(57)【要約】  集積回路（ＩＣ）のようなパターン化された表面の領域を検査するための測定技術および装置。Ｘ線、中性子、粒子ビームまたはガンマ線の励起放射を、ＩＣの２次元のサンプル領域に向かわせ、サンプル領域からの発光（たとえば、Ｘ線蛍光−ＸＲＦ）を検出する。放射源、検出器およびサンプル領域によって形成される平面放射路内にマスクを配置する。マスクは、１つの実施形態では、サンプル領域に対して相対的に可動である。マスクは、２次元のサンプル領域の第１の軸に平行に配置されたときに、サンプル領域に向かう励起放射、およびサンプル領域からの発光放射を、平面放射路に実質的に制限する細長い開口を有する。発明は、ＩＣの活動領域内の構造の特性を、その領域外のサンプル領域を用いて、予測的に測定することを可能にする。
2007502421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン化された表面の領域の検査装置であって、
Ｘ線、中性子線、粒子ビームまたはガンマ線の励起放射を、パターン化された表面の領域内の２次元のサンプル領域に向ける放射源と、
サンプル領域から発せられる発光放射を検出する検出器と、
放射源、検出器およびサンプル領域によって形成される平面放射路内に位置し、サンプル領域に対して相対的に可動で、細長い開口を有するマスクであって、開口が２次元のサンプル領域の第１の軸に平行に配置されたときに、サンプル領域に向けられた励起放射およびサンプル領域からの発光放射を、平面放射路に実質的に制限するマスクと、
を含むことを特徴とする検査装置。
【請求項２】
放射源、検出器およびマスクは、パターン化された表面から離間しており、パターン化された表面に対して相対的に、共に移動し得ることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
放射源および検出器は、平面放射路内の細長い開口の長軸に沿って一列に配置されることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項４】
放射源からの励起放射を、細長い開口を通して、パターン化された表面の２次元のサンプル領域に向ける光学素子、および、サンプル領域からの発光放射を開口から検出器に向ける光学素子の、少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項５】
光学素子は、モノキャピラリ素子、ポリキャピラリ素子、湾曲結晶素子、多層素子、ピンホール素子、またはスロット素子を含むことを特徴とする請求項４に記載の検査装置。
【請求項６】
励起放射はサンプル領域のサンプル材料に特有の放射帯域内で実質的に単色であることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項７】
励起放射を単色化する少なくとも１つの単色化光学素子を含むことを特徴とする請求項６に記載の検査装置。
【請求項８】
細長い開口の幅は、サンプル領域の第１の軸に垂直な第２の軸に沿って測ったサンプル領域の大きさに応じて、寸法が設定されていることを特徴とする請求項６に記載の検査装置。
【請求項９】
パターン化された表面の領域は、集積回路のチップ領域の、内部の、間の、または隣接するテスト領域を含み、
テスト領域がサンプル領域を含み、
サンプル領域は、その中に、サンプル材料の実質的に均一な層を有し、
可動のマスクは、サンプル領域に向かう励起放射を第１の軸に沿って実質的に制限し、
可動のマスクは、サンプル領域からの発光放射を、検出器に向かうものを除いて、実質的に遮断し、かつ、サンプル領域以外の領域からの発光放射を実質的に遮断して、サンプル領域からの第１の軸に沿う発光放射のみを検出器によって検出させるようにすることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項１０】
サンプル領域中のサンプル材料の実質的に均一な層は、集積回路のチップ領域の実質的により小さい構造に用いられる材料に対応することを特徴とする請求項９に記載の検査装置。
【請求項１１】
パターン化された表面の領域は、集積回路のチップ領域間のスクライブライン領域を含み、
スクライブライン領域がサンプル領域を含み、
サンプル領域は、その中に、サンプル材料の実質的に均一な層を有し、
サンプル領域中のサンプル材料の実質的に均一な層は、集積回路のチップ領域の実質的により小さい構造に用いられる材料に対応することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項１２】
励起放射はＸ線であり、発光放射はＸ線蛍光発光であることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項１３】
パターン化された表面の領域の検査方法であって、
Ｘ線、中性子線、粒子ビームまたはガンマ線の励起放射を、パターン化された表面の領域内の２次元のサンプル領域に向けることと、
