特開 2024-36290 Ｘ線分析中におけるＸ線ビームの特性のモニタリング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024036290

(43)【公開日】2024-03-15

(54)【発明の名称】Ｘ線分析中におけるＸ線ビームの特性のモニタリング

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/223 20060101AFI20240308BHJP

   G01T 7/00 20060101ALI20240308BHJP

   G21K 5/00 20060101ALI20240308BHJP

   G21K 5/02 20060101ALI20240308BHJP

【ＦＩ】

G01N23/223

G01T7/00 A

G21K5/00 A

G21K5/02 X

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023132276

(22)【出願日】2023-08-15

(31)【優先権主張番号】17/902,926

(32)【優先日】2022-09-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】517006463

【氏名又は名称】ブルカー テクノロジーズ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141553

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 信彦

(74)【代理人】

【識別番号】100196612

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 慎也

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンダー クロクマル

(72)【発明者】

【氏名】アッシャー ペレド

【テーマコード（参考）】

2G001

2G188

【Ｆターム（参考）】

2G001AA01

2G001BA04

2G001CA01

2G001FA02

2G001FA03

2G001FA04

2G001JA02

2G001JA08

2G001JA09

2G001JA12

2G001JA17

2G001LA11

2G001PA05

2G001PA11

2G001PA12

2G001QA01

2G188AA27

2G188BB02

2G188BB11

2G188CC00

2G188CC12

(57)【要約】      （修正有）

【課題】Ｘ線ビームの特性を必要な頻度でモニタしながらＸ線分析システムの高スループットを維持する技術を提供する。
【解決手段】Ｘ線分析システムが、Ｘ線ビーム３３を試料３０の表面にぶつかるように向け、試料から励起された蛍光放射線を受け取るように構成されたＸ線分析アセンブリ１０と、測定ターゲット８８を含むターゲットアセンブリ４３であって、Ｘ線分析アセンブリと試料との間の光路内に配置され、測定ターゲットがＸ線ビーム内に配置される第１の位置３７と、光路がターゲットアセンブリによって妨げられない第２の位置３５との間で移動するように構成された、ターゲットアセンブリと、測定ターゲットを使用したＸ線ビームの特性のモニタリング、及び試料の測定位置におけるＸ線分析の実行を交互に行えるように、第１の位置と第２の位置との間でのターゲットアセンブリの移動を制御するように構成されたプロセッサ２２と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ線分析のためのシステムであって、
（ｉ）Ｘ線ビームを試料の表面にぶつかるように向け、（ｉｉ）前記ぶつかったＸ線ビームに応答して前記試料から励起された蛍光放射線を受け取るように構成されたＸ線分析アセンブリと、
１又は２以上の測定ターゲットを含むターゲットアセンブリであって、前記測定ターゲットのうちの少なくとも１つが、前記Ｘ線分析アセンブリと前記試料との間の光路内に配置されて、（ｉ）前記測定ターゲットのうちの１つ又は２つ以上が前記Ｘ線ビーム内に配置される１又は２以上の第１の位置と、（ｉｉ）前記光路が前記ターゲットアセンブリによって妨げられない１又は２以上の第２の位置との間で移動するように構成される、ターゲットアセンブリと、
（ｉ）前記測定ターゲットを使用した前記Ｘ線ビームの特性のモニタリング、及び（ｉｉ）前記試料の測定位置における前記Ｘ線分析の実行を交互に行うために、前記第１の位置と前記第２の位置との間での前記ターゲットアセンブリの移動を制御するように構成されたプロセッサと、
を含む、システム。

【請求項2】

前記Ｘ線分析アセンブリは、（ｉ）前記Ｘ線ビームを前記試料の表面にぶつかるように向けるよう構成されたＸ線源と、（ｉｉ）前記ぶつかったＸ線ビームに応答して前記試料から励起された前記蛍光放射線を受け取るように構成された検出器サブアセンブリとを含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記ターゲットアセンブリは基板を含み、前記１又は２以上の測定ターゲットは、前記基板の１又は２以上の部分上に配置される、請求項１又は２に記載のシステム。

【請求項4】

前記ターゲットアセンブリは、前記基板の前記１又は２以上の部分間に形成された１又は２以上の開口部を有する、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記Ｘ線ビームは、前記１又は２以上の第１の位置において、前記基板の前記１又は２以上の部分のうちの少なくとも１つにぶつかり、前記Ｘ線ビームは、前記１又は２以上の第２の位置において、前記開口部のうちの１つを通過して前記測定位置にぶつかる、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記ターゲットアセンブリは、前記基板を前記第１の位置と前記第２の位置との間で軸を中心に回転させるように構成されたモータを含む、請求項３に記載のシステム。

【請求項7】

前記ターゲットアセンブリは、前記基板を前記第１の位置と前記第２の位置との間で軸に沿って移動させるように構成されたモータを含み、前記ターゲットアセンブリは、前記基板の前記１又は２以上の部分間に形成された１又は２以上の開口部を有する、請求項３に記載のシステム。

【請求項8】

前記測定ターゲットのうちの少なくとも１つは、（ｉ）前記試料の第２の基板と同様の第１の基板と、（ｉｉ）前記第１の基板上に配置されて０．３ｍｍよりも大きな厚みを有する少なくとも１つの層とを含む、請求項１又は２に記載のシステム。

【請求項9】

前記測定ターゲットのうちの前記少なくとも１つは、前記層上に配置されて１０００ナノメートルより小さな厚みを有するさらなる層を含む、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記プロセッサは、前記Ｘ線ビームのモニタリング特性に基づいて、前記試料の表面に向けられる前記Ｘ線ビームの特性を調整するように前記Ｘ線分析アセンブリを制御するよう構成される、請求項１又は２に記載のシステム。

