TW200815748A - Control of X-ray beam spot size - Google Patents
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Description
200815748 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明大體而言係關於分析工具,且明確地說係關於使 用X光之材料分析工具及方法。 【先前技術】 X光反射量測技術(XRR)為用於量測沈積在基板上之薄 膜層之厚度、密度及表面品質之熟知技術。X光反射量測 技術通常藉由用一 X光束以約為樣本材料之全外反射角之 掠入射(亦即,以相對於樣本之表面之小角)照射一樣本而 操作。一可包含一偵測器陣列之X光偵測器感測反射X 光。作為角之函數的自樣本所反射之X光強度之量測產生 一干涉條紋圖案,分析該圖案以確定負責產生該條紋圖案 之薄膜層之性質。XRR之例示性系統及方法係於美國專利 5,619,548、5,923,720、6,512,814、6,639,968 及 6,771,735 中加以描述,該等專利之揭示内容係以引用方式併入本文 中。 入射在樣本表面上的X光束之光點大小及角範圍影響 XRR量測結果之空間及角解析度。為了控制此等因素,例 如,美國專利6,639,968提供插在該X光束中之一動態刀刃 及遮光器。對於小入射角之量測,降低刀刃以非常靠近表 面,從而截斷該入射X光束且因此縮短該表面上的光點之 側向尺寸。(在本專利申請案之情況下及在申請專利範圍 中’在平行於該射束軸在表面上之投影的沿表面之方向中 的光點之尺寸以習知方式稱為側向尺寸,而垂直於射束轴 123623.doc 200815748 之方向中之尺寸稱為橫向尺寸。)對於使用動態遮光器之 同角置測’可升高刀刃以離開光徑,以允許使用χ光束之 王部強度。作為另一實例,美國專利6,771,735使用兩 個’’閘"阻斷X光束之特定部分。 揭示内容以引用方式併入本文中之美國專利6,895,075描 述一種組合XRR與小角X光散射量測(SAXS)之系統。該系 ‘ 統使用美國專利6,639,968之動態刀刃及遮光器來在垂直方 向(垂直於樣本之表面)中控制入射光束,並且使用一狹縫 ⑩ 來在水平方向中限制射束之橫向尺寸。據說最小狹缝寬度 為約 100 μπι。 以引用方式併入本文中之美國專利申請案公開案 2006/0062351描述另一種組合XRR與SAXS及X光繞射 (XRD)量測之多功能X光分析系統。在一實施例中,如此 公開案之圖5所示,刀刃係由圓柱形X光吸收材料(諸如金 屬線)製成。據說此配置允許刀刃之下邊緣極靠近該樣本 _ 之表面(位於表面之上大約3 μιη)置放,而沒有損害樣本之 危險。該線可精確地與該表面對齊且因此提供該表面之上 的一小間隙,該間隙之有效高度在所關心的整個角範圍 > (通常為上是均勻的。基於此實例,應瞭解,在本專 利申請案之情況下及在申請專利範圍中,術語”刀刃”係指 任何類型之直緣(未必非常鋒利),其靠近一樣本之表面定 位以在該刀刃與該表面之間產生此一間隙並阻斷該間隙之 外的X光。 【發明内容】 I23623.doc 200815748 本發明之實施例提供用於控制在一樣本之表面上之一目 標區域上的一輻射束之有效光點大小及角範圍之改良裝置 及方法。如本文中所用,術語,,有效光點大小"係指在樣本 之表面上的光點之大小,一偵測器自該光點接收散射輻射 (反射或其他方式)。 射束控制組件包含一射束阻斷 在一些實施例中
該射束阻斷器具有一可以極接近樣本之表面定位之下部側 面。該射束阻斷器含有通常垂直於該射束阻斷器之下部侧 面之前狹縫及後狹縫。該射束阻斷器經定位,使得該等狹 縫位於目標區域之相對侧上且界定一含有該目標區域之射 束平面。在此等實施例中之—些中,—射束限制器定位在 該射束平面(plain)内以便阻斷該平面之一部分。該射束限 制器具有-刀77’該刀刃橫穿該射束丨面且料突出到該 射束阻斷之下部侧面之下。該射束控制組件可用於各種 X光檢測技術(諸如上文定義之XRR、xrd&saxs)中。 +例而Q在典型情形下,該組件經定位,使得 ㈣束平面與—人射在樣本上之X光束對齊,且使得該刀 刃定位成鄰近該目標區域且平行於(但不碰觸)樣本之表 面在此、,且悲中,形成於該表面上之χ光光點之橫向尺寸 及該射束之橫向角分散受該等狹縫之寬度限制。光點之侧 向尺寸受該刀刀限制。(或者,在沒有該刀刃及/或具有用 ㈣制側向絲尺寸之其他構件之情町,該射束阻斷器 可單獨用於限制光點之橫向尺寸。) 光點大小因此可變得非當+, 吊】 在檢向方向中為大約幾微 123623.doc 200815748 米或更小。此外,該射束阻斷器可變得足夠寬,且可靠該 樣本表面足夠近地置放該射束阻斷器之下部側面,使得以 大於某最小角之角入射在該等狹縫區域外的樣本表面上之 所有X光照在該射束阻斷器上且因此防止該等X光到達 XRR债測器。(如先前技術中戶斤述,此最小角之下之X光可 單獨由一動態遮光器阻斷。)該射束控制組件之使用因此 利於樣本表面之X光分析,並具有比以其他方式可達成之 空間及角解析度精細得多的空間及角解析度。 