KR102104067B1 - X선 산란계측 장치 - Google Patents

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Abstract

축선을 포함하는 평면으로서 공간 내에서 당해 평면에 의해 분리되는 제1 구역 및 제2 구역을 한정하는 평면 내에 샘플을 고정 유지하도록 구성된 샘플 지지부를 포함하고 있는 장치가 제공된다. 상기 제1 구역 내의 소스 장착부가 상기 축선을 중심으로 회전하고, 상기 소스 장착부 상의 X선 소스가 X선의 제1 및 제2 입사 빔을 상기 축선에 수직한 개개의 빔 축선을 따른 개개의 제1 및 제2 각도로 샘플에 충돌하게 안내한다. 상기 제2 구역 내의 검출기 장착부가 상기 축선에 수직인 평면 내에서 이동하고, 상기 검출기 장착부 상의 X선 검출기가 상기 제1 및 제2 입사 빔에 응답하여 샘플을 투과한 X선의 제1 및 제2 회절 빔을 수광하고, 수광된 상기 제1 및 제2 회절 빔에 응답하여 제1 및 제2 신호를 각각 출력한다. 처리기가 샘플의 표면의 윤곽형상을 판정하기 위해 상기 제1 및 제2 신호를 분석한다.

Description

X선 산란계측 장치{X-RAY SCATTEROMETRY APPARATUS}
본 발명은 대체로 X선 계측에 관한 것이며, 특히 작은 구조물의 X선 계측에 관한 것이다.
작은 피처(feature)의 형상 및 공간 치수(크기)의 정밀 측정은 반도체 산업에 있어 매우 중요하다. 피처 폭, 슈링크(shrink) 등의 임계 치수(CD)가 100 nm보다 훨씬 아래, 10 nm까지 그리고 그 아래까지 지향하고 있기 때문에, 제조 공정 제어에 필요한 주요 파라미터를 측정하는 전통적인 방법들이 심각한 도전을 받고 있다. 이러한 기법은 주기적 어레이의 피처들로부터 산란될 때 대체로 적외선(IR)에서 자외선(UV)까지의 범위 내의 빛의 진폭, 강도 및/또는 분극에 있어서의 변화를 통해 피처의 형상 및 크기를 측정하는, 산란광학적 임계 치수(OCD) 계측법으로도 알려진, 광학적 산란계측법을 포함한다. 차원 분석을 위한 또 다른 기법은 주사 영역 내의 피처들의 하향식 화상을 형성하여 개개의 피처의 단면 치수를 제공할 수 있는 주사 전자 현미경법(SEM) 및 특히 CD-SEM이다. 이러한 2가지 기법들은 오늘날 반도체 제조에 있어 치수 분석에 대한 가장 널리 사용되고 있는 접근법들이다.
반도체 산업이 더 작은 피처 및 높은 종횡비(HAR)의 피처로 옮겨가고 있기 때문에, 가장 진보된 OCD 및 CD-SEM 툴이더라도 측정될 피처들의 작은 평면내 치수와 이 피처들의 상대 심도의 양자로 인한 문제를 가진다. 그와 같은 높은 종횡비를 갖는 작은 피처들에 의한 OCD 기법의 경우에는, 구조물에 입사 및 출사하는 비교적 긴 파장의 빛을 얻는 것과 관련한 문제점들이 있는 반면에, CD-SEM에 의하면 피처의 상부만이 탐침되고 비교적 큰 심도에서는 어떠한 정보도 제공되지 않는다는 문제점이 있다.
원자력간 현미경법(AFM)과 같은 다른 기법들도 작은 개개의 피처의 차원 분석을 제공하기 위해 도입되고 있지만, 이 기법은 탐침을 대상 피처 내로 삽입할 수 없다는 점에서 어려움이 있다.
X선 기법들도 차원 분석을 위해 개발되고 있는데, 이 기법들 중의 몇 가지 형태가 이하에 설명된다.
그 개시내용이 여기에 참조되는 요킨(Yokhin) 등에 허여된 미국 특허 6,680,996호는 샘플의 표면을 시험하기 위한 방법을 개시하고 있다. 이 방법은 표면의 한 영역으로부터의 제1 및 제2 파장에서의 방사선의 외부 전반사에 대한 개개의 제1 및 제2 임계 각도를 탐지하는 단계를 포함하고 있다.
그 개시내용이 여기에 참조되는 메이저(Mazor) 등에 허여된 미국 특허 7,110,491호는 샘플의 표면 상의 주기적인 피처의 영역 상에 충돌하도록 X선의 빔을 안내하는 방법을 개시하고 있다. 반사 모드로 표면으로부터 산란된 X선이 방위각의 함수로서 산란된 X선에서의 회절 스펙트럼을 검출하는 데 이용된다. 회절 스펙트럼이 피처의 치수를 판정하기 위해 분석된다.
그 개시내용이 여기에 참조되는 요킨(Yokhin) 등에 허여된 미국 특허 7,551,719호는 샘플의 분석을 위한 장치를 개시하고 있다. 이 장치는 X선의 제1 수렴 빔을 샘플의 표면을 향해 안내하고, X선의 제2 평행시준 빔을 샘플의 표면을 향해 안내하도록 되어 있는 방사선 소스를 포함하고 있다. 운동 어셈블리가 방사선 소스를, X선이 지표각(grazing angle)으로 샘플이 표면을 향해 안내되게 되는 제1 소스 위치와 X선이 샘플의 브랙각(Bragg angle) 근방에서 표면을 향해 안내되게 되는 제2 소스 위치 사이에서 이동시킨다.
CD 측정 기반의 X선 작업이 존스(Jones) 등에 의해 어플라이드 피직스 레터스(Applied Physics Letters) 83:19(2003), 4059-4061 페이지의 "100 nm 미만의 패턴 특성화를 위한 소각 X선 산란법(Small Angle X-ray Scattering for Sub-100 nm Pattern Characterization)"에 개시되어 있다. 저자는 기판 상에 형성되는 일련의 폴리머 포토레지스트 격자들을 특성화하기 위해 싱크로트론 X선 소스에 의한 투과 모드 소각 X선 산란(SAXS)을 이용한다. X선 빔은 격자 및 기판을 통과하고, SAXS 패턴이 2차원 CCD 검출기를 사용하여 측정된다.
본 출원에 참조되는 문헌들은 임의의 용어가 이들 문헌들에서 본 명세서에서 분명하게 또는 내재적으로 이루어진 정의들과 상충하는 방식으로 정의되어 있는 정도여서 본 명세서에서의 정의들만이 고려되어야 하는 경우를 제외하고는 본 출원의 일부로 간주된다.
본 발명의 하나의 실시형태는:
축선을 포함하는 평면으로서 공간 내에서 당해 평면에 의해 분리되는 제1 구역 및 제2 구역을 한정하는 평면 내에 샘플을 고정 유지하도록 구성된 샘플 지지부;
상기 제1 구역에 위치되어, 상기 축선을 중심으로 회전하도록 구성된 소스 장착부;
상기 제1 구역에서 상기 소스 장착부 상에 위치되어, X선의 제1 및 제2 입사 빔을 상기 축선에 수직한 개개의 빔 축선을 따른 개개의 제1 및 제2 각도로 샘플에 충돌하게 안내하도록 구성된 X선 소스;
상기 제2 구역에 위치되어, 상기 축선에 수직인 평면 내에서 이동하도록 구성된 검출기 장착부;
상기 제2 구역에서 상기 검출기 장착부 상에 위치되어, 상기 제1 및 제2 입사 빔에 응답하여 샘플을 투과한 X선의 제1 및 제2 회절 빔을 수광하고, 수광된 상기 제1 및 제2 회절 빔에 응답하여 제1 및 제2 신호를 각각 출력하도록 구성된 X선 검출기; 및
샘플의 표면의 윤곽형상을 판정하기 위해 상기 제1 및 제2 신호를 분석하도록 구성된 처리기;를 포함하고 있는 장치를 제공한다.
