TWI808308B - 穿透型小角度散射裝置 - Google Patents

穿透型小角度散射裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI808308B
TWI808308B TW109105789A TW109105789A TWI808308B TW I808308 B TWI808308 B TW I808308B TW 109105789 A TW109105789 A TW 109105789A TW 109105789 A TW109105789 A TW 109105789A TW I808308 B TWI808308 B TW I808308B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
sample
axis
angle scattering
frame
sample holding
Prior art date
Application number
TW109105789A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202037909A (zh
Inventor
樹
尾形潔
吉原正
伊藤義泰
表和彦
本野寛
淺野繁松
Katsutaka Horada
安田千水
Original Assignee
日商理學股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商理學股份有限公司 filed Critical 日商理學股份有限公司
Publication of TW202037909A publication Critical patent/TW202037909A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI808308B publication Critical patent/TWI808308B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/201—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials by measuring small-angle scattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/20008—Constructional details of analysers, e.g. characterised by X-ray source, detector or optical system; Accessories therefor; Preparing specimens therefor
    • G01N23/20016—Goniometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/20008—Constructional details of analysers, e.g. characterised by X-ray source, detector or optical system; Accessories therefor; Preparing specimens therefor
    • G01N23/20025—Sample holders or supports therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/05—Investigating materials by wave or particle radiation by diffraction, scatter or reflection
    • G01N2223/054—Investigating materials by wave or particle radiation by diffraction, scatter or reflection small angle scatter
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/30—Accessories, mechanical or electrical features
    • G01N2223/307—Accessories, mechanical or electrical features cuvettes-sample holders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/30—Accessories, mechanical or electrical features
    • G01N2223/309—Accessories, mechanical or electrical features support of sample holder
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/30—Accessories, mechanical or electrical features
    • G01N2223/33—Accessories, mechanical or electrical features scanning, i.e. relative motion for measurement of successive object-parts
    • G01N2223/3306—Accessories, mechanical or electrical features scanning, i.e. relative motion for measurement of successive object-parts object rotates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/60—Specific applications or type of materials
    • G01N2223/611—Specific applications or type of materials patterned objects; electronic devices
    • G01N2223/6116—Specific applications or type of materials patterned objects; electronic devices semiconductor wafer

Abstract

本發明之穿透型小角度散射裝置具備有包含迴旋臂11的測角器10。迴旋臂11以鉛直方向之配置狀態為原點，繞自該原點於水平方向延伸的θ軸而轉動自如。而且成為如下縱型之配置構造，即，於迴旋臂11之下側端部搭載X射線照射單元20，且於迴旋臂11之上側端部搭載二維X射線檢測器30。

