TW202303662A - 高分辨率x射線光譜儀表面材料分析 - Google Patents

高分辨率x射線光譜儀表面材料分析 Download PDF

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Abstract

一種利用評估系統對樣品的感興趣區域進行X射線光譜表面材料分析的方法，該評估系統包括掃描電子顯微鏡(SEM)柱和X射線偵測器，該方法包括：識別預期在感興趣區域內的元素；基於經識別的元素為由SEM柱產生的帶電粒子束選擇著陸能量；用設定為選定著陸能量的帶電粒子束掃描感興趣區域；偵測帶電粒子束掃描感興趣區域時產生的X射線；以及基於偵測到的X射線產生經掃描的感興趣區域的二維影像。

Description

高分辨率X射線光譜儀表面材料分析
本申請案主張申請於2021年2月10日的美國申請案第17/173,016號的優先權。該案之揭示內容為了所有目的藉由引用之方式全部併入本文。
本案係關於高分辨率X射線光譜儀表面材料分析。
在電子材料及用於製造該等材料至電子結構中的製程的研究中，電子結構的樣本可用於微觀檢查，以便用於故障分析及裝置驗證的目的。例如，諸如矽晶圓的電子結構的樣本可在掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope; SEM)中得以分析以研究晶圓中的特定特性特徵。該特性特徵可包括製造的電路及在製造製程期間形成的任何缺陷。電子顯微鏡為一種用於分析半導體裝置的顯微結構的最有用的設備件之一者。
當利用來自SEM工具的電子束檢查樣本時，當電子衝擊樣本表面時，X射線作為輻射的結果產生。X射線可使用分析能量色散X射線光譜(energy dispersive x-ray spectroscopy; EDX)或波長色散X射線光譜(wavelength-dispersive x-ray spectroscopy; WDX)技術來分析，以提供關於樣品元素組成的量化資訊。X射線光子亦可在樣本表面投射實際圖案形態的影像，該影像可用於表徵各個態樣，諸如元素組成、實體尺寸(physical dimension; CD)、模擬架構的局部或全局變化（缺陷度），圖案相對於實體架構（覆蓋）的其他部分的實體位置。
然而，一些當前已知的EDX分析技術分辨率較差，因此難以偵測小特徵尺寸元素。因此，需要EDX分析技術中的改良。
本案的一些實施例係關於用於執行樣品的X射線光譜表面材料分析的改良方法和技術，其使得能夠產生樣品表面的高分辨率材料分析和高分辨率二維影像。
在一些實施例中，提供了一種利用評估系統對樣品的感興趣區域進行X射線光譜表面材料分析的方法，該評估系統包括掃描電子顯微鏡(SEM)柱和X射線偵測器。該方法可包括：識別預期在感興趣區域內的元素；基於經識別的元素為由SEM柱產生的帶電粒子束選擇著陸能量；用設定為選定著陸能量的帶電粒子束掃描感興趣區域；偵測帶電粒子束掃描感興趣區域時產生的X射線；以及基於偵測到的X射線產生經掃描的感興趣區域的二維影像。
在一些實施例中，可識別預期在感興趣區域內的複數個元素，並且該方法可進一步包括順序產生在數量上與複數個經識別元素相對應的感興趣區域的複數個二維影像，其中該複數個二維影像中的每個二維影像係藉由以下方式產生的：基於複數個元素中的元素的唯一一者選擇由SEM柱產生的帶電粒子束的著陸能量；用設定為選定著陸能量的帶電粒子束掃描感興趣區域；偵測帶電粒子束掃描感興趣區域時產生的X射線；並且基於偵測到的X射線產生經掃描的感興趣區域的二維影像。
在為複數個元素中的每一者產生二維影像的一些實施中，該等實施可包括以下特徵中的一或多者。對複數個元素中的每一者產生的二維影像可組合成表示總體材料分析的單個影像。評估系統可以基於ROI至樣本的經模擬架構的映射來識別感興趣區域內預期的複數個元素。評估系統可基於整個感興趣區域的初始高能X射線掃描識別感興趣區域內預期的複數個元素。使用者可經由系統的使用者介面向評估系統識別複數個元素。評估系統可基於儲存於資料庫中的校準資料自動識別複數個元素中的每一者的著陸能量。評估系統可基於儲存於資料庫中的校準資料向使用者呈現針對複數個元素中的每一者的著陸能量的初始推薦，並且使用者可以經由系統的使用者介面接受或更新經推薦的著陸能量。該方法可進一步包括使得使用者能夠經由系統的使用者介面向評估系統識別複數個元素中的每一者的著陸能量。該方法可進一步包括為複數個元素中的元素的每一者選擇不同的著陸能量。
