JP2011007811A - サンプルの検査方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本方法は、サンプル表面へ放射線を向けること、表面に対する仰角の関数として反射信号を生成するためにその表面で反射された放射線を検知することを含む。第1層からの放射線の反射による特徴は反射信号で同定される。同定された特徴と第1層の既知の反射特性とに対応して反射信号が較正される。その較正された反射信号は第2層の特性を決定するために分析される。他方で、向上された検査方法も同様に開示する。
【選択図】図1
Description
バートン等によって開示され、ここに参照として組み入れる米国特許第5923720号(特許文献3)もまた、湾曲結晶モノクロメータに基づいたX線分光計について記載している。その分光計は、先細りした対数スパイラルの形状を有しており、従来の分光計よりはっきりとした焦点をサンプル表面上に作ることが記載されている。サンプル表面からの反射、または回折されたX線は位置感度検出器で受光される。
本願発明の幾つかの実施態様では、薄膜層により形成されたXRR縞パターンの角度スケールは下層の既知の反射特性に基づいて較正される。縞パターンの構造は薄膜の密度、厚さ、及びその他の特性に依存するが、そのパターンは、特に薄膜層の密度が下層のそれより低いとき、下層からの全反射臨界角で明確な肩を含むこともある。次に、この臨界角は、下層の構成と密度によって決定される。下層のパラメータが既知の場合(例えば、下層がシリコンウェハー層のとき)、XRR縞パターンの角度スケールは肩の位置に基づいて正確に較正することができる。
その検査方法には、
サンプル表面に放射線を向けること、
表面に対する仰角の関数として反射信号を生成するために、表面で反射された放射線を検知すること、
第1層からの放射線反射による反射信号における特徴を同定すること、
同定された特徴と第1層の既知の反射特性とに応答可能なように反射信号を較正すること、
第2層の特性を決定するために較正された反射信号を分析すること、を含む。
代表的には、放射線にはX線を含み、放射線を検知することには、表面に対して直交するアレイ軸を持つ検出素子アレイで放射線を受光することを含む。
サンプル表面方向に放射線を向けることに適用される放射線源と、
表面に対する仰角の関数として反射信号を生成するために、表面で反射された放射線を検知するために配置された検出器部と、
第1層からの放射線反射による反射信号における特徴を同定すること及び同定された特徴と第1層の既知の反射特性とに応答可能なように反射信号を較正することにより、反射信号を受信且つ処理するため、及び第2層の特性を決定するために較正された反射信号を分析するため、連結された信号プロセッサとを有する。
本願発明の一つの実施態様によりさらに提供されるサンプルの検査装置は、
サンプル表面にX線を向けることに適用される放射線源と、
検出器部であって、
その表面に対して実質的に直交するアレイ軸に沿って配置され、予め定義されたピッチで相互に分離され、表面で反射されたX線を受光し、受光した放射線に応答可能なように信号を生成するために作動する検出素子アレイと、
ピッチの整数倍でない増分で互いに分離されている、少なくとも第1のポジションと第2のポジションとの間でアレイ軸と平行な方向に検出素子アレイをシフトするために連結された可動素子と、を有する検出器部と、
表面に対する仰角の関数として表面のX線反射率を決定するために、少なくとも第1のポジションと第2のポジションで検出器部によって生成された信号を合成するために連結された信号プロセッサ、を有する。
代表的に、上記アレイはリニアアレイを有するとともに、検出素子はアレイ軸に直交する横方向の広さがアレイのピッチよりも実質的に大きい。代わりとして、上記アレイは検出素子の2次元マトリックスを有し、検出器部はアレイ軸に直交する方向に沿ったアレイの各列における検出素子を足し合わせる(bin)ことに適用されるものである。
サンプル表面方向へX線を向けること、
その表面に対して実質的に直交するアレイ軸に沿って受光した放射線を解像しつつ、表面で反射されたX線を受光するために、予め定義されたピッチで相互に分離された検出素子アレイを構成すること、
ピッチの整数倍でない増分で互いに分離された、少なくとも第1のポジションと第2のポジション間で、アレイ軸に平行な方向で検出素子アレイをシフトすること、
少なくとも第1のポジションと第2のポジションそれぞれで受光したX線に応答可能なように、検出素子により生成された少なくとも第1の信号と第2の信号を受信すること、
表面に対する仰角の関数として、表面のX線反射率を決定するために、少なくとも第1の信号と第2の信号を合成すること、が含まれる。
半導体ウェハー表面の、既知の反射特性を有する下層に薄膜層を蒸着することに適用される蒸着ステーションと、
検査ステーションであって、
ウェハー表面にX線を向けることに適用される放射線源と、
表面に対する仰角の関数として反射信号を生成するために、表面で反射された放射線を検知するよう配置された検出器部と、
