(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルの方向に向けられた電子ビームを発生させる、電子ビーム発生器と、前記電子ビームをサンプルの位置に向けることにより、サンプルから二次放出電子流を生じさせるための、電子ビームポジショナーと、前記放出電子流を検出器アレイの位置に合わせるための、放出電子流ポジショナーと、前記放出電子流を受信し、前記放出電子流の量および受信位置の両方を検出するための、前記検出器アレイとを備えるタイプの分光計において、
放出電子流ポジショナー上の電圧を正弦的に変調する変調器を備え、その結果、前記放出電子流を、前記検出器を横切って走査するという改善を有し、サンプルのバックグラウンド組成とは異なる、サンプルの微量成分を示す差信号を抽出するための、前記変調器および前記検出器アレイの両方と信号を通信する抽出器を備える分光計。
【請求項２】
前記分光計はオージェ分光計である請求項１に記載の分光計。
【請求項３】
差スペクトルを生じるための方法であって、
前記方法は、
電子ビームをサンプルの方向に向けることにより、サンプルから二次放出流を生じるステップであって、前記二次放出流が電子を含むステップと、
前記二次放出流を検出器アレイの位置に合わせるステップと、
前記二次放出流の量および受信位置の両方を前記検出器アレイで検出するステップと、
変調器で、前記二次放出流の電圧を正弦的に変調することによって、前記検出器アレイを横切る前記二次放出流を走査するステップと、
信号通信を、前記変調器と前記検出器アレイの間に設けるステップと、
変調された前記二次放出流により生成された信号間の差を示す差信号を抽出するステップとを有する差スペクトルを生じるための方法。
【請求項４】
前記方法は、オージェ分光計で実施される請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記差信号は、サンプルのバックグラウンド組成とは異なる、サンプルの微量成分を示す請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路製造の分野に関する。特に、本発明は、基板を検査する分光法に関する。本願は、２００８年５月８日出願の特許文献（米国特許仮出願第６１／０５１，３６８号）のあらゆる権利および優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
オージェ分光法のような分光法は、集積回路の製造工程を含む、様々な分野における顕微鏡観察レベルでの材料同定のための重要なツールである。本明細書において使用した用語「集積回路」には、モノリシック半導体基板上に形成したデバイスや、シリコンまたはゲルマニウムなどの第IV族物質、またはガリウムヒ素などの第III〜V族化合物、またはそのような物質の混合物で形成したデバイスがある。この用語は、メモリーおよびロジックのような、あらゆる種類の形成されたデバイス、および、MOSおよびバイポーラのような、そのようなデバイスのあらゆる設計を含む。この用語は、フラットパネルディスプレイ、太陽電池、および電荷結合素子のような応用も含む。
【０００３】
オージェ分光法を行うための従来技術は、超高真空環境における順次読み込み作業を含む。別の技術は、超並列オージェ分光システムを用い、中程度の真空環境においてはるかに速い結果を達成する。
【発明の概要】
【０００４】
しかし、これらの方法は、いずれも低コントラストおよびバックグラウンドノイズに対する脆弱性の問題に苦しむ。このことにより、多くの平均値の収集、および正確な関心領域上に電子ビームを位置合わせすることに特別の注意を払うことが必要になる。
【０００５】
したがって、必要なのは、上述のような問題を、少なくとも一部克服するシステムである。
【０００６】
上記および他の要求は、サンプルの方向に向けられた電子ビームを発生させる、電子ビーム発生器を有する分光計により満たされる。電子ビームポジショナーは、電子ビームをサンプルの位置に向けることにより、サンプルから二次放出電子流を生じさせる。放出電子流ポジショナーは、放出電子流を検出器アレイの位置に合わせ、検出器アレイは、放出電子流を受信し、放出電子流の量および受信位置の両方を検出する。変調器は、サンプルの方向に向けられた電子ビームを変調し、その結果、電子ビームを、サンプル上の第１位置と第２位置との間で走査する。抽出器は、モジュレーターおよび検出器の両方と信号を通信し、第１位置から受信された信号と第２位置から受信された信号との差を示す差信号を抽出する。
【０００７】