本文所述的實施例的各種實施可包括一或多個以下特徵。掃描區域的二維影像可包括複數個像素，並且二維影像的對比度可藉由複數個像素中每一像素的X射線信號強度來確定。評估系統可藉由存取資料庫來自動選擇帶電粒子束的著陸能量，該資料庫將某些著陸能量與某些元素相關聯。評估系統可基於使用者輸入的所需空間分辨率自動選擇帶電粒子束的著陸能量。
在一些實施例中，該方法可包括識別預期在感興趣區域內的至少第一及第二元素，其中第一元素具有第一特性能量並且第二元素具有不同於第一特性能量的第二特性能量，並且其中該方法可進一步包括產生感興趣區域的第一及第二二維影像，每一影像由複數個像素組成。第一二維影像可由以下方式產生：(1)基於第一元素選擇由SEM柱產生的帶電粒子束的第一著陸能量；(2)用設定為第一著陸能量的第一帶電粒子束掃描感興趣區域；(3)偵測在感興趣區域由第一帶電粒子束掃描時產生的第一組X射線；及(4)基於第一組偵測到的X射線產生經掃描的感興趣區域的第一二維影像，其中第一二維影像的對比度由在第一複數個像素中的每一像素的X射線信號強度確定。第二二維影像可由以下方式產生：(1)基於第二元素選擇由SEM柱產生的帶電粒子束的第二著陸能量，該第二著陸能量與第一著陸能量不同；(2)用設定為第二著陸能量的第二帶電粒子束掃描感興趣區域；(3)偵測在感興趣區域由第二帶電粒子束掃描時產生的第二組X射線；及(4)基於第二組偵測到的X射線產生經掃描的感興趣區域的第二二維影像，其中第二二維影像的對比度由在第二複數個像素中的每一像素的X射線信號強度確定。
在一些實施例中，提供了一種利用評估系統對樣品的區域進行X射線光譜表面材料分析的方法，該評估系統包括掃描電子顯微鏡(SEM)柱及X射線偵測器，其中該方法包括：識別樣本上的感興趣區域；識別預期在感興趣區域內的複數個元素；順序產生在數量上與複數個經識別元素對應的感興趣區域的複數個二維影像。該複數個二維影像中的順序產生的二維影像的每一者可藉由以下方式產生：基於該複數個元素中的元素的唯一一者選擇由該SEM柱產生的帶電粒子束的著陸能量；用設定為選定著陸能量的帶電粒子束掃描感興趣區域；偵測帶電粒子束掃描感興趣區域時產生的X射線；以及基於偵測到的X射線產生經掃描的感興趣區域的二維影像。
一些實施例涉及儲存指令的非暫時性電腦可讀媒體，該等指令用於根據上文或本文中的任何方法對樣本的區域進行X射線光譜表面材料分析。例如，藉由以下方式：識別預期在感興趣區域內的元素；基於經識別的元素為由SEM柱產生的帶電粒子束選擇著陸能量；用設定為選定著陸能量的帶電粒子束掃描感興趣區域；偵測帶電粒子束掃描感興趣區域時產生的X射線；以及基於偵測到的X射線產生經掃描的感興趣區域的二維影像。
一些實施例涉及用於根據上文或本文所述的任何方法對樣品的區域進行X射線光譜表面材料分析的系統。例如，該系統可包括：真空腔室；樣品支撐件，經配置以在樣品評估過程期間將樣品保持在真空腔室內；掃描電子顯微鏡(SEM)柱，經配置以將帶電粒子束引導至真空腔室中朝向樣品；及處理器和耦合至處理器的記憶體。該記憶體可包括複數個電腦可讀取指令，當該等指令由處理器執行時，使得系統進行以下操作：識別預期在感興趣區域內的元素；基於經識別的元素為由SEM柱產生的帶電粒子束選擇著陸能量；用設定為選定著陸能量的帶電粒子束掃描感興趣區域；偵測帶電粒子束掃描感興趣區域時產生的X射線；以及基於偵測到的X射線產生經掃描的感興趣區域的二維影像。
為了更好地理解本案之性質及優點，應對以下描述及附圖進行參考。然而，應理解，每一附圖僅是提供用於說明之目的，並且並不意欲作為本案範圍的限制的定義。此外，作為一般規則，且除非從描述中明顯相反，在不同附圖中的元件使用相同元件符號的情況下，該等元件通常是相同的或至少在功能或用途上相似。