在其他實施例中,射束之橫向分散未必使用上述類型之 射束阻斷器來控制。後面的此等實施例係基於發明者之發 現·用於^^焦局能輻射(諸如X光)之光學系統通常以作為 仰角之函數而改變的樣本上之焦點之橫向偏移為特徵。當 在一角範圍内照射樣本時,此偏移導致光點大小之實際增 加(如在此項技術中已知的XRR系統中)。 為克服此問題’在本發明之一些實施例中,控制射束以 便連續以許多不同仰角(或每一此等不同仰角附近的不同 角度子範圍)中之每一者入射在該目標區域上。對於該等 不同角中之每一者,確定射束之各別橫向偏移,且施用一 橫向校正至射束或樣本或兩者以補償各別偏移。藉由以此 方式最大化在不同仰角下樣本上之照射光點間之重疊,可 最小化光點之實際橫向分散。 因此,根據本發明之一實施例提供一種用於分析一樣本 之裝置,其包括: 一輻射源,其經組態以沿一射束轴導向一輻射束以入射 123623.doc 200815748 在該樣本之一表面上之一目標區域上; 一偵測器組件,其經組態以感測自該樣本散射之輕射;及 一射束控制組件,其包括一射束阻斷器,該射束阻斷器 具有一她連該樣本之該表面之下部侧面,且該射束阻斷器 含有垂直於該下部侧面之前狹缝及後狹縫,該前狹缝及該 後狹縫一起界定一含有該射束軸且穿過該目標區域之射束 平面,其中該前狹缝位於該輻射源與該目標區域之間,且 該後狹縫位於該目標區域與該偵測器組件之間。 在一揭示之實施例中,該輻射源經組態以產生射束,使 得該輻射在相對於該樣本之該表面的一仰角範圍内會聚在 該目標區域上’且該偵測器組件經組態以將散射輻射解析 為仰角之函數。通常,輻射包括X光,且該偵測器組件經 組態以偵測該等X光之反射光譜,該光譜表示在該目標區 域中的該樣本之該表面上之一薄膜之特徵。 通常’該射束阻斷器具有一在該前狹縫與該後狹縫間之 寬度’且该射束阻斷器經定位,使得該下部侧面與該樣本 之該表面分開一具有一給定高度之間隙,且選擇該寬度及 該高度以便防止自該輻射源以相對於該樣本之該表面大於 一給定角之仰角發射之輻射穿過該間隙併入射在該偵測器 組件上。在一實施例中,選擇該寬度及該高度以便滿足一 關係amind/z/其中amin為該給定角,办為高度,且π為寬 度。額外或替代地’該裝置包括一遮光器,該遮光器位於 該輻射源與该樣本之間且經定位以便阻斷自該輻射源以小 於該給定角之角眘射之輻射。 123623.doc •10- 200815748 在一些實施例中,該射束控制組件包括一射束限制器, 該射束限制器定位在該前狹縫與該後狹缝之間,橫穿該射 束平面,且該射束限制器包含一刀刃,該刀刃突出到該射 束阻斷器之下邛側面與樣本之間,鄰近且平行於該目標區 域中的該樣本之表面以便界定該樣本之表面與該刀刃之間 的一間隙並阻斷不穿過該間隙之射束部分。在一實施例 中,鄰近該目標區域的該刀刃之一下部侧面為圓形的,且 該間隙不大於3 μιη。額外或替代地,該射束限制器包括一 截斷該射束平面且包括該刀刃之中心部分,且該射束限制 器包括鄰近該樣本之表面的在該中心部分外的且遠離該刀 刃向上傾斜之外緣。 在一實施例中,該射束阻斷器包括一單塊材料,其具有 一貫穿該材料形成之縱向狹縫,該縱向狹縫包括前狹縫及 後狹縫。在另一實施例中,該射束阻斷器包括分別含有前 狹縫及後狹縫之分開的前阻斷器單元及後阻斷器單元。在 又一實施例中,該前狹縫及該後狹缝中之至少一者在一橫 穿該射束平面之方向中具有一具非均勻寬度之輪廊。 在一揭示之實施例中,該前狹縫及該後狹縫具有一橫穿 該射束軸之尺寸,其不大於50μηι且可不大於1〇μιη。 根據本發明之一實施例亦提供一種用於分析一樣本之方 法’其包括: 沿一射束軸導向一輻射束以照射在該樣本之一表面上之 一目標區域上; 在該射束中插入一含有前狹縫及後狹缝之射束阻斷器, 123623.doc -11 - 200815748 該前狹縫及該後狹缝一起界定一含有該射束軸且穿過該目 標區域之射束平面,使得該射束阻斷器之一下部側面毗連 該樣本之該表面且使得該輻射束在照射在該目標區域上之 前穿過該前狹縫,且在該射束平面内的自該樣本散射之輻 射穿過該後狹縫;及 感測在該輻射穿過該後狹縫之後自該樣本散射之輻射。 根據本發明之一實施例另外提供一種用於分析一樣本之 裝置,其包括: 一輻射源,其經組態以沿一射束軸導向一輻射束以照射 在該樣本之一表面上之一目標區域上; 一偵測器組件,其經組態以感測自該樣本散射之輻射;及 一射束控制組件,其插在該輻射源與該樣本之間以便將 照射在該樣本上之該射束約束至一在一橫穿該射束軸之方 向中不大於50 μιη之尺寸。 在一些實施例中,該尺寸不大於1〇 μιη。 根據本發明之一實施例進一步提供一種用於分析一樣本 之方法,其包括: 沿一射束軸導向一輻射束以照射在該樣本之一表面上之 目標區域上; 應用一射束控制組件以便將照射在該樣本上之該射束約 , 仏牙該射束轴之方向中不大於pm之尺寸;及 感測自該樣本散射之輻射。 