하나의 개시되는 실시형태에 있어서, 상기 X선 소스는 상기 제1 및 제2 입사 빔을 동시에 발생시키도록 구성된 단일의 X선 소스를 포함한다.
하나의 대안적인 개시되는 실시형태에 있어서, 상기 X선 소스는 상기 제1 입사 빔을 발생시키도록 구성된 제1 X선 소스 및 상기 제1 입사 빔과 동시에 상기 제2 입사 빔을 발생시키도록 구성된 제2 X선 소스를 포함한다.
또 다른 하나의 대안적인 개시되는 실시형태에 있어서, 상기 X선 소스는 상기 제1 및 제2 입사 빔을 순차적으로 발생시키도록 구성된 단일의 X선 소스를 포함한다.
상기 X선 검출기는 상기 제1 회절 빔을 수광하도록 상기 검출기 장착부 상의 제1 위치에 배치되는 제1 검출기 및 상기 제2 회절 빔을 수광하도록 상기 검출기 장착부 상의 제2 위치에 배치되는 제2 검출기를 포함할 수 있다.
하나의 대안적인 실시형태에 있어서, 상기 검출기 장착부는 상기 축선을 중심으로 한 상기 소스 장착부의 회전 시에 상기 X선 검출기의 상기 제1 및 제2 회절 빔과의 정렬을 유지시키도록 이동하도록 구성되어 있다. 일반적으로, 상기 검출기 장착부는 상기 축선을 중심으로 회전하도록 구성되어 있다.
하나의 또 다른 대안적인 실시형태에 있어서, 상기 처리기는 표면의 이론적 윤곽형상에 응답하여 상기 X선 검출기를 위한 예상 제1 신호 및 예상 제2 신호를 생성하고, 상기 윤곽형상을 판정하기 위해 코스트 함수를 사용하여 상기 예상 제1 신호 및 예상 제2 신호를 상기 출력된 제1 및 제2 신호와 비교하도록 구성되어 있다. 상기 처리기는 상기 윤곽형상을 판정하기 위해 상기 출력된 제1 신호 및 상기 예상 제1 신호에 적용된 코스트 함수의 제1 결과값과 상기 출력된 제2 신호 및 상기 예상 제1 신호에 적용된 코스트 함수의 제2 결과값의 합계를 최소화하도록 구성될 수 있다.
상기 평면은 수평방향일 수 있고, 이 경우 상기 제1 구역은 샘플 아래일 수 있고, 상기 제2 구역은 샘플 위일 수 있다.
본 발명의 하나의 실시형태에 따라,
축선을 포함하는 평면으로서 공간 내에서 당해 평면에 의해 분리되는 제1 구역 및 제2 구역을 한정하는 평면 내에 샘플을 고정 유지하도록 샘플 지지부를 구성하는 단계;
상기 제1 구역에 상기 축선을 중심으로 회전하도록 구성된 소스 장착부를 위치시키는 단계;
상기 제1 구역에서 상기 소스 장착부 상에 X선 소스를 위치시키는 단계;
상기 X선 소스로부터의 X선의 제1 및 제2 입사 빔을 상기 축선에 수직한 개개의 빔 축선을 따른 개개의 제1 및 제2 각도로 샘플에 충돌하게 안내하는 단계;
상기 제2 구역에 상기 축선에 수직인 평면 내에서 이동하도록 구성된 검출기 장착부를 위치시키는 단계;
상기 제2 구역에서 상기 검출기 장착부 상에, 상기 제1 및 제2 입사 빔에 응답하여 샘플을 투과한 X선의 제1 및 제2 회절 빔을 수광하도록 구성된 X선 검출기를 위치시키는 단계;
수광된 상기 제1 및 제2 회절 빔에 응답하여 제1 및 제2 신호를 각각 출력하는 단계; 및
샘플의 표면의 윤곽형상을 판정하기 위해 상기 제1 및 제2 신호를 분석하는 단계;를 포함하고 있는 방법이 제공된다.
본 발명은 여기에 간단히 설명되는 도면과 함께하는 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 X선 산란계측 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 X선 빔 조절 어셈블리를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 대안적인 X선 빔 조절 어셈블리를 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 대안적인 실시형태에 따른 X선 산란계측 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 대안적인 실시형태에 따른 X선 산란계측 시스템의 개략도이다.
도 6a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 X선 산란계측 시스템 내에서 조사되는 샘플의 일부분의 개략적 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 도 6a의 샘플에 의한 X선 회절의 개략도이다.
도 7a는 본 발명의 하나의 대안적인 실시형태에 따른 X선 산란계측 시스템 내에서 조사되는 하나의 대안적인 샘플의 일부분의 개략적 단면도이다.
도 7b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 도 7a의 샘플에 의한 X선 회절의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 X선 산란계측 시스템을 작동시킬 때 실행되는 단계들의 플로차트이다.
임계 치수 소각 X선 산란법(CD-SAXS) 또는 단순히 X선 임계 치수(XCD) 계측법이라고도 알려진 X선 산란계측법은 주기적 어레이로 배열된 크기가 작은 높은 종횡비(HAR)의 피처(feature)의 단면 형상을 측정할 수 있도록 입증된 기법이다.
X선 산란계측에 있어서는, X선의 빔은 치수가 측정될 샘플 타깃의 주기적 어레이의 피처들을 조사한다. 이 샘플 타깃은 주기성 및 X선의 파장(~0.1 nm)의 단지 수배인 크기의 결과로써 입사 X선이 입사 빔 방향에 대해 작은 각도 범위에 걸쳐 산란되게 만든다. 산란은 그 위치 및 간격이 주기적 구조물의 주기에 반비례하는 산란 강도의 일련의 피크로서 관찰될 수 있다. 이러한 피크들의 강도는 산란 피처의 형상에 좌우되므로, 피처의 형상 및 크기를 판정하는 수단을 제공한다.
본 발명의 실시형태들은 투과 지오메트리(transmission geometry)를 이용하는 X선 산란계측 시스템을 제공한다. 투과 지오메트리에서, X선은 샘플의 한쪽에서 입사되어 샘플을 통해 투과되고, 산란된 X선이 반대쪽에서 측정된다. X선은 반도체 제조에 사용되는 300 mm Si 웨이퍼의 경우 대략 700 ㎛인 전체 샘플 심도를 투과하기 때문에, 대상 피처의 입출 방사선을 얻는 것에는 아무 문제도 없다. 또한, 입사 빔은 일반적으로 샘플의 표면에 대해 수직에 근접하거나 수직에서 작은 각도 내에 있기 때문에, 반사 지오메트리(reflection geometry)에 있어서의 소각 X선 산란계측과는 달리, 상당한 크기의 X선 스폿 신장의 문제점은 존재하지 않는다.