本案的實施例使得能夠使用X射線光譜技術產生樣品表面的高分辨率材料分析及高分辨率二維影像。 示例性樣品評估工具
為了更好地理解和瞭解本案，首先參考第1圖，該圖為根據本案的一些實施例的樣品評估系統100的簡化示意圖。除了其他操作之外，樣品評估系統100可用於形成在樣品（諸如半導體晶圓）上的結構的缺陷檢查及分析以及其他操作。
系統100可包括真空腔室110以及掃描電子顯微鏡(SEM)柱120。支撐元件140可在處理操作期間支撐腔室110內的樣品130（例如，半導體晶圓），在該處理操作中，樣品130（在本文中有時稱為「物體」或「樣本」）受到來自SEM柱的帶電粒子束125的影響。
SEM柱120連接到真空腔室110，以便由該柱產生的帶電粒子束125在撞擊樣品130之前傳播穿過在真空腔室110內形成的真空環境。SEM柱120可藉由用帶電粒子束照射樣本、偵測歸因於照射而發射的粒子並基於偵測到的粒子產生帶電粒子影像來產生樣本130的一部分的影像。
粒子成像過程通常包括在經成像的樣品的特定區域上來回掃描帶電粒子束（例如，以光柵或其他掃描圖案）。耦接至帶電粒子柱的一或多個透鏡122、124可實施如本領域技藝人士已知的掃描圖案。為此，在一些實施例中，透鏡122、124可為偏轉透鏡，例如磁透鏡、靜電透鏡或電透鏡與磁透鏡的組合。
經掃描的區域典型地為樣品的整體區域的非常小一部分。例如，樣品可以是直徑為200 mm或300 mm的半導體晶圓，而晶圓上掃描的每一區域可為具有以微米或數十微米測量的寬度及/或長度的矩形區域。
系統100亦可包括能量色散X射線光譜(EDX)偵測器150，該偵測器可用於確定樣品130表面的感興趣區域(region of interest; ROI)中的一或多個微觀元素的組成。EDX偵測器150收集由於帶電粒子束125照射元件而發射的X射線光子。EDX偵測器150可包括用於確定由偵測器偵測到的光子的能量的能量分析器，該能量進而可使系統100能夠表徵發射X射線光子的元素。作為非限制性實例，EDX偵測器150可收集資訊以產生樣品的X射線光譜圖，諸如下文第2圖及第4A及4B圖中所示的彼等光譜圖。
一或多個控制器160，諸如處理器或其他硬體單元，可藉由執行儲存在一或多個電腦可讀記憶體170中的電腦指令來控制系統100的操作，如將由一般技藝人士所知。舉例而言，電腦可讀記憶體可包括固態記憶體（諸如隨機存取記憶體(random access memory; RAM)及/或唯讀記憶體(read-only memory; ROM)，該記憶體可為可程式化的、可快閃記憶體更新的及/或等）、磁碟驅動器、光學儲存裝置或類似的非暫時性電腦可讀儲存媒體。
系統100可進一步包括使用者介面180及資料庫190。使用者介面180可使得一或多個使用者與系統相互作用。例如，使用者介面180可允許使用者設定可在分析樣品時使用的SEM柱或EDX偵測器的參數。使用者介面180可包括任何已知裝置或使得使用者能夠輸入資訊以與電腦系統相互作用的裝置，該裝置諸如鍵盤、滑鼠、監視器、觸控螢幕、觸控板、語音啟動輸入控制器等。資料庫190可儲存處理器/控制器160在執行樣品的X射線光譜表面材料分析時可存取的資訊，如下文更詳細論述的。 X 射線光譜學挑戰
第2圖為可由系統100產生的樣品材料的能量色散X射線光譜圖200的實例。當固體靶材被電子束轟擊時，系統100的EDX偵測器150可偵測到X射線發射的兩種主要機制：特性X射線和軔致輻射。特性X射線代表X射線束在樣品材料中的原子被轟擊電子進行內殼層電離後發射，然後是外殼層電子填充現在空的內殼。特性X射線具有樣品材料特有的特定能量，其中特定能量等於電子於其間「跳躍」的兩個殼層之間的能量差。作為實例，圖表200中所示的不同能階處的各種強度峰值指示正經分析的樣品中的不同元素，並證明樣品至少包括鐵(Fe)、鉻(Cr)、鎳(Ni)及矽(Si)。