Description

穿透型小角度散射裝置
本發明關於例如於半導體製造步驟之現場中可以非破壞之方式測定半導體元件的穿透型小角度散射裝置(T-SAXS：Transmission-Small Angle X-ray Scattering)。
近年來之半導體元件為了提高性能而發展為高密度化、多層化、電路圖案之複雜化等。尤其是，於三維構造之NAND快閃記憶體(3D-NAND)中，隨著容量密度增大而發展為多層化，其結果成為具有寬高比較大之支柱(直徑：數十~數百nm，高度：數μm)、溝槽(深溝)的構造。
習知，於半導體元件之三維構造的測定中，主要使用光尺寸法計測(OCD：Optical Critical Dimension)裝置，但在該裝置中產生無法測定如上述般之複雜構造的狀況。若使用掃描型電子顯微鏡(SEM：Scanning Electron Microscope)或穿透型電子顯微鏡(TEM：Transmission Electron Microscope)，則仍可進行深度方向之測定。然而，藉由該等電子顯微鏡所進行之測定係破壞測定對象之測定方法，因此無法對在半導體製造步驟中所被製造的半導體元件在當場以非破壞之方式進行測定。
近年來，為了將如專利文獻1所揭示的穿透型小角度散射裝置用於半導體元件之構造測定，各分析機器製造公司進行開發，但現狀為尚未達到實用化。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本專利特開2017-125848號公報
(發明所欲解決之問題)
本發明係鑑於上述情況而完成者，其目的在於提供一種穿透型小角度散射裝置，即便對於設為複雜構造的半導體元件之微細形狀，仍可於製造步驟之現場中以非破壞之方式有效地進行測定。 (解決問題之技術手段)
本發明之穿透型小角度散射裝置具備有：試料保持部，其配置成為檢查對象的試料；試料定位機構，其使試料保持部移動；測角器，其包含有迴旋臂；X射線照射單元，其被搭載於迴旋臂；及二維X射線檢測器，其被搭載於迴旋臂。而且，其特徵為如下構成，即，迴旋臂以鉛直方向之配置狀態作為原點，繞自該原點於水平方向延伸的θ軸而轉動自如，X射線照射單元被搭載於迴旋臂之下側端部，二維X射線檢測器被搭載於迴旋臂之上側端部，自下方對被配置於試料保持部的試料照射從X射線照射單元所射出的會聚X射線，且二維X射線檢測器在試料之上方位置對在穿透該試料的會聚X射線之周圍所產生的散射X射線進行檢測。藉由設為如此般之縱型配置構造，於面積較狹窄之地面仍可進行設置。
於此，亦可為如下構成，迴旋臂藉由複數個臂構件所構成，將其中一臂構件固定於測角器之θ旋轉軸，且相對於被固定在該θ旋轉軸的臂構件，其他臂構件滑動而重疊。藉由如此般將各臂構件疊起，可使全長變短而成為小型之形態。
此外，亦可為如下構成，試料保持部被形成於試料保持框之內側，該試料保持框之內側成為X射線穿透孔，在與該X射線穿透孔面對的狀態下支撐試料。進而，亦可為如下構成，於試料保持框之內周緣，自複數個部位朝內側突出設置吸著支撐片，藉由該等吸著支撐片而吸著支撐試料之外周緣部的一部分。
藉由如此之構成，可不與試料背面廣範圍接觸而支撐試料。而且，由於可對於除了藉由吸著支撐片所支撐之一部分微小區域以外之試料的大致全域，使來自X射線照射單元的X射線通過X射線穿透孔而加以照射，因而可確保寬廣的可測定區域。
此外，試料定位機構包含有：面內旋轉機構，其用以使被試料保持部所支撐的試料進行面內旋轉；Y軸移動機構，其用以使試料保持部於前後方向移動；X軸移動機構，其用以使試料保持部於橫向移動；Z軸移動機構，其用以使試料保持部於上下方向移動；及擺動機構，其使試料保持部擺動；且可設為如下之構成，Z軸移動機構包含有被組合呈楔狀的導引構件與滑動構件，藉由導引構件朝一方向移動而推起滑動構件，藉由導引構件朝反方向移動而使滑動構件下降。試料保持部與滑動構件一起於上下方向移動。根據該構成，被組合呈楔狀的導引構件與滑動構件之間平常不晃動地保持著滑接狀態，因此可使試料保持部正確地朝上下方向移動而朝所期望之高度位置進行定位。
此外，亦可具備有：外部框體，其用以覆蓋穿透型小角度散射裝置之周圍。成為如下之構成，外部框體包含有框體本體、及一個或複數個框體要素構件，框體要素構件相對於框體本體而於上下方向移動自如，可形成有將框體要素構件與框體本體重疊的形態、及將框體要素構件自框體本體拉伸的形態。藉由設為將框體要素構件重疊於框體本體的狀態，而可形成高度尺寸小之小型的形態，可使外部框體之搬運作業、設置作業變得極為容易。
如以上說明般，根據本發明，將X射線照射單元與二維X射線檢測器搭載於測角器之迴旋臂，而設為縱型之配置構造，因此於面積較狹窄之地面仍可進行設置。其結果，即便對於設為複雜構造的半導體元件之微細形狀，仍可於製造步驟之現場中以非破壞之方式有效地進行測定。
以下，參照圖式而詳細地對於本發明之實施形態進行說明。 [概要] 首先，說明本發明之實施形態之穿透型小角度散射裝置之概要。於將X射線光束照射至試料時，X射線在X射線光束行進方向的附近之小角度區域(小角度區域)散射。將該散射稱為小角度散射，藉由對其進行測定而可知道與物質相關的粒徑、週期構造等。進而，近年來，一種分析方法之開發正在進行中，該分析方法係藉由該小角度散射測定，用於針對形成半導體元件的薄膜而取得各種資訊。用於測定該小角度散射的裝置為小角度散射裝置。
於小角度散射裝置中，存在有將X射線照射至試料表面而對自試料表面所反射而來的散射X射線進行檢測的反射型小角度散射裝置、及將X射線照射至試料背面而對自表面所發出的散射X射線進行檢測的穿透型小角度散射裝置。
本發明為穿透型小角度散射裝置。該穿透型小角度散射裝置具備有如下之基本構造，即，隔著試料而將X射線源與二維X射線檢測器對向配置，將來自X射線源的X射線照射至試料背面，以二維X射線檢測器對自試料表面朝特定角度被放射而來的散射X射線進行檢測。
習知，一般的小角度散射裝置由於成為將X射線源與二維X射線檢測器水平配置的橫型構造，因而需要較大之設置面積。相對於此，本實施形態之穿透型小角度散射裝置為了於建構有半導體製造線的無塵室內之被限制的面積之地面上亦可進行設置，因而成為將X射線源與二維X射線檢測器配置於上下方向的縱型構造。 [整體構造] 圖1A係示意地表示本發明之實施形態之穿透型小角度散射裝置之整體構造的側視構成圖，圖1B係其之前視構成圖。此外，圖2及圖3分別為自不同方向觀察穿透型小角度散射裝置之外觀的立體圖。
本實施形態之穿透型小角度散射裝置具備有測角器10。測角器10具有使迴旋臂11繞於水平方向延伸的θ軸迴旋驅動的功能。於迴旋臂11，在其兩端部搭載有X射線照射單元20與二維X射線檢測器30。於此，迴旋臂11係以鉛直方向之配置狀態作為原點。而且，X射線照射單元20被搭載於下側端部，二維X射線檢測器30被搭載於上側端部。藉由設為如此之縱型的配置構造，於面積較狹窄之地面亦可進行設置。
X射線照射單元20與二維X射線檢測器30隔著試料平台40而相互地對向配置，X射線照射單元20係自下方對被試料平台40之試料保持部42所支撐的試料S照射X射線。而且，成為如下構成，即，以二維X射線檢測器30對在自試料S穿透而來的X射線之周圍於微小角度區域中所產生的散射X射線進行檢測。
於此，如圖1A及圖1B所示，成為如下構成，即，於試料平台40形成有使自X射線照射單元20被射出的X射線穿透的空洞43，並通過該空洞43而照射X射線至試料S之背面。
於測角器10之迴旋臂11搭載有圓筒狀的真空路徑32。該真空路徑32具有對穿透試料S而來的X射線碰撞至空氣時所產生的空氣散射進行消除而使小角度散射之測定精度提升的功能。
試料平台40具備有如下之構成，即，藉由後述之試料定位機構所進行之驅動，使試料保持部42分別於與水平面平行的前後方向(Y方向)與橫向(X方向)、及與水平面垂直的上下方向(Z方向)移動，而將試料S之被檢查點朝穿透型小角度散射裝置之測定位置P定位。
