일 실시예에서, X-선 반사 산란계에 의한 샘플 측정 방법은, 산란 X-선 빔을 발생시키도록 주기적 구조물을 가진 샘플 상에 입사 X-선 빔을 부딪히게 하는 단계 - 상기 입사 X-선 빔은 복수의 입사각 및 복수의 방위각을 동시에 제공함 - 를 포함한다. 상기 방법은 산란 X-선 빔의 적어도 일부분을 수집하는 단계를 또한 수반한다.
다른 실시예에서, X-선 반사 산란계에 의한 샘플 측정 시스템은, 대략 1keV 이하의 에너지를 가진 X-선 빔을 발생시키기 위한 X-선 광원을 포함한다. 시스템은 주기적 구조물을 가진 샘플을 배치하기 위한 샘플 홀더를 또한 포함한다. 시스템은 X-선 광원과 샘플 홀더 사이에 위치하는 모노크로메이터를 또한 포함한다. 상기 모노크로메이터는 상기 샘플 홀더에 입사 X-선 빔을 제공하도록 X-선 빔을 포커싱하는 기능을 한다. 상기 입사 X-선 빔은 복수의 입사각 및 복수의 방위각을 동시에 가진다. 상기 시스템은 상기 샘플로부터 산란된 X-선 빔의 적어도 일부분을 수집하기 위한 검출기를 또한 포함한다.
도 1은 단일 입사각을 가진 입사 빔을 이용하여 기존 산란계 측정을 받는 주기적 구조물의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 입사각을 가진 입사 빔을 이용하여 산란계 측정받는 주기적 구조물의 단면도를 도시한다.
도 3은 단일 방위각을 가진 입사빔을 이용한 기존 산란계 측정을 받는 주기적 구조물의 평면도를 도시한다.
도 4A는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 방위각을 가진, 그리고 제로 방위각의 중심축을 가진, 입사 빔을 이용하여 산란계 측정받는 주기적 구조물의 평면도를 도시한다.
도 4B는 본 발명의 일 실시예에 따라, 복수의 방위각을 가진, 그리고 0이 아닌 방위각의 중심축을 가진, 입사 빔을 이용하여 산란계 측정받는 주기적 구조물의 평면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 저에너지 X-선 반사 산란계 측정에 적합한 일례의 핀-FET 디바이스의 형태를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 10nm/20nm 선/간격 비의 주기적 구조물을 가진 0차 반사 대 산란각 실리콘(Si) 핀의 그래프 및 대응 구조를 포함한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 10nm/20nm 선/간격 비의 주기적 구조물을 가진 1차 반사 대 산란 각 실리콘(Si) 핀의 그래프 및 대응 구조를 포함한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, X-선 반사 산란계(XRS) 기능을 가진 주기적 구조물 측정 시스템을 나타내는 도해다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시 컴퓨터 시스템의 블록도를 도시한다.
멀티-앵글 X-선 반사 산란계(XRS)를 이용한 주기적 구조물 측정 방법 및 시스템이 설명된다. 다음의 설명에서, 본 발명의 실시예에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해, X-선 빔 파라미터 및 에너지와 같은, 수많은 구체적 세부사항들이 제시된다. 본 발명의 실시예가 이러한 수많은 세부사항없이 실시될 수 있음을 당 업자는 이해할 것이다. 다른 예에서, 전체 반도체 디바이스 스택과 같은 잘 알려진 특징들은 본 발명의 실시예를 불필요하게 흐리지 않기 위해 세부적으로 설명되지 않는다. 더욱이, 도면에 도시되는 다양한 실시예들은 예시적인 표현에 불과하고 반드시 배율에 맞게 그려진 것이 아니다.
여기서 설명되는 하나 이상의 실시예는 X-선 반사 산란계 측정을 위한 주기적 (격자) 구조물에 입사되는 복수의 동시 입사 빔 각도를 이용하는 방식으로 구성되는 X-선 광원의 이용을 지향한다. 실시예는 주기적 구조물의 형상 및 피치를 추정하기 위해 반사된 X-선 세기와, 2개의 각도 방향으로 산란되는 광을 검출할 수 있게 한다. 실시예는 생산 반도체 팹 환경에서 복합 2차원(2D) 및 3차원(3D) 주기적 구조물의 형상 및 크기의 적절한 정밀도 및 안정성 측정치를 제공할 수 있다. 이러한 측정은 주기적 구조물의 형상 프로파일과, 주기적 구조물의 폭, 높이, 및 측벽 각도와 같은 치수를 포함할 수 있다.
범주를 제공하기 위해, 당 해 분야의 형상 계측 솔루션은 명목상 150nm의 파장보다 큰 스펙트럼 소스 또는 단일 파장의 광학 기술을 이용한다. 스펙트럼 솔루션은 입사각을 달리할 수 있는 단파장 소스와, 고정 파장을 갖는 것이 일반적이다. 이러한 솔루션은 λ/d < 1 인 파장/에너지 영역에 있고, 이 경우 λ는 입사 광원이고, d는 주기적 구조물의 기본 치수다. 그러나, 광학 산란계는 그 기본 감도 한도에 접근하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, λ/d < 1 인 광의 파장을 이용함으로써, 더 높은 차수의 산란 차수가 검출 가능해지고, 파라미터 d에 대한 직접적인 감도를 제공한다. 구체적으로, 측정되는 구조물의 폭 및 높이보다 짧은 파장의 광을 이용함으로써, 복수 사이클의 간섭 무늬가 가용하고, 높이, 폭, 및 라인 형상에 대한 감도를 제공한다. 일 실시예에서, 복수의 입사각 및 방위각(가령, 구조물 대칭 방향에 대한)을 이용함으로써, 3차원 정보를 획득하여, 3차원 형상 감도를 제공할 수 있다. 획득한 정보는 디바이스 성능에 중요한 영향을 미칠 수 있는 치수에 관련되고, 매우 치밀한 허용공차로 제어될 필요가 있다.
여기서 관련된 개념들의 정리를 돕기 위해, 도 1은 단일 입사각을 가진 입사 빔을 이용한 기존 산란계 측정을 받는 주기적 구조물의 단면도를 도시한다. 도 1을 참조하면, 주기적 구조물(100)(격자 구조물이라고도 불림)이 광 빔(102)에 노출된다. 광 빔(102)은 주기적 구조물(100)의 최상위 표면의 수평면(104)에 대한, 입사각 φi을 가진다. 산란 빔(106)이 격자 구조물(100)로부터 발생된다. 산란 빔(106)은 산란 각도를 달리하는 빔을 포함할 수 있고, 각각의 산란 빔은 격자 구조물(100)의 서로 다른 차수의 정보를 제공한다. 예를 들어, 도 1에 도시되는 바와 같이, 3개의 차수 n=1, n=0, n=-1가 도시되며, n=-1의 차수에 대한 산란 각도는 주기적 구조물(100)의 최상위 표면의 수평면(104)에 대한 각도 θ를 가진다. 도 1의 배열은 기존 OCD 또는 GISAS 산란계를 나타낸다.