而且,根據本發明之一實施例提供一種用於分析一樣本 之方法,其包括: 123623.doc -12- 200815748 沿一射束軸以複數個連續不同仰角中之每—者導向一輻 射束:照射在該樣本之一表面上之一目標區域上; 確疋對於該等不同角中之每一者的在-橫穿該射束軸之 方向中之該射束之-各別偏移; =該等不同仰角中之每—者導向該輻射束以照射在該 品域上之同時,施用一橫向校正至該射束及該樣本中 之至少一者以補償該各別偏移;及 在該射束以該等不同仰角中之每一者並經受該橫向校正 …射目“區域之同時,感測自該樣本散射之輻射。 =揭示之實施例中,導向該射束包括導向該輻射以在 二:T同仰角中之每一者的附近的各別角範圍内會聚 誃:目”域上’且感測該輻射包含將該散射輻射解析為 ^軌圍内之仰角之函數。通常,輻射包括X光,且解 二射輻射包括偵測該等X光之一反射光譜,該光譜表 :。以目標區域中的該樣本之該表面上之—薄膜之一特 在=實施财,導向該射束包括將—射束限制器定位 =與該樣本之間’及調整該射束限制器 射源以其他仰角發射之斷自該輪 限制哭^例中,定位該射束 :二括對於每一給定仰角,定位一遮光器以便阻斷自 4射源以小於該給定仰角之仰角中之任 射’及定位一射束削減器以 …之田 定仰角之仰角中之任一者發射之:射自*—於該給 123623.doc -13- 200815748 通常,射束以該等不同仰角照射在該目標區域内之各別 光點上,且施用該橫向校正包括選擇該橫向校正以便最大 化該等各別光點之__互4疊。在—揭示之實施财,該等 光點在δ亥検穿該射束軸之方向中具有一不大於5〇 之尺 寸。 通$,施用該橫向校正包括在平行於該樣本之表面之方 向中移動該射束及該樣本中之至少一者。 根據本發明之一實施例亦提供一種用於分析一樣本之裝 置,其包括: 一輻射源,其經組態以在一仰角範圍内將一輻射束導向 至該樣本之一表面上之一目標區域; 一偵測器組件,其經組態以感測自該樣本散射之輻射; 一射束限制器,其經組態以控制該射束,使得該輻射沿 一射束軸以該範圍内之複數個連續不同仰角中之每一者照 射在該目標區域上; 一運動組件,其經組態以在一橫穿該射束軸之方向中移 動該射束及該樣本中之至少一者;及 處理,其經麵接以記錄該等不同仰角中之每一者下 的在該橫穿該射束轴之方向中該射束之一各別偏移,並控 制該運動組件以便在該射束以該等不同仰角中之每一者照 射該目標區域之同時施用一橫向校正至該射束及該樣本中 之該至少一者以補償該各別偏移。 根據本發明之一實施例另外提供一種用於分析一樣本之 方法,其包括: 123623.doc -14- 200815748 輻射束以照射在該 沿一射束軸以複數個不同仰角導向 樣本之一表面上之一目標區域上; 之 確定對於該等不同角中之每一者 士“ *的在一横穿該射束軸 方向中的該射束之一各別偏移; 神 感測在該等連續不同仰角中之每一 輻射;及 母者下自該樣本散射之 在感測該等不同仰角中之每一者 ^ 母者下的輪射之同時,施用 一杈向校正至該射束及該樣本中之
门"&丄 者以補償該等不 同仰角中之每一者下的各別偏移。 本發明將自聯繫圖式之以頂細描述㈣更全 【實施方式】 ’ 圖1為根據本發明之一實施例之用於一樣本(諸如一半導 體晶圓22)之X光反射量測(XRR)之系統2G之示意說明圖。 系統20可用於(例如卜半導體製造設施中,用於在晶圓製 造過程之不同階段識別過程疵點及估計過程參數。樣本U 安裝在一安裝組件(諸如一運動台24)上,從而允許對樣本 之位置及定向之精確調整。一 χ光源26用又光之一會聚束 W照射樣本22上之一目標區域28。由一偵測器組件收集 自樣本散射之發散束29中之X光,偵測器組件3〇通常包含 一偵測器陣列32。可用於此組態中之χ光源及偵測器組件 之細節係於先前技術中引用之公開案中加以描述。 對於XRR量測,會聚束27以一通常在約0。至冬5。之入射 角耗圍内的掠射角照在區域28上,雖然可使用較大或較小 之範圍。在此組態中,偵測器組件30收集垂直方向中在一 123623.doc -15- 200815748 角範圍内的發散束29,作為約〇。與至少2。且通常多達3。之 間的仰角(φ)之函數。此範圍包括小於及大於樣本之全外 反射臨界角Φ。之角。(為了清楚地說明,誇示圖中所示之 角範圍,以及源26及偵測器組件30在樣本22之平面之上之 高度。在此圖中及在隨後之描述中,為便利及清楚起見, 任意選取樣本平面為χ_γ平面,其中γ轴平行於X光束軸在 該樣本表面上之投影。Z軸在垂直方向中、垂直於該樣本 平面。)
一動態射束控制組件36及遮光器組件38用於在垂直(z) 方向及水平(X)方向中限制χ光之入射光束27之角範圍。該 射束控制組件包含一刀刃單元39,該刀刃單元將參看隨後 圖式加以詳細描述。該刀刃單元及遮光器相對於樣本表面 之高度可視所進行之量測之類型及所關心的量測角之範圍 加以調整。 一信號處理器40接收並分析偵測器組件3〇之輸出,以便 確定為-給定能量下或—能量範圍内之角之函數的自樣本 22散射之Χ光光子之通量分布42。通常,樣本22在區域28 處具有-或多個薄表面層(諸如薄膜),且為角之函數的分 布42展現結構,該結構為歸因於外部層與層之間的界面 之干涉效應之特徼。虛理吳」π人> + 15 40刀析角分布之特徵以確定樣 本表_中之或多個層之特徵,且處理器4〇亦可充當 一系統控制器,以設定並 龙巧正具他糸統組件之位置及組 態。 