【請求項11】

Ｘ線ビームを試料の表面にぶつかるように向けることと、
１又は２以上の測定ターゲットを有するターゲットアセンブリの移動を、（ｉ）前記測定ターゲットのうちの１つ又は２つ以上が前記Ｘ線ビームと前記試料との間の光路内に配置される１又は２以上の第１の位置と、（ｉｉ）前記光路が前記ターゲットアセンブリによって妨げられない１又は２以上の第２の位置との間で制御することと、
前記ぶつかったＸ線ビームに応答して前記測定ターゲットのうちの１つ又は２つ以上又は前記試料から励起された蛍光放射線を受け取ることと、
前記ターゲットアセンブリの移動及び前記蛍光放射線に基づいて、（ｉ）前記測定ターゲットを使用した前記Ｘ線ビームの特性のモニタリング、及び（ｉｉ）前記試料の測定位置におけるＸ線分析の実行を交互に行うことと、
を含む、方法。

【請求項12】

前記Ｘ線ビームを向けることは、前記Ｘ線ビームを前記試料の表面にぶつかるように向けるＸ線源を適用することを含み、前記蛍光放射線を受け取ることは、前記ぶつかったＸ線ビームに応答して前記試料から励起された蛍光放射線を受け取る検出器サブアセンブリを適用することを含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記ターゲットアセンブリは基板を含み、前記１又は２以上の測定ターゲットは、前記基板の１又は２以上の部分上に配置される、請求項１１又は１２に記載の方法。

【請求項14】

前記ターゲットアセンブリは、前記基板の前記１又は２以上の部分間に形成された１又は２以上の開口部を有する、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記移動を制御することは、（ｉ）前記１又は２以上の第１の位置において、前記Ｘ線ビームが前記基板の前記１又は２以上の部分のうちの少なくとも１つにぶつかること、及び（ｉｉ）前記１又は２以上の第２の位置において、前記Ｘ線ビームが前記開口部のうちの１つを通過して前記測定位置にぶつかることを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記ターゲットアセンブリの移動を制御することは、前記基板を前記第１の位置と前記第２の位置との間で軸を中心に回転させることを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項17】

前記ターゲットアセンブリの移動を制御することは、前記基板を前記第１の位置と前記第２の位置との間で軸に沿って移動させることを含み、前記ターゲットアセンブリは、前記基板の前記１又は２以上の部分間に形成された１又は２以上の開口部を有する、請求項１３に記載の方法。

【請求項18】

前記測定ターゲットのうちの少なくとも１つは、（ｉ）前記ターゲットアセンブリの前記基板上に配置された、前記試料の第２の基板と同様の第１の基板と、（ｉｉ）前記第１の基板上に配置されて０．３ｍｍよりも大きな厚みを有する少なくとも１つの層とを含む、請求項１１又は１２に記載の方法。

【請求項19】

前記測定ターゲットのうちの前記少なくとも１つは、前記層上に配置されて１０００ナノメートルより小さな厚みを有するさらなる層を含む、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記Ｘ線ビームを向けることは、前記Ｘ線ビームのモニタリング特性に基づいて、前記試料の表面に向けられる前記Ｘ線ビームの特性を調整することを含む、請求項１１又は１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般にＸ線分析に関し、具体的には、Ｘ線分析中にＸ線ビームの特性をモニタする方法及びシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

当業では、Ｘ線分析システムにおいて使用されるＸ線ビームの特性をモニタするための様々な技術が知られている。

【0003】

例えば、米国特許出願公開２０２０／０３００７９０号には、フルビームＸ線散乱測定法（ｆｕｌｌ ｂｅａｍ ｘ－ｒａｙ ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ）によって半導体デバイスの寸法及び材料特性を評価する方法及びシステムが記載されている。フルビームＸ線散乱測定法は、試料をＸ線ビームで照射し、結果として得られるゼロ回折次数（ｚｅｒｏ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｒｄｅｒ）及び高次回折次数（ｈｉｇｈｅｒ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｒｄｅｒｓ）の強度を試料に対する１又は２以上の入射角について同時に検出するものである。直接ビーム及び散乱次数の同時測定は、高い精度での高スループット測定を可能にする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許出願公開２０２０／０３００７９０号明細書

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書で説明する本発明の実施形態は、Ｘ線分析のためのシステムであって、（ｉ）Ｘ線ビームを試料の表面にぶつかる(impinge)ように向け、（ｉｉ）ぶつかったＸ線ビームに応答して試料から励起された蛍光放射線(fluorescence radiation)を受け取るように構成されたＸ線分析アセンブリ(X-ray analysis assembly)と、１又は２以上の測定ターゲット(measurement targets)を含むターゲットアセンブリ(target assembly)であって、測定ターゲットのうちの少なくとも１つが、Ｘ線分析アセンブリと試料との間の光路内に配置されて、（ｉ）測定ターゲットのうちの１つ又は２つ以上がＸ線ビーム内に配置される１又は２以上の第１の位置と、（ｉｉ）光路がターゲットアセンブリによって妨げられない１又は２以上の第２の位置との間で移動するように構成された、ターゲットアセンブリと、（ｉ）測定ターゲットを使用したＸ線ビームの特性のモニタリング(monitoring)、及び（ｉｉ）試料の測定位置(measurement site)におけるＸ線分析の実行を交互に行うために、第１の位置と第２の位置との間でのターゲットアセンブリの移動を制御するように構成されたプロセッサと、を含むシステムを提供する。

【0006】

いくつかの実施形態では、Ｘ線分析アセンブリが、（ｉ）Ｘ線ビームを試料の表面にぶつかるように向けるよう構成されたＸ線源と、（ｉｉ）ぶつかったＸ線ビームに応答して試料から励起された蛍光放射線を受け取るように構成された検出器サブアセンブリ(detector sub-assembly)とを含む。他の実施形態では、ターゲットアセンブリが基板を含み、１又は２以上の測定ターゲットが、基板の１又は２以上の部分(sections)上に配置される。さらに他の実施形態では、ターゲットアセンブリが、基板の１又は２以上の部分間に形成された１又は２以上の開口部(openings)を有する。

