TWI411775B - 利用漫射反射之測量提高ｘ光反射測量 - Google Patents

利用漫射反射之測量提高ｘ光反射測量 Download PDF

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Description

利用漫射反射之測量提高X光反射測量
本發明一般係關於分析儀器，更明確而言，係關於使用X光進行薄膜分析之儀器與方法。
X光反射測量(XRR)係用於測量沈積於一基板上的薄膜層之厚度、密度與表面品質的一熟知技術。由若干公司出售傳統的X光反射測量儀包括Technos(日本大阪)、西門子(德國慕尼黑)與Bede科學儀器(英國德罕)。此類反射量測儀通常藉由下列方式而運作：以掠入射(即相對於該樣本之該表面，接近該樣本材料之全外反射角的一較小角度)採用X光之一光束而照射一樣本。從該樣本反射的X光強度(與角度成函數關係)之測量會提供一干涉條紋圖案，分析該條紋圖案以決定負責建立該條紋圖案的該等薄膜層之特性。
例如，在Komiya等人的美國專利第5,740,226號中說明用於分析X光資料以決定薄膜厚度的方法，該專利之揭示內容係以引用的方式併入本文中。在測量與角度成函數關係的X光反射比之後，使一平均反射比曲線配適於條紋光譜。該平均曲線係基於表示該薄膜之衰減、背景雜訊與表面粗糙度的一公式。接著，將配適的平均反射比曲線用於擷取該條紋光譜之振盪成分。對此成分進行傅立葉變換以求出該薄膜厚度。
Koppel的美國專利第5,619,548號說明基於反射測量量測之一X光測厚計，該專利之揭示內容係以引用的方式併入本文中。使用一彎曲、反射式X光單色器來將X光聚焦於一樣本之表面上。一位置靈敏偵測器(例如一光二極體偵測器陣列)感測從該表面反射的該等X光，並產生與反射角成函數關係的一強度信號。分析該角度相依信號，以決定該樣本上的一薄膜層之結構的特性，包括厚度、密度與表面粗糙度。
Barton等人的美國專利第5,923,720號亦說明基於一彎曲晶體單色器之一X光光譜儀，該專利之揭示內容係以引用的方式併入本文中。該單色器具有一錐形對數螺線之形狀，其係說明為可以在一樣本表面上達成比先前技術單色器更精細的焦點。藉由一位置靈敏偵測器而接收從該樣本表面反射或繞射的X光。
Yokhin等人的美國專利第6,512,814及6,639,968號說明包括一動態擋板之一X光反射測量系統，該擋板可調整式固定以截取入射在該樣本上的X光，該等專利之揭示內容係以引用的方式併入本文中。此擋板與該系統之其他特徵一起允許偵測具有高動態範圍之XRR條紋圖案。該等專利還揭示用於該XRR條紋圖案之分析的改良方法，以便決定薄膜特性，包括強度、厚度與表面粗糙度。該高動態範圍使該系統不僅能精確地決定上薄膜層之該等特性，而且能精確地決定該樣本之該表面上的一或多個底層之該等特性。
例如在由Naudon等人提供，標題為"在角分解分散模式中用於掠過X光反射測量之新裝置(New Apparatus for Grazing X－ray Reflectometry in the Angle－Resolved Dispersive Mode)"的一論文中說明X光反射測量之另一常用方法，該論文發表於應用結晶學雜誌(Journal of Applied Crystallography)22(1989)第460頁，該論文係以引用的方式併入本文中。以掠入射將X光之一發散光束引向一樣本之表面，並且在該X光光束源對面的一偵測器收集所反射的X光。將一刀口放置成靠近該樣本表面且緊貼一測量位置上方，以便切斷初級X光光束。在該樣本與該偵測器之間(而非像美國專利第5,619,548號一樣在該光束源與該樣本之間)的一單色器選擇要到達該偵測器之反射X光光束之波長。
