專利名稱：X射線形貌測繪系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在檢測晶體結(jié)構(gòu)，例如檢測用于半導體生產(chǎn)的硅單晶晶片或芯棒(boule)的過程中所使用的X射線形貌測繪(topographic)系統(tǒng)。
背景技術：
通過X射線裝置來檢測缺陷，例如在快速熱退火過程中成核的滑移帶，這一點是公知的。到目前為止，這種檢測是通過采用蘭氏照相機(Lang camera)在膠片上實施曝光來實現(xiàn)的。現(xiàn)有技術的工序面臨著很多的不利因素，包括照相機系統(tǒng)的巨大尺寸，能夠檢測的晶片的尺寸方面的限制，以及較長的處理時間(典型的是對于8″或者200mm的晶片大約要一小時)。
本發(fā)明的目的之一是提供一種能用來檢測較大樣本的X射線形貌測繪系統(tǒng)，典型的是直徑最大到300mm，并且可以快速執(zhí)行檢測，典型的是5-15分鐘。

發(fā)明內(nèi)容
相應地，本發(fā)明提供一種X射線形貌測繪系統(tǒng)，包括X射線發(fā)生器，用于產(chǎn)生被引導向樣本位置的X射線的射束；及檢測器，該檢測器被定位以用于接收由在樣本位置上的樣本所偏轉(zhuǎn)的X射線，該檢測器包括電子X射線檢測器，該檢測器具有與射束區(qū)域相對應的象素陣列。
該X射線的射束可以具有高達20毫弧度的相對較大的散度。
在本發(fā)明的一種形式中，一X射線光學元件被放入X射線發(fā)生器和樣本位置之間，并被設置以接收所述的射束，并將X射線作為基本上平行的射線束進行傳輸。
在一可替換的及更高分辨率的形式中，不使用X射線光學元件，并且通過軟件來去除或者補償圖像的任何不能接受的重疊。
檢測器可以被定位以接收被偏轉(zhuǎn)的透射穿過樣本的X射線?？商鎿Q的，檢測器可以被定位以接收被偏轉(zhuǎn)的從樣本反射的X射線。
X射線發(fā)生器優(yōu)選地適于產(chǎn)生100μm或更小的源點尺寸，并且優(yōu)選地具有距離靶小于20mm的出射窗。
系統(tǒng)的分辨率最好是大約25μm或更高，并且檢測器設置在距離樣本位置5-10mm的位置上。
X射線的光學元件最好是包括多個X射線反射板的龍蝦眼型(lobster eye)光學元件，這些反射板相互之間設置成微小的角度以使得輸出射束為基本上平行。通常這些板的厚度大約為150μm并且被涂以金。
檢測器適合為電荷耦合器件，最優(yōu)選的是數(shù)字式CCD。
本發(fā)明還提供X射線形貌測繪設備，該設備包括上面所描述的X射線形貌測繪系統(tǒng)，并包括步進裝置，該步進裝置用來在系統(tǒng)和待檢查的樣本之間產(chǎn)生相對的步進運動，步進的大小是射束面積和頻譜輪廓的函數(shù)，以及還包括圖像處理裝置，該圖像處理裝置用于在連續(xù)步進之間讀出檢測器件的象素數(shù)據(jù)。
本發(fā)明其他的特征及優(yōu)點將通過下面的描述及所附的權利要求變得更明顯。


下面將參照附圖，僅以示例的方式來描述本發(fā)明的實施例，其中圖1所示為示例說明實現(xiàn)本發(fā)明的一個系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖；
圖2示例說明了圖1中系統(tǒng)的操作；圖3更詳細地顯示了圖1中的一個部件；圖4示例說明本發(fā)明的設備中可能遇到的幾何放大效果；圖5所示為結(jié)合圖1中系統(tǒng)的設備的示意圖；圖6示例說明了該設備的可替換形式；圖7示例說明了不具有X射線光學元件的修改后的系統(tǒng)；圖8所示為由實現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)所得到的圖像的例子；圖9所示為本發(fā)明的一形式中所使用的算法的流程圖；圖10示例說明了合成圖像中所使用的幾何坐標；圖11所示為在合成圖像中所使用的算法的流程圖；及圖12和13所示為合成圖像的實例。
