TWI518315B - 用於ｘ射線分析之方法及裝置 - Google Patents

Description

用於X射線分析之方法及裝置

本發明大致上係關於X射線分析，且具體言之係關於薄膜屬性的X射線量測。

X射線繞射測定法(XRD)是一種眾所周知的技術，其研究物質的結晶結構。在XRD中，一單色X射線光束輻射一樣本，且量測諸繞射峰之位置及強度。所繞射之輻射線之特性繞射角及強度取決於該所研究樣本之晶格平面及佔用該等平面的原子。對於一給定波長λ及晶格平面間距d，在X射線光束以滿足布拉格(Bragg)條件：nλ=2dsinθ的角度θ入射在一晶格平面上時，將觀察到繞射峰，其中n為散射級。滿足布拉格條件的角度θ稱為布拉格角。在晶格平面上由於應力、固溶體或其他影響而引起的失真導致XRD頻譜之可觀測變化。

此外，已使用XRD量測在半導體晶圓上產生的磊晶膜之特性。舉例而言，Bowen等人在「X射線的繞射及反射度量(X-Ray metrology by Diffraction and Reflectivity)」(Characterization and Metrology for ULSI Technology,2000年國際會議(美國物理研究所，2001))中描述一種使用高解析度XRD量測一SiGe結構中之鍺濃度之方法，其係以引用方式併入本文。

XRD亦可用於掠射以觀測一樣本表面上的結構。舉例而言，Goorsky等人在「(Grazing Incidence In-plane Diffraction Measurement of In-plane Mosaic with Microfocus X-ray Tubes)」(結晶研究技術37:7(2002)，第645頁-653頁)中描述使用掠射XRD分析一半導體晶圓上的磊晶層結構，其係以引用方式併入本文。該等作者應用該技術判定非常薄的表面及埋藏半導體層之面內晶格參數及晶格定向。

下文所描述的本發明之諸實施例提供增強高解析度XRD量測之敏感度及精確度之方法及系統。此等方法及系統尤其有助於量測磊晶薄膜層之特徵，但是其等亦可應用於分析其他類型的結晶結構。

因此根據本發明之一實施例提供一種分析方法，其包含將X射線之一會聚光束引導朝向具有第一結晶層及第二結晶層(該兩個層分別具有不同的結晶特性)之一樣本之一表面。感測自該樣本繞射之該等X射線，同時根據角度解析該等所檢測之X射線，以產生至少包含歸因於該第一層之一第一繞射峰及歸因於該第二層之一第二繞射峰之一第一繞射頻譜。將一光束阻斷器定位在該會聚光束中以阻斷含有該第一繞射峰之一角度範圍，且在該光束阻斷器係經定位在該會聚光束時感測自該樣本繞射的該等X射線，以便在該第一繞射峰至少部分被阻斷時產生包含至少該第二繞射峰之一第二繞射頻譜。分析至少該第二繞射頻譜以識別至少該第二層之一特性。

在一揭示實施例中，感測該等X射線包含配置一偵測器陣列，其具有經組態以同時捕獲且解析在仰角之一範圍中的X射線之元件，其中該範圍至少為2度。

通常該第二層係經磊晶沈積在該第一層上。在一揭示實施例中，該第一層包含一半導體基板(諸如，一矽晶圓)，該第二層包含一摻雜半導體(諸如，一SiGe磊晶層)。

在一實施例中，分析至少該第二繞射頻譜包含分析出現在該第二繞射頻譜中的該第一繞射峰附近之一條紋圖案。

定位該光束阻斷器可包含自動分析該第一繞射頻譜以識別該第一繞射峰之一角度範圍，及自動移動該阻斷器以覆蓋該所識別範圍。

在一些實施例中，X射線會聚光束具有一焦點，且感測該等X射線以產生該第一繞射頻譜包含將該樣本移出該焦點，以增大該第一繞射峰與該第二繞射峰之間的一間隔。定位該光束阻斷器包含在該樣本不在該焦點上時調整光束阻斷器之位置，且接下來將該樣本移至該焦點以產生該第二繞射頻譜。感測該等X射線以產生該第一繞射頻譜可包含將該樣本移出該焦點且以一非對稱繞射模式捕獲至少該第一繞射頻譜。

根據本發明之一實施例，亦提供一種分析方法，其包含將具有一焦點之X射線之一會聚光束引導朝向具有第一結晶層及第二結晶層之一樣本之一表面，其中該第一結晶層及該第二結晶層分別具有不同的結晶特性。感測自該樣本繞射之該等X射線且根據角度解析該等所感測X射線，以產生至少包含歸因於該第一層之一第一繞射峰及歸因於該第二層之一第二繞射峰之一繞射頻譜。將該樣本移出該焦點，以增大該繞射頻譜中之該第一及第二繞射峰之間的一間隔，且分析該繞射頻譜以識別至少該第二層之一特性。

在一些實施例中，會聚光束中之諸X射線在入射角之一範圍入射在該樣本上，且感測該等X射線包含以一非對稱模式偵測該等X射線，其中該等X射線係以不同於諸入射角之出射角自該樣本繞射。在一實施例中，該第二層係經磊晶沈積在該第一層上，且分析該繞射頻譜包含相對該第一層偵測該第二層之鬆弛。該等X射線之會聚光束入射在該樣本表面之一光點上，且該方法替代或額外包含定位一光束限制器以在鄰近該光點之一位置阻斷X射線之一部分，以減小該光點的尺寸。

在一揭示實施例中，移動該樣本包含根據該樣本離該焦點之一距離量測該間隔。分析該繞射頻譜可包含基於該間隔對於該樣本離該焦點之距離之一函數相關性計算該第二層中的摻雜物濃度。

根據本發明之一實施例，亦提供一分析方法，其包含引導X射線之一會聚光束在入射角之一範圍內入射在一樣本(其上形成有一磊晶層)之一表面上的一光點上。將一光束限制器定位在鄰近該光點之一位置阻斷X射線之一部分，以減小該光點之尺寸。以一非對稱模式感測自該光點繞射之X射線，其中該等X射線係以不同於該等入射角之出射角自該樣本繞射，同時根據角度解析所感測之該等X射線以產生一繞射頻譜。分析該繞射頻譜以識別該磊晶層之一特性。

在一所揭示實施例中，該光束限制器包含一刀口，該刀口被定位在該光點上方平行於該表面。或者，該光束限制器具有經組態以使該等X射線穿過之一孔，使得該光點之尺寸係由該孔之大小判定。