XRR也可在一沈積爐內於原處使用，以在生產中檢查一半導體晶圓上的薄膜層，例如由Hayashi等人在美國專利申請公告案第US 2001/0043668 A1號中所說明，該公告案之揭示內容係以引用的方式併入本文中。該沈積爐在其側壁上具有X光入射與擷取窗口。透過該入射窗口而照射其上已沈積該薄膜的基板，並透過該X光擷取窗口而感測從該基板反射的該等X光。
儘管以上引用的參考係關於鏡面X光反射之測量，但是X光漫射反射(或稱為漫射散射)也可以提供表面資訊。由Stmmer發表在半導體國際(Semiconductor International)中的"自矽表面散射之X光"(1998年5月1日)中說明X光漫射散射之測量，該論文係以引用的方式併入本文中。此論文說明一實驗性設定，其中由一準直X光源來照射一樣本，並由一偵測器來接收來自該樣本之散射X光。該偵測器係固定成入射角與散射角的總和係固定在一總角度，其係表示為2Θ。將該樣本架設於一測角器上，該測角器使該樣本之傾斜角(表示為Ω)可相對於該入射光束來加以改變，而不會改變該總角度2Θ。
在此配置中，測量由該偵測器所接收的散射X光信號，其與該傾斜角Ω成函數關係。在Ω＝Θ時觀察到一尖銳鏡射峰值。另外，於Ω＝ΦC 及Ω＝2Θ－ΦC 之角度下，在該鏡射峰值之兩側觀察到漫射反射峰值，其中ΦC 為用於該樣本的全外反射之臨界角。該等漫射反射峰值首先係由Yoneda觀察到，Yoneda在物理評論(Physical Review)131期第2010至2013頁(1963)的一論文中說明其發現，標題為"X光之不規則表面反射(Anomalous Surface Reflection of X Rays)"，該論文係以引用的方式併入本文中。因此該等峰值係共同稱為"Yoneda翼"。如Stmmer所陳述，尤其可藉由該樣本之該表面粗糙度來決定該漫射散射曲線之形狀，並且可以分析該等漫射散射測量以決定表面特性。
在本發明之具體實施例中，組合鏡射與漫射XRR光譜以便提供關於一樣本之一或多個表面層的更詳實、更精確的資訊。在某些具體實施例中，使用一雙重用途XRR系統來獲得該等測量，該系統包括一X光源，將該光源配置成採用一會聚光束或一準直光束而照射一樣本。一偵測器(通常為一偵測器陣列)在一角度範圍內偵測從該樣本反射的該等X光。(如上所述，術語"反射的"、"反射"及"反射比"係用於本專利申請案及申請專利範圍中，指鏡面反射與漫射反射，其在該技術中亦稱為漫射散射。)
在其他準直光束組態中，該系統獲得一第一反射比光譜，其包括漫射反射比資訊。通常而言，處理此光譜以決定該等Yoneda峰值之至少一個的位置與振幅，該等峰值指示該樣本之該臨界角與表面粗糙度。
在該會聚光束組態中，該系統獲得一第二反射比光譜，其中鏡面反射佔優勢。通常藉由使該光譜配適於一理論模式而分析此光譜之形狀，以便決定該樣本之一或多個表面層的特徵。該等特徵可包括(例如)一半導體晶圓之表面上的薄膜層之厚度、密度及/或表面粗糙度。然而根據該表面之粗糙度，該鏡面反射比光譜可由於漫射反射而仍包含較多背景雜訊，此可以降低適配之品質。因此，在執行該適配之前，可校正該第二反射比光譜，以根據該第一光譜中的漫射反射比之測量而移除該漫射反射背景雜訊。此外，從該第一反射比光譜獲取的臨界角及/或表面粗糙度可用作適配中的參數，以便增強該等表面層特徵之估計的精確度。
雖然本文所述的本發明之具體實施例主要係關於增強薄膜上的X光測量，且尤其係在形成於半導體晶圓上的薄膜上，但是可將本發明之原理同樣用於其他X光反射測量與散射之應用，以及其他類型的基於輻射之分析。
因此依據本發明之一具體實施例，提供用於檢查具有一表面層之一樣本的方法，該方法包括：獲得該樣本之一第一反射比光譜，同時採用X光之一準直光束來照射該樣本；處理該第一反射比光譜以測量該樣本之一漫射反射特性；獲得該樣本之一第二反射比光譜，同時採用該等X光之一會聚光束而照射該樣本；以及使用該漫射反射特性來分析該第二反射比光譜以便決定該樣本之該表面層的一特徵。
在一揭示的具體實施例中，獲得該第一反射比光譜包括將一狹縫引入該會聚光束中以便校準該光束。
