TWI518301B - 量測裝置與應用其之量測方法 - Google Patents

Description

量測裝置與應用其之量測方法

本揭露是有關於一種量測裝置。

隨著半導體技術的進步，半導體裝置的體積越來越小，且佈線密度越來越高。因這些體積小、佈線密度高的半導體裝置的製程不易，因此其製成的半導體裝置之品質會不穩定。如此一來，半導體裝置便需經過檢驗才得以出貨。

本揭露之一態樣提供一種量測裝置，包含光源與影像感應器。光源用以提供X光以照射晶圓。影像感應器用以偵測當X光照射晶圓時所產生之空間域圖案。

在一或多個實施方式中，量測裝置更包含至少一透鏡組，用以聚焦X光至晶圓。

在一或多個實施方式中，量測裝置更包含處理器，用以根據偵測到之空間域圖案以得到晶圓之形態(morphology)。

在一或多個實施方式中，量測裝置更包含傅立葉轉換器與處理器。傅立葉轉換器用以轉換偵測到之空間域圖案成為傅立葉頻率域資料。處理器用以根據傅立葉頻率域資料以得到晶圓之形態。

在一或多個實施方式中，量測裝置更包含旋轉機構，用以旋轉晶圓。

本揭露之另一態樣提供一種量測裝置，包含電磁輻射源與影像感應器。電磁輻射源用以提供電磁輻射以照射晶圓。電磁輻射之波長範圍為約0.01至10奈米。影像感應器用以偵測當電磁輻射照射晶圓時所產生之空間域圖案。

本揭露之再一態樣提供一種量測方法，用以量測晶圓之形態。量測方法包含提供X光以照射晶圓。偵測當X光照射晶圓時所產生之空間域圖案。

在一或多個實施方式中，上述之方法更包含聚焦X光至晶圓。

在一或多個實施方式中，上述之方法更包含根據偵測到之空間域圖案以得到晶圓之形態。

在一或多個實施方式中，上述之方法更包含旋轉晶圓。

因X光具有較短的波長，因此上述實施方式之量測裝置可用來量測具有微小結構的晶圓，以改善量測結果的可靠度。

100‧‧‧光源

102‧‧‧X光

200‧‧‧影像感應器

300‧‧‧透鏡組

400‧‧‧傅立葉轉換器

500‧‧‧處理器

600‧‧‧旋轉機構

900‧‧‧晶圓

902‧‧‧量測結構

904‧‧‧磊晶源極與汲極結構

910‧‧‧基板

BW‧‧‧下寬

H‧‧‧高度

MW‧‧‧中間寬

P‧‧‧節距

S10、S20‧‧‧步驟

TW‧‧‧上寬

W‧‧‧寬度

第1圖為本揭露一或多個實施方式之量測裝置的示意圖。

第2圖為本揭露一或多個實施方式之量測方法的流程圖。

第3圖為第1圖之晶圓的剖面圖。

第4圖為自第3圖之晶圓所量測之一維X光散射光譜圖。

第5圖為本揭露一或多個實施方式之晶圓的剖面圖。

以下將以圖式揭露本揭露的複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本揭露。也就是說，在本揭露部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。另一方面，當一第一元件被稱為位於一第二元件之『上(on)』或『上方(over)』時，第一元件與第二元件可以為直接接觸，又或是其中有一額外元件存在，以致於第一元件與第二元件為非直接接觸。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

除非另有定義，本文所使用的所有詞彙(包括技術和科學術語)具有其通常的意涵，其意涵係能夠被熟悉此領域者所理解。更進一步的說，上述之詞彙在普遍常用之 字典中之定義，在本說明書的內容中應被解讀為與本揭露相關領域一致的意涵。除非有特別明確定義，這些詞彙將不被解釋為理想化的或過於正式的意涵。

