TWI452286B - 利用ｘ射線螢光之小特徵檢測 - Google Patents

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Description

利用X射線螢光之小特徵檢測
本發明一般係關於非破壞性測試，且特定言之係關於用於測量一基板上之極小特徵之特性的方法及系統。
X射線螢光(XRF)測量且明確地說係X射線微螢光(即使用窄聚焦激發光束的X射線螢光)作為一用於測試半導體晶圓之方法正在獲得越來越多的注意。XRF本身係用於決定一樣本之元素成分之一為人熟知的技術。XRF分析器一般包括一X射線源，其照射該樣本，以及一X射線偵測器，其用於偵測該樣本回應該照射而發射的X射線螢光。該樣本中之各元素發射屬於該元素之特徵的能帶中之X射線螢光。偵測的X射線螢光係分析以找到該等能量，或等效的係該等偵測的光子之波長，並且該樣本之定性及/或定量成分係基於此分析來決定。
例如，美國專利6,108,398說明一XRF分析器與一用於分析一樣本的方法，其揭示內容以引用方式併入本文中。該分析器包括一X射線光束源，其經由一單石聚合毛細管光學裝置在該樣本上照射一小光點(在直徑50μm之等級上)。該照射引起該樣本發射螢光X射線光子。一半導體偵測器陣列係配置於該光點周圍以便捕獲該等螢光X射線光子。該分析器產生適合於該樣本之分析的電脈衝。
美國專利6,351,516中說明用於測試半導體晶圓之X射線微螢光的使用，其揭示內容以引用方式併入本文中。此專 利說明一用於測試一材料在一樣本之表面上之一凹陷內的沈積及/或移除的非破壞性方法。一激發光束係導向該樣本在該凹陷附近之一區域上，並且從該區域發射之X射線螢光的強度係測量。沈積於該凹陷內的材料之數量係回應該測量的強度而決定。
X射線微螢光之另一應用係藉由Lankosz等人的標題為"圖案化薄膜之定量X射線螢光微量分析的研究"的論文(Advances in X-ray Analysis 43 (1999)，第497至503頁)加以說明，其以引用方式併入本文中。作者說明一用於使用一準直微光束之X射線螢光微量分析的方法。該方法適用於測試藉由離子噴濺技術製備之薄膜的厚度與均勻度。
如另一範例，美國專利7,245,695說明一用於測試應用於一樣本之一表面之材料的方法，其揭示內容以引用方式併入本文中。一激發光束係導向該樣本之一區域上，並且從該區域發射之X射線螢光的強度係測量。可使該光束掃描該表面上之一特徵以便產生所掃描特徵之一測量的XRF輪廓。該材料在該區域內之分佈係基於該X射線螢光之測量強度並基於該激發光束之已知強度斷面來估計。可以說該方法實現一比該激發光束之光束寬度更精細的空間解析度。
在一基板(例如一半導體晶圓)上之精細特徵的以X射線為主之分析中，通常難以使用足夠精確度來匹配該光束與一關注特徵。該X射線光束與此一特徵之精確對準可能過 於耗時。此外，在某些情況下，即使在該X射線光束係仔細對準時，該光束與該關注特徵之間的重疊仍可能不完美。
為克服此等類型的問題，下述本發明之具體實施例測量於一照射X射線光束相對於一樣本上之一目標特徵的多個不同位置處的由該樣本發射之X射線的強度。對應強度測量係處理以便給出該發射之一調整值，其更精確地指示該特徵之特性(例如厚度)。
本發明之某些具體實施例提供用於測量由小於該激發光束之直徑的一特徵之X射線發射的方法及系統。作為該特徵相對於該激發光束之較小尺寸的結果，由於入射至該特徵上的光束之部分所致該關注發射信號係與來自周圍區域之背景發射混合。由於缺少用於產生高能的窄X射線光束的容易獲得之X射線源與光學裝置所致，此問題在(例如)高能XRF應用中尤為明顯。
雖然下述具體實施例明確表示來自形成於一半導體晶圓之表面上的小金屬凸塊與襯墊的XRF之測量，但本發明之原理可同樣應用於XRF測量中的其他類型之樣本上以及輻射發射測量之其他領域中。
因此，依據本發明之一具體實施例，提供一用於檢測的方法，其包括：使用一X射線光束照射一樣本，該X射線光束包括一具有一第一直徑與一第一入射強度的中央光點與一圍繞該中央光點並具有大於該第一直徑之一第二直徑與小於該第一 入射強度之一第二入射強度的光暈，在該中央光點撞擊於該樣本之一表面上之一特徵上的一第一照射位置中，該特徵具有一第三直徑，其小於該第二直徑；測量回應該第一照射位置中之X射線光束從該樣本發射之X射線之一第一發射強度；偏移該樣本與該X射線光束之至少一者以便該X射線光束在其中該中央光點係從該特徵移開之一第二照射位置照射該樣本；測量回應該第二照射位置中之X射線光束從該樣本發射之X射線之一第二發射強度；以及比較該等第一與第二發射強度以便決定該特徵之特性。