【0007】

いくつかの実施形態では、Ｘ線ビームが、１又は２以上の第１の位置において、基板の１又は２以上の部分のうちの少なくとも１つにぶつかり、Ｘ線ビームが、１又は２以上の第２の位置において、開口部のうちの１つを通過して測定位置にぶつかる。他の実施形態では、ターゲットアセンブリが、基板を第１の位置と第２の位置との間で軸を中心に回転させるように構成されたモータを含む。さらに他の実施形態では、ターゲットアセンブリが、基板を第１の位置と第２の位置との間で軸に沿って移動させるように構成されたモータを含み、ターゲットアセンブリが、基板の１又は２以上の部分間に形成された１又は２以上の開口部を有する。

【0008】

いくつかの実施形態では、プロセッサが、Ｘ線ビームのモニタリング特性(monitoring properties)に基づいて、試料の表面に向けられるＸ線ビームの特性を調整するようにＸ線分析アセンブリを制御するよう構成される。他の実施形態では、測定ターゲットのうちの少なくとも１つが、（ｉ）試料の第２の基板と同様の(similar)第１の基板と、（ｉｉ）第１の基板上に配置されて０．３ｍｍよりも大きな厚みを有する少なくとも１つの層とを含む。さらに他の実施形態では、測定ターゲットのうちの少なくとも１つが、層上に配置されて１０００ナノメートルより小さな厚みを有するさらなる層を含む。

【0009】

本発明の実施形態によれば、Ｘ線ビームを試料の表面にぶつかるように向けることを含む方法がさらに提供される。１又は２以上の測定ターゲットを有するターゲットアセンブリの移動を、（ｉ）測定ターゲットのうちの１つ又は２つ以上がＸ線ビームと試料との間の光路内に配置される１又は２以上の第１の位置と、（ｉｉ）光路がターゲットアセンブリによって妨げられない１又は２以上の第２の位置との間で制御する。ぶつかったＸ線ビームに応答して測定ターゲットのうちの１つ又は２つ以上又は試料から励起された蛍光放射線を受け取る。ターゲットアセンブリの移動及び蛍光放射線に基づいて、（ｉ）測定ターゲットを使用したＸ線ビームの特性のモニタリング、及び（ｉｉ）試料の測定位置におけるＸ線分析の実行を交互に行う。

【0010】

本発明は、図面と共に行う本発明の実施形態についての以下の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態によるＸ線分析装置の概略的側面図である。

【図2】本発明の実施形態による、図１において実装されるＸ線ビームモニタリング及びＸ線分析のためのアセンブリの概略的上面図である。

【図3】本発明の実施形態による、図１のシステムのプロセッサから受け取られる、Ｘ線ビームに対するターゲットアセンブリの基板の位置を示す信号のグラフである。

【図4】本発明の別の実施形態によるＸ線分析システムの概略的側面図である。

【図5】本発明の実施形態による、図４において実装されるＸ線ビームモニタリング及びＸ線分析のためのアセンブリの概略的絵図である。

【図6】本発明の実施形態による、Ｘ線ビームモニタリング及びＸ線分析を交互に実行する方法を概略的に示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

概要
通常、Ｘ線分析システムを用いた半導体デバイスの測定及び分析では、ビーム強度などのＸ線ビーム特性を厳密に制御する必要がある。原理上は、様々なタイプの測定ターゲットを使用して定期的特性検査を行うことができる。例えば、可動ステージのチャック上に半導体ウェハ（又は他のいずれかの好適なタイプの試料）を配置して、ステージ上のチャックの近くに測定ターゲットを位置付ける。この構成では、ビーム特性を測定するためにＸ線ビームが測定ターゲットに向けられるように、ステージを１又は２以上の第１の位置に配置する。その後、ウェハ上の１又は２以上の測定位置においてそれぞれＸ線分析を実行するためにビームがウェハに向けられるように、ステージを１又は２以上の第２の位置に移動させる。この第１の位置と第２の位置との間の移動は、ウェハ上でビームモニタリング及びＸ線分析をそれぞれ実行するために交互に行われる。なお、この方法では、ステージを第１の位置と第２の位置との間で交互に移動させる必要があり、従ってＸ線分析システムのスループットが低下する。本開示の文脈及び特許請求の範囲における「スループット」という用語は、１時間（又は他のいずれかの所定の時間間隔）内にＸ線分析を受けるウェハの測定位置の平均数を意味する。従って、少なくとも第１の位置と第２の位置との間で交互にステージを移動させている間はシステムがＸ線分析を実行せず、従ってスループットが低下する。

【0013】

後述する本開示の実施形態は、Ｘ線ビームの特性をいずれかの必要な頻度でモニタしながらＸ線分析システムの高スループットを維持する技術を提供するものである。

【0014】

いくつかの実施形態では、Ｘ線分析のためのシステム（本明細書では、簡潔にするためにシステムとも呼ぶ）が、少なくとも（ｉ）Ｘ線ビームを試料（本実施例では、上部に層及び構造が半導体ウェハ）の表面にぶつかるように向けるよう構成されたＸ線源と、（ｉｉ）ぶつかったＸ線ビームに応答して試料から励起された蛍光放射線を受け取るように構成された検出器サブアセンブリと、を有するＸ線分析アセンブリを含む。

