TWI395943B - 用於分析具有一表面層之一樣品之裝置及方法，及用於生產微電子器件之叢集工具及裝置 - Google Patents

用於分析具有一表面層之一樣品之裝置及方法，及用於生產微電子器件之叢集工具及裝置 Download PDF

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TWI395943B
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Description

用於分析具有一表面層之一樣品之裝置及方法，及用於生產微電子器件之叢集工具及裝置
本發明大體而言係關於分析儀器，且具體言之係關於使用X光用於薄膜分析之儀器及方法。
X光反射量測法(XRR)為用於量測沈積於基板上之薄膜層之厚度、密度及表面品質之熟知技術。該等反射儀通常藉由在一樣品材料之總外部反射角附近用一束X光以掠入射(意即以相對於樣品表面之較小角)照射該樣品來操作。量測作為角之函數自樣品反射之X光強度得到一干涉條紋圖案，該圖案經分析以判定造成條紋圖案產生之薄膜層之性質。
一種用於分析XRR資料以判定薄膜厚度之方法描述於(例如)Komiya等人的美國專利第5,740,226號中，其揭示內容以引用的方式併入本文中。在量測作為角之函數之X光反射率後，平均反射率曲線配合於條紋光譜。該平均曲線係基於表示薄膜之稀薄、背景及表面粗糙度之式子。配合之平均反射率曲線接著用以提取條紋光譜之振盪成份。此成份經傅裏葉變換以得到薄膜厚度。
Koppel的美國專利第5,619,548號(其揭示內容以引用的方式併入本文中)描述了一基於反射式量測之X光厚度計。使用一彎曲、反射之X光單色器以使X光在一樣品之表面上聚焦。諸如光電二極體偵測器陣列之位置敏感偵測器感測自表面反射之X光且產生一作為反射角之函數之強度訊 號。分析該角度相關訊號以判定該樣品上薄膜層之結構之性質，包括厚度、密度及表面粗糙度。
Barton等人的美國專利第5,923,720號(其揭示內容以引用的方式併入本文中)亦描述了一基於彎晶單色器之X光光譜儀。該單色器具有錐形對數螺線之形狀，其被描述為比先前技術單色器在一樣品表面上可達成更精密焦點之單色器。位置敏感偵測器接收自樣品表面反射或繞射之X光。
Yokhin等人的美國專利第6,512,814號及第6,639,968號(其揭示內容以引用的方式併入本文中)描述了包括一動態擋板之X光反射量測法系統，該動態擋板可經調整地定位以截取入射於樣品上之X光。此擋板連同系統之其他特徵一起允許偵測高動態範圍之XRR條紋圖案。此等專利案亦揭示了用於分析XRR條紋圖案之改良方法以判定包括密度、厚度及表面粗糙度之薄膜性質。高動態範圍使該系統能夠正確判定此等性質，不僅對於該上薄膜層，而且對於樣品表面上之一或多個下面的層。
例如Hayashi等人的美國專利申請公開案US 2001/0043668 A1所描述(其揭示之內容以引用的方式併入本文中)，XRR亦可在一沈積爐內就地使用以檢測半導體晶圓上在生產中之薄膜層。該爐子在其側壁上具有X光入射及提取窗。穿過入射窗照射其上已沈積薄膜之基板，且穿過X光提取窗來感測自該基板反射之X光。
X光繞射量測法(XRD)為研究物質之結晶結構之熟知技術。在XRD中，由單色X光束照射一樣品，且量測繞射峰 之位置及強度。典型散射角及散射強度取決於所研究樣品之晶格面及佔據彼等晶格面之原子。對於給定波長λ及晶格面間距d，當X光束以滿足布拉格條件：nλ=2 dsinθ之角θ入射在晶格面上時，將觀察到繞射峰，其中n為散射指數。滿足布拉格條件之角θ稱為布拉格角。由於應力、固體溶液或其他效應所產生的晶格面中之變形導致了XRD光譜中可觀察到的改變。