본 발명의 하나의 실시형태에 있어서, 샘플 지지부가 평면 내에서 분석될 샘플을 고정 유지하기 위해 구성된다. 평면은 수직방향, 수평방향 또는 수직방향과 수평방향 사이의 방향을 포함하는 임의의 편리한 배향으로 이루어질 수 있다. 평면은 또한 이하에 설명될 축선도 포함한다. 샘플의 평면에 대해, 평면 내의 축선은 수직방향, 수평방향 또는 수직방향과 수평방향 사이의 방향을 포함하는 임의의 편리한 배향으로 이루어질 수 있다. 이하의 설명의 단순함을 위해, 평면과 축선은 모두 수평방향인 것으로 가정되며, 당업자는 평면 및/또는 축선의 다른 배향을 위한 설명에 적합화시킬 수 있을 것이다.
평면은 공간 내에서 2개의 구역 즉 평면 위의 구역과 평면 아래의 구역을 한정한다.
소스 장착부가 평면에 의해 한정되는 구역들 중의 하나에, 일반적으로 평면 아래의 구역에 위치되어, 수평방향 축선을 중심으로 회전하도록 구성된다. 하나의 X선 소스가, 일부 실시형태에서는 2개의 X선 소스가, 소스 장착부 상에 위치되어, X선의 제1 및 제2 입사 빔을 수평방향 축선에 수직한 각각의 빔 축선을 따라 각각의 제1 및 제2 각도로 샘플에 충돌하게 안내하도록 구성된다.
검출기 장착부가 평면에 의해 한정되는 다른쪽 구역에 위치된다. 검출기 장착부는 수평방향 축선에 수직한 평면 내에서 이동하도록 구성되며, 일부 실시형태에서는 수평방향 축선을 중심으로 회전하도록 구성될 수도 있다. 하나의 X선 검출기가, 일반적으로 2개의 독립된 검출기가 검출기 장착부 상에 위치되어, 제1 및 제2 입사 빔에 응답하여 샘플을 투과한 X선의 제1 및 제2 회절 빔을 수광하도록 구성된다. 검출기는 수광된 제1 및 제2 회절 빔에 응답하여 각각 제2 및 제2 신호를 출력한다. 검출기 장착부를 이동가능하게 함으로써, 시스템은 소스 장착부 상의 X선 소스의 회전과 상관없이 검출기를 회절 빔과 정렬된 상태로 유지할 수 있다.
처리기가 샘플의 표면의 윤괄형상을 판정하기 위해 일반적으로 실제의 제1 및 제2 신호를 예상 신호와 비교하는 코스트 함수(cost function)를 최소화하는 것에 의해 제1 신호 및 제2 신호를 분석한다.
일반적으로 동시에 작동되는 2개의 독립된 X선 입사 빔을 사용하는 시스템을 가지는 것에 의해, 샘플 표면 윤곽형상의 판정의 효율이 향상된다. 또한, X선 소스와 검출기의 양자 모두를 고정된 샘플에 대해 회전 및/또는 이동할 수 있게 함으로써, 샘플의 다중 판독이 신속하게 실시될 수 있어, 윤곽형상 판정의 정밀성을 향상시키는 것과 함께 높은 종횡비(HAR)의 피처를 갖는 샘플의 효과적인 측정 범위를 확장시킬 수 있다.
시스템 설명
이제 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 X선 산란계측 시스템(20)의 개략도인 도 1을 참조한다. 시스템(20)은 시스템 처리기로서 작용하고 시스템(20)을 작동시키기 위해 그것의 메모리 내에 저장된 소프트웨어를 사용하는 처리 유닛(PU)(24)에 의해 작동된다. 소프트웨어는 네트워크 상에서 전자적으로 처리 유닛(PU)(24)으로 다운로드될 수 있으며, 또는 예컨대 자기, 광학 또는 전자 메모리 등의 비일과성 실감형 매체에 선택적으로 또는 추가적으로 구비 및/또는 저장될 수 있다. 처리 유닛(PU)(24)은 일반적으로 처리 유닛용의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 및 키패드나 포인팅 디바이스 등의 입력 장치를 이용한다. 시스템(20)의 사용자는 시스템용 작동 파라미터 값 등의 입력을 시스템에 제공하고, GUI 및 입력 장치를 통해 시스템으로부터 결과값을 수취할 수 있다.
시스템(20)은 리소그래피로 패턴화된 피처들을 가진 실리콘 웨이퍼와 같은 육안상 평면인 샘플(26)의 물리적 특성을 분석하는 데 이용된다. 샘플(26)은 이하에 더 상세히 설명되며, 여기서 설명의 명료함을 위해, 평면형 샘플은 3차원 축선 세트를 한정하고, 샘플은 축선들 중의 xy 평면 내에 재치되고, 샘플에 수직한 z 축선을 한정하는 것으로 가정된다. xy 평면은 일반적으로 수평방향이므로, 샘플은 일반적으로 수평방향이다. 하지만, xy 평면 및 샘플은 임의의 편리한 배향으로 될 수 있고, 수평방향 배향은 하나의 예시임을 이해할 것이다. 지면이 xz 평면인 것으로 가정된다.
시스템(20)은 0.1 nm 미만의 파장을 가지는 X선의 빔을 발생시키도록 구성된 미소 초점 X선 소스(28)를 포함하고 있다. 이러한 빔들을 발생시키기 위해, X선 소스는 일반적으로 몰리브덴, 은 또는 다른 적합한 양극을 이용하여 대략 대략 50 kV에서 작동된다. X선 소스는 예컨대 캐나다 스콧츠 밸리 소재의 옥스포드 엑스레이 테크날러지 그룹(Oxford X-ray Technology Group)으로부터 또는 독일 베를린 소재의 에르테베 뢴트겐-테크니크 독토 바리크호프 게엠베하 운트 콤파니 케게(rtw ROETGEN-TECHNIK DR. WARRIKHOFF GmbH & Co. KG)로부터 입수가능한 상용 미소 초점 X선 튜브를 사용하여 구현될 수 있다.
소스(28)로부터의 빔은 X선 불투명 재료로 제작된 하나의 셔터와 하나 이상의 슬릿을 포함하고 처리 유닛(PU)(24)의 전반적인 제어하에 있는 셔터/슬릿 어셈블리(32)를 횡단한다. 어셈블리(32)의 셔터는 소스(28)로부터의 X선이 시스템(20)의 작동에 필요한 것을 제외하고는 어셈블리를 빠져나가는 것을 방지한다. 처리 유닛(PU)(24)은 2개의 빔이 어셈블리(32)로부터 출사하도록 어셈블리(32)의 하나 이상의 슬릿을 설정한다. 슬릿은 각각의 빔을 빈 조절 어셈블리(36, 42)로 안내하며, 슬릿은 빔 조절 어셈블리의 요구조건에 대응하여 각각의 빔의 발산과 공간 범위를 조절하도록 배열된다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 X선 빔 조절 어셈블리(100)의 개략도이다. X선 빔 조절 어셈블리(100)는 타원형 또는 포물선형 실린더 부분으로서의 반사면을 가진 2개의 다층 미러(102, 104)를 포함하고 있다. 2개의 미러는 나란히 서로에 직교하도록 장착된다. 몬텔 옵틱스(Montel optics)로 알려진 이러한 배열은 소스(108)로부터의 입사 X선 빔(106)을 포커싱하거나, 빔을 평행시준하거나, 부분적으로 포커싱되고 부분적으로 평행시준된 빔을 발생시키도록 구성될 수 있다. 몬텔 옵틱스 어셈블리는 독일 드레스덴 소재의 악소 드레스덴 게엠베하(Axo Dresden GmbH)로부터 입수가능하다. 프랑스 싸쓰나쥬 소재의 제녹스(Xenocs)의 FOX 3D와 같은 더 높은 효율성을 갖는 대안적인 다층 미러도 적합할 수 있다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 하나의 대안적인 X선 빔 조절 어셈블리(120)를 도시한 개략도이다. X선 빔 조절 어셈블리(120)는 소스(126)로부터의 발산 X선 빔(124)을 집광하여 빔을 준평행 빔(128)으로 변환시키는 폴리캐필러리 콜리메이팅 옵틱(polycapillary collimating optic)(122)을 포함하고 있다. 옵틱(122)와 같은 캐필러리 옵틱은 미국 뉴욕 이스트 그린부시 소재의 엑스오에스 코포레이션(XOS Corporation)로부터 그리고 독일 베를린 소재의 인스티튜트 포 사이언티픽 인스트루먼츠 게엠베하(Institute for Scientific Instruments GmbH)로부터 입수가능하다. 옵틱(122)로부터의 준평행 빔은 제1 광학적 크리스탈 요소(130)로 안내되고, 그곳으로부터 제2 광학 크리스탈 요소(132)로 안내된다. 이 2개의 요소는 함께 복합 모노크로메이터 및 압축 옵틱을 형성한다. 압축은 크리스탈 면에 평행하지 않은 크리스탈 내의 비대칭 평면에 의한 회절에 의해 성취된다. 요소(130, 132)는 상이한 파장들을 상이한 각도들로 분산시키는 분산 요소로서 작용하고, 파장들은 좁은 분산된 파장들의 범위을 선택하는 슬릿의 하류에서 선택될 수 있다. 요소(130, 132)의 양자 모두는 당해 기술분야에 알려진 바와 같은 실리콘 또는 게라마늄 단결정체로부터 구성될 수 있다.