此外，試料定位機構具備有使被試料保持部42所支撐的試料S進行面內旋轉(ϕ旋轉)的功能。進而，試料定位機構具備有使被試料保持部42所支撐的試料S繞χ軸擺動(χ擺動)的功能。該χ軸係在水平面內相對於測角器10之θ軸而呈直角地交叉。該θ軸與χ軸之交點被定位為與穿透型小角度散射裝置之測定位置P一致。
如圖2及圖3所示，試料平台40被框體41所支撐。框體41與測角器10之迴旋臂11係以相互地不干涉之方式而調整相互之位置關係。
此外，本實施形態之穿透型小角度散射裝置具備有辨識試料S表面的光學顯微鏡35。光學顯微鏡35被設置在不與藉由試料定位機構被驅動的各部分、藉由測角器10被迴旋的X射線照射單元20及二維X射線檢測器30等周圍的各構成部產生干涉的位置上。試料S可藉由試料定位機構而朝光學顯微鏡35之下方位置移動。
[測角器之迴旋臂與被搭載於該臂的構成要素] 接著，主要參照圖4及圖5，對測角器之迴旋臂與被搭載於其的各構成要素之詳細構造進行說明。圖4係表示構成本實施形態之穿透型小角度散射裝置的測角器之迴旋臂與被搭載於該迴旋臂的構成要素之外觀的立體圖。圖5係表示將圖4所示之測角器之迴旋臂疊起而使全長變短之狀態的立體圖。
測角器10之迴旋臂11係藉由複數個臂構件所構成。圖4及圖5所示之本實施形態的迴旋臂11係以第1、第2、第3臂構件12、13、14所構成，第1臂構件12被固定於測角器之θ旋轉軸(圖1A之θ軸)。第2臂構件13相對於該第1臂構件12而於長度方向上滑動，並且第3臂構件14相對於第2臂構件13而於長度方向上滑動，如圖5所示，成為各臂構件12、13、14相互重疊而疊起的構造。如此，藉由將各臂構件12、13、14疊起，可使全長變短而成為小型之形態。藉由使迴旋臂11成為圖5所示之小型的形態，使搬送作業、在現場之裝設作業變得極為容易，而可實現該作業所需要之作業時間的縮短與勞力的減輕。
具體而言，於第1臂構件12之表面，在長度方向上設置有導引軌道12a，第2臂構件13沿著該導引軌道12a而滑動自如。同樣地，於第2臂構件13之表面，亦在長度方向上設置有導引軌道13a，第3臂構件14沿著該導引軌道13a而滑動自如。
於迴旋臂11組入有鎖定機構(未圖示)，該鎖定機構係分別於圖4所示之將各臂構件12、13、14展開而拉伸全長之狀態、及於圖5所示之將各臂構件12、13、14疊起而使全長變短之狀態中，保持其之狀態。
於第1臂構件12之下端部設置有用以搭載X射線照射單元20的下部保持構件15。X射線照射單元20被固定於該下部保持構件15。於下部保持構件15組入有用以在長度方向上移動調整X射線照射單元20之固定位置的滑動機構(未圖示)。
此外，於第3臂構件14之上端部設置有用以搭載二維X射線檢測器30的上部保持構件16。二維X射線檢測器30被固定於該上部保持構件16。於上部保持構件16亦組入有用以在長度方向上移動調整二維X射線檢測器30之固定位置的滑動機構(未圖示)。
於在現場的裝設時，藉由移動調整X射線照射單元20與二維X射線檢測器30，而可實現配合預先所設定之規格的裝置之裝設。
此外，於上部保持構件16，在二維X射線檢測器30之近前方設置有直射光束擋止器31。該直射光束擋止器31具有對自X射線照射單元20穿透試料S而直線進行而來的X射線進行遮蔽並不使其入射至二維X射線檢測器30的功能。
於迴旋臂11，如上述般，亦搭載有真空路徑32。於各臂構件12、13、14設置有用以支撐該真空路徑32的支撐構件17。真空路徑32被該等支撐構件17所支撐，且被配置在穿透試料S而來之X射線與在其周圍所產生的散射X射線之光路上。真空路徑32之上端面被定位於二維X射線檢測器30之附近。
而，穿透試料S而來的散射X射線呈放射狀擴展而到達至二維X射線檢測器30。於此，真空路徑32成為如下構造，即，將與試料S對向的下端面之直徑設為較小，且隨著朝向上端面而階段性地將直徑設為較大。該真空路徑32之內部被密閉而形成真空狀態，其兩端面係以X射線吸收率較小之碳、碳化硼、聚亞醯胺膜(Kapton)等之材料所形成。藉此，可使穿透試料S而來的X射線及散射X射線穿透，且可防止空氣散射之產生。
[包含X射線照射單元的光學系統、及二維X射線檢測器] 圖6係示意地表示X射線照射單元與二維X射線檢測器之間所被構成的光學系統的圖。X射線照射單元20係將X射線管21、聚光鏡22、孔口23包含至構成要素。此外，於試料S之近前方配置有防護狹縫24。
作為X射線管21，使用在標靶上之電子線焦點尺寸為70μm以下的X射線管球，較佳為使用電子線焦點尺寸為40μm以下的X射線管球。作為標靶材料，可選擇銅(Cu)、鉬(Mo)、銀(Ag)、金(Au)等，但於穿透式之情況下，由於需要可穿透基板即Si晶圓的能量較高之X射線，因而期望使用將其成為可能的鉬(Mo)或銀(Ag)。
對於聚光鏡22，可採用將在表面形成有多層膜的兩個多層膜鏡配置為L字型而設為一體化的並排式之聚光鏡22。此外，於其他樣式中，亦可採用獨立地配置兩個多層膜鏡的柯克帕特里克・巴耶茲式之聚光鏡(Kirkpatrick-Baez mirror)。聚光鏡22具有以將焦點對焦至二維X射線檢測器30之檢測面之方式進行調整，且在焦點中使X射線聚光至縱橫100μm以下、較佳為50μm以下之矩形光點的功能。
孔口23具有將自X射線管21所射來的X射線不入射至聚光鏡22而直接脫離在外側的漏光加以遮蔽的功能。自X射線管21所射出的X射線係藉由孔口23而將漏光加以遮蔽，接著藉由聚光鏡22而被單色化且被收斂。
防護狹縫24為以鍺之單結晶所製作的單結晶針孔狹縫，且被設置在迴旋臂11的狹縫支撐構件(未圖示)所支撐，而被配置於試料S之近前方。通常之狹縫存在有當X射線碰撞則產生寄生散射而使背景變大的缺點。相對於此，以鍺之單結晶所形成的防護狹縫24可減低寄生散射，而可抑制背景。再者，於聚光鏡22與防護狹縫24之間，亦可配置用以進而將X射線之截面積縮小的狹縫25。
自X射線管21所射出的X射線係藉由孔口23而將漏光加以遮蔽並射入至聚光鏡22。接著，以聚光鏡22被單色化並被收斂的X射線係藉由防護狹縫24而縮小截面積，而被照射至位於試料S上的微小面積之被檢查點。
接著，穿透試料S的X射線與在其周圍之小角度區域所產生的散射X射線係通過圖4所示之真空路徑32而朝向二維X射線檢測器30行進。其中，自X射線照射單元20穿透試料S並直線前進而來的X射線係藉由設置在二維X射線檢測器30近前方的直射光束擋止器31而被遮蔽。藉此，僅在X射線之小角度區域所產生的散射X射線入射至二維X射線檢測器30。
於此，自X射線管21之焦點至試料S的距離L1係對被照射至試料S的X射線之聚光面積產生影響。即，距離L1越長，被照射至試料S的X射線之聚光面積就變得越小。此外，於穿透型小角度散射裝置中，將自試料S至二維X射線檢測器30的距離L2稱為相機長度，該相機長度L2對二維X射線檢測器30之角度解析度造成影響。即，相機長度L2越長，角度解析度就越提升。
然而，在如本實施形態般配置為縱型的穿透型小角度散射裝置中，對於將距離L1、相機長度L2確保為較長之情形亦存在有極限。於此，該等尺寸較佳為綜合性地考量到裝設本裝置的現場環境、在試料S上的X射線之聚光面積、角度解析度而適當決定。
如上述般，迴旋臂11成為如下構成，即，第2臂構件13相對於第1臂構件12而於長度方向上滑動，且第3臂構件14相對於第2臂構件13而於長度方向上滑動，因此藉由適當調整該等所滑動的各臂構件13、14之滑動位置而可任意地設定相機長度L2。
再者，亦可於迴旋臂11設置位置調整機構，該位置調整機構係用以使X射線照射單元20朝X射線之光軸方向移動，而任意地變更距離L1。進而，亦可設為於迴旋臂11搭載位置調整機構的構成，該位置調整機構係用以使二維X射線檢測器30朝X射線之光軸方向移動，而任意地變更相機長度L2。
[試料平台] 接著，主要參照圖7~圖12，對試料平台之詳細構造進行說明。圖7係表示構成本實施形態之穿透型小角度散射裝置的試料平台之外觀的立體圖。圖8係放大表示支撐試料的試料保持部的俯視圖，圖9~圖11係為了說明試料定位機構而著眼於試料平台之各個不同部位並加以觀察之立體圖，圖12係試料平台之縱剖視圖。