명세서 전체에서 "주기적" 또는 "격자"라는 용어의 사용은 비-평면형의 구조물이면서, 일부 범주에서, 모두 3차원 구조물로 관찰될 수 있는 구조물을 나타낸다. 예를 들어, 도 1을 다시 참조하면, 주기적 구조물(100)은 높이 h만큼 z-방향으로 돌출하는 특징부(108)를 가진다. 각각의 특징부(108)는 x-축을 따라 폭 w와, y-축을 따라(즉, 페이지 내로) 길이를 또한 가진다. 그러나 일부 범주에서, "3차원"이라는 용어는 폭 w와 동일한 차수로 y-축을 따라 길이를 가진 주기적 또는 격자 구조물을 나타낸다. 이러한 범주에서, "2차원"이라는 용어는 폭 w보다 실질적으로 긴, 가령, 여러 자릿수만큼 긴, y-축을 따른 길이를 가진 주기적 또는 격자 구조물을 나타낸다. 어느 경우에도, 주기적 또는 격자 구조물은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 측정 영역 내에 비-평면 토포그래피를 가진 구조물이다.
도 1에 반해, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 복수의 입사각을 가진 입사 빔을 이용한 산란계 측정을 받는 주기적 구조물의 단면도를 도시한다. 도 2를 참조하면, 주기적 구조물(100)은 원추형 X-선 빔(202)에 노출된다. 원추형 X-선 빔(202)은 주기적 구조물(100)의 최상위 표면의 수평면(104)에 대해 입사각 φi을 가진 중심축(203)을 가진다. 이와 같이, 원추형 X-선 빔(202)은 입사각 φi를 가진 부분 A를 포함한다. 원추형 빔(202)은 원추형 빔(202)의 최외측부 B와 최외측부 C 사이에 놓인 수렴각 φcone을 가진다. 원추형 빔(202)이 수렴각 φcone을 갖기 때문에, 원추의 외측부 근처의 원추형 빔(202)의 일부분들은 중심축(202)과 정렬된 원추형 빔(202)의 일부분보다 구조물(100) 상에서 다른 입사각을 가진다. 따라서, 원추형 빔(202)은 수평면(104)에 대해 취하여진, 구조물(100) 상에 충돌하기 위한 복수의 입사각을 동시에 제공한다. 산란 빔(206)이 격자 구조물(100)로부터 발생된다. 산란 빔(206)은 격자 구조물(100)의 서로 다른 차수의 정보에 기인하는 부분들을 포함할 수 있고, 그 예가 아래에서 더 상세하게 설명된다.
입사각을 갖는 것에 추가하여, 입사 광 빔은 주기적 구조물과 관련하여 방위각을 또한 가질 수 있다. 다시 개념 용도로서, 도 3은 단일 방위각을 가진 입사 빔을 이용하여 기존 산란계 측정을 받는 주기적 구조물의 평면도를 도시한다. 도 3을 참조하면, 주기적 구조물(100)이 돌출부(108) 위로부터 도시된다. 도 1에 관찰되지 못하지만, 입사 광 빔(102)은 주기적 구조물(100)의 돌출부(108)에 직교하는 방향 x에 대해 방위각 θg을 더 가질 수 있다. 일부 경우에, θg는 도 3에 도시되는 바와 같이 0이 아니다. θg가 0인 경우에, 빔(102)의 방향은 평면도에 대하여, x-방향을 따른다. 그러나, 기존 OCD 또는 GISAS 산란계 기법이 적용되는 모든 경우에, 빔(102)은 단 하나의 각 θg를 가진다. 따라서, 도 1 및 도 3을 함께 취할 경우, 종래에는, 단일 입사각 φi 및 단일 방위각 θg를 가진 광 빔을 이용하여 산란계가 수행된다.
도 3에 반해, 도 4A 및 4B는 본 발명의 일 실시예에 따른, 복수의 방위각을 가진 주기적 구조물의 평면도를 도시한다. 도 4A 및 4를 모두 참조하면, 주기적 구조물(100)이 도 2와 관련하여 설명된 중심축(203)을 가진 원추형 X-선 빔(202)에 노출된다. 도 2에서 보이지 않지만, 원추형 X-선 빔(202)은 y-방향을 따른 치수를 또한 가진다. 즉, 원추형 빔(202)의 최외측부 B와 최외측부 C 사이에서 취한 수렴 각도 φcone은 가령, 0이 아닌 입사 방위각을 제공하도록, y-방향을 따라 복수의 입사각을 또한 제공한다.
도 4A만을 참조하면, 원추형 X-선 빔(202)의 중심축이 평면도와 관련하여, x-방향을 따라 0의 각 θg를 갖는다. 이와 같이, 원추형 X-선 빔(202)의 부분 A는 0의 방위각을 가진다. 그럼에도 불구하고, 원추형 X-선 빔(202)의 부분 B 및 C는 원추형 X-선 빔(202)의 중심축(203)이 주기적 구조물(100)에 직교함에도 불구하고 0이 아닌 방위각을 가진다.
도 4B만을 참조하면, 원추형 X-선 빔의 중심축이 평면도와 관련하여 x-방향을 따라 0이 아닌 각 θg를 가진다. 이와 같이, 원추형 X-선 빔(202)의 부분 A는 0이 아닌 방위각을 가진다. 추가적으로, 원추형 X-선 빔(202)의 부분 B 및 C는 빔(202)의 부분 A의 방위각과는 다른 0이 아닌 방위각을 가진다.
도 4A 및 4B에 도시되는 두 경우 모두, 원추형 빔(202)이 수렴각 φcone을 갖기 때문에, 원추의 외측부 근처의 원추형 빔(202) 부분은 중심축(202)과 함께 정렬된 원추형 빔(202) 부분보다 구조물(100)에 입사되는 방위각이 다르다. 따라서, 원추형 빔(202)은 x-방향에 대하여 취하여지는, 구조물(100) 상에 부딪히기 위한 복수의 방위각을 동시에 제공한다.
따라서, 도 2와, 도 4A 또는 4B 중 하나를 함께 취할 경우, 본 발명의 일 실시예에 따르면, X-선 반사 산란계에 의한 샘플 측정 방법은 주기적 구조물을 가진 샘플 상에 입사 X-선 빔이 부딪히는 과정을 수반한다. X-선 빔은 주기적 구조물 상에 입사되는, 복수의 입사각 φi 및 복수의 방위각 θg를 동시에 제공하기 위해 원추 형상을 가진다. 이러한 부딪힘은 산란 X-선 빔을 발생시키고, 그 중 일부(전부는 아닐 경우)는 주기적 구조물에 관한 정보를 얻기 위해 수집될 수 있다.