在其他具體實施例中，獲得該第一反射比光譜包括以一預定入射角採用該準直光束而照射該樣本，並且使用一偵測器陣列而在一仰角範圍內同時接收該等X光。通常而言，獲得該第二反射比光譜包括使用亦用於獲得該第一反射比光譜的該偵測器陣列在該仰角範圍內同時接收該等X光。
在本發明之一方面，處理該第一反射比光譜包括偵測該第一反射比光譜中的一Yoneda翼。通常而言，偵測該Yoneda翼包括決定用於自該樣本之全外反射的一臨界角以回應該Yoneda翼之一角度位置。此外或另外，偵測該Yoneda翼包括決定該表面層之粗糙度的一測量以回應該Yoneda翼之一振幅。
在某些具體實施例中，分析該第二反射比光譜包括估計一漫射反射背景雜訊以回應該第一反射比光譜，並從該第二反射比光譜中減去該漫射反射背景雜訊。
通常而言，分析該第二反射比光譜包括決定該表面層之一密度、一厚度與一表面粗糙度之至少一項。
在一揭示的具體實施例中，該樣本包括一半導體晶圓，並且分析該第二反射比光譜包括決定形成於該晶圓上的一薄膜層之一品質。
依據本發明之一具體實施例，還提供用於檢查具有一表面層之一樣本的裝置，該裝置包括：一輻射源，將其調適成在該裝置之一第一組態中將X光之一準直光束引向該樣本之一表面，並在該裝置之一第二組態中將該等X光之一會聚光束引向該樣本之該表面；一偵測器組件，將其配置成感測從該表面反射的該等X光，以便分別產生與相對於該等第一與第二組態中的該表面之仰角成函數關係的第一與第二反射比光譜；以及一信號處理器，將其耦合成接收並處理該第一反射比光譜以便測量該樣本之一漫射反射特性，並使用該漫射反射特性來分析該第二反射比光譜以便決定該樣本之該表面層的一特徵。
依據本發明之一具體實施例，另外提供用於生產微電子器件的一群集工具，其包括：一沈積台，將其調適成在一半導體晶圓之一表面上沈積一薄膜層；以及一檢查台，其包括：一輻射源，將其調適成在該檢查台之一第一組態中將X光之一準直光束引向該晶圓之該表面，並在該檢查台之一第二組態中將該等X光之一會聚光束引向該晶圓之該表面；一偵測器組件，將其配置成感測從該表面反射的該等X光，以便分別產生與相對於該等第一與第二組態中的該表面之仰角成函數關係的第一與第二反射比光譜；以及一信號處理器，將其耦合成接收並處理該第一反射比光譜以便測量該表面之一漫射反射特性，並使用該漫射反射特性來分析該第二反射比光譜以便決定該薄膜層的一特徵。
依據本發明之一具體實施例，進一步提供用於生產微電子器件的裝置，其包括：一生產室，將其調適成接收一半導體晶圓；一沈積器件，將其調適成在生產室內於該半導體晶圓之一表面上沈積一薄膜層；一輻射源，將其調適成在該輻射源之一第一組態中將X光之一準直光束引向在該生產室內之該晶圓之該表面，並在該輻射源之一第二組態中將該等X光之一會聚光束引向在該生產室內之該晶圓之該表面；一偵測器組件，將其配置成感測從該生產室內的該晶圓之該表面反射的該等X光，以便分別產生與相對於該等第一與第二組態中的該表面之仰角成函數關係的第一與第二反射比光譜；以及一信號處理器，將其耦合成接收並處理該第一反射比光譜以便測量該表面之一漫射反射特性，並使用該漫射反射特性來分析該第二反射比光譜以便決定該薄膜層的一特徵。
現在參考圖1，其係依據本發明之一具體實施例，用於X光反射測量(XRR)的一系統20之一示意側視圖。在此圖式所示的組態中，系統20基於測量該樣本之鏡面X光反射比之目的，採用X光之一會聚光束27來照射一樣本22，例如一半導體晶圓。此組態中的系統20係類似於上述美國專利第6,512,814號中所說明的該XRR系統，且增加了本文所說明的特徵與能力。圖2顯示一第二組態，其中採用X光之一準直光束來照射該樣本。