如上述般，試料平台40具備有支撐試料S的試料保持部42、及驅動該試料保持部42的試料定位機構。試料定位機構包含有：面內旋轉機構，其用以使被試料保持部42所支撐的試料S進行面內旋轉(ϕ旋轉)；Y軸移動機構，其用以使試料保持部42於與被試料保持部42所支撐的試料S之表面平行的前後方向(Y軸方向)上移動；X軸移動機構，其用以使試料保持部42於與被試料保持部42所支撐的試料S之表面平行的橫向(X軸方向)上移動；Z軸移動機構，其用以使試料保持部42於與被試料保持部42所支撐的試料S之表面垂直的上下方向(Z軸方向)上移動；及χ軸擺動機構，其使試料保持部42繞χ軸擺動。
於此，如圖7所示，試料平台40成為如下之構成，即，於基框50上搭載有X軸移動框51，於該X軸移動框51上搭載有χ軸迴旋台52，此外，於χ軸迴旋台52上搭載有Y軸移動台53，進而，於Y軸移動台53上搭載有Z軸驅動台54與Z軸移動台55，而且，於Z軸移動台55上搭載有形成試料保持部42的試料保持框56。
如圖8所示，試料保持部42被形成在設為圓形的試料保持框56之內側。且成為如下之構成，即，該試料保持框56之內側成為X射線穿透孔57，在與該X射線穿透孔57面對之狀態下支撐試料S。於試料保持框56之內周緣，自複數個部位(圖中為4個部位)朝內側突出而設置有吸著支撐片58。試料S之外周緣部的一部分被配置於該等吸著支撐片58之上表面，而外周緣部之一部分於吸著支撐片58之上表面被真空吸著。再者，於各吸著支撐片58之上表面開設有真空噴嘴59，真空噴嘴59藉由未圖示之真空抽吸裝置而進行真空抽吸。
形成於試料保持框56內側的X射線穿透孔57係與圖1A及圖1B所示之試料平台40的空洞43連通(參照圖12)。自X射線照射單元20被射出的X射線係自空洞43穿過X射線穿透孔57而照射至被吸著支撐片58所支撐的試料S之背面。
一般而言，習知之X射線檢查裝置為如下之構成，即，以聚亞醯胺膜等之X射線吸收率較低之材料形成試料保持部42，並將試料S背面整體密貼地配置於該試料保持部42之上表面。然而，例如於被形成在半導體晶圓的半導體元件為檢查對象之情況下，存在有半導體晶圓之背面接觸於以聚亞醯胺膜等之材料所形成的試料保持部42而被汙染之虞。
根據本實施形態之試料保持部42，由於試料S之背面僅以外周緣部之被限制的一部分接觸於吸著支撐片58，因而可在不與形成有電路圖案的半導體晶圓之中央部分接觸之狀態下支撐試料S。
而且，由於可對於除了藉由吸著支撐片58所被支撐的一部分微小區域以外的試料S之大致全域，使來自X射線照射單元20的X射線通過空洞43及X射線穿透孔57而進行照射，因而可寬廣地確保可測定區域。再者，對於藉由吸著支撐片58所被支撐的一部分微小區域，可藉由試料S搬送機器人來變更吸著位置，藉此照射X射線。
接著，主要參照圖8及圖9，對於面內旋轉機構而詳細地進行說明。構成試料保持部42的試料保持框56係於圓形的外周緣部形成有旋轉導引部60，該旋轉導引部60係藉由設置於Z軸移動台55上表面之複數個部位(圖中為4個部位)的旋轉支撐部61而於面內旋轉自如地被支撐。各旋轉支撐部61係藉由上下一對的支撐滾輪62而自上下方向支撐旋轉導引部60。
於試料保持框56形成有從動側滑輪63。此外，於Z軸移動台55設置有面內旋轉用驅動馬達64，且在設置於該面內旋轉用驅動馬達64之驅動軸的驅動側滑輪65與試料保持框56的從動側滑輪63之間捲繞有驅動帶66。
藉由該等旋轉導引部60、旋轉支撐部61、面內旋轉用驅動馬達64、驅動側滑輪65、從動側滑輪63及驅動帶66之各構成要素而構成面內旋轉機構。即，來自面內旋轉用驅動馬達64的旋轉驅動力係經由驅動帶66而傳遞至試料保持框56。藉由該旋轉驅動力，被旋轉支撐部61所支撐的試料保持框56進行面內旋轉。
接著，主要參照圖10A，對於X軸移動機構、Y軸移動機構、Z軸移動機構詳細地進行說明。X軸移動框51係經由X軸移動機構而被搭載於基框50之上。X軸移動機構包含有X軸驅動用馬達67、滾珠螺桿68、導引軌道71、滑動件72。於基框50設置有X軸驅動用馬達67、滾珠螺桿68之螺桿軸69、導引軌道71。導引軌道71係於X軸方向上延伸，滑動件72係沿著該導引軌道71而移動自如。導引軌道71係分別設置於基框50之兩端部，被組合在各導引軌道71之滑動件72係移動自如地支撐X軸移動框51。
滾珠螺桿68之螺桿軸69藉由被設置在基框50的軸承73而旋轉自如地被支撐，並於X軸方向上延伸。該螺桿軸69係與X軸驅動用馬達67之旋轉驅動軸連結，藉由該馬達67之旋轉驅動力而被旋轉驅動。螺帽構件70咬合於螺桿軸69，隨著螺桿軸69之旋轉，螺帽構件70係於X軸方向上移動。螺帽構件70被固定於X軸移動框51，且X軸移動框51係與螺帽構件70一體地於X軸方向上移動。
如圖10A及圖7所示，於該X軸移動框51，在兩端部設置有一對軸承52a，且經由擺動自如地被該等軸承52a所支撐的擺動支軸74而擺動自如地搭載有χ軸迴旋台52。接著，於該χ軸迴旋台52上，經由Y軸移動機構而搭載有Y軸移動台53。
Y軸移動機構包含Y軸驅動用馬達75、滾珠螺桿76、如圖12所示之導引軌道91及滑動件92。導引軌道91被設置於χ軸迴旋台52之兩端部，而於Y軸方向上延伸。滑動件92係滑動自如地被組合於各導引軌道91，而Y軸移動台53係藉由該等滑動件92而被支撐。
於χ軸迴旋台52之側壁設置有Y軸驅動用馬達75、及滾珠螺桿76之螺桿軸77。滾珠螺桿76之螺桿軸77係藉由被設置在χ軸迴旋台52之側壁的軸承78而旋轉自如地被支撐，而於Y軸方向上延伸。該螺桿軸77係與Y軸驅動用馬達75之旋轉驅動軸連結，藉由該馬達75之旋轉驅動力而被旋轉驅動。螺帽構件79咬合於螺桿軸77，隨著螺桿軸77之旋轉，螺帽構件79係於Y軸方向上移動。螺帽構件79被固定於Y軸移動台53，且Y軸移動台53係與螺帽構件79一體地於Y軸方向上移動。
進而，於Y軸移動台53上搭載有Z軸驅動台54。於Y軸移動台53上，設置有在Y軸方向上延伸的導引軌道93，滑動件94被組合於該導引軌道93(參照圖12)。Z軸驅動台54被該滑動件94支撐而搭載於Y軸移動台53上。
進而，於Y軸移動台53上設置有圖12所示的滾珠螺桿95、圖10A所示的Z軸驅動用馬達80，滾珠螺桿95之螺桿軸係與該馬達80之旋轉驅動軸連結。該螺桿軸係藉由未圖示之軸承而在Y軸移動台53上旋轉自如地被支撐。接著，圖12所示之螺帽構件96咬合於該螺桿軸，隨著該螺桿軸之旋轉，螺帽構件96於Y軸方向上移動。螺帽構件96被固定於Z軸驅動台54，且Z軸驅動台54係與該螺帽構件96一體地於Y軸方向上移動。
Z軸移動台55係經由圖10B所示之被組合呈楔狀的導引構件81與滑動構件82而被支撐於Z軸驅動台54上。導引構件81係分別設置於Z軸驅動台54之兩端部。被組合於該等各導引構件81的滑動構件82被固定於Z軸移動台55之底面。
此外，在Y軸移動台53之兩端部設置有於Z軸方向延伸的導引軌道83，於Z軸移動台55固定有與該導引軌道83組合的滑動件84。藉此，Z軸移動台55沿著導引軌道83而與滑動件84一體地於Z軸方向移動自如。
接著，當Z軸驅動台54受到Z軸驅動用馬達80之旋轉驅動力而朝Y軸之一方向移動時，導引構件81亦朝相同方向一體地移動。隨著該移動，將楔狀之被組合的滑動構件82朝Z軸方向推起。此外，當Z軸驅動台54朝反方向移動時，導引構件81亦朝相同方向一體地移動，而呈楔狀被組合的滑動構件82下降。藉此，Z軸移動台55沿著導引軌道83而於上下方向移動。呈楔狀被組合的導引構件81與滑動構件82之間平常不晃動地保持著滑接狀態，因此可使試料保持部42正確地朝上下方向移動而朝所期望之高度位置進行定位。
接著，主要參照圖11，對於χ軸擺動機構詳細地進行說明。χ軸擺動機構被組入至X軸移動框51與χ軸迴旋台52之間。即，χ軸擺動機構包含有χ軸驅動用馬達85、驅動力傳遞帶86、蝸桿87及蝸輪88。扇形之蝸輪88被設置在設於X軸移動框51一端部的軸承52a之下方位置，其節圓被定位於被軸承52a所支撐的擺動支軸74之同一軸上。