晶片檢查系統(tǒng)的實施例圖1至3中的實施例特別適合于直徑達到300mm的硅晶片中的滑移帶的檢測。
參考圖1，一硅晶片10通過形貌測繪系統(tǒng)而被檢測，該形貌測繪系統(tǒng)包括X射線發(fā)生器12，X射線光學元件14，及總體上由16來表示的檢測器。
X射線發(fā)生器12最適合采用來自Bowburn，Co.Durham的Bedeplc的MicrosourceX射線發(fā)生器，這是國際專利申請WO 98/13853的主題。簡單的說，Microsource發(fā)生器包括具有外部聚焦線圈的抽空的X射線管，其被配置以在100μm或更小的靶上產(chǎn)生X射線的點，以及還包括X射線出射窗位于靶的5-10mm之內(nèi)的結(jié)構(gòu)。因為Microsource發(fā)生器能使X射線光學元件被設置成靠近較小的靶點同時向該光學元件發(fā)出狹窄發(fā)散的射束，因此其特別適合用于本發(fā)明中。
X射線光學元件14可以是任何能接收來自發(fā)生器12的輕微散射的射線，并提供一定范圍的平行的X射線作為輸出的合適的元件。如在本實施例中所使用的優(yōu)選的元件是“龍蝦眼型”光學元件；這種類型的X射線光學元件在現(xiàn)有技術中已有所描述，但是僅僅涉及應用于X射線天文學中。
如圖3所示，龍蝦眼型的光學元件14包括一系列平板18，該平板18充當鏡面反射器，并被安裝以從點源每一反射器中點之間一半處的一點形成精確的徑向發(fā)散。在優(yōu)選實施例中，X射線是銅K輻射，平板18為被涂以金并且厚度大約為150μm并具有6×30mm的面積，另外還具有80％的平均反射率。一共使用14塊平板，這也是通過上文所給厚度能容納的實際最大值，其理論的增益大約為1+14×0.8＝12。
再看圖1，來自龍蝦眼型的光學元件14的輸出是基本上為平行的射束20，該射束20入射到晶片10上。未經(jīng)偏轉(zhuǎn)的射束20a由射束擋板22阻擋。發(fā)生偏轉(zhuǎn)的射束20b入射到電子檢測元件24上，該電子檢測元件24將在下文中予以描述。
更具體地說，射束20具有大約2mr的散度并分成多個大約30mm長的帶。每一個帶都是多色的并導致在圖像上的kα1，kα2條紋(見圖2)。因此來自一個帶的圖像將被重疊。
在通常的蘭氏形貌測繪方法中，樣品和照相板一起平移穿過射線束。缺陷被看見兩次，一次是通過kα1射束，隨后是在板平移過之后通過kα2射束。因為從樣品至膠片之間的距離對較大的晶片來說至少是50mm，并且kα1和kα2之間的散度大約是2.5×10-3，因此圖像被重疊(50×2.5×10-3＝0.125mm)，使用狹縫而不是僅僅只是塊擋板來唯一地選擇kα1射束。
在該裝置中，當晶片10為靜止的時候圖像是不重疊的；kα2和kβ具有弱的強度，并且來自韌致輻射的其它成分在此處也沒有任何圖像倍增(multiplication)。這實際上是白光X射線物相照片減少頻譜(spectrally-reduced)的段。
如果現(xiàn)在我們移動晶片10一步，我們將得到現(xiàn)在射束所照射的樣品的部分的正確圖像。由于膠片檢測器該圖像當然被疊加在第一張圖像上。然而，通過使用電子檢測元件24就可能以電子的方式存儲來自連續(xù)的步的圖像，以產(chǎn)生用于整個晶片10的圖像。
只要整個的晶片10由所有的射束均勻地掃描過，射束中強度的分布形式就是無關緊要的。對光學元件14的基本要求是盡可能高密度地平行于初試引導射束進行反射/散射。發(fā)生器12提供“點”源(如下文所述)這一點是特別理想的。垂直于圖2中所示的板的線源將在同一方向給出慧形相差，平行于圖2中所示的板并且平行于晶片的線源將由kα1，kα2分量給出重疊圖像。