在某些具體實施例中，測量該等第一與第二發射強度包括測量從該樣本發射之X射線螢光。通常，測量該X射線螢光包括測量一屬於該樣本中之一給定元素之特性的選定X射線發射線中的X射線螢光而比較該等第一與第二發射強度包括決定該給定元素在該特徵中之濃度。在一揭示的具體實施例中，該特徵包括第一與第二元素，而測量該X射線螢光包括測量分別屬於該等第一與第二元素之特性的第一與第二X射線發射線中之發射強度，而決定該濃度包括計算該等第一與第二發射強度之比以便決定該第一元素在該特徵中之濃度。
在某些具體實施例中，該樣本包括一半導體晶圓，並且該特徵包括在形成於該半導體晶圓之表面上的多個凸塊之中之一凸塊，以使得該光暈同時照射複數個該等凸塊。在 一揭示的具體實施例中，偏移該樣本與該X射線光束之至少一者包括使該樣本與該X射線光束之一或多者移位以便該中央光點於該等凸塊之兩者之間之一位置處撞擊於該半導體晶圓上。此外或替代地，該方法包括測量該凸塊之高度，其中比較該等第一與第二發射強度包括將該測量高度連同該等強度一起用於決定該凸塊之成分。通常，該等凸塊包含第一與第二金屬元素，而比較該等第一與第二發射強度包括決定該第一金屬元素相對於該第二金屬元素之濃度。
依據本發明之一具體實施例，還提供用於檢測的裝置，其包括：一X射線源，其經組態用以使用一X射線光束照射一樣本，該X射線光束包括一具有一第一直徑與一第一入射強度之中央光點及一圍繞該中央光點並具有大於該第一直徑之一第二直徑與小於該第一入射強度之一第二入射強度的光暈；一運動裝配件，其係耦合以移動該X射線源與該樣本之一或多者以便該X射線源在一第一照射位置中(其中該中央光點撞擊於該樣本之一表面上之一特徵上，該特徵具有小於該第二直徑之一第三直徑)與在一第二照射位置中(其中該中央光點係從該特徵移開)照射該樣本；一偵測器裝配件，其經組態用以測量回應該第一照射位置中之X射線光束從該樣本發射之X射線之一第一發射強度與回應該第二照射位置中之X射線光束從該樣本發射之 X射線之一第二發射強度；以及一處理器，其經組態用以比較該等第一與第二發射強度以便決定該特徵之特性。
在一揭示的具體實施例中，該X射線源包括一X射線管與一或多個毛細管，其經組態用以接收與聚焦藉由該管發射之輻射。
依據本發明之一具體實施例，額外提供一用於檢測的方法，其包括：使用一X射線光束來照射一樣本，該X射線光束係聚焦以便在該樣本之一表面上界定一光點；偏移該樣本與該X射線光束之至少一者以便沿一跨過該表面上之一特徵的掃描路徑來掃描該光點；於沿該掃描路徑之複數個位置處測量回應該X射線光束從該樣本發射之X射線螢光的個別強度，於該複數個位置處該光點具有與該特徵的不同之個別程度的重疊；處理於該複數個位置處測量的強度以便計算該掃描路徑上所發射X射線螢光之一調整值；以及基於該調整值來估計該特徵之厚度。
在一揭示的具體實施例中，該調整值係該掃描路徑上所發射X射線螢光之一最大值。處理該強度可包括將一曲線適配於與該等位置成函數關係測量的個別強度。
在某些具體實施例中，該樣本包括其上界定一劃線之一半導體晶圓，其中該特徵包括形成於該晶圓上該劃線中之一金屬測試目標，且其中偏移該樣本與該X射線光束之至 少一者包括橫跨該劃線掃描該光點。偏移該樣本與該X射線光束之至少一者可包括在橫跨該劃線掃描該光點之前對準該X射線光束與該晶圓，及在橫跨該劃線掃描該光點時制止對該X射線光束相對於該測試目標之對準的調整。
在一具體實施例中，偏移該樣本與該X射線光束之至少一者包括以一二維掃描圖案來橫跨該特徵掃描該光點。此外或替代地，偏移該樣本與該X射線光束之至少一者包括修改該X射線光束之聚焦深度，而測量該等個別強度包括決定兩個或更多不同聚焦深度處的個別強度。
依據本發明之一具體實施例，進一步提供用於檢測的裝置，其包括：一X射線源，其經組態用以使用一X射線光束照射一樣本，該X射線光束係聚焦以便在該樣本之一表面上界定一光點；一運動裝配件，其係耦合以偏移該樣本與該X射線光束之至少一者以便沿一跨過該表面上之一特徵的掃描路徑來掃描該光點；一偵測器裝配件，其經組態用以於沿該掃描路徑之複數個位置處測量回應該X射線光束從該樣本發射之X射線螢光的個別強度，於該複數個位置處該光點具有與該特徵的不同之個別程度的重疊；以及一處理器，其經組態用以處理於複數個該等位置處測量的強度以便計算該掃描路徑上所發射X射線螢光之一調整值並基於該調整值估計該特徵之厚度。