在本文中所使用的詞「包含(comprising)」、「包括(including)」、「具有(having)」、「包括(containing)」、「涉及(involving)」等皆為開放性用詞，也就是意指包含但不限於此。關於本文中所使用之『約(around)』、『大約(about)』、『實質(substantially)』或『近似(approximately)』所修飾之數量誤差一般是在20%以內，在部分實施方式是在10%以內，在另一部分的實施方式則是在5%以內。文中若無明確說明，其所提及的數值皆視作為近似值，即如『約(around)』、『大約(about)』、『實質(substantially)』或『近似(approximately)』所表示的誤差或範圍。於本文中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或多個。

在本文中敘及「一實施方式」意指所描述的該實施方式有關的特定特徵、結構或特性包含在本揭露的至少一實施方式當中。在本文中所出現的「一實施方式」並不一定皆指同一實施方式。而且，該些特定特徵、結構或特性能夠在一或多個實施方式中出現或互相結合。

第1圖為本揭露一或多個實施方式之量測裝置的示意圖。量測裝置包含光源100與影像感應器200。光源100用以提供X光102以照射晶圓900。影像感應器200用以偵測當X光102照射晶圓900時所產生之空間域圖案。

如此一來，因X光102具有較短的波長，因此本實施方式之量測裝置可用來量測具有微小結構的晶圓900，以改善量測結果的可靠度。

在一或多個實施方式中，光源100可為一電磁輻射源。具體地說，光源100可為一X光源。X光102為電磁輻射之一類，其波長範圍為0.01至10奈米，對應至30PHz至30Ehz(即3×10¹⁶Hz至3×10¹⁹Hz)之頻率範圍。X光102的波長低於紫外光的波長。因光學解析度，其可由瑞利準則(Rayleigh criterion)得到，為約照射至晶圓900之光束的二分之一波長，因此X光102的光學解析度可為約0.005至5奈米。以具有線寬約20奈米之晶圓900為例，X光102之光學解析度已足夠能分辨出晶圓900之形態(morphology)。

在本實施方式中，晶圓900可置於光源100與影像感應器200之間。換句話說，影像感應器200可偵測穿過晶圓900之X光102。如此一來，相較於被晶圓900反射之部份X光102，穿透晶圓900之部份X光102於晶圓900上所形成之光點尺寸較小，因此此部份之X光102也就能夠量測到晶圓900上之較小尺寸的結構。另一方面，雖然在量測晶圓900時，X光102係穿透晶圓900，然而X光102並不會對晶圓900產生破壞。

更進一步地，為了能夠穿透晶圓900，X光102之功率可選擇大於12千瓦(kW)。以厚度為750微米之晶圓900為例，X光102之功率可選擇為約13kW至14kW。然而在其他的實施方式中，若在量測前，晶圓900的厚度有 減少(例如被磨(polish)掉)，則X光102之功率可選擇小於13kW。基本上，X光102之功率係由晶圓900之厚度而決定。

在第1圖中，量測裝置可更包含透鏡組300，用以聚焦X光102至晶圓900。為了量測晶圓900上的更小尺寸，照射至晶圓900上的X光102之光點尺寸可儘量縮小。因此，藉由聚焦X光102，X光102之光點尺寸可被縮小。在一或多個實施方式中，X光102之光點尺寸可為約100微米。應注意的是，上述之X光102之光點尺寸僅為例示，並非用以限制本揭露。本揭露所屬領域具通常知識者，可視實際需要，彈性選擇合適之X光102之光點尺寸。

在本實施方式中，透鏡組300可置於光源100與影像感應器200之間。具體而言，透鏡組300可置於光源100與晶圓900之間。如此一來，由光源100所產生之X光102即可穿過透鏡組300，被透鏡組300聚焦而照射至晶圓900上。在穿透晶圓900後，穿透部份之X光102可形成一空間域(Spatial Domain)圖案，而此空間域圖案即可被影像感應器200偵測到。

在一或多個實施方式中，量測裝置可更包含處理器500，用以根據偵測到之空間域圖案以得到晶圓900之形態(morphology)。而處理器500的類型則決定於所偵測到之空間域圖案。