轉(zhuǎn)到分辨率和源尺寸的問題上來，通常對于分辨率，d，引用下列方程式d＝hb/a這里的a和b在圖2中定義，h是與圖面垂直的源的尺寸。在圖1所示的裝置中，MicrosourceX射線源確定a為不小于75mm，b為15mm是合適的。
X射線形貌測繪器通常要盡量達到分辨率為1μm的目標，這對理論研究是理想的，但是要包括非常長的(數(shù)天)曝光和處理時間。因為潛在的曝光時間隨分辨率的平方而減少，因此通過降低目標分辨率可以得到巨大的增益。對用于半導體材料的檢查和質(zhì)量控制來說，就必須看到其單獨的位錯而不是它們相互作用的細節(jié)。我們對此已經(jīng)得出結(jié)論25μm的分辨率是足夠的，而高達100μm的分辨率也的確可能是有用的。
可替換地，在X射線源和樣品兩者之間可以使用大約205mm的較大距離，在這種情況下幾何分辨率大約增加至1μm，并僅僅受到電子檢測器的象素尺寸的限制。
實現(xiàn)25μm的分辨率意味著125μm的X射線的源點。對耦合連接光學元件的考慮可能限定點的尺寸為100μm，這在Microsource發(fā)生器中可能以100W運行，并在檢測器的屏幕上給出20μm的分辨率。
仍然存在來自不同的射束kα1，kα2和kβ的多重圖像的風險，因為它們將以與樣本略微不同的角度衍射。然而，如果檢測器在晶片的10mm之內(nèi)，則其模糊量僅僅在25μm，這是可以接受的，并且將有可能使樣本和檢測器兩者之間的距離達到2-5mm。
對于樣本和檢測器兩者之間更大的距離來說，系統(tǒng)的幾何圖形引起樣本中的目標圖像在檢測器中被放大。參考圖4，對于反射的幾何圖形來說(見圖4a)，系統(tǒng)入射面上的幾何放大率m1由下列表達式給出m1＝(a+b)/a這里的a是源與樣本之間的距離，b是樣本與檢測器之間的距離。放大率大于1，即，對所有的樣本與檢測器之間的距離來說，目標的圖像都要大于目標本身。
對透射的幾何圖形來說(見圖4b)，在入射面上的放大率為m1＝(a-b)/a在這個幾何圖形中，只有當樣本與檢測器兩者之間的距離大于源與樣本兩者之間的距離的兩倍，即b＞2a時，放大率才大于1。當b＞a時，放大率的符號是負的，這只是意味著目標的圖像為鏡像。
對反射和透射幾何圖形兩者來說，垂直于入射面的放大率m2為m2＝(a+b)/a因此，通過相對于源至樣本之間距離調(diào)整樣本到檢測器之間的距離，可以在上面所描述的由源的尺寸所施加的放大率限制之內(nèi)改變系統(tǒng)的放大率。
對于上面所描述的實施例及基準測量，我們已經(jīng)計算出使用銅靶上的100W檢測8″(200mm)的硅晶片的曝光時間將在5-10分鐘的范圍內(nèi)。相比而言，已知的系統(tǒng)使用源與晶片之間的距離為2.5m，在膠片上獲得圖像，15kW源功率，以及1小時的曝光時間。其還要求處理照相膠片。
現(xiàn)在考慮檢測器16，對檢測器的基本的要求是給出在象素陣列上接收到的X射線強度的電子信號輸出。優(yōu)選的檢測器是舉行結(jié)構(gòu)的數(shù)字CCD檢測器例如2000乘200像素。這樣的檢測器在從24μm至大約7.5μm的分辨率下是可用的。使用這樣長寬比的檢測器允許將檢測器放置得與晶片非常靠近。不象這樣復雜精密的替換是PhotonicScience Hires檢測器，該檢測器能被配置成在大約12×15mm上給出30μm的分辨率，或者在6×7.5mm上能給出15μm的分辨率。
晶片檢查設備的實施例現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5上來，圖中示意性描繪了一種結(jié)合前面所述的系統(tǒng)的用于檢查晶片的設備。設備40包括由伺服馬達(沒有示出)以已知的方式沿正交的軸驅(qū)動的XY工作臺42，Microsource控制器44，聯(lián)鎖控制器46和伺服馬達控制器48。設備40具有緊湊的外形尺寸，典型的是大約寬650mm，高750mm。