χ軸驅動用馬達85與蝸桿87設置於χ軸迴旋台52之側壁外面。接著，於設置在χ軸驅動用馬達85之旋轉驅動軸的驅動側滑輪89與設置在蝸桿87之旋轉軸的從動側滑輪90之間捲繞有驅動力傳遞帶86。藉此，來自χ軸驅動用馬達85之旋轉驅動力經由驅動力傳遞帶86而被傳遞至蝸桿87。藉由該旋轉驅動力，蝸桿87旋轉而沿著蝸輪88之節圓轉動，χ軸迴旋台52與蝸桿87一體地以擺動支軸74為中心而迴旋。擺動支軸74之中心軸被定位為與圖1B所示之χ軸一致。
對於被試料保持部42所支撐的試料S的入射X射線之光軸角度可藉由上述之χ軸擺動機構、測角器10之迴旋臂11的驅動而任意地變更。
如圖12所示，本實施形態之試料平台40設為如下之構成，即，使空洞43之截面積自與試料保持框56之X射線穿透孔57連通的上端開口部43a朝向供入射X射線進入的下端開口部43b而擴展。藉此，入射X射線不被位於空洞43周圍的構件遮擋而可傾斜的角度範圍(即，使入射X射線之光軸相對於試料S可傾斜的角度範圍)擴展，而可彈性地對應於各種測定條件。
例如，在圖12所示之尺寸例中，設為如下之構造，即，對於半徑150mm之半導體晶圓(試料S)，可相對於自鉛直方向所入射的X射線之光軸而使其傾斜至角度20°。
[外部框體之構造] 圖13係表示以外部框體覆蓋本實施形態之穿透型小角度散射裝置的狀態的立體圖。圖15A係其之左側視圖，圖15B係其之俯視圖，圖16係其之縱剖視圖。圖14係表示將外部框體疊起之狀態的立體圖。一般而言，使用X射線的穿透型小角度散射裝置為了對於X射線進行防護，因而在藉由外部框體覆蓋周圍之狀態下進行裝設。
本實施形態之穿透型小角度散射裝置1為了於鉛直方向對被試料保持部42所支撐的試料S照射X射線，而成為於縱向上長條之構造(參照圖1A~圖3)。因而，如圖13所示，外部框體200亦成為於縱向上長條之構造。
於此，在本實施形態中，設為如下之構造，即，由框體本體201、複數個框體要素構件202、203構成該外部框體200，且使各框體要素構件202、203相對於框體本體201而於上下方向上移動自如。具體而言，如圖15A及圖15B所示，中段之框體要素構件202係相對於框體本體201而沿著導引軌道210朝上下方向移動自如，進而，上段之框體要素構件203係相對於框體要素構件202而沿著導引軌道211朝上下方向移動自如。接著，設為如下之構成，即，將來自未圖示之驅動馬達的驅動力經由未圖示之驅動機構而傳遞至各框體要素構件202、203，而使該等各框體要素構件202、203朝上下方向驅動。
於搬運、或在現場進行設置外部框體200時，如圖14所示，成為如下之狀態，即，使各框體要素構件202、203一起朝下方位置移動，而在框體本體201之內側重疊而疊起。如此，藉由設為高度尺寸較小之小型形態，而可使外部框體200之搬運作業、設置作業變得極為容易，而實現該作業所需要之作業時間的縮短與勞力的減輕。由於外部框體200為重物，因而在相對於框體本體201而將各框體要素構件202、203加以分解的構造中，分解•組裝作業變得繁雜，但藉由設為基於上述之驅動馬達所產生之驅動力而使框體要素構件202、203朝上下方向驅動的構造，而不需要在現場之分解•組裝作業，並使在現場之設置作業、撤除作業變得更加容易。
再者，在圖13~圖15A中，為了辨識外部框體200之內側，因而將覆蓋穿透型小角度散射裝置的壁面之一部分或全部加以省略而顯示。此外，於外部框體200之正面並排設置有後述之基板搬送裝置310，但於該並排設置之部位未設置有壁面，而構成為朝外部框體200之內部連通。
此外，如圖16所示，外部框體200之內部空間係藉由水平配置在試料平台40之上方位置的遮蔽板220而於上下被區隔。而且，對於藉由遮蔽板220被區隔的下側空間(即，設置有試料平台40的下部空間)，自被並排設置於外部框體200外側的風扇過濾器單元300供給高精度地被除塵的空氣。藉此，該下部空間成為灰塵極少之潔淨空間，而可防止灰塵附著於被試料保持部42所支撐的半導體晶圓(試料S)的情形。遮蔽板220遮擋來自風扇過濾器單元300的空氣朝上方流動，而實現空氣有效率且經濟地對半導體晶圓與其周邊之供給。
[作為半導體檢查裝置之整體構造] 圖17係表示組入有本實施形態之穿透型小角度散射裝置的半導體檢查裝置之外觀的立體圖。如該圖所示，在覆蓋穿透型小角度散射裝置周圍的外部框體200之外側，除了上述之風扇過濾器單元300以外，亦並排設置有基板搬送裝置(EFEM)310、電氣裝置部320，而建構半導體檢查裝置。
基板搬送裝置310具備有如下功能，即，將成為測定對象的半導體晶圓(試料S)朝試料保持部42進行自動搬送，且將測定已結束的半導體晶圓自試料保持部42自動地搬出。再者，半導體晶圓係在被存放於密閉型晶圓盒(FOUP)內之狀態下進行自動搬送。此外，於電氣裝置部320設置有對穿透型小角度散射裝置供給電力用之電源、用以控制該裝置的電腦。進而，半導體檢查裝置具備有未圖示之用以進行公用設施供給的設備。藉由該等構成，組入有本實施形態之穿透型小角度散射裝置的半導體檢查裝置可實現如下功能，即，對半導體晶圓進行自動搬送，且在半導體製造步驟之途中於線上實施自動測定。
[控制系統] 圖18係表示本實施形態之穿透型小角度散射裝置之控制系統的方塊圖。X射線照射單元20之控制係由X射線照射控制器101所執行。此外，光學顯微鏡35所捕捉到的試料S之圖像係藉由圖像辨識電路102而進行圖像辨識。該等光學顯微鏡35與圖像辨識電路102係構成對被配置在試料保持部42的試料S之圖像進行觀察的圖像觀察手段。再者，光學顯微鏡35之焦點位置係藉由焦點控制器103而進行調整。
定位控制器104係對試料定位機構110進行驅動控制。尤其是在將試料S之被檢查點朝裝置之測定位置P配置時，定位控制器104基於利用光學顯微鏡35捕捉且藉由圖像辨識電路102被辨識的試料S之圖像，而對試料定位機構110進行驅動控制。
測角器10係藉由測角控制器105而進行驅動控制。X射線照射控制器101、圖像辨識電路102、焦點控制器103、定位控制器104、測角控制器105之各構成部係基於自中央處理裝置100被送來的設定資訊而各自運作。於此，設定資訊係作為配方而預先被記憶於記憶部106，並使中央處理裝置100讀出而輸出至上述各構成部。二維X射線檢測器30係藉由檢測控制電路107而被控制。
[測定動作之執行程序] 圖19係表示上述構成之本實施形態之藉由穿透型小角度散射裝置所進行之測定動作之執行程序的流程圖。於此，對於將形成有半導體元件之電路圖案的半導體晶圓作為試料S之情況下的測定動作進行說明。
於記憶部106中，預先被記憶有用以執行小角度散射測定的軟體，而中央處理裝置100(CPU)依照該軟體來執行以下之處理步驟。
於將作為檢查對象之試料S即半導體晶圓吸著支撐於試料保持部42後，首先，定位控制器104對試料定位機構110進行驅動控制，將半導體晶圓配置在光學顯微鏡35之下方位置(步驟S1)。
接著，藉由光學顯微鏡35而觀察半導體晶圓之表面，基於來自光學顯微鏡35的圖像資料，圖像辨識電路102對被形成在半導體晶圓表面的獨特點進行辨識(步驟S2)。於此，在記憶部106中，將被形成於半導體晶圓表面的獨特點作為配方而預先加以記憶。作為獨特點，例如為形成在半導體晶圓表面的特徵性之圖案形狀等而被設定在以不干擾圖像辨識電路102進行判斷之方式藉由來自光學顯微鏡35的圖像資訊可進行辨識的部位。
接著，將藉由圖像辨識電路102被辨識出的獨特點作為基準，定位控制器104基於預先被設定的被檢查點之位置資訊而對試料定位機構110進行驅動控制，將被檢查點配置在裝置之測定位置P(步驟S3)。
接著，執行小角度散射測定(步驟S4)，中央處理裝置100對測定資料進行解析(步驟S5)。於此，例如在實施被形成於半導體晶圓表面的深孔之傾斜角之解析等的形狀解析測定的情況下，驅動測角器10之迴旋臂11，或藉由χ軸擺動機構而擺動半導體晶圓，變更X射線對於半導體晶圓之光軸角度，藉此而可執行深孔之傾斜角等的形狀解析。
