TW593998B - Calibration method for quantitative elemental analysis - Google Patents

Description

593998 五、發明說明（1) 發明技藝範轉 本發明一般而言係關於一種校準一分析工具的方法，更 特定而言，係關於一種校準一分析工具的方法，其包含決 定關於該工具的一偵測限制。 發明背景 在現今的半導體製程中，其通常需要光譜分析來檢視一 半導體晶片的部份，藉以決定新的或習用製程的結果。該· 檢視可以用來確認一實驗製程的結果’並決定在一半導體 _.裝置中一特殊失敗或缺陷的性質，或甚至可以發現在該半 導體裝置中的雜質。當然，因為積體電路的性質，該檢視 通常必須對於由有疑問的晶片切下的樣本來進行。掃描電 •子顯微鏡/能量分散光譜儀（SEM/EDS)通常用來決定一半導 體晶片的特徵中目標材料的組成。其‘也可使用其它工具來 檢視這些樣本，例.如一些像是鑽孔電子分光學（AES)，次 級離子質量光譜測定法（S I MS )，及傳輸電子顯微鏡 (TEM)。 ' 上中材熟接 。 入造的所被幫 用 置製定人夠的 有 並體特為能大 別 ，導及其不很 特 出半度為為有 時 取在濃因因常 質 線為些。且通 雜 產此.某效，具 些 生。在失.質工 某 由質，的雜析 的 係雜質置要分 度 圓找雜裝需該 濃 晶尋些體不， 定 或以某導並的 特 片藉為半中知 出 晶，，因成料已 找 體 一 ，造材是 在 導之驟會定也 具 半具步上特度 工 一工的本一濃 析 ，析要基在質 分 常分重，，雜 些 通的常内的的。某 述泎料知受助

第4頁 593998 五、發明說明（2) 目前，某些 個工具的偵 僅能疋估什 響半導體製 能夠以很高 元素並未登 不能以足夠 定的雜質狀 因此，在 具，其允許 要的雜質， 於先前技藝 分析工具 測極限， ，而且在 造，產業， 的、確定性 記。再者 的確定性 況。 本技藝中 該分析工 其濃度， 的問題。 已知可適合於不同的·應用；但是，每 對於在一給定材料中的特定元素目前 可接受的確定程度中為未知。此會影 其中對於進行半導體晶圓之測試者不 來說小於X量的元素會存在，即使該 ，該不同分析工具的不同偵測極限並 來瞭解，而對於某個工具可具有一給 需要一種校準方法來用於分析檢查工 具來具有一偵測極限，其係依據所需 及其中的材料等之極限，其可/減輕關 發明概要 為了處·理前述先前技藝的缺陷，本發明提供一種校準 分析工具的方.法。在 備具有一元素的已知 一說明 濃度一 具體實施例中，該方法包含準 校準標準，且包含具有一聚焦 光束的校準標準的一部份，其中該校準標準即代表該濃 度。然後該校準標準的該部份即甩來校準該分析工具。 圖式簡單說明 為了對本發明有更完整的 '瞭解，請參考下述說明及所附 圖面，其中： . 圖1所示為用以校準一分析工具的系統，其形成本發明 可以運作的一個環境； 圖2.A-2C所示為一範例夾持器的特別有用的具體實施例·

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五、發明說明（3) 的上視及底視圖 圖3所示為校準一分析工具的方法之流程圖； 圖4所示為一已知校準標準的標準以^輪廓；’ 圖5所示為·由一第二分析工具提供的一校準標準的一部 份的習用輪廓； " 圖6所示為代表圖4及5中所示輪廓的比較圖；及 圖7所示為圖6的圖形中進一步顯示該第二分析工 測極限。 /、的偵 砰細說明 请先芩考圖1 ，所示為用以校準一分析工具的 通常標示為100 ’其形成本發明可運作的-個環境”。却；、 統100包含—校準標準1〇5，其包含—已知的矩 u 如石夕’其中具有-元素的已知濃度。當該校準桿丄 本上是相當大的例子，在整個校準標準105中=元·^Ϊ :原…I 如此處.所用，該名詞"元素"可以為 ^ τ、 如齓，或像是二氟化硼的化合物。 在圖1中也可看出， 货八k γ準1〇5的、、I _ ί -一弟一分析工具12〇能夠決定該校準 才示卓105的/辰度。该第一分析工具丨 漂準1 0 5中。然德兮笼 ν , 平乂彳土地疋置於父準 夾辦得兮f μ許、隹μ弟么析工具1 2 0掃描該校準標準1 0 5 來獲付忒板平標準1 Q 5的、、油夺次刺 θ 1的/辰度貝枓’其通常以圖形表示。 特別適於該校準方法的h 刀析 ” 1 z ” ,^ , % s ^的此4寺別h奴。此為其能力的結果來 由一松本取付更為準瑞 濃度。 Θ +確的貝料，在其中具有一元素的均勻