시스템(20)(도 1)으로 되돌아가면, 빔 조절 어셈블리(36, 42)는 어셈블리(100)이나 어셈블리(120)로서 또는 당해 기술분야에 알려진 임의의 다른 적합한 빔 조절 어셈블리로서 구성될 수 있다. 빔 조절 어셈블리(36, 42)는 개개의 빔(150, 160)을 발생시키고, 빔 조절 어셈블리(36, 42)는 출사 각도 범위 즉 평행시준도, 출사 파장 범위 즉 단색도 및 개개의 출사 빔의 공간 범위를 한정하도록 구성된다. 출사 빔 특성 즉 평행시준, 단색성 및 출사 빔의 범위는 일반적으로 시스템(20)의 사용자에 의해, 시스템의 의도한 용도에 따른 조절 어셈블리의 조절에 의해 설정될 수 있다. 예컨대, 시스템이 작은 구역을 검사해야 한다면, 출사 빔은 평행시준되어 작은 공간 범위가 되도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 큰 영역이 검사되어야 한다면, 출사 빔은 포커싱되어 상대적으로 큰 공간 범위를 가지도록 구성될 수 있다. (이하에 더 상세히 설명되는 시스템 검출기 상에의 빔 포커싱은 시스템 분해능을 증대시킬 수 있다.)
빔 조절 어셈블리(36, 42) 및 셔터/슬릿 어셈블리(32)는 빔(150)과 빔(160)이 모두 샘플(26) 상의 공통 포인트(170)에 상이한 입사 각도로 입사되도록 구성된다.
빔(150)은 샘플(26)의 표면(172)의 피처들에 의해 회절되어 회절 빔(174)을 형성한다. 명료함을 위해, 표면(172)은 샘플(26)의 상부 표면을 이루는 것으로 가정되지만, 표면(172)은 샘플의 상부 또는 바닥 표면일 수 있음을 이해할 것이다. 샘플(26)의 다른 표면은 일반적으로 평면이다. 표면(172)으로부터의 회절은 이하에 설명되는 회절 빔의 모델에서 설명된다. 제1 검출기(178)가 회절 빔(174)을 수광하도록 구성되고, 빔 스톱(180)이 검출기 전방에 위치되어, 빔(150)으로부터 직접적으로 투과되는 X선을 차단한다. 즉, 빔 스톱(180)은, 포인트(170)에 대향될 때, 실질적으로 입사 빔(150)과 동일한 각도 범위를 가지도록 구성되어, 샘플(26)로부터의 회절되지 않은 X선을 차단한다.
빔(160)도 표면(172)의 피처들에 의해 회절되어 회절 빔(184)을 형성한다. 제2 검출기(188)가 회절 빔(184)을 수광하도록 구성되고, 입사 빔(160)과 동일한 각도 범위를 가지는 빔 스톱(190)이 검출기 전방에 위치되어, 빔(160)으로부터 직접적으로 투과되는 X선을 차단한다.
빔 스톱(180, 190)은 예컨대 비대칭적으로 절단되고, 래핑되고, 폴리싱되고 에칭된 표면들을 가지는 단일 크리스탈 실리콘으로 이루어진 박 슬래브들로 형성되는 등에 의해 최소 산란을 발생시키도록 구성되어야 한다.
빔 검출기(178, 188)는, 2개의 회절 빔의 작은 간격이 존재하더라도, 양 검출기가 빔들을 충분히 획득할 수 있도록, 정위치에 엇갈림 배치될 수 있다. 빔 검출기들은 2차원(2D) 또는 1차원(1D)일 수 있으며, 광자 계수할 수 있어야 한다. 검출기들의 요소들은 일반적으로 우수한 각 분해능으로 샘플(26)로부터의 소각 산란 강도 분포를 측정할 수 있도록 약 0.1 mrad 미만의 각 허용을 제공할 만큼 충분히 작아야 한다.
적합한 빔 검출기의 예는 상용적으로 입수가능한 전하 결합 소자(CCD) 및 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS) 카메라를 포함하며, 이에 한정되지는 않는다. 선택적으로, 빔 검출기는 스위스 바덴 소재의 덱트리스 리미티드(DECTRIS Ltd.)에 의해 제조되는 필라투스(Pilatus) 또는 아이거(Eiger) 시리즈의 장치들 중의 하나와 같은 실리콘 PIN 다이오드 어레이 검출기를 포함할 수 있다.
몇몇의 실시형태에 있어서, 샘플(26)과 검출기(178, 188) 사이의 구역은 일반적으로 단부에 X선 투과창을 가진 튜브형 챔버인 진공 챔버(202)를 포함할 수 있다. 챔버 내의 진공 공간은 샘플과 검출기 사이의 공기에 의한 X선의 산란을 제거한다.
X선 소스(28), 셔터/슬릿 어셈블리(32) 및 빔 조절 어셈블리(36, 42)는 여기서 스테이지(194)라고도 불리는 회전가능한 소스 장착부(194) 상에 장착된다. 스테이지(194)는 y 축선에 평행한 회전 축선을 가지며, 포인트(170) 둘레로 회전하도록 구성되고, 그것의 회전이 처리 유닛(PU)(24)에 의해 제어된다. 따라서, 스테이지(194)의 회전은 빔(150, 160)을 포인트(170)를 통과하고 y 축선에 평행한 선을 중심으로 회전시킨다.
빔 검출기(178, 188) 및 빔 스톱(180, 190)은 여기서 스테이지(198)라고도 불리는 전동식 검출기 장착부(198) 상에 장착된다. 스테이지(198)의 운동도 처리 유닛(PU)(24)에 의해 제어되어, 스테이지(198)의 운동이 검출기(178, 188)를 회절 빔과 정렬 상태로 유지하도록 구성되어 있기 때문에, 스테이지(194)의 회전에 대해 빔 스톱(180, 190)이 계속해서 직선적 X선 빔을 차단하는 동시에, 검출기(178, 188)가 계속해서 회절 빔을 획득할 수 있게 된다. 몇몇의 실시형태에 있어서, 스테이지(198)는 빔 스톱들 및 검출기들을 포인트(170)를 통과하는 y 축선에 평행한 축선을 중심으로 회전시킨다.