在一或多個實施方式中，量測裝置可更包含傅立葉(Fourier)轉換器400，用以轉換偵測到之空間域圖案成為傅 立葉頻率域資料(Fourier frequency domain data)，而處理器500可根據傅立葉頻率域資料以得到晶圓900之形態。詳細而言，穿透部份之X光102可能會因干涉而形成空間域圖案。也就是說，空間域圖案可為干涉圖案。傅立葉轉換器400可將干涉圖案轉換為傅立葉頻率域資料，使得處理器500能夠根據傅立葉頻率域資料以得到晶圓900之形態。

在本實施方式中，傅立葉轉換器400可連接至影像感應器200，而處理器500可連接至傅立葉轉換器400。然而本揭露不以此為限。本揭露所屬領域具通常知識者可視實際需要，彈性選擇傅立葉轉換器400、處理器500與影像感應器200之間的合適連接方式。

在一或多個實施方式中，X光102可自晶圓900背面照射晶圓900。在此處所指的背面係為相對晶圓900具有欲量測之結構之面的一面。在穿透晶圓900後，晶圓900上被量測之結構會使得X光102因干涉效應而產生繞射。而此部份的X光102會產生破壞性或建設性干涉，使得影像感應器200所偵測到的干涉圖案不容易利用空間域進行分析。然而，傅立葉轉換器400能夠將干涉圖案轉換至頻率域，使得晶圓900上有關頻率的特徵被顯現。處理器500能夠分析出此頻率特徵所對應的資訊，例如處理器500能夠將此頻率特徵從頻率域轉換回空間域，以得到晶圓900的特徵。

在一些實施例中，若晶圓900之結構於空間上係為週期性排列，則在其頻率域上則至少存在一主頻率，其對 應至此結構之排列週期(period)。也就是說，當此結構之排列週期較短，則主頻率較高；若此排列週期較長，則主頻率較低。如此一來，根據主頻率，即可得知晶圓900之特徵。

在一或多個實施方式中，量測裝置可更包含旋轉機構600，用以旋轉晶圓900。旋轉機構600可置於透鏡組300與影像感應器200之間，然而本揭露不以此為限。經由在量測時旋轉晶圓900，可觀察到更多晶圓900的資訊。詳細而言，當X光102照射至晶圓900時，X光102可與電子交互作用而產生散射。若晶圓900的結構為較均勻且無序，則散射之X光102於空間域便散射地較均勻。然而，若晶圓900之結構中的電子分佈較有序且有規律，則根據X光102之入射角的不同，散射後之X光102的特徵也會改變。因此，藉由在量測時旋轉晶圓900，便能得到晶圓900中有關方向性之特徵。

應注意的是，上述實施方式之量測裝置僅為例示，並非用以限制本揭露。在不脫離本揭露之範疇下，量測裝置之結構可根據實際需要或製程考量而加以變化。

本揭露之另一態樣提供一種量測方法，用以量測晶圓之形態。請參照第2圖，其為本揭露一或多個實施方式之量測方法的流程圖。為了清楚起見，第2圖之量測方法可應用於第1圖之量測裝置，然而本揭露不以此為限。用以量測晶圓900之量測方法包含下列步驟：如步驟S10所示，提供X光102以照射晶圓900。接著，如步驟S20所 示，偵測當X光102照射晶圓900時所產生之空間域圖案。應注意的是，第2圖之流程圖僅為例示，然而實際上並不一定要依照第2圖之順序而進行。只要不脫離本揭露之範疇下，可適當地加入、替換、改變順序與/或刪除步驟。

詳細而言，X光102的波長可為約0.01至10奈米，藉以改善X光102的光學解析度(其可為約0.005至5奈米)。

在一或多個實施方式中，量測方法可更包含步驟：聚焦X光102至晶圓900。

舉例而言，照射至晶圓900上之光點尺寸可為約100微米。因此若晶圓900中有更小的裝置時，X光102之光點尺寸可縮小，藉此量測更小尺寸的結構。

以下為使用第1圖之量測裝置以量測晶圓900之一實施例。請一併參照第3圖與第4圖，其中第3圖為第1圖之晶圓900的剖面圖，第4圖為自第3圖之晶圓900所量測之一維X光散射光譜圖。在本實施例中，晶圓900之量測結構902為金屬層結構。晶圓900的厚度T為約750奈米。X光的波長為約0.1奈米。X光之功率為約14千瓦(kW)。X光自晶圓900之背面正向入射，亦即X光之入射角為0度。