593998 五、發明說明（4) 該系統1 0 0也包含一聚焦光束的裝置丨3 0。該聚焦光束裝 置在一特別有用的具體實施例中，，其可為一聚焦的.離子光 束（FIB)裝置，如美國專利申請序號〇 9/337, 9 6 6，其於 1 9 9 9年6月6日提案，名為，，掃描電子顯微鏡/能量分散光譜 測定法樣本準備方法及由其產生的樣本"Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive Spectroscopy Sample Preparation Method and Sample Produced Thereby”），其為共同授權並共同提案。再者，該聚焦光 〇裝置130可在另一具體實施例中，為一次原子粒子束裝 置，一雷射光束裝置，或其它任何可用的光束裝置，豆可 用來獲得該校準標準105的不足部份。 , ’、 系：°:進一步包含-樣本夾持器14。。該樣本失持 為140夾持一部份該校準標準145 , 130來由該校準標準105移除。該樣束裝' 設計來用於不同的分析工且，並可彳持益140基本上係 地由-個工具·移動到另一個工具了；：部份145更為容易. 夾持器移動該部份1 4 5到另一個，式’其不需要由一個 可在分析過程中節省相當的時間。—成多個部份1 45，其 現在參考圖2 A - 2 C，苴所示兔社# 的一特別有用具體實施例的上視例夹持器1 4 〇.( ’見圖1 ) 施例樣本夾持器2 〇 〇可為一樣本夹氏。視圖。該較佳具體實 請序號0 9/ 3 2 0，. 3 6 9所提出，其於19、: ’其由美琴專利申 為"多重診斷工具的樣本夾.持哭及年5月25日提案，名 "("^Ple Holder f〇r Mu U Γρ fe D^ ^ # ^ . lagn〇stic Tools and 593998 五、發明說明（5)

Methods of Manufacture and. 〇perati〇n 丁here〇f”），其 奋共同授權及共同提案。该較佳的樣本夾持器2 〇 〇包含一 主體21 0及一接合插頭22 0。該主體2 1〇具有第一及第二相 對主要表面211，212，一位於第一主要表面211的凹處213 及穿過其中的一主體孔214。該凹處213具有一底座213b， 其中該主體孔洞214由該凹處基座21 3b延伸穿過該主體210 到該第二主要表面212。該主體孔洞214的直徑2ih係小於 該凹·處213的直徑213a。該插座2 2 0包含穿過其中的插孔 .2 24，當安裝時，其係對準於該主體孔洞214。該插座22〇 的外部表面221係用來嚙合該凹處21 3的内.部表面2i3c。 乂 ，參=圖1 ，亦顯示出一第二分析工具150。舉例而言， ί ϊ I分析ΐ具15。可以是用於一掃描電、子顯微鏡（SEM)的 能置/刀散光譜測定法（EDS)，一傳輸電子顯微鏡（τεμ)，或 傳輸電子顯微鏡（STEM)，微量熱法，鑽孔電子分光 ί 線光^分光學（xps)叫旦是，本技藝的 ί ί用苴：：分析工具並不限於那些所提供者，其也 出者，該第二丄ί/二V/ Λ具體實施例中所提 用於夾持該樣本失持器具有4本夾持器灣155，其 現在參考圖3 ，再^ ^ 方法之流程圖3。。= 為；：-分析工具的 中的初始化。在初η:統百先執行在步獅 的矩陣η。。二化之广，t师1〇中可得到-已知 而言，其 上的矩'陣1 1 0可：疋任何的材料’更特定 上為可用於製造一半導體晶圓的任何材料。