通常，入射角或出射角將屬於掠射角之範圍內。

根據本發明之一實施例，進一步提供一種分析方法，其包含將X射線之一會聚光束引導朝向形成有一磊晶層之一樣本的一表面。感測自該樣本繞射之該等X射線同時根據角度解析所感測之該等X射線，以產生包含一繞射峰及歸因於該磊晶層之條紋之一繞射頻譜。分析該等條紋之一特性以量測該磊晶層之一鬆弛。

在一所揭示實施例中，分析該特性包含估定該等條紋之一振幅，其中振幅減小指示鬆弛增大。

在一些實施例中，該樣本包含一結晶基板，且引導會聚光束包含在該會聚光束中定位一光束阻斷器以阻斷含有一基板繞射峰之角度範圍同時增強鄰近該所阻斷範圍之諸角處的條紋之偵測。

此外，根據本發明之一實施例提供一種分析方法，其包含將一第一波長之X射線之一會聚單色第一光束引導朝向一結晶樣本之一表面上的一焦點。在鄰近該第一光束及在該焦點之前之一位置阻斷一第二波長之不想要的第二光束。感測自該樣本繞射之該等X射線同時根據角度解析該等所感測X射線，以產生該樣本之一繞射頻譜。分析該繞射頻譜以識別該樣本之一特性。

在一所揭示實施例中，引導該第一光束包含使用亦產生該第二光束之一彎晶單色器聚焦一輸入X射線光束。

此外，根據本發明之一實施例提供一種分析方法，該方法包含引導X射線之一會聚光束朝向一結晶樣本之一表面上的一焦點。橫跨該會聚光束掃描一裂縫，以引起該光束中的該等X射線以超過該光束之一角度範圍的一系列入射角入射在該樣本上。針對該等入射角之各入射角，感測自該樣本繞射之該等X射線，同時根據出射角解析該等所感測X射線，以產生關於該等入射角之各者之繞射資料。在該角度範圍內組合關於該等入射角之繞射資料以自該樣本產生一繞射倒易空間圖。

此外，根據本發明之一實施例提供一種分析裝置，其包含一X射線源，該X射線源係經組態以將X射線之一會聚光束引導朝向具有第一結晶層及第二結晶層之一樣本之一表面，其中該第一結晶層及第二結晶層分別具有不同的結晶特性，藉此該等X射線自該樣本繞射，以產生至少包含歸因於該第一層之一第一繞射峰及歸因於該第二層之一第二繞射峰之一繞射頻譜。一偵測器總成係經組態以感測自該樣本繞射之該等X射線，同時根據角度解析所感測之該等X射線。一光束阻斷器係經組態以定位在該會聚光束中，以阻斷含有該第一繞射峰之角度範圍。一處理器係經耦合以接收且處理該偵測器總成之一輸出，同時阻斷含有該第一繞射峰之該角度範圍，以基於該繞射頻譜識別至少該第二層之一特性。

此外，根據本發明之一實施例提供一種分析裝置，其包含一X射線源，該X射線源係經組態以將X射線之一會聚光束引導朝向具有第一結晶層及第二結晶層之一樣本之一表面，其中第一結晶層及第二結晶層分別具有不同的結晶特性，藉此該等X射線自該樣本繞射以產生至少包含歸因於該第一層之一第一繞射峰及歸因於該第二層之一第二繞射峰之一繞射頻譜。一偵測器總成係經組態以感測自該樣本繞射之該等X射線，同時根據角度解析所感測之該等X射線。一運動器件係經組態以將該樣本移出該焦點以增大該繞射頻譜中之該第一繞射峰與第二繞射峰之間的間隔。一處理器係經耦合以接收且處理該偵測器總成之一輸出，同時將該樣本移出該焦點，以基於該繞射頻譜識別至少該第二層之一特性。

根據本發明之一實施例亦提供一種分析裝置，其包含一X射線源，該X射線源係經組態以引導X射線之一會聚光束在入射角範圍內入射在一樣本(其上形成有一磊晶層)之一表面上的一光點上，藉此該等X射線自該樣本繞射以產生一繞射頻譜。一光束限制器係經組態以在鄰近該光點之一位置阻斷該等X射線之一部分，以減小該光點之尺寸。一偵測器總成係經組態以感測以一非對稱模式自該光點繞射之該等X射線(其中該等X射線係以不同於該等入射角之出射角自該樣本繞射)，同時根據角度解析該等所感測X射線。一處理器係經耦合以接收且處理該偵測器總成之一輸出，以基於該繞射頻譜識別該磊晶層之一特性。

此外，根據本發明之一實施例，提供一種分析裝置，其包含一X射線源，該X射線源係經組態以將X射線之一會聚光束引導朝向一樣本(其上形成有一磊晶層)之一表面，藉此該等X射線自該樣本繞射以產生包含一繞射峰及歸因於該磊晶層之條紋之一繞射頻譜。一偵測器總成係經組態以感測自該樣本繞射之該等X射線，同時根據角度解析該等所感測之X射線。一處理器係經耦合以接收且處理該偵測器總成之一輸出，以基於該等條紋之一特性量測該磊晶層之一鬆弛。

根據本發明之一實施例進一步提供一種分析裝置，其包含一X射線源，該X射線源係經組態以將一第一波長的X射線之一會聚單色第一光束引導朝向一結晶樣本之一表面上的一焦點。一光束阻斷器係經組態得以定位，以在鄰近該第一光束且在該焦點之前的一位置阻斷一第二波長之一第二光束。一偵測器總成係經組態以感測自該樣本繞射之該等X射線同時根據角度解析該等所感測之X射線，以產生該結晶樣本之一繞射頻譜。一處理器係經耦合以接收且處理該繞射頻譜以識別該樣本之一特性。

此外，根據本發明之一實施例提供一種分析裝置，其包含一X射線源，該X射線源係經組態以將X射線之一會聚光束引導朝向一結晶樣本之一表面上的一焦點。一裂縫係經組態橫跨該會聚光束進行掃描，以引起該光束中的該等X射線以超過該光束之一角度範圍之一系列入射角入射在該樣本上。一偵測器總成係經組態以針對該等入射角之各者感測自該樣本繞射之該等X射線，同時根據出射角解析該等所感測之X射線，以產生關於該等入射角之各者之繞射資料。一處理器係經組態以組合關於超過該角度範圍之該等入射角之繞射資料，以自該樣本產生繞射的一倒易空間圖。