上述S3~S5之各步驟係對設定在半導體晶圓的全部被檢查點進行執行(步驟S6)，於對全部被檢查點執行小角度散射測定之後，結束測定動作。
[半導體元件之測定例、及半導體晶圓之傾斜測定手段] 半導體元件通常被形成於半導體晶圓上，作為測定對象的散亂體係於與半導體晶圓之主面平行的方向上周期性地排列。作為測定對象，可列舉有構成半導體元件之微細的孔、支柱。半導體元件之微細化‧高積體化係日新月異地進化，而存在有孔、支柱的直徑成為數十nm、深度(高度)成為數μm等之極微細且高寬高比的案例。對於如此之構造，藉由使用本實施形態之穿透型小角度散射裝置，可特定出該等孔、支柱之正確的三維形狀。
於此，較佳為，在進行小角度散射測定之前，測定半導體晶圓表面的傾斜，而以半導體晶圓之表面相對於入射X射線之光軸而成為垂直之方式進行調整。
圖20A係示意地表示與用以測定半導體晶圓之傾斜的手段相關之構成例的前視構成圖。如圖20A所示，於測角器10之迴旋臂11，與二維X射線檢測器30一起而並排設置有雷射傾斜測定器36。該等二維X射線檢測器30與雷射傾斜測定器36係搭載於在橫向上移動的移動台37。接著，成為如下構造，即，移動台37藉由未圖示之驅動馬達的驅動力而於橫向上移動，而可將二維X射線檢測器30與雷射傾斜測定器36中之任一者切換而配置於與自X射線照射單元20所射出的X射線之光軸O對向的位置。
雷射傾斜測定器36包含雷射光源36a與雷射檢測器36b，且具有如下功能，即，將來自雷射光源36a的雷射光照射至被試料保持部42所支撐的半導體晶圓(試料S)之表面，並藉由雷射檢測器36b檢測自該表面所反射而來的雷射光，藉此可測定半導體晶圓表面相對於光軸O之傾斜。
基於藉由該雷射傾斜測定器36所測定之半導體晶圓表面相對於光軸O之傾斜，驅動試料平台40之χ軸擺動機構或面內旋轉機構而以使半導體晶圓表面相對於入射X射線之光軸O而成為垂直之方式進行調整。
若如此地調整半導體晶圓表面之傾斜，則可將調整後之方位作為原點(χ=0°、θ=0°)，驅動χ軸擺動機構、測角器10之迴旋臂11，而任意地變更X射線相對於半導體晶圓之光軸角度。藉由半導體晶圓之表面傾斜調整，而可測定被形成在半導體晶圓的孔、支柱之相對於半導體晶圓表面的位置關係(傾斜)，且可獲得與元件形狀相關之有益資訊。其後，依照圖19之流程圖，執行小角度散射測定。
圖20B係示意地表示與用以測定半導體晶圓之傾斜的手段相關之其他構成例的側視構成圖。在圖20B所示之構成中，與光學顯微鏡35並排而設置雷射傾斜測定器36。於對半導體晶圓表面之傾斜進行測定時，驅動試料平台40之Y軸移動機構、X軸移動機構，使支撐在試料保持部42的半導體晶圓(試料S)移動至雷射傾斜測定器36之下方位置。雷射傾斜測定器36具有如下功能，即，將來自雷射光源36a的雷射光照射至半導體晶圓之表面，且藉由雷射檢測器36b而檢測自該表面所反射而來的雷射光，藉此可測定半導體晶圓表面之傾斜。於此，例如若預先調整雷射光源36a及雷射檢測器36b之位置而使其可對於以水平面作為基準的傾斜進行測定，則雷射傾斜測定器36可對半導體晶圓表面相對於水平面或鉛直軸的傾斜進行測定。
再者，本發明並不受上述實施形態所限定，當然可因應需要而實施各種變形或應用。例如，迴旋臂並不限定於在圖4所示之三個臂構件12、13、14所構成，亦可以兩個或四個以上之臂構件所構成。
此外，外部框體並不限定於如圖13~圖16所示般使兩個框體要素構件202、203相對於框體本體201移動自如的構成，亦可設為使一個或三個以上之框體要素構件相對於框體本體移動自如的構成。進而，對於該等框體要素構件之移動，除了藉由來自驅動馬達的驅動力以外，亦可因應需要而設為藉由手動使其移動的構成。
1:穿透型小角度散射裝置 10:測角器 11:迴旋臂 12:第1臂構件 12a、13a:導引軌道 13:第2臂構件 14:第3臂構件 15:下部保持構件 16:上部保持構件 17:支撐構件 20:X射線照射單元 21:X射線管 22:聚光鏡 23:孔口 24:防護狹縫 25:狹縫 30:二維X射線檢測器 31:直射光束擋止器 32:真空路徑 35:光學顯微鏡 36:雷射傾斜測定器 36a:雷射光源 36b:雷射檢測器 37:移動台 40:試料平台 41:框體 42:試料保持部 43:空洞 43a:上端開口部 43b:下端開口部 50:基框 51:X軸移動框 52:χ軸迴旋台 52a:軸承 53:Y軸移動台 54:Z軸驅動台 55:Z軸移動台 56:試料保持框 57:X射線穿透孔 58:吸著支撐片 59:真空噴嘴 60:旋轉導引部 61:旋轉支撐部 62:支撐滾輪 63:從動側滑輪 64:面內旋轉用驅動馬達 65:驅動側滑輪 66:驅動帶 67:X軸驅動用馬達 68:滾珠螺桿 69:螺桿軸 70:螺帽構件 71:導引軌道 72:滑動件 73:軸承 74:擺動支軸 75:Y軸驅動用馬達 76:滾珠螺桿 77:螺桿軸 78:軸承 79:螺帽構件 80:Z軸驅動用馬達 81:導引構件 82:滑動構件 83:導引軌道 84:滑動件 85:χ軸驅動用馬達 86:驅動力傳遞帶 87:蝸桿 88:蝸輪 89:驅動側滑輪 90:從動側滑輪 91:導引軌道 92:滑動件 93:導引軌道 94:滑動件 95:滾珠螺桿 96:螺帽構件 100:中央處理裝置 101:X射線照射控制器 102:圖像辨識電路 103:焦點控制器 104:定位控制器 105:測角控制器 106:記憶部 107:檢測控制電路 110:試料定位機構 200:外部框體 201:框體本體 202、203:框體要素構件 210、211:導引軌道 220:遮蔽板 300:風扇過濾器單元 310:基板搬送裝置(EFEM) 320:電氣裝置部 L1:距離 L2:距離(相機長度) O:光軸 P:測定位置 S:試料
圖1A係示意地表示本發明之實施形態之穿透型小角度散射裝置之整體構造的側視構成圖。圖1B係其之前視構成圖。 圖2係表示本發明之實施形態之穿透型小角度散射裝置之外觀的立體圖。 圖3係自與圖2不同方向觀察本發明之實施形態之穿透型小角度散射裝置之外觀的立體圖。 圖4係表示構成本發明之實施形態之穿透型小角度散射裝置的測角器之迴旋臂與搭載於該迴旋臂的構成要素之外觀的立體圖。 圖5係表示將圖4所示之測角器之迴旋臂疊起而使全長變短之狀態的立體圖。 圖6係示意地表示構成於X射線照射單元與二維X射線檢測器之間之光學系統的圖。 圖7係表示構成本發明之實施形態之穿透型小角度散射裝置的試料平台之外觀的立體圖。 圖8係放大表示支撐試料的試料保持部與面內旋轉機構的俯視圖。 圖9係放大表示支撐試料的試料保持部與面內旋轉機構的立體圖。 圖10A係表示X軸移動機構、Y軸移動機構、Z軸移動機構的立體圖。圖10B係示意地表示導引構件與滑動構件的構成圖。 圖11係表示χ軸擺動機構的立體圖。 圖12係試料平台之縱剖視圖。 圖13係表示以外部框體覆蓋本發明之實施形態之穿透型小角度散射裝置之狀態的立體圖。 圖14係表示將本發明之實施形態之外部框體疊起之狀態的立體圖。 圖15A係表示以外部框體覆蓋本發明之實施形態之穿透型小角度散射裝置之狀態的左側視圖。圖15B係其之俯視圖。 圖16係表示以外部框體覆蓋本發明之實施形態之穿透型小角度散射裝置之狀態的縱剖視圖。 圖17係表示組入有本發明之實施形態之穿透型小角度散射裝置的半導體檢查裝置之外觀的立體圖。 圖18係表示本發明之實施形態之穿透型小角度散射裝置之控制系統的方塊圖。 圖19係表示藉由本發明之實施形態之穿透型小角度散射裝置所進行之測定動作之執行程序的流程圖。 圖20A係示意地表示與用以測定半導體晶圓之傾斜的手段相關的構成例的前視構成圖。圖20B係示意地表示與用以測定半導體晶圓之傾斜的手段相關的其他構成例的側視構成圖。
10:測角器
11:迴旋臂
20:X射線照射單元
30:二維X射線檢測器
32:真空路徑
35:光學顯微鏡
40:試料平台
41:框體
42:試料保持部
43:空洞
P:測定位置
S:試料