일 실시예에서, 입사 X-선 빔은 대략 20-40도 범위의 수렴각 φcone을 가진 수렴 X-선 빔이다. 이러한 일 실시예에서, 수렴 X-선 빔의 중심축은 도 4A와 관련하여 설명한 바와 같이, 샘플에 대해 0의 방위각 θg와, 0이 아닌 고정된 입사각 φi를 가진다. 다른 이러한 실시예에서, 수렴 X-선 빔의 중심축은 도 4B와 관련하여 설명한 바와 같이, 샘플에 대해 0이 아닌 방위각 θg와, 0이 아닌 고정된 입사각 φi를 가진다. 어느 경우에도, 구체적 실시예에서, 수렴 X-선의 중심축은 수평으로부터 대략 10-15도 범위의 0이 아닌 고정된 입사각을 가진다. 다른 구체적 실시예에서, 가령, 도 2에 도시되는 부분 C와 같이, 주기적 구조물에 가장 가까운 부분 및 빔의 원추 형상의 최외측부가 주기적 구조물의 수평면에 대해 대략 5도의 각도를 가진다.
다른 실시예에서, 아래에서 그 예가 더 상세히 설명되듯이, 폭좁은 원추 형상을 이용하는 것이 선호될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 입사 X-선 빔은 대략 2-10도 범위의 수렴각을 가지는 수렴 X-선 빔이다. 이러한 일 실시예에서, 수렴 X-선 빔의 중심축은 도 4A와 관련하여 설명된 바와 같이, 샘플에 대해 0의 방위각 θg와, 0이 아닌 고정된 입사각 φi를 가진다. 다른 이러한 실시예에서, 수렴 X-선 빔의 중심축은 도 4B와 관련하여 설명한 바와 같이, 샘플에 대해 0이 아닌 방위각 θg와, 0이 아닌 고정된 입사각 φi를 가진다.
일 실시예에서, 저에너지 X-선 빔이 주기적 구조물 상에 부딪힌다. 예를 들어, 이러한 일 실시예에서, 저에너지 X-선 빔은 대략 1keV 또는 그 미만의 에너지를 가진다. 이러한 저에너지 소스를 이용함으로써, 더 작은 실현가능한 스팟 크기로 더 큰 입사각을 얻을 수 있다. 일 실시예에서, 저에너지 X-선 빔은 카본(C), 몰리브덴(Mo) 또는 로듐(Rh)과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 소스로부터 발생된 Kα 빔이다.
일 실시예에서, 저에너지 X-선 빔은 주기적 구조물 상에 부딪히기 전에 환상(toroidal) 다층 모노크로메이터를 이용하여 포커싱된다. 이러한 일 실시예에서, 모노크로메이터는 대략 +/- 30도의 입사각 범위 및 대략 +/-10도의 방위각 범위를 제공한다. 이러한 구체적 실시예에서, 환상 다층 모노크로메이터는 대략 +/- 20도의 입사각 범위를 제공한다. 여기서 설명되는 원추형 X-선 빔이 시준되지 않을 수 있고, 시준될 필요도 없다. 예를 들어, 일 실시예에서, 앞서 설명한 모노크로메이터에서의 빔 포커싱과, 주기적 샘플 상에서 포커싱된 빔의 부딪힘 사이에서, 빔이 시준을 거치지 않는다. 일 실시예에서, 포커싱된 저에너지 X-선 빔이 0도에서 명목 1차 각도의 각도보다 작은 범위의 입사각 범위에서 샘플 상에 부딪힌다.
도 2를 다시 참조하면 일 실시예에서, 산란 X-선 빔(206)의 적어도 일부분이 검출기(250)를 이용하여 수집된다. 이러한 일 실시예에서, 2차원 검출기를 이용하여, 복수의 입사각 및 복수의 방위각으로부터 산란되는 산란 X-선 빔(206) 부분의 산란 신호 세기를 동시에 샘플링할 수 있다. 수집된 신호는 그 후 산란계 분석을 받을 수 있고, 가령, 산란 데이터의 역전값이 이론치와 비교되어 주기적 구조물(100)의 구조적 세부사항을 결정할 수 있게 된다. 이러한 일 실시예에서, 샘플의 주기적 구조물의 형상이, 가령, 주기적 구조물에 대한 맥스웰 방정식의 해를 엄격히 구함으로써, 샘플링된 산란 신호 세기에 대한 산란 해법의 역전에 의해 추정된다. 일 실시예에서, 샘플에 부딪히는 X-선 빔은 주기적 구조물(100)의 주기성보다 짧은 파장을 가진다. 따라서, 프로빙 파장은 기본 구조 치수에 필적하거나 이보다 짧아서, OCD 산란계에 비해 산란 빔(206)으로부터 더 풍부한 데이터 세트를 제공할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 일 실시예에서, XRS에 사용되는 입사 원추형 X-선 빔은 대략 20-40도 범위의 수렴각 φcone을 가진 수렴 X-선 빔이다. 이와 같이 비교적 폭넓은 원추각은 0차 반사 데이터에 추가하여 더 높은 차수의 회절 데이터를 포함하는 산란 빔을 발생시킬 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 0차 및 더 높은 차수의 정보가 단일 부딪힘 작용과 병렬로(즉, 동시에) 획득된다.
다른 시나리오에서, 0차 반사 데이터를 더 높은 차수의 회절 데이터로부터 분리시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 일 실시예에서, 비교적 폭좁은 원추각이 사용될 수 있고, 가령, 입사 X-선 빔이 대략 2-10도 범위의 수렴각을 가진 수렴 X-선 빔이다. 하나보다 많은 단일 측정이 비교적 폭좁은 원추각을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 도 4A와 연계하여 설명한 바와 같이 수렴 빔의 중심축이 0의 방위각을 갖도록 제 1 측정이 수행된다. 그 후 제 2 측정이 수행되는데, 수렴 빔의 중심축은 도 4B와 관련하여 설명된 바와 같이, 0이 아닌 방위각을 가진다. 구체적 실시예에서, 순차적 방식으로, 제 1 측정이 주기적 구조물을 가진 샘플에 대한 0차 회절 데이터를 수집하도록, 그러나 1차 회절 데이터는 수집하지 않도록 수행된다. 제 2 측정은 주기적 구조물을 가진 샘플에 대한 1차 회절 데이터를 수집하도록 그러나 0차 회절 데이터는 수집하지 않도록 수행된다. 이러한 방식으로, 0차 데이터는 산란 빔 발생 시간에 더 높은 차수의 데이터로부터 분리될 수 있다.