通過反射檢查芯棒的實施例迄今為止主要根據(jù)透射中的操作對本發(fā)明進行了描述。本發(fā)明可以同樣地應用于反射模式，或者是利用晶片或者是如圖6中所示的利用芯棒50。硅芯棒典型的直徑是300mm，長大約1m。整個的芯棒或者選擇出的部分芯棒僅能通過提供伺服馬達驅(qū)動，以產(chǎn)生在芯棒50和檢查系統(tǒng)10，12，14之間在旋轉(zhuǎn)和軸向方面的步進式的相對移動而被檢查。同樣，要求是通過步進檢測器穿過感興趣的區(qū)域獲得數(shù)字式的表示。應該理解的是圖像數(shù)據(jù)在每一步被讀出并用來形成被檢查的整個區(qū)域的圖像。典型地，每一個象素值將被存儲在相應的存儲位置中，直到整個的圖像能在顯示屏上顯示或者打印?？赡苡斜匾氖?，使用市面上的圖像處理軟件來規(guī)格化圖像的強度，將來自分開的步驟的圖像合并在一起。
不具有X光學元件的實施例現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖7，將討論本發(fā)明的修改形式。圖7與圖1是相似的，且相似的部分由相同的參考數(shù)字表示。然而在圖7中，省略了例如龍蝦眼型的光學元件14的X射線光學元件。其結(jié)果是X射線束20到達樣本10要比前面的實施例中更為發(fā)散，并且由樣本所偏轉(zhuǎn)的輻射具有更寬的頻譜范圍。當使用光學元件時，散度實際上被限定在大約2mr。當不使用光學元件的時候，散度取決于X射線源的性質(zhì)和工作的條件，但通?？梢允褂酶哌_20mr的相對較大的散度。
在這樣的裝置的一個例子中，Microsource發(fā)生器與銅陽極一起使用。X射線成像系統(tǒng)是具有每額定尺寸30×30μm上具有512×512象素的Photonic Science成像器。該成像系統(tǒng)連接至具有128兆字節(jié)RAM并使用PCVision幀接收器的700MHz的基于奔騰III的計算機上。
圖8所示為由圖7中的裝置檢測硅晶片的邊緣區(qū)域所獲得的一個圖像。這里示出了從115粗略入射的來自硅(001)樣本布拉格(Bragg)反射的兩條衍射條紋。左邊和右邊的條紋分別是kα1和kα2的衍射條紋。由于樣本的邊緣是彎曲的因此條紋在底部是彎曲的。從kα1的條紋的頂端向下延伸大約2/3處存在作為亮白區(qū)域而可被看得見的缺陷。
在圖1至圖6的實施例中，由于光學元件的存在，kα1和kα2的衍射條紋充分地靠在一起，對于多數(shù)目的來說可以作為單一的圖像來處理。在該實施例中，對一些不苛刻要求的應用這是有可能的，但若并非如此則可以通過軟件來處理檢測器所產(chǎn)生的圖像。
對于任何已知的樣本與檢測器之間的距離來說，如同上文所描述的那樣，存在著已知的放大率m。因此，不同的射束kα1、kα2和kβ在檢測器上的分開與在樣本上的分開是不同的。未經(jīng)修正時，這將導致圖像的頻譜模糊。然而，在是平面樣本的情況下，這種影響可以通過將在一個維度上(在入射面)的圖像縮小一因子1/m而得以完全修正。
作為可以替換的情況，或者此處樣品是彎曲或者扭曲時，kα1和kα2圖像可以在軟件中分開，并如同下文中所描述的被處理以保持分辨率和強度。
前面的描述是假設在樣本的每一步上有一次單獨的曝光。然而，目前可用的電子X射線檢測器并不是足夠敏感以允許這樣的操作，這將導致不能接受的信噪比。使用例如是CCD的檢測器并在60Hz下525線或者在50Hz下625線這樣常規(guī)的光柵掃描下運行是方便的。在這種情況下，在同樣的樣本區(qū)域的大量幀必須被合成，對每一個象素取累積和。使用可用的技術，在步進到樣本的下一個區(qū)域之前可能必須要合成10到2000個幀。
軟件的例子下面是軟件的實例，通過該軟件更寬格式的大量的幀可以被合成。
合成圖像這個例子中使用了如圖9中所示的算法，并在下文對該算法作進一步的描述(粗體字的文字是指程序源代碼所定義的變量)1、通過創(chuàng)建32位浮點圖像(im_expose)和8位(字節(jié))圖像(im_temp)來初始化程序。假設連接到PCVision卡的0信道的X射線成像系統(tǒng)被選作視頻源。
