用于使用平面內(nèi)掠入射衍射進(jìn)行表面標(biāo)測(cè)的方法和裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】
[0001]發(fā)明背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明總體涉及X射線衍射領(lǐng)域，具體而言，涉及平面內(nèi)掠入射衍射(IPGID)。
【背景技術(shù)】
[0003]在X射線衍射領(lǐng)域，波長(zhǎng)λ在亞納米范圍內(nèi)的輻射被引導(dǎo)到具有給定原子間間距d的晶體材料。當(dāng)相對(duì)于晶體結(jié)構(gòu)的入射角Θ滿足布拉格方程λ = 2dsin Θ時(shí)，可以觀察到一個(gè)干涉增強(qiáng)信號(hào)(衍射信號(hào))正離開材料，其中發(fā)射角等于入射角，這兩個(gè)角是相對(duì)于與感興趣的原子間距離垂直的方向測(cè)量的。由入射輻射和衍射信號(hào)限定的平面一般稱為散射平面。
[0004]如果材料由單晶體組成，則一個(gè)特定長(zhǎng)度的所有原子間間距共享相同的取向，這意味著該材料必須被精確定位使得入射角相對(duì)于感興趣的原子間間距滿足布拉格方程。如果材料是多晶的，也就是，如果它由多個(gè)微晶組成，則原子間間距通常將具有隨機(jī)取向，因此，對(duì)于衍射分析，該材料不必被精確地定位。
[0005]為增強(qiáng)從材料的表面發(fā)射出的衍射信號(hào)，可以使用稱為平面內(nèi)掠入射衍射(IPGID)的幾何學(xué)。在IPGID中，使得散射平面與材料的表面平面幾乎一致。散射平面離材料表面平面的偏差被稱為“α角”。對(duì)于入射波束，該角度被稱為“α入射”(Ct1),而對(duì)于衍射信號(hào)，該角度被稱為“ α終止”(a F)。對(duì)于IPGID分析，α:被設(shè)定為等于或非常接近于材料的總外部反射角，給予該技術(shù)顯著增加的強(qiáng)度。由于這個(gè)角度通常是非常低的，因此它還導(dǎo)致波束散布于材料表面上，而具有一個(gè)點(diǎn)檢測(cè)器的平行板準(zhǔn)直器被用來(lái)將低角度入射輻射散布與衍射的信號(hào)角解耦合。此技術(shù)可以用來(lái)測(cè)量材料的單晶體或多晶區(qū)域，這是因?yàn)槠矫鎯?nèi)入射輻射方向01與散射平面仰角α肩軍耦合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明，提供一種連同位置敏感檢測(cè)器、使用平面內(nèi)掠入射衍射(in-planegrazing incidence diffract1n)來(lái)檢查和標(biāo)測(cè)晶體樣本的表面的方法和裝置。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，X射線源被定位為使得它生成以相對(duì)于樣本表面成一個(gè)角度入射在樣本上的X射線束，該角度導(dǎo)致從樣本的具有預(yù)定取向的晶體結(jié)構(gòu)的區(qū)段生成平面內(nèi)掠入射X射線衍射信號(hào)。該X射線束使得其同時(shí)照射如下一個(gè)樣本區(qū)域，該樣本區(qū)域延伸所述樣本在第一方向上的大體整個(gè)長(zhǎng)度。位置敏感X射線檢測(cè)器被定位以接收X射線衍射信號(hào)，所述X射線衍射信號(hào)具有與所述樣本的被照射的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的空間走向。也就是，衍射信號(hào)表示從所述樣本的被所述X射線束入射在其上的區(qū)域衍射的X射線能量，并且具有與遍及所照射區(qū)域的X射線衍射的強(qiáng)度(strength)相對(duì)應(yīng)的空間強(qiáng)度(spatial intensity)分布。接下來(lái)，將一個(gè)移置機(jī)構(gòu)用于相對(duì)于所述樣本移置所述X射線束，以改變樣本的被X射線束照射的區(qū)域。
[0007]本發(fā)明的位置敏感檢測(cè)器允許將衍射的X射線束相對(duì)于樣本表面進(jìn)行空間標(biāo)測(cè)(mapping)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述檢測(cè)器是一維檢測(cè)器，能夠檢測(cè)具有大致線性走向的X射線衍射信號(hào)，而在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述檢測(cè)器是二維X射線檢測(cè)器。所述樣本的被照射的區(qū)域可以近似于一條具有預(yù)定厚度的線，這導(dǎo)致具有相似形狀的衍射信號(hào)。