已將XRD用於量測產生於半導體晶圓上之結晶層之特性。舉例而言，Bowen等人在"X-Ray metrology by Diffraction and Reflectivity",Characterization and Metrology for ULSI Technology,2000國際會議 (美國物理協會，2001)中描述了一種在SiGe結構中使用高解析度XRD以量測鍺濃度之方法，其以引用的方式併入本文中。
本發明之實施例提供用於一樣品之基於XRR及XRD之快速分析的裝置及方法。一輻射源朝向諸如半導體晶圓之樣品之表面引導X光之會聚光束。一偵測器陣列感測自該樣品散射且同時作為一仰角範圍內之仰角之一函數的X光。偵測器陣列具有XRR及XRD組態。在XRR組態中，將輻射源及偵測器陣列定位以使該陣列感測以掠射角自樣品之表面反射之X光。在XRD組態中，將輻射源及偵測器陣列定位以使該陣列感測在該樣品之布拉格角附近自該表面繞射之X光。可提供運動總成以在XRR與XRD組態之間位移該輻射源及偵測器陣列。
一訊號處理器接收及處理該等由該偵測器陣列產生之輸出訊號，以判定該樣品之表面層或多個層之特徵。此等特徵可包括(例如)層厚度、密度、組分及表面粗糙度。XRR及XRD量測之結合在產生結晶表面層之特徵之完全、精確圖時尤其有用，諸如在半導體晶圓上製造積體電路過程中形成之結晶薄膜層。由本發明之實施例所提供之新穎系統組態允許該項技術已知之XRR系統及XRD系統中不可能存在之方式，以高生產量獲得XRR及XRD光譜，且出於精確度而交叉核對XRR及XRD光譜。
因此，根據本發明之一實施例，提供用於分析一具有表面層之樣品之裝置，該裝置包括：一輻射源，其經調適以朝向該樣品之一表面引導X光之一會聚光束；至少一偵測器陣列，其經配置以感測自該樣品散射且同時作為一仰角範圍內之仰角之一函數的X光，且回應地對散射X光產生輸出訊號，該偵測器陣列具有第一組態，其中該偵測器陣列感測以掠射角自該樣品之該表面反射之X光，及第二組態，其中該偵測器陣列感測在樣品之一布拉格角附近自該表面繞射之X光；及一訊號處理器，其經耦接以接收及處理產生於該等第一及第二組態中之輸出訊號以便判定該樣品之表面層之一特徵。
在某些實施例中，該裝置包括一運動總成，其經耦接以在第一組態與第二組態之間移動輻射源及偵測器陣列。
在其他實施例中，該輻射源包括第一及第二輻射源，其經分別定位以在該等第一及第二組態中朝向該樣品引導X光，且至少一偵測器陣列包括第一及第二偵測器陣列，其經分別定位以在第一及第二組態中接收散射X光。
通常，該輻射源包括一彎晶單色器。
在一所揭示之實施例中，該至少一偵測器陣列包括複數個偵測器元件，其經配置以接收自該樣品散射之X光，且該仰角範圍包括至少2°之仰角。
在某些實施例中，在第一組態中自樣品反射之X光之特徵為一作為仰角之函數的強度之振盪變化，且該處理器經調適以分析該振盪變化來判定表面層之該特徵。通常，該由訊號處理器判定之特徵包括表面層之一密度、一厚度及一表面粗糙度中之至少一者。
另外或其他，在第二組態中自表面繞射之X光之特徵為第一及第二繞射峰，且該處理器經調適以分析該等峰之關係來判定表面層之該特徵。通常，該由訊號處理器判定之特徵包括表面層之一組分。