五’月說明⑻ 14種材料的範例為發’ _ 但是，其須注意到’此；m，錯，銘，銅，鈦或鎢’· 在步驟3 1 5中，一已# μ /此用的材料之所有表列。 為1子元素或-化\物的。植？ 據要分析的元素。更^而:般=，所選擇的元素係依 用於製造半導體晶圓及積體些71素基本上皆為目前 製造產業中的例子為敦：在；：二元中素。二前用在半導體 加入到該矩陣1 1 〇中一已知的濃产 ^選擇的兀素被 準105。本技藝的專業人士可以；解4而產生該校準.標 元件到該矩陣中，#包含 沉白技用的方：來加入該. 術。如所熟知的，離子植入可用來=支：或離子植入技 r!的元素的數量。當該濃度改變 二f該矩陣中該已知元素的濃度約為1E21 atom二二。本 技蟄的專業人士可知道在步驟31〇， 3 1 5 32 n 一 矩陣具有一已知的元素及苴濃产：， ， ’僅在备一 要。 ，、/辰度且亚未事先製造時才需 在步驟3 2 5中，·該校準標準1〇5係置於一八 120中。該第m12G在—說明具體實施二中，為— /人級離子質量光譜測定法（SIMS);但是，本技蔽中的專業 人士可瞭解其可使用其它正確的第—分析工呈。該第 —分析工具120係在步驟3 3 0中用來獲得該校準彳㊣準丨⑽的 一標準濃度輪廟。目前的SIMS技術及任何其它技術如果認 為適當的話，其足以正禮地以一較高的確定性 在那個元素’並且是何濃度；因此，其提供在圖4中所示 五、發明說明（7) 的S I MS輪廓。再參考圖4，盆所干盘 4〇〇 〇 丹口 /、所不為虱的-標準SIM3輪廓 在步驟33 0中決定該標準輪廓之後， 份，豆此* 4杈準標準1 4 5的部 "代表該濃度者，可在步驟335中得。^义&、f 水“、、先束裝置丨30較佳地是用來取得 Λ今、昍田n 于邊邛伤1 4 5。在一憂 具體實施例，該聚焦光束裝置13。可以為-聚 ;Ϊ Ϊΐ裝i ’或在其它具體實施例中為-次原子光束 、求立或田射光束裝置°该聚焦光束裝置130 ’如前所 :’单用來取得該部份!45。較佳地是，該部份“ 忒杈準軚準105的表面處的一區域中移除，其可 進 =兀素的濃度。但1 ’根據該校準標準1Q5 /中濃度的义 性，該部份1 4 5可由不，同的區域中移除。 q 該部份145，在一更為特定的具體實施例中，苴中的— ΓΓίίΪΐ為約5°㈣到約5〇〇“m範圍。再者，該薄部 =/、有長度約為2 0 0 0 〇11111及厚度約5〇〇〇11111;但是， ί ί的專業人士可以瞭解不同的厚度’ *度及寬度可由取 …、光术裝置13Q來取得。 ^在Γ選用的步驟34 0中，該部份145可置於一樣本夾掊。。· 中。該樣本夾持器1 4 0允許該部份1 4 5來精確地固…、為 ^二分析工具150,如後續步驟中所述。其須二= 本夾持器14G·特別有用，但非必要，目前所討論的方= 不需要使用到它。舉例而言，大多數‘分析工具具 :=夾持器140。在這種例子中，該分析工具的 本夾持可在需要時來使用。 检

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五、發明說明（8) 在步驟345中’ 5亥部份1 4 5係置於一第二分析丁目，1 $ 〇 、 掃描路徑之下。該第二分析工具150為用需要被校準的$ 具。如前所述’該第二分析工具1 5 〇可以為用於掃描恭 顯微鏡（SEM)的一能，量分散光譜測定法（eds)，一傳輪\ 顯微鏡（TEM)，或一掃描傳輸電子顯微鏡（STEM)，微 學，鑽孔電子分光學（AES)，或X射線光電分光學（^&…·、 但是，所示的校準方法可用來校準除了那些所說明’ 工具。 刀析