【0015】

いくつかの実施形態では、システムが、上部に１又は２以上の測定ターゲットが形成されたターゲットアセンブリを含む。測定ターゲットのうちの少なくとも１つは、Ｘ線分析アセンブリと試料との間の光路内に配置することができる。いくつかの実施形態では、ターゲットアセンブリが、（ｉ）測定ターゲットのうちの少なくとも１つにＸ線ビームがぶつかるように測定ターゲットのうちの少なくとも１つがＸ線分析アセンブリとウェハとの間に配置される１又は２以上の第１の位置と、（ｉｉ）光路がターゲットアセンブリによって妨げられずにＸ線ビームがウェハ表面にぶつかる１又は２以上の第２の位置との間で移動するように構成される。

【0016】

１つの実装では、ターゲットアセンブリが、測定ターゲットを含む１又は２以上の部分（ｓｅｃｔｉｏｎｓ）と、測定ターゲットの部分間の１又は２以上の開口部とを有する回転可能な基板を含む。ターゲットアセンブリは、（ターゲットを有する）基板を回転軸の周囲で回転させて、上述した第１の位置と第２の位置との間でターゲットアセンブリを交互に移動させるように構成されたモータをさらに含む。

【0017】

別の実装では、ターゲットアセンブリが、上部に測定ターゲットが形成された基板と、基板に結合されたバーと、バー及び基板を軸に沿って第１の位置と第２の位置との間で移動させるように構成されたモータ又はアクチュエータとを含む。

【0018】

いくつかの実施形態では、システムが、（ｉ）測定ターゲットを使用してＸ線ビームの特性（例えば、強度）をモニタすること、及び（ｉｉ）試料の１又は２以上の測定位置においてＸ線分析を実行することを交互に行うために、第１の位置と第２の位置との間でのターゲットアセンブリの移動を制御するように構成されたプロセッサを含む。

【0019】

開示する技術は、（ビーム特性をモニタするために）ステージを移動させることなくＸ線ビームの特性のモニタリングを可能にし、従ってＸ線ビームの安定性モニタリングを改善し、ビームモニタリングに必要な時間を短縮し、Ｘ線分析システムのスループットを改善する。

【0020】

システムの説明
図１は、本発明の実施形態によるＸ線分析システム１１の概略的側面図である。

【0021】

いくつかの実施形態では、システム１１がＸ線蛍光（ＸＲＦ）分析システムを含むが、本開示で説明する実施形態の少なくともいくつかは、他の種類のＸ線分析システム、並びに集積回路（ＩＣ）デバイスを製造するための超大規模集積（ＶＬＳＩ）プロセス中に半導体ベースの試料を分析及び／又は処理するために使用される他の種類のシステムにも準用可能である。

【0022】

いくつかの実施形態では、システム１１が、電源ユニット（ＰＳＵ）２６から電力を受け取り、本実施例ではいずれかの好適なＶＬＳＩプロセスを使用してパターン化された層及び構造を有するシリコンウェハである試料３０に向けてＸ線ビーム３３を放出するように構成されたＸ線源１２を含む。

【0023】

いくつかの実施形態では、システム１１が、線源１２と試料３０との間に配置されて、例えば試料３０の上面１３上の所定の測定位置に成形スポット７７を形成するようにビーム３３を成形するよう構成されたＸ線光学系１４を含む。

【0024】

いくつかの実施形態では、システム１１が、試料３０と試料３０にぶつかったＸ線ビーム３３との間の相互作用に応答して試料３０から励起された蛍光放射線を受け取るように構成された１又は２以上の（本実施例では４つの）検出器１７を含むＸ線検出器サブアセンブリ（ＸＤＳＡ）１６を含む。

【0025】

いくつかの実施形態では、Ｘ線源１２、Ｘ線光学系１４及びＸＤＳＡ１６が真空チャンバ内に存在し、本開示の文脈ではこれらの組み合わせをＸ線分析アセンブリ１０と呼ぶ。

【0026】

いくつかの実施形態では、システム１１が、制御されたモータ１５と、上部に１又は２以上の測定ターゲット８８が取り付けられ又は形成された（アルミニウム、又はステンレス鋼、又は化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスを使用して製造されたダイヤモンドなどの他のいずれかの好適な材料、或いは好適なタイプのＸ線耐性ポリマーから形成された）基板４３とを有するターゲットアセンブリ４４を含む。いくつかの実施形態では、モータ１５が、基板４３をＸ線ビーム３３に対して１又は２以上の軸に沿って移動させるように構成される。本実施例では、モータ１５が、システム１１のＸＹＺ座標系のＸＹ平面に直角な回転軸１８を中心にして基板４３を回転させるように構成される。他の実施形態では、以下で詳細に説明するように、ＸＹＺ座標系のＸ軸に沿って及び／又はＹ軸に沿って基板４３を移動させることができる。

【0027】

いくつかの実施形態では、ＸＹＺ座標系のＺ軸に沿ったＸ線分析アセンブリ１０と試料３０との間の光路内に少なくともターゲット８８（及び典型的にはターゲットアセンブリ４４の全てのコンポーネント）が配置される。ターゲット８８は、限定するわけではないがＸ線ビーム３３の強度などの特性をモニタするように適合される。

【0028】

いくつかの実施形態では、システム１１が、プロセッサ２２と、インターフェイス２４と、ディスプレイ（図示せず）とを含むコンピュータ２０を含む。プロセッサ２２は、後述するシステム１１の様々なコンポーネント及びアセンブリを制御し、検出器１７から受け取られた電気信号を処理するように構成される。インターフェイス２４は、プロセッサ２２とシステム１１のそれぞれのコンポーネント及びアセンブリとの間で電気信号を交換するように構成される。

【0029】

通常、プロセッサ２２は、本明細書で説明する機能を実行するようにソフトウェアでプログラムされた汎用コンピュータを含む。ソフトウェアは、例えばネットワークを介して電子形態でコンピュータにダウンロードすることも、或いはこれに代えて又は加えて、磁気、光学又は電子メモリなどの非一時的有形媒体上に提供及び／又は記憶することもできる。