샘플(26)은 X선이 실질적으로 샘플의 표면에 걸쳐 투과되는 것을 허용하는, 여기서 척(206)이라고도 불리는 샘플 지지부(206) 상에 장착된다. 일반적으로, 척(206)은 환형 샘플 지지부로 이루어지지만, 샘플용 3 포인트 동적 장착부와 같은 다른 디자인도 가능하다. 척(206)은 입사 X선 빔에 대해 xy 평면 내에서의 샘플의 공간 위치를 설정하는 데 사용되는 xyφ 테이블(210) 상에 장착된다. 테이블(210)도 샘플의 표면에 수직한 축선을 중심으로 하는 샘플(26)의 방위각 회전을 설정하도록 구성된다.
도 4는 본 발명의 하나의 대안적인 실시형태에 따른 X선 산란계측 시스템(320)의 개략적인 도면이다. 아래에 설명되는 차이점을 제외하고, 시스템(320)의 작동은 시스템(20)(도 1, 도 2, 도 3)의 작동과 대체로 유사하고, 모든 시스템들(20, 320)에서 동일한 도면부호에 의해 지시되는 요소들은 구성과 작동이 대체로 유사하다. 빔들(150, 160)이 단일의 소스에 의해 발생되는 시스템(20)과 대비하여, 시스템(320)에는 X선 소스(28)와 대체로 유사한 2개의 별개의 X선 소스들(322, 324)이 있다. 각각의 소스는 셔터/슬릿 어셈블리를 통해 빔 조절장치 쪽으로 안내되는 단일의 빔을 방출하도록 구성된다. 따라서, 소스(322)는 빔(150)을 발생시키기 위해 셔터/슬릿 어셈블리(328)를 통해 빔 조절 어셈블리(330) 쪽으로 그 빔을 안내한다. 유사하게, 소스(324)는 빔(160)을 발생시키도록 셔터/슬릿 어셈블리(334)를 통해 어셈블리(36)와 대체로 유사한 빔 조절 어셈블리(336) 쪽으로 그 빔을 안내한다.
소스들(322, 324), 어셈블리들(328, 330)과 어셈블리들(334, 336)은 회전가능한 스테이지(194) 상에 모두 장착된다. 시스템(20)에 관하여, 시스템(320)에서의 빔들(150, 160)은 샘플(26) 상의 포인트(170)에서 만나도록 구성되고, 스테이지의 회전은 y 축선에 평행하면서 포인트(170)를 지나는 라인을 중심으로 빔을 회전시킨다.
소스들(322, 324)은 이격되어 있지만, 이 2개의 소스는 동시에 작동하도록 구성될 수 있다. 따라서, 시스템(20)에 관하여, 빔들(150, 170)은 동일한 시간에 포인트(170)에 입사된다.
도 5는 본 발명의 하나의 대안적인 실시형태에 따른 X선 산란계측 시스템(420)의 개략적인 도면이다. 아래에 설명되는 차이점을 제외하고, 시스템(420)의 작동은 시스템들(20, 320)(도 1-4)의 작동과 대체로 유사하고, 시스템들(420, 320, 20)에서 동일한 참조 번로로 지시되는 요소들은 구성과 작동이 대체로 유사하다. 시스템들(20, 320)과 대비하여, 시스템(420)에서의 단일의 빔, 즉 빔(150)만 단일의 X선 소스(422)에 의해 발생된다. 소스(422)는 빔(150)을 만들어내기 위하여 셔터/슬릿 어셈블리(424)를 통해 어셈블리(36)와 대체로 유사한 빔 조절 어셈블리(426) 쪽으로 빔을 안내한다. 소스(422)와 어셈블리들(424, 426)는 회전가능한 스테이지(194) 상에 모두 장착된다.
도 6a에는 본 발명의 일 실시형태에 따르는 샘플(26)의 일 부분의 단면이 개략적으로 나타나 있다. 샘플(26)은 본 명세서에서 한 예로써 y 축선과 평행한 1차원(1D) 트렌치(trench)(500)의 어레이가 형성되어 있다는 가정하에 있다. 트렌치(500)는 규산(SiO2)과 같은 재료(502), 또는 통상적으로는 실리콘인 기판(504)을 덮고 있는 재료가 형성되는 것으로 가정되고, 또는 트렌치는 그 자체 기판(504) 속에 에칭될 수 있다. 각각의 트렌치는 높이(h), 꼭대기에서의 폭(w), 측벽 기울기(SWA)(β), 즉 z 축선에 대하여 측정된 벽의 각도 를 가지고 있다는 가정하에 있다. 트렌치는 피치(p)만큼 x 방향으로 떨어져 있다.
도 6b에는 본 발명의 일 실시형태에 따르는 도 6a의 샘플에 의한 X선의 회절이 개략적으로 도시되어 있다. 입사하는 X선 빔(550)은 샘플(26)에 충돌하고, 샘플은 입사하는 빔을 회절시킨다. 한 예로써, 회절 빔(552)의 3개의 선이 조사되는데, 제1 선(554)은 빔(550)으로부터 굴절되지 않고, 제2 선(556)은 빔(550)으로부터 x 방향으로 각도(θx)만큼 굴절되고, 제3 선(558)은 빔(550)으로부터 y 방향으로 각도(θy)만큼 굴절된다. 일반적으로 회절 빔(552)에는 다수의 선들이 있고, 각각의 선은 선의 굴절을 정의하는 한 쌍의 값(θx, θy)을 가진다.
회절 빔(552)은, 도면에는 나타나 있지 않지만 본 명세서에서 검출기(178, 188)와 같은 픽셀 검출기들의 2차원 어레이를 구비하는 검출기라는 가정하에 X선 검출기 상에 입사된다. 본 발명의 실시형태들은 y 축선을 따라 픽셀에 의해 발생되는 신호들의 값을 적분하여 본 명세서에서 I1으로 명명되는 적분 신호들의 세트를 제공하고, 각각의 적분 신호는 검출기의 다른 x 값에 대응한다.
검출기 상의 회전 빔의 포지션을 정의하기 위해서 x 값과 y 값을 사용하지 않고, 본 발명의 실시형태들은 다음과 같이 정의되는 qx의 값과 qy의 값을 사용한다.
Figure 112015060074131-pat00001
여기서 λ는 X선 파장이고 θx, θy는 x 방향에서의 산란 각도와 y 방향에서의 산란 각도이다.
도 6b에는 트렌치의 1D 세트에 관한 qx에 대한 적분 신호(I1)의 이론적인 그래프가 개략적으로 나타나 있다.
도 7a에는 본 발명의 하나의 대안적인 실시형태에 따른 샘플(26)의 일 부분의 단면이 개략적으로 나타나 있다. 샘플(26)은 이제 한 예로써 기판(504)을 덮고 있는 재료(502)에 형성된 2차원(2D) 원뿔(600)들의 어레이가 형성되어 있다는 가정하에 있다. 본 명세서에서 설명되고 도 7b에 되시되어 있는 예시는 홀들의 직사각형 어레이가 나타나 있지만, 당업자라면 육각형 패킹과 같은 다른 장치를 위한 어레이로 일반화할 수 있을 것이다. 각각의 원뿔은 높이(h), 꼭대기에서의 직경(2R), 측벽 기울기(SWA)(β)를 가진다는 가정하에 있고, 원뿔들은 피치(p)만큼 x 방향으로 떨어져 있다.