在一所揭示之實施例中，樣品包括半導體晶圓，且該訊號處理器經調適以分析輸出訊號以便判定一形成於晶圓上之薄膜層之品質。
根據本發明之一實施例，亦提供用於生產微電子器件之叢集工具，其包括：一沈積台，其經調適以在一半導體晶圓之表面上形成一薄膜層；及 一檢測台，其包括：一輻射源，其經調適以朝向該晶圓之表面引導X光之一會聚光束；一偵測器陣列，其經配置以感測自晶圓散射且同時作為一仰角範圍內之仰角之一函數的X光，且回應地對散射X光產生輸出訊號，該偵測器陣列具有第一組態，其中該偵測器陣列感測以一掠射角自該晶圓之表面反射之X光，及一第二組態，其中該偵測器陣列感測在該晶圓之一布拉格角附近自晶圓繞射之X光；及一訊號處理器，其經耦接以接收及處理產生於第一及第二組態中之輸出訊號以便判定該晶圓之表面層之一特徵。
根據本發明之一實施例，另外提供用於生產微電子器件之裝置，其包括：一生產製造腔室，其經調適以接收一半導體晶圓；一沈積器件，其經調適以在該腔室內半導體晶圓之表面上沈積一薄膜層；一輻射源，其經調適以朝向該腔室內之晶圓之一表面引導X光之一會聚光束；一偵測器陣列，其經配置以感測自該腔室中之晶圓散射同時作為一仰角範疇內之仰角之一函數的X光，且回應地對散射X光產生輸出訊號，該偵測器陣列具有一第一組態，其中該偵測器陣列感測以掠射角自晶圓之表面反射之X光，及一第二組態，其中該偵測器陣列感測在晶圓之一布拉格角附近自該晶圓繞射之X光；及 一訊號處理器，其經耦接以接收及處理產生於該等第一及第二組態中之輸出訊號以便判定該晶圓之表面層之一特徵。
根據本發明之一實施例，進一步提供一用於分析一具有表面層之樣品之方法，該方法包括：藉由以掠射角朝向樣品之一表面引導X光之會聚光束，且使用至少一偵測器陣列偵測自該樣品散射且同時作為一第一仰角範圍內之仰角之一函數的X光來獲得該樣品之一反射率(XRR)光譜；藉由朝向樣品之一布拉格角附近之樣品表面引導X光之會聚光束，且使用至少一偵測器陣列偵測自樣品散射且同時作為一第二仰角範圍內之仰角之一函數的X光來獲得該樣品之一X光繞射(XRD)光譜；及處理該等XRR及XRD光譜以便判定該樣品之表面層之一特徵。
自本發明實施例之下列詳細描述並連同圖式一起，將更加充分理解本發明。
現參看圖1，其為根據本發明之一實施例用於一樣品22的X光反射量測法(XRR)及X光繞射量測法(XRD)之系統20之示意側視圖。樣品22安裝於運動平臺24上，允許精確調整樣品之位置及方位。X光光源26(通常為具有單色化光學器件30之X光管28)照射樣品22上之小區域32。自樣品22所散射之X光由偵測器總成38收集，其包含一諸如CCD陣列 之偵測器陣列40。雖然為了說明之簡明性，在圖式中展示了僅單一列偵測器元件，其具有相對小數目之偵測器元件，但是陣列40通常包括如線性陣列或矩陣(二維)陣列配置之較大數目元件。在上述美國專利第6,512,814號中描述了偵測器總成38及陣列40之其他態樣。
訊號處理器46接收及分析總成38之輸出，以便判定作為角之函數，以給定能量或在一能量範圍內自樣品22反射之X光光子之通量的分佈48。通常，樣品22在區域32具有一或多個諸如薄膜之薄表面層，所以作為仰角之函數的分佈48顯示了一結構，該結構為干涉及/或繞射效應之特徵，該等效應歸因於表面層及該等層間之界面。處理器46使用下文所描述之分析方法來分析角分佈之特徵以判定樣品之一或多個表面層之特徵，諸如層之厚度、密度、組分及表面品質。
