，在与从X射线源30发出的X射线波束28所照射的样本的细长区段26的主要方向相垂直的方向上，以步进方式横向地(laterally)移动支撑件24。在此实施例中，样本是用于集成电路制造的单晶硅晶圆。为了将晶圆的特性进行完备的表征，首先将样本支撑件定位成使得X射线束在样本22的一个边缘处入射。检测器32检测衍射的信号并且记录线性能量走向。然后步进地推进样本支撑件24，同时针对沿着样本表面的每个位置记录相似的走向。这样，可以构造整个样本的走向。
[0025]图4是样本(诸如图3的硅晶圆)的强度分布的图形表示。在此图中，x-y平面是样本表面所在的平面，其中X方向是由X射线束照射的区域26的方向且y方向是材料平移的方向。该图的第三维度表示强度，使得三维强度走向是很显然的。
[0026]图5中示出诸如上面描述的扫描的实际结果，在该图中图像的较亮区域示出强度较高的区域。如可以看到的，清楚地示出晶体晶圆的形式，其中若干强度图案可见。例如，靠近晶圆图像的中间是黑的圆形形状，这是由于在晶体表面上存在薄的非晶形层。相比于右侧，图像的左上角部分也示出相对高的强度，这是由于造成入射X射线波束和晶体晶格之间的角对应的变化的晶圆的轻微弯曲。
[0027]像图5的走向还可以用于确定样本的平面内取向，使得例如，可以相对于样本的宏观特征确定平面内晶体取向。这在验证对某些类型的集成电路制造要求极高的硅晶圆取向面(flat)的适当定位中特别受关注。在晶圆生产过程期间将取向面机械加工至晶圆的侧面中，以便对在随后制造步骤中可以参考的平面内晶体结构的取向提供导引。在图5中，在图像的底部附近，晶圆取向面清楚可见，并且示出表示入射束的方向的“单一扫描(singescan)”线以指示其相对于晶圆取向面的取向。
[0028]图5中示出的实施例提供关于单晶材料的取向信息。然而，本发明还允许具有多取向域的材料的标测。在晶体制造领域，偶尔出现如下情况:未形成完美的单晶体结构，但是形成彼此邻接的两个或多个分离的晶体区域，且每个晶体区域具有一个不同的平面内取向。在这样的情况下，在扫描第一感兴趣域期间，从其他域发出的衍射信号的幅度将是可忽略的，并且因此在图像的这些区域中的强度将是最小的。然而，样本可以随后被重新定位以满足另一个域的布拉格条件，并且针对该另一个域记录相关的取向信息。然后可以针对每个域重复此过程直到产生完整的取向图。
[0029]诸如此的方法可以使用诸如图3中示出的系统。然而，为了允许检测样本中所有不同的微晶，可以在每次检测之后旋转样本支撑件，以便以相对于X射线束不同的旋转取向重新定位该样本。该样本可以被定位成例如其中X射线束经过样本的几何中心，并且通过使样本支撑件步进地旋转360度的角范围来获得样本的完整走向。
[0030]可以通过本发明实施的另一个标测方法允许确定物质被怎样分布在单晶体材料的表面上。如上文结合图1讨论的，晶体表面上的层将使得由晶体表面发出的衍射信号衰减，并且衰减的程度与该层的厚度成比例。因此，在发明的第一实施方案中，对晶体材料的扫描可以用于评定表面层材料的存在和表面层材料的厚度。
[0031]图6中示出的是在其表面上是具有可辨识图案的非晶形涂层的单晶晶圆的照片。该晶圆随后经历根据本发明的使用位置敏感检测器的平面内掠入射衍射。图7中示出了扫描的结果，其中图像是反色的(即，黑的区域指示强度较高的区域)。在此图中，通过箭头指示入射X射线束的相应方向、感兴趣的原子间距离以及衍射的信号。如可以看到的，在晶体表面上形成的图案清楚可见。此外，表面材料的厚度较大的区域(诸如区域36和38)在衍射信号中示出较高的衰减度。晶圆的宏观特征一一诸如取向面34—一也很显而易见，如图的右侧下方附近的强度降低，指示晶圆表面中的弯曲。
[0032]本发明的标测能力允许表征晶体上的表面涂层，诸如在平板印刷图案化中使用的掩模。除了确定掩模材料的精确分布，还可以以空间相对(spatially-relative)方式确定衰减度以便表征遍及整个样本表面的材料厚度。此技术已应用于验证待被在半导体制造中使用的掩模材料的适当应用。
[0033]在本发明的另一个实施方案中，被沉积在样本上的层可以本质上是晶体的，并且可以是标测的对象。也就是，如果具有期望图案的晶体材料已被沉积在衬底上，则该发明可以用于执行沉积层的平面内掠入射衍射分析。这样，沉积材料的分布和相对厚度(其将会在形成的图像中产生高强度的区域)可被标测。
[0034]虽然已经参照本发明的示例性实施方案示出且描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到在不脱离如由附加权利要求限定的发明的精神和范围的情况下可以对发明在形式上和细节上作出各种改变。
【主权项】