圖表200中亦圖示了一定量的背景輻射210，該輻射被稱為軔致輻射。簡而言之，除了特性X射線外，當轟擊電子被材料核減速時，X射線束會以隨機能量從樣品中發射出來。該等隨機能量亦可由EDX偵測器150偵測為X射線連續譜，其代表關於特性X射線的背景信號。
一些先前已知的X射線成像過程通常使用是大多數材料的特性X射線的電離能量的大約三倍的著陸能量，這可能導致此類過程使用5 keV至20 keV的範圍內的著陸能量。取決於樣品材料，該著陸能量可具有數百奈米或甚至微米的X射線發射深度。如本文所用，亦可稱為「信號產生範圍」的X射線發射深度是具有一定著陸能量的電子可從其發射一定能量的X射線光子的有效深度。由於分辨率僅可與單個電子的信號產生範圍一樣好，因此使用此種先前已知的方法對樣品進行材料分析僅可產生具有穿透深度數量級的分辨率的影像，如此可能會不希望地限制在某些應用中。
為了說明，現參考第3A圖至第3C圖，第3A圖至第3C圖為描繪穿透深度的簡化示圖，穿透深度與X射線發射深度，以及在不同著陸能量下樣品中電子束的相互作用體積正相關。特定言之，第3A圖是在25 kV的著陸能量下電子束的相互作用體積310的簡化圖示；第3B圖是在15 kV著陸能量下電子束的相互作用體積320的簡化圖示；第3C圖是在5 kV著陸能量下電子束的相互作用體積330的簡化圖示。如相互參照第3A圖至第3C圖的比較可看出，用具有25 kV著陸能量的電子照射樣品產生比用具有15 kV著陸能量的電子照射相同樣品更深和更寬的穿透。類似地，用具有15 kV著陸能量的電子照射樣品產生比用具有5 kV著陸能量的電子照射相同樣品更深和更寬的穿透。因此，用於照射樣品（例如，用電子束125）的著陸能量直接影響由系統100產生的圖像的分辨率，較低的著陸能量直接等同於更高分辨率的圖像。
雖然使用較低的著陸能量來照射樣品可提供比使用較高著陸能量的情況更高的分辨率，但較低的著陸能量會導致偵測樣本的各種元素的效率較低。為了說明，現對第4A圖及第4B圖進行參考，第4A圖及第4B圖為圖示暴露於不同著陸能量的電子束的樣品的EDX資料差異的簡化示圖。特定言之，第4A圖為圖示特性X射線402、404、406和408連同軔致輻射410的EDX圖400的簡化圖示。在圖400中，樣品係由具有相對高著陸能量的電子束轟擊。如可在圖400所見，特性X射線402至408的強度明顯高於軔致輻射410的強度。因此，特性X射線402至408相對易於偵測。
第4B圖為圖示特性X射線462、464、466和468連同疊加在圖410上的軔致輻射460的第二EDX圖450的簡化圖示。在圖450中，樣品係由具有相對低著陸能量的電子束轟擊。如在圖450中可見，雖然特性X射線452至458的強度仍然高於軔致輻射460的強度，但特性X射線的強度相對於軔致輻射的強度已經顯著改變。亦即，特性X射線的強度與軔致輻射之間的比率顯著降低，使得特性X射線452至458更難偵測。如本領域技藝人士可理解的，若被電子束轟擊以產生第4A圖及第4B圖中的曲線圖的相同樣品是由具有顯著低於第4B圖的著陸能量的電子束轟擊，則在軔致輻射上，可達到其中特性X射線無法得以準確偵測到的點。
特性X射線信號強度可用下式表示： (1)                信號~
Figure 02_image001
大約800 eV以上的信號的背景信號強度（亦即軔致輻射）可表示為： (2)                 背景~
Figure 02_image003
特性X射線產生的範圍（以奈米為單位）可表示為： (3)         範圍= 27.6
Figure 02_image005
其中能量以keV為單位給出，E是SEM著陸能量，E k是特性X射線的電離能量，E v是軔致輻射的能量，A是基板的原子量，Z是基板的原子序，並且𝜌是基板的密度（單位為g/cm 3）。 不同材料在不同著陸能量下的單獨掃描
認識到取決於分析要求、掃描樣品的類型、產量要求、材料電離能、原子量和密度，用於特性X射線信號分析的最佳或理想著陸能量對於給定樣品的不同元素成分是不同的，本案的一些實施例對每種材料以不同的SEM著陸能量進行單獨掃描以獲得對於每種材料的最佳分辨率的材料分析影像。隨後，可將單獨的影像組合成整體材料分析的單個影像。該方法與發明者已知的其他方法根本不同，其中在單個著陸能量處使用單個掃描來表徵整個感興趣區域。