サンプル領域から発せられる発光放射を検出することと、
放射源、検出器およびサンプル領域によって形成される平面放射路内に位置し、サンプル領域に対して相対的に可動で、細長い開口を有するマスクであって、開口が２次元のサンプル領域の第１の軸に平行に配置されたときに、サンプル領域に向けられた励起放射およびサンプル領域からの発光放射を、平面放射路に実質的に制限するマスクを配置することと、
を含むことを特徴とする検査方法。
【請求項１４】
可動のマスク、放射源および検出器を、パターン化された表面のサンプル領域に対して相対的に、移動させることを含むことを特徴とする請求項１３に記載の検査方法。
【請求項１５】
放射源および検出器は、平面放射路内の細長い開口の長軸に沿って一列に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の検査方法。
【請求項１６】
放射源からの励起放射を、細長い開口を通して、パターン化された表面の２次元のサンプル領域に向ける光学素子、および、サンプル領域からの発光放射を開口から検出器に向ける光学素子の、少なくとも一方を用いることを特徴とする請求項１３に記載の検査方法。
【請求項１７】
光学素子は、モノキャピラリ素子、ポリキャピラリ素子、湾曲結晶素子、多層素子、ピンホール素子、またはスロット素子を含むことを特徴とする請求項１６に記載の検査方法。
【請求項１８】
励起放射がサンプル領域のサンプル材料に特有の放射帯域内で実質的に単色になるように、励起放射を単色化することを含むことを特徴とする請求項１３に記載の検査方法。
【請求項１９】
細長い開口の幅は、サンプル領域の第１の軸に垂直な第２の軸に沿って測ったサンプル領域の大きさに応じて、寸法が設定されていることを特徴とする請求項１３に記載の検査方法。
【請求項２０】
パターン化された表面の領域は、集積回路のチップ領域の、内部の、間の、または隣接するテスト領域を含み、
テスト領域がサンプル領域を含み、
サンプル領域は、その中に、サンプル材料の実質的に均一な層を有し、
可動のマスクは、サンプル領域に向かう励起放射を第１の軸に沿って実質的に制限し、
可動のマスクは、サンプル領域からの発光放射を、検出器に向かうものを除いて、実質的に遮断し、かつ、サンプル領域以外の領域からの発光放射を実質的に遮断して、サンプル領域からの第１の軸に沿う発光放射のみを検出器によって検出させるようにすることを特徴とする請求項１３に記載の検査方法。
【請求項２１】
サンプル領域中のサンプル材料の実質的に均一な層は、集積回路のチップ領域の実質的により小さい構造に用いられる材料に対応することを特徴とする請求項２０に記載の検査方法。
【請求項２２】
パターン化された表面の領域は、集積回路のチップ領域間のスクライブライン領域を含み、
スクライブライン領域がサンプル領域を含み、
サンプル領域は、その中に、サンプル材料の実質的に均一な層を有し、
サンプル領域中のサンプル材料の実質的に均一な層は、集積回路のチップ領域の実質的により小さい構造に用いられる材料に対応することを特徴とする請求項１３に記載の検査方法。
【請求項２３】
励起放射はＸ線であり、発光放射はＸ線蛍光発光であることを特徴とする請求項１３に記載の検査方法。
【請求項２４】
パターン化された表面の領域の検査装置であって、
Ｘ線、中性子線、粒子ビームまたはガンマ線の励起放射を、パターン化された表面の領域内の２次元のサンプル領域に向ける放射源と、
放射源からの励起放射をパターン化された表面に向けるビーム制御光学素子と、
サンプル領域から発せられる発光放射を検出する検出器と、
放射源、検出器およびサンプル領域によって形成される平面放射路内に位置し、細長い開口を有するマスクであって、開口が２次元のサンプル領域の第１の軸に平行に配置されたときに、サンプル領域に向けられた励起放射を、平面放射路に実質的に制限するマスクと、
を含むことを特徴とする検査装置。
【請求項２５】
マスクは、サンプル領域への接触マスクであり、放射源および検出器は、パターン化された表面から離間していて、パターン化された表面に対して相対的に、共に移動し得ることを特徴とする請求項２４に記載の検査装置。
【請求項２６】
放射源および検出器は、平面放射路内の細長い開口の長軸に沿って一列に配置されることを特徴とする請求項２４に記載の検査装置。
【請求項２７】
光学素子はゲインを提供する光学素子を含むことを特徴とする請求項２４に記載の検査装置。
【請求項２８】
光学素子は、モノキャピラリ素子、ポリキャピラリ素子、湾曲結晶素子、多層素子、ピンホール素子、またはスロット素子を含むことを特徴とする請求項２４に記載の検査装置。
【請求項２９】
励起放射はサンプル領域のサンプル材料に特有の放射帯域内で実質的に単色であることを特徴とする請求項２４に記載の検査装置。
【請求項３０】
励起放射を単色化する少なくとも１つの単色化光学素子を含むことを特徴とする請求項２９に記載の検査装置。
【請求項３１】