絶対信号ではなく、差信号を見ることにより、本発明による分光計は、従来の方法で構成および運転される分光計の信号レベルより、はるかに低い信号レベルを識別することができる。したがって、例えば、読み取りを短時間で行うことができ、分光法のコストに関する他の問題を低減または除去することができる。様々な実施形態において、分光計は、オージェ分光計またはＥＤＸ分光計である。
【０００８】
本発明の別の様態によれば、サンプルの方向に向けられた電子ビームを発生させる、電子ビーム発生器を備える分光計が記載される。電子ビームポジショナーは、電子ビームをサンプルの位置に向けることにより、サンプルから二次放出電子流を生じる。放出電子流ポジショナーは、放出電子流を検出器アレイの位置に合わせ、検出器アレイは、放出電子流を受信し、放出電子流の量および受信位置の両方を検出する。変調器は、放出電子流ポジショナー上の電圧を変調し、その結果、放出電子流を、検出器を横切って走査する。抽出器は、変調器および検出器の両方と信号を通信し、サンプルのバックグラウンド組成とは異なる、サンプルの微量成分を示す差信号を抽出する。
【０００９】
本発明の別の様態によれば、電子ビームをサンプルの方向に向け、その結果、サンプルから二次放出電子流を生じることにより、差スペクトルを生じるための方法が記載される。放出電子流は、放出電子流の量および受信位置の両方を検出する、検出器アレイの位置に合わせられる。変調器は、（１）サンプルに向けた電子ビームの方向および、（２）検出器上に合わせられた放出電子流の位置のうち少なくとも１つを変調する。信号通信を、変調器と検出器の間に設け、変調された電子ビームおよび変調された放出電子流のうちの少なくとも１つにより生成された信号間の差を示す差信号を抽出する。
【００１０】
この方法を、例えば、オージェ分光計またはＥＤＸ分光計で実施することができる。１つの実施形態では、変調器は、サンプルの方向に向けられた電子ビームを変調し、その結果、電子ビームを、サンプル上の第１位置と第２位置との間で走査し、差信号は、サンプル上の第１位置から受信された信号とサンプル上の第２位置から受信された信号との差を示す。別の実施形態において、変調器は、検出器を横切る放出電子流を変調し、その結果、検出器を横切る放出電子流を走査し、差信号は、サンプルのバックグラウンド組成とは異なる、サンプルの微量成分を示す。また、本発明は以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１］
サンプルの方向に向けられた電子ビームを発生させる、電子ビーム発生器と、前記電子ビームをサンプルの位置に向けることにより、サンプルから二次放出流を生じさせるための、電子ビームポジショナーと、前記二次放出流を検出器アレイの位置に合わせるための、二次放出流ポジショナーと、前記二次放出流を受信し、前記二次放出流の量および受信位置の両方を検出するための、前記検出器アレイとを備えるタイプの分光計において、
前記二次放出流が電子およびＸ線のうち少なくとも１つを含み、サンプルの方向に向けられた電子ビームの位置を変調する変調器を備え、その結果、前記電子ビームを、サンプル上の第１位置と第２位置との間で走査するという改善を有し、前記第１位置から受信された信号と前記第２位置から受信された信号との差を示す差信号を抽出するための、前記変調器および前記検出器アレイの両方と信号を通信する抽出器を備える分光計。
［適用例２］
前記分光計はオージェ分光計である適用例１に記載の分光計。
［適用例３］
前記分光計はＥＤＸ分光計である適用例１に記載の分光計。
［適用例４］
サンプルの方向に向けられた電子ビームを発生させる、電子ビーム発生器と、前記電子ビームをサンプルの位置に向けることにより、サンプルから二次放出電子流を生じさせるための、電子ビームポジショナーと、前記放出電子流を検出器アレイの位置に合わせるための、放出電子流ポジショナーと、前記放出電子流を受信し、前記放出電子流の量および受信位置の両方を検出するための、前記検出器アレイとを備えるタイプの分光計において、
放出電子流ポジショナー上の電圧を変調する変調器を備え、その結果、前記放出電子流を、前記検出器を横切って走査するという改善を有し、サンプルのバックグラウンド組成とは異なる、サンプルの微量成分を示す差信号を抽出するための、前記変調器および前記検出器アレイの両方と信号を通信する抽出器を備える分光計。
［適用例５］
前記分光計はオージェ分光計である適用例３に記載の分光計。
［適用例６］
差スペクトルを生じるための方法であって、
前記方法は、
電子ビームをサンプルの方向に向けることにより、サンプルから二次放出流を生じるステップであって、前記二次放出流が電子およびX線のうち少なくとも１つを含むステップと、