 系統說明
圖1係依據本發明之一具體實施例的一X射線微螢光分析器20之示意性解說。分析器20之態樣係在上述美國專利6,108,398中詳細說明。分析器20係配置以使用下述方法來檢查一樣本(例如一半導體晶圓22)以便識別晶圓製程中之缺陷。
分析器20通常包含一激發源(例如一X射線管24)，其係藉由一高電壓電源26驅動，如此項技術中已知。該X射線管將具有一適合能量範圍與功率通量之X射線射入X射線光學裝置28中。例如，該光學裝置可包含一聚合毛細管陣列。或者，可使用一單一毛細管或其他適合光學裝置，如此項技術中已知。光學裝置28將該X射線光束聚焦於樣本22之表面上的一小區域30上。該照射的區域發射螢光X射線，其係藉由一偵測器裝配件捕獲，該偵測器裝配件通常包含配置於區域30周圍並向其成角度之一偵測器32之陣列。回應該等捕獲的光子，偵測器32產生電氣信號，其係傳遞至一信號處理器34。該等偵測器可以係任何適合類型，但本發明者已發現對於高能X射線測量，如下所述，Si(Li)(鋰漂移矽)偵測器提供較佳結果。
或者，可將此項技術中已知的其他類型之螢光分析器(包含任何適合激發源、電源、聚焦光學裝置及偵測系統)用於實施本文說明的方法。
處理器34通常包含一能量分散脈衝處理系統，如此項技 術中已知，其作為光子能量之函數來決定藉由該等偵測器捕獲之X射線光子的強度光譜。或者，可使用一波長分散偵測與處理系統。藉由來自管24之X射線激發的照射區域內之各化學元素發射特性光譜線中的X射線。一給定元素之特性光譜線之強度與區域30內之該元素的質量成比例。因而，處理器34使用測量的強度光譜來決定區域30之區域內的樣本之特性或樣本上之特徵之特性，尤其係該區域中之特徵的化學成分，即該區域中存在一或多個特定元素的數量。處理器34通常包含一通用電腦，其在適合軟體的控制執行執行此等功能。例如，可以電子形式透過一網路將該軟體下載至該處理器，或可將其提供於有形媒體上，例如光學、磁或電子記憶體媒體。
如圖1所示，分析器20係用以檢查晶圓22上之區域30。分析器20包含一運動裝配件，其用於移動該晶圓與該激發源之任一者或兩者以便該X射線光束撞擊於該晶圓表面上之所需點上。在一具體實施例中，該運動裝配件包含一可移動平台(例如一運動台35)，該晶圓係安裝於其上以致能該晶圓相對於該X射線光束移動。台35通常執行晶圓22在晶圓(X-Y)平面中的精確平移，並還可調整該晶圓的高度(Z)。或者，可將該晶圓安裝於一適合的固定夾具同時移動管24、光學裝置28及偵測器32之一或多者，以使得該X射線光束掃描該晶圓。
分析器20可進一步經組態用以捕獲與處理由於其他機制(例如反射、繞射及/或小角度散射)所致而由晶圓22發射之 X射線。此類型之多功能系統係在(例如)美國專利6,381,303與6,895,075中及美國專利申請公開案2006/0062351中加以說明，其揭示內容以引用方式併入本文中。
圖2係X射線光學裝置28與區域30之示意性側視圖。光學裝置28包含在一外罩42中之一單石聚合毛細管陣列40。此類型之光學裝置可從(例如)X-Ray Optical Systems公司(紐約阿爾巴尼)購得。在該軟X射線區域中，陣列40中的玻璃毛細管包含並有效率地導引來自管24之X射線，以使得X射線係聚焦於一通常直徑大約20μm的小光點44。隨著X射線能量於15至20 keV及以上增加，然而某些X射線從該等毛細管逃逸並在光點44周圍產生一直徑約1mm的光暈46。(雖然為簡化表示，在圖2與3A中光點44與光暈46之邊界看起來較鮮明，實際上該等光點與光暈大體具有高斯(Gaussian)形狀，其具有模糊邊界。此處引用的大致直徑表示該等光點與光暈之半高寬(FWHM)。)例如，在實驗中，在25至35 keV之範圍內，本發明者已發現藉由光學裝置28透射之X射線能量的大約2/3逃逸至光暈46中。換言之，在高能範圍中，分析器20中之激發光束包含相對高強度之中央光點44，其係藉由具有較低強度之光暈46包圍。 該中央光點與該光暈兩者引起來自其撞擊的晶圓22上之特徵的X射線螢光之發射。
使用高能X射線的焊料凸塊之評估