將樣本22架設在一運動台24上，從而允許精確地調整該樣本之位置與方位。一X光源26(通常為具有合適的單色化光學元件(圖中未顯示)之一X光燈管)產生會聚光束27，其照射樣本22上的一較小區域28。例如，可將由牛津儀器公司(加州Scotts Valley)生產的XTF5011 X光燈管用作該X光源。系統20中用於反射測量與散射測量之一典型X光能量為約8.05 keV(CuKal)。或者，可使用其他能量，例如5.4 keV(CrKal)。
美國專利第6,381,303號說明可用於光源26以產生會聚光束27之若干不同的光學組態，該專利之揭示內容係以引用的方式併入本文中。例如，該光學元件可包括一彎曲晶體單色器，例如由紐約阿爾巴尼市的XOS公司所生產的雙彎曲聚焦晶體光學元件。在上述美國專利第5,619,548及5,923,720號中說明其他合適的光學元件。該雙彎曲聚焦晶體使光束27在水平方向(X)及垂直方向(Z)上會聚，以便在區域28中近似地聚焦成一點。通常而言，該等X光在約0°至4.5°的入射角範圍內於區域28上會聚，雖然可使用較大或較小的入射角範圍。或者，可將一柱狀光學元件用於聚焦光束27，以便該光束在該樣本表面上會聚成一線。熟習技術人士將明白另外可能的光學組態。
可將一動態刀口36及光閥38用於在該垂直方向(即垂直於樣本22之平面的方向)上限制該等X光之入射光束27的角度範圍。可將一添加的狹縫(圖中未顯示)用於在該水平方向上限制光束。上述美國專利第6,512,814號詳細說明刀口36與光閥38在XRR測量中的使用。簡言之，為了最佳地偵測接近0°的低角度反射，將光閥38移開到入射光束27之範圍以外，同時將刀口36固定在區域28上並降低該刀口以減小該光束之有效垂直斷面。結果，可減小入射在區域28上的X光光點之橫向尺寸。
另一方面，為有效地偵測較弱的高角度反射，將刀口36從光束27撤回，同時固定光閥38以切斷該光束之低角度部分。通常而言，該光閥會切斷相對於該表面之0.6°以下的入射輻射。(或者，固定光閥以切斷反射光束29之低角度部分。)以此方式，只有自樣本22的高角度反射而非強烈的低角度反射才到達該偵測器陣列，因而增強高角度測量的信號/背景雜訊比。
由一偵測器組件30收集從樣本22反射的X光之一光束29。通常而言，組件30在該垂直方向上於一反射角範圍內收集反射X光，該等反射角與約0°與3°之間的仰角(Φ)成函數關係，兩者在用於全外反射的該樣本之臨界角ΦC 上下左右。(為清楚地解說起見，已將圖式所示的角度誇大，如同光源26及偵測器組件30在圖1中的樣本22之平面上的仰角。)
組件30包括一偵測器陣列32，例如如美國專利第6,512,814號所說明的一CCD陣列。雖然為便於說明起見，在圖式中僅採用相對較少數量的偵測器元件來顯示偵測器元件之一單一列，但是陣列32一般包括較多數量的元件，其係配置為一線性陣列或一矩陣(二維)陣列。組件30進一步包括由一合適的X光透明材料(例如鈹)所製成的一窗口34，其在該偵測器陣列前面並與之具有間隔，且在該陣列與該樣本之間。
一信號處理器40分析組件30之輸出，以便決定從樣本22反射的X光光子的通量之一分布42，其與具有一給定能量或一能量範圍內的角度成函數關係。通常而言，樣本22在區域28中具有一或多個薄表面層(例如薄膜)，因此與仰角成函數關係的分布42由於從該等層之間的介面所反射的X光波當中的干擾效應而展示一振盪結構。處理器40使用下文說明的分析方法來分析該角度分布的特徵，以便決定該樣本之一或多個表面層的特徵，例如該層之該厚度、密度與表面品質。
圖2顯示系統20之一替代組態，其中由一準直光束來照射樣本22。將此組態用於測量漫射X光反射比。可將各種構件用於校準該X光光束。在圖2所示的範例中，將一較窄的水平狹縫39固定在入射光束路徑中。通常而言，該狹縫將該入射光束之會聚角削減至約0.03°(與圖1中的會聚光束之4.5°示範性範圍相對)。或者，可將較大或較小、的狹縫寬度用於針對該測量之角度精度對輸出進行評比。狹縫39的位置可定義區域28上的該準直光束之入射角θ。本發明者已發現設定θ＝0.8°可得到良好的結果。或者，可將其他類型的準直器(例如具有或沒有一狹縫之一Gbel反射鏡)用於校準漫射反射比測量的入射X光光束。