細長い開口の幅は、サンプル領域の第１の軸に垂直な第２の軸に沿って測ったサンプル領域の大きさに応じて、寸法が設定されていることを特徴とする請求項２４に記載の検査装置。
【請求項３２】
パターン化された表面の領域は、集積回路のチップ領域の、内部の、間の、または隣接するテスト領域を含み、
テスト領域がサンプル領域を含み、
サンプル領域は、その中に、サンプル材料の実質的に均一な層を有し、
マスクは、サンプル領域に向かう励起放射を第１の軸に沿って実質的に制限することを特徴とする請求項２４に記載の検査装置。
【請求項３３】
サンプル領域中のサンプル材料の実質的に均一な層は、集積回路のチップ領域の実質的により小さい構造に用いられる材料に対応する請求項３２に記載の検査装置。
【請求項３４】
パターン化された表面の領域は、集積回路のチップ領域間のスクライブライン領域を含み、
スクライブライン領域がサンプル領域を含み、
サンプル領域は、その中に、サンプル材料の実質的に均一な層を有し、
サンプル領域中のサンプル材料の実質的に均一な層は、集積回路のチップ領域の実質的により小さい構造に用いられる材料に対応することを特徴とする請求項２４に記載の検査装置。
【請求項３５】
励起放射はＸ線であり、発光放射はＸ線蛍光発光であることを特徴とする請求項２４に記載の検査装置。
【請求項３６】
パターン化された表面の領域の検査方法であって、
ビーム制御光学素子を用いて、Ｘ線、中性子線、粒子ビームまたはガンマ線の励起放射を、パターン化された表面の領域内の２次元のサンプル領域に向けることと、
サンプル領域から発せられる発光放射を検出することと、
放射源、検出器およびサンプル領域によって形成される平面放射路内に位置し、細長い開口を有するマスクであって、開口が２次元のサンプル領域の第１の軸に平行に配置されたときに、サンプル領域に向けられた励起放射を、平面放射路に実質的に制限するマスクを配置することと、
を含むことを特徴とする検査方法。
【請求項３７】
マスクはサンプル領域への接触マスクであり、
当該検査方法はさらに、パターン化された表面のサンプル領域に対して相対的に、放射源および検出器を移動させることを含むことを特徴とする請求項３６に記載の検査方法。
【請求項３８】
放射源および検出器は、平面放射路内の細長い開口の長軸に沿って一列に配置されることを特徴とする請求項３６に記載の検査方法。
【請求項３９】
光学素子はゲインを提供する光学素子を含むことを特徴とする請求項３６に記載の検査方法。
【請求項４０】
光学素子は、モノキャピラリ素子、ポリキャピラリ素子、湾曲結晶素子、多層素子、ピンホール素子、またはスロット素子を含むことを特徴とする請求項３６に記載の検査方法。
【請求項４１】
励起放射がサンプル領域のサンプル材料に特有の放射帯域内で実質的に単色になるように、励起放射を単色化することを含むことを特徴とする請求項３６に記載の検査方法。
【請求項４２】
細長い開口の幅は、サンプル領域の第１の軸に垂直な第２の軸に沿って測ったサンプル領域の大きさに応じて、寸法が設定されていることを特徴とする請求項３６に記載の検査方法。
【請求項４３】
パターン化された表面の領域は、集積回路のチップ領域の、内部の、間の、または隣接するテスト領域を含み、
テスト領域がサンプル領域を含み、
サンプル領域は、その中に、サンプル材料の実質的に均一な層を有し、
マスクは、サンプル領域に向かう励起放射を第１の軸に沿って実質的に制限することを特徴とする請求項３６に記載の検査方法。
【請求項４４】
サンプル領域中のサンプル材料の実質的に均一な層は、集積回路のチップ領域の実質的により小さい構造に用いられる材料に対応することを特徴とする請求項４３に記載の検査方法。
【請求項４５】
パターン化された表面の領域は、集積回路のチップ領域間のスクライブライン領域を含み、
スクライブライン領域がサンプル領域を含み、
サンプル領域は、その中に、サンプル材料の実質的に均一な層を有し、
サンプル領域中のサンプル材料の実質的に均一な層は、集積回路のチップ領域の実質的により小さい構造に用いられる材料に対応することを特徴とする請求項３６に記載の検査方法。
【請求項４６】
励起放射はＸ線であり、発光放射はＸ線蛍光発光であることを特徴とする請求項３６に記載の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
政府の権利声明
本発明は、X-Ray Optical Systems, Incに対して全米科学基金（NATIONAL  SCIENCE
FOUNDATION）により与えられた契約番号ＤＭＩ−００９１５７０のもと、米国政府の支援を受けてなされたものである。米国政府はこの発明に一定の権利を有する。
【０００２】
技術分野
本発明は分析装置に関する。より詳しくは、本発明は、サンプルを励起するＸ線ビームおよびその結果サンプルから放射される蛍光を制御して、分析結果の向上を図った装置および技術に関する。本発明は、半導体集積回路を成す材料の小領域のような、パターン化された表面のＸ線蛍光（ＸＲＦ）測定に特に適する。