圖3A與3B示意性顯示依據本發明之一具體實施例的藉 由分析器20中之X射線光束照射的晶圓22之區域的細節。圖3A係俯視圖，而圖3B係沿圖3A中之線IIIB-IIIB的斷面圖。在此範例中，多個焊料凸塊50係形成於該晶圓上之一基板52上。此類型之凸塊通常係用於將一半導體晶片附著於一電路基板(在該晶片之生產完成之後)。在一典型製程中，該等凸塊直徑大約150μm並在基板52之表面之上突出大約80至100μm。為與要附著該晶片之電路基板的較佳黏合與電接觸，凸塊50通常係由具有數個百分比之銀(Ag)的錫(Sn)製成。需要將該錫凸塊中的銀之百分比保持於緊密限制之內。
可藉由比較銀之特性XRF發射線之強度與一錫發射線之強度來在分析器20中測量凸塊50中之銀濃度，但在此方面遇到若干問題。在該軟X射線範圍內(例如在該等AgLa與SnLa線附近，接近3 keV)，光學裝置28能夠將幾乎所有X射線能量聚焦於光點44中，其直徑小於凸塊50，如圖3A所示。然而，此等能量係強烈地吸收於該等凸塊之金屬材料中並因而穿透至該凸塊表面之下不足10μm。已實驗上發現銀在該等凸塊內之分佈不隨深度均勻。因此，可使用該等La線進行之淺測量並不精確代表銀之整體濃度。
硬X射線(例如於22.1 keV之AgKa線與於25.2 keV之SnKa線)能夠穿透凸塊50的整個深度，並因而可用於銀濃度之精確整體測量。然而，在此情況下，該X射線光束中的大部分能量係散佈於光暈46之上，而僅一分率(大約1/3，如上所述)係集中於光點44中。因此，圖3A所示之光點組態 中的AgKa與SnKa XRF強度之比較不會直接給出一單一凸塊中之銀濃度，而會係在光點44與光暈46之整個面積上的相對濃度之一加權平均。
可使用此類型之平均的測量來估計落在光點44與光暈46之內的凸塊50之群組的實際平均銀濃度。為此目的，該X射線光束之強度輪廓係於關注能量與橫跨光點44與光暈46之徑向位置成函數關係地校準。該等光點與光暈之面積上的銀與錫濃度之一參數模型係基於該光束輪廓並基於落在該光暈之區域內的凸塊之實際已知位置來構造。(若使用處於一給定類型之一給定晶圓或多個晶圓上之多個相同晶粒上的相同位置處的區域30進行該測量，則光點44與光暈46內凸塊之位置將針對所有測量皆係相同的，並可重複使用相同模型。)處理器34接著將該模型之參數適配至該等AgKa與SnKa發射線(及/或其他線)之測量強度以便發現銀濃度。此方法具有高產量的優點，因為其允許該處理器在一單一測量中決定多個凸塊之平均金屬濃度。
圖4係示意性解說依據本發明之一具體實施例的用於測量一單一凸塊50中之銀濃度之一方法的流程圖。在此具體實施例中，在一對準步驟60中，處理器34驅動台35以便光點44處於一特定凸塊50的中心(如圖3A所示)。於一初始X射線測量步驟62，該處理器接著啟動X射線源24與偵測器32來測量該等AgKa與SnKa線中的XRF發射之強度。或者或此外，可使用其他發射線，尤其係具有大約100μm或更大之穿透深度的高能線。
於一偏移步驟64，處理器34現偏移台35以便光點44落在基板52上。在上述圖3A與3B所示之範例中，一大約100至150μm的偏移會將該光點從該中央凸塊移開至凸塊之間的基板之區域上。然而，落在光暈46內的凸塊之彙總體積不會顯著改變。於一重複測量步驟66，該處理器啟動該等X射線源與偵測器來在此新位置重複步驟62之XRF強度測量。在該新位置，光暈46對測量的XRF發射強度之貢獻將於步驟62中大致相同，但光點44的貢獻可忽略。(若需要，可於兩個或更多不同位置處重複步驟64與66，並且該等測量係平均以便更精確地決定該光暈貢獻。)因而，於步驟62與66測量的強度之間的差約等於於步驟62藉由光點44激發的凸塊55之部分的強度貢獻。
該等AgKa與SnKa線具有凸塊50內之不同吸收深度。因此，為基於對應XRF線之測量強度精確測量一给定凸塊中銀相對於錫的濃度，需要考慮凸塊在基板52之上的高度。 實際上，本發明者已發現該等凸塊之高度可改變約±10μm。為決定並補償此等高度變更，可於一高度測量步驟68視需要地測量於步驟62測量的凸塊之高度。
為此目的之一可能係測量並比較於具有不同穿透深度之兩個不同線(例如SnLa與SnKa線)的XRF發射之強度。該SnLa發射在該凸塊之表面附近係吸收，並因此將對凸塊高度不敏感。另一方面，該SnKa發射完全穿透該凸塊，並因此該SnKa強度將與該凸塊高度成比例。因此，該等SnKa與SnLa發射強度之比較將給出該凸塊高度之測量。或者或 此外，該X射線管上之高電壓可在40至50 keV之範圍內改變，從而給出所觀察AgKa/SnKa強度比的改變，其可提供凸塊高度之另一指示。