自結合諸圖式閱讀本發明之諸實施例的下文詳細描述之後，將更充分地理解本發明。

總覽

下文描述之本發明之諸實施例提供使用高解析度X射線繞射(HRXRD)分析結晶樣本之增強方法及系統。該等所揭示實施例提供增強的準確度來描述薄膜磊晶層，且因此尤其有助於測試及監測半導體器件的製造。然而，本發明之諸原理可類似應用於研究及描述其他種類的樣本。

在該等所揭示之實施例中，將X射線之一會聚光束引導朝向一樣本之一表面，該樣本通常包含多個結晶層(例如一矽基板，有一磊晶摻雜層諸如SiGe形成於該表面上)。通常包括一偵測器陣列之一偵測器總成感測自該樣本繞射之該等X射線，同時根據角度解析該等所感測之X射線。因此該感測器總成捕獲通常包含歸因於該等層之各者的各自繞射峰之一繞射頻譜及可能較弱特徵(諸如，一條紋圖案)。該等峰之間的間隔通常指示該等層之組成，諸如在SiGe層中的鍺摻雜物之濃度。該條紋圖案可提供關於結晶層結構之實體尺寸之資訊。

歸因於該等層之一者之繞射峰(諸如，由於樣本之基板而產生的峰)通常較強且可遮蔽或清除較弱特徵。因此，在一些實施例中，將一光束阻斷器引入會聚光束以阻斷含有較強繞射峰之角度範圍。所產生的繞射頻譜允許更準確地量測較弱特徵(諸如，上文所述之條紋圖案)。下文描述促進光束阻斷器之準確放置之方法。

磊晶層(其中一薄膜層之結晶結構與其下之基板(或其他層)不對齊)之鬆弛可造成含有此等層之半導體器件中之缺點。因此，重要的是偵測鬆弛且做出製程調整以降低隨後製造的晶圓中之鬆弛(若必需)。在本發明之一些實施例中，掠射角非對稱HRXRD係用來量測鬆弛。在另一實施例中，繞射頻譜中的諸條紋之振幅提供對鬆弛之一量測。通常，條紋振幅減小指示鬆弛增大。

通常定位X射線源及樣本以使X射線之會聚光束聚焦在該樣本之一光點上。然而，發明者已發現，在以一非對稱模式操作時將該樣本移出該焦點可增大繞射頻譜中的諸峰之間的間隔。(在非對稱模式下，該等X射線係以不同於諸入射角之出射角自該樣本繞射，而在對稱模式下，入射角與出射角相同)。因此，在一些實施例中，特意將該樣本定位在焦點之外，以允許更準確量測頻譜中的次要峰及其他較弱特徵。此外，可根據該樣本離該焦點之距離量測該等峰之間的相對位移以提供關於該樣本上的一磊晶層之有用資訊，諸如該層中一摻雜物的濃度。

此外或或者，在樣本不在焦點內且諸繞射峰相距較遠時，可準確定位一光束阻斷器以阻斷一強峰，諸如基板峰，其後可將該樣本移至焦點。

在非對稱模式下，X射線光束可以一掠射角入射在樣本上，或可以一掠射角偵測繞射X射線。本發明申請案之上下文中的術語「掠射角」是指靠近該樣本之表面之一角，通常在該表面之10°內。掠射角量測有助於偵測來自不平行於該樣本表面的結晶平面之繞射且可用於(例如)量測一磊晶層之鬆弛。然而，其等具有缺點：偵測繞射之光點區域被沿著光束軸拉長，且關於小的特徵所作出的繞射量測可能因此而失真。在本發明之一些實施例中，為緩和此問題，定位一光束限制器以在鄰近該樣本上的光點之一位置阻斷X射線之一部分。該光束限制器沿該光束軸方向減小該光點之尺寸，且因此可改良量測準確度。

系統描述

圖1為根據本發明之一實施例之用於一樣本22之HRXRD之一系統20之一示意性側視圖。在下文所描述之該等實施例中，將樣本22視為一矽晶圓，一磊晶層係沈積在該矽晶圓上，且系統20之諸HRXRD性能係用於分析該磊晶層之特性。然而，在替代實施例中，系統20可用於分析其他類型之結晶樣本。此外或或者，系統20可經組態以執行其他類型之X射線量測，諸如X射線反射測定法(XRR)量測、X射線螢光(XRF)量測及小角度X射線散射(SAXS)量測，其等係描述於(例如)美國專利第7,120,228號及第7,551,719號，其等揭示內容係以引用方式併入本文。

在系統20中，將樣本22安裝在允許準確調整該樣本之位置及定向之一運動器件(諸如一運動台24)上。或者或此外，該運動器件可相對該樣本移動且調整該系統之其他元件。一X射線源26將一會聚X射線光束30引導至樣本22之一光點32上。一般而言，調整源26及台24使得光束30之焦點係經準確定位於該樣本表面上之光點32處，但是在一些情形中(下文將更詳細描述)，可將該樣本高度(Z座標)移出該光束焦點。一偵測器總成36偵測自該樣本繞射之X射線之一發散光束34。

通常，源26包括一X射線管38及聚焦且單色化光束30之合適光學器件40。光束30通常對向至少2°，且可對向4°甚至更大角(取決於光學器件40)，以同時在一較大的角度範圍內輻射樣本22。光學器件40可包括(例如)一彎晶單色器，該彎晶單色器聚焦且單色化來自管38之一輸入光束。在此上下文中可能使用的X射線管及光學器件之進一步細節係描述於(例如)上述美國專利第7,120,228號及第7,551,719號以及美國專利第7,076,024號，其等之揭示內容係以引用方式併入本文。

偵測器總成36通常包括含多個偵測器元件之一偵測器陣列42(諸如一CCD陣列)，該偵測器陣列42係經組態以根據仰角θ解析光束34。此類型之偵測器總成亦描述於上述該等專利中。通常，與光束30之角度範圍相當，陣列42之角度範圍可為至少2°、4°或者更大。一光束阻斷器48及一光束限制器50(諸如一刀口)及/或其他光學元件可用於限制光束30及/或34且阻斷可能照射到陣列42且干擾繞射量測之不想要的散輻射。相對於阻斷器48垂直定向之另一光束阻斷器49係用來阻斷不想要的輻射波長。下文將更詳細描述使用此等元件來增強HRXRD量測。