在-些職應用(諸如對圖案化半導體晶圓上之薄媒層 123623.doc -16- 200815748 之測忒)中,需要使目標區域28中之χ光束之光點大小非常 小,至少在橫向(X)尺寸上為約卜1〇 μηι。藉由如此小的焦 點,連同運動台24之適當定位,可使入射χ光束之目標區 域與沿γ軸對齊的晶圓之均質區域(諸如晶粒之間的切割 道)重宜。均質”在此意義上意謂著晶圓之表面層及下伏薄 膜層中之母一者在焦點之區域上是均勻的。在此等條件 下,由於不均勻性之模糊效應減弱,分布42之角解析度增 強。樣本表面上之空間解析度當然亦增加。此等增強係借 助於如下文中所述之射束控制組件36之新穎設計而達成。 圖2 Α及圖2Β示意地展示根據本發明之一實施例之刀刃 單元39之細節。圖2A為仰視圖(自晶圓22之表面看),而圖 2B為側視圖。單元39包含一具有一縱向狹縫53之射束阻斷 器52 ’ 一射束限制器54裝配在該縱向狹缝中。該射束限制 器因此將狹缝53分為一前狹缝53a及一後狹縫53b,兩者共 同簡稱為狹縫53。該射束阻斷器及該射束限制器皆由金屬 或其他吸收X光之材料製成。舉例而言,該射束阻斷器及 該射束限制器可由具有鎳添加劑之碳化鶴製成。 通常,該射束限制器之位置(且詳言之,高度)可相對於 該射束阻斷器加以調整。或者,雖然為清楚起見,將該射 束阻斷器及該射束限制器描述為單獨單元,但其可替代地 自單塊材料一體地製造。更額外或替代地,雖然射束阻斷 器52在圖中展示為包含固體、單塊材料,但可使用其他構 造模式達成本文中所述及申請專利範圍中所敍述之結構及 功能特徵。參看圖3A-3C及圖4A及圖4B在下文中描述例示 123623.doc -17- 200815748 性替代實施例。 射束阻斷器52具有一界定一平面之下部側面5〇,其接近 曰曰圓22之表面且在晶圓22之表面上方距一短距離而定位。 雖然該下部侧面在圖中展示為包含一平行於該晶圓表面之 平坦整體表面’但其可替代地具有凹陷或其他表面變體。 在一些實施例中,該射束阻斷器之下部侧面可界定一,,虛 擬表面”,亦即,一由該射束阻斷器之接近該晶圓表面的 特欲界定之空間平面。圖3A-3C及圖4A及圖4B之替代實施 例具有此類下部侧面。 下部侧面50與晶圓22之表面之間的距離(圖2B中標記為 办)可為約10 μηι,雖然可視應用要求而使用較大或較小距 離。在轴向(Υ)方向中的射束阻斷器52之寬度(圖2Β中標記 為fF)通常比办大得多。狹缝53界定一射束平面,該射束平 面與γ_Ζ平面中之入射χ光束對齊且因此穿過目標區域28。 該狹縫通常寬約50 μιη,但亦可如所需要地窄(且技術可實 現)以限制橫向(X)方向中之射束分散。舉例而言,狹縫之 橫向尺寸可為10 μπι或更小以相應地限制樣本22上之乂光 光點之橫向尺寸。射束阻斷器52經定位,使得前狹縫53a 位於源26與目標區域28之間,而後狹缝53b位於該目標區 域與偵測器陣列32之間。因此,該狹縫内的γ·ζ平面中之χ 光(諸如光56)可在一仰角範圍内穿過狹縫53a,自射束限制 器54下的晶圓22之表面反射,且離開狹缝53b以照射在偵 測器陣列32上。 狹缝53外之χ光或者被射束阻斷器52之前側阻斷,或者 123623.doc -18- 200815748 牙透忒射束阻斷器之下部侧面與該晶圓之表面之間的間 隙。以一大於某一最小角amin之仰角照在晶圓表面上的後 一種光線(諸如光線58)將自該晶圓反射且接著照射在射束 阻斷器52之下部側面上,該等光線於該下部侧面被吸收。 對於一給定之酽及/z,可以看出可藉由遮光器 38之適當設定而阻斷以小於amin之角入射之光線。在一典 型XRR組態中,amin可設定為稍小於晶圓22之臨界角φ。(亦 即,amin=0.2°)。在此等條件下,由於;μιη,具有寬度 W25.73 mm之射束阻斷器將阻斷大體上所有大於之光 線。 或者’ amin可視應用要求而改變。舉例而言,阻斷器 可定位在晶圓22上方較高處,在此狀況下該定位不影響以 低角進行之量測。由於來自表面層之XRR信號傾向於在低 角度之任何狀況下較強,因此可能混合至來自所要量測區 域外之區域(諸如當沿切割道進行量測時,切割道外之區 域)的信號中之任何背景效應傾向於不明顯。狹縫53仍將 限制較高角之射束,在此狀況下,背景效應可能更成問 題。 射束限制器54係藉由單元39固持在一橫穿狹縫53之平面 中,從而至少阻斷該狹縫之下部部分。該射束限制器具有 一通常突出到射束阻斷器52之下部侧面之下之刀刃或 者,在一些應用中,該射束限制器可收回,使得該刀刃位 於該射束阻斷器之下部側面上方。為最小化晶圓22之表面 上的X光光點之側向(Y)尺寸,刀刀6〇可定位成極靠近該晶 123623.doc •19- 200815748 圓表面(例如,, 曰 在與該表面相距1-3 μηι之範圍内)。為了減 " 圓之可旎性並維持在晶圓上方刀刃之實際高度 ""。關“的整個角範圍(諸如0-4。)内為均勻的),邊緣 U為圓形的’如上述美國專利申請公開案2006/0062351 中所述舉例而言,邊緣60可包含-根具有適合直徑之鈕 $或者’ it緣60可藉由任何其他適合之過程製成,可包 3任何其他適合材料(諸如上述之鎢/碳/鎳材料),且可具 有此項技術中已知的任何其他適合形狀。 