再者，可於步驟68使用高度測量之其他方法，例如光學三角測量或此項技術中已知的其他方法。
於一濃度計算步驟70，處理器34使用於步驟62與66進行之AgKa與SnKa測量來決定藉由光點44照射之凸塊中的銀濃度。為此目的，如上所述，該處理器將於步驟66測量的光譜線之強度從於步驟62測量的該些光譜線之強度減去以便隔離光點44之貢獻，並因而決定關注單一凸塊中之濃度。在將AgKa與SnKa線之間的強度比轉換成濃度中，該處理器可考慮於步驟68測量的凸塊之高度。可基於第一原理由強度比與凸塊高度導出銀濃度。或者或此外，可使用不同已知濃度比之凸塊來預校準強度比與濃度之間的關係。還可使用此類型之校準來考慮可發生於該等凸塊中的諸如銅的其他元素(並若需要抵消其效應)。
通常，處理器34經由一適合輸出裝置(例如連接至處理器34之一監視器(未顯示))來將於步驟70進行的銀濃度測量輸出至使用者。使用者比較該測量的濃度與該製程配方所要求的目標濃度。若該濃度與目標相差超過一預界定界限，則使用者可調整製程參數。或者或此外，可將分析器20與用於產生凸塊50之一製造台整合，並且處理器34可向該製造台自動提供控制回授以便按需要調整該等製程參數。
使用不完美光束對準測量襯墊厚度
上述具體實施例假定藉由該X射線源形成之光點係與該晶圓上之關注目標特徵精確對準。例如，可使用光學成像之方法來實現此類對準，例如美國專利6,345,086或美國專利7,023,954中說明之該些方法，其揭示內容以引用方式併入本文中。
另一方面，在某些應用中，藉由光學或其他構件的X射線光點在目標特徵上之精確對準不合需要或不可行。然而，在缺少此類對準的情況下，該X射線光點可能僅部分(或甚至根本不)與目標特徵重疊。當該X射線光點之直徑與該目標特徵之寬度屬於相同等級時，此問題可尤為嚴重。當該X射線光點之部分不與該目標特徵重疊時，該入射X射線能量之一部分係"浪費"，並且由該特徵得到之發射(例如XRF發射)將相對弱於在該光點係與該特徵適當對準的情況下由該特徵得到之發射。此較弱發射可能導致該特徵之特性(例如其厚度)的不正確估計。可藉由該X射線光束在該樣本表面上之適合掃描與沿該掃描路徑之多個位置處測量的發射強度之處理來克服此不完美對準之問題，如下面所詳細說明。
圖5係依據本發明之一具體實施例的顯示藉由一X射線光束在該基板上形成之一光點84的掃描路徑86與88的半導體基板82之示意性俯視圖。此具體實施例類似於先前具體實施例可使用分析器20(圖1)照射並偵測來自基板82之XRF發射來實現。掃描路徑86與88跨過一目標特徵，例如沈積於 該基板上之一金屬襯墊80。此類型之金屬襯墊係用作(例如)一半導體晶圓上之電接觸點，並且重要的係該金屬的厚度在一指定範圍內。如上所述，可藉由使用台35平移該基板或替代的係藉由偏移該等X射線源、光學裝置及偵測器來實現該掃描。
在圖5所示之範例中，襯墊80係一測試襯墊，其係形成於基板82上之一劃線89中。該測試襯墊係藉由與所討論晶圓之晶粒內的功能接觸襯墊相同之程序並與其同時形成，以使得該測試襯墊之厚度給出該等功能襯墊之厚度的較佳測量。在此範例中，假定該劃線之寬度係大致50μm，而光點84具有一具有20至30μm之直徑(半高寬FWHM)的大體高斯輪廓。然而，此等尺寸僅係藉由解說給出，並且可在該X射線光束與該光束入射之目標特徵的尺寸之一寬廣範圍內應用此具體實施例之原理。此外，雖然襯墊80在圖5中係顯示為大致方形，實際上可沿該劃線伸長該襯墊，因為該劃線內之特徵的尺寸不受鄰接晶粒內之電路的幾何形狀限制。或者，在加以必要修正的情況下可同樣將下文中參考圖5說明的方法應用於晶粒區域內的功能襯墊。
為產生掃描路徑86與88，基板82首先係與藉由X射線源24與光學元件28形成之光束的焦點(藉由光點84表示)約略對準。例如，可使用一預定基準標記上的光學及/或機械對準來實現此對準。接著，台35繼續移動該基板以便光點84沿路徑86並然後沿路徑88橫跨劃線掃描。通常，該掃描在各掃描路徑上於一位置序列之各位置(例如沿路徑88標 記為A、B、C、D、E的位置)處停止一較短時間。於各位置，偵測器32捕獲從襯墊80及基板82之周圍區域發射的XRF光子，並且藉由該等偵測器產生的所得電氣信號係藉由處理器34收集並處理。該處理器使用於不同位置處測量的XRF強度以便計算該掃描路徑上的所發射X射線螢光之調整值，如下文所進一步說明。