源26及偵測器總成36之位置分別係由運動總成44及46控制。在圖1中所展示的簡圖中，該等運動總成包括彎曲軌道，該等彎曲軌道允許在適當的仰角(通常在有待分析之該等層之布拉格角附近)定位該源及偵測器總成。可替代使用其他合適的運動總成，此對於該等熟習此項技術者而言是顯而易見的。對於圖1中所展示之該實例而言，假設產生感興趣的繞射圖案之諸晶格平面大致上與樣本22之表面平行，使得光束30及光束34相對該表面而定義的該等入射角及出射角二者等於該布拉格角。(對諸如矽晶圓之半導體基板及此等基板上生長的磊晶層而言，此假設通常為真)。或者，如圖2中所展示，可將源26及偵測器總成36定位在不同的入射角及出射角，(例如)以量測自不平行於樣本22之表面之晶格平面之繞射。

在如上所述的一典型實施例中，台24係經組態以轉換樣本22之高度(Z座標)及屬於光點32內的該樣本上的X-Y定位，且相對於光束30旋轉該樣本之方位角Φ及入射角。(如圖1中所示，該X-Y平面為該樣本平面，且該Z軸垂直於該表面；θ為相對該Z軸之仰角；且Φ為繞該Z軸旋轉之方位角。)此外或或者，可藉由移動或者調整系統20之其他元件(諸如源及偵測器總成)來達成此等位置調整及角度調整。

一信號處理器52接收且分析總成36之輸出，以在一給定能量或一能量範圍下根據仰角θ量測自樣本22繞射之X射線光子通量之一頻譜54。通常，隨仰角變化的頻譜54展示以繞射效應(歸因於包含該樣本基板之表面層及下覆層)為特徵之一結構。處理器52使用下文描述之分析方法分析角譜以識別該樣本之一或多個該等層之特徵，諸如組成、晶格應變(或具有相同意義的鬆弛)及/或一給定層之傾斜角。

如上所述，可使用系統20之組件及此處所描述之諸技術提供其他類型之量測功能，諸如X射線反射測定法及散射量測。此外或或者，可將此等組件及技術整合為製造系統(諸如，製造半導體晶圓之系統)中的處理監測工具。舉例而言，在本發明之一替代實施例中(該等圖式中未展示)，系統20之元件與一半導體晶圓製造工具結合在一起提供原位檢查。通常，該製造工具包括此項技術中所知的一真空腔室，該真空腔室含有在一晶圓上產生薄膜之沈積裝置。此腔室具有X射線窗，諸X射線窗係描述於(例如)美國專利申請公開案第2001/0043668號，其之揭示內容係以引用方式併入本文。接下來X射線源總成26可經由該等窗之一者輻射該晶圓上的光點32，且偵測器總成36可透過另一窗接收散射的X射線。在另一替代實施例中，可將系統20組態為一叢集工具中的一站台，該站台與其他站台一起執行生產步驟。

圖2為根據本發明之一實施例之一替代非對稱組態之系統20之一示意性側視圖。在此情形下，運動總成44定位源26以以一掠射角(例如，中央光束軸與該樣本表面呈8°角)輻射樣本22。運動總成44將偵測器總成36定位在一大角(例如，79°)以捕獲來自不平行於該樣本表面的晶格平面之布拉格繞射。此組態有助於量測沿平行於該樣本表面之方向的晶格單元之間的間隔，且因此可用於估定諸磊晶層(如下文圖5A及圖5B中所繪示)之鬆弛。

在一替代實施例中(該等圖中未展示)，光束30可以一大角輻射該樣本表面，同時偵測器總成36係經定位以捕獲以掠射角自該樣本繞射之X射線。

藉由使用光束阻斷器增強解析

圖3A為HRXRD系統20之元件之一示意性圖示，其展示根據本發明之一實施例之光束阻斷器48之使用。在預設位置，該光束阻斷器縮回(如圖1中所示)且不衝擊於入射光束30。然而，在某些情況下，在該光束內阻斷一特定角度範圍是有利的。可如圖3A中所繪示般定位光束阻斷器48以阻斷該範圍之一上面部分，或者可替代定位其以阻斷一較低部分。繞射光束34中的對應角度範圍將類似地被隔斷或者至少衰減。該光束阻斷器之此應用有助於衰減該繞射頻譜之強烈分量，以減小繞射光束之動態範圍且促進可能被清除的較弱特徵之偵測。

圖3B為HRXRD系統20之元件之一示意性頂視圖，其展示根據本發明之一實施例之光束阻斷器49之使用。X射線管38通常發射可較近分隔的多個X射線波長，諸如Cu Ka1及Ka2波長。光學器件40(此圖中展示為一彎晶單色器)可能不能完全濾除附近的發射線。因此，在本實例中，當光束30包括Cu Ka1線時，光學器件40亦將來自管38之Cu Ka2線聚焦為一相鄰光束56。在系統20之一典型組態中，僅自光束30之焦點32輕微移動光束56之焦點少於1 mm，且在某些情形下少於0.2 mm。(出於清晰起見，在該圖中放大該等光束之間的間隔。)因此散射的Cu Ka2輻射可到達偵測器總成36且干擾HRXRD量測。

光束阻斷器49可用來緩和此問題。此光束阻斷器可包括(例如)定向在垂直(Z)方向之一金屬刀口。如圖3B中所示，調整該刀口以在該焦點之間若干毫米處之一位置阻斷光束56。在此位置較好地自光束30分離光束56，且因此光束阻斷器49因此不攔截該所需光束30。

圖4為一圖60，其示意性展示在根據本發明之一實施例之光束阻斷器48之不同位置截取的HRXRD頻譜。在該光束阻斷器自光束30移開時，一未阻斷頻譜62係由歸因於測試下的晶圓之矽基板之布拉格繞射的一基板峰64支配。在此實例中，一磊晶SiGe層已在該基板上形成，且頻譜62包含歸因於該SiGe層之布拉格繞射之一側峰66。(峰64與峰66之間的角距指示SiGe中鍺摻雜物的濃度。)然而，很難在頻譜62中看到峰64與峰66之間的中間角度區域中的一條紋結構70，這是因為來自峰64之輻射擴展到此區域。

為緩和此問題，一旦在頻譜62中確定峰64之位置，便定位光束阻斷器48以阻斷入射光束30中的對應角度範圍。該光束阻斷器係經準確定位以最小化對於含有條紋結構70之中間區域之阻斷。在圖4中的一所產生的阻斷頻譜68中，在較大程度上抑制峰64，且因此該條紋結構之解析度得以增強。此條紋結構之週期及振幅可提供關於該磊晶層之尺寸之有用資訊。