2、從X射線成像系統(tǒng)得到(快拍)單個的幀轉(zhuǎn)換為字節(jié)圖像，im_temp。
3、如果選擇灰度曝光類型則繼續(xù)到步驟4。如果選擇二進制閾值的曝光類型，則轉(zhuǎn)換當前幀im_temp為雙極(bi-level)(二進制)圖像。在im_temp中低于規(guī)定的閾值的象素值被設置為0(黑)，而高于該閾值的象素值則被設置為255(白)。
4、把當前幀im_temp增加到合成圖像im_expose中。32位浮點圖像被用于存儲合成的圖像，以避免溢出的問題。在一個象素一個象素的基礎上將im_temp圖像增加到im_expose圖像中。得到的圖像被乘以換算因子，在這種情況下?lián)Q算因子被設置等于1.0。
5、重復步驟2-4直到由Frames變量指定的規(guī)定數(shù)量的幀被合成。
6、最后，把32位浮點圖像im_expose轉(zhuǎn)換為8位字節(jié)圖像。為了在32位和8位圖像格式之間進行轉(zhuǎn)換，象素值被換算以映射為0到255的范圍內(nèi)的值。有三種方法可以來完成該換算a)通過將im_expose除以所合成的幀的數(shù)量。b)基于最小和最大象素值來自動進行以及c)通過增加偏移并乘以一換算因子。在后一種情況下，仍在0到255范圍之外的值被刪去。小于0的象素值被設置為等于0，而那些大于255的值被設置為值255。
7、以規(guī)定的名稱將最終的8位合成圖像保存為磁盤文件。
8、在主程序窗口中顯示該合成圖像。
合并合成圖像根據(jù)前面部分中所描述的算法而得到的合成圖像，包含分別來自樣本上的位置(χ1，γ1)和(χ2，γ2)的kα1和kα2衍射條紋。拼接(Tile)命令合并在延伸區(qū)域上的分布。(“拼接”還稱之為“縫合”(Stitch))為了理解拼接算法，我們必須定義坐標空間，用來描述圖像中象素的位置，以及圖像中感興趣的矩形區(qū)域(RROI)的位置和大小。定義將樣本上的空間坐標(χ，γ)映射為圖像或RROI中的象素坐標的轉(zhuǎn)換也是很重要的。
參考圖10，圖像的原點具有坐標(0，0)，其指的是圖像的左上角的象素。圖像的水平邊由X表示，圖像的垂直邊由Y表示。因此，主圖像的右下角的象素具有坐標(X，Y)。
RROI的原點具有相對于其母圖像的原點的坐標(x，y)。RROI的水平寬度由dx表示，RROI的垂直寬度由dy表示。因此，RROI的右下角的象素具有相對于其母圖像的坐標(x+dx，y+dy)。
圖10中所示為圖像的坐標和RROI的坐標兩者之間的關系。用于在圖像中在全局坐標(x，y)和RROI的坐標(x，y)兩者之間進行轉(zhuǎn)換的公式如下x＝(x-x0)/dxy＝(y-y0)/dy其中(x0，y0)是用全局坐標表示的原點，dx和dy是X射線成像照相機分別在x方向(水平方向)和y方向(垂直方向)的象素的尺寸。這里我們假設x方向和y方向的指向與圖像中的相同。用于圖像和RROI的兩者的象素坐標被設定為使得x軸坐標從左到右(水平方向)增加。y坐標從上至下(垂直方向)增加。
拼接命令所使用的算法在圖11中示出，在下文中對該算法做進一步的描述(粗體文字是指程序源代碼中所定義的變量)1、通過創(chuàng)建32位浮點圖像(im_tile)及該圖像中感興趣的矩形區(qū)域(RROI)(rroi_tile)來初始化程序。假定連接到PCVision卡的0信道的X射線成像系統(tǒng)被選作視頻源。
2、由用戶選擇的.ini文件，讀出原點(OriginX，OriginY)和分別以全局坐標由ScaleX和ScaleY設定尺寸、表示的水平和垂直象素。
3、從.ini文件中分別讀出位置(x，y)和由dx和dy表示的水平和垂直尺寸。這些值采用國際單位(典型為mm)。另外讀出與該全局位置相關聯(lián)的合成圖像文件的名稱。