在圖1中所示之實施例中，X光光源26及偵測器總成38具有兩個作業組態：XRR組態及XRD組態。在圖中藉由以實線繪製之光源26及偵測器總成38來表示XRR組態，而藉由以虛線繪製之光源及偵測器總成來表示XRD組態。在XRR組態中，光源26用會聚光束34以掠射角照射區域32，通常入射角在約0°至4.5°之範圍內，雖然可使用更大或更小之範圍。在該組態中，總成38收集垂直方向上角之範圍內之反射X光的發散光束36，其作為在約0°與至少2°之間(且通常高達3°)的仰角(Φ)之函數。該範圍包括低於及高於用於全外反射之樣品之臨界角Φc 的角。(為了清楚說明，放大 圖中所示之角度範圍，如XRR組態中樣品22之平面上方之光源26及偵測器總成38的仰角。)
在XRD組態中，光源26及偵測器總成38均位移至樣品22之布拉格角附近之較高角。在此組態中，光源26在布拉格角附近用會聚光束50照射區域32，且偵測器總成38在布拉格角附近之角的範圍內接收發散光束52。為了該實例，假設產生繞射圖案之晶格面粗略地平行於樣品22之表面，則相對於表面由光束50及52界定之入射角及出射角均等於布拉格角。此假設對於半導體基板通常為真實的，諸如矽晶圓及成長在該等基板上之結晶薄膜層。或者，可以不同之入射角及出射角來定位光源26及偵測器總成38，以便量測來自不平行於樣品22之表面的晶格面之繞射。
運動總成53在XRR組態與XRD組態之間位移光源26及偵測器總成38。在圖1所示之實例中，運動總成包含曲線軌道54、56，光源26及總成38分別沿著其平移，同時保持光源及偵測器總成距區域32恆定距離。熟習該項技術者將易瞭解用於此目的之其他適當種類之運動總成。
或者，兩個獨立X光光源及/或兩個獨立偵測器總成可用於XRR及XRD量測。在該種情況下，可不需要運動總成。再或者，可在XRR與XRD位置之間位移X光管，而每一位置具有其自身固定之光學器件。
現回到光源26之組件，管28通常具有一小的發射區域以允許精確聚焦於樣品22之表面上。舉例而言，管28可包含由Oxford Instruments(Scotts Valley,California)生產之 XTF5011 X光管。系統20中用於反射式及散射量測之典型X光能量為約8.05 keV(CuKal)。或者，可使用諸如5.4 keV(CrKal)之其他能量。可用於系統20中之許多不同種類的單色化光學器件30描述於美國專利第6,381,303號中，其揭示內容以引用的方式併入本文中。舉例而言，光學器件可包含諸如由XOS Inc.,Albany,New York生產之雙倍彎曲聚焦晶體光學器件之彎晶單色器。其他適當之光學器件描述於上述美國專利第5,619,548號及第5,923,720號中。雙倍彎曲聚焦晶體導致光束34及50在水平及垂直兩個方向上會聚，使得近似地聚焦於區域32中一點。或者，一圓柱形光學器件可用於聚焦光束34及50，使得光束會聚在樣品表面上之一條線。熟習該項技術者將易瞭解其他可能之光學組態。
XRR組態中之系統20類似於上述美國專利第6,512,814號中所描述之XRR系統，但增加了本文所描述之特徵及能力。在該系統中，動態刀緣44及擋板42可用於限制垂直方向上(意即垂直於樣品22之平面)X光之入射光束34的角度範圍。簡單地說，為了最佳偵測接近0°之低角度反射，將擋板42抽取出入射光束34之範圍外，而將刀緣44定位於區域32上方且使其降低以減少光束之有效垂直橫截面。因此，減少了入射於區域32上之X光光點之橫向尺寸。另一方面，為了有效偵測XRR組態中之較弱高角度反射，將刀緣44自光束34抽取，而將擋板42定位以截止光束之低角度部分。(或者，可將擋板定位以截止反射光束36之低角度 部分。)