在執行單獨的掃描時，一些實施例使用可能的最低著陸能量，直至信號背景比(signal to background ratio; SBR)變得幾乎太低並且特性X射線信號無法在軔致輻射背景上得以識別。著陸能量越低，範圍就越小，如此進而導致材料分析映射的分辨率更高。
第5圖為圖示根據本案的一些實施例的分析樣品的方法500的流程圖。方法500可以從使用者識別待評估的樣本區域開始（方塊510）。為了便於討論，經識別的區域在本文中被稱為「感興趣區域」(region of interest; ROI)。如下文關於第7圖所論述，ROI例如可為半導體晶圓上的區域。在某些情況下，使用者將想要分析單個樣品上的多個ROI，在此情況下，與方法500相關聯的步驟可針對每一ROI單獨執行。
接下來，識別將在ROI內分析的一或多個元素（方塊520）。在一些情況下，該等元素可由評估工具（例如，系統100）基於ROI的位置和已在樣品上形成的特徵的已知映射（例如，從樣品的模擬架構）自動識別。在其他情況下，使用者可經由與評估工具相關聯的使用者介面（例如，鍵盤、觸控螢幕、滑鼠或其他類型的指標裝置、語音控制輸入裝置或如上述任何其他適當的輸入裝置）輸入使用者知道或認為存在於ROI內的一或多個元素。例如，若預期選擇的ROI包括由鎢形成的被氧化矽隔離區隔開的一或多條導電線，則使用者可輸入鎢(W)、矽(Si)及氧(O)作為預期元素以在該區域進行分析。
對於在方塊520中識別的每一元素，為SEM電子束設定適當的著陸能量並且使用選定的著陸能量掃描ROI（方塊530）。對於每一元素的著陸能量可經由若干不同方式中的任一方式來確定。在一些情況下，使用者可輸入或以其他方式選擇特定樣品上特定元素的特定著陸能量。使用者選擇的著陸能量可基於使用者過去的知識及/或在類似樣品上操作評估系統的經驗，可基於使用者接收到的預定指令（例如，基於製造商的預定評估過程），可基於根據使用者在輸入時或先前執行的計算，或者可基於任何其他適當的準則。
在其他情況下，適當的著陸能量可由評估系統自動確定。例如，在一些實施例中，可對測試樣品執行多個校準測量（例如，幾十個或幾百個或更多個測量）以確定可用於給定樣品的最低著陸能量，以準確識別樣品中的每一特定元素的特性X射線。校準測量可包括先前對與經由方法500評估的樣品大體上相同或類似的樣品進行的測試。例如，經評估的測試樣品和實際樣品可包括在以上等式中闡述的一或多個參數（基板的原子量、基板的原子序、基板的密度，以及軔致輻射的能量）。由於每個元素的電離能不同，評估工具基於校準樣品確定的準確偵測每一元素的著陸能量可不同於系統確定的用於偵測樣品中的其他元素的理想著陸能量。
校準測量的結果可儲存於評估系統的處理器/控制器160可存取的資料庫中（例如，在儲存於資料庫190中的查找表中）。然後，基於在方塊520中由使用者識別的元素，處理器160可基於與正被評估的樣品上的ROI的屬性最接近匹配的校準樣品從資料庫中自動選擇適當的著陸能量。例如，資料庫中的查找表將特定的經推薦著陸能量與特定元素相關聯，並且處理器160可藉由存取查找表來選擇帶電粒子束的著陸能量。在某些情況下，評估系統可將經選擇的著陸能量作為推薦著陸能量呈現給使用者，然後允許使用者藉由將著陸能量增加或減少一定量或完全選擇不同的著陸能量來改變經推薦著陸能量。
在掃描ROI時，當電子撞擊樣本表面時，X射線作為輻射的結果產生。經產生的X射線可由EDX偵測器150使用已知技術偵測，以結合SEM掃描系統與EDX偵測器之間的電子同步硬體提供關於掃描圖案的不同位置的樣品元素組成的量化資訊。二維影像亦可從樣品表面處的實際圖案形態的經偵測EDX光子產生。經產生的影像進而可用於表徵樣品的各個態樣，諸如臨界尺寸(CD)、模擬架構的局部或全局變化（缺陷度）、圖案相對於實體架構之其他部分的實體位置（覆蓋），以及其他有用的資訊。