병렬 및 순차적 기법에 모두 다시 관련하여, 여기서 설명되는 실시예에 따르면, X-선 반사 산란계가, 0이 아닌 방위각에 접근함으로써 어레이 검출기 상에서 서로 다른 차수를 분리시키는데 사용된다. 많은 경우에, 더 유용한 것은 더 높은 차수다. 일 경우에, 모든 차수를 병렬로 깔끔하게 획득함으로써, 처리량이 향상될 수 있다. 그러나, 순차적 기법이 또한 사용될 수 있다. 더욱이, 단일 입사각으로보다는 다양한 입사각으로 프로빙하기 위해 포커싱된 빔이 사용된다. 일 실시예에서, 시준 빔의 경우 샘플이 직렬로 취한 데이터와 함께 회전을 요하기 때문에, 빔이 시준되지 않는다. 높은 차수를 캡처함으로써, 강한 반사 빔을 얻기 위해 매우 작은 입사각의 이용이 필요치않다. 이에 반해, 일 실시예에서, 가령, 10도 내지 15도의 입사각이, 정(0차) 반사 빔이 비교적 약하지만, 예를 들어, -1차가, 매우 강한 경우에도 사용될 수 있다.
앞서 설명한 어느 경우에도, 병렬로 또는 순차적으로 수집되는 여부에 관계없이, 여기서 설명되는 실시예는 0차 반사(정반사)로부터 그리고 회절(더 높은) 차수로부터 데이터를 획득하는데 사용될 수 있다. 기존 해법은 0차 또는 회절(높은) 차수의 이용(두가지 모두는 아님)을 강조하였다. 여기서 설명되는 실시예는 과거 개시된 산란계 기법으로부터 더 구별될 수 있고, 두가지 예가 아래에서 설명된다.
앞서 설명된 제 1 기법에서, Yun 을 제1발명자로 하는 미국특허 제7,920,676호는 CD-GISAXS 시스템 및 방법을 설명한다. 설명되는 기법은 시준 빔으로부터 발생되는 산란 X-선의 회절 패턴을 분석하여, 복수 차수의 회절 광을 분석하는 과정을 수반한다. 회절 차수가 멀리 떨어져 이격되기 때문에 높은-수렴 빔을 제공하기 위해 저에너지가 이용된다. 그러나, 차수는 여전히 상당히 밀접하게 이격되고, 설명되는 수렴각은 마이크로-라디안 수준이다. 더욱이, 다수의 입사각에 대해 회절이 수집되지 않는다.
이에 반해, 여기서 설명되는 하나 이상의 실시예에 따르면, 단일 빔에 넓은 범위의 입사각이 사용된다. 현 기법에서, (0차가 아닌) 회절 차수가 실제로 유용하게 캡처될 필요가 없다. 그러나, +/- 1차는 격자 특성(특히, 피치)에 대해 서로 다른 감도를 가질 수 있고, 따라서, 일 실시예에서, 가능할 때, 적어도 하나의 엑스트라 차수가 캡처된다. 그렇지만, 이러한 양의 정보가, 신호가 입사각에 따라 변하는 방식으로 수용된다. 이에 반해, 미국특허 제7,920,676호에서는 본질적으로 하나의 입사각이 사용되고 다수의 회절 차수를 살핌으로써 정보가 수집된다.
더욱이, 여기서 설명되는 하나 이상의 실시예에 따르면, 1차 빔을 0차 빔 쪽으로 이동시킴으로써 1차 빔이 0차 빔으로부터 분리될 수 있다. 이러한 일 실시예에서, 주기적 또는 격자 구조물에 0이 아닌 방위각으로 접근한다. 이러한 방식으로, 차수 분리를 여전히 유지하면서 고-수렴 빔이 사용될 수 있다. 예시적 실시예에서, (수렴 빔의 중심축에 대해) 45도 방위각으로 격자에 접근함으로써, +/- 1차 회절 빔이, 입사각이 증가함에 따라 10도의 최소값만큼, 그리고 더 크게, 0차 빔의 쪽으로 편향된다. 이러한 경우에, 최대 대략 10도의 수렴 빔이 오버랩 또는 데이터를 피하면서 사용될 수 있다. 격자 피치 및 X-선 에너지의 세부사항에 따라, 차수들 간의 분리가 더 크거나 더 작게 만들어질 수 있다. 전체적으로, 일 실시예에서, 다수의 입사각 및 방위각을 동시에 수집함으로써, 시준 빔의 단일 샷에 비해 더 유용한 정보가 획득된다.
앞서 설명된 제 2 기법에서, Mazor를 제1발명자로 하는 미국특허 제6,556,652호는 X-선을 이용한 임계 치수의 측정을 설명한다. 설명되는 기법은 실제로 X-선 빔의 회절에 전혀 기초하지 않는다. 대신에, 시준 빔에 "그림자"가 생성된다. 그림자는 패턴을 반사시킨다(가령, 선형 격자 구조). 그림자에 대한 콘트래스트 메커니즘은 리지 물질(포토레지스트)를 처음 통과할 때 임계각과, 격자 갭의 하부에서의 Si 영역 사이의 x-선 반사를 위한 임계각의 차이다. 이에 반해, 여기서 설명되는 실시예에 따르면, 위 임계각보다 가능한 큰 각에서의 신호로부터 정보의 대다수가 나타난다.
앞서 간단히 언급한, 그리고 아래에서 예시되는, 바와 같이, X-선 반사 산란계(XRS)는 2차원 및 3차원 주기 또는 격자 구조물에 적용되는 일 유형의 X-선 반사계(XRR)로 보일 수 있다. 전통적인 XRR 측정법은 소정 범위의 각도에 걸쳐 샘플을 프로빙하는 단일 소스 X-선의 이용을 수반한다. 각도와 함께 광학적 경로 길이 차를 변경시킴으로써, 필름 두께 및 필름 밀도와 같은 필름 성질 정보를 얻기 위해 알아볼 수 있는 간섭 무늬가 제공된다. 그러나, XRR에서, 더 높은 에너지에서 물질과의 X-선 상호작용의 물리학은 샘플 수평면에 대해 통상적으로 대략 3도 미만의 격자 입사각으로 각도 범위를 제한한다. 그 결과, XRR은 생산성/인라인 가능성이 제한되었다. 이에 반해 여기서 설명되는 실시예에 따르면, 저에너지 XRR/XRS를 이용할 경우, 더 큰 신호 감도 각도를 이끄는 에너지로 광학 필름 성질을 변화시킴으로써 더 큰 각도를 이용할 수 있다.
저에너지 XRS의 예시 응용예에서, 기본 반도체 트랜지스터 구축 블록이 측정 및 분석될 수 있다. 예를 들어, 반도체 디바이스의 임계 치수(CD)는 디바이스 성능 또는 제조 수율에 직접 영향을 미치는 특징부를 나타낸다. 따라서, CD는 엄격한 사양대로 제조 또는 제어되어야 한다. 더욱 전통적인 CD의 예는 게이트 길이, 게이트 폭, 인터커넥트 선폭, 라인 간격, 및 선폭 러프니스(LWR)를 포함한다. 반도체 디바이스는 이러한 치수에 매우 민감하며, 작은 변화가 성능, 디바이스 장애, 또는 제조 수율에 실질적인 영향을 미칠 수 있다. 반도체 디바이스의 집적 회로(IC) 특징부 크기가 계속 축소됨에 따라, 제조사들은 공정 윈도의 계속적 감소 및 더 치밀한 허용공차에 직면하고 있다. 이는 반도체 디바이스 제조 플랜트 또는 팹의 생산성에 최소의 영향만을 미치면서 제조 사이클 중 조기에 비파괴적 측정 샘플링의 필요성과, CD 계측 툴의 정확도 및 감도 요건들을 크게 상승시켰다.