Claims (6)

  1. 一種穿透型小角度散射裝置，其特徵在於，其具備有： 試料保持部，其配置成為檢查對象的試料； 試料定位機構，其使上述試料保持部移動； 測角器，其包含有迴旋臂； X射線照射單元，其被搭載於上述迴旋臂；及 二維X射線檢測器，其被搭載於上述迴旋臂； 上述迴旋臂以鉛直方向之配置狀態作為原點，繞自該原點於水平方向延伸的θ軸而轉動自如， 上述X射線照射單元被搭載於上述迴旋臂之下側端部， 上述二維X射線檢測器被搭載於上述迴旋臂之上側端部， 自下方對被配置於上述試料保持部的試料照射從上述X射線照射單元所射出的會聚X射線，且上述二維X射線檢測器在上述試料之上方位置對在穿透該試料的會聚X射線之周圍所產生的散射X射線進行檢測。
  2. 如請求項1之穿透型小角度散射裝置，其中，其構成為，上述迴旋臂藉由複數個臂構件所構成，將其中一臂構件固定於上述測角器之θ旋轉軸，且相對於被固定在該θ旋轉軸的臂構件，其他臂構件滑動而重疊。
  3. 如請求項1之穿透型小角度散射裝置，其中，其構成為， 上述試料保持部被形成於試料保持框之內側， 上述試料保持框之內側成為X射線穿透孔，在與該X射線穿透孔面對的狀態下支撐上述試料。
  4. 如請求項3之穿透型小角度散射裝置，其中，其構成為，於上述試料保持框之內周緣，自複數個部位朝內側突出有吸著支撐片，藉由該等吸著支撐片而吸著支撐上述試料之外周緣部的一部分。
  5. 如請求項1至4中任一項之穿透型小角度散射裝置，其中，上述試料定位機構包含有：面內旋轉機構，其用以使被上述試料保持部所支撐的試料進行面內旋轉；Y軸移動機構，其用以使上述試料保持部於前後方向移動；X軸移動機構，其用以使上述試料保持部於橫向移動；Z軸移動機構，其用以使上述試料保持部於上下方向移動；及擺動機構，其使上述試料保持部擺動； 其構成為，上述Z軸移動機構包含有被組合呈楔狀的導引構件與滑動構件，藉由上述導引構件朝一方向移動而推起上述滑動構件，藉由上述導引構件朝反方向移動而使上述滑動構件下降；使上述試料保持部與上述滑動構件一起於上下方向移動。
  6. 如請求項1至4中任一項之穿透型小角度散射裝置，其中，其具備有用以覆蓋周圍的外部框體之穿透型小角度散射裝置， 上述外部框體包含有框體本體、及一個或複數個框體要素構件，上述框體要素構件相對於上述框體本體而於上下方向移動自如， 其形成有將上述框體要素構件與上述框體本體重疊的形態、及將上述框體要素構件自上述框體本體拉伸的形態。
TW109105789A 2019-03-28 2020-02-24 穿透型小角度散射裝置 TWI808308B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-065112 2019-03-28
JP2019065112 2019-03-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202037909A TW202037909A (zh) 2020-10-16
TWI808308B true TWI808308B (zh) 2023-07-11