現參看圖3A至圖3C,該等圖示意地說明一根據本發明 之另一實施例之射束控制組件7〇。可使用組件7〇替代圖i 之系統中之射束控制組件39。圖3A為組件7〇之仰視圖(自 晶圓22沿Z軸向上看),而圖3B及圖3c為分別沿圖3A中之 線IIIB-IIIB及IIIC-IIIC截取之橫截面圖。 組件70之操作原理類似於組件39之操作原理,且在該等 圖中,類似元件以相同數字標記。然而,在組件7〇中,前 阻斷器單元72及後阻斷器單元74替代射束阻斷器52。該等 阻斷器單元具有各自的前狹縫及後狹縫76及78,其實現狹 缝53 a及53b之作用。通常,阻斷器單元72及74在一座架中 被對齊並固持在一起,該座架將該等單元相對於晶圓22上 下移動。該兩個阻斷器單元之下邊緣在此狀況下成為射束 阻斷器之下部侧面,且界定一以高度々定位在晶圓上方之 表面。或者,該兩個阻斷器單元可個別地加以調整。 一射束限制器80定位在阻斷器單元72與74之間,橫穿狹 縫76及78之平面且阻斷此平面中之輻射之至少部分。通 123623.doc -20- 200815748 常,該射束限制器之邊緣60係極接近晶圓22之表面定位, 在由該等阻斷器單元之下邊緣界定之下部表面之下。或 者,射束限制器80可收回至一較高位置。 如圖3C所示,射束限制器80可比狹缝76及78寬得多。此 類寬射束限制器有助於減少可能在該射束阻斷器單元之下 散射並照在偵測器陣列32上之雜散輻射之量。另一方面, 寬射束限制器在平行於且極靠近該晶圓表面地定位邊緣6〇 時可產生困難,詳言之是因為該晶圓表面可能不完全平 坦。為了消弭此等難題,邊緣60可僅形成於射束限制器8〇 之中心部分中,而外緣82稍微向上傾斜,如圖所示。雖然 為視覺清楚起見’外緣82在圖3C中相對於邊緣60急劇傾 斜’但實際上,該等外緣可向上傾斜小得多的角(約〇1。至 η。 圖4 Α及圖4 Β不思地說明一根據本發明之又一實施例之 射束控制組件90。可使用組件90替代圖1之系統中之組件 39,且再次以相同數字指示類似特徵。圖4A為組件9〇之仰 視圖,而圖4B為侧視圖。 組件90包含一射束阻斷器92,其具有一穿過其之狹缝 94。如在射束阻斷器39中,狹縫94被射束限制器54分為前 狹缝94a及後狹縫94b。如圖4A所示,狹缝94a及94b具有在 X方向中具非均勻寬度之輪廓,並且相對較寬之外末端位 於該射束阻斷|§之别表面及後表面,且中心有一窄腰部。 在此實例中,該等狹缝輪廓為三角形的,雖然可類似使用 其他非均勻輪廓。由於會聚束27可在X方向中會聚(連同圖 123623.doc -21- 200815748 1所示之z方向會聚),因此該等三角形狹縫可在增加入射 在目標區域28上及反射至偵測器陣列32上之射束功率之量 方面有用。 如圖4B所示,射束阻斷器92之下部側面並不平坦,而是 凹陷的,以便於與晶圓22之表面對齊。下部表面(以高度厶 位於該晶圓表面上方)在此狀況下係由前下邊緣96及後下 邊緣98界定。射束阻斷器92之形狀(以及以上展示的其他 射束阻斷器及射束限制器之形狀)僅以舉例的目的提出, 且熟習此項技術者易瞭解可用於實現類似效應之替代形狀 且認為該等替代形狀在本發明之範疇内。 圖5為根據本發明之一實施例之作為仰角之函數的射束 偏移之示意曲線圖。為了產生此曲線圖,來自源26(圖丨)之 射束照射一測試表面,且偵測器組件30量測作為仰角之函 數的所反射射束之強度。當逐漸在X方向中跨過該入射射 束移動一垂直刀刃(圖中未圖示)時,監視由偵測器組件32 之每一元件所輸出之信號之強度。認為來自一給定债測器 元件之信號降至其原始強度一半時的該刀刃之又座標為相 應仰角的該入射射束之中心。因此,處理器4〇能夠對於不 同仰角確定由射束27形成於目標區域28中之光點之中心的 橫向(X方向)偏移。 若X光源26係光學理想的,則不管仰角如何,射束中心 將具有相同X座標。然而’可在圖5中看出,隨著仰角自〇。 增加至4°,射束中心總共移動約25 μιη。此位移顯然歸因 於用於將射束27聚焦至目標區域28上的X光光學元件中之 123623.doc -22· 200815748 像差。(然而,可不管位移之起因而使用在下文中加以描 述的用於校正位移之方法。)該移動(若不受控制)會實際上 將光點以該位移之總量分散在目標區域28上。換言之,若 單仰角下的焦點之棱向大小為40-50 μιη,則〇。與4。之門 的角範圍内之有效光點大小將大致為65_75 μιη。系統Μ之 偵測解析度因此降級。
圖6A-6C為根據本發明之一實施例的可用於解決此問題 之射束限制器及運動控制組件之元件的示意侧視圖。此實 施例中之射束限制器包含一遮光器1〇〇及一射束削減= 102,其在構造及操作上可類似於上述遮光器。或者,= 熟習此項技術者易瞭解的,可使用其他類型之射束限制設 備達成此射束限制器之目的。 & 在圖6A-6C之每一者中,調整遮光器1〇〇及削減器ι〇2以 允許在射束27内的一不同仰角範圍内之輻射進入,同時阻 斷該範圍外之角度之輻射。因此,舉例而言,圖6八展示一 調整組態,其中允許在01。之間的範圍内之輻射照射在 目標區域28上’而圖6B及圖6C之調整組態分別允許在^。 範圍内及在在2-3。範圍内之輻射照射。(為視覺清楚起見, 在此等圖中誇示該等角度)。或者,可控制該射束限制器 以允許較少或較多數目之不同範圍内之輻射進人,該等範 圍可大於或小於上文所列之該等範圍。 處理器40(圖〇步進調整(_)射束限制器經過連續不同 仰角。對於每-範圍,該處判確定與相觸束軸之仰角 相關聯的橫向射束偏移之值。通常制—校準程序(諸如 123623.doc -23- 200815748
