用于使用平面内掠入射衍射进行表面标测的方法和装置的制造方法
【专利说明】
[0001]发明背景
技术领域
[0002]本发明总体涉及X射线衍射领域，具体而言，涉及平面内掠入射衍射(IPGID)。
【背景技术】
[0003]在X射线衍射领域，波长λ在亚纳米范围内的辐射被引导到具有给定原子间间距d的晶体材料。当相对于晶体结构的入射角Θ满足布拉格方程λ = 2dsin Θ时，可以观察到一个干涉增强信号(衍射信号)正离开材料，其中发射角等于入射角，这两个角是相对于与感兴趣的原子间距离垂直的方向测量的。由入射辐射和衍射信号限定的平面一般称为散射平面。
[0004]如果材料由单晶体组成，则一个特定长度的所有原子间间距共享相同的取向，这意味着该材料必须被精确定位使得入射角相对于感兴趣的原子间间距满足布拉格方程。如果材料是多晶的，也就是，如果它由多个微晶组成，则原子间间距通常将具有随机取向，因此，对于衍射分析，该材料不必被精确地定位。
[0005]为增强从材料的表面发射出的衍射信号，可以使用称为平面内掠入射衍射(IPGID)的几何学。在IPGID中，使得散射平面与材料的表面平面几乎一致。散射平面离材料表面平面的偏差被称为“α角”。对于入射波束，该角度被称为“α入射”(Ct1),而对于衍射信号，该角度被称为“ α终止”(a F)。对于IPGID分析，α:被设定为等于或非常接近于材料的总外部反射角，给予该技术显著增加的强度。由于这个角度通常是非常低的，因此它还导致波束散布于材料表面上，而具有一个点检测器的平行板准直器被用来将低角度入射辐射散布与衍射的信号角解耦合。此技术可以用来测量材料的单晶体或多晶区域，这是因为平面内入射辐射方向01与散射平面仰角α肩军耦合。
【发明内容】
[0006]根据本发明，提供一种连同位置敏感检测器、使用平面内掠入射衍射(in-planegrazing incidence diffract1n)来检查和标测晶体样本的表面的方法和装置。在一个示例性实施方案中，X射线源被定位为使得它生成以相对于样本表面成一个角度入射在样本上的X射线束，该角度导致从样本的具有预定取向的晶体结构的区段生成平面内掠入射X射线衍射信号。该X射线束使得其同时照射如下一个样本区域，该样本区域延伸所述样本在第一方向上的大体整个长度。位置敏感X射线检测器被定位以接收X射线衍射信号，所述X射线衍射信号具有与所述样本的被照射的区域相对应的空间走向。也就是，衍射信号表示从所述样本的被所述X射线束入射在其上的区域衍射的X射线能量，并且具有与遍及所照射区域的X射线衍射的强度(strength)相对应的空间强度(spatial intensity)分布。接下来，将一个移置机构用于相对于所述样本移置所述X射线束，以改变样本的被X射线束照射的区域。
[0007]本发明的位置敏感检测器允许将衍射的X射线束相对于样本表面进行空间标测(mapping)。在一个实施方案中，所述检测器是一维检测器，能够检测具有大致线性走向的X射线衍射信号，而在另一个实施方案中，所述检测器是二维X射线检测器。所述样本的被照射的区域可以近似于一条具有预定厚度的线，这导致具有相似形状的衍射信号。
[0008]所述移置机构提供所述X射线束和所述样本之间的相对移动，可以包括可移动的支撑件，样本留驻于该可移动的支撑件上。所述样本的移动可以是平移的和/或旋转的，并且导致X射线束入射在样本的不同区域上。在根据本发明的一个方法中，多次将所述X射线束和所述样本相对于彼此移置，针对每次移置检测衍射的X射线束并且相对于所述衍射信号的空间走向记录对应的强度信息。然后可集合来自每次移置的该强度信息，以构造所述样本表面的空间走向(profile)。
[0009]在本发明的一个应用中，可以分析所述样本表面的空间走向，以识别沉积在所述样本表面上的信号衰减材料的存在和位置。此实施方案的一个变型包括确定这样的信号衰减材料的相对厚度的空间走向。这样的方法可以涉及检查样本，该样本包括信号衰减材料沉积在其上的硅晶圆，所述信号衰减材料包括用于在半导体制造期间使用的掩模剂。根据本发明的一个方法还可以包括分析所述样本表面的空间走向，以识别所述样本中的晶体边界的存在和位置。一个类似的方法可以用于识别样本中的晶体缺陷的存在。在另一个变型中，分析样本表面的空间走向可以用于定位其中的弯曲(curvature)。
[0010]根据本发明的另一个方法包含改变所述X射线束和所述样本在所述样本表面的平面内的相对旋转取向。对于具有有不同晶体取向的多个区域的样本，此旋转取向的改变可以用于在该样本的在取向改变之前不存在衍射条件(diffract1n condit1n)的区域内产生衍射条件。可以重复改变所述旋转取向，同时用所述检测器检测衍射的信号的强度走向，并且使用所述改变强度走向来集合所述样本的不同区域内的晶体取向的空间走向。