下層からの放射線反射による反射信号における特徴を同定すること及び同定された特徴と下層の既知の反射特性とに応答可能なように反射信号を較正することにより、反射信号を受信且つ処理するため、及び蒸着ステーションで蒸着された薄膜層の特性を決定するために較正された反射信号を分析するため、連結された信号プロセッサ、を有する検査ステーション、を有する。
半導体ウェハーを受け入れることに適用される製造用チャンバー(production chamber)と、
チャンバー内で半導体ウェハー表面の、既知の反射特性を有する下層に薄膜層を蒸着することに適用される蒸着装置と、
チャンバー内の半導体ウェハー表面にX線を向けることに適用される放射線源と、
表面に対する仰角の関数として反射信号を生成するために、表面で反射された放射線を検知するよう配置された検出器部と、
下層からの放射線反射による反射信号における特徴を同定すること及び同定された特徴と下層の既知の反射特性とに応答可能なように反射信号を較正することにより、反射信号を受信且つ処理するため、及び蒸着装置で蒸着された薄膜層の特性を決定するために較正された反射信号を分析するため、連結されたプロセッサ、を有する。
半導体ウェハー表面に薄膜層を蒸着することに適用される蒸着ステーションと、
検査ステーションであって
ウェハー表面にX線を向けることに適用される放射線源と、
検出器部であって、
表面に対して実質的に直交するアレイ軸に沿って配置され、予め定義されたピッチで相互に分離され、表面で反射されたX線を受光するため及び受光した放射線に応答可能なように信号を生成するために作動するようになっている検出素子アレイと、
ピッチの整数倍でない増分で互いに分離されている、少なくとも第1のポジションと第2のポジションとの間でアレイ軸に平行な方向に検出素子アレイをシフトするために連結された可動素子、を有するものと、
表面に対する仰角の関数として薄膜層のX線反射率を決定するために、少なくとも第1のポジションと第2のポジションで検出器部によって生成された信号を合成するために連結された信号プロセッサ、を有する検査ステーション、を有する。
半導体ウェハーを受け入れることに適用される製造用チャンバーと、
チャンバー内で半導体ウェハー表面に薄膜層を蒸着することに適用される蒸着装置と、
チャンバー内の半導体ウェハー表面にX線を向けることに適用される放射線源と、
検出器部であって、
表面に対して実質的に直交するアレイ軸に沿って配置され、予め定義されたピッチで相互に分離され、表面で反射されたX線を受光するため及び受光した放射線に応答可能なように信号を生成するために作動するようになっている検出素子アレイと、
ピッチの整数倍でない増分で互いに分離されている、少なくとも第1のポジションと第2のポジションとの間でアレイ軸に平行な方向に検出素子アレイをシフトするために連結された可動素子、を有するものと、
表面に対する仰角の関数として薄膜層のX線反射率を決定するために、少なくとも第1のポジションと第2のポジションで検出器部によって生成された信号を合成するために連結された信号プロセッサ、を有する。
予め定義された第1のポジションにある放射線源から、予め定義された第2のポジションにある放射線センサへ放射線を向けること、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットオフするように、シャッターが配置された間に、仰角の関数として第1の直接信号を生成するために放射線源から放射線センサへ直接入射する放射線を検知すること、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットオフしないように、シャッターが配置された間に、仰角の関数として第2の直接信号を生成するために放射線源から放射線センサへ直接入射する放射線を検知すること、
放射線がサンプル表面に入射するよう、予め定義された第1のポジションにある放射線源と予め定義された第2のポジションにある放射線センサの間にサンプルを置くこと、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットオフするように、シャッターが配置された間に、仰角の関数として第1の反射信号を生成するためにサンプル表面から放射線センサ上へ反射した放射線を検知すること、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットオフしないように、シャッターが配置された間に、仰角の関数として第2の反射信号を生成するためにサンプル表面から放射線センサ上へ反射した放射線を検知すること、
表面に対する接線の仰角を見つけるために、第1の直接信号と第2の直接信号の第1の比と、第1の反射信号と第2の反射信号の第2の比を比較すること、
を含む。
開示された実施態様において、上記第1の比と第2の比とを比較することには、第1の比が所定の値となる第1の仰角を見つけ、第2の比が所定の値となる第2の仰角を見つけ、及び第1の仰角と第2の仰角の平均となるよう、表面に対する接線の仰角を決定する、ことを含む。加えて、または代わりとして、上記の方法はシャッターが放射線をカットするより下で最小仰角を決定するために第1の仰角と第2の仰角の差を取得することを含む。