4、創(chuàng)建一個臨時的8位圖像im_temp，并將在步驟3中得到的文件讀入到該圖像中。
5、在臨時圖像中創(chuàng)建RROI，rroi_temp。選擇rroi_temp的起始位置和尺寸以包括衍射條紋中的一個或者兩個。
6、在一個象素一個象素的基礎上從im_temp中減去一常值，該常值是遠離衍射條紋中任何一條的區(qū)域中平均象素值，即背景象素值。
7、依照等式1.1移動RROI rroi-tile。調(diào)整rrol.tile的尺寸使其與rroi-temp的尺寸相匹配。
9、將RROI，rroi_temp加到X射線物相照片RROI，rroi_tile上。32位浮點圖像被用來存儲物相照片以消除溢出的問題。在一個象素一個象素的基礎上將圖像rroi_temp加到圖像rroi_tile上。得到的圖像被乘以一換算因子，在這種情況下該換算因子被設置為等于1.0。
10、刪除臨時圖像，im_temp和RROI，rroi_temp。
11、重復步驟3-9直到用戶所選擇的.ini文件中的所有合成圖像都已經(jīng)處理過。
12、把32位浮點圖像im_tile轉(zhuǎn)換為8位字節(jié)圖像。為了在32位和8位圖像之間進行轉(zhuǎn)換，象素的值被換算為映射成數(shù)值范圍0到255。這種換算可以通過三種方式完成a)通過將im_expose除以所合成的幀的數(shù)量。b)基于最小和最大象素值自動地進行以及c)通過加上一個偏移并乘以一個換算因子。在后一種情況下，仍然超出0到255范圍的像素值被刪去。小于0的象素值被設置為等于0而大于255的象素值則被設置為值255。
13、用指定的名稱將最終的8位合成圖像存為磁盤文件。
14、刪除圖像im_tile及相關的RROI，rroi_tile。
15、最后，在主程序窗中顯示合成圖像。
曝光與拼接的實例圖12和圖13所示為使用上文所描述的曝光(Expose)和拼接(Tile)命令生成的選定的反射X射線物相照片。所有的物相照片已被反轉(zhuǎn)，以便易于與常規(guī)的X射線物相照片相比較。白色區(qū)域是衍射X射線較弱的區(qū)域，而黑色區(qū)域則是衍射X射線較強的區(qū)域。
圖12和圖13所示為使用kα1和kα2兩個衍射條紋產(chǎn)生的反射X射線物相照片。合成圖像以0.1mm的水平間隔被聚集，每個圖像中合成了250個幀(這與每個圖像大約12秒的獲取時間相對應)。使用0.28mm的象素尺寸代替額定值0.30mm，因為這將產(chǎn)生最清晰的物相照片。
當獲得了用于產(chǎn)生圖12中所示的物相照片的合成圖像時，樣本被精確地排列使得衍射條紋是垂直的。這并不是圖13中所示的合成圖像的那種情況。在這種情況中，我們能直接看出衍射條紋從垂直方向傾斜了幾度。這是由于相對于入射的x射線束，不正確地調(diào)整了樣本的傾斜(χ軸)。對平整的樣本來說，對準樣本使得衍射條紋垂直是較容易的。然而肉眼可見地彎曲或變形的樣本可能導致衍射條紋與垂直方向傾斜。如果確實是這種情況，則由于kα1和kα2輻射并不重疊，最終的物相照片將變得模糊或包含重影(ghost image)。圖13中所示為這種影響的有些人為的實例。該物相照片由kα1和kα2的衍射條紋共同生成，χ軸被調(diào)整以使得這些條紋偏離垂直方向幾度。
當然，為了從對準很差的或者肉眼可見彎曲的樣本中去除物相照片的模糊，可以通過實施金屬過濾器，僅使用kα1衍射條紋來生成物相照片，其中金屬過濾器阻擋了強度較小的成分。例如，金屬鎳用來去除在X射線發(fā)生器中使用銅靶所產(chǎn)生的輻射中的kβ成分。該過濾器將安裝在X射線發(fā)生器和龍蝦眼型光學元件之間。然而，在這其中我們將忽略掉可用強度的1/3，即在kα2衍射條紋中的所獲得的強度。此外，該過程并不能校正物相照片的幾何扭曲(傾斜)，這在圖13中也可以看得出。
kα1和kα2圖像相加為了使用所有可用強度來生成物相照片，而沒有任何模糊或幾何扭曲，我們建議對上述的基本的拼接算法作如下修改。