비-평면 반도체 디바이스 제조는 문제를 더 복잡하게 만들고 있다. 예를 들어, 종종 "핀"(fins)이라 불리는 비-평면형 토포그래피를 가진 융기형 채널 상에 제조되는 반도체 디바이스는 반드시 해결해야될 추가의 CD로 핀 치수를 더 포함한다. 이러한 핀 전계 효과 트랜지스터(fin-FET) 또는 멀티-게이트 디바이스는 고-종횡비 특징부를 갖고, 측벽 각도 및 상부 및 하부 치수를 포함한, 디바이스 구조물의 핀 상의 3차원(3D) 정보의 필요성이 중요해지고 있다. 결과적으로, 3D 프로파일 측정 기능은 기존의 2차원 선폭 및 간격 CD 정보보다 더 가치있는 정보를 제공한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저-에너지 X-선 반사 산란계 측정에 적합한 일례의 핀-FET 디바이스의 형태를 도시한다. 도 5를 참조하면, 구조물 A는 위에 배치되는 게이트 전극 스택(504)을 가진 반도체 핀(502)의 사시 단면도를 도시한다. 반도체 핀(502)은 얕은 트렌치 분리(STI) 영역(508)에 의해 분리되는 기판(506)으로부터 돌출된다. 게이트 전극 스택(504)은 게이트 유전층(510) 및 게이트 전극(512)을 포함한다. 구조물 B는 기판(522)으로부터 STI 영역(524)들 사이에서 돌출하는 반도체 핀(520)의 단면도를 도시한다. XRS 측정을 통해 중요 정보를 제공할 수 있는 구조물 B의 형태는 핀 코너 라운딩(CR), 핀 측벽 각도(SWA), 핀 높이(H), 핀 노칭(노치), 및 STI 두께(T)를 포함하며, 이 모두는 도 5의 구조물 B에 도시된다. 구조물 C는 위에 필름(536)의 다층 스택을 가진, 기판으로부터 STI 영역(534) 사이에서 돌출하는, 반도체 핀(530)의 단면도를 도시한다. 필름(536)의 다층 스택의 층들은 티타늄 알루미늄 카바이드(TiAlC), 탄탈륨 나이트라이드(TaN), 또는 티타늄 나이트라이드(TiN)과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 물질층들을 포함할 수 있다. 구조물 B 및 C를 비교할 때, XRS 측정은 순수 실리콘 핀(구조물 B)와 같은 배너 핀 상에서, 또는, 그 위에 서로 다른 물질층들을 가진 핀 상에서, 수행될 수 있다. °
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 10nm/20nm 라인/간격 비를 가진 주기적 구조물을 가진 산란 각도 대비 0차 반사율의 실리콘(Si)의 플롯 및 대응 구조물 (A)-(E)를 포함한다. 도 6을 참조하면, 저-에너지 XRS 측정을 이용하여, 명목 핀 구조(구조물 A), 핀 높이 증가 구조(구조물 B), 핀 폭 감소 구조(구조물 C), 폭넓은 핀 하부 CD 대 핀 상부 CD의 구조(구조물 D), 및 폭좁은 핀 하부 CD 대 핀 상부 CD의 구조(구조물 E) 간을 구분할 수 있다. 본 예의 경우에, Si 핀은 주기적 구조물에 대해 45도에서 0차 원추 회절을 이용하여 분석된다. 광학 데이터에 비해, 최고 신호의 감소 영역이 짧은 파장의 결과인 플롯(600)에서 나타나는 데이터 내 프린지로 실현된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 10nm/20nm 라인/간격 비의 주기적 구조물을 가진 산란 각도 대비 1차 반사율의 실리콘(Si)의 플롯(700) 및 대응 구조물 (A)-(E)를 포함한다. 도 7을 참조하면, 저-에너지 XRS 측정을 이용하여 명목 핀 구조(구조물 A), 핀 높이 증가 구조(구조물 B), 핀 폭 감소 구조(구조물 C), 폭넓은 핀 하부 CD 대 핀 상부 CD의 구조(구조물 D), 및 폭좁은 핀 하부 CD 대 핀 상부 CD의 구조(구조물 E) 간을 구분할 수 있다. 본 예의 경우에, Si 핀은 주기적 구조물에 대해 45도에서 1차 원추 회절을 이용하여 분석된다. 추가적으로, 피치를 달리하는 구조물이 플롯(700)에 포함되어 있다. 플롯(700)에 도시되는 바와 같이, 1차 데이터가 핀 두께에 매우 민감하다(구조물 B가 구조물 A 및 C-E에 기인한 신호로부터 명백하게 구분됨에 주목). 또한, 1차 데이터는 주기적 구조물의 피치 변화에 매우 민감하며, 이는 피치 변화의 스펙트럼이 다른 스펙트럼으로부터 또한 확실하게 구별됨을 의미한다.
다른 형태에서, X-선 반사 산란계 수행을 위한 장치가 설명된다. 일반적으로, 일 실시예에서, 이러한 장치는 2차원으로 연장되는 포커싱 모노크로메이터와 함께 범용 X-선 소스를 포함한다. 포커싱 모노크로메이터는 입사 광선이 (i) 주기적 구조물의 평면에 입사되는, 그리고, (ii) 구조물의 대칭과 관련하여(그리고 고정 입사각으로) 방위각적으로, 2개의 변화 입사각에서 주기적 샘플에 충돌하게 한다. 산란광 검출은 2개의 각도 방향으로 산란각 범위 간에 산란 신호 세기를 동시에 샘플링하는, 2차원(2D) 검출기에 의해 실현된다. 일 실시예에서, 검출 신호가 산란 차수-오버랩에 자유로움을 보장하는 모노크로메이터의 제한사항은, 입사 각도 범위가 0도에서 명목1차 각도의 각도보다 작을 것을 요한다 - 즉, θ = sin-1(1-λ/d). 격자 주기보다 작은 특성 파장을 가진 광 이용의 결과로, 더 높은 차수의 회절 차수에 액세스가능하고, 격자 구조물에 관한 추가 정보를 제공한다. 추가적으로, 복수의 두께 사이클의 간섭 무늬가 가용하여, 선 높이, 폭, 및 형상을 결정할 수 있다. 주기적 구조물의 형상 및 구조의 최종 추정은 2D 간섭/산란 데이터에 비해 산란 해법의 역전을 통해 실현된다.