前記二次放出流を検出器アレイの位置に合わせるステップと、
前記二次放出流の量および受信位置の両方を前記検出器アレイで検出するステップと、
変調器で、サンプルに向けた前記電子ビームの方向および、前記検出器アレイ上に合わせられた前記二次放出流の位置のうち少なくとも１つを変調するステップと、
信号通信を、前記変調器と前記検出器アレイの間に設けるステップと、
変調された前記電子ビーム信号および変調された前記二次放出流のうちの少なくとも１つにより生成された信号間の差を示す差信号を抽出するステップとを有する差スペクトルを生じるための方法。
［適用例７］
前記方法は、オージェ分光計で実施される適用例７に記載の方法。
［適用例８］
前記方法は、EDX分光計で実施される適用例７に記載の方法。
［適用例９］
前記変調器は、サンプルの方向に向けられた前記電子ビームを変調し、その結果、前記電子ビームを、サンプル上の第１位置と第２位置との間で走査し、前記差信号は、サンプル上の第１位置から受信された信号とサンプル上の第２位置から受信された信号との差を示す適用例７に記載の方法。
［適用例１０］
前記変調器は、前記検出器アレイを横切る前記放出電子流を変調し、その結果、前記検出器アレイを横切る前記放出電子流を走査し、前記差信号は、サンプルのバックグラウンド組成とは異なる、サンプルの微量成分を示す適用例７に記載の方法。
【００１１】
本発明の更なる利点は、図面を併せて考慮した場合、詳細な説明の参照により明らかであり、図面はより明らかに詳細を示すために拡大する必要が無く、いくつかの図を通して同種の参照番号は同種の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による電圧変化法を用いたオージェ分光計の第１の実施形態の図である。
【００１３】
【図２】本発明による位置変化法を用いたオージェ分光計の第２の実施形態の図である。
【００１４】
【図３】本発明の第２の実施形態による位置の変化の図である。
【００１５】
【図４】本発明の第２の実施形態における信号およびフレームトリガの図である。
【００１６】
【図５】本発明の第２の実施形態における位置変調およびフレームトリガの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書において記載する実施形態は、サンプル上の任意の位置における微量成分の抽出さえも可能にする。本発明は、（各々いくつかの従属実施形態を伴う）少なくとも２個の主実施形態を有し、それぞれの主実施形態は、サンプル上の調べた位置における「差（differential）」スペクトルと呼ぶことができるものを生成する。しかし、用語「差（differential）」は、異なる実施形態に適用される場合、いくらか異なる意味を有する。
【００１８】
第１の実施形態において、「差（differential）」は、ｄ（ＮＥ）／ｄ（Ｅ）のような、互いに対して任意の調べた位置における成分の差を示す。この形式の差データは、スペクトルの繊細さを強化する傾向があるので、主に、可視化を援助する。図1に示すように、この実施形態において、分光計１０は、サンプル１４の方向を向いた電子ビーム１２を生じ、その衝突が、オージェ電子１６を生じる。図示するような正弦波電圧を、収集システムの電極２０に加える。並列検出システム１８は、複数チャネル上におけるオージェ電子の同時検出を可能にする。図示するように、この正弦波電圧の適用は、オージェ電子１６によりとられた飛行経路が、いくらかのレベルの正弦波の動きをするということを意味する。したがって、検出器１８の各成分において得られた信号は、バックグラウンドを示す「直流（DC）」信号と、差の値であるｄ（ＮＥ）／ｄ（Ｅ）を示す「交流（AC）」成分との組み合わせである。
【００１９】
図２に示すように、第２実施形態において、「差（differential）」は、サンプル１４上における第２位置のスペクトルに対する、サンプル１４上における第１位置のスペクトルの差を示す。図示するように、この実施形態において、小振幅正弦波変調信号を、電子ビーム１２の電極の位置合わせに適用し、電子ビーム１２に正弦波の動きを引き起こす。分光計１０は、この実施形態において、他の点では変更されてはいない。したがって、分光計１０は、一般的になされるように、オージェ電子を分析し続ける。
【００２０】
この第２実施形態において、得られる差スペクトルは、２つの位置の両方に存在する成分に対して同一の振幅である、いかなる信号も含まず、サンプル１４上の２つの位置における元素組成の差のみを示す。言い換えると、２つの隣接した位置における元素含有量が同一の場合、オージェ電子の２つの流れの間に元素変化は、存在しない。この場合、電子ビーム１２がサンプル１４上のどこに着地するか関わらず、同一のオージェスペクトルが生成される。