在第4圖中，偵測到之空間域圖案係為二維X光散射圖案(未示出)，而第4圖之”實驗”曲線係該二維X光散射圖案沿著x軸方向之強度分佈。接著，可得到晶圓900之形態。在本實施例中，”實驗”曲線係被配適(fitting)成一配適曲線，其如第4圖之”配適”曲線所示。根據”配適”曲 線，可得到多個主峰值(main peak)(其散射向量Qx為約0.0083A^-1)。根據該散射向量，可計算出節距(pitch)P=75.79奈米。另外，亦可得到量測結構902之平均寬度W=30.46奈米。在本實施例中，晶圓900之節距P與平均寬度W的值皆小於紫外光之光學解析度(紫外光之波長為約150奈米，其光學解析度為約75奈米)。如此一來，因本實施例之量測裝置的光學解析度小較高，因此可達成較佳之量測可靠度。

在其他的實施方式中，在量測過程中，第3圖之晶圓900更可被轉動，藉此取得更多晶圓900之形態的資訊。舉例而言，可取得量測結構902之上寬TW、量測結構902之中間寬MW與量測結構902之下寬BW。應注意的是，上述之晶圓900的特徵僅為例示，並非用以限制本揭露。本揭露所屬領域具通常知識者，可視實際需要，彈性選擇晶圓900之欲量測之特徵。

應注意的是，在其他的實施方式中，晶圓900之量測結構902並不以上述之結構為限。根據不同的製程，第3圖之晶圓900可為鰭式場效電晶體(Fin field effect transistor,FinFET)，而在其他的實施方式中，第3圖之晶圓900可包含導電層、介電層與/或半導體層，因此量測結構可為晶圓900之金屬層的形態、晶圓900之介電層之形態，或晶圓900之半導體層之形態。

詳細而言，導電層可包含金屬層(其材料可為銀、金、銅等等)，或透明導電氧化層(其材料可為氧化銦錫、氣 化銦鋅等等)。介電層可包含氧化物層(如氧化矽)或氮化物層(其材料可為氮化矽)。半導體層可包含矽(其材料可為多晶矽、非晶矽等等)。然而本揭露並不以此為限。

請參照第5圖，其為本揭露一或多個實施方式之晶圓900的剖面圖。在本實施方式中，晶圓900更可包含磊晶源極與汲極結構904。利用磊晶技術，磊晶源極與汲極結構904可成長於晶圓900之基板910的上方。本實施方式之量測裝置可量測磊晶源極與汲極結構904之磊晶高度H、節距(pitch)P與/或寬度W。更進一步地，經由在量測時旋轉晶圓900，可觀察到更多晶圓900的資訊。

本揭露一實施方式提供一種量測裝置。量測裝置包含光源與影像感應器。光源用以提供X光以照射晶圓。影像感應器用以偵測當X光照射晶圓時所產生之空間域圖案。

在一或多個實施方式中，量測裝置更包含至少一透鏡組，用以聚焦X光至晶圓。

在一或多個實施方式中，量測裝置更包含處理器，用以根據偵測到之空間域圖案以得到晶圓之形態。

在一或多個實施方式中，量測裝置更包含傅立葉轉換器與處理器。傅立葉轉換器用以轉換偵測到之空間域圖案成為傅立葉頻率域資料。處理器用以根據傅立葉頻率域資料以得到晶圓之形態。

在一或多個實施方式中，量測裝置更包含處理器，用以根據偵測到之空間域圖案以得到晶圓之金屬層的形 態。

在一或多個實施方式中，處理器用以根據偵測到之空間域圖案以得到晶圓之介電層的形態。

在一或多個實施方式中，處理器用以根據偵測到之空間域圖案以得到晶圓之半導體層的形態。

在一或多個實施方式中，處理器用以根據偵測到之空間域圖案以得到晶圓之磊晶源極與汲極結構的形態。

在一或多個實施方式中，處理器用以根據偵測到之空間域圖案以得到晶圓之鰭式電晶體的形態。

在一或多個實施方式中，量測裝置更包含旋轉機構，用以旋轉晶圓。

本揭露另一實施方式提供一種量測裝置。量測裝置包含電磁輻射源與影像感應器。電磁輻射源用以提供電磁輻射以照射晶圓。電磁輻射之波長範圍為約0.01至10奈米。影像感應器用以偵測當電磁輻射照射晶圓時所產生之空間域圖案。