【0030】

いくつかの実施形態では、システム１１が、上部に試料３０が取り付けられたチャック２１を含む。チャック２１は、試料３０を機械的に支持するとともに、表面１３のエリアの大部分又はエリア全体にビーム３３を向けることを可能にするように構成される。

【0031】

いくつかの実施形態では、チャック２１がリング状の試料支持体を含むことができるが、これに加えて又は代えて、チャック２１は、３点キネマティックマウント（ｔｈｒｅｅ－ｐｏｉｎｔ ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｍｏｕｎｔ）などの他のいずれかの好適な設計を含むこともできる。

【0032】

いくつかの実施形態では、システム１１が、例えば本明細書では「ステージ２３」と呼ぶ、上部にチャック２１が取り付けられた電動式ｘｙｚφステージなどのマウントを含む。ステージ２３は、プロセッサ２２によってシステム１１のＸＹＺ座標系内で制御され、入射ビーム３３が試料３０の表面１３上に直接ぶつかるのを可能にするように設計される。

【0033】

次に、ターゲットアセンブリ４４の基板４３の上面図を示す挿入図３５を参照する。

【0034】

いくつかの実施形態では、基板４３が、ターゲット８８が内部に形成された及び／又は上部に取り付けられた部分６６を含む。図１及び図２の例では、基板４３が２つの部分６６を有するが、他の実施形態では、基板４３が、２つよりも多くの他のいずれかの好適な数の部分６６を有することができる。例えば、４つの部分は、基板４３の機械的剛性を改善するとともに、さらなるターゲット８８の使用も可能にする。ターゲット８８の実装例については、以下の図２で説明する。基板４３は、基板４３の部分６６、外側リング２５及び部分１９によって取り囲まれた開口部５５を有する。なお、本実施例では、部分６６が部分１９とリング２５との間を接続しているが、他の実施形態では、部分６６が他のいずれかの好適な幾何学的サイズ及び形状を有することもできる。

【0035】

図１の実装例では、モータ１５が、基板４３を軸１８の周囲で回転させるように構成された回転モータを含む。回転は、（ｉ）方向３２などへの反時計回り、（ｉｉ）方向３４などへの時計回り、（ｉｉｉ）方向３２及び方向３４への往復回転などのこれらの組み合わせで実行することができる。往復回転の回転速度及び頻度は、ビーム３３の安定性及びＸ線分析用途によって決定される。

【0036】

挿入図３５の例では、プロセッサ２２が、ビーム３３の光路がターゲットアセンブリ４４の基板４３によって妨げられないように基板４３を軸１８の周囲で回転させるようにモータ１５を制御するよう構成される。換言すれば、ビーム３３は、試料３０の測定位置においてＸ線分析を実行できるように、開口部５５を通過して試料３０の表面１３にスポット７７としてぶつかる。ＸＤＳＡ１６は、Ｘ線ビーム３３が表面１３にぶつかったことに応答して試料３０から励起された蛍光放射線を受け取るように構成され、Ｘ線分析中に表面１３から放出されたＸ線光子を示す第１の信号を生成する。プロセッサ２２は、第１の信号に基づいて、試料３０の測定位置においてＸ線分析を実行するように構成される。

【0037】

次に、ターゲットアセンブリ４４の基板４３の上面図を示す挿入図３７を参照する。挿入図３７の例では、プロセッサ２２が、ビーム３３の光路が基板４３の部分６６によって妨げられるように基板４３を軸１８の周囲で回転させるようにモータ１５を制御するよう構成される。挿入図３７に示すように、部分６６上にスポット７７が当たり、ビーム３３がターゲット８８のうちの１つにぶつかる。ＸＤＳＡ１６は、Ｘ線ビーム３３がターゲット８８のうちの１つにぶつかったことに応答して試料３０及びターゲット８８から励起された蛍光放射線を受け取るように構成され、ビーム３３の強度及び／又はその他の特性を示す信号を生成する。プロセッサ２２は、信号に基づいてビーム３３の強度及び／又は他の特性をそれぞれの閾値などに対してモニタするように構成される。

【0038】

ここで、再び図１の全体図を参照する。いくつかの実施形態では、プロセッサ２２が、挿入図３５及び３７に示すような基板４３の部分に対するスポット７７の位置に基づいて、（ｉ）測定ターゲット８８を使用してＸ線ビーム３３の特性をモニタすること、及び（ｉｉ）試料３０の１又は２以上の測定位置においてＸ線分析を実行することを交互に行うように構成される。さらに、開示する技術では、Ｘ線ビーム３３の特性をモニタしながらＸ線分析が実行されるため、Ｘ線分析測定のスループットが改善される。

【0039】

いくつかの実施形態では、例えばＸ線光子のフラックスの変動が所定の時間間隔内に約０．１％よりも大きい場合などのビーム３３の安定性が比較的低い場合、プロセッサ２２が、各ターゲットにつき約１秒毎にビーム３３の強度をモニタするように、基板４３を毎分約６０回転（ＲＰＭ）の回転速度で回転させるようにモータ１５を制御することができる。他の実施形態では、ビーム３３の安定性が高い場合、例えば１０分毎又は１時間毎にビーム強度のモニタリングが必要となり得る。このような実施形態では、プロセッサ２２が、挿入図３７に示す配置から、（ｉ）試料３０の１又は２以上の測定位置において約１０分間又は１時間にわたってＸ線分析を実行できるように基板４３を方向３２に約１０°又は２０°だけ回転させて挿入図３５に示す配置を取得し、その後に（ｉｉ）ビーム３３の強度（及びその他の特性）をモニタできるように基板４３を方向３４に約１０°又は２０°だけ回転させて挿入図３７に示す配置を再取得する、ようにモータ１５を制御することができる。なお、強度のモニタリングは、各試料がシステム１１を用いたＸ線分析を受けるのに必要な合計時間の（用途及び測定位置の数に応じて）約１％～５％を必要とすることができる。換言すれば、１時間あたりにＸ線分析を受ける測定位置の数は、ビーム３３のモニタリングを行わない場合とほぼ同一である。