【０００３】
背景
Ｘ線蛍光（ＸＲＦ）分析は、サンプル材料の原子組成および他の特性を測定するきわめて正確な方法として広く認められている。この技術（およびその近縁技術）は、Ｘ線、ガンマ線、中性子線、または粒子ビームのような高エネルギー放射をサンプル領域に照射し、その結果サンプル領域によって放射される蛍光を測定するものである。
【０００４】
以下でさらに述べるように、小さな空間で隔てられた多くの異成分材料を有するパターン化された表面、たとえば、半導体集積回路（ＩＣ）、フラットパネル表示器、表面音響波（ＳＡＷ）装置、プリント配線基板、平面光波回路等に、ＸＲＦ技術を適用する試みが存在する。ＩＣ製造の間、ウェハ上に多くの異なる材料を堆積させてパターン化するために、多くの複雑な工程が用いられる。ＸＲＦは、材料の一定の特性、たとえば堆積した層の厚さを調べる際の支援となり得る。しかしながら、ＩＣのチップ領域における構造サイズがきわめて小さいため、ＸＲＦにより直接測定することは困難である。ＸＲＦシステムは、現在使用されている一定の構造サイズ、および、将来計画されている一定の構造サイズよりも、はるかに大きい励起ビーム径を有する。本発明は、これらの挑戦に値する課題を成し遂げ、ＸＲＦ測定の能力と精度をこれらの応用分野に適用する改良されたシステムおよび技術の実現を目的とする。
【０００５】
ＸＲＦシステムは、一般に、励起放射源、その放射をサンプルに向ける光学素子、（別の光学素子を介して）サンプルからの刺激蛍光放射を検出する放射検出器、およびスペクトル出力の表示装置を含む。励起光子がサンプルに当たると、励起光子はサンプル中の原子の核の周りの軌道から電子を叩き出し、原子を不安定化する空孔を生成する。原子は外軌道からその内軌道に電子が移ったときに安定化する。これらの原子は、対応する軌道の２つの結合エネルギーの差を表す特性Ｘ線蛍光光子を放射する。検出器は、このスペクトルの光子を集めて、サンプルのスペクトル中のさまざまなＸ線のエネルギーに比例した電気インパルスに変換する。各元素は同定可能な異なるＸ線蛍光サインを有するため、操作者は、放射されたスペクトルの特定の領域を調べることによって、サンプル中の元素の有無および濃度を決定することができる。
【０００６】
励起スペクトルは、特定の「単色」範囲にまで、意図的に狭めることができる。これにより、隣接放射帯域からの背景ノイズが低下し、既知材料の具体的な濃度の測定が可能になる。たとえば、既知材料の層の厚さは、その材料の既知蛍光スペクトルに適合させた単色放射を用いて、決定することができる。これは、たとえば、単色化光学素子を励起路に配置することにより達成される。
【０００７】
集積回路（ＩＣ）、フラットパネル表示器、表面音響波（ＳＡＷ）装置、プリント配線基板、平面光波回路のようなパターン化された表面は、材料の異なる多くの層を含むため、特別な分析課題を提供する。ＩＣ材料は、半導体そのもの（たとえば、シリコン）、さまざまな絶縁層（たとえば、酸化物）、および、電気配線または障壁層を成す金属材料（たとえば、チタンまたはタンタル薄膜）を含む。構造の特徴、すなわち、金属薄膜の厚さは、ＸＲＦ技術を用いて測定することができる。そして、ＩＣ構造の小さな構造サイズは、用いられるさまざまな工程（堆積、エッチング、注入等）の高い精度を必要とするため、ＸＲＦ測定もまた、これらの工程の正確な検査を可能にする必要がある。
【０００８】
これらの応用分野における正確なＸＲＦ技術は、一般に、サンプルライン自体上での一定のＸ線流と、サンプル材料の調整されたライン幅にのみ帰する蛍光の検出とを必要とする。他のラインに向かうＸ線流、および、その結果他のラインから放射される蛍光は、結果を混乱させるかもしれない。逆に、他のサンプル領域がビームの足跡に入らざるを得ないとすれば、そのような領域全ての統合された「重畳率」は、一定かつ調整されてシステムに取り込まれるべきである。このためには、測定中の正確な位置合わせと移動が必要になる。しかしながら、ＩＣチップ領域には、小サイズの多くの異なる材料が、非常に小さな距離で隔てられて存在する。これは、特定のサンプル材料を対象としたＸＲＦ測定の精度に影響を及ぼす。たとえば、接続配線または障壁層は、チップ領域内でサブミクロンのライン幅を有し得る。これらの幅は時間および技術の進歩とともに小さくなっていくであろう。Ｘ線ビームをそのような幅にまで狭めることは困難であり、他の隣接領域に刺激を与えてＸＲＦの結果を混乱させることは避けられない。逆に、システムが、より狭いラインのためのＸ線ビーム内におけるサンプル材料の一定の重畳率によって調整されるとすれば、測定中に重畳率を一定に保ち、調整された値および測定された値の信頼性を保つために、システムには注意深い位置合わせおよび移動が必要になる。したがって、正確なＸＲＦ結果を得るためには、励起ビームのスポット径を細かく制御し、また、サンプル材料自体から放射される蛍光の全てまたはほとんどを収集することが重要である。