明確地說，處理器34使用來自偵測器32之信號來計數屬於用以形成襯墊80之金屬之特性的XRF線中發射的光子數目。於光點84之任一給定位置處發射的光子數目與該光點內金屬之數量成比例，其進而與該襯墊之厚度及與該給定位置處藉由該光點實際覆蓋的襯墊之面積成比例。一般而言，為節省掃描期間的時間與努力，台35沿該等掃描路徑使基板82平移由用於初始對準之基準點的終止推算，並且在掃描期間不重新檢查或調整光點84與襯墊80的對準。因此，不可能知道該光點完全覆蓋該襯墊的精確時間與於該光點之一給定位置處XRF光子之較低計數是否係由於不足的襯墊厚度或該光點與該襯墊之間的不足重疊所致的先驗。在圖5所示之範例中，路徑86與88欲在垂直於劃線89之一方向上跨過襯墊80，但該等掃描軸未對準。因此，光點84僅在掃描路徑88上標記為C之位置處完全與襯墊80重疊，並可能存在其中無一光點位置提供與該襯墊之完全重疊的掃描，例如沿路徑86的掃描。
為克服此等困難，光點84可以一二維圖案在襯墊80之區域上進行掃描。因而，例如，可以一平行掃描線之光柵圖 案接合掃描86與88，可能連同額外平行掃描路徑一起。或者，可使用其他二維掃描圖案，例如一螺旋圖案。
如另一範例，可將光點84定位於一位置矩陣之各位置處，例如一點之方形或矩形柵格，可能係一4x4柵格。藉由將該等柵格點處的XRF強度之測量適配至一適當函數，可決定該襯墊厚度並估計光點84相對於該襯墊之定位誤差。
如另一範例，該二維掃描可包含一連串正交(或另外非平行)一維掃描。在此情況下，光點84首先係沿X軸掃描，並且處理器34執行一維適配，如下所述，以便找到XRF強度之最大值及與此最大值相關聯的位置。接著，該點係沿Y方向上之一線掃描，該線通過在X軸掃描中找到的最大值之位置。若需要，可沿通過該Y方向掃描中的最大值之位置的線來實施一新的X方向掃描，等等直至該最大值會聚或直至某些其他標準係滿足，例如已完成預界定掃描數目。可藉由將一適當函數適配至該等測量點來決定該襯墊厚度。
再者或此外，可以一二維或包括高度變更之三維掃描圖案來驅動台35，以便改變該X射線光束在該基板上的焦深，並因而改變光點84的大小。可延伸上面針對二維情況說明的連續正交掃描方法以包括高度的掃描。於光學裝置28在基板之上的最佳高度，光點在該基板上的大小係最小化，並因而亦可減低由於該光點越過該襯墊之邊緣散佈至該基板上所致而可能浪費的X射線光束能量之數量。
此外或替代地，若如上所述襯墊80係沿劃線89伸長，則可放鬆對準要求。在其情況下，橫跨該劃線之一約略對準的一維掃描將導致光點84與該襯墊之間的較佳重疊存在相對較大的可能性。因而，避免對一二維掃描圖案的需要。 此外，即使在一維掃描不充分覆蓋該目標特徵時，下述計算方法仍將增強所得XRF測量的精確度。
圖6係依據本發明之一具體實施例的與光點84相對於基板之位置成函數關係的由基板82上之襯墊80的X射線螢光發射強度的示意曲線圖。假定圖6之曲線圖中的資料已在沿路徑88之掃描期間係收集。每一資料點90指示當光點84係入射至圖5所示之對應位置(A、B、C、D、E)上時藉由處理器34計數的光子數目。
處理器34透過資料段90適配一曲線92。給定光點84之約略圓形與襯墊80之筆直邊緣，預期曲線92係抛物線。曲線92之最大值給出由襯墊80發射的X射線螢光之調整值，其指示當該光點係最佳地對準於該襯墊上時會從偵測器32接收的信號。對於二維掃描，可將資料適配至一多維曲線，例如一抛物面。
或者，該處理器可透過該等資料點適配任一其他適合類型的函數或可藉由此項技術中已知的其他計算方法來找到適當的調整值。例如，可藉由以下強度函數之整合來評估一給定點(X,Y)處的襯墊厚度T： 在此等式中，假定該襯墊具有分別沿X與Y軸之尺寸axb，並且該X-Y原點位於所討論襯墊之左下角。一給定位置(X0 ,Y0 )處的X射線光點強度係I(X,Y)=Spot(X-X0 ,Y-Y0 )，其可以實驗方式來測量，如比例常數α。可針對該2軸來測量或計算一類似函數。
基於此調整的XRF值，處理器34估計沈積於襯墊80中的金屬之厚度。若該厚度在指定限制之外，則該處理器可自動調整該等製程參數以便校正該厚度。或者或此外，該處理器可提供該厚度之一輸出讀數，其將致能一操作者監視該製程並進行任何必要調整。
結論