더 구체적인 예로서, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, XRS 기능을 가진 주기적 구조물 측정 시스템을 나타내는 도해다.
도 8을 참조하면, X-선 반사 산란계에 의한 샘플(802) 측정 시스템(800)은 대략 1keV 또는 그 미만의 에너지를 가진 X-선 빔(806)을 발생시키기 위한 X-선 광원(804)을 포함한다. 주기적 구조물을 가진 샘플(802)을 배치하기 위해 샘플 홀더(808)가 제공된다. X-선 빔(806)이 X-선 광원(804)으로부터 모노크로메이터(810)로, 그리고 그 후 샘플 홀더(808)로 진행하는 점에서, X-선 광원(804)과 샘플 홀더(802) 사이에 모노크로메이터(810)가 위치한다. 모노크로메이터(810)는 X-선 빔X-선 빔(806)을 포커싱하여, 샘플 홀더(808)에 입사 X-선 빔(812)을 제공하는 기능을 한다. 입사 X-선 빔(812)은 복수의 입사각과 복수의 방위각을 동시에 가진다. 시스템(800)은 샘플(802)로부터 산란 X-선 빔(816)의 적어도 일부분을 수집하기 위한 검출기(814)를 또한 포함한다.
도 8을 다시 참조하면, 일 실시예에서, X-선 광원(804), 샘플 홀더(808), 모노크로메이터(810), 및 검출기(814)가 챔버(818) 내에 모두 하우징된다. 일 실시예에서, 시스템(800)은 전자 총(82)을 더 포함한다. 이러한 일 실시예에서, X-선 광원(804)은 애노드이고 전자 총은 애노드를 향한다. 특정 실시예에서, 애노드는 저에너지 X-선 발생 기능을 하고, 카본(C), 몰리브덴(Mo), 또는 로듐(Rh)과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 물질을 포함한다. 일 실시예에서, 전자 총(820)은 대략 1keV 전자 총이다. 도 8을 다시 참조하면, 자기 전자 억제 장치(822)가 X-선 광원(804)과 모노크로메이터(810) 사이에 포함된다.
일 실시예에서, 모노크로메이터(810)는 대략 +/- 30도의 입사각 범위 및 대략 +/- 10도의 방위각 범위를 제공하는 환상 다층 모노크로메이터다. 이러한 일 실시예에서, 환상 다층 모노크로메이터는 대략 +/- 20도의 입사각 범위를 제공한다. 일 실시예에서, 앞서 설명한 바와 같이, 모노크로메이터(810)와 샘플 홀더(808) 사이에 어떤 개입 시준기도 존재하지 않는다. 모노크로메이터(810)는 XRS 측정을 위해 요망되는 입사 빔을 제공하도록 위치할 수 있다. 예를 들어, 제 1 실시예에서, 모노크로메이터(810)는 샘플(802)의 주기적 구조물에 대해 0의 방위각 및 0이 아닌 고정 입사각의 중심축을 가진 수렴 X-선 빔을 제공하도록 샘플 홀더(808)에 대해 위치한다. 제 2 실시예에서, 모노크로메이터(810)는 샘플(802)의 주기적 구조물에 대해 0이 아닌 방위각 및 0이 아닌 고정 입사각의 중심축을 가진 수렴 X-선 빔을 제공하도록 샘플 홀더(808)에 대해 위치한다. 일 실시예에서, 모노크로메이터(810)는 글래스 기판 상에 배치되는 교번하는 금속(M)층 및 카본(C)층으로 구성되고, M은 코발트(Co) 또는 크롬(Cr)과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 금속이다. 이러한 특정 실시예에서, 다층 모노크로메이터가 카본(C)-계 Kα 복사선의 반사를 위해 제공되고, 대략 5nm일 수 있는 반사 빔의 파장보다 약간 짧은 주기인, 약 4nm의 주기를 가진 Co/C 또는 Cr/C의 대략 100개의 반복층을 포함한다. 이러한 일 실시예에서, Co 또는 Cr층이 C 층보다 얇다.
샘플 홀더(808)는 가동식 샘플 홀더일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 샘플 홀더(808)는 샘플(802)의 주기적 구조물에 대해 X-선 빔(812)의 중심축의 방위각을 변경시키도록 회전가능하다. 일 실시예에서, 샘플 홀더(808)는 유센트릭 회전(eucentric rotation)과 함께 직교 작동을 제공하도록 회전가능하여, 측정 당 둘 이상의 샘플 회전을 가능하게 한다. 일 실시예에서, 항법 시각 검사 장치(824)는 도 8에 도시되듯이, 샘플 홀더(808)의 시각적 검사를 실현한다. 이러한 일 실시예에서, 플립-인(flip-in) 대물 렌즈가 비전-기반 검사 시스템을 위해 포함된다.
일 실시예에서, 검출기(814)는 2차원 검출기다. 2차원 검출기는 입사 빔의 복수의 입사각 및 복수의 방위각으로부터 산란되는 산란 X-선 빔(816) 부분의 산란 신호 세기를 동시에 샘플링하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 시스템(800)은 2차원 검출기에 연결된 프로세서 또는 컴퓨팅 시스템(899)을 더 포함한다. 이러한 일 실시예에서, 프로세서(899)는 샘플링된 산란 신호 세기에 대해 산란 해의 역전에 의해 샘플(802)의 주기적 구조물의 형상을 추정하기 위한 기능을 한다. 2차원 검출기 대신에, 다른 실시예에서, 스캐닝 슬릿이 구현될 수 있다. 어느 경우에도, 검출기(814)는 분산 범위 간에 대략 1000 화소의 데이터 수집을 실현하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명에 따른 프로세스를 수행하도록 컴퓨터 프로그램(또는 다른 전자 장치)를 프로그래밍하는데 사용될 수 있는 명령어를 저장한 기계-판독가능 매체를 포함할 수 있는 컴퓨터 프로그램 프로덕트 또는 소프트웨어로 제공될 수 있다. 기계-판독가능 매체는 기계(가령, 컴퓨터)에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장 또는 송신하기 위한 임의의 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 기계-판독가능(가령, 컴퓨터-판독가능) 매체는 기계(가령, 컴퓨터)-판독가능 저장 매체(가령, 읽기 전용 메모리("ROM"), 랜덤 액세스 메모리("RAM"), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래시 메모리 디바이스, 등), 기계(가령, 컴퓨터) 판독가능 전송 매체(전기, 광학, 음향, 또는 다른 형태의 전파 신호(가령, 적외선 신호, 디지털 신호, 등)), 등을 포함한다.