圖2為根據本發明之一實施例，展示在XRR組態中由系統20所俘獲之鏡面反射光譜60之示意曲線。該光譜相對於光束36中所反射X光之仰角Φ而標繪。每一資料點對應於由陣列40之相應元件或像素所接收計數之總和。利用上述美國專利第6,512,814號中描述之技術，光譜之訊雜比已得到提高。光譜60展示自近0°向外至2.5°延伸之明確界定之條紋圖案。光譜在臨界角Φc 具有特徵肩形62，且隨著漸增角以振盪圖案而減弱。可分析光譜60中肩形之位置以判定臨界角及因此樣品22之表面層之密度，而振盪之週期及振幅表示樣品之表面層的厚度及表面粗糙度。高級條紋相對於低級條紋之強度(如由配合於光譜60之衰減曲線64表示)主要由樣品之外表面之粗糙度來判定，其次由樣品上之薄膜層之間的界面粗糙度來判定。
圖3為根據本發明之一實施例，展示在XRD組態中可由系統20俘獲之繞射光譜70的示意曲線。在該種情況下，該光譜相對於光束52中之繞射X光之仰角Φ而標繪。光譜70自約100 nm厚之SiGe之薄結晶層獲得，其形成於Si晶圓之表面上。該光譜包括在約34.5°之尖銳第一峰72，其為在8.05 keV(CuKal)之Si之布拉格角。亦觀察到第二峰74，此歸因於由於Ge原子而導致的Si晶體結構之變形。峰72與峰74之間的位移△φ可表示SiGe層中Ge之濃度。若光譜70以足夠高之訊雜比被俘獲，則可解析光譜之其他特徵，且使其配合於數學模型以提取SiGe層之其他參數，諸如其厚度 及作為該層中深度之函數的Ge濃度梯度。可用於此類分析之方法描述於Bowen等人之上述文章中及在Ulyanenkov之題為"Introduction to High Resolution X-Ray Diffraction",Workshop on X-ray Characterization of Thin Layers (Uckley,May 21-23,2003)之報告書中，其以引用的方式併入本文中。
如以上說明，XRR光譜60亦可用於判定SiGe層厚度，且由肩形62之位置表示之密度可用於估算Ge濃度。可將XRR光譜之此等參數與源自XRD光譜70之參數相比較以驗證及改良量測之精確度。
如另一例示性應用，由系統20俘獲之XRR及XRD光譜可用於分析銅層中之晶粒大小，該等晶粒在積體電路製造過程中形成於半導體基板上。晶粒大小特徵為重要的，因為其影響電子遷移特性。
圖4為根據本發明之一實施例，用於半導體元件製造中之叢集工具80之示意俯視圖。叢集工具包含多個台，包括：一沈積台82，其用於在半導體晶圓90上沈積薄膜；一檢測台84；及如此項技術中已知之其他台86、88，諸如清洗台。如上文中所描述，以一類似於系統20之方式建構及操作檢測台84。機械手88在系統控制器92之控制下在台82、84、86...間轉移晶圓90。可由一操作者使用一耦接至控制器92之工作臺94來控制及監視工具80之操作。
XRR及XRD使用檢測台84以執行晶圓之X光檢測。該檢測通常在生產過程中之選定步驟之前及/或之後進行，該 等生產過程由工具80中之沈積台82及其他台進行。如以上描述，在一例示性實施例中，沈積台82用於在晶圓90上產生薄結晶薄膜，及檢測台84應用XRR及XRD以估算薄膜之厚度、密度及組分。或者，在該過程之某些階段，檢測台84可應用XRR及XRD中之一者，而不應用另一者。使用檢測台84允許利用控制器92及可能工作臺94早期檢測過程偏差，及方便調整及估算生產晶圓上之過程參數。