放射線を生成することに適用される、予め定義された第1のポジションにある放射線源と、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットするために配置可能なシャッターと、
放射線源で生成された放射線をサンプル表面へ入射させるためにサンプルを適当な場所へ置くために構成される可動ステージと、
仰角の関数として、放射線センサに入射した放射線に応答可能な信号を生成するために放射線を検知することに適用される、予め定義された第2のポジションにある放射線センサと、
上記信号には、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットオフするように、シャッターが配置された間に、放射線源から放射線センサへ直接入射する放射線に応答可能な第1の直接信号と、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットオフしないように、シャッターが配置された間に、放射線源から放射線センサへ直接入射する放射線に応答可能な第2の直接信号と、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットオフするように、シャッターが配置された間に、サンプル表面から放射線センサ上へ反射した放射線に応答可能な第1の反射信号と、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットオフしないように、シャッターが配置された間に、サンプル表面から放射線センサ上へ反射した放射線に応答可能な第2の反射信号とを含み、
表面に対する接線の仰角を見つけるために、第1の直接信号と第2の直接信号との第1の比と、第1の反射信号と第2の反射信号との第2の比を比較するために連結された信号プロセッサとを有する。
本願発明は、以下に記述する実施態様の詳細な説明及び図から、より十分に理解されよう。
ポジション1:R11,R21,R31,R41,・・・
ポジション2:R12,R22,R32,R42,・・・
ポジション3:R13,R23,R33,R43,・・・
そして、結果的に仮想アレイは実際のアレイピッチの1/3で区分された仮想ピクセルにおいて、以下の値を有することとなる。
R11,R12,R13,R21,R22,R23,R31,R32,R33,R41,・・・
代わりとして、XRRスペクトルが十分に強く、その縞がよく分離されている場合、許容できるスペクトルを抽出するために、ポジション45といった一つの垂直ポジションでのXRR信号を測定することで十分なこともある。
・狭い反射X線55 これは図に示されるように、サンプル22が所定位置にあり、シャッター38がX線の低角度部分をカットオフするよう配置された場合のアレイ32に入射するX線である。
・広い反射X線57 これはシャッター38をX線の範囲から外した場合のサンプル22のゼロ角度に対しておおよそ下側へ広げたX線である。
・狭い直接X線58 これはサンプル22をX線の光路からはずし、シャッター38を再びX線の低角度部分をカットオフするよう配置した場合のアレイ32に入射するX線である。
・広い直接X線59 これはサンプル22とシャッター38の両方をX線の光路からはずした場合で、X線57を、通常ゼロ角度を超えたその上方まで拡張したものである。
ゼロ角度の近くでは、X線57によりアレイ32で捕捉される信号は鋭いカットオフを有さないが、むしろ漸進的に増加し、完全にスムーズではないことに注意する(簡単化のため、図3にはこの漸進的増加は示されていない)。そのため、この信号だけに基づいてゼロ角度を決定することは困難である。
22 サンプル
24 可動ステージ
26 X線源
30 検出器部
32 検出素子アレイ
33 移動素子
36 ナイフエッジ
38 シャッター
39 スリット
40 信号プロセッサ
46 検出素子
70 クラスターツール
72 蒸着ステーション
74 検査ステーション
77 半導体ウェハー
78 ロボット
80 システムコントローラ
90 システム
92 真空チャンバー
94 蒸着装置
96 X線窓
Claims (24)
- サンプルの検査装置であって、
サンプル表面にX線を向けることに適用される放射線源と、
検出器部であって、
前記表面に対して実質的に直交するアレイ軸に沿って配置され、予め定義されたピッチで相互に分離され、前記表面で反射されたX線を受光し、受光した放射線に応答可能なように信号を生成するために作動する検出素子アレイと、
ピッチの整数倍でない増分で互いに分離されている、少なくとも第1のポジションと第2のポジションとの間でアレイ軸と平行な方向に検出素子アレイをシフトするために連結された可動素子と、を有する検出器部と、
前記表面に対する仰角の関数として前記表面のX線反射率を決定するために、少なくとも前記第1のポジションと前記第2のポジションで検出器部によって生成された信号を合成するために連結された信号プロセッサ、