將與用於在圖1之組態中收集鏡面式反射輻射相同的偵測器組件30用於在圖2之組態中收集漫射反射。因此。可以看出可以在該等鏡面與漫射測量組態之間輕易地切換系統20。由於該漫射反射之相對的弱點，所以可能需要在圖2之該組態中於比圖1之該組態中更長的整合時間內收集該等X光。
圖3為一示意曲線圖，其分別顯示使用圖1與2所示的該等組態，由系統20所捕獲的一鏡面反射光譜50與一漫射反射光譜52。該等光譜係針對該反射(或散射)角Φ而繪製。
光譜50在該臨界角ΦC 情況下具有一特徵肩部，並隨角度的增加而在一振盪圖案中降低。例如，上述美國專利第6,512,814及6,639,968號顯示此種更詳細的XRR光譜，其具有更明顯的高頻率振盪圖案。如該等專利所說明，可分析光譜50中的肩部之位置以決定該臨界角，並因此決定樣本22之該表面層的該密度，同時該等振盪之週期與振幅指示該樣本之該表面層的厚度與表面粗糙度。該XRR光譜之該信號/背景雜訊比越大，則處理器40越能精確地決定該等表面層特徵。在某些情況下，該處理器還能夠決定在該樣本表面下面的底層之特徵。另一方面，該樣本表面之粗糙度會降低該XRR光譜中的振盪之振幅，並由於漫射反射而增加該背景雜訊，因此更難以從光譜50擷取精確的測量。
漫射反射光譜52在該準直光束之該入射角θ處具有一中央峰值54，以及對應於該等Yoneda翼的側峰值56與58。從實務上說，雖然一般可在由Yoneda所用的典型傾斜測量設定中看見峰值56與58，但是在系統20之幾何結構中，偵測器組件30實際上只能看見峰值56。該單一峰值56足以用於本目的。因此，假定峰值54與56粗略地為高斯形狀而忽略峰值58，則可以將光譜52模擬為下列等式：
此處r為與角度成函數關係的樣本22之測量的鏡面反射率，並且，其中σ為峰值寬度特徵。係數α及γ分別表示相對於Φ＝0下的該鏡面峰值，峰值56及該等峰值之間的漫射背景雜訊之振幅。通常而言，α為約0.01，而γ為約0.001。
峰值56之位置提供一精確的ΦC 讀數，其在許多情況下比曲線50之肩部得到更清楚地定義。峰值56之振幅(在絕對條件下或相對於峰值54)提供該樣本表面之粗糙度的一測量。光譜52之總體形狀及振幅指示在光譜50中顯現的漫射反射背景雜訊。使用以下說明的方法，結合光譜50之特徵而將光譜52之該等特徵用於決定樣本22之表面層特徵。
圖4為一流程圖，其示意性地解說依據本發明之一項具體實施例，用於決定樣本22之表面層特徵的一方法。雖然下文基於概念清楚之目的以某一順序而列舉該方法之步驟，但是熟習技術人士應明白其他操作順序可用於達到相同的目的並且係在本發明之範疇內。
從圖4之方法開始，如圖2所示而配置系統20，在一漫射反射獲得步驟60中將狹縫39插入在該光束路徑中。在此組態中，獲得漫射反射光譜52，其包括鏡面峰值54與Yoneda峰值56。雖然圖3顯示僅用於該入射角θ之一單一數值的漫射反射光譜，但是可在不同入射角情況下獲得多個光譜，以便改進測量精度並提供用於模擬該漫射反射的額外資料點。在一峰值測量步驟62中，處理器40從光譜52擷取選擇的特徵，包括峰值54及56之角度位置與振幅。或者或此外，在步驟60中，可在一已知的空間中於一角度範圍內連續地掃描狹縫39，並且可於整個範圍內整合由偵測器組件30所接收的漫射背景雜訊輻射，以用於背景雜訊減少，如以下所說明。
在一表面模擬步驟64中，該處理器將光譜52之該等特徵用於決定樣本22之該表面層的臨界角與粗糙度。例如可藉由該等表面特性之數學模擬而決定該粗糙度，如由Stmmer在上述論文中所說明。或者，可藉由測量系統20中自具有已知粗糙度特徵的重要材料之樣本的漫射反射，預校準Yoneda峰值振幅與粗糙度的關係。或者，可將光譜52用於僅決定該臨界角而非該表面粗糙度，或僅決定該表面粗糙度而非該臨界角，或可省略步驟64，以及在步驟60中獲得僅用於背景雜訊減少的目的之漫射光譜，如以下所說明。