在一實施例中，處理器52基於頻譜62控制光束阻斷器48。該處理器分析該頻譜以找到峰64之位置及寬度。接下來該處理器計算該光束阻斷器之理想位置以衰減峰64且因此將一控制信號輸出至該光束阻斷器。該光束阻斷器通常包括一運動控制器件，諸如具有線性編碼器之一發動機，啟動該發動機以根據來自處理器52之信號定位該光束阻斷器。

儘管圖1及圖3A中繪示對稱繞射模式下的光束阻斷器48的使用，可出於相同目的以類似於圖2中所展示的該非對稱模式之方式使用該光束阻斷器。

磊晶層之鬆弛的量測

圖5A及圖5B分別為樣本72及樣本78之示意性截面圖，其中一磊晶層76係形成於一基板74上。層76可包括(例如)形成於一矽基板之上的一SiGe薄膜。添加鍺摻雜物使得層76中的晶胞77在體積上大於基板74之晶胞。(出於視覺清晰目的，在圖示中放大差異。)在樣本72中，層76為擬晶層，此意謂層76中的晶胞被壓縮以維持與層74之下覆單元對準。然而，在樣本78中，已將層76中的胞元77鬆弛為一立方組態且不再與該等下覆單元對準。可能由製造程序中不當設定而引起的此類鬆弛可造成由此晶圓製造的半導體器件具有缺陷。因此重要的是監測磊晶層之鬆弛且在偵測到鬆弛時適當調整該程序。

監測鬆弛之一方法為在非對稱模式下量測歸因於基板及目標層之繞射峰之相對位置的變化。可提供更準確結果的一替代方法為分析該繞射頻譜中的條紋結構。

圖6為示意性展示HRXRD頻譜80、82及84之一圖，該等頻譜繪示根據本發明之一實施例之條紋結構上的一磊晶層之鬆弛效應。該等頻譜係在對稱模式中取自在一矽基板上形成的SiGe層。已將歸因於該基板之諸強峰自此等頻譜中遮除，如上文所述。

頻譜80係取自一充分壓縮之SiGe層。角度約-0.55°與-0.85°之間的條紋清晰可見且具有100計數等級的一較大振幅。另一方面，在取自一充分鬆弛層(在該SiGe層之晶胞與該下覆矽之晶胞之間空間移動約6.6%)之所有頻譜84中無可見條紋。在頻譜82之中間實例中，略微鬆弛化該SiGe層(空間移動約3%)，且諸條紋為可見但是振幅大幅減小。

基於此等發現，處理器52可分析HRXRD頻譜中的條紋振幅以估計磊晶層之鬆弛程度。藉由一模型之頻譜的參數配適來提取該等條紋之振幅，且所產生的合適參數將給出層鬆弛度之一準確指示。該等條紋之週期指示該磊晶層之厚度。

增強非對稱模式下的偵測準確度

現在參考圖7及圖8，其等示意性繪示在根據本發明之一實施例之系統20中之非對稱模式HRXRD下光束限制器50之使用。圖7為樣本22之一放大俯視圖，其展示該樣本上由X射線光束30形成的光點32及該光點區域中光束限制器50的影響。圖8為繪示系統20之元件之一圖示，其展示將光束限制器50(在此實施例中為一可調整刀口)插入光束30以控制該樣本上的該光點區域。儘管圖8展示一組態(在該組態中，入射光束30以掠射角入射在樣本22上)，該光束限制器可類似應用於繞射光束以掠射角自該樣本射出之替代組態。由該光束限制器解決的該問題在此替代組態中不太嚴重，但是仍然期望可限制該光點之區域。

在圖7中，一磊晶層在樣本22之表面上形成為一小襯墊90。由於光束30之較低入射角，光點32延伸超過襯墊90且亦覆蓋未被該磊晶層覆蓋的該基板之一較大面積。光點32與襯墊90之間不匹配產生至少兩個不希望結果：

1)　相對於峰66及由磊晶層引起的其他頻譜結構，增強歸因於該基板之HRXRD頻譜中的強峰(圖4中峰64)；

2)　襯墊90相對於樣本22上的光點32之中心的位移將使該XRD頻譜中的層峰66及基板峰64之間的明顯角距失真。

為緩和此等問題，將光束限制器50插入光點32上的光束30。當一刀口用於(例如)光束限制時，將該刀口降低到樣本22之表面上方一較小距離處，以阻斷光束30之上面部分且亦阻斷由光束30之較低部分產生的繞射射線，如圖8中之小圖中所示。在一典型組態中，該刀口係經定位在該樣本表面上方約15 μm處，但是可使用更大或更小的距離，此取決於應用要求。由於該光束限制器，輻射光束的有效大小被減小，使得偵測器總成36僅自一減小的光點92接收繞射X射線。在此實例中，在Y方向(光束30至該樣本表面之投射軸方向)上減小光點92之大小，使得光點92幾乎完全落在襯墊90。因此，繞射頻譜中的層峰66之相對強度得以增強，且基板峰64與層峰66之間隔失真得以消除。

圖9為根據本發明之另一實施例之一光束限制器94之一示意性截面圖。在此實例中，該光束限制器可由(例如)具有圖中所示的一柱狀輪廓或任意其他合適輪廓之一金屬棒製成。穿過該棒之一孔96藉由幾何地限制允許光束34中之繞射X射線到達該偵測器總成之區域來減小光點32之有效大小。入射光束30以一掠射角(諸如8°)入射在光束限制器94下方的樣本22上，同時繞射光束34透過孔96以約79°角離開該樣本。該光束限制器直徑可能為大約0.4 mm，其具有一個直徑為大約40 μm之一孔，但是可使用更大或更小的孔，此取決於所需空間解析度。

光束限制器94可同樣用於非對稱掠射離開模式，其中以一較大角輻射樣本22且以掠射角偵測繞射光束。在此情形中，該光束限制器係放置在入射光束30中，使得入射X射線通過孔96，因此定義且限制X射線繞射的光點。

圖10為一圖，其示意性展示根據本發明之一實施例之樣本高度上的一HRXRD頻譜之相關性。此圖中資料點98對應於基板峰64與歸因於一SiGe磊晶層之層峰66(圖4中所示)之間的間隔，該間隔係在非對稱模式下根據該矽晶圓之高度(Z座標)而量測。將Z座標作為垂直該樣本表面之方向且受控於台24，如圖1及圖2中所示。改變Z座標使該樣本平面移出或移入入射光束30之焦點。然而，該光點之橫向(Y座標)位置在該晶圓上有效地保持為固定，以避免歸因於圖7所示及上文所述之該類光點位移而引起之峰距變化。在晶圓表面移出光束焦點(圖10中Z之較低值)時，峰64與峰66之間的明顯間隔增大。該增大與自該焦點(亦即，Z)之位移成線性關係，此係由適合該資料之一線100展示。