圖5為根據本發明之又一實施例，用於半導體晶圓製造及現場檢測之系統100之示意側視圖。如此項技術中所已知，系統100包含一真空腔室102，其含有用於在晶圓90上產生薄膜之沈積裝置104。晶圓安裝於腔室102內之運動平臺24上。該腔室通常包含X光視窗106，其可具有上述專利申請公開案US 2001/0043668 A1中所描述之類型。在XRR或XRD組態中，以上述之方式，X光光源26經由該等視窗106中之一視窗照射晶圓90上之區域32。為了簡單起見，圖5省略了圖1中所示之某些元件，但是通常此類元件亦整合於系統100內。
偵測器總成38中之陣列40經由該等視窗106中之另一視窗接收自區域32反射或繞射之X光。如以上描述，處理器46接收來自偵測器總成38之訊號，且處理該等訊號以藉由量測晶圓90之XRD及/或XRR光譜來評估腔室102內在生產中之薄膜層之特徵。該評估之結果可用於控制沈積裝置104，所以由系統100生產之薄膜具有諸如厚度、密度、組分及表面粗糙度之所要特徵。
雖然以上描述之實施例主要涉及判定半導體晶圓之表面層特徵，但是本發明之原理可同樣用於基於X光之分析之其他應用中，以及可用於其他類型之基於輻射之分析中，不僅使用X光，而且使用其他電離輻射帶。此外，亦可修改系統20連同以上描述之XRR及XRD技術以併入基於輻射之分析之其他方法。舉例而言，該系統可併入X光螢光量測法(如在上述美國專利第6,381,303號中所描述)，及/或小角散射量測(如2003年2月12日申請之美國專利申請案10/364,883中所描述其經讓渡給本專利申請案之受讓人且其揭示內容以引用的方式併入本文中)。或者或另外，系統20可經組態以執行漫射XRR量測，如在2004年7月30日申請之名為"Enhancement of X-ray reflectometry by measurement of diffuse reflections"之美國專利申請案中所描述，其同樣經讓渡給本專利申請案之受讓人且其揭示內容以引用的方式併入本文中。
因此，應瞭解以上所描述之實施例作為實例而引用，且本發明不限於已在上文中特定展示及描述之內容。當然，本發明之範疇包括上文所描述之各種特徵之組合及次組合(subcombination)，以及熟習此項技術者在閱讀前述說明時將想起的且未在先前技術中揭示之其變化及修改。
20,100‧‧‧系統
22‧‧‧樣品
24‧‧‧運動平臺
26‧‧‧X光光源
28‧‧‧X光管
30‧‧‧單色化光學器件
32‧‧‧區域
34,50‧‧‧會聚光束
36,52‧‧‧發散光束
38‧‧‧偵測器總成
40‧‧‧偵測器陣列
42‧‧‧擋板
44‧‧‧刀緣
46‧‧‧訊號處理器
48‧‧‧分佈
53‧‧‧運動總成
54,56‧‧‧曲線軌道
60‧‧‧鏡面反射光譜
62‧‧‧特徵肩形
64‧‧‧衰減曲線
70‧‧‧繞射光譜
72‧‧‧第一峰
74‧‧‧第二峰
80‧‧‧叢集工具
82‧‧‧沈積台
84‧‧‧檢測台
86‧‧‧其他台
88‧‧‧其他台/機械手
90‧‧‧晶圓
92‧‧‧系統控制器
94‧‧‧工作臺
102‧‧‧真空腔室
104‧‧‧沈積裝置
106‧‧‧X光視窗
圖1為根據本發明之一實施例之X光反射量測法(XRR)及X光繞射量測法(XRR)量測的系統之示意側視圖；圖2為根據本發明之一實施例之XRR光譜的示意曲線； 圖3為根據本發明之一實施例之XRD光譜的示意曲線；圖4為根據本發明之一實施例用於半導體元件製造之叢集工具的示意俯視圖，其包括一檢測台；及圖5為根據本發明之一實施例具有X光檢測能力的半導體處理腔室之示意側視圖。