接著在一XRR獲得步驟66中，移除狹縫39，並且在圖1之該組態中對系統20進行操作，以使用會聚光束27而獲得一鏡面XRR光譜50。視需要，在一背景雜訊減少步驟68中，根據在步驟60中進行的測量，從光譜50中減少由於構成鏡面XRR測量的漫射反射而引起的背景雜訊。為了估計用於任何偵測角度Φ的總漫射反射背景雜訊，在該會聚光束之整個入射角θ(在該臨界角以上)範圍內整合等式(1)之漫射反射部分，。接著從測量的反射r(Φ)中減去該結果，以提供一校正的鏡面反射信號： 以實際參數形式D(Φ,θ)替代並轉換為離散座標(根據偵測器陣列32之像素)可提供下列結果： 其中jC 為該臨界角之像素座標。可藉由在步驟60中於該入射角範圍內掃描狹縫39而獲取一等效結果，如以上所說明，並接著從測量的反射r(Φ)減去與偵測角Φ成函數關係而獲取的整合背景雜訊。
接著在一適配步驟70中，將光譜50(在背景雜訊減少之後)與該鏡面反射之一理論模式相比，以便決定該樣本之該表面層的該等特徵。例如在上述美國專利第6,512,814及6,639,968號與美國專利第5,740,226號中說明合適的適配程序。依據該理論模式，藉由該樣本上的最上層之密度而決定光譜50中的初始肩部之角度位置以及光譜52中的峰值56之角度位置。空間頻率或光譜50中的條紋之頻率指示該等薄膜層之厚度。主要藉由該樣本之外表面的粗糙度及其次藉由該樣本上的該等薄膜層之間的介面之粗糙度而決定相對於較低級條紋的較高級條紋之強度。還可根據光譜52中的峰值56之位置與振幅來確定該臨界角與表面粗糙度，如上所述。
因此，在步驟70完成之後，可根據光譜50與52中所包含的資訊而完全瞭解該樣本上的外層之實體特性，即密度、厚度與外表面粗糙度。在某些情況下，可以進一步分析光譜50以決定一或多個內層之特性。
圖5為依據本發明之一具體實施例，用於半導體器件製造的一群集工具70之一示意俯視圖。該群集工具包括多個台，包含用於在一半導體晶圓77上沈積薄膜的一沈積台72，一檢查台74，與在該技術中所熟知的其他台76，例如一清潔台。檢查台74係構建並以類似於系統20的方式運行，如上文所說明。一機器人78在一系統控制器80之控制下於台72、74、76...當中傳送晶圓77。可使用耦合至控制器80的一工作台82，藉由一操作者來控制並監控工具70之運作。
在藉由工具70中的沉積台72及其他台所實行之生產程序中的選擇步驟之前及之後，將檢查台74用於藉由XRR執行晶圓之X光檢查，包括鏡面或漫射測量或兩者。在一示範性具體實施例中，將沉積台72用於在晶圓77上建立薄膜，並且檢查台74藉由測量該晶圓之漫射與鏡面反射比特徵而執行XRR評估，如以上所說明。此配置允許使用控制器80以及可能的工作台82及早地偵測程序偏差並方便地調整與評估生產晶圓上的程序參數。
圖6為依據本發明之另一具體實施例，用於半導體晶圓製造及原地檢查的一系統90之一示意側視圖。系統90包括一真空室92，其包含沉積裝置94，該裝置用於在晶圓77上建立薄膜，此在該技術中已為人所瞭解。將該晶圓架設在真空室92內的運動台24上。該真空室通常包括X光窗口96，其可以為上述專利申請公告案第US 2001/0043668 A1號中所說明的類型之窗口。X光源26採用以上說明的方式經由窗口96之一而照射晶圓77上的區域28。基於簡潔之目的，圖7中省略圖1所示的擋板、刀口與狹縫，但通常而言，將此種元件整合至X光源26中或真空室92內。
經由窗口96之另一個，藉由偵測器組件30中的陣列32而接收從區域28反射的X光。處理器40從偵測器組件30接收信號並且處理該等信號，以便藉由測量該晶圓之漫射及/或鏡面反射比特徵，估定薄膜層在真空室92內之生產中的特徵。可將此估定之結果用於控制沈積裝置94，以便系統90之薄膜具有所需要的特徵，例如密度與表面粗糙度。