【００２１】
図３は、サンプル１４上における２つの位置の間を往復する、電子ビーム１２の振動を示し、２つのうち１つの位置は、他の位置には存在しない元素含有を示す黒点を含む。２つの位置の間で元素組成の大部分は同一であるが、振動における１つの位置が、サンプル１４上における他の位置に対してわずかな元素変化を有する場合、元素変化により、オージェスペクトルのわずかな変化が存在する。したがって、得られるオージェスペクトルは、正弦波状に変化する。オージェ電子の交流成分を抽出することにより、その点の最小量の物質でさえ、システム１０の電子ノイズのみに制限されるレベルまで、抽出することができる。
信号抽出
【００２２】
１個の元素検出器のみを備えるオージェ分光計に対して、差信号は、ロックイン検出により抽出可能な、単なる交流信号である。しかし、このことは、全スペクトルを処理する場合、変化する。スペクトルは、１次元画像とみなすことができるので、信号を、ロックインサーモグラフィに使用されるのと同様の技術を用いて抽出することができる。
【００２３】
上述のように、分光計１０の電極２０に印加された電圧、または電子ビーム１２の位置合わせ電極は、正弦波関数のような周期信号により変調される。したがって、生成されたオージェスペクトルは、正弦的に変化するスペクトルである。サンプルが静止している場合、画像の多重フレーム、すなわち、検出器アレイにより並列に生成されたスペクトルを得る。次いで、画像は、変調周波数における時間領域のフーリエフィルターを適用することにより処理される。振幅および位相画像は、以下により与えられる。
【数１】
0005639042.tif 000002
【００２４】
ここで、ｆ１は、ビーム１２の位置変調（または、電極２０の電圧変調）の周波数で、ｆ２は、フレームレートである。いくつかの実施形態において、ｆ２は、ｆ１の偶数倍である。Ｘｉは、検出器アレイ１８におけるピクセル位置（または、チャネル）である。Ｎは、撮像されたフレームの総数で、１つの実施形態においては、変調サイクルの数の整数倍であり、所望の数にすることができる。Ａは、振幅で、Φは、差スペクトルの位相である。したがって、得られる結果は、運転モードによって、その位置自体（差ディスプレイ）か、または、サンプル１４上における別の隣接した位置（物質の変動）に対する差スペクトルかの、純粋な差スペクトルである。
【００２５】
図４は、フレームトリガが、２つの差スペクトルにより生成された信号の選択に用いられる仕組みを図示する。図５は、ビームスポット位置間の変調を図示する。
【００２６】
本明細書において記載される技術は、初めて、サンプル１４上の特定の位置、特に、隣接位置に対する完全な差スペクトルを得ることを可能にする。このことにより、システム１０の電子ノイズの量のみに制限される形で、与えられた物質の微量成分の分離および同定が可能になる。このことにより、「共通モード／共通要素（common mode/common element）」信号のような、バックグラウンド信号の完全な消去が可能となる。
【００２７】
この方法を、ＥＤＸのような、他の分光技術にも適用することができる。ＥＤＸの場合、任意の調べた位置における構成物質に特有の、サンプルにおいて生成されたＸ線スペクトルを検出する。差ＥＤＸスペクトルを生成する際、電子ビームの位置変調モードのみが適用できる。本明細書において記載された方法は、本質的に、サンプル上における、任意の２点間の変化を分離する一般的技術である。
【００２８】
上述の本発明のための好適な実施形態の記載を、図示および説明の目的で示してきた。これは、包括的であることも、本発明を開示した通りの形に限定することも意図していない。上述の教示を踏まえると、明らかな変更または変形が可能である。実施形態を、本発明の原理およびその実際的応用を最も良く説明し、その結果、当業者には、本発明を、意図された特定の使用に適した様々な実施形態および様々な変更で使用できるようにする目的で選択および記載した。適正に、合法的に、公正に権利を与えたれた幅に従って解釈される場合、そのような変更および変形は全て、添付の特許請求により決定される、本発明の範囲内である。
【図１】
0005639042.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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