以上參看圖5所述之校準程序)將此等偏移值預先製成表 格。該處理器可使用(例如)在每一範圍之中心量測的偏移 值,或該處理器可替代地使用每—範圍上之偏移之平均 值。該處理器接著驅動一運動組件(諸力平移台2句以施用 一精確補償該偏移之橫向校正至晶圓22之位置。換言之, 參看圖5所示之校準資料,例如,對於圖从之^丨。^圍中 之XRR量測,該處理器將驅動台24相對於一零參考位置在 X方向中移動-5 μηι。對於圖印之1-2。範圍中之量測,該處 理器就將驅動該台相對於該零參考位置移動+3 pm,諸如 此類。或者,替代移動晶圓22或除移動晶圓22外,該運動 組件可移動該X光源以補償該偏移。 作為此校準及校正程序之結果,由射束27以不同仰角形 成於目標區域28中之光點之互重疊將最大化。因此,實際 橫向光點大小將限於一靠近χ光光學元件之聚焦極限之 值,而無仰角相依之像差。 或者’可使用其他構件限制仰角之範圍,在該範圍内感 測反射之輻射。舉例而言,在一實施例(圖中未圖示)中, 定位射束限制器以便將射束29而非圖中所示之射束27限於 所要角範圍。作為另一替代實施例,可藉由連續選擇偵測 器陣列3 2之不同元件或偵測器陣列3 2之元件群組、同時適 當調整該橫向校正來限制仰角之範圍。 雖然系統20之特徵係於上文中特定參考xrr加以描述, 但本發明之原理且詳言之以上展示之射束控制組件之原理 可類似地應用於χ光分析之其他區域(諸如SAXS及XRD) 123623.doc -24- 200815748 中°此外’此等原理並不限於χ光領域,而是可應用於使 用以角度照射在一樣本上的其他波長範圍中之電磁輻射 (諸如伽瑪_射)以及粒子束照射的分析法中。因此應瞭 解,上述實施例以舉例的目的加以引用,且本發明並不限 於上文中所特定展示及描述之内容。實情為,本發明之範 可包括上述各種特徵之組合及子組合,以及熟習此項技術 者在閱讀前述描述可想起且先前技術中未揭示的上述各種 特徵之變體及修改。 【圖式簡單說明】 圖1為一根據本發明之一實施例之XRR系統之示意側視 圖, 圖2A及圖2B為一根據本發明之一實施例之射束控制組 件之分別的示意仰視圖及侧視圖; 圖3 A為一根據本發明之另一實施例之射束控制組件之示 意仰視圖; 圖3B及圖3C分別為沿圖3A中之線ΠΙΒ-ΙΙΙΒ及IIIC-IIIC截 取的圖3 A之射束控制組件之示意橫截面圖; 圖4 A及圖4B為一根據本發明之又一實施例之射束控制 組件之分別的示意仰視圖及侧視圖; 圖5為為仰角之函數的橫向射束偏移之示意曲線圖;且 圖6A至圖6C為根據本發明之一實施例之處於三種不同 角設置之射束限制器之示意側視圖。 【主要元件符號說明】 2〇 系統 123623.doc -25· 200815748
22 半導體晶圓/樣本 24 運動台 26 X光源 27 會聚束 28 目標區域 29 發散束 30 偵測器組件 32 偵測器陣列 36 射束控制組件 38 遮光器組件 39 刀刃單元/射束阻斷器 40 處理器 42 X光光子之通量分布 50 下部侧面 52 射束阻斷器 53a 前狹缝 53b 後狹縫 54 射束限制器 56 光線 58 光線 60 刀刃 70 射束控制組件 72 前阻斷器單元 74 後阻斷器單元 123623.doc •26- 200815748
76 78 80 82 90 92 94a 94b 98 100 102 前狹缝 後狹縫 射束限制器 外緣 射束控制組件 射束阻斷器 前狹缝 後狹縫 前下邊緣 後下邊緣 遮光器 射束削減器 123623.doc -27-
Claims (1)
- 200815748 十、申請專利範圍: 1. 一種用於分析一樣本之裝置,其包含: 一輻射源’其經組態以沿一射束站 句一輕射走以日g 射在該樣本之一表面上之一目標區域上· …、 一偵測器組件,其經組態以感測 射;及 自该樣本散射之輕 一射束控制組件,其包含一射束 _ 丨爵該射束阻斷 域之射束平面’其中該前狹縫位於該輻射源與該目標區 域之間,且該後狹缝位於該目標區域與該偵測器組件之 間。 ' 器具有一毗連該樣本之該表面之下部侧面,且該射束阻 斷器含有垂直於該下部侧面的前狹縫及後狹縫:該前: 縫及該後狹縫-起界定-含有該射束轴且穿過該目標區 2·如請求項1之裝置,其中該輻射源經組態以產生該射 束,使得該輻射在相對於該樣本之該表面的一仰角範圍 内會聚在該目標區域上,且其中該偵測器組件經組態以 將該散射輻射解析為仰角之一函數。 3·如睛求項2之裝置,其中該輻射包含χ光,且其中該偵測 器組件經組態以偵測該等又光之一反射光譜,該反射光 譜表示在該目標區域中的該樣本之該表面上之一薄膜之 一特徵。 