を有する検査装置。 - 前記信号プロセッサは、前記表面のX線反射率を決定するために、少なくとも前記第1のポジションと前記第2のポジションで検出器部によって生成された信号をインターリーブすることに適用される、請求項1に記載の検査装置。
- 前記増分は、前記ピッチの半分以下である、請求項1に記載の検査装置。
- 前記アレイはリニアアレイを有するとともに、前記検出素子はアレイ軸に直交する横方向の広さがアレイのピッチより実質的に大きい、請求項1に記載の検査装置。
- 前記アレイは検出素子の2次元マトリクスを有し、前記検出器部はアレイ軸に直交する方向に沿ったアレイの各列における検出素子を足し合わせることに適用される、請求項1に記載の検査装置。
- サンプルの検査方法であって、
サンプル表面方向へX線を向けること、
前記表面に対して実質的に直交するアレイ軸に沿って受光した放射線を解像しつつ、前記表面で反射されたX線を受光するために、予め定義されたピッチで相互に分離された検出素子アレイを構成すること、
ピッチの整数倍でない増分で互いに分離された、少なくとも第1のポジションと第2のポジション間で、アレイ軸に平行な方向で検出素子アレイをシフトすること、
少なくとも前記第1のポジションと前記第2のポジションそれぞれで受光したX線に応答可能なように、検出素子により生成された少なくとも第1の信号と第2の信号を受信すること、
前記表面に対する仰角の関数として、前記表面のX線反射率を決定するために、少なくとも前記第1の信号と前記第2の信号を合成すること、
を含む検査方法。 - 前記少なくとも前記第1の信号と前記第2の信号を合成することには、信号をインターリーブすることを含む、請求項6に記載の検査方法。
- 前記増分は、ピッチの半分以下である、請求項6に記載の検査方法。
- マイクロ電子デバイス製造用クラスターツールであって、
半導体ウェハー表面に薄膜層を蒸着することに適用される蒸着ステーションと、
検査ステーションであって、
前記ウェハー表面にX線を向けることに適用される放射線源と、
検出器部であって、
前記表面に対して実質的に直交するアレイ軸に沿って配置され、予め定義されたピッチで相互に分離され、前記表面で反射されたX線を受光するため及び受光した放射線に応答可能なように信号を生成するために作動するようになっている検出素子アレイと、
ピッチの整数倍でない増分で互いに分離されている、少なくとも第1のポジションと第2のポジションとの間でアレイ軸に平行な方向に検出素子アレイをシフトするために連結された可動素子、を有するものと、
前記表面に対する仰角の関数として薄膜層のX線反射率を決定するために、少なくとも前記第1のポジションと前記第2のポジションで検出器部によって生成された信号を合成するために連結された信号プロセッサ、を有するステーション、
を有するクラスターツール。 - マイクロ電子デバイス製造用装置であって、
半導体ウェハーを受け入れることに適用される製造用チャンバーと、
前記チャンバー内で半導体ウェハー表面に薄膜層を蒸着することに適用される蒸着装置と、
チャンバー内の半導体ウェハー表面にX線を向けることに適用される放射線源と、
検出器部であって、
前記表面に対して実質的に直交するアレイ軸に沿って配置され、予め定義されたピッチで相互に分離され、前記表面で反射されたX線を受光するため及び受光した放射線に応答可能なように信号を生成するために作動するようになっている検出素子アレイと、
ピッチの整数倍でない増分で互いに分離されている、少なくとも第1のポジションと第2のポジションとの間でアレイ軸に平行な方向に検出素子アレイをシフトするために連結された可動素子、を有するものと、
前記表面に対する仰角の関数として薄膜層のX線反射率を決定するために、少なくとも前記第1のポジションと前記第2のポジションで検出器部によって生成された信号を合成するために連結された信号プロセッサ、
を有する製造用装置。 - サンプルの検査方法であって、
予め定義された第1のポジションにある放射線源から、予め定義された第2のポジションにある放射線センサへ放射線を向けること、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットオフするように、シャッターが配置された間に、仰角の関数として第1の直接信号を生成するために放射線源から放射線センサへ直接入射する放射線を検知すること、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットオフしないように、シャッターが配置された間に、仰角の関数として第2の直接信号を生成するために放射線源から放射線センサへ直接入射する放射線を検知すること、
放射線がサンプル表面に入射するよう、予め定義された第1のポジションにある放射線源と予め定義された第2のポジションにある放射線センサの間にサンプルを置くこと、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットオフするように、シャッターが配置された間に、仰角の関数として第1の反射信号を生成するためにサンプル表面から放射線センサ上へ反射した放射線を検知すること、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットオフしないように、シャッターが配置された間に、仰角の関数として第2の反射信号を生成するためにサンプル表面から放射線センサ上へ反射した放射線を検知すること、