【０００９】
ある種の技術は、ＩＣの製造中に堆積される薄膜の分析を向上させるかもしれない。たとえば、犠牲となるテストウェハを用いることができる。薄膜材料は、ＸＲＦのサンプル領域の近くに他の材料がなければ、広い範囲にわたって堆積することができる。したがって、薄膜厚をＸＲＦ測定するために、比較的広いサンプル領域を利用することができる。しかしながら、この技術は、テストウェハに対してなされた測定が、最終的なウェハ全体にわたって堆積された薄膜の厚さを「予測する」ことを、仮定としている。ＩＣ堆積およびエッチングにおける全ての変数を考慮すれば、この仮定は成り立たないかもしれない。さらに、この技術には、余分のテストウェハを処理する時間と費用がかかる。
【００１０】
したがって、通常他の応用分野で大きなサンプル領域に用いられる周知の測定技術（たとえば、ＸＲＦ）の有利さを活かしながら、小さなパターン化された構造の分析のための改良された技術が必要とされている。
【００１１】
発明の概要
パターン化された表面の領域を検査するための本開示の技術および装置により、従来技術の欠点が克服され、さらなる利点が提供される。Ｘ線、中性子線、粒子ビーム、またはガンマ線の励起放射が、ＩＣの２次元のサンプル領域に対して向けられ、サンプル領域からの発光放射（たとえば、蛍光）が検出される。放射源、検出器、およびサンプル領域によって形成される平面の放射路に、サンプル領域に対して相対的に移動し得るように、マスクが配設される。マスクは、２次元のサンプル領域の第１の軸に対して平行に配置されたときに、サンプル領域に向けられた励起放射、および、サンプル領域からの発光放射を、平面放射路に実質的に制限する細長い開口を含む。
【００１２】
マスク、放射源および検出器は、１つの実施形態では、ＩＣに対して相対的に移動して、所望のいかなる領域の分析をも可能にする。別の実施形態では、マスクは固定されていてもよい（たとえば、接触マスク）。
【００１３】
放射源から細長い開口を通ってＩＣの２次元のサンプル領域に向かう励起放射を制御するために、追加の光学素子を用いることもできる。発光放射を開口から検出器に向けるための光学素子を用いることも可能である。光学素子は、たとえば、モノキャピラリ素子、ポリキャピラリ素子、湾曲結晶素子、多層素子、ピンホール素子、またはスロット素子とすることができる。光学素子がビームゲインとビーム制御を提供するようにしてもよい。
【００１４】
励起放射は、単色化光学素子を用いて、サンプル材料に特有の放射帯域内で実質的に単色とすることができる。
【００１５】
マスクの細長い開口の幅は、サンプル領域の第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って測ったサンプル領域の大きさに応じて、寸法が設定される。１つの実施形態では、ＩＣの対象領域は、ＩＣのチップ領域間のスクライブライン領域である。スクライブライン領域は、サンプル材料の均一な層を有するサンプル領域を含む。サンプル領域におけるサンプル材料の均一な層は、ＩＣのチップ領域における実質的により小さな構造に用いられる材料に対応する。このスクライブライン領域における特性（たとえば、薄膜厚）は、チップ領域内の、その小ささのためにＸＲＦを用いて容易に測定することができないほど高度にパターン化された構造の厚さの、有益で正確な予測たり得る。
【００１６】
本発明のシステムおよび技術により、さらなる特徴および利点が実現される。本発明の他の実施形態および側面をここで詳細に述べるが、それらも特許請求範囲の発明の一部である。
【００１７】
発明とみなされる要件は、特許請求範囲で具体的に示され、明確に主張される。本発明の前述および他の目的、特徴、ならびに利点は、以下の詳細な記載と添付した図面から明らかになる。
【００１８】
発明を実施するための最良の形態
表面の他の領域および好ましくないビームの散乱が結果に負の影響を及ぼすことを防止しながら、パターン化された表面の一定の領域を効果的に分析するための装置および関連する分析技術を開示する。この技術は、ある程度の最小な空間およびサンプル領域を必要とするＸ線または他の関連装置を用いて、集積回路のチップ領域間のスクライブライン内のテスト領域を分析するために、特に有用である。
【００１９】
上述のように、半導体ＩＣのようにパターン化された表面を現在形成している微小構造の大きさは、ある種の分析課題を提供する。Ｘ線蛍光（ＸＲＦ）、Ｘ線回折（ＸＲＤ）、およびＸ線反射（ＸＲＲ）システムは、サブミクロンのサンプル領域の上に正確に配置することが難しい放射源、光学素子、検出器の使用を含んでいる。さらに、励起ビームのスポットサイズは、過去数年間に劇的に改善されて１０ミクロンの範囲になっているものの、現在使用されている、および、将来の「ナノシステム」のために計画されているＩＣ構造の大きさよりもいまだに大きい。
【００２０】