在該部份1 4 5置於該第二分析工具丨5 〇中之後，該部广 ι45的一輪廓即可在步驟350中得到。再參考圖5，其7所%、’ 為由第二分析工具150所提供的輪廓5〇〇。該輪廓5〇〇 ^ 部份145中氣濃度的圖形代表。一旦得到輪廊5〇〇，此^* 5 0 0係與該標準輪廓4 0 0來比較。由此比較結果，一輪邪 6 0 0係在步驟3 5 5中得到，如圖6所示。如果該第二分析+工 具150經過適.當的校準，該部份145的尖峰濃度位準，由认 廓5 0 0所代衣，其必須緊密地對應於該校準標準丨〇 5的 濃度位準，以輪廓4QQ所代表m比較輪觸◦可ί 出；。t所示，該輪獅Q的尖.峰濃度正低於該輪廓4G〇，而 .良該弟二分析工具丨50可被調整或校準來反應正確.的濃 該比較輪扉6 0 0 ·也可用於決 極限，如步驟3 6 0所示。該濃 析工具1 5 0不能正確地讀取該 示，該第一分析工具1 2 0可以 定該第二分析工具150的偵剩 度偵測極限為低於該第二分 元素的濃度之極限。如圖7所 偵測的敦濃度範圍為約1 E 1 6

593998 五、發明說明（9) atoms/cm3 到約 1E15 atoms/cm3，如輪廓 400 所示。但是， 其也可 1E17 a 給定的 極限， 在取 於最終 來校準 使用相 元素， 雖然 必須瞭 下來進 看出，該弟二分析一 π丄〜，一，_.v toms/cm3的氟濃度，如輪廓5 0 0所示。因此，對於 元素考度及矩陣之此特殊第二分析工具1 5 〇的偵測 其由線710表不’其約為1E17 atoms/cin3。 得该第二分析工具1 5 〇的偵測極限之後，該過程即 步驟365中完成。其很明顯地，以上的過程可重複 及決定儘可能愈多的第二分析工具的债測極限’其 同的部份145 ’或-不同的部份145，其具有不同的 且位於不同的矩陣之内。 明已㈣詳細說明:那些本技藝中的專業人士 > ^可在不》離本發明最廣義型式的精神及範圍之 灯不同的改變，取代及變化。

Claims (1)

1. 593998 案號 90110939 申請專利範圍

   修正 1 · 一種校準一分析工具之方法，其包含： 準備具有一已知濃度的元素之校準標準； 光束取得該校準標之的一層，該層可代表該 以 聚焦 元素之濃度； 提供一分析工具；及 準該分析工具。 利範圍第1項之方法，其中取得該校準標準 一聚焦光束製程取得該校準標準之一層。 3 .如申專利範圍第1項之方法，其中取得該校準標準之 次原子粒子束或一雷射光束取得該校準標準 2. 之 以該層校 如申請專 層包含以 之 之一 薄層 5. 取得 6. 一元 層包含以一 --愚 〇 4.如申請專 層’包含取 利範圍第.1項之方法，其中取得該校準標準 得一具有厚度介於5 0奈米及5 0 0 0奈米之間之 如申請專利範圍第4項之方法，其中取得一薄層包含 長度2 0 0 0 0奈米及一深度5 0 0 0、奈米之薄層。 校準一分析工具之系統，其包含： 析工具，其能夠決定位於一校.準標準之内的 一具有一 一種用以 一第一分 份係 限制 素之濃度 一聚焦光 以該聚焦 代表該濃 束裝置； 光束裝置由該校準標準所取得一部分.，該部 度，·及 第二分析工具，其具有少於該元素之濃度的一測量 該層係用以校準該第二分析工具。

   O:\71\7i066-920602.ptc 第14頁 593998 案號 90110939 fa年Z月a曰 修正 \、申請專利範圍 7.如申3.請專利範圍第6項之系統，其中該第一分析工 具係為一第二離子質量光譜測定。器（SIMS)。 8 .如申請專利範圍第6項之系統，其中該聚焦光束裝置 係為一聚焦離子光束裝置。 9 .如申請專利範圍第·6項之系統，其中該層係為一具有 一厚度介於50奈米及5000奈米之間之薄層。 1 0.如申請專利範圍第9項之系統，其中該薄層具有一長 度2 0 0 0 0奈米及一深度5 0 0 0奈米。

   O:\71\71066-920602.ptc 第15頁 593998 案號 90110939 修正 圖式

   圖2C O:\71\71066-930116.ptc 第頁 593998 案號90110939 年/月曰 修正 圖式

   O:\71\71066-93O116.ptc 第>17頁