在一或多個實施方式中，量測裝置更包含透鏡組，置於電磁輻射源與影像感應器之間。

在一或多個實施方式中，量測裝置更包含傅立葉轉換器與處理器。傅立葉轉換器連接至影像感應器。處理器連接至傅立葉轉換器。

本揭露再一實施方式提供一種量測方法，用以量測晶圓之形態。量測方法包含下列步驟(應瞭解到，在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依 實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)：提供X光以照射晶圓。偵測當X光照射晶圓時所產生之空間域圖案。

在一或多個實施方式中，上述之方法更包含：聚焦X光至晶圓。

在一或多個實施方式中，上述之方法更包含：根據偵測到之空間域圖案以得到晶圓之形態。

在一或多個實施方式中，上述之方法更包含：轉換偵測到之空間域圖案成為傅立葉頻率域資料。根據傅立葉頻率域資料以得到晶圓之形態。

在一或多個實施方式中，上述之方法更包含：旋轉晶圓。

在一或多個實施方式中，上述之方法更包含：根據偵測到之空間域圖案以得到晶圓之金屬層的形態。

在一或多個實施方式中，上述之方法更包含：根據偵測到之空間域圖案以得到晶圓之磊晶源極與汲極結構的形態。

雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。舉例而言，X光102之波長並不以上述之波長範圍為限。

更進一步地，本揭露之各實施方式不在於限於在說明書中描述的過程、機器、製造、物質的組成物、裝置、方法和步驟的具體實施方式。本揭露所屬領域具通常知識 者能夠從本揭露的揭露容易地認識到的，根據本揭露可以利用現有的或以後要開發的過程、機器、製造、物質的組成物、裝置、方法或步驟，其執行與在此描述的相應的實施方式基本相同的功能或達到基本相同的結果。因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧光源

102‧‧‧X光

200‧‧‧影像感應器

300‧‧‧透鏡組

400‧‧‧傅立葉轉換器

500‧‧‧處理器

600‧‧‧旋轉機構

900‧‧‧晶圓

Claims (10)

1. 一種量測裝置，包含：一光源，用以提供一X光以照射一晶圓；以及一影像感應器，用以偵測當該X光照射並穿透該晶圓時所產生之一空間域圖案。
2. 如請求項1所述之量測裝置，更包含：至少一透鏡組，用以聚焦該X光至該晶圓。
3. 如請求項1所述之量測裝置，更包含：一處理器，用以根據偵測到之該空間域圖案以得到該晶圓之形態(morphology)。
4. 如請求項1所述之量測裝置，更包含：一傅立葉轉換器，用以轉換偵測到之該空間域圖案成為一傅立葉頻率域資料；以及一處理器，用以根據該傅立葉頻率域資料以得到該晶圓之形態。
5. 如請求項1所述之量測裝置，更包含：一旋轉機構，用以旋轉該晶圓。
6. 一種量測裝置，包含：一電磁輻射源，用以提供一電磁輻射以照射一晶圓， 其中該電磁輻射之波長範圍為約0.01至10奈米；以及一影像感應器，用以偵測當該電磁輻射照射並穿透該晶圓時所產生之一空間域圖案。
7. 一種量測方法，用以量測一晶圓之形態(morphology)，包含：提供一X光以照射該晶圓；以及偵測當該X光照射並穿透該晶圓時所產生之一空間域圖案。
8. 如請求項7所述之量測方法，更包含：聚焦該X光至該晶圓。
9. 如請求項7所述之量測方法，更包含：根據偵測到之該空間域圖案以得到該晶圓之形態。
10. 如請求項7所述之量測方法，更包含：旋轉該晶圓。