一旦為每一元素識別了理想的或適當的著陸能量，對於使用者想要在ROI中評估的每個元素（即，在方塊520中識別的元素），方法500可包括順序地重複（方塊530）如下過程：(1)將SEM柱設置為以針對該元素確定的著陸能量產生電子束，(2)使用該著陸能量掃描感興趣的區域，(3)當電子撞擊樣本表面時，同時偵測由於輻射而產生的X射線，以及(4)從經偵測的X射線產生掃描區域的二維影像。
第6圖為圖示根據一些實施例的與方塊530相關聯的各個子步驟的簡化流程圖。為了說明，在上文論述的實例中，其中使用者在給定的ROI中識別了三個元素N、Si和O進行評估，n等於3，且為了實例的目的，吾人可假設元素將以氮第一，矽第二，及氧最後的順序進行分析。因此，在方塊532中選擇了第一元素（氮），並且由於該過程尚未分析第三元素（如由決定塊533確定），因此設定SEM柱以產生具有適合於氮的著陸能量的電子束（方塊534）並使用選定的著陸能量掃描ROI（方塊535）。
當以為氮選擇的著陸能量掃描ROI時，X射線偵測器可偵測由於ROI被電子束照射而產生的X射線（方塊536）。經偵測的X射線可用於根據掃描產生該區域的二維影像以及表徵ROI的其他態樣（方塊537）。
接下來，i加一（方塊538）並與n比較（方塊533），在本實例中為3。由於i現在是2，其仍然小於n，並且SEM柱被調諧至適合矽的著陸能量（方塊534）。使用經選擇的著陸能量（方塊535）、經偵測的X射線（方塊536）和產生的二維影像（方塊537）掃描ROI。然後，i再次加一（方塊538）並再次與n比較（方塊533）。然後，對第三元素重複方塊534至537，並且i再次加一（方塊538）。在此迭代中，i實際上大於n，因此比較（方塊533）導致掃描過程結束（方塊539）。
參考回到第5圖，一旦在每一著陸能量處掃描了ROI，方塊530就完成，並且可將所得影像作為每個單獨掃描的單獨二維影像及/或作為將來自每一單獨掃描的資訊組合成整體材料分析的單個影像的單個二維影像提供給使用者（方塊540）。在一些實施例中，經掃描的ROI的二維影像可在對於該元素的掃描完成之後立即針對分析的每一元素提供給使用者（例如，在方塊537中產生每個二維影像之後立即）。 感興趣區域的實例
為了進一步說明可根據方法500分析的示例性ROI，參考第7圖，該圖為半導體晶圓700的簡化圖示。第7圖包括晶圓700的俯視圖以及晶圓700的特定部分的兩個放大圖。晶圓700可為例如200 mm或300 mm的半導體晶圓，並且可包括形成在其上的多個積體電路710（在所示實例中為52個）。積體電路710可處於製造的中間階段，並且本文描述的X射線分析技術可用於評估和分析包括多個待分析元素的積體電路的一或多個感興趣區域(ROI) 720。例如，第7圖的展開圖圖示了可根據本文所述的技術評估和分析的積體電路710之一者的多個ROI 720。展開圖B圖示了包括若干不同類型的結構的彼等ROI 720之一者，該等結構由不同的材料形成並且可使用本文描述的技術進行分析。
一些實施例可藉由使用基於使用者指示可能存在於區域720內的材料而特定選擇（例如，由系統100選擇）的不同著陸能量順序地多次掃描區域來分析和評估ROI 720，如上文關於第5圖所論述。掃描過程可根據光柵圖案在ROI內來回掃描帶電粒子束，諸如在第7圖的展開圖B中以簡化格式圖示的掃描圖案730。在每次掃描期間，可收集和分析X射線以確定存在於掃描圖案的每一位置的元素。
為了解釋的目的，上述的描述使用了特定的命名法來提供對所描述的實施例的透徹理解。然而，對於熟習該項技藝人士將顯而易見的是，不需要特定細節來實踐所描述的實施例。例如，雖然本文揭示的方法的實例針對樣品是半導體經由的實施例，但實施例可用於評估除半導體晶圓之外的適當樣品。此外，雖然所說明的實施例論述了對每個要偵測的元件使用不同著陸能量的不同掃描，但在一些實施例中，單個掃描可以用於多個元件。例如，在識別用於評估的兩個或更多個元素（例如，在方塊520中）具有相似的特性能量的情況下，只要EDX偵測器可區分該等元素，就可以對兩個或更多個元素執行單次掃描。