雖然以上說明的具體實施例主要涉及到決定半導體晶圓之表面層特徵，但是可將本發明之原理同樣用於其他X光反射測量應用，以及僅使用離子化幅射頻帶的基於輻射之分析。因此應明白，可藉由範例來引用以上說明的具體實施例，而且本發明不限於上文已特定顯示並說明的內容。相反，本發明之範疇包括上文說明的各特徵之組合與附屬組合，以及熟習技術人士在讀完上述說明後，對本發明所想到之先前技術所未揭露的變化及修改。
20．．．系統
22．．．樣本
24．．．運動台
26．．．X光源
27．．．光束
28．．．區域
29．．．光束
30．．．偵測器組件
32．．．陣列
34．．．窗口
36．．．刀口
38．．．光閥
39．．．裂縫
40．．．信號處理器
42．．．分布
50．．．鏡面反射光譜
52．．．漫射反射光譜
54．．．中央峰值
56．．．側峰值
58．．．側峰值
70．．．群集工具
72．．．沈積台
74．．．檢查台
76．．．清潔台
77．．．晶圓
78．．．機器人
80．．．系統控制器
82．．．工作台
90．．．系統
92．．．真空室
94．．．沉積裝置
96．．．窗口
從以上結合圖式一起詳細說明的本發明之具體實施例，可更全面地瞭解本發明，其中：圖1為依據本發明之一具體實施例，用於一會聚光束組態中的X光反射測量(XRR)的一系統之一示意側視圖；圖2為依據本發明之一具體實施例，用於一準直光束組態中的X光反射測量(XRR)的一系統之一示意側視圖；圖3為可使用圖1與2之系統獲得的鏡面與漫射X光反射比光譜之一示意曲線圖；圖4為一流程圖，其示意性地解說依據本發明之一項具體實施例，用於產生並分析X光反射比光譜的一方法；圖5為依據本發明之一具體實施例，用於半導體器件製造且包括一檢查台的一群集工具之一示意俯視圖；以及圖6為依據本發明之一具體實施例，具有X光檢查能力的一半導體處理室之一示意側視圖。
20．．．系統
22．．．樣本
24．．．運動台
26．．．X光源
27．．．光束
28．．．區域
29．．．光束
30．．．偵測器組件
32．．．陣列
34．．．窗口
36．．．刀口
38．．．光閥
40．．．信號處理器
42．．．分布

Claims (19)

  1. 一種用於檢查具有一表面層之一樣本的方法，該方法包括：將X光之一會聚光束導引向該樣本之表面，其中該光束會聚在相對於該表面之一角度範圍內；將一狹縫引入該會聚光束中以便準直照射該樣本之該光束，且在採用該準直光束來照射該樣本時，獲得該樣本之一第一反射比光譜；處理該第一反射比光譜以測量該樣本之一漫射反射特性；自該光束移除該狹縫以便允許該光束在該角度範圍內照射該樣本，且在採用該會聚光束而照射該樣本時獲得該樣本之一第二反射比光譜；以及使用該漫射反射特性分析該第二反射比光譜，以便決定該樣本之該表面層的一特徵。
  2. 如請求項1之方法，其中獲得該第一反射比光譜包括採用該準直光束以一由該狹縫之一位置所決定之預定入射角來照射該樣本，並且使用一偵測器陣列在一仰角範圍內同時接收該等X光。
  3. 如請求項2之方法，其中獲得該第二反射比光譜包括使用亦用於獲得該第一反射比光譜的該偵測器陣列在該仰角範圍內同時接收該等X光。
  4. 如請求項1之方法，其中處理該第一反射比光譜包括偵測該第一反射比光譜中的一Yoneda翼。
  5. 如請求項4之方法，其中偵測該Yoneda翼包括決定來自該樣本之全外反射的一臨界角以回應該Yoneda翼之一角度位置。
  6. 如請求項4之方法，其中偵測該Yoneda翼包括決定該表面層之粗糙度的一測量以回應該Yoneda翼之一振幅。
  7. 如請求項1之方法，其中分析該第二反射比光譜包括估計一漫射反射背景雜訊以回應該第一反射比光譜，以及從該第二反射比光譜中減少該漫射反射背景雜訊。
  8. 如請求項1之方法，其中分析該第二反射比光譜包括決定該表面層之一密度、一厚度與一表面粗糙度之至少一項。
  9. 如請求項1之方法，其中該樣本包括一半導體晶圓，並且其中分析該第二反射比光譜包括決定形成於該晶圓上的一薄膜層之一品質。