圖10中所繪示現象具有若干有用的應用。出於此等應用目的，可使用已知特性之一或多個樣本來校準線100之諸參數。例如，可使用具有諸磊晶層(具有不同之已知的摻雜物濃度及鬆弛度)之樣本來校準線之斜度及截距。接下來可針對測試下的一樣本量測不同樣本高度之HRXRD峰距，且可基於峰距之斜度(及可能為截距)而根據高度確定該等樣本特性(摻雜物濃度及磊晶層鬆弛)。或者，為量測摻雜物濃度，可首先在對稱模式(在該模式下，間隔對樣本高度不敏感)下量測峰距，接下來可使用在非對稱模式下峰距與高度之變化來量測鬆弛。

在另一實施例中，可在非對稱模式下將該樣本有意定位在入射光束30之焦點之外的一高度，以增大峰64及峰66之間的間隔。增大峰距有助於增強與一磊晶層相關聯之細節可見度，諸如峰之間的中間區域中的條紋結構70。

作為另一替代，在樣本22移出焦點時，該增大峰距可用來輔助光束阻斷器48(圖3A中所示)之放置。準確定位該光束阻斷器以阻斷該樣本之焦點外位置處的基板峰64，使得峰64完全被阻斷，同時最小化靠近該峰之頻譜結構之阻斷。接下來該樣本可移回焦點位置，同時使該光束阻斷器相對於入射光束30之位置保持不改變。可在處理器52控制之下，自動執行此程序。

倒易空間圖

圖11為根據本發明之另一實施例之用於HRXRD量測之一系統100之一示意性側視圖。在多數態樣中系統100類似於系統20，且圖11中所展示的特徵可視情況整合在系統20中。下文之描述因此將僅集中在系統100之用於產生一倒易空間圖(RSM)之特定元件及其等用於此用途之方法。RSM為通常在此項技術中所知的一技術，舉例而言，描述於Woitok及Karchenko所著的「Towards Fast Reciprocal Space Mapping」Advances in X-ray Analysis48，第165頁-第169頁(2005))，其以引用方式併入本文。然而，圖11中所展示的該實施例提供較高空間解析度(60 μm等級)及快速資料收集之優點。

在該實施例中，定向在X方向之一裂縫102限制會聚光束30在一較窄的角度範圍。一掃描機構104(諸如一精確機動化驅動器)橫跨光束30掃描該裂縫。因此，單獨取樣光束30之角度範圍內之一系列入射角之各者，而非如圖1之實施例中一次取樣整個範圍。對於各入射角，偵測器總成36根據由偵測器陣列42所接收的出射角之完整範圍中的角度而感測光束34中的繞射X射線強度。

以此方式，處理器52收集一個三維(3D)資料集，該資料集含有針對各入射角/出射角對量測之繞射強度。該處理器可將此等資料呈現為一3D圖，即一倒易空間圖。此類呈現有助於分析特定類型之複雜結晶結構(諸如在樣本22之表面幾何失真時)。

為清晰起見，儘管上文所描述之該等方法係具體相關於系統20之該等元件及一特定類型之矽晶圓樣本及磊晶層，此等方法之原理可類似應用於其他類型之樣本及其他HRXRD系統組態中。因此應瞭解，上文所描述之該等實施例係透過實例方式引用，且本發明不限於上文所示及所描述之特定事物。此外，本發明之範圍包含上文描述之各種特徵的組合及子組合，以及熟習此項技術者在閱讀先前描述之後聯想到的該等各種特徵之變更及修改及習知技術中未揭示的各種特徵。

20．．．系統

22．．．樣本

24．．．台

26．．．X射線源

30．．．光束

32．．．光點

34．．．解析光束

36．．．偵測器總成

38．．．X射線管

40．．．光學器件

42．．．偵測器陣列

44．．．運動總成

46．．．運動總成

48．．．光束阻斷器

49．．．光束阻斷器

50．．．光束限制器

52．．．處理器

54．．．頻譜

72．．．樣本

74．．．層

76．．．層

77．．．胞體

78．．．樣本

90．．．襯墊

94．．．光束限制器

96．．．孔

100．．．線路

102．．．裂縫

104．．．掃描機構

圖1為根據本發明之一實施例用於高解析度X射線繞射(HRXRD)量測的一系統之示意性側視圖；

圖2為根據本發明之一實施例之一替代組態之圖1的該系統之一示意性側視圖；

圖3A為一HRXRD系統之元件之一示意性圖示繪示，其展示根據本發明之一實施例之一光束阻斷器的使用；

圖3B為一HRXRD系統之元件之一示意性俯視圖，其展示根據本發明之另一實施例之一光束阻斷器之使用；

圖4為示意性展示根據本發明之一實施例取自一光束阻斷器之不同定位之HRXRD光譜之一圖；

圖5A及圖5B分別為擬晶式組態及鬆弛式組態之一基板上的一磊晶層之示意性剖面圖；

圖6為示意性展示在一磊晶層之不同鬆弛度下根據本發明之一實施例量測之HRXRD光譜之一圖；

圖7為展示根據本發明之一實施例之不同光束擴散情況下一樣本上之一X射線之入射的該樣本之一示意性俯視圖；

圖8為一HRXRD系統之元件之一示意性繪示圖，其展示使用一光束限制器來控制根據本發明之一實施例之光束擴散；

圖9為根據本發明之另一實施例之一光束限制器之一示意性截面圖；

圖10為示意性展示根據本發明之一實施例之基於樣本高度之一HRXRD頻譜之一特性相關性之一圖；及

圖11為根據本發明之另一實施例之用於進行HRXDR量測之一系統之一示意性側視圖。

20．．．系統

22．．．樣本

24．．．台

26．．．X射線源

30．．．光束

32．．．光點

34．．．解析光束

36．．．偵測器總成

38．．．X射線管

40．．．光學器件

42．．．偵測器陣列

44．．．運動總成

46．．．運動總成

48．．．光束阻斷器

49．．．光束阻斷器

50．．．光束限制器

52．．．處理器

54．．．頻譜

Claims (42)