【0040】

本開示の文脈及び特許請求の範囲における、いずれかの数値又は数値範囲を表す「約」又は「おおよそ」という用語は、部品又は一群のコンポーネントが本明細書で説明するようなその用途のために機能することを可能にする好適な寸法公差を示す。

【0041】

別の実施形態では、プロセッサが、基板４３を（例えば、方向３２及び３４に）往復回転させる代わりに、ビーム３３の強度（及び他の特性）をモニタできるように、（例えば）１０分後に基板４３が約１８０°を完了してビーム３３が次の部分６６にぶつかるように基板４３の回転速度を制御することができる。

【0042】

他の実施形態では、プロセッサ２２が、上記の例以外のいずれかの好適な動作プロファイルを使用して基板４３の回転を制御するように構成される。

【0043】

このシステム１１及びターゲットアセンブリ４４の特定の構成は、本発明の実施形態によって対処されるいくつかの問題点を示して、このようなシステムの性能を高める上でのこれらの実施形態の適用を実証するために、一例として示すものである。しかしながら、本発明の実施形態は、決してこの特定の種類のシステム例及び／又はターゲットアセンブリ例に限定されるものではなく、本明細書で説明する原理は、他の種類のＸ線分析システム及び他の構成のターゲットアセンブリにも同様に適用することができる。

【0044】

図２は、本発明の実施形態による、スポット７７に対して回転したアセンブリの基板４３の概略的上面図である。

【0045】

いくつかの実施形態では、Ｘ軸及びＹ軸におけるターゲット８８ａ及び８８ｂの各々のサイズが約４ｍｍ×４ｍｍであるが、他の実施形態では、ターゲット８８ａ及び８８ｂの少なくとも一方が正方形以外の形状及び／又は異なるサイズを有することもできる。さらに、いくつかの実施形態では、通常はターゲット８８ａ及び８８ｂが基板４３の接線軸に沿って、図２の例では部分６６のＹ軸に沿って配置される。この構成では、プロセッサ２２が、基板４３を軸１８の周囲で回転させることによって関心ターゲット上のスポット７７の位置を制御することができる。

【0046】

次に、部分６６の表面上に配置されたターゲット８８ａ及び８８ｂの断面図を示す挿入図３９を参照する。いくつかの実施形態では、部分６６における基板４３の厚みがＺ軸に沿って約０．３ｍｍ～１．５ｍｍである。なお、基板４３は、（基板４３に取り付けられた）ターゲット８８がＸ線分析アセンブリ１０と試料３０の表面１３との間に収まった上で、上記の図１で説明したようなビーム３３の特性のモニタリング及び試料３０の測定位置のＸ線分析が可能になるように、十分に薄くなければならない。

【0047】

いくつかの実施形態では、ターゲット８８ａが、約０．７ｍｍ又は他のいずれかの好適な、例えば（Ｚ軸に沿って）約０．３ｍｍよりも大きな厚みを有する層３６を含む。通常、層３６は、試料３０と同じ材料であるシリコン（又は金属層などの他のいずれかの好適な材料）、又は他のいずれかの好適な材料を含む。なお、層３６の厚みはビーム３３の貫通深さよりも大きく、従って本明細書ではターゲット８８ａを無限ターゲットとも呼ぶ。この構成では、ＸＤＳＡ１６の検出器１７が、ビーム３３が層３６にぶつかったことに応答して層３６のみから励起された蛍光放射線を受け取り、プロセッサ２２が、ＸＤＳＡ１６によって生成された信号に基づいてビーム３３の強度及び／又はその他の特性を推定する。

【0048】

いくつかの実施形態では、ターゲット８８ｂが、層３６と同じ特徴（例えば、材料及び厚み）を有することができる層４０を含む。ターゲット８８ｂは、層４０上に配置された層３８をさらに含み、層３８の特性（例えば、厚み及び材料）はＸ線分析用途に依存する。従って、層３８は、数オングストローム～数百ナノメートルのいずれかの好適な厚みを有することができ、とにかくこの厚みは約１０００ナノメートルよりも小さい。さらに、層３８は、試料３０上に形成された構造、及び／又は試料３０の所有者によって決定された用途に従って、以下に限定するわけではないが、銅、ゲルマニウム、コバルト、銀、チタン、又はその他のいずれかの好適な材料などの、試料３０上に配置された材料を含むことができる。この構成では、ＸＤＳＡ１６の検出器１７が、層３６にビーム３３がぶつかったことに応答して層３８及び４０から励起された蛍光放射線を受け取り、プロセッサ２２が、ＸＤＳＡ１６によって生成された信号に基づいて、ビーム３３の強度及び／又はその他の特性、並びにビーム３３と層３８及び４０との間の相互作用を推定する。

【0049】

ここで、再び図２の全体図を参照する。いくつかの実施形態では、基板４３が軸１８の周囲で（例えば、一方向又は両方向３２及び３４に沿って）回転している間に部分６６のエッジにスポット７７が当たって、ＸＤＳＡ１６が励起された蛍光放射線を受け取るが、この放射線は、試料３０又はターゲット８８のいずれかから励起された蛍光放射線を表すものではないためフィルタ除去されなければならない。本明細書では、この放射線をフィルタ除去する方法の１つの実装を以下の図３で説明する。

【0050】

図３は、本発明の実施形態による、Ｘ線ビーム３３に対する基板４３の位置を示す、プロセッサ２２から受け取られる信号を示すグラフ６０である。

【0051】

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２に、基板４３の動きを制御するための１又は２以上のアルゴリズムが実装される。