因此，出於說明和描述的目的，呈現本文描述的特定實施例的前述描述。該描述不意欲窮舉或將實施例限制為所揭示的精確形式。此外，雖然上面揭示了本案的不同實施例，但是可在不脫離本案實施例的精神和範疇的情況下以任何合適的方式組合特定實施例的具體細節。此外，對於一般技藝人士顯而易見的是，鑒於上述教示，許多修改和變化是可能的。
在本專利申請案中的所示實施例的大部分可以使用本領域技藝人士已知的電子元件和電路來實施的範圍內，為了理解和瞭解本專利申請案的基本概念並且為了不混淆或分散本案的教示，該等細節的解釋不會比上述認為必要的程度更大的程度。
100:樣品評估系統 110:真空腔室 120:掃描電子顯微鏡(SEM)柱 122:透鏡 124:透鏡 125:帶電粒子束 130:樣品 140:支撐元件 150:能量色散X射線光譜(EDX)偵測器 160:控制器 170:電腦可讀記憶體 180:使用者介面 190:資料庫 200:能量色散X射線光譜圖 210:背景輻射 310:相互作用體積 320:相互作用體積 330:相互作用體積 400:EDX圖 402:特性X射線 404:特性X射線 406:特性X射線 408:特性X射線 410:軔致輻射 450:第二EDX圖 460:軔致輻射 462:特性X射線 464:特性X射線 466:特性X射線 468:特性X射線 500:方法 510:步驟 520:步驟 530:步驟 532:步驟 533:步驟 534:步驟 535:步驟 536:步驟 537:步驟 538:步驟 539:步驟 540:步驟 700:半導體晶圓 710:積體電路 720:感興趣區域 730:掃描圖案
第1圖為根據本案的一些實施例的樣品評估系統的簡化示圖；
第2圖為包括背景軔致輻射的樣品材料的能量色散X射線光譜圖的實例；
第3A圖至第3C圖為圖示電子束在不同著陸能量下於樣品中的相互作用體積的簡化示圖；
第4A圖及第4B圖為圖示暴露於不同著陸能量的電子束的樣品的EDX資料差異的簡化示圖；
第5圖為圖示根據本案的一些實施例的與分析樣品相關聯的步驟的流程圖；
第6圖為圖示根據本案的一些實施例的與分析樣品相關聯的步驟的流程圖；以及
第7圖為根據一些實施例可分析的半導體晶圓上的區域的簡化示圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:樣品評估系統
110:真空腔室
120:掃描電子顯微鏡(SEM)柱
122:透鏡
124:透鏡
125:帶電粒子束
130:樣品
140:支撐元件
150:能量色散X射線光譜(EDX)偵測器
160:控制器
170:電腦可讀記憶體
180:使用者介面
190:資料庫

Claims (20)

  1. 一種利用一評估系統對一樣品的一感興趣區域進行X射線光譜表面材料分析的方法，該評估系統包括一掃描電子顯微鏡(SEM)柱、一X射線偵測器及一X射線偏振器，該方法包含以下步驟： 將一樣品定位在該掃描電子顯微鏡的一視場內； 產生具有大約等於該樣品的該感興趣區域內的該等材料的一電離能的一著陸能量的一電子束； 用設定為與該樣品碰撞的該電子束掃描該感興趣區域，從而產生從該樣品的一表面附近發射的X射線，該等X射線包括特性X射線及軔致輻射；以及 在該X射線通過X射線偏振器後，偵測該感興趣區域被電子掃描時產生的X射線，該X射線偏振器阻擋相比該等特性X射線一更高百分比的該軔致輻射。
  2. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：基於偵測到的該等X射線產生該經掃描的感興趣區域的一二維影像。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該等X射線由與該電子束成一90度角的一偵測器偵測。