20‧‧‧系統
22‧‧‧樣品
24‧‧‧運動平臺
26‧‧‧X光光源
28‧‧‧X光管
30‧‧‧單色化光學器件
32‧‧‧區域
34,50‧‧‧會聚光束
36,52‧‧‧發散光束
38‧‧‧偵測器總成
40‧‧‧偵測器陣列
42‧‧‧擋板
44‧‧‧刀緣
46‧‧‧訊號處理器
48‧‧‧分佈
53‧‧‧運動總成
54,56‧‧‧曲線軌道

Claims (18)

  1. 一種用於分析具有一表面層之一樣品之裝置，該裝置包含：一輻射源，其經調適以朝向該樣品之一表面引導X光之一會聚光束，其中X光自關於該樣品之一第一光源位置以一掠射角照射在該表面上，或X光自關於樣品之一第二光源位置以大於該掠射角之一角度照射在該表面上；至少一偵測器陣列，其經配置以感測自該樣品散射且同時作為一仰角範圍內之仰角之一函數的X光，且回應地對散射之X光產生輸出訊號，該偵測器陣列具有一第一偵測器位置，於其中該偵測器陣列感測以該掠射角自該樣品之該表面反射之X光，且此時該輻射源位於該第一光源位置內；及一第二偵測器位置，於其中該偵測器陣列感測在該樣品之一布拉格角附近自該表面繞射之X光，且此時該輻射源位於該第二光源位置內；一運動總成，其經耦接以在該第一及該第二光源位置之間移動該輻射源，並在該第一及該第二偵測器位置之間移動該至少一偵測器陣列；及一訊號處理器，其經耦接以接收及處理於該第一及該第二偵測器位置內由該至少一偵測器陣列所產生之該等輸出訊號，以便判定該樣品之該表面層之一特徵。
  2. 如請求項1之裝置，其中該輻射源包含一彎晶單色器。
  3. 如請求項1之裝置，其中該至少一偵測器陣列包含複數 個偵測器元件，其經配置以接收自該樣品散射之X光，且其中該仰角範圍包含至少2°之仰角。
  4. 如請求項1之裝置，其中以該掠射角自該樣品反射之X光的特徵為作為該仰角之一函數的強度之一振盪變化，且其中該處理器經調適以分析該振盪變化以便判定該表面層之該特徵。
  5. 如請求項4之裝置，其中該由該訊號處理器判定之特徵包含該表面層之一密度、一厚度及一表面粗糙度中之至少一者。
  6. 如請求項1之裝置，其中在該布拉格角附近自該表面繞射之X光的特徵為第一及第二繞射峰，且其中該處理器經調適以分析該等峰之關係以便判定該表面層之該特徵。
  7. 如請求項6之裝置，其中該由該訊號處理器判定之特徵包含該表面層之一組分。
  8. 如請求項1之裝置，其中該樣品包含一半導體晶圓，且其中該處理器經調適以分析該等輸出訊號，以便判定形成於該晶圓上之一薄膜層之一品質。
  9. 一種用於生產微電子器件之叢集工具，其包含：一沈積台，其經調適以在一半導體晶圓之一表面上形成一薄膜層；及一檢測台，其包含：一輻射源，其經調適以朝向該晶圓之一表面引導X光之一會聚光束，其中X光自關於該晶圓之一第一光 源位置以一掠射角照射在該表面上，或X光自關於晶圓之一第二光源位置以大於該掠射角之一角度照射在該表面上；一偵測器陣列，其經配置以感測自該晶圓散射且同時作為一仰角範圍內之仰角之一函數的X光，且回應地對散射之X光產生輸出訊號，該偵測器陣列具有一第一偵測器位置，於其中該偵測器陣列感測以該掠射角自該晶圓之該表面反射之X光，且此時該輻射源位於該第一光源位置內；及一第二偵測器位置，於其中該偵測器陣列感測在該晶圓之一布拉格角附近自該晶圓繞射之X光，且此時該輻射源位於該第二光源位置內；一運動總成，其經耦接以在該第一及該第二光源位置之間移動該輻射源並在該第一及該第二偵測器位置之間移動該偵測器陣列；及一訊號處理器，其經耦接以接收及處理於該第一及該第二偵測器位置內由該偵測器陣列所產生之該等輸出訊號，以便判定該晶圓之該薄膜層之一特徵。