【0052】

いくつかの実施形態では、グラフ６０が、Ｘ線ビーム３３に対する部分５５及び６６の位置を示す信号をプロセッサ２２が生成する時間を表す軸６４を含む。グラフ６０は、プロセッサ２２によって生成される（Ｘ線ビーム３３に対する部分５５及び６６の位置を示す）信号の（軸６４に沿って示される時間の関数としての）電圧である軸６２をさらに含む。

【0053】

本実施例では、グラフ６０が、Ｘ線ビーム３３が部分６６及び５５にぶつかる時間間隔をそれぞれ示す部分６７及び５６を有する。グラフ６０の部分６８は、部分６７と部分５６との間の遷移エリアを示す。

【0054】

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２が、閾値４２を適用することによって部分６８の電圧をフィルタ除去することができる。閾値４２は、電圧の高域フィルタ又はその他のいずれかの好適な技術を使用して実装することができる。

【0055】

いくつかの実施形態では、Ｘ線ビーム３３の特性が変化している場合、ターゲット８８にぶつかったビーム３３に応答して受け取られたＸ線蛍光を使用して計測測定値（ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ）（例えば、測定位置におけるＸ線分析）を補正することができる。これらの特性は、ビーム３３の強度、ビーム３３の波長スペクトル、及びその他の特性を含む。例えば、計測のための測定強度Ｉ_mは、測定の開始時点であるｔ＝０において（本明細書ではドリフトモニタとも呼ぶ）ターゲット８８から受け取られたＸ線蛍光の信号と、ドリフトモニタ強度がＩ_d（ｔ）である若干後の時点ｔにおいてターゲット８８から受け取られたＸ線蛍光の信号との比率によってＩ_c（補正された強度）になるように補正され、従ってＩ_c＝Ｉ_m×Ｉ_d（ｔ＝０）／Ｉ_d（ｔ）である。ドリフトモニタの強度Ｉ_dは、統計的サンプリングからの不確実性が導入されないように、（本明細書では計測強度Ｉ_mとも呼ぶ）試料３０から受け取られたＸ線蛍光の測定強度よりも有意に（例えば、１０倍）大きい必要がある。

【0056】

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２が、Ｘ線ビーム３３のモニタリング特性に基づいて、表面１３に向けられるＸ線ビーム３３の特性を、試料３０の測定位置においてＸ線分析を実行できるように調整するようにＸ線分析アセンブリ１０を制御するよう構成される。このような実施形態では、プロセッサ２２が、複数のパラメータを使用してＸ線ビーム３３の特性を制御するようにＸ線分析アセンブリ１０を制御するよう構成される。例えば、（ｉ）ＰＳＵ２６からＸ線源１２に供給される電流を調整し、（ｉｉ）Ｘ線ビーム３３が部分６６のターゲット８８にぶつかる時間間隔を調整し、（ｉｉｉ）ビームパラメータ情報を結果ファイルに記憶し、この結果ファイルを使用して、測定位置における測定結果の処理中に試料３０から受け取られたＸ線蛍光を分析する。

【0057】

図４は、本発明の他の実施形態によるＸ線分析システム７１の概略的側面図である。

【0058】

いくつかの実施形態では、システム７１が上記の図１のシステム１１と同様のものであるが、上述したターゲットアセンブリ４４とは異なるターゲットアセンブリ７４を有する。

【0059】

いくつかの実施形態では、ターゲットアセンブリ７４が、ターゲット８８が上部に取り付けられた（又は内部に形成された）（以下の図５に示して詳細に説明する）基板４８と、例えばＸＹＺ座標系のＸ軸に平行な方向４７及び４９に基板４８を移動させるように構成されたモータ７２とを含む。

【0060】

このような実施形態では、基板４８が方向４７に移動するとビーム３３がターゲット８８に衝突し、基板４８が方向４９に移動すると、基板４８がＸ線分析アセンブリ１０（例えば、Ｘ線源１２及びＸＤＳＡ１６）と試料３０との間の光路内に配置されなくなり、従ってビーム３３が試料３０の表面１３に衝突し、検出器１７が試料３０から励起された蛍光放射線を受け取る。

【0061】

図５は、本発明の実施形態によるターゲットアセンブリ７４の概略的絵図である。

【0062】

いくつかの実施形態では、ターゲットアセンブリ７４が、本実施例では基板４８のＸ軸に沿って配置された（ただし、他の実施形態ではいずれかの好適な配置を有することができる）（上記の図４で詳細に説明した）ターゲット８８ａ及び８８ｂを含む。

【0063】

いくつかの実施形態では、上記の図２で説明したように、基板４８が、基板４３の少なくとも部分６６と同様の厚み及び材料を有することができる。

【0064】

いくつかの実施形態では、モータ７２が、基板４８に接続されたバー４６を上記の図４で説明した方向４７及び４９にＺ軸に沿って移動させるように構成されたアクチュエータを含む。他の実施形態では、モータ７２が、例えば間にバー４６を挟むことなく他のいずれかの好適な技術を使用して基板４８を移動させることができる。

【0065】

いくつかの実施形態では、基板４８が、上記の図１及び図２に示す基板４３の開口部５５に対応する開口部８９ａ及び８９ｂを有する。このような実施形態では、基板４８が方向４７及び／又は４９に移動するとビーム３３が開口部８９を通過し、従って上記の図１の挿入図３５で説明したものと同じ技術を使用して試料３０の測定位置のＸ線分析を可能にすることができる。

【0066】

他の実施形態では、基板４８が開口部８９ａ及び８９ｂを有さないこともでき、ターゲット８８ａ又はターゲット８８ｂがビーム３３と試料３０との間の光路内に配置されていることを検証した後にビーム３３の特性をモニタすることができる。この検証は、プロセッサ２２内のソフトウェアモジュールとして又は他のいずれかの構成されたコントローラ（図示せず）内に実装できる、ターゲット８８ａ及び８８ｂの位置を識別する手段及び動作制御アルゴリズムを有するいずれかの好適なタイプの動作制御アセンブリを使用して実行することができる。