Family

ID=72609717

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW112121553A TW202340710A (zh) 2019-03-28 2020-02-24 穿透型小角度散射裝置
TW109105789A TWI808308B (zh) 2019-03-28 2020-02-24 穿透型小角度散射裝置

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW112121553A TW202340710A (zh) 2019-03-28 2020-02-24 穿透型小角度散射裝置

Country Status (8)

Country Link
US (3) US11754515B2 (zh)
JP (3) JP7210065B2 (zh)
KR (2) KR20240042152A (zh)
CN (1) CN113631913A (zh)
DE (1) DE112020001594T5 (zh)
IL (1) IL286449B2 (zh)
TW (2) TW202340710A (zh)
WO (1) WO2020194986A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7458935B2 (ja) * 2020-08-26 2024-04-01 キオクシア株式会社 計測装置、及び、計測方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170307548A1 (en) * 2016-04-22 2017-10-26 Kla-Tencor Corporation Beam Shaping Slit For Small Spot Size Transmission Small Angle X-Ray Scatterometry
TW201807407A (zh) * 2016-07-15 2018-03-01 理學股份有限公司 Ｘ射線檢查裝置、ｘ射線薄膜檢查方法及搖擺曲線測定方法
TW201833539A (zh) * 2016-11-30 2018-09-16 美商克萊譚克公司 用於三維半導體結構之檢驗之缺陷發現及變因最佳化
TW201907155A (zh) * 2017-05-11 2019-02-16 美商克萊譚克公司 用於具有高空間解析度之ｘ射線束之特徵化之方法及系統

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3751008B2 (ja) * 2002-11-27 2006-03-01 株式会社リガク Ｘ線分析装置
JP2005221362A (ja) 2004-02-05 2005-08-18 Rigaku Corp Ｘ線分析装置及び試料分析システム
JP3907120B2 (ja) * 2004-02-05 2007-04-18 株式会社リガク Ｘ線分析用試料支持装置及びｘ線分析装置
WO2007026461A1 (ja) * 2005-08-29 2007-03-08 Rigaku Corporation 縦横小角ｘ線散乱装置及び小角ｘ線散乱の測定方法
JP5116014B2 (ja) * 2007-06-21 2013-01-09 株式会社リガク 小角広角ｘ線測定装置
CN102165307A (zh) * 2008-09-24 2011-08-24 Ge传感与检测技术有限公司 用于借助x射线辐射对检测对象进行材料检测的装置
US9606073B2 (en) * 2014-06-22 2017-03-28 Bruker Jv Israel Ltd. X-ray scatterometry apparatus
WO2016059672A1 (ja) * 2014-10-14 2016-04-21 株式会社リガク Ｘ線薄膜検査装置
US9964500B2 (en) * 2014-12-08 2018-05-08 Hitachi High-Technologies Corporation Defect inspection device, display device, and defect classification device
JP6999268B2 (ja) 2016-01-11 2022-01-18 ブルカー テクノロジーズ リミテッド Ｘ線スキャタロメトリーのための方法および装置
TWI749029B (zh) * 2016-07-16 2021-12-11 日商理學股份有限公司 複合檢查系統
JP6606658B2 (ja) * 2016-08-18 2019-11-20 株式会社リガク Ｘ線回折装置
US10481111B2 (en) * 2016-10-21 2019-11-19 Kla-Tencor Corporation Calibration of a small angle X-ray scatterometry based metrology system
JP2018132491A (ja) * 2017-02-17 2018-08-23 株式会社コベルコ科研 検査装置、検査システム、および検査方法
KR102311459B1 (ko) * 2017-03-14 2021-10-13 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 및 프로그램
US10634628B2 (en) * 2017-06-05 2020-04-28 Bruker Technologies Ltd. X-ray fluorescence apparatus for contamination monitoring
CN109387531B (zh) * 2018-10-31 2022-11-15 宁波英飞迈材料科技有限公司 一种衍射消光摇摆曲线成像测量装置和方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170307548A1 (en) * 2016-04-22 2017-10-26 Kla-Tencor Corporation Beam Shaping Slit For Small Spot Size Transmission Small Angle X-Ray Scatterometry
TW201807407A (zh) * 2016-07-15 2018-03-01 理學股份有限公司 Ｘ射線檢查裝置、ｘ射線薄膜檢查方法及搖擺曲線測定方法
TW201833539A (zh) * 2016-11-30 2018-09-16 美商克萊譚克公司 用於三維半導體結構之檢驗之缺陷發現及變因最佳化
TW201907155A (zh) * 2017-05-11 2019-02-16 美商克萊譚克公司 用於具有高空間解析度之ｘ射線束之特徵化之方法及系統

Also Published As

Publication number Publication date
JP7401131B2 (ja) 2023-12-19
IL286449B1 (en) 2023-11-01
KR20210144723A (ko) 2021-11-30
KR102650008B1 (ko) 2024-03-22
JP7401130B2 (ja) 2023-12-19
DE112020001594T5 (de) 2021-12-23
US20220170869A1 (en) 2022-06-02
US11754515B2 (en) 2023-09-12
US20230384248A1 (en) 2023-11-30
TW202340710A (zh) 2023-10-16
US20230375485A1 (en) 2023-11-23
KR20240042152A (ko) 2024-04-01
JP7210065B2 (ja) 2023-01-23
IL286449A (en) 2021-12-01
IL286449B2 (en) 2024-03-01
JP2023052136A (ja) 2023-04-11
TW202037909A (zh) 2020-10-16
WO2020194986A1 (ja) 2020-10-01
CN113631913A (zh) 2021-11-09
JP2023033347A (ja) 2023-03-10
JPWO2020194986A1 (zh) 2020-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI788275B (zh) Ｘ射線檢測系統及利用其成像之方法
TWI444589B (zh) 用於分析樣本之裝置及方法
JP3912606B2 (ja) Ｘ線薄膜検査装置と、プロダクトウエーハの薄膜検査装置およびその方法
JP7401130B2 (ja) 透過型小角散乱装置
JP5031215B2 (ja) 多機能ｘ線分析システム
TW201910038A (zh) 雷射加工方法
JP6987413B2 (ja) 非破壊自動検査システム
KR20200099597A (ko) X선 검사 장치
CN109154577B (zh) X射线散射仪
US11781999B2 (en) Spot-size control in reflection-based and scatterometry-based X-ray metrology systems
JP4514785B2 (ja) 全反射蛍光ｘ線分析装置
TWM633264U (zh) 自動光學檢測設備
JPH0917370A (ja) コンタミ防止装置
JP2001021506A (ja) Ｘ線検査装置