[0008]所述移置機(jī)構(gòu)提供所述X射線束和所述樣本之間的相對(duì)移動(dòng)，可以包括可移動(dòng)的支撐件，樣本留駐于該可移動(dòng)的支撐件上。所述樣本的移動(dòng)可以是平移的和/或旋轉(zhuǎn)的，并且導(dǎo)致X射線束入射在樣本的不同區(qū)域上。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方法中，多次將所述X射線束和所述樣本相對(duì)于彼此移置，針對(duì)每次移置檢測(cè)衍射的X射線束并且相對(duì)于所述衍射信號(hào)的空間走向記錄對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度信息。然后可集合來(lái)自每次移置的該強(qiáng)度信息，以構(gòu)造所述樣本表面的空間走向(profile)。
[0009]在本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用中，可以分析所述樣本表面的空間走向，以識(shí)別沉積在所述樣本表面上的信號(hào)衰減材料的存在和位置。此實(shí)施方案的一個(gè)變型包括確定這樣的信號(hào)衰減材料的相對(duì)厚度的空間走向。這樣的方法可以涉及檢查樣本，該樣本包括信號(hào)衰減材料沉積在其上的硅晶圓，所述信號(hào)衰減材料包括用于在半導(dǎo)體制造期間使用的掩模劑。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方法還可以包括分析所述樣本表面的空間走向，以識(shí)別所述樣本中的晶體邊界的存在和位置。一個(gè)類似的方法可以用于識(shí)別樣本中的晶體缺陷的存在。在另一個(gè)變型中，分析樣本表面的空間走向可以用于定位其中的彎曲(curvature)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方法包含改變所述X射線束和所述樣本在所述樣本表面的平面內(nèi)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)取向。對(duì)于具有有不同晶體取向的多個(gè)區(qū)域的樣本，此旋轉(zhuǎn)取向的改變可以用于在該樣本的在取向改變之前不存在衍射條件(diffract1n condit1n)的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生衍射條件。可以重復(fù)改變所述旋轉(zhuǎn)取向，同時(shí)用所述檢測(cè)器檢測(cè)衍射的信號(hào)的強(qiáng)度走向，并且使用所述改變強(qiáng)度走向來(lái)集合所述樣本的不同區(qū)域內(nèi)的晶體取向的空間走向。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是根據(jù)本發(fā)明的X射線衍射系統(tǒng)的示意圖。
[0012]圖2A是使用圖1的系統(tǒng)檢查樣本得到的強(qiáng)度走向的圖像。
[0013]圖2B是類似于圖2A的強(qiáng)度走向的圖像，但是對(duì)于該走向，由于衰減材料存在于被檢查的樣本表面上，因此在信號(hào)的一個(gè)區(qū)域內(nèi)存在強(qiáng)度衰減。
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括可以橫向地移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)的樣本支撐件。
[0015]圖4是使用一個(gè)諸如圖3中示出的系統(tǒng)獲得的針對(duì)一個(gè)樣本的強(qiáng)度分布的圖形視圖。
[0016]圖5是使用一個(gè)諸如圖3中示出的系統(tǒng)獲得的針對(duì)一個(gè)樣本的空間強(qiáng)度走向的圖像。
[0017]圖6是其上以可辨識(shí)圖案沉積有信號(hào)衰減材料的樣本的圖像。
[0018]圖7是使用一個(gè)諸如圖3中示出的系統(tǒng)獲得的針對(duì)圖6的樣本的空間強(qiáng)度走向的圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1中示出的是根據(jù)本發(fā)明的X射線衍射分析系統(tǒng)的示意圖。入射X射線束12照射樣本材料10 (在此實(shí)施方案中是單晶體)，入射X射線束12具有相對(duì)于晶體結(jié)構(gòu)的晶格平面的角度θ1<3在圖中，X射線束12由X射線源11發(fā)射出并且由三條線表示，即指示束中心的粗體實(shí)線和共同指示束寬度的兩條點(diǎn)線。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將認(rèn)識(shí)到圖1不是按比例的，并且束的入射角實(shí)際上比圖中呈現(xiàn)的小得多(例如，約I度)。X射線束12具有有限的厚度并且，在此實(shí)施方案中，具有圓形截面形狀。然而，因?yàn)榉浅Ｐ〉娜肷浣嵌龋允丈洳牧系囊粋€(gè)長(zhǎng)窄區(qū)段，如圖中由虛線14指示的。