1. 一種X射線分析方法，其包括：將X射線之一會聚(converging)光束引導朝向具有第一結晶層及第二結晶層之一樣本之一表面，其中該第一結晶層及該第二結晶層分別具有不同的結晶特性；感測自該樣本繞射之X射線且同時根據角度解析所感測之該等X射線，以產生包括至少歸因於該第一結晶層之一第一繞射峰及歸因於該第二結晶層之一第二繞射峰之一第一繞射頻譜；將一光束阻斷器定位在該會聚光束中以阻斷含有該第一繞射峰之一角度範圍；感測自該樣本繞射之X射線同時將該光束阻斷器定位在該會聚光束中，以便在該第一繞射峰至少部分被阻斷時產生包括至少該第二繞射峰之一第二繞射頻譜；及分析至少該第二繞射頻譜以識別至少該第二結晶層之一特性。
2. 如請求項1之方法，其中感測該等X射線包括部署一偵測器陣列，該偵測器陣列具有經組態以同時捕獲且解析在一仰角範圍中的該等X射線之元件。
3. 如請求項2之方法，其中該仰角範圍為至少2度。
4. 如請求項1之方法，其中該第二結晶層係經磊晶沈積在該第一結晶層上。
5. 如請求項4之方法，其中該第一結晶層包括一半導體基板，且該第二結晶層包括一摻雜半導體。
6. 如請求項5之方法，其中該半導體基板包括一矽晶圓，且該第二結晶層包括一SiGe磊晶層。
7. 如請求項1之方法，其中分析至少該第二繞射頻譜包括分析出現在該第二繞射頻譜中該第一繞射峰之鄰近處的一條紋圖案。
8. 如請求項1之方法，其中定位該光束阻斷器包括自動分析該第一繞射頻譜以識別該第一繞射峰之一角度範圍，且自動移動該阻斷器以覆蓋該所識別範圍。
9. 如請求項1之方法，其中該X射線會聚光束具有一焦點，且，其中感測該等X射線以產生該第一繞射頻譜包括將該樣本移出該焦點，以增大該第一繞射峰與該第二繞射峰之間的一間隔；及其中定位該光束阻斷器包括在該樣本不在該焦點時調整光束阻斷器之一位置，且接下來將該樣本移動到該焦點中以產生該第二繞射頻譜。
10. 如請求項9之方法，其中感測該等X射線以產生該第一繞射頻譜包括將該樣本移出該焦點且在一非對稱繞射模式下捕獲至少該第一繞射頻譜。
11. 如請求項1之方法，其中引導該會聚光束包括使用一單色器產生一第一波長的一單色第一光束，其中該第一光束會聚至該樣本上的一焦點，且其中該方法包括在鄰近該第一光束且在該焦點之前的一位置阻斷由該單色器產生的一第二波長的一第二光束。
12. 一種X射線分析方法，其包括：將具有一焦點之X射線之一會聚光束引導朝向具有第一結晶層及第二結晶層之一樣本之一表面，該第一結晶層與該第二結晶層分別具有不同的結晶特性；感測自該樣本繞射之該等X射線同時根據角度解析所感測之該等X射線，以產生包括至少歸因於該第一結晶層之一第一繞射峰及歸因於該第二結晶層之一第二繞射峰之一繞射頻譜；將該樣本移出該焦點以增大該繞射頻譜中的該第一繞射峰與該第二繞射峰之間的一間隔，其中移動該樣本包括根據該樣本離該焦點之一距離而量測該間隔；及分析該繞射頻譜以識別至少該第二結晶層之一特性。
13. 如請求項12之方法，其中該會聚光束中的該等X射線在一入射角範圍內入射在該樣本上，且其中感測該等X射線包括在一非對稱模式下偵測該等X射線，其中該等X射線係以不同於該等入射角之出射角自該樣本繞射。
14. 如請求項13之方法，其中該第二結晶層係經磊晶沈積在該第一結晶層上，且其中分析該繞射頻譜包括相對於該第一結晶層偵測該第二結晶層之一鬆弛。
15. 如請求項13之方法，其中該X射線會聚光束入射在該樣本表面上的一光點上，且其中該方法包括將一光束限制器定位在鄰近該光點之一位置以阻斷該等X射線之一部分來減小該光點之大小。
16. 如請求項12之方法，其中分析該繞射頻譜包括基於該間 隔對於該樣本距該焦點之該距離之一函數相關性計算該第二結晶層中的一摻雜物濃度。
17. 一種X射線分析方法，其包括：引導X射線之一會聚光束以在一入射角範圍內入射在一樣本之一表面上的一光點上，其中該樣本具有在其上形成的一磊晶層；在鄰近該光點之一位置定位一光束限制器以阻斷該等X射線之一部分以減小該光點之大小，其中該光束限制器具有經組態以使該等X射線穿過之一孔，使得該光點之尺寸係由該孔之大小確定；在一非對稱模式下感測自該光點繞射之該等X射線，其中該等X射線係以不同於該等入射角之出射(takeoff)角自該樣本繞射，同時根據出射角解析所感測之該等X射線以產生一繞射頻譜；及分析該繞射頻譜以識別該磊晶層之一特性。
18. 如請求項17之方法，其中該光束限制器包括一刀口，該刀口係經定位於該光點上方平行於該表面。
19. 如請求項17之方法，其中該等入射角屬於一掠射角範圍內。
20. 如請求項17之方法，其中該等出射角屬於一掠射角範圍內。
21. 一種X射線分析方法，其包括：將X射線之一會聚光束引導朝向一樣本之一表面，其中該樣本具有於其上形成的一磊晶層，其中該樣本包括 一結晶基板，該結晶基板繞射該等X射線以產生一基板繞射峰；感測自該樣本繞射的該等X射線同時根據角度解析所感測之該等X射線以產生包括一繞射峰及歸因於該磊晶層之條紋(fringes)之一繞射頻譜，其中引導該會聚光束包括將一光束阻斷器定位在該會聚光束中以阻斷該會聚光束中對應於該基板繞射峰之一角度範圍同時增強鄰近該所阻斷範圍之角度處的該等條紋的偵測；及分析該等條紋之一特性以量測該磊晶層之一鬆弛。
22. 如請求項21之方法，其中分析該特性包括估定該等條紋之一振幅，其中該振幅之減小指示鬆弛之增大。
23. 一種X射線分析方法，其包括：將X射線之一會聚光束引導朝向一結晶樣本之一表面上的一焦點；橫跨該會聚光束掃描一裂縫以使該光束中的該等X射線以該光束之一角度範圍中之一系列入射角入射在該樣本上；以該等入射角之各者，感測自該樣本繞射之該等X射線同時根據出射角解析所成測之該等X射線以產生關於該等入射角之各者之繞射資料；及組合關於該角度範圍中之該等入射角之該繞射資料以產生自該樣本之繞射之一倒易空間圖。