雖然上述方法係關於一特定類型之測量(一半導體晶圓上的特定類型之結構中的某些特定元素之濃度)，但一般可將本發明之原理應用於一樣本之表面上的其他類型之精細特徵的XRF測量，以及應用於使用其他類型之X射線發射測量決定其他樣本特性。例如，在半導體製造中及在其他分析領域(例如地質學、法醫學及考古學)中，在加以必要修正的情況下，可將上述方法應用於其他重元素(例如Ru、Rh、Pd、Cd及In)的微量分析。
因而，應明白，可藉由範例引用上述具體實施例，及應明白，本發明並不限於以上特別顯示及說明的內容。而是，本發明之範疇包括上述各種特徵的組合及附屬組合，以及熟習此項技術者在讀完上述說明後，對本發明所想到之先前技術所未揭示的變更及修改。
20‧‧‧X射線微螢光分析器
22‧‧‧半導體晶圓
24‧‧‧X射線管
26‧‧‧電源
28‧‧‧X射線光學裝置
30‧‧‧區域
32‧‧‧偵測器
34‧‧‧信號處理器
35‧‧‧運動台
40‧‧‧單石聚合毛細管陣列
42‧‧‧外罩
44‧‧‧光點
46‧‧‧光暈
50‧‧‧焊料凸塊
52‧‧‧基板
80‧‧‧襯墊
82‧‧‧半導體基板
84‧‧‧光點
86‧‧‧掃描路徑
88‧‧‧掃描路徑
89‧‧‧劃線
90‧‧‧資料點
92‧‧‧曲線
從以上連同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係依據本發明之一具體實施例的一用於X射線微螢光測量之系統的示意性解說；圖2係一X射線聚合毛細管光學裝置與藉由該光學裝置形成於一基板上之一X射線光點的示意性側視圖；圖3A係依據本發明之一具體實施例在藉由一X射線光束之照射之下一具有形成於其上之金屬凸塊的半導體基板的示意性俯視圖；圖3B係圖3A所示之基板與凸塊的示意性斷面圖；圖4係示意性解說依據本發明之一具體實施例的用於測量一基板上之一凸塊中的金屬濃度之方法的流程圖；圖5係依據本發明之一具體實施例的顯示在該基板之一目標特徵上的X射線光束之掃描路徑的一半導體基板的示意性俯視圖；圖6係依據本發明之一具體實施例的與照射該樣本之一X射線光束之位置成函數關係的由一樣本之X射線螢光發射強度的示意性曲線圖。
20‧‧‧X射線微螢光分析器
22‧‧‧半導體晶圓
24‧‧‧X射線管
26‧‧‧電源
28‧‧‧X射線光學裝置
30‧‧‧區域
32‧‧‧偵測器
34‧‧‧信號處理器
35‧‧‧運動台

Claims (24)

  1. 一種用於檢測的方法，其包含：使用一X射線光束照射一樣本，該X射線光束包括一具有一第一直徑與一第一入射強度的中央光點與一圍繞該中央光點並具有大於該第一直徑之一第二直徑與小於該第一入射強度之一第二入射強度的光暈，在其中該中央光點撞擊於該樣本之一表面上之一特徵上的一第一照射位置中，該特徵具有一小於該第二直徑之第三直徑；測量回應該第一照射位置中之該X射線光束從該樣本發射之X射線之一第一發射強度；偏移該樣本與該X射線光束之至少一者以便該X射線光束在其中該中央光點係從該特徵移開之一第二照射位置中照射該樣本；測量回應該第二照射位置中之X射線光束從該樣本發射之該等X射線之一第二發射強度；以及比較該等第一與第二發射強度以便決定該特徵之一特性。
  2. 如請求項1之方法，其中測量該等第一與第二發射強度包含測量從該樣本發射之X射線螢光。
  3. 如請求項2之方法，其中測量該X射線螢光包含測量一屬於該樣本中之一給定元素之特性的選定X射線發射線中的該X射線螢光，且其中比較該等第一與第二發射強度包含決定該給定元素在該特徵中之一濃度。
  4. 如請求項3之方法，其中該特徵包含第一與第二元素， 且其中測量該X射線螢光包含測量分別屬於該等第一與第二元素之特徵的第一與第二X射線發射線中之該等發射強度，且其中決定該濃度包含計算該等第一與第二發射強度之比以便決定該第一元素在該特徵中之濃度。
  5. 如請求項1之方法，其中該樣本包含一半導體晶圓，且其中該特徵包含在形成於該半導體晶圓之該表面上的多個凸塊之中之一凸塊，以使得該光暈同時照射複數個該等凸塊。
  6. 如請求項5之方法，其中偏移該樣本與該X射線光束之該至少一者包含使該樣本與該X射線光束之一或多者移位以便該中央光點於該等凸塊之兩者之間之一位置處撞擊於該半導體晶圓上。
  7. 如請求項5之方法，其包含測量該凸塊之一高度，其中比較該等第一與第二發射強度包括將該測量高度連同該等強度一起用於決定該凸塊之成分。
  8. 如請求項5之方法，其中該等凸塊包含第一與第二金屬元素，且其中比較該等第一與第二發射強度包括決定該第一金屬元素相對於該第二金屬元素之一濃度。