도 9는 여기서 논의되는 방법들 중 하나 이상을 기계로 하여금 수행하게 하기 위한 한 세트의 명령어를 실행할 수 있는 컴퓨터 시스템(900) 형태의 기계의 도식적 도해를 도시한다. 대안의 실시예에서, 기계가 근거리망(LAN), 인트라넷, 엑스트라넷, 또는 인터넷으로 다른 기계에 연결(네트워크화)될 수 있다. 기계는 클라이언트-서버 네트워크 환경에서 서버 또는 클라이언트 기계의 능력으로, 또는, 피어-투-피어(또는 분산형) 네트워크 환경에서 피어 기계로, 작동할 수 있다. 기계는 개인용 컴퓨터(PC), 태블릿 PC, 셋탑 박스(STB), 개인용 디지털 보조기기(PDA), 셀룰러 전화, 웹 기기, 서버, 네트워크 라우터, 스위치 또는 브리지, 또는 기계에 의해 취해질 작용을 명시하는 한 세트의 명령어(순차적 또는 기타)를 실행할 수 있는 임의의 기계일 수 있다. 더욱이, 단일 기계만이 예시되지만, "기계"라는 용어는 여기서 논의되는 방법들 중 하나 이상을 수행하도록 한 세트(또는 복수 세트)의 명령어를 개별적으로 또는 합작하여 실행하는 기계(가령, 컴퓨터)들의 임의의 집합을 포함하도록 취하여질 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 기계는 X-선 산란계에 의해 샘플을 측정하기 위한 한 세트 이상의 명령어를 실행하도록 구성된다. 한 예에서, 컴퓨터 시스템(900)은 앞서 설명한 XRS 장치(800)의 컴퓨터 시스템(899)의 이용에 적합할 수 있다.
예시의 컴퓨터 시스템(900)은 프로세서(902), 메인 메모리(904)(가령, 읽기 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM) 가령, 동기식 DRAM(SDRAM) 또는 램버스 DRAM(RDRAM), 등), 정적 메모리(906)(가령, 플래시 메모리, 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 등), 및 보조 메모리(918)(가령, 데이터 저장 장치)를 포함하며, 이들은 서로 버스(930)를 통해 통신한다.
프로세서(902)는 마이크로프로세서, 중앙 처리 유닛, 등과 같은 하나 이상의 범용 프로세싱 장치를 나타낸다. 특히, 프로세서(902)는 복합 명령어 세트 컴퓨팅(CISC) 마이크로프로세서, 리듀스트 명령어 세트 컴퓨팅(RISC) 마이크로프로세서, 베리 롱 명령어 워드(VLIW) 마이크로프로세서, 다른 명령어 세트를 구현하는 프로세서, 또는 명령어 세트들의 조합을 구현하는 프로세서일 수 있다. 프로세서(902)는 애플리케이션 전용 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 디지털 신호 프로세서(DSP), 네트워크 프로세서, 등과 같은 하나 이상의 전용 프로세싱 장치일 수도 있다. 프로세서(902)는 여기서 논의되는 작동들을 수행하기 위한 프로세싱 로직(926)을 실행하도록 구성된다.
컴퓨터 시스템(900)은 네트워크 인터페이스 디바이스(908)를 더 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(900)은 비디오 디스플레이 유닛(910)(가령, 액정 디스플레이(LCD), 또는 음극선 튜브(CRT), 수문자 입력 장치(912)(가령, 키보드), 커서 제어 장치(914)(가령, 마우스), 및 신호 발생 장치(916)(가령, 스피커)를 또한 포함할 수 있다.
보조 메모리(918)는 여기서 설명되는 방법 또는 기능 둘 중 하나 이상을 포함하는 한 세트 이상의 명령어(가령, 소프트웨어(922))를 저장한 기계-액세스가능 저장 매체(또는 구체적으로 컴퓨터 판독가능 저장 매체)(931)를 포함할 수 있다. 소프트웨어(922)는 기계 판독가능 저장 매체를 또한 구성하는 프로세서(902), 메인 메모리(904), 및 컴퓨터 시스템(900)에 의한 실행 중 프로세서(902) 내에 및/또는 메인 메모리(904) 내에 완전하게 또는 적어도 부분적으로 위치할 수 있다. 소프트웨어(922)는 네트워크 인터페이스 장치(908)를 통해 네트워크(920)를 거쳐 또한 송신 또는 수신될 수 있다.
기계 액세스가능 저장 매체(931)가 단일 매체인 것으로 예시 실시예에서 도시되지만, "기계 판독가능 저장 매체"는 한 세트 이상의 명령어를 저장하는 단일 매체 또는 복수 매체(가령, 중앙집중형 또는 분산형 데이터베이스, 및/또는 관련 캐시 및 서버)를 포함하도록 취급되어야 한다. 용어 "기계-판독가능 저장 매체"는 본 발명의 방법들 중 하나 이상을 기계로 하여금 수행하게 하는, 그리고 기계에 의한 실행을 위한 한 세트의 명령어를 저장 또는 인코딩할 수 있는, 임의의 매체를 포함하는 것으로 또한 취급되어야 한다. "기계 판독가능 저장 매체"는 따라서, 솔리드-스테이트 메모리, 및 광학 및 자기 매체를 포함하지만, 이에 제한되지 않는 것으로 취급되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비-일시적 기계 액세스가능 저장 매체는 X-선 반사 산란계에 의한 샘플 측정 방법을 수행하기 위한 명령어를 저장하고 있다. 이 방법은 산란 X-선 빔 발생을 위해 주기적 구조물을 가진 샘플 상에 입사 X-선 빔을 부딪히게 하는 과정을 수반한다. 입사 X-선 빔은 복수의 입사각 및 복수의 방위각을 동시에 제공한다. 이 방법은 산란 X-선 빔의 적어도 일부분을 수집하는 과정을 또한 수반한다.
따라서, 멀티-앵글 X-선 반사 산란계(XRS)를 이용한 주기적 구조물 측정 방법 및 시스템이 설명되었다.