24. 一種X射線分析裝置，其包括： 一X射線源，其係經組態以引導X射線之一會聚光束朝向具有第一結晶層及第二結晶層之一樣本之一表面，其中該第一結晶層與該第二結晶層分別具有不同結晶特性，藉此該等X射線自該樣本繞射以產生至少包括歸因於該第一結晶層之一第一繞射峰及歸因於該第二結晶層之一第二繞射峰之一繞射頻譜；一偵測器總成，其係經組態以感測自該樣本繞射之該等X射線同時根據角度解析所感測之該等X射線；一光束阻斷器，其係經組態以定位在該會聚光束中以阻斷含有該第一繞射峰之一角度範圍；及一處理器，其係經耦合以接收且處理該偵測器總成之一輸出，同時阻斷含有該第一繞射峰之該角度範圍，以基於該繞射頻譜識別至少該第二結晶層之一特性，其中該光束阻斷器係經組態以進一步定位為不阻斷在該會聚光束中對應於該第一繞射峰之該角度範圍，且其中該處理器係經組態以分析該繞射頻譜，同時不阻斷在該會聚光束中對應於該第一繞射峰之該角度範圍以識別對應於該第一繞射峰之一角度範圍，且使該阻斷器之位置移動以覆蓋該所識別範圍。
25. 如請求項24之裝置，其中該偵測器總成包括一偵測器陣列，該偵測器陣列具有經組態以同時捕獲且解析在一仰角範圍中的該等X射線之元件。
26. 如請求項25之裝置，其中該仰角範圍為至少2度。
27. 如請求項24之裝置，其中該第二結晶層係磊晶沈積在該 第一結晶層上。
28. 如請求項27之裝置，其中該第一結晶層包括一半導體基板，且該第二結晶層包括一摻雜半導體。
29. 如請求項28之裝置，其中該半導體基板包括一矽晶圓，且該第二結晶層包括一SiGe磊晶層。
30. 如請求項24之裝置，其中該處理器係經組態以分析出現在該繞射頻譜中之該第一繞射峰之鄰近處之一條紋圖案。
31. 如請求項24之裝置，其中該X射線會聚光束具有一焦點，且其中該裝置包括一運動器件，該運動器件係經組態以將該樣本移出該焦點以增大該第一繞射峰與該第二繞射峰之間之一間隔，且其中該光束阻斷器係經組態以調整至其中該第一繞射峰被阻斷同時該樣本在該焦點外之一位置中，且在該樣本被移至該焦點中時保持在該位置以產生該繞射頻譜。
32. 如請求項31之裝置，其中該X射線源及該偵測器總成係可定位以便在一非對稱繞射模式下產生該繞射頻譜，且其中在該非對稱繞射模式下該第一繞射峰與該第二繞射峰之間的該間隔隨該樣本移出該焦點而增大。
33. 如請求項24之裝置，其中該X射線源包括一單色器，且其中該會聚光束包括由該單色器產生的一第一波長之一單色第一光束，其中該第一光束會聚至該樣本上之一焦點，且其中該裝置包括一進一步光束阻斷器，該光束阻斷器係經組態以在鄰近該第一光束且在該焦點之前之一 位置阻斷由該單色器產生的一第二波長之一第二光束。
34. 一種X射線分析裝置，其包括：一X射線源，其係經組態以將一X射線會聚光束引導朝向具有第一結晶層及第二結晶層之一樣本之一表面，其中該第一結晶層及該第二結晶層分別具有不同的結晶特性，藉此該等X射線自該樣本繞射以產生至少包括歸因於該第一結晶層之一第一繞射峰及歸因於該第二結晶層之一第二繞射峰之一繞射頻譜；一偵測器總成，其係經組態以感測自該樣本繞射之該等X射線同時根據角度解析所感測之該等X射線；一運動器件，其係經組態以將該樣本移出該焦點以增大該繞射頻譜中之該第一繞射峰與該第二繞射峰之間的一間隔；及一處理器，其係經耦合以接收且處理該偵測器總成之一輸出，同時將該樣本移出該焦點，其中該處理器係經組態以根據該樣本離該焦點之一距離而量測該第一繞射峰與該第二繞射峰之間的該間隔，以基於該繞射頻譜識別至少該第二結晶層之一特性。
35. 如請求項34之裝置，其中該會聚光束中的該等X射線在一入射角範圍內入射在該樣本上，且其中該X射線源及該偵測器總成係可定位以便在一非對稱繞射模式下產生該繞射頻譜，其中該等X射線係以不同於該等入射角之出射角自該樣本繞射，且其中該處理器係經組態以接收且分析該繞射頻譜，同時在非對稱繞射模式下將該樣本 移出該焦點。
36. 如請求項35之裝置，其中該第二結晶層係磊晶沈積在該第一結晶層上，且其中該處理器係經組態以基於該繞射頻譜量測該第二結晶層相對於該第一結晶層之一鬆弛。
37. 如請求項35之裝置，其中該X射線會聚光束入射在該樣本之該表面上之一光點上，且其中該裝置包括一光束限制器，其係可定位以在鄰近該光點之一位置阻斷該等X射線之一部分以減小該光點之尺寸。
38. 如請求項34之裝置，其中該處理器係經組態以基於該間隔對於該樣本離該焦點之該距離之一函數相關性計算該第二結晶層中的一摻雜物之一濃度。
39. 一種X射線分析裝置，其包括：一X射線源，其係經組態以引導X射線之一會聚光束在一入射角範圍內入射在一樣本之一表面上的一光點上，其中該樣本具有於其上形成的一磊晶層，藉此該等X射線自該樣本繞射以產生一繞射頻譜；一光束限制器，其係經組態以在鄰近該光點之一位置阻斷該等X射線之一部分以減小該光點之尺寸，其中該光束限制器具有經組態以使該等X射線通過之一孔，使得該光點之尺寸係由該孔之一大小確定；一偵測器總成，其係經組態以在一非對稱模式下感測自該光點繞射之該等X射線，其中該等X射線係以不同於該等入射角之出射角自該樣本繞射，同時根據角度解析所感測之該等X射線；及 一處理器，其係經耦合以接收且處理該偵測器總成之一輸出以基於該繞射頻譜識別該磊晶層之一特性。
40. 如請求項39之裝置，其中該光束限制器包括一刀口，其係經定位於該光點上方平行於該表面。
41. 如請求項39之裝置，其中該等入射角屬於一掠射角範圍內。
42. 如請求項39之裝置，其中該等出射角屬於一掠射角範圍內。