  9. 一種用於檢測的設備，其包含：一X射線源，其經組態用以使用一X射線光束照射一樣本，該X射線光束包含一具有一第一直徑與一第一入射強度之中央光點及一圍繞該中央光點並具有大於該第一直徑之一第二直徑與小於該第一入射強度之一第二入射強度的光暈； 一運動裝配件，其係耦合以移動該X射線源與該樣本之一或多者以便該X射線源在一第一照射位置中(其中該中央光點撞擊於該樣本之一表面上之一特徵上，該特徵具有小於該第二直徑之一第三直徑)與在一第二照射位置中(其中該中央光點係從該特徵移開)照射該樣本；一偵測器裝配件，其經組態用以測量回應該第一照射位置中之該X射線光束從該樣本發射之X射線之一第一發射強度與回應該第二照射位置中之該X射線光束從該樣本發射之該等X射線之一第二發射強度；以及一處理器，其經組態用以比較該等第一與第二發射強度以便決定該特徵之一特性。
  10. 如請求項9之設備，其中該偵測器裝配件經組態用以測量回應藉由該X射線光束之照射從該樣本發射之X射線螢光。
  11. 如請求項9之設備，其中該樣本包含一半導體晶圓，且其中該特徵包含在形成於該半導體晶圓之該表面上的多個凸塊之中之一凸塊，以使得該光暈同時照射複數個該等凸塊。
  12. 如請求項9之設備，其中該X射線源包含一X射線管與一或多個毛細管，其經組態用以接收與聚焦藉由該管發射之輻射。
  13. 一種用於檢測的方法，其包含：使用一X射線光束來照射一樣本，該X射線光束係聚焦以便在該樣本之一表面上界定一光點； 偏移該樣本與該X射線光束之至少一者以便沿一跨過該表面上之一特徵且包含複數個非平行掃描線的二維掃描圖案來掃描該光點；於沿該掃描圖案之複數個位置處測量回應該X射線光束從該樣本發射之X射線螢光的個別強度，於該複數個位置處該光點具有與該特徵的不同之個別程度的重疊；處理於該複數個位置處測量的該等強度以便計算該掃描圖案上的該所發射X射線螢光之一調整值；以及基於該調整值來估計該特徵之一厚度。
  14. 如請求項13之方法，其中該調整值係該掃描圖案上的該所發射X射線螢光之一最大值。
  15. 如請求項14之方法，其中處理該強度包含將一曲線適配至與該等位置成函數關係而測量的該等個別強度。
  16. 如請求項14之方法，其中處理該強度包含整合該特徵之一區域上之一強度函數。
  17. 如請求項13之方法，其中該樣本包含其上界定一劃線之一半導體晶圓，其中該特徵包含形成於該晶圓上該劃線中之一金屬測試目標，且其中偏移該樣本與該X射線光束之該至少一者包含橫跨該劃線掃描該光點。
  18. 如請求項17之方法，其中偏移該樣本與該X射線光束之該至少一者包含在橫跨該劃線掃描該光點之前對準該X射線光束與該晶圓，及在橫跨該劃線掃描該光點時制止對該X射線光束相對於該測試目標之一對準的調整。
  19. 如請求項13之方法，其中偏移該樣本與該X射線光束之 至少一者包含修改該X射線光束之一焦深，且其中測量該等個別強度包含決定兩個或更多不同聚焦深度處的該等個別強度。
  20. 一種用於檢測的設備，其包含：一X射線源，其經組態用以使用一X射線光束照射一樣本，該X射線光束係聚焦以便在該樣本之一表面上界定一光點；一運動裝配件，其係耦合以偏移該樣本與該X射線光束之至少一者以便沿一跨過該表面上之一特徵且包含複數個非平行掃描線的二維掃描圖案來掃描該光點；一偵測器裝配件，其經組態用以於沿該掃描圖案之複數個位置處測量回應該X射線光束從該樣本發射之X射線螢光的個別強度，於該複數個位置處該光點具有與該特徵的不同之個別程度的重疊；以及一處理器，其經組態用以處理於該複數個該等位置處測量的該等強度以便計算該掃描圖案上的該所發射X射線螢光之一調整值並基於該調整值估計該特徵之一厚度。
  21. 如請求項20之設備，其中該調整值係該掃描圖案上的該所發射X射線螢光之一最大值。
  22. 如請求項21之設備，其中該處理器經組態用以藉由將一曲線適配至與該等位置成函數關係而測量的該等個別強度來找到該最大值。
  23. 如請求項20之設備，其中該樣本包含其上界定一劃線之 一半導體晶圓，其中該特徵包含形成於該晶圓上該劃線中之一金屬測試目標，且其中該運動裝配件經組態用以橫跨該劃線掃描該光點。
  24. 如請求項20之設備，其中該運動裝配件經組態用以修改該X射線光束之一焦深，且其中該等偵測器與處理器經組態用以決定兩個或更多不同聚焦深度處的該等個別強度。
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