[0020]圖1中示出的兩條線16表示(未按比例)晶體的如所示地被分開以原子間間距d的兩個(gè)晶格平面的位置。還指示了平面內(nèi)入射輻射角G1，同樣地，還指示了散射平面仰角Ct1。角度Q1等于Θ F，且角度Ct1等于a F，Θ#Ρ a F在圖中也被示出。因此，當(dāng)入射束處于正確的角度時(shí)，一個(gè)寬的衍射信號(hào)從材料發(fā)出且被引導(dǎo)朝向檢測(cè)器18。與入射束一樣，該衍射信號(hào)在圖中由指示束中心的一條粗體實(shí)線和指示該信號(hào)的兩個(gè)相對(duì)極端的兩條點(diǎn)線表示。然而，由于由入射束照射的區(qū)域的細(xì)長(zhǎng)形狀，所以衍射信號(hào)也具有細(xì)長(zhǎng)形狀并且呈現(xiàn)為檢測(cè)器18的表面上的線20。也就是，衍射信號(hào)具有一個(gè)寬的走向(由兩條點(diǎn)線示出)但是在另一個(gè)方向上是窄的。
[0021]因?yàn)槿肷浣铅?η α 1與衍射角Θ F、a F之間的關(guān)系，因此到達(dá)檢測(cè)器18的衍射信號(hào)20對(duì)線14具有直接空間對(duì)應(yīng)，入射束沿著線14照射樣本材料10。也就是，沿著衍射信號(hào)20的任何點(diǎn)處的強(qiáng)度取決于入射束和樣本沿著線14的相應(yīng)樣本的區(qū)段之間的相互作用。如果沿著線14存在入射X射線束與晶體的相互作用被阻止(諸如被表面污染物)的區(qū)段，則束的與污染物的位置相對(duì)應(yīng)的位置的強(qiáng)度將減小。同樣地，如果晶體材料的一個(gè)區(qū)域不具有滿足布拉格規(guī)則(例如，由于晶體缺陷，或者具有未被恰當(dāng)?shù)厝∠騺?lái)滿足布拉格條件的晶格取向的晶粒區(qū)段)的晶體結(jié)構(gòu)，則在此區(qū)域內(nèi)衍射信號(hào)的強(qiáng)度將減小。因此，衍射信號(hào)20的空間分析將指示材料10沿著線14的任何不滿足必要衍射條件的部分。
[0022]通過(guò)在晶體的表面上存在信號(hào)衰減材料22來(lái)證明圖1中示出的衍射技術(shù)的空間相關(guān)性。此材料22可以表示被意外地或有意地沉積在樣本表面上的若干不同物質(zhì)中的任一種，例如，硅晶圓晶體上的一種污染物。在此實(shí)施例中，使得材料22散射來(lái)自原本應(yīng)該入射在下面的晶體上的那部分束的X射線輻射。結(jié)果，隨著衍射束的相應(yīng)區(qū)段到達(dá)檢測(cè)器18，在衍射束的相應(yīng)區(qū)段中幾乎沒(méi)有或完全沒(méi)有衍射信號(hào)能量。此相對(duì)低強(qiáng)度的區(qū)段被指示為圖1中示出的線性束20的區(qū)域24。此效果在圖2A和圖2B中分別示出的所記錄的強(qiáng)度分布中也是清楚的。對(duì)于不存在被表面材料信號(hào)衰減的情況，圖2A中所示的分布示出一些輕微的強(qiáng)度變化，但是在衍射信號(hào)中沒(méi)有顯著的空間間隙。然而，圖2B的分布對(duì)應(yīng)于一個(gè)諸如圖1中示出的情況，其中可以清楚地看到一個(gè)異常(在此情況中是沉積的表面材料)已阻礙衍射信號(hào)的一個(gè)區(qū)段，導(dǎo)致強(qiáng)度相應(yīng)的減小。
[0023]通過(guò)使用一個(gè)位置敏感檢測(cè)器，本發(fā)明提供一種用于定位遍及晶體樣本材料的表面的晶體缺陷、表面污染物或其他材料異常現(xiàn)象的方法。在圖1的布置中，空間相關(guān)(spatial correlat1n)是相對(duì)于沿樣本10表面的一個(gè)遵循線14的細(xì)長(zhǎng)帶作出的。這為材料的大致線性段提供衍射信號(hào)，也就是，它主要在一個(gè)維度上給出沿著樣本表面的信息。然而，通過(guò)在整個(gè)樣本掃描X射線束還可生成對(duì)材料表面的二維表征。在圖3中示出用于進(jìn)行此的一個(gè)布置。
[0024]圖3是測(cè)量系統(tǒng)的示意圖，其中樣本22位于可以樣本支撐件24上，樣本支撐件24可被橫向地以及旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)(如下面將詳細(xì)討論的)。在本實(shí)施方案中