1.一种使用平面内掠入射衍射来检查晶体样本的表面的装置，所述装置包括: 一个X射线源，生成以相对于所述样本表面成一个角度入射在所述样本上的X射线束，该角度导致从所述样本的具有特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，所述束同时照射延伸所述样本在第一方向上的大体整个长度的一个样本区域； 一个位置敏感X射线检测器，接收所述X射线衍射信号，所述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；以及 一个移置机构，用于改变所述X射线束和所述样本的相对位置，以改变所述样本的被所述X射线束照射的区域。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述位置敏感检测器是一维X射线检测器。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述位置敏感检测器是二维X射线检测器。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述样本的被照射的区域近似于一条具有预定厚度的线。5.根据权利要求1所述的装置，其中由所述检测器检测的衍射信号近似于一条具有预定厚度的线。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述移置机构包括一个样本支撑件，所述样本支撑件能够被调整以改变所述样本相对于所述X射线束的横向位置。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述移置机构包括一个样本支撑件，所述样本支撑件能够被调整以改变所述样本相对于所述X射线束的旋转位置。8.一种用于检查晶体样本的表面的方法，所述方法包括: 相对于所述样本表面成一个角度地将X射线束引向所述样本，该角度导致从所述样本的具有特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，所述束同时照射延伸所述样本在第一方向上的大体整个长度的一个样本区域； 用一个位置敏感X射线检测器检测所述X射线衍射信号，所述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；以及 将所述X射线束和所述样本相对于彼此移置，以改变所述样本的被所述X射线束照射的区域。9.根据权利要求8所述的方法，其中将所述X射线束和所述样本相对于彼此移置包括改变所述X射线束和所述样本的相对横向位置。10.根据权利要求9所述的方法，其中改变所述X射线束和所述样本的相对横向位置包括在垂直于所述第一方向的方向上改变所述相对横向位置。11.根据权利要求8所述的方法，其中多次将所述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射线束并相对于所述衍射信号的空间走向记录对应的强度信息，并且其中所述方法还包括集合每次移置的所述强度信息以构造所述样本表面的空间走向。12.根据权利要求11所述的方法，还包括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。13.根据权利要求12所述的方法，还包括分析所述样本表面的空间走向以确定所述信号衰减材料的相对厚度的空间走向。14.根据权利要求12所述的方法，其中所述样本包括一个硅晶圆，并且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。15.根据权利要求11所述的方法，还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。16.根据权利要求11所述的方法，还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缺陷的存在。17.根据权利要求11所述的方法，还包括分析所述样本表面的空间走向以定位所述样本中的弯曲。18.根据权利要求8所述的方法，其中将所述X射线束和所述样本相对于彼此移置包括改变所述X射线束和所述样本的相对旋转位置。19.根据权利要求18所述的方法，还包括改变所述X射线束和所述样本在所述样本表面的所述平面内的相对旋转取向，以在所述样本的在取向改变之前不存在衍射条件的区域内产生衍射条件。20.根据权利要求19所述的方法，还包括重复取向改变，同时用所述检测器检测所述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走向。21.根据权利要求8所述的方法，其中用一个位置敏感X射线检测器检测所述X射线衍射信号包括用一维X射线检测器检测X射线衍射信号。22.根据权利要求8所述的方法，其中用一个位置敏感X射线检测器检测所述X射线衍射信号包括用二维X射线检测器检测X射线衍射信号。
【专利摘要】一种通过位置敏感检测器使用平面内掠入射衍射检查晶体样本的表面的装置。x射线源照射样本的一个延伸区域，并且对于晶体的具有适当晶格取向的区段，产生一个细长的衍射信号。然后可以改变样本和x射线束的相对位置以照射样本的不同区域，使得衍射信号对应于这些其他区域。通过扫描整个样本，可以生成样本表面的空间走向。所述系统可以用来定位样本表面上的晶体边界、缺陷或者衰减材料的存在。
【IPC分类】G01N23/201
【公开号】CN105008904
【申请号】CN201480012351
【发明人】J·金克
【申请人】布鲁克Axs公司
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2014年1月7日
【公告号】EP2941635A1, US9080944, US20140192959, WO2014107706A1