4·如清求項1之裝置,其中該射束阻斷器具有一在該前狹 缝與該後狹縫之間的寬度,且該射束阻斷器經定位,使 得該下部側面與該樣本之該表面分開一具有一給定高度 123623.doc 200815748 之間隙,且其中選擇該寬度及該高度以便防止自該輻射 源以相對於該樣本之該表面大於一給定角之仰角發射之 轎射穿過該間隙並照射在該偵測器組件上。 5·如請求項4之裝置,其中選擇該寬度及該高度以便滿足 一關係amind/z/『,其中amin為該給定角,办為該高度, 且fT為該寬度。6_如請求項4之裝置,其包含一遮光器,該遮光器位於該 輻射源與該樣本之間且經定位以便阻斷自該輻射源以該 給疋角以下之角度發射之輻射。 7·如請求項1之裝置,其中該射束控制組件包含一射束限 制器,該射束限制器定位在該前狹縫與該後狹縫之間並 橫穿該射束平面,且該射束限制器包含一刀刃,該刀刃 突出到該射束阻斷器之該下部側面與該樣本之間,鄰近 且平行於該目標區域中的該樣本之該表面以便界定該樣 本之忒表面與該刀刃之間的一間隙並阻斷該射束之不穿 過該間隙之一部分。 8·如請求項7之裝置,其中鄰近該目標區域的該刀刀之一 下部側面為圓形的。 9·如請求項7之裝置,其中該間隙不大於3叫。 如哨求項7之裝置’其中該射束限制器包含—中心部 分,該中心部分截斷該射束平面且包含該刀刀,且該射 f限制器包含鄰近該樣本之該表面並在該中心、部分外且 遠離該刀刀向上傾斜之外緣。 喷求項1之裝置,其中該射束阻斷器包含_單塊材 123623.doc 200815748 料,其具有一貫穿該材料形成之縱向狹縫,該縱向狹缝 包含該前狹缝及該後狹縫。 12·如請求項丨之裝置,其中該射束阻斷器包含分開的前阻 斷器單元及後阻斷器單元,該等阻斷器單元分別含有該 前狹縫及該後狹縫。 13.如請求項1之裝置,其中該前狹縫及該後狹縫中之至少 一者在一橫穿該射束平面之方向中具有一具非均勻寬度 之輪廓。 14·如明求項1之裝置,其中·該前狹縫及該後狹縫具有一橫 穿該射束軸之不大於5〇只^之尺寸。 15·如請求項1〇之裝置,其中該等狹縫之該尺寸不大於ι〇 μηι 〇 16· —種用於分析一樣本之方法,其包含: 沿一射束軸導向一輻射束以照射在該樣本之一表面上 之’目標區域上; 在該射束中插入一含有前狹縫及後狹缝之射束阻斷 器,该則狹縫及該後狹縫一起界定一含有該射束軸且穿 過該目標區域之射束平面,使得該射束阻斷器之一下部 側面毗連該樣本之該表面且使得該輻射束在照射在該目 標區域上之前穿過該前狹縫,且在該射束平面内自該樣 本散射之輻射穿過該後狹縫;及 感測在該輻射穿過該後狹縫之後自該樣本散射之輻 射。 17·如明求項16之方法,其中導向該輻射,使得該輻射在相 123623.doc 200815748 對於該樣本之該表面的一仰角範圍内會聚在該目標區域 上,且其中感測該輻射包含將該散射輻射解析為仰角之 一函數。 18.如明求項17之方法,其中該輻射包含X光,且其中解析 該散射輻射包含偵測該等χ光之一反射光譜,該光譜表 不在該目標區域中的該樣本之該表面上之一薄膜之一特19·如請求項16之方法,其中該射束阻斷器具有_在該前狹 縫與該後狹縫之間的1度,Μ中插入該射束阻斷器包 含疋位該射束阻斷器使得該下部側面與該樣本之該表面 分開一具有一給定高度之間隙,及選擇該寬度及該高度 以便防止自該輻射源以相對於該樣本之該表面大於一給 定角之仰角發射之輻射穿過該間隙。 … 20.如請求項19之方法,其中選擇該寬度及該高度以便滿足 一關係ctmind/z/fF,其中%^為該給定角,办為該高度, 且酽為該寬度。 又 遮光器定 源以該給 21·如請求項20之方法,其中導向該射束包含將一 位在一輻射源與該樣本之間以便阻斷自該輻射 疋角以下之角度發射之輻射。 22.如:求項!6:方法’其包含將一包含一刀刀之射束限制 器定位在該前狹縫與該後狹縫之間並橫穿該射束平面, 以使得該刀刃突出到該射束阻斷器之該下部側面與該樣 本之間,平行於該樣本之該表面且鄰近該目標區域以便 界定該表面與該刀刀之間的一間隙並阻斷該射束之不穿 123623.doc -4- 200815748 過該間隙之一部分。 3·如明求項22之方法,其中鄰近該目標區域的該刀刃之一 下部侧面為圓形的。 24·如睛求項22之方法,其μπι。 ^ ^求項16之方法’其中該前狹縫及該後狹縫具有一橫 穿該射束軸之不大於50 μηι之尺寸。 26·如請求項25之方法,其中該等狹縫之該尺寸不大於 10 μηι 〇 27· —種用於分析一樣本之裝置,其包含: -輻射源,其經組態以沿一射束轴導向一輕射束以照 射在該樣本之一表面上之一目標區域上; 一偵測器組件,其經組態以感測自該樣本散射之輻 射;及一射束控制組件,其插入在該輻射源與該樣本之間以 便將照射在該樣本上之該射束约束至一在一橫穿該射束 軸之方向中不大於5〇 尺寸。 28·如請求項27之裝置,其中該尺寸不大於1〇μιη。 29· —種用於分析一樣本之方法,其包含·· 沿一射束軸導向一輻射束以照射在該樣本之一表面上 之一目標區域上; 應用一射束控制組件以便將照射在該樣本上之該射束 約束至一在一橫穿該射束軸之方向中不大於5〇 之尺 寸;及 感測自該樣本散射之輻射。 