도 7b에는 본 발명의 일 실시형태에 따르는 도 7a의 샘플에 의한 X선의 회절이 개략적으로 도시되어 있다. 입사하는 X선 빔(620)은 샘플(26)에 충돌하고, 샘플은 입사하는 빔을 회절 빔(622)으로 회절시킨다.
회절 빔(622)은 도 6b를 참조하여 위에서 설명된 것과 실질적으로 유사한 픽셀 검출기의 2차원 어레이라는 본 명세서에서의 가정하에 X선 검출기 상에 입사된다. 픽셀에 의해 발생되는 신호들의 값은 y 축선을 따라 적분되어 적분 신호(I1)의 세트를 제공하고, 각각의 적분 신호는 검출기의 다른 X 값에 대응한다.
도 7b에는 2D 세트의 원뿔에 관한 qx에 대한 적분 신호(I1)의 이론적인 그래프가 개략적으로 나타나 있다. (qx는 도 6b를 참조하여 위에서 설명된 바와 같다.)
도 8은 본 발명의 실시형태에 따라 X선 산란계측 시스템을 작동하여 실행되는 단계의 플로차트이다. 명확히 하자면, 작동 시스템(20), 및 이 시스템으로 샘플(26)의 피처를 분석하는 단계에 대해 설명되어 있고, 당업자라면 시스템들(320, 420)과 같은 다른 산란계측 시스템들에 적합하게 필요한 부분만 수정하여 설명할 수 있을 것이다.
모델 생성 단계(700)에서, 검출기 상의 X선의 강도에 영향을 미칠 것으로 예상되는 표면(172)의 기하학적 특징들을 포함하는 샘플(26)의 변수들에 대응하는 벡터 성분을 구비하는 벡터가 생성된다. 검출기들(178, 188) 상에서 예상 강도를 가지는 모델은 강도에 영향을 미치는 4개의 성분들로부터 구축되고, 다음의 4개의 섹션 각각은 그 성분들 중 하나를 설명한다.
1. 검출기에서의 이론적 X선 강도
표면(172)의 기하학적 피처는 입사 X선 빔을 회절시킨다. 기하학적 피처 중 2개의 예시가 여기에 고려되어 있다.
a) 제1 예시에서, 표면(172)은 도 6a, 6b를 참조하여 위에서 설명되는 바와 같이 한 세트의 1차원(1D) 트렌치들이 형성되고, 이 트렌치들은 높이(h), 꼭대기에서의 폭(w) 및 측벽 기울기(SWA)(β)를 가진다. 처리 유닛(PU)(24)에 의해 실행되는 분석에서, 트렌치의 윤곽형상은 m개의 상이한 위치들에서의 트렌치들의 높이와 폭을 고려하여 근사되는데, 여기서 m은 근사법에서 사용되는 단계들의 개수이다. 이 경우, i번째 단계에서의 평균 높이(hi)는 다음과 같이 주어진다.
Figure 112015060074131-pat00002
(1)
단,
Figure 112015060074131-pat00003
.
i번째 단계의 평균 폭(wi)은 다음과 같이 주어진다.
Figure 112015060074131-pat00004
(2)
트렌치 내부의 m개의 상이한 위치들은 m 세트의 선형 슬릿으로 작용하고, 각각의 세트는 각각의 슬릿에 의해 발생된 단일의 슬릿 회절 패턴에 의해 조절되는 멀티-슬릿 회절 패턴을 보이도록 입사 X선 빔을 회절시킨다. 도 6a와 6b에 대하여 위에서 언급한 바와 같이, 검출기들(178, 188) 상의 신호들은 그 각각의 y 축선을 따라 적분된다. 아래의 방정식 (3)은 검출기들 중 하나의 각각의 칼럼에 의해 획득되는(즉 주어진 y-값으로 획득되는) 적분 신호에 관한 식을 제공한다.
Figure 112015060074131-pat00005
(3)
여기서 p, w, h, 및 qx, qy 는 도 6a와 6b를 참조하여 위에서 정의된 바와 같다.
N은 조사된 트렌치들의 개수이고, pN은 조사된 샘플의 폭이다.
cb는 트렌치들 내의 재료와 그 주변 사이의 산란 대비를 표시하는 대비 인자이다.
i = 1, 2, ... m 이다.
그리고 qz = ω·qx 이며, 여기서 ω는 입사하는 X선 빔과, 샘플의 표면에 대한 법선 사이의 각도이다.
b) 제2 예시에서, 표면(172)은 도 7a와 7b를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 한 세트의 2차원 (2D) 원뿔들이 형성되고, 이 원뿔들은 높이(h), 꼭대기에서의 직경(2R), 측벽 기울기(β)를 가지고, 이 원뿔들은 x 방향으로 피치(P)만큼 떨어져 있다. 처리 유닛(PU)(24)은 m개의 상이한 위치들에서의 원뿔을 고려하여 트렌치에 관하여 위에서 설명된 바와 같이 동일한 유형의 근사법을 실행한다.
위의 방정식 (1)은 근사법의 i번째 단계에서 원뿔의 평균 높이(hi)를 보여준다. 아래의 방정식 (4)은 i번째 단계에서 원뿔의 평균 반경(Ri)을 보여준다.
Figure 112015060074131-pat00006
(4)
원뿔 내부의 m개의 상이한 위치들은 2D 홀의 m개의 어레이의 역할을 하고, 각각의 어레이는 각각의 홀에 의해 발생된 단일의 홀 회절 패턴에 의해 조절되는 멀티 홀 회전 패턴을 보이도록 입사 X선 빔을 회절시킨다. 위에서 설명된 바와 같이, 검출기들(178, 188) 상의 신호들은 각각의 y 축선을 따라 적분된다. 아래의 방정식 (5)은 검출기들 중 하나의 각각의 "y-칼럼"에 의해 획득되는 적분 신호에 관한 식을 제공한다.
Figure 112015060074131-pat00007
(5)
여기서,
Figure 112015060074131-pat00008
(5B)
방정식 (5)와 (5B)의 변수들은 도 7a와 7b를 참조하되 방정식 (3)에 관하여 위에서 정의된 바와 같다.
cc는 홀 내의 재료와 그 주변 사이의 산란 대비를 표시하는 대비 인자이다.
J1()은 베셀 함수(Bessel function)이다.
2. 회절하는 피처의 거칠기에 의해 변경된 X선 강도
위에서 언급된 바와 같이, 그리고 방정식 (3)과 (5)에 나타나 있는 바와 같이, 검출기들(178, 188) 상의 신호들은 검출기들의 y 축선을 따라 적분된다. 방정식 (3) 또는 (5)에 의해 발생된 적분에 대해 위의 예시에서 대응하는 적분 신호는 (y 축선을 따르는) 적분 강도이고, 본 명세서에서는 I1으로 정정된다.
샘플(26) 상의 피처의 거칠기는 이 강도가 방정식 (6)에 따라 강도(I2)로 변경되게 한다.
Figure 112015060074131-pat00009
(6)
여기서 σr은 거칠기 및 형상의 다른 임의의 결점을 특징짓는 디바이-왈러 인자(Debye-Waller factor)에 대응한다.