  10. 一種用於生產微電子器件之裝置，其包含：一生產腔室，其經調適以接收一半導體晶圓；一沈積器件，其經調適以在該腔室內該半導體晶圓之一表面上沈積一薄膜層；一輻射源，其經調適以朝向該腔室內之該晶圓之一表面引導X光的一會聚光束，其中X光自關於該晶圓之一第 一光源位置以一掠射角照射在該表面上，或X光自關於晶圓之一第二光源位置以大於該掠射角之一角度照射在該表面上；一偵測器陣列，其經配置以感測自該腔室中之該晶圓散射且同時作為一仰角範圍內之仰角之一函數的X光，且回應地對散射之X光產生輸出訊號，該偵測器陣列具有一第一偵測器位置，於其中該偵測器陣列感測以該掠射角自該晶圓之該表面反射之X光，且此時該輻射源位於該第一光源位置內；及一第二偵測器位置，於其中該偵測器陣列感測在該晶圓之一布拉格角附近自該晶圓繞射之X光，且此時該輻射源位於該第二光源位置內；一運動總成，其經耦接以在該第一及該第二光源位置之間移動該輻射源並在該第一及該第二偵測器位置之間移動該偵測器陣列；及一訊號處理器，其經耦接以接收及處理於該第一及該第二偵測器位置內由該偵測器陣列所產生之該等輸出訊號，以便判定該晶圓之該薄膜層之一特徵。
  11. 一種用於分析具有一表面層之一樣品之方法，該方法包含：藉由自關於該樣品之一第一光源位置處之一輻射源以一掠射角朝向該樣品之一表面引導X光之一會聚光束，且使用位於一第一偵測器位置內之至少一偵測器陣列來偵測自該樣品散射且同時作為一第一仰角範圍內之仰角之一函數的X光來獲得該樣品之一X光反射率XRR光譜； 藉由自關於該樣品之一第二光源位置處之該輻射源以大於該掠射角之一角度朝向該樣品之該表面引導X光之該會聚光束，且使用位於一第二偵測器位置內之該至少一偵測器陣列偵測自該樣品散射且同時作為在該樣品之一布拉格角附近之一第二仰角範圍內之仰角之一函數的X光來獲得該樣品之一X光繞射XRD光譜；在該第一及該第二光源位置之間移動該輻射源，並在該第一及該第二偵測器位置之間移動該至少一偵測器陣列；及處理該等XRR及XRD光譜，以便判定該樣品之該表面層之一特徵。
  12. 如請求項11之方法，其中引導該會聚光束包含使用一彎晶單色器聚焦X光。
  13. 如請求項11之方法，其中該至少一偵測器陣列包含複數個偵測器元件，其經配置以接收自該樣品散射之X光，且其中該仰角範圍包含至少2°之仰角。
  14. 如請求項11之方法，其中該XRR光譜之特徵為作為該仰角之一函數的強度之一振盪變化，且其中處理該光譜包含分析該振盪變化以判定該表面層之該特徵。
  15. 如請求項14之方法，其中該表面層之該特徵包含該表面層之一密度、一厚度及一表面粗糙度中之至少一者。
  16. 如請求項11之方法，其中該XRD光譜之特徵為第一及第二繞射峰，且處理該光譜包含分析該等峰之間的關係以判定該表面層之該特徵。
  17. 如請求項16之方法，其中該表面層之該特徵包含該表面層之一組分。
  18. 如請求項11之方法，其中該樣品包含一半導體晶圓，且其中處理該光譜包含分析該等輸出訊號，以便判定形成於該晶圓上之一薄膜層之一品質。
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