サンプル材料（たとえば、特殊薄膜）は、通常、ＩＣウェハの全体にわたって堆積され、次いで、ＩＣデバイスの構造および接続配線を形成するための犠牲となるマスクに応じて、パターン化（たとえば、エッチング）される。残ったパターン化層が、現在のデバイス密度に達するために必要な、非常に小さなサブミクロン構造を形成する。しかし、これらのサブミクロン構造は、組成および厚さのような特性を、標準的な分光分析技術を用いて分析するのが困難である。これらのシステム自体および励起ビームのスポットは、正確にかつ効果的に機能するために、ある程度の最小面積を必要とするが、その面積はサブミクロンのＩＣ構造のサイズよりも大きい。
【００２１】
１つの技術は、チップ領域の外側の、ウェハ上の開けたより大きな領域の利用を含んでいる。たとえば、図１〜図３に示すように、ウェハ１０は、通常、最終的には分割（ダイシング）されて個々のチップとなる離間したチップ領域１２1〜１２4を含んでいる。図２に、２つのチップ領域１２1と１２3の間の「スクライブライン」領域１４を示す。チップ領域１２1と１２3の間隔１６は、ウェハをスクライブラインに沿って分割して個々のチップとすることができるように、適切な大きさとされている。間隔１６は、１つの実施形態では、１００μｍ未満である。スクライブライン領域は、サンプル材料（たとえば、チップ接続に用いられる特殊導電薄膜ＴａおよびＴｉ）をより広い範囲に堆積するために利用することができる。たとえば、図３は、サンプル領域１８（その幅２０は、たとえば７０μｍ未満）と、そのサンプル領域内に全体が入る「理想的な」分光分析のスポットサイズ２２（その幅２４は、たとえば５０μｍ未満）を有する１つの実施形態を示している。上述のように、特定の材料（すなわち、堆積された特殊薄膜の厚さ）を分析するときには、調整したデータに比べて、信頼できる分析結果を得るために一貫した重畳率を確保する上で、このスポットサイズがサンプル領域内に全て入ることが重要である。チップ領域自体（すなわち、１１８および２１８）の使用しない領域も、テストのためにより大きなサンプル領域への材料の堆積に用いることができるし、また、ＩＣのための本発明の範囲に入る。
【００２２】
サンプル領域への励起ビームを制限し、不必要な散乱を防止し、および、サンプル領域外の領域からの放射が検出器に達するのを防止するために、本発明は、サンプル領域の幅に応じた寸法の細長い開口を有し、しかも、Ｘ線分析システムの基本的なビーム励起および検出路の必要性にも適合するマスクを提供する。
【００２３】
たとえば、図４の斜視図および図５の上面図に示すように、対向する部分３０1および３０2から構成されるマスク３０は、細長い開口３４を含んでいる。このマスクは、励起路および放射路の両方の放射を遮断し制限して、開口の軸に平行な細長い平面放射路とする。開口が、下にあるサンプル領域の上、また、スクライブライン１４の上（かつ、スクライブラインの軸Ａ−Ａに対して平行）に位置するとき、分析システムの有用性および性能はＩＣの製造にとって大きく高まる。このスクライブライン領域における特性（たとえば、薄膜厚）の測定は、チップ領域における高度なパターン化構造の厚さの、価値ある正確な予測となり得る。
【００２４】
上述の例の開口の幅３２は、励起ビームがサンプル領域の幅内に全て入ることを確保するために、５０μｍ未満とすべきである。さらに、この開口幅で、サンプル領域外の材料からの放射が検出器に達することが防止される。細長い開口は、その軸に平行な狭くて長い通路に沿った励起路および放射路の信頼性を保つ。
【００２５】
マスクはそれ自体固定してもよく（たとえば、パターン化された表面に直接置かれた接触マスク）、または、以下に詳しく述べるように、表面に対して相対的に、装置と共に移動し得るようにしてもよい。可動にする場合、マスクと適用ＩＣ内のサンプルとの間隔は、１００μｍ未満とするとよいし、１０〜２０μｍとすることも可能である。
【００２６】
図６Ａに、本発明による、マスク３０を含むＸＲＦ装置６０の１つの実施形態を示す。装置全体は、マスク３０を含めて、下に位置するＩＣウェハ１０に対して相対的に移動し得る。したがって、ウェハの端から端にわたる複数のスクライブラインの複数のテスト領域を分析することが可能である。装置には、放射源４０、検出器５０、およびビーム制御光学素子７０が含まれている。放射源、検出器、光学素子、およびマスクは、励起放射および発光放射によって形成される放射路を規定する。図６Ａは、ウェハ１０に対して垂直に配設された放射源／光学素子を備える装置を示したものである。図６Ｂは、ウェハに対して傾けて配設された放射源／光学素子を備える装置を示したものである。この構成では、他のデバイス８０のための余地ができる。マスク３０は、このような浅い励起角を許容し（その細長い形状による）、また、放射源／光学素子の組をサンプル領域から離して配置することを許容して、その結果、他のデバイスのための余地を作ることができる。逆に、検出器は、サンプル領域に対してより近くに配置することが可能である。
【００２７】