3. 블러링에 의해 변경된 X선 강도
강도(I2)에 관한 식은 입사하는 평행한 X선 빔에 알맞다. 실제로, 입사하는 빔은 검출기에서의 블러링을 일으키는 한정된 각도 발산을 가지는데, 이 한정된 각도 발산은 빔의 각도 발산, 샘플(26)에서의 빔의 단면 및 검출기의 픽셀의 한정된 크기에 관한 함수이다. 검출기에서의 블러링된 강도(I3)(q)에 관한 식은 방정식 (7)으로 주어진다.
Figure 112015060074131-pat00010
(7)
방정식 (7)에서, B(q)는 다음 식에 의해 주어진 합성곱(convolution)이다.
Figure 112015060074131-pat00011
여기서 σ는 빔의 각도 발산의 표준 편차이다.
Figure 112015060074131-pat00012
여기서 Sbeam은 빔의 크기이고, Spixel은 검출기 상의 픽셀의 크기이고, f는 샘플과 검출기 사이의 거리이다.
방정식 (7)에서 b = Br·B 이고,
여기서 Br은 정수, 통상적으로는 5이다.
Figure 112015060074131-pat00013
, 여기서 Div = 2.35σ이고, Δq는 수치 적분 단계이다.
4. 배경 방사선에 의해 변경된 X선 강도
방정식 (7)의 강도(I3)(q)는 배경광을 고려하지 않는다. 강도(I3)(q)에 더해지는 배경 강도(Bg)에 관한 식은 방정식 (8)으로 주어진다.
Figure 112015060074131-pat00014
(8)
여기서 Bgn(단, n = 0, ..., 3)은 천천히 변하는 q에 관한 함수를 설명하는 알맞은 상수이다.
따라서, 검출기의 픽셀들의 y-축 칼럼에서의 적분 강도(I)는 방정식 (9)에 의해 주어진다.
I = I3(q) + Bg(q) (9)
I의 값이, 예컨대 도 6a와 6b의 예시 중 트렌치에 관한 h,w 및 β의 값과 같은 샘플(26)의 표면 특성에 관한 값, 및 도 7a와 7b의 예시 중 원뿔에 관한 h, R 및 β의 값에 좌우된다는 것을 알 수 있다. I의 값은 또한, 예컨대 위에서 섹션 (1)-(4)에서 사용된 것과 같은 다른 파라미터에 좌우된다.
다음의 설명에서, I에 관한 식은 다음과 같이 정정된다.
Figure 112015060074131-pat00015
(10)
여기서 qx, qy는 도 6a와 6b 및 방정식 (3)을 참조하여 위에서 정의된 바와 같다.
그리고
Figure 112015060074131-pat00016
는 If의 값에 영향을 미치는 파라미터에 대응하는 벡터 성분을 가진 다차원 벡터이다.
I에 관한 표현은 아래에서 설명되는 바와 같이 코스트 함수로 사용된다.
플로차트로 되돌아오면, 정렬 단계(702)에서, 시스템(20)의 요소들은 서로 정렬되는데, 이는 통상적으로는 척(206) 상의 보정 타깃 및 작동 소스(28)를 초기에 위치시킴과 동시에 수용가능한 신호가 검출기(178, 188)에 의해 획득될 때까지 시스템 요소들의 포지션들을 조정함으로써 행해진다. 보정 타깃은 시스템(20)을 사용하는 것을 제외한 방법에 의해, 예컨대 주사 전자 현미경법에 의해 통상적으로 특징지어지는 주기적인 피처들을 가진 샘플일 수 있다. 선택적으로, 보정 타깃은 시스템(20)에 의해 미리 분석된 샘플을 구비할 수 있다.
초기 작동 단계(704)에서, 분석될 샘플, 통상적으로 제조 설비에서의 반도체 웨이퍼가 척 상에 위치되고, 샘플이 정렬되면, X선의 2개의 빔이 조사된다. 시스템(20)이나 시스템(320)이 사용되면, 소스(28) 또느 소스(322, 324)로부터의 2개의 빔은 통상적으로 동시에 조사된다. 시스템(420)이 사용되면, 소스(422)로부터의 2개의 소스는 순차적으로 조사된다. 2개의 빔은 상이한 각도로 샘플을 조사한다.
신호 획득 단계(706)에서, 2개의 빔에 의해 발생되는 강도는 검출기에 의해 획득되고, 처리 유닛(PU)(24)은 검출기에 의해 발생되는 대응하는 신호를 기록한다.
초기 분석 단계(708)에서, 처리 유닛(PU)(24)은 다음의 방정식에 따라 샘플(26)의 성능 지수, FOM을 평가한다.
Figure 112015060074131-pat00017
(11)
여기서 w는 2개의 측정값의 통상적으로 동일한 중량에 관하여 0.5로 동일한 중량 인자이다.
N은 지수 1을 가진다는 가정하에 제1 검출기 내에서 조사된 픽셀의 개수이고, 여기서 조사하는 빔은 제1 각도이고, M은 지수 2를 가진다는 가정하에 제2 검출기 내에서 조사된 픽셀의 개수이고, 여기서 조사하는 빔은 제2 각도이다.
방정식 (11)에서, Ii , Ik는 제1 검출기와 제2 검출기에 의해 각각 측정된 실제 강도이고,
Figure 112015060074131-pat00018
, 은 선택된 벡터(
Figure 112015060074131-pat00019
)의 예상 강도이다.
단계(708)에서, 샘플(26)의 표면 특성에 대응하되 예상 강도를 제공하는 식에 관한
Figure 112015060074131-pat00020
의 벡터 성분들은, 일반적으로 예컨대 위에서 설명된 1D 트렌치들의 예에 관한 특성의 공칭 값들에 대응하도록 선정하는 것이 통상적이고, 예상 강도는 그 중에서도 특히 트렌치들의 공칭 높이, 트렌치들의 공칭 피치 및 트렌치들의 상부에서의 공칭 폭의 값들을 가지는 샘플(26)에 관한 것이다.
처리 유닛(PU)(24)은 단계(708)에서 발견되는 FOM의 값을 기록한다.
방정식 (11)에서의 2 세트의 값에 관한 로그들 사이의 차이가 코스트 함수로 작동한다는 것은 이해할 수 있을 것이다.
추가적인 분석 및 비교 단계(710)에서, 처리 유닛(PU)(24)은
Figure 112015060074131-pat00021
의 벡터 성분들 중 하나 이상의 값을 반복적으로 변경시키고 FOM을 재평가하며 새로운 FOM 값을 기록한다. 이 반복은 FOM이 최소화될 때까지 계속된다.
마지막 단계(712)에서, 처리 유닛(PU)(24)은 FOM이 최소가 되는 벡터(
Figure 112015060074131-pat00022
)에 관한 샘플(26)의 표면 특성에 대응하는
Figure 112015060074131-pat00023
의 벡터 성분들의 값을 출력한다.
일부 실시형태에서, 소스 장착부(194)가 회전되고 검출기 장착부(198)가 검출기들의 정렬을 유지하도록 이동된 후에, 마지막 단계(712)에 앞서 단계들(704-710)이 반복된다. 이 경우, 처리 유닛(PU)(24)은 단계(706)에서 획득된 새로운 신호들을 이용하여 FOM을 재평가한다.
위 발명의 상세한 설명은 한 예로서 1D 트렌치들 및 2D 원뿔을 가진 샘플들을 고려하고 있다. 본 발명의 실시형태들이 위에서 설명된 것과 같이 트렌치 및/또는 원뿔을 구비하는 샘플 표면의 윤곽형상을 판정하는데 제한되지 않는다는 것은 이해할 수 있을 것이다. 예컨대, 샘플 표면은 필러(pillar), 및/또는 곡선 에지의 단면을 가지는 원뿔이나 트렌치를 구비할 수 있다. 이러한 실시형태들은 적합한 벡터(
Figure 112015060074131-pat00024
)를 발생시켜서 분석될 수 있다. 일반적으로, 실질적인 윤곽형상은 대응하는 벡터(
Figure 112015060074131-pat00025
)를 발생시켜서 판정될 수 있다.