【0067】

これに加えて又は代えて、モータ７２は、ターゲット８８ａ又はターゲット８８ｂがビーム３３と試料３０との間の光路内に位置するように基板４８をＹ軸に沿って移動させるように構成される。

【0068】

図６は、本発明の実施形態による、Ｘ線ビームモニタリング及びＸ線分析を交互に実行する方法を概略的に示すフローチャートである。

【0069】

いくつかの実施形態では、図６の方法が上記図１のシステム１１に適用されるが、この方法の原理は上記の図４のシステム７１に準用することもできる。

【0070】

方法は、ターゲットアセンブリ位置決めステップ１００から開始して、上記図１の構成に示して詳細に説明したようにＸ線分析アセンブリ１０と試料３０との間にターゲットアセンブリ４４を位置付ける。

【0071】

ビーム方向付けステップ１０２において、上記の図１の構成に示して詳細に説明したように、Ｘ線ビーム３３を試料３０の表面１３にぶつかるように向ける。

【0072】

ターゲットアセンブリ移動ステップ１０４において、プロセッサ２２が、（ｉ）測定ターゲット８８ａ又は８８ｂがＸ線ビーム３３と試料３０との間の光路内に位置する１又は２以上の第１の位置と、（ｉｉ）光路がターゲットアセンブリ４４によって妨げられない１又は２以上の第２の位置との間でのターゲットアセンブリ４４の１又は２以上のコンポーネントの移動を制御する。図１の例では、プロセッサ２２が、（ｉ）１又は２以上の第１の位置では（基板４３の部分６６上に配置された）測定ターゲット８８ａ又は８８ｂがＸ線ビーム３３と試料３０との間の光路内に配置されてそれぞれの測定ターゲット上にスポット７７が当たり、（ｉｉ）１又は２以上の第２の位置ではＸ線ビーム３３が開口部５５を通過して試料３０の表面１３上の測定位置にスポット７７が当たるように、基板４３を軸１８の周囲で回転させるようにモータ１５を制御する。第１及び第２の位置については、上記の図１に示して詳細に説明している。

【0073】

なお、上記の図４に示すシステム７１及び上記の図５に示すターゲットアセンブリ７４の構成例では、プロセッサ２２が、基板４８を方向４７及び４９に沿って移動させるようにモータ７２を制御する。従って、１又は２以上の第１の位置では、測定ターゲット８８ａ又は８８ｂがＸ線ビーム３３と試料３０との間の光路内に配置され、１又は２以上の第２の位置では、Ｘ線ビーム３３が開口部８９ａ又は８９ｂを通過して（又は、基板４８がビーム３３から離れて移動して）スポット７７が試料３０の測定位置に当たるようになる。

【0074】

検出ステップ１０６において、上記の図１に詳細で説明したように、ＸＤＳＡ１６の検出器１７が、ぶつかったＸ線ビーム３３に応答してそれぞれの測定ターゲット８８又は試料３０の測定位置から励起された蛍光放射線を受け取り、ＸＤＳＡ１６が、検出された蛍光放射線を示す１又は２以上の信号を生成する。

【0075】

なお、蛍光放射線はぶつかったＸ線ビーム３３に応答して直ちに放出されるので、ターゲットアセンブリ４４の位置付けはＸ線ビーム３３を向ける前に実行されるが、概念を明確にするためにステップ１００をステップ１０２に先行させている。

【0076】

方法を終了するビームモニタリング及び試料分析ステップ１０８において、一方又は両方のターゲット８８ａ及び８８ｂを使用してビーム３３の特性（例えば、強度）を測定し、或いは試料３０の測定位置においてＸ線分析を実行する。上記の図１で詳細に説明したように、ビームモニタリング及びＸ線分析は、第１の位置と第２の位置との間でのターゲットアセンブリ４４の移動と、ターゲットアセンブリ４４が第１の位置及び第２の位置に位置している時にそれぞれ検出される蛍光放射線とに基づいて実行される。

【0077】

この図６の特定の方法は、本発明の実施形態によって対処されるいくつかの問題点を示して、（ｉ）測定位置におけるＸ線分析、及び（ｉｉ）Ｘ線ビーム３３の特性のモニタリングを交互かつ同時に実行するこのような方法の性能を高める上でのこれらの実施形態の適用を実証するために、単純化して一例として示すものである。しかしながら、本発明の実施形態は、決してこの特定の種類の方法例に限定されるものではなく、本明細書で説明する原理は、他の種類のＸ線分析システム及び他の構成のターゲットアセンブリにも同様に適用することができる。

【0078】

本明細書で説明した実施形態は、主に半導体ウェハのＸ線蛍光（ＸＲＦ）分析に対応するものであるが、本明細書で説明した方法及びシステムは、入射した一次ビームによって生成される光子、電子及びイオンの反射した及び／又は散乱した及び／又は放出された放射線の測定に基づくいずれかの分析などの他の用途で使用することもできる。

【0079】

上述した実施形態は一例として示したものであり、本発明は本明細書で具体的に図示し説明した内容に限定されるものではないと理解されるであろう。むしろ、本発明の範囲は、本明細書で上述した様々な特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせ、並びに上記の説明を読んだ時点で当業者に浮かぶであろう、先行技術には開示されていないこれらの変形例及び修正例を含む。引用により本特許出願に組み入れられる文書は、これらの組み入れられた文書におけるいずれかの用語が本明細書において明示的又は非明示的に行っている定義と矛盾する形で定義されている限りにおいては本明細書における定義のみを考慮すべきである点を除き、本出願の不可欠な部分とみなすべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【外国語明細書】