図７ａ〜図７ｅに、本発明のマスクの他の実施形態を示す。図７ａのマスクは、対向する２つの部分３０1および３０2により細長い開口３４を形成する。これらの部分は、他の構造体を用いて、個別に取り付けて、位置合わせをしてもよい。図７ｂのマスクは、短辺１３２と長辺１３４をもつ細長い長方形の開口１３４を有する、一体化した構造体１３０である。図７ｃのマスク（さらなる例として以下で用いる）は、２つの腕部２３０1および２３０2を備え、一方側に開いた細長い開口２３４を有する一体化した構造体である。図７ｄのマスクは、類似の一体化した構造体３３０であるが、角度をもつ形状３３２が細長い開口３３４の一部を形成している。最後に、図７ｅのマスクは、分離した部分４３０1および４３０2より成る。各々の部分は角度をもつ形状４３２を有しており、これらが細長い開口４３４の一部を形成する。
【００２８】
細長くない開口も本発明の範囲内であるが、有意な重要性あまりないであろう。上述の細長いマスクは、比較的小さな入射角では必然的に一体化して１つの細長い行路となる励起路および放射路の完全性を維持する。両行路の入射角が増大した場合（それらの成す角が減少して完全な平行に近づいた場合）、形成される行路は細長さが低下するかもしれず、正方形または円形のような開口で対処することができる。これは、そのような構成に関わる距離および効率を考慮すると、ありそうにない設定であるが、可能性としてはある。
【００２９】
マスクを構成する材料およびその厚さは、装置の設計原則に従って、この技術分野における通常の技能を有する者が決定することができる。たとえば、材料は、ビームを制限し遮断する機能を達成し得る適当な組成および厚さにすべきである。マスクはまた、入射エネルギーに反応して発光すべきではない。マスク材料に求められる他の模範的な事項は、以下のとおりである。
１）材料は強いＸ線蛍光を発すべきでない。
２）材料は重要な測定対象物質を含むべきでない。
３）材料は、比較的薄くても、Ｘ線を遮断できるべきである。
４）材料はＸ線を散乱すべきでない。
【００３０】
Ｍｏ−Ｋ線で励起する場合の例では、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎの単金属層が好適である。しかしながら、これらの元素のＬ線と、測定対象物質の線との重なりを考慮すべきである。たとえば、Ｍｏ−Ｋ線の９９．９％を遮断するには、Ｍｏシートの厚さは０．３３ｍｍとすべきである。全体の厚さを低減するために、主としてＸ線を遮断するためのＴａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、またはＰｂの内層を有する、多層構造を採用してもよい。たとえば、Ｍｏ−Ｋ線の９９．９％を遮断するには、内層のＡｕの厚さは０．０４７ｍｍとすべきである。外層は、主として内側の材料が発するＸ線蛍光を遮断するためのもので、このためには、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、ＩｎおよびＳｎが好適である。たとえば、Ｐｂ−Ｌ線の９９．９％を遮断するには、外層のＭｏの厚さは０．００７ｍｍとすべきである。
【００３１】
励起放射および／または発光放射の制御のために用いる上述の光学素子は、適するいかなる形式のものであってよい。これには、モノキャピラリ光学素子（たとえば、X-Ray
Optical Systems, Incの米国特許５，７４７，８２１号を参照。この内容は全て、参照によってここに組み込む。）、ポリキャピラリ光学素子（たとえば、X-Ray Optical
Systems, Incの米国特許５，１９２，８６９号；５，１７５，７５５号；５，４９７，００８号；５，７４５，５４７号；５，５７０，４０８号および５，６０４，３５３号を参照。これらの内容は全て、参照によってここに組み込む。）、湾曲結晶光学素子（たとえば、X-Ray Optical Systems, Incの米国特許６，２８５，５０６号および６，３１７，４８３号を参照。これらの内容は全て、参照によってここに組み込む。）、多層光学素子、およびピンホール光学素子またはスロット光学素子が含まれる。光学素子が、一般的なビーム制御だけでなく、ビームゲインも提供するようにしてもよい。
【００３２】
また、上述のように、サンプル材料の特性サインに応じて放射帯域を狭めるために、励起路および／または放射路に単色化光学素子を配設するのが好ましい。上述の光学素子の多く、特に湾曲結晶光学素子および多層光学素子が、上記で組み込んだ米国特許の多くで説明されているように、この機能のために採用可能である。
【００３３】
光学素子／放射源の組み合わせとしては、X-Ray Optical Systems, Incの米国仮特許出願６０／３９８，９６８号（出願日：２００２年７月２６日、名称：高電圧、熱発生要素の冷却および電気的絶縁のための方法および装置。ＰＣＴ出願として完了（ＰＣＴ／ＵＳ０２／３８８０３号））、および、６０／３９８，９６５号（出願日：２００２年７月２６日、名称：高い出力安定性を有するＸ線源アセンブリ。ＰＣＴ出願として完了（ＰＣＴ／ＵＳ０２／３８４９３号））に開示されているものも用いることができる。これらの出願の内容は全て、参照によってここに組み込まれる。