위에서 발명의 상세한 설명은 위에서 지칭된 샘플들이 수평 배향을 가진다는 것과 소스 장착부의 회전 축이 수평하다는 것을 일반적으로 가정하고 있지만. 이러한 배향들이 한 예라는 것과 샘플 및/또는 회전 축이 비수평 배향을 포함하여 적당히 배향될 수 있다는 것은 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 위에서 설명된 실시형태들이 한 예로써 인용된다는 것과 특히 나타나 있거나 위에서 본 명세서에서 설명된 내용으로 본 발명이 제한되지 않는다는 것은 알 수 있을 것이다. 나아가, 본 발명의 범위는 위에서 본 명세서에서 설명된 여러 가지 피처들의 조합과 하위 조합 모두를 포함할 뿐만 아니라, 당업자라면 생각해 낼 수 있되 종래 기술에 개시되지 않은 수정 및 변경을 포함한다.

Claims (22)

  1. 축선을 포함하는 평면으로서 공간 내에서 당해 평면에 의해 분리되는 제1 구역 및 제2 구역을 한정하는 평면 내에 샘플을 고정 유지하도록 구성된 샘플 지지부;
    상기 제1 구역에 위치되어, 상기 축선을 중심으로 회전하도록 구성된 소스 장착부;
    상기 제1 구역에서 상기 소스 장착부 상에 위치되어, X선의 제1 및 제2 입사 빔을 상기 축선에 수직한 개개의 빔 축선을 따른 개개의 제1 및 제2 각도로 하나의 공통 포인트에서 동시에 샘플에 충돌하게 안내하도록 구성된 X선 소스;
    상기 제2 구역에 위치되어, 상기 축선에 수직인 평면 내에서 이동하도록 구성된 검출기 장착부;
    상기 제2 구역에서 상기 검출기 장착부 상에 위치되어, 상기 제1 및 제2 입사 빔에 응답하여 샘플을 투과한 X선의 제1 및 제2 산란 빔을 수광하고, 수광된 상기 제1 및 제2 산란 빔에 응답하여 제1 및 제2 신호를 각각 출력하도록 구성된 X선 검출기; 및
    샘플의 표면의 윤곽형상을 판정하기 위해 상기 제1 및 제2 신호를 분석하도록 구성된 처리기;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 X선 소스는 상기 제1 및 제2 입사 빔을 동시에 발생시키도록 구성된 단일의 X선 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 X선 소스는 상기 제1 입사 빔을 발생시키도록 구성된 제1 X선 소스 및 상기 제1 입사 빔과 동시에 상기 제2 입사 빔을 발생시키도록 구성된 제2 X선 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 X선 검출기는 상기 제1 산란 빔을 수광하도록 상기 검출기 장착부 상의 제1 위치에 배치되는 제1 검출기 및 상기 제2 산란 빔을 수광하도록 상기 검출기 장착부 상의 제2 위치에 배치되는 제2 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 검출기 장착부는 상기 축선을 중심으로 한 상기 소스 장착부의 회전 시에 상기 X선 검출기의 상기 제1 및 제2 산란 빔과의 정렬을 유지시키도록 이동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 검출기 장착부는 상기 축선을 중심으로 회전하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 처리기는 표면의 이론적 윤곽형상에 응답하여 상기 X선 검출기를 위한 예상 제1 신호 및 예상 제2 신호를 생성하고, 상기 윤곽형상을 판정하기 위해 코스트 함수를 사용하여 상기 예상 제1 신호 및 예상 제2 신호를 상기 출력된 제1 및 제2 신호와 비교하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 처리기는 상기 윤곽형상을 판정하기 위해 상기 출력된 제1 신호 및 상기 예상 제1 신호에 적용된 코스트 함수의 제1 결과값과 상기 출력된 제2 신호 및 상기 예상 제1 신호에 적용된 코스트 함수의 제2 결과값의 합계를 최소화하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 평면은 수평방향인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 구역은 샘플 아래이고, 상기 제2 구역은 샘플 위인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 축선을 포함하는 평면으로서 공간 내에서 당해 평면에 의해 분리되는 제1 구역 및 제2 구역을 한정하는 평면 내에 샘플을 고정 유지하도록 샘플 지지부를 구성하는 단계;
    상기 제1 구역에 상기 축선을 중심으로 회전하도록 구성된 소스 장착부를 위치시키는 단계;
    상기 제1 구역에서 상기 소스 장착부 상에 X선 소스를 위치시키는 단계;
    상기 X선 소스로부터의 X선의 제1 및 제2 입사 빔을 상기 축선에 수직한 개개의 빔 축선을 따른 개개의 제1 및 제2 각도로 하나의 공통 포인트에서 동시에 샘플에 충돌하게 안내하는 단계;
    상기 제2 구역에 상기 축선에 수직인 평면 내에서 이동하도록 구성된 검출기 장착부를 위치시키는 단계;
    상기 제2 구역에서 상기 검출기 장착부 상에, 상기 제1 및 제2 입사 빔에 응답하여 샘플을 투과한 X선의 제1 및 제2 산란 빔을 수광하도록 구성된 X선 검출기를 위치시키는 단계;
    수광된 상기 제1 및 제2 산란 빔에 응답하여 제1 및 제2 신호를 각각 출력하는 단계; 및
    샘플의 표면의 윤곽형상을 판정하기 위해 상기 제1 및 제2 신호를 분석하는 단계;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 X선 소스는 상기 제1 및 제2 입사 빔을 동시에 발생시키도록 구성된 단일의 X선 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 X선 소스는 상기 제1 입사 빔을 발생시키도록 구성된 제1 X선 소스 및 상기 제1 입사 빔과 동시에 상기 제2 입사 빔을 발생시키도록 구성된 제2 X선 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 X선 검출기는 상기 제1 산란 빔을 수광하도록 상기 검출기 장착부 상의 제1 위치에 배치되는 제1 검출기 및 상기 제2 산란 빔을 수광하도록 상기 검출기 장착부 상의 제2 위치에 배치되는 제2 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 검출기 장착부는 상기 축선을 중심으로 한 상기 소스 장착부의 회전 시에 상기 X선 검출기의 상기 제1 및 제2 산란 빔과의 정렬을 유지시키도록 이동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 검출기 장착부는 상기 축선을 중심으로 회전하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 신호를 분석하는 단계는 표면의 이론적 윤곽형상에 응답하여 상기 X선 검출기를 위한 예상 제1 신호 및 예상 제2 신호를 생성하는 단계 및 상기 윤곽형상을 판정하기 위해 코스트 함수를 사용하여 상기 예상 제1 신호 및 예상 제2 신호를 상기 출력된 제1 및 제2 신호와 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 윤곽형상을 판정하기 위해 상기 출력된 제1 신호 및 상기 예상 제1 신호에 적용된 코스트 함수의 제1 결과값과 상기 출력된 제2 신호 및 상기 예상 제1 신호에 적용된 코스트 함수의 제2 결과값의 합계를 최소화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 11 항에 있어서, 상기 평면은 수평방향인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 제1 구역은 샘플 아래이고, 상기 제2 구역은 샘플 위인 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
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