  10. 一種用於檢查具有一表面層之一樣本的裝置，該裝置包括：一輻射源，其經調適以將X光之一會聚光束導引向該樣本之該表面，其中該光束會聚在相對於該表面之一角度範圍內；一水平狹縫，其經設置以被引入由該輻射源所產生之該會聚光束中，以便在該裝置之一第一組態中準直照射該樣本之該光束，且該水平狹縫經設置以自該光束移除以便在該裝置之一第二組態中允許該會聚光束在該角度範圍內照射該樣本；一偵測器組件，其係配置成感測從該表面反射的該等X 光，以便分別產生與相對於該等第一與第二組態中的該表面之仰角成函數關係的第一與第二反射比光譜；以及一信號處理器，其係耦合成接收並處理該第一反射比光譜以便測量該樣本之一漫射反射特性，並使用該漫射反射特性來分析該第二反射比光譜以便決定該樣本之該表面層的一特徵。
  11. 如請求項10之裝置，其中該偵測器組件包括一偵測器陣列，將該陣列配置成在該等第一與第二組態中於一仰角範圍內同時接收該等反射的X光。
  12. 如請求項10之裝置，其中將該信號處理器調適成處理該第一反射比光譜，以便偵測該第一反射比光譜中的一Yoneda翼。
  13. 如請求項12之裝置，其中將該信號處理器調適成決定來自該樣本之全外反射的一臨界角以回應該Yoneda翼之一角度位置。
  14. 如請求項12之裝置，其中將該信號處理器調適成決定該表面層之粗糙度的一測量以回應該Yoneda翼之一振幅。
  15. 如請求項10之裝置，其中將該信號處理器調適成估計一漫射反射背景雜訊以回應該第一反射比光譜，並且從該第二反射比光譜中減少該漫射反射背景雜訊。
  16. 如請求項10之裝置，其中將該信號處理器調適成分析該第二反射比光譜，以便決定該表面層之一密度、一厚度與一表面粗糙度之至少一項。
  17. 如請求項10之裝置，其中該樣本包括一半導體晶圓，並 且其中將該信號處理器調適成分析該第二反射比光譜以便決定形成於該晶圓上的一薄膜層之一品質。
  18. 一種用於生產微電子器件的群集工具，其包括：一沈積台，其係調適成在一半導體晶圓之表面上沉積一薄膜層；以及一檢查台，其包括：一輻射源，其經調適以將X光之一會聚光束導引向該晶圓之該表面，其中該光束會聚在相對於該表面之一角度範圍內；一水平狹縫，其經設置以被引入由該輻射源所產生之該會聚光束中以便在該檢查台之一第一組態中準直照射該樣本之該光束，且該水平狹縫經設置以自該光束移除以便在該檢查台之一第二組態中允許該會聚光束在該角度範圍內照射該樣本；一偵測器組件，其係配置成感測從該表面反射的該等X光，以便分別產生與相對於該等第一與第二組態中的該表面之仰角成函數關係的第一與第二反射比光譜；以及一信號處理器，其係耦合成接收並處理該第一反射比光譜以便測量該表面之一漫射反射特性，並使用該漫射反射特性來分析該第二反射比光譜以便決定該薄膜層的一特徵。
  19. 一種用於生產微電子器件的裝置，其包括：一生產室，其係調適成接收一半導體晶圓； 一沈積器件，其係調適成在該室內的該半導體晶圓之一表面上沉積一薄膜層；一輻射源，其經調適以將X光之一會聚光束導引向在該生產室內之該晶圓之該表面；一水平狹縫，其經設置以被引入由該輻射源所產生之該會聚光束中以便在該輻射源之一第一組態中準直照射該樣本之該光束，且該水平狹縫經設置以自該光束移除以便在該輻射源之一第二組態中允許該會聚光束在該角度範圍內照射該樣本；一偵測器組件，其係配置成感測從該生產室內的該晶圓之該表面反射的該等X光，以便分別產生與相對於該等第一與第二組態中的該表面之仰角成函數關係的第一與第二反射比光譜；以及一信號處理器，其係耦合成接收並處理該第一反射比光譜以便測量該表面之一漫射反射特性，並使用該漫射反射特性來分析該第二反射比光譜以便決定該薄膜層的一特徵。
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