【００３４】
図８Ａは、図６Ａの装置の上面断面図であり、軸Ａ−Ａに平行で全体として平面放射路における、光学素子７０、マスク２３０1、２３０2の開口２３４、および検出器５０の一直線上の配列を示すものである。この長い軸に沿って動作することで、チップ領域１２1および１２3の間のスクライブラインサンプル領域に対する励起放射が制限される。また、検出器５０に向かう全ての放射が、サンプル領域からの放射のみに限定されるとともに、いかなる迷走放射も遮断される。図８Ｂの側面断面図は、マスク部分２３０1および２３０2の制限／遮断機能の詳細をさらに説明するものである。上面は線８３を遮断することにより入射放射を制限し、下面はあらゆる散乱放射８４を遮断する。これにより、開口２３４の直下に位置する領域８１に入射した線のみが、ウェハ表面から検出器（不図示）に戻る蛍光８２に寄与することが確保される。
【００３５】
図８Ｃは、この装置の斜視図であって、入射ビームに対する制限／遮断の機能を示すとともに、いかにしてある線８４を遮断し、所望の蛍光８２のみを検出器に向けるかを示している。
【００３６】
図９は、図８Ａ〜図８Ｃに開示した概念を広げて、方向ＢおよびＣ（図８Ａおよび図８Ｃに示す）からのビームの断面形状を示したものである。Ｂ断面の斜線を付した領域９２および９４はマスクによって遮断され、Ｃ断面の斜線を付した領域９６も遮断される。残りの尾部９８は、上述の軸Ａ−Ａに沿った伝播路に入る。
【００３７】
ここに開示した発明は、サンプル領域の断面を特異性をもって決定することが可能な、あらゆるサンプル分析技術に適用することができる。特に半導体産業にとってのその価値は、チップ領域自体の内部で作用するために必要なサブミクロンのビーム精度を要することなく、単一ウェハ上の異なるチップ領域間のより大きなスクライブライン領域内で、繰り返し作用し得る点にある。マスクとサンプル領域との間の動きについて用いるときの「相対的」という言葉は、いずれが動くかにかかわらず、一方の構造体の他方に対する相対的な動きを含む広い意味である。
【００３８】
ここでは好ましい実施形態を掲げて詳細に説明したが、関連する技術分野における熟練者には、本発明の精神から逸脱しない範囲で、さまざまな変更、付加、置換等が可能であることは明らかである。したがって、さまざまな変更、付加、置換等も特許請求の範囲で規定する発明の範囲内であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】いくつかのチップ領域を有する集積回路（ＩＣ）ウェハの一部を示す。
【図２】２つのチップ領域の間のスクライブライン領域を示す。
【図３】スクライブライン領域に堆積された薄膜のテストパターン、および、チップ領域自体における他のテスト領域を示す。
【図４】本発明の分光分析システムの一部分の斜視図であり、スクライブライン領域のテストパターンに応じて形状設定された細長い開口を有する可動のマスクを示す。
【図５】図４に示したシステムの部分の上面図である。
【図６Ａ】分光分析システムの側面断面図であり、本発明の他の模範的な実施形態による放射源、焦点調節光学素子、マスク、および検出器の配置を示している。
【図６Ｂ】分光分析システムの側面断面図であり、本発明の他の模範的な実施形態による放射源、焦点調節光学素子、マスク、および検出器の配置を示している。
【図７ａ】本発明による細長い開口を有するマスクの他の模範的な実施形態を示す。
【図７ｂ】本発明による細長い開口を有するマスクの他の模範的な実施形態を示す。
【図７ｃ】本発明による細長い開口を有するマスクの他の模範的な実施形態を示す。
【図７ｄ】本発明による細長い開口を有するマスクの他の模範的な実施形態を示す。
【図７ｅ】本発明による細長い開口を有するマスクの他の模範的な実施形態を示す。
【図８Ａ】図６Ａの分光分析システムの一部分の上面断面図であり、放射源、開口、および検出器の軸Ａ−Ａに沿った位置を示している。
【図８Ｂ】図６Ａの分光分析システムの一部分の側面断面図であり、放射源、開口、および検出器の軸Ａ−Ａに沿った位置を示している。
【図８Ｃ】図６Ａの分光分析システムの一部分の斜視図であり、放射源、開口、および検出器の軸Ａ−Ａに沿った位置を示している。
【図９】本発明のマスクの一実施形態の上面図であり、マスクの遮断作用を示すビーム断面プロットと重ねて表している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図７ｅ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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