1、在定義每一個合成圖像中的RROI以便僅包括kα1衍射條紋的情況下，使用基本的拼接算法生成物相圖像。
2、重復步驟1，但是定義RROI以便僅包括kα2衍射條紋。
3、對步驟1和步驟2中生成的物相照片實行仿射(affine)轉(zhuǎn)換，以將kα1和kα2圖像映射在彼此的頂部。
4、將轉(zhuǎn)換后的kα1和kα2的物相照片加在一起。
這里仿射轉(zhuǎn)換是概括性的名稱，用于尚未具體規(guī)定的平移、旋轉(zhuǎn)和剪切圖像處理操作。
為了確定并校正衍射條紋與垂直方向傾斜的角α，建議下列簡單的方案。首先在合成圖像頂端和末端的百分之幾處定義兩個RROI。隨后將這些RROI投射到水平軸上，就是說象素值沿圖像中的水平線相加。在圖像頂端和圖像末端的最大象素值(通過將投射與峰值函數(shù)相配合以獲得子象素精度)的x位置可以適合于線性方程式(通過兩點的直線)來確定α。對所有包含最終物相照片的合成圖像重復這一過程。隨后，在執(zhí)行逐步的合成之前，通過另一個將α值校正為0的仿射轉(zhuǎn)換將對圖像進行剪切。
變型可以對上文的實施例做出變型。
可以使用除龍蝦眼型的光學元件以外的X射線光學元件，假設可以得到基本上平行的輸出。例如可以使用拋物線形鏡面或多層光學元件，特別是拋物線梯度變化多層元件，但是這些可能比龍蝦眼型光學元件更昂貴。
在光學元件任一面上的孔徑可以通過使用非梯度變化的多層板來延伸，或者通過使用諸如云母這樣的晶體反射器進一步延伸。
就目前來說30mm的寬度被認為是實際中龍蝦眼型的光學元件的限制。Microsource發(fā)生器可以在50mm的距離上提供總共為40-45mm的孔徑，所以如果可以制成更寬的光學元件，就可以使曝光成比例地減少。
與所描述的相比沒那么復雜精密的光學元件也能給出有用的、盡管是略差的性能。即使僅僅是兩塊板的龍蝦眼型的光學元件都能給出2.6x的增益，和對8″的板來說20-25分鐘的處理時間。
優(yōu)選使用MicrosourceX射線發(fā)生器有兩個原因。其一是，將光學元件放置在靠近X射線源的能力。另一個原因是，功率及源的尺寸可以被電子控制，以便根據(jù)測量的需要改變分辨率和通過量之間的權衡，而無需經(jīng)過機械改變。后一個因素還使得以相對低的分辨率掃描樣本以檢測具有一些差異的區(qū)域，隨后更詳細地檢查這些區(qū)域成為可能。
然而，本發(fā)明并沒有限定為使用Microsource發(fā)生器，其他的產(chǎn)生X射線的裝置也是可以使用的。
盡管是參照檢測硅中的滑移帶描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明對于其他材料，例如，在諸如CaF2的EUV光學材料中，以及SiC和III-V晶體中的缺陷檢測也是有用的。
在本發(fā)明的范圍之內(nèi)還可以對本發(fā)明做出其他的一些修改及改進。
權利要求
1.一種X射線形貌測繪系統(tǒng)，包括X射線發(fā)生器，用來產(chǎn)生被引導向一樣本位置的X射線的射束；以及檢測器，該檢測器被定位以接收由所述樣本位置處的樣本所偏轉(zhuǎn)的X射線，該檢測器包括具有對應于檢測器處的射束區(qū)域的象素陣列的電子X射線檢測器。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述射束具有最高達20毫弧度的散度。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的系統(tǒng)，包括置于所述X射線發(fā)生器和所述樣本位置之間的X射線光學元件，該X射線光學元件被配置以接收所述射束以及以基本上平行的射束來發(fā)射X射線。
4.根據(jù)在先權利要求中任何一個所述的系統(tǒng)，其中所述檢測器被定位以接收透射穿過所述樣本的被偏轉(zhuǎn)的X射線。