123623.doc -5- 200815748 孤如請求項29之方法,其中該尺寸不大於1〇师。 31.- =用於分析一樣本之方法其包含: 沿-射束轴以複數個連續不同仰角中之每一者導向一 韓射束以照射在該樣本之一表面上之一目標區域上; 峰定對於該等不同角中之每一者的在-橫穿該射束轴 之方向中的該射束之一各別偏移; 、X等不同仰角中之每一者導向該輻射束以照射在 該目標區域上之同時,施用一橫向校正至該射束及該樣 本中之至少-者以補償該各別偏移;及 在該射束以該等不同仰角中之每一者並經受該橫向校 正而恥射该目標區域之同時,感測自該樣本散射之輻 射0 32·如请求項31之方法,其中導向該射束包含導向該輻射以 在該等連續不同仰角中之每一者的附近的一各別角範圍 内會聚在該目標區域上,且其中感測該輻射包含將該散 射輻射解析為該各別範圍内之仰角之一函數。 33.如請求項32之方法,其中該輻射包含χ光,且其中解析 該散射輻射包含偵測該等又光之一反射光譜,該光譜表 示在該目標區域中的該樣本之該表面上之一薄膜之一特 徵。 、 34·如請求項31之方法,其中導向該射束包含將一射束限制 器定位在一輻射源與該樣本之間,及調整該射束限制器 以使該輻射以該等連續不同仰角中之每一者通過,同時 阻斷自該輪射源以其他仰角發射之輻射。 123623.doc • 6 - 200815748 35. 如凊求項34之方法’其中定位該射束限制器包含對於每 一給定仰角: 定位一遮光器以便阻斷自該輻射源以小於該給定仰角 之仰角中之任一者發射之輻射;及 定位一射束削減器以便阻斷自該輻射源以大於該給定 仰角之仰角中之任一者發射之輻射。 36. 如請求項之方法,其中該射束以該等不同仰角照射在 該目標區域内之各別光點上,且其中施用該橫向校正包 含選擇該橫向校正以便最大化該等各別光點之一互重 疊0 37·如請求項36之方法’其中該等光點在該橫穿該射束轴之 方向中具有一不大於5〇 μπι之尺寸。 38.如請求項31之方法,其中施用該橫向校正包含在平行於 該樣本之該表面之方向中移動該射束及該樣本中之: 一者。39· —種分析一樣本之裝置,其包含·· 一輻射束導 一輻射源,其經組態以在一仰角範圍内將 向至該樣本之一表面上之一目標區域; 一偵測器組件, 射; 其經組態以感測自該 樣本散射之輻 一射束限制器,其經組態以控制該射 町I ’使得該輻射 治一射束軸以該範圍内之複數個連續 、*〗J 1叩角中之备一 者照射在該目標區域上; 該射束轴之方向中 一運動組件,其經組態以在一橫穿 123623.doc -7- 200815748 少一者;及 移動該射束及該樣本中 处理器其經耦接以記錄該等不同仰角中之每一者 下的在該橫穿該射束軸之方向中 移,並控制該運動組件以便在束:一各別偏 々卜 卞Λ1更在該射束以該等不同仰角中 母-者照射該目標區域之同時施用一橫向校正至該射 束及該樣本巾之駐少__者以補償該各別偏移。 參 40. 如明求項39之裝置,其中該輻射源經組態以導向該輻射 以在該等連續不同仰角中之每—者的附近的—各別角範 圍内會聚在該目標區域上’且其中該福測器組件經組態 以將該散射輻射解析為該各別範圍内之仰角之一函數。 41. 如睛求項40之裝置,其中該輻射包含X光,且其中該债 測器組件經組態則貞測該等X光之—反射光譜,該光譜 表示在該目標區域中的該樣本之該表面上之一薄膜之一 特徵。 42·如明求項39之裝置,其中該射束限制器可調整以使該輕 _ 、、^等連;不同仰角中之每一者通過,同時阻斷自該 輻射源以其他仰角發射之輻射。 43. 如喷求項42之裝置,其中該射束限制器包含: . 遮光器,其可定位以便阻斷自該輻射源以小於該給 定仰角之仰角中之任一者發射之輻射;及 一射束肖,mu,其可定位讀阻斷自該輻射源以大於 該給定仰角之仰角中之任一者發射之輻射。 44. 如明求項39之裝置,其中該射束以該等不同仰角照射在 "亥目私區域内之各別光點上,且其中該處理器經組態以 123623.doc 200815748 施用該橫向校正以便最大化該等各別光點之一互重疊。 45_如請求項44之裝置,其中該等光點在該橫穿該射束軸之 方向中具有一不大於5〇 μιη之尺寸。 46·如请求項39之裝置,其中該運動組件經組態以在平行於 該樣本之該表面之方向中移動該射束及該樣本中之至少 一者0 47· —種用於分析一樣本之方法,其包含:〜一射束軸以複數個不同仰角導向一輻射束以照射在 該樣本之一表面上之一目標區域上; 在该射束以該等不同仰角中之每一者照射該目標區域 之同時,使用一偵測器組件感測自該樣本散射之輻射; 確定對於該等不同角中之每一者的在-橫穿該射束軸 之方向中的該射束之一各別偏移;及 在導向該輻射束以照射在該目標區域上及感測該輕射 之同時’控制該輻射使得該輕射係歸因於該射束以該等 連績不同仰角中之每—者人射在該目標區域上而由該债 測器組件感測,同_用_横向校正至該射束及該樣本 中之至少一者以補償該各別偏移。 123623.doc
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