  4. 如請求項3所述之方法，其中在該掃描和偵測步驟期間，該SEM柱和X射線偵測器位於該感興趣區域的相對兩側。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該電子束以相對於該樣品的該表面的一45度角掃描該感興趣區域，並且該偵測器以相對於樣品的該表面的一45度角定位。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該X射線偵測器是一WDS偵測器，並且該X射線偏振器是藉由選擇該WDS偵測器內的一晶體相對於該樣品的一特定方位來實施。
  7. 如請求項1至請求項6中任一項所述之方法，其中該X射線偏振器是設置在該X射線偵測器與該樣品之間的一單獨元件。
  8. 一種非暫時性電腦可讀記憶體，其儲存用於藉由以下方式評估一樣品的一區域的複數個電腦可讀指令： 將一樣品定位在該掃描電子顯微鏡的一視場內； 產生具有大約等於該樣品的該感興趣區域內的該材料的一電離能的一著陸能量的一電子束； 用設定為與該樣品碰撞的該電子束掃描該感興趣區域，從而產生從該樣品的一表面附近發射的X射線，該等X射線包括特性X射線及軔致輻射；以及 在該等X射線通過X射線偏振器後，偵測該感興趣區域被電子掃描時產生的X射線，該X射線偏振器阻擋相比該等特性X射線一更高百分比的該軔致輻射。
  9. 如請求項8所述之非暫時性電腦可讀記憶體，其中用於評估一樣本的一區域的該等電腦可讀指令進一步包含用於基於偵測到的該等X射線產生該經掃描的感興趣區域的一二維影像的指令。
  10. 如請求項8所述之非暫時性電腦可讀記憶體，其中該電子束以相對於該樣品的該表面的一45度角掃描該感興趣區域，並且該偵測器以相對於該樣品的該表面的一45度角定位。
  11. 如請求項8所述之非暫時性電腦可讀記憶體，其中該X射線偏振器是設置在該X射線偵測器與該樣品之間的一單獨元件。
  12. 如請求項8所述之非暫時性電腦可讀記憶體，其中該X射線偵測器是一WDS偵測器，並且該X射線偏振器是藉由選擇該WDS偵測器內的一晶體相對於該樣品的一特定方位來實施。
  13. 如請求項8至請求項12中任一項所述之非暫時性電腦可讀記憶體，其中該等X射線由與該電子束成一90度角的一偵測器偵測。
  14. 一種用於評估一樣品的一區域的系統，該系統包含： 一真空腔室； 一樣品支撐件，經配置以在一樣品評估過程中將一樣品保持在該真空腔室內； 一掃描電子顯微鏡(SEM)柱，經配置以將一帶電粒子束引導至該真空腔室中朝向該樣品； 一偵測器，用於偵測該帶電粒子束與該樣品之間碰撞產生的X射線； 一處理器及耦接至該處理器的一記憶體，該記憶體包括複數個電腦可讀指令，當該等指令由該處理器執行時，使得該系統進行以下操作： 將一樣品定位在該掃描電子顯微鏡的一視場內； 產生具有大約等於該樣品的該感興趣區域內的該材料的一電離能的一著陸能量的一電子束； 用設定為與該樣品碰撞的該電子束掃描該感興趣區域，從而產生從該樣品的一表面附近發射的X射線，該等X射線包括特性X射線及軔致輻射；以及 在該等X射線通過X射線偏振器後，偵測該感興趣區域被電子掃描時產生的X射線，該X射線偏振器阻擋相比該等特性X射線一更高百分比的該軔致輻射。
  15. 如請求項14所述之系統，進一步包含電腦可讀指令，當該等指令由該處理器執行時，使系統基於偵測到的該等X射線產生該經掃描的感興趣區域的一二維影像。
  16. 如請求項14所述之系統，其中該等X射線由與該電子束成一90度角的一偵測器偵測。
  17. 如請求項16所述之系統，其中在該掃描和偵測步驟期間，該SEM柱和X射線偵測器位於該感興趣區域的相對兩側。
  18. 如請求項16所述之系統，其中在該掃描過程期間，該電子束與該樣品的該表面成一45度角，並且該偵測器與該樣品表面成一45度角。
  19. 如請求項14中所述之系統，其中該X射線偏振器是設置在該X射線偵測器與該樣品之間的一單獨元件。
  20. 如請求項14至請求項19中任一項所述之系統，其中該X射線偵測器是一WDS偵測器，並且該X射線偏振器是藉由選擇該WDS偵測器內的一晶體相對於該樣品的一特定方位來實施。
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