【附图说明】
[0011]图1是根据本发明的X射线衍射系统的示意图。
[0012]图2A是使用图1的系统检查样本得到的强度走向的图像。
[0013]图2B是类似于图2A的强度走向的图像，但是对于该走向，由于衰减材料存在于被检查的样本表面上，因此在信号的一个区域内存在强度衰减。
[0014]图3是根据本发明的系统的示意图，该系统包括可以横向地移动或旋转地移动的样本支撑件。
[0015]图4是使用一个诸如图3中示出的系统获得的针对一个样本的强度分布的图形视图。
[0016]图5是使用一个诸如图3中示出的系统获得的针对一个样本的空间强度走向的图像。
[0017]图6是其上以可辨识图案沉积有信号衰减材料的样本的图像。
[0018]图7是使用一个诸如图3中示出的系统获得的针对图6的样本的空间强度走向的图像。
【具体实施方式】
[0019]图1中示出的是根据本发明的X射线衍射分析系统的示意图。入射X射线束12照射样本材料10 (在此实施方案中是单晶体)，入射X射线束12具有相对于晶体结构的晶格平面的角度θ1<3在图中，X射线束12由X射线源11发射出并且由三条线表示，即指示束中心的粗体实线和共同指示束宽度的两条点线。本领域技术人员还将认识到图1不是按比例的，并且束的入射角实际上比图中呈现的小得多(例如，约I度)。X射线束12具有有限的厚度并且，在此实施方案中，具有圆形截面形状。然而，因为非常小的入射角度，所以束照射材料的一个长窄区段，如图中由虚线14指示的。
[0020]图1中示出的两条线16表示(未按比例)晶体的如所示地被分开以原子间间距d的两个晶格平面的位置。还指示了平面内入射辐射角G1，同样地，还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在图中也被示出。因此，当入射束处于正确的角度时，一个宽的衍射信号从材料发出且被引导朝向检测器18。与入射束一样，该衍射信号在图中由指示束中心的一条粗体实线和指示该信号的两个相对极端的两条点线表示。然而，由于由入射束照射的区域的细长形状，所以衍射信号也具有细长形状并且呈现为检测器18的表面上的线20。也就是，衍射信号具有一个宽的走向(由两条点线示出)但是在另一个方向上是窄的。
[0021]因为入射角θ η α 1与衍射角Θ F、a F之间的关系，因此到达检测器18的衍射信号20对线14具有直接空间对应，入射束沿着线14照射样本材料10。也就是，沿着衍射信号20的任何点处的强度取决于入射束和样本沿着线14的相应样本的区段之间的相互作用。如果沿着线14存在入射X射线束与晶体的相互作用被阻止(诸如被表面污染物)的区段，则束的与污染物的位置相对应的位置的强度将减小。同样地，如果晶体材料的一个区域不具有满足布拉格规则(例如，由于晶体缺陷，或者具有未被恰当地取向来满足布拉格条件的晶格取向的晶粒区段)的晶体结构，则在此区域内衍射信号的强度将减小。因此，衍射信号20的空间分析将指示材料10沿着线14的任何不满足必要衍射条件的部分。
[0022]通过在晶体的表面上存在信号衰减材料22来证明图1中示出的衍射技术的空间相关性。此材料22可以表示被意外地或有意地沉积在样本表面上的若干不同物质中的任一种，例如，硅晶圆晶体上的一种污染物。在此实施例中，使得材料22散射来自原本应该入射在下面的晶体上的那部分束的X射线辐射。结果，随着衍射束的相应区段到达检测器18，在衍射束的相应区段中几乎没有或完全没有衍射信号能量。此相对低强度的区段被指示为图1中示出的线性束20的区域24。此效果在图2A和图2B中分别示出的所记录的强度分布中也是清楚的。对于不存在被表面材料信号衰减的情况，图2A中所示的分布示出一些轻微的强度变化，但是在衍射信号中没有显著的空间间隙。然而，图2B的分布对应于一个诸如图1中示出的情况，其中可以清楚地看到一个异常(在此情况中是沉积的表面材料)已阻碍衍射信号的一个区段，导致强度相应的减小。
[0023]通过使用一个位置敏感检测器，本发明提供一种用于定位遍及晶体样本材料的表面的晶体缺陷、表面污染物或其他材料异常现象的方法。在图1的布置中，空间相关(spatial correlat1n)是相对于沿样本10表面的一个遵循线14的细长带作出的。这为材料的大致线性段提供衍射信号，也就是，它主要在一个维度上给出沿着样本表面的信息。然而，通过在整个样本扫描X射线束还可生成对材料表面的二维表征。在图3中示出用于进行此的一个布置。
[0024]图3是测量系统的示意图，其中样本22位于可以样本支撑件24上，样本支撑件24可被横向地以及旋转地移动(如下面将详细讨论的)。在本实施方案中