5.根據(jù)權利要求1至3任何一個所述的系統(tǒng)，其中所述檢測器被定位以接收從所述樣本反射的被偏轉(zhuǎn)的X射線。
6.根據(jù)在先權利要求中任何一個所述的系統(tǒng)，其中檢測器處的幾何放大率可通過調(diào)整樣本至檢測器的距離與源至樣本的距離之間的關系是進行調(diào)整。
7.根據(jù)在先權利要求中任何一個所述的系統(tǒng)，其中所述X射線發(fā)生器適于產(chǎn)生100μm或更小的源點尺寸，并具有距靶小于20mm的出射窗。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)的分辨率大約為15-100μm，優(yōu)選的是大約為25μm，并且所述檢測器被定位距離所述樣本位置5-30mm，優(yōu)選的是5-10mm。
9.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述X射線光學元件是包括多個平行的X射線反射板的龍蝦眼型光學元件。
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述板的厚度大約為150μm并且所述板被涂以金。
11.根據(jù)在先權利要求中任何一個所述的系統(tǒng)，其中所述檢測器為電荷耦合器件。
12.一種X射線形貌測繪設備，包括根據(jù)在先權利要求中任何一個所述的X射線形貌測繪系統(tǒng)，用于在系統(tǒng)和待檢查樣本之間產(chǎn)生相對的步進運動的步進裝置，其中步的大小是射束面積的函數(shù)，以及圖像處理裝置，用于在連續(xù)的步之間讀出所述檢測器的象素數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權利要求12所述的設備，其中所述步進裝置包括相對于所述X射線發(fā)生器和所述檢測器可移動的XY工作臺，以及被配置以在正交方向上使所述XY工作臺步進的一對伺服馬達。
14.根據(jù)權利要求12所述的設備，其中所述步進裝置包括芯棒傳送器件，該芯棒傳送裝置被配置以相對于所述X射線發(fā)生器和所述檢測器旋轉(zhuǎn)并軸向地平移一芯棒，以及被配置以使所述芯棒傳送器件在旋轉(zhuǎn)和平移方面步進的一對伺服馬達。
15.根據(jù)權利要求12至14中任何一個所述的設備，其中所述圖像處理裝置包括用于存儲從每一步輸出的像素數(shù)據(jù)的裝置，以及用于合并來自連續(xù)步的數(shù)據(jù)以形成合成圖像的裝置。
16.根據(jù)權利要求12至15中任何一個所述的設備，其中所述檢測器在光柵掃描中運行，并且所述每一步的圖像通過合成多個掃描幀而得到。
17.根據(jù)權利要求12至16中任何一個所述的設備，其中所述X射線的射束具有足夠的散度以在所述檢測器處產(chǎn)生圖像的重疊，其中所述圖像處理裝置可操作用于消除所述圖像重疊的影響。
全文摘要
一種X射線形貌測繪系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括X射線發(fā)生器用來產(chǎn)生X射線射束，并照射在樣本例如是硅晶片的有限的區(qū)域上。固態(tài)檢測器被設置以截斷在透射穿過樣本或者從樣本反射來的射束。該檢測器具有與射束區(qū)域相匹配的像素陣列以產(chǎn)生所述有限區(qū)域的數(shù)字圖像。在X射線發(fā)生器和樣本之間的相對步進運動產(chǎn)生一系列被合并在一起的數(shù)字圖像。在任選實施例中，置入一X射線光學元件以產(chǎn)生平行射束，以避免圖像重疊，或者通過軟件來消除圖像重疊的影響。
文檔編號G01N23/20GK1628245SQ02827902
公開日2005年6月15日 申請日期2002年12月6日 優(yōu)先權日2001年12月7日
發(fā)明者戴維·基思·鮑恩, 馬修·沃明頓, 拉吉斯拉夫·皮納, 彼得拉勒·佩什廷蓋爾 申請人:比德科學儀器有限公司