前記表面に対する接線の仰角を見つけるために、前記第1の直接信号と前記第2の直接信号の第1の比と、前記第1の反射信号と前記第2の反射信号の第2の比を比較すること、
を含む検査方法。 - 放射線には、X線を含む、請求項11に記載の検査方法。
- 前記放射線センサは、サンプル表面に対して直交するアレイ軸を持つ検出素子アレイを有する、請求項11に記載の検査方法。
- 前記直接信号と前記反射信号を決定するために、放射線を検知することには、
アレイ軸と平行な方向に沿って、少なくとも第1のポジションと第2のポジションの間でアレイを移動し、
少なくとも前記第1のポジションと前記第2のポジションで検出素子によって受光された放射線による第1の信号と第2の信号を生成し、
向上された反射信号を生成するために、少なくとも前記第1の信号と前記第2の信号を合成する、
ことを含む請求項13に記載の検査方法。 - サンプル表面の薄膜層の性質を決定するために、前記第1の反射信号と前記第2の反射信号を分析することを含む、請求項11に記載の検査方法。
- 前記第1の比と前記第2の比とを比較することには、
第1の比が所定の値となる第1の仰角を見つけ、第2の比が所定の値となる第2の仰角を見つけ、及び第1の仰角と第2の仰角の平均となるよう、前記表面に対する接線の仰角を決定する、ことを含む請求項11に記載の検査方法。 - シャッターが放射線をカットオフするより下で最小仰角を決定するために前記第1の仰角と前記第2の仰角の差を取得することを含む、請求項16に記載の検査方法。
- サンプルの検査装置であって、
放射線を生成することに適用される、予め定義された第1のポジションにある放射線源と、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットするために配置可能なシャッターと、
放射線源で生成された放射線をサンプル表面へ入射させるためにサンプルを適当な場所へ置くために構成される可動ステージと、
仰角の関数として、放射線センサに入射した放射線に応答可能な信号を生成するために放射線を検知することに適用される、予め定義された第2のポジションにある放射線センサと、
前記信号には、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットオフするように、シャッターが配置された間に、放射線源から放射線センサへ直接入射する放射線に応答可能な第1の直接信号と、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットオフしないように、シャッターが配置された間に、放射線源から放射線センサへ直接入射する放射線に応答可能な第2の直接信号と、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットオフするように、シャッターが配置された間に、サンプル表面から放射線センサ上へ反射した放射線に応答可能な第1の反射信号と、
予め定義されたカットオフ角で放射線をカットオフしないように、シャッターが配置された間に、サンプル表面から放射線センサ上へ反射した放射線に応答可能な第2の反射信号とを含み、
前記表面に対する接線の仰角を見つけるために、前記第1の直接信号と前記第2の直接信号の第1の比と、前記第1の反射信号と前記第2の反射信号の第2の比を比較するために連結された信号プロセッサと、
を有する検査装置。 - 放射線には、X線を含む、請求項18に記載の検査装置。
- 前記放射線センサは、サンプル表面に対して直交するアレイ軸を持つ検出素子アレイを有する、請求項18に記載の検査装置。
- 前記放射線センサは第1のポジションと第2のポジションで検出素子により受光された放射線による少なくとも第1の信号と第2の信号を生成するために、アレイ軸に平行な方向に沿って少なくとも第1のポジションと第2のポジション間でアレイを移動させることに適用される可動素子を有し、及び前記信号プロセッサは向上された信号を生成するために少なくとも前記第1の信号と前記第2の信号を合成することに適用される、請求項20に記載の検査装置。
- 前記信号プロセッサは、サンプル表面の薄膜層の性質を決定するために、前記第1の反射信号と前記第2の反射信号を分析することに適用される、請求項18に記載の検査装置。
- 前記信号プロセッサは、第1の比が所定の値となる第1の仰角を見つけ、第2の比が所定の値となる第2の仰角を見つけ、及び第1の仰角と第2の仰角の平均を取得することにより、前記表面に対する接線の仰角を決定すること、
に適用される、請求項18に記載の検査装置。 - 前記信号プロセッサは、前記シャッターが放射線をカットオフするより下で最小仰角を決定するために前記第1の仰角と前記第2の仰角の差を取得することに適用される、請求項23に記載の検査装置。
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