TWI761788B - 被動式基材螢光薄膜厚度檢測裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

本揭露是有關於用以量測在固體基底上之超薄膜厚度的量測裝置與方法。待測超薄膜的厚度是由在低的偵測角度藉由基底激發且從待測超薄膜溢漏並穿隧出的螢光的強度量測。從基底產生的螢光的強度夠高且穩定，且因此可提供足夠強的螢光訊號以使得量測快速且精確地進行。偵測角度小，因此雜訊比低，且根據於此揭露的方法的厚度量測的效率高。厚度量測方法可應用至產線上產品量測而不使用標準樣品，因此可快速且有效率地量測產品的厚度。

Description

被動式基材螢光薄膜厚度檢測裝置及方法
本發明是有關於可應用於基底上之超薄厚度的膜的量測裝置與方法。
半導體積體電路(IC)工業已經歷快速成長。積體電路材料與設計的技術發展已產生積體電路的世代。各世代具有比先前世代更小且更複雜的電路。在積體電路的演化過程中，通常是將功能密度(亦即每晶粒面積之內連裝置的數目)提高，而同時縮減幾何尺寸(亦即使用製造流程能造出的最小構件(或線))。此微縮化(scaling-down)製程一般提供提升產品效率及降低相關成本的效益。然而，這些發展提高了製程與製造積體電路的複雜度。由於特徵尺寸持續縮小，製造與量測製程持續變得更加難以執行。
在過去，用以偵測膜厚度的一般方法為X射線反射(X-ray reflectivity；XRR)與X射線螢光(X-ray fluorescence；XRF)[1]，但在超薄膜(ultra-thin film)厚度的量測遭遇一些挑 戰。XRR技術具有在量測薄於約1nm之薄膜的厚度時所需要的高偵測角度所造成的高雜訊比的缺點。XRF技術量測小於1nm薄膜樣品，由於其為小樣品量測體積，導致螢光訊號微弱，造成量測時間冗長。此外，XRF量測薄膜厚度需要製備、量測已知厚度的標準樣品，然後建立校正曲線。
因此，有需要符合高效率且非破壞性兩者需求的新穎的量測技術。
參考文獻：
參考文獻[1]：“Grazing incidence X-ray fluorescence analysis” A.IidaK.SakuraiA.YoshinagaY.Gohshi, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A., 246, 736(1986)。
參考文獻[2]：ISBN 90-247-3418-5, “Theory of Reflection”, John Lekner, (1987)。
參考文獻[3]：“Surface Studies of Solids by Total Reflection of X-Rays”, L. G. Parratt, Phys. Rev. 95, 359 (1954)。
參考文獻[4]：The US patent no. 6,263,042, entitled as “Apparatus for X-ray analysis in grazing exit conditions”, relates to technique of grazing exit X-ray fluorescence (GEXRF)。
根據本揭露的一實施例，於此所述的量測裝置與量測方法，所提供的是用以量測為待測薄膜，其在固體基底上。量測裝置包括輻射源及螢光X射線偵測器。輻射源是設置 以相對於待測薄膜之上表面的入射角θ1朝向該上表面射出激發輻射，其中θ1的值可為接近90°，亦即接近法線入射方向。螢光X射線偵測器是設置以在預設的掠角範圍量測相對於待測薄膜表面的偵測掠角θ2之由基底激發輻射的螢光X射線。波長或能量分散的偵測器(a wavelength or an energy dispersive detector)為本發明的重要部分；其將使得能夠選擇能據以獲得膜厚度的從基底之表示特性的螢光X射線，其中長波長的螢光優於短波長的螢光。
根據此揭露的其它實施例，所提供的是用以量測在基底上之待測薄膜的厚度的方法，包括：以相對於待測薄膜之上表面的入射角θ1朝向上表面射出激發輻射，其中入射角θ1的較佳範圍是在45°至90°；偵測在相對於該待測薄膜之上表面所定義的偵測掠角θ2之由基底激發輻射的螢光X射線，其中較佳的角度範圍是2°
Figure 109108564-A0305-02-0006-8
θ2
Figure 109108564-A0305-02-0006-9
0°。
了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
100:待測薄膜
100S:上表面
200:測試樣品
300:基底
330:螢光X射線
400:輻射源
410:激發輻射
500:螢光X射線偵測器
600:準直器
θ1:入射角
θ2:偵測掠角
第1圖顯示根據一實施例之用以量測基底上之待測薄膜的厚度的量測裝置。
第2A圖顯示根據一實施例之用以量測基底上之待測薄膜的厚度的方法。