Claims (32)

  1. X-선 반사 산란계에 의한 샘플 측정 방법에 있어서, 상기 방법은,
    산란 X-선 빔을 발생시키도록 주기적 구조물을 가진 샘플 상에 입사 X-선 빔을 부딪히게 하는 단계 - 상기 입사 X-선 빔은 복수의 입사각 및 복수의 방위각을 동시에 제공함 - 와,
    산란 X-선 빔의 적어도 일부분을 수집하는 단계를 포함하는
    샘플 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사 X-선 빔은 20-40도 범위의 수렴 각도를 가진 수렴 X-선 빔인
    샘플 측정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수렴 X-선 빔의 중심축은 샘플에 대해 0의 방위각 및 0이 아닌 고정 입사각을 갖는
    샘플 측정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수렴 X-선 빔의 중심축은 수평으로부터 10-15도 범위의 0이 아닌 고정 입사각을 갖는
    샘플 측정 방법
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 수렴 X-선 빔의 중심축은 샘플에 대해 0이 아닌 방위각 및 0이 아닌 고정 입사각을 갖는
    샘플 측정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수렴 X-선 빔의 중심축은 수평으로부터 10-15도 범위의 0이 아닌 고정 입사각을 갖는
    샘플 측정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사 X-선 빔은 2-10도 범위의 수렴각을 가진 수렴 X-선 빔인
    샘플 측정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 수렴 X-선 빔의 중심축은 샘플에 대해 0의 방위각 및 0이 아닌 고정 입사각을 갖는
    샘플 측정 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 수렴 X-선 빔의 중심축은 샘플에 대해 0이 아닌 방위각 및 0이 아닌 고정 입사각을 갖는
    샘플 측정 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    샘플에 대해 0이 아닌 고정 입사각으로 0이 아닌 방위각에 수렴 X-선 빔의 중심축을 배치하는 단계와, 이어서,
    제 2 산란 X-선 빔을 발생시키도록 샘플 상에 수렴 X-선 빔을 부딪히게 하는 단계와,
    제 2 산란 X-선 빔의 적어도 일부분을 수집하는 단계를 더 포함하는
    샘플 측정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    산란 X-선 빔의 일부분을 수집하는 단계는 샘플에 대해 1차 회절 데이터의 수집없이 0차 회절 데이터를 수집하는 단계를 포함하고,
    제 2 산란 X-선 빔의 일부분을 수집하는 단계는 샘플에 대해 0차 회절 데이터의 수집없이 1차 회절 데이터를 수집하는 단계를 포함하는,
    샘플 측정 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    입사 X-선 빔을 부딪히게 하는 단계는, 1keV 이하의 에너지를 가진 저에너지 X-선 빔을 부딪히게 하는 단계를 포함하는
    샘플 측정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    저에너지 X-선 빔을 부딪히게 하는 단계는, 카본(C), 몰리브덴(Mo) 및 로듐(Rh) 중에서 선택되는 소스로부터 저에너지 X-선 빔을 발생시키는 단계를 포함하는
    샘플 측정 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    샘플 상에 저에너지 X-선 빔이 부딪히기 전에, +/- 10도 범위의 방위각 및 +/- 30도 범위의 입사각을 제공하는 환상 다층 모노크로메이터를 이용하여 저에너지 X-선 빔을 포커싱하는 단계를 더 포함하는
    샘플 측정 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 저에너지 X-선 빔은 포커싱 단계와 부딪히게 하는 단계 사이에서 시준되지 않는
    샘플 측정 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    저에너지 X-선 빔을 포커싱하는 단계는, 0도의 명목 1차 각도의 각도 미만의 입사각 범위에서 샘플 상에 저에너지 X-선 빔을 부딪히게 하는 단계를 포함하는
    샘플 측정 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 환상 다층 모노크로메이터는 +/-20도의 입사각 범위를 제공하는
    샘플 측정 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    산란 X-선 빔의 일부분을 수집하는 단계는 복수의 입사각 및 복수의 방위각으로부터 산란되는 산란 X-선 빔의 일부분의 산란 신호 세기를 동시에 샘플링하도록 2차원 검출기를 이용하는 단계를 포함하는
    샘플 측정 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    샘플링된 산란 신호 세기에 대해 산란 해법의 역전에 의해 샘플의 주기적 구조물의 형상을 추정하는 단계를 더 포함하는
    샘플 측정 방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    샘플 상에 입사 X-선 빔을 부딪히게 하는 단계는, 주기적 구조물의 주기보다 짧은 파장을 가진 X-선 빔을 부딪히게 하는 단계를 포함하는
    샘플 측정 방법.
  21. X-선 반사 산란계에 의한 샘플 측정 시스템에 있어서, 상기 시스템은,
    1keV 이하의 에너지를 가진 X-선 빔을 발생시키기 위한 X-선 광원과,
    주기적 구조물을 가진 샘플을 배치하기 위한 샘플 홀더와,
    X-선 광원과 샘플 홀더 사이에 위치하는 모노크로메이터 - 상기 모노크로메이터는 상기 샘플 홀더에 입사 X-선 빔을 제공하도록 X-선 빔을 포커싱하는 기능을 하고, 상기 입사 X-선 빔은 복수의 입사각 및 복수의 방위각을 동시에 가짐 - 와,
    상기 샘플로부터 산란된 X-선 빔의 적어도 일부분을 수집하기 위한 검출기를 포함하는
    샘플 측정 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 X-선 광원은 카본(C), 몰리브덴(Mo), 및 로듐(Rh) 중에서 선택되는 물질을 포함하는 애노드로 지향되는 전자 총을 포함하는
    샘플 측정 시스템.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 모노크로메이터는 +/- 10도 범위의 방위각 및 +/- 30도 범위의 입사각을 제공하는 환상 다층 모노크로메이터인
    샘플 측정 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 환상 다층 모노크로메이터는 +/-20도의 입사각 범위를 제공하는
    샘플 측정 시스템.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 모노크로메이터와 상기 샘플 홀더 사이에 시준기가 없는
    샘플 측정 시스템.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 모노크로메이터는 샘플의 주기적 구조물에 대해 0의 방위각 및 0이 아닌 고정 입사각의 중심축을 가진 수렴 X-선 빔을 제공하도록 샘플 홀더에 대해 위치하는
    샘플 측정 시스템.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 모노크로메이터는 샘플의 주기적 구조물에 대해 0이 아닌 방위각 및 0이 아닌 고정 입사각의 중심축을 가진 수렴 X-선 빔을 제공하도록 샘플 홀더에 대해 위치하는
    샘플 측정 시스템.
  28. 제 21 항에 있어서,
    상기 샘플 홀더는 상기 샘플의 주기적 구조물에 대해 X-선 빔의 중심축의 방위각을 변경시키도록 회전가능한
    샘플 측정 시스템.
  29. 제 21 항에 있어서,
    상기 샘플 홀더는 측정 당 2회 이상의 샘플 회전을 실현하는 유센트릭 회전(eucentric rotation)과 함께 직교 작동을 제공하도록 회전가능한
    샘플 측정 시스템.
  30. 제 21 항에 있어서,
    상기 검출기는 복수의 입사각 및 복수의 방위각으로부터 산란되는 산란 X-선 빔의 일부분의 산란 신호 세기를 동시에 샘플링하기 위한 2차원 검출기인
    샘플 측정 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    2차원 검출기에 연결된 프로세서를 더 포함하며,
    상기 프로세서는 샘플링된 산란 신호 세기에 대한 산란 해법의 역전에 의해 주기적 구조물의 형상을 추정하는
    샘플 측정 시스템.
  32. 제 21 항에 있어서,
    상기 모노크로메이터는 글래스 기판 상에 배치되는, 교번되는 금속(M)층 및 카본(C)층을 포함하고, 상기 M은 코발트(Co) 및 크롬(Cr) 중에서 선택되는
    샘플 측정 시스템.
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