第2B圖顯示根據一實施例之用以量測二層之基底上之薄膜的厚度的方法。
第3圖顯示當HfO2組成的待測薄膜在矽組成的基底上，且待測薄膜的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。
第4圖顯示當TiN組成的待測薄膜在Si組成的基底上，且待測薄膜的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線的正規化強度與偵測角度θ2之間的模擬關係曲線。
第5圖顯示當TaN組成的待測薄膜在Si組成的基底上，且待測薄膜的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線的正規化強度與偵測角度θ2之間的模擬關係曲線。
第6圖顯示當HfO2組成的待測薄膜在Si組成的基底上，且待測薄膜的厚度為0.9nm、1.0nm、1.1nm時，螢光X射線的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。
第7圖顯示當HfO2組成的待測薄膜在Si組成的基底上，且待測薄膜的厚度為0.2nm、0.3nm、0.4nm時，螢光X射線的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。
第8圖顯示當TiN組成的待測薄膜在由3nm之HfO2層與矽基底組成的基底上，且TiN膜的厚度為0.2nm、0.5nm、 1.0nm時，螢光X射線(矽的K線)的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。
第9圖顯示當TiN組成的待測薄膜在由3nm之HfO2層與矽基底組成的基底上，且待測薄膜的膜厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm時，螢光X射線(Hf的M線)的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。
第10圖顯示當TaN組成的待測薄膜在Si組成的基底上，且待測薄膜的厚度為0.2nm、0.47nm時，螢光X射線(矽的K線)的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。
第11圖顯示當TaN組成的待測薄膜在Si組成的基底上，且待測薄膜的厚度為0.5nm、0.77nm時，螢光X射線(矽的K線)的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。
第12圖顯示當HfO2組成的待測薄膜在GaAs組成的基底上，且待測薄膜的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線(GaAs之Ga的L線)的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。
第13圖當HfO2組成的待測薄膜在GaAs組成的基底上，且待測薄膜的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線(GaAs之As的L線)的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。
第14圖顯示當HfO2組成的待測薄膜在InP組成的基底上，且待測薄膜的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、 2.0nm時，螢光X射線(InP之In的L線)的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。
第15圖顯示當HfO2組成的待測薄膜在InP組成的基底上，且待測薄膜的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線(InP之P的K線)的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。
第16圖顯示當TaN組成的待測薄膜在InP組成的基底上，且待測薄膜的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線(InP之In的L線)的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。
第17圖顯示當TaN組成的待測薄膜在InP組成的基底上，且待測薄膜的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線(InP之P的K線)的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。
請參照第1圖，其顯示用以量測基底300上之待測薄膜100(例如待測超薄膜(target ultrathin film))的厚度的量測裝置及量測方法。測試樣品200包括待測薄膜100及基底300。於此揭露的方法是用於薄膜厚度量測的基底輔助的X射線溢漏方法(substrate assisted X-ray leakage；SAXRL)。待測薄膜100的厚度是根據在多種偵測掠角(grazing detection angle)θ2，由基底300激發且從待測薄膜100溢漏(leaking)或 穿隧(tunneling)出的數個螢光X射線330的強度(亦即螢光X射線強度(fluorescence X-ray intensities))所量測得。由於基底300具有約為毫米的厚度(不同於待測薄膜的幾奈米厚度)，因此從基底300產生的螢光X射線330的強度夠高且穩定，螢光訊號的強度足以使量測能快速且精確的進行。於此揭露的方法與量測裝置可用以量測厚度為奈米級或更薄的待測薄膜100。可由於此揭露的方法與量測裝置可量測厚度為0.2nm至2nm的待測薄膜100。待測薄膜100的X射線散射長度密度(scattering length density；SLD)以高於待測薄膜100下方之基底300的X射線散射長度密度為較佳。上述基底300可包括單一材料層，其包含矽晶圓、GaAs晶圓、InP晶圓及/或其它一般可使用的基底，且待測薄膜100包括單一材料層，如第2A圖中所示。再者，上述基底300可包括不同材料的複數層，且待測薄膜100可包括單一材料層，如第2B圖中所示。或者，待測薄膜100可包括不同材料的複數層。上述螢光X射線330包含來自包括一層或多層基底300的螢光X射線。待測薄膜100與基底300可包括半導體材料，但不限於此。
量測裝置包括輻射源400及螢光X射線偵測器(fluorescence X-ray detector)500。
輻射源400是設置以相對於待測薄膜100的上表面100S的入射角θ1朝向待測薄膜100的上表面100S射出激發輻射(excitation radiation)410，以使基底300激發出螢光X 射線(fluorescence X-ray)330。入射角θ1的較佳範圍在45°至90°。入射角θ1的值可為接近90°，亦即接近法線入射方向。激發輻射410包括X射線光束或電子束，具有足夠高的能量以從基底300中預選擇的一層或更多基底層激發出期望的螢光X射線330。
螢光X射線偵測器500是設置以在預設的掠角範圍(preset grazing angular range)量測相對於上表面100S的偵測掠角(grazing detection angle)θ2之由基底300激發輻射410的螢光X射線(fluorescence X-ray)330。螢光X射線偵測器500是設置以接收在偵測掠角θ2之範圍從待測薄膜100溢漏出的螢光X射線330。螢光X射線偵測器500能夠以角度步級(angular step)掃描過預設的角度範圍(preset angular range)，角度步級是小於或等於偵測掠角θ2的角度範圍的一百分之一。較佳的偵測掠角θ2的角度範圍是在0°與2°之間或大於2°。選擇的偵測掠角θ2的範圍是小於或相當於積體電路(IC)應用中一般使用之基底/薄膜之組合(substrate/thin film pairs)的臨界角度[2]。界面的臨界角度(critical angle of interface)是受在界面上之複數個材料的散射長度密度與基底螢光X射線的波長影響。在小於基底/薄膜臨界角度的偵測掠角θ2，源自基底的螢光X射線可從厚為幾奈米(a few nanometers)或更薄(例如10奈米或10奈米以下)之薄膜溢漏出；反之，當偵測掠角θ2變得比基底/薄膜臨界角度大時，不論膜厚度，大量的螢光X 射線(a majority of the fluorescence X-ray)將從薄膜溢漏出，因而導致其量測膜厚度的靈敏度下降。上述螢光X射線偵測器500能夠同時收集在複數個能量或複數個波長之範圍上的螢光X射線330，並量化觀測到之感興趣的能量或波長範圍上的螢光X射線330的強度分佈。螢光X射線偵測器500能夠辨識所觀測到之螢光X射線的複數個螢光能量及/或複數個波長，藉此，收集所有所選擇之螢光能量及/或波長的複數個強度。複數個螢光X射線強度(亦即螢光X射線330的能量)是以多數個偵測掠角θ2偵測。螢光X射線偵測器500能夠量測隨螢光波長或能量變化的螢光X射線強度的分佈(或強度分佈)；藉此，量測源自於包括基底300之特定層(例如一或更多層)及/或特定元素(例如一或更多元素)，或來自複合物基底例如InP、GaAs及/或其它種的特定元素之螢光X射線的強度(或螢光X射線強度)。
量測裝置更包括準直器600，準直器600定義出角分辨度(angular resolution)δθ2。準直器600是設置以具有偵測的角度窗或開孔(detection angular window or opening)，其亦可以符號δθ2表示，角度窗或開孔(δθ2)等於或小於偵測掠角θ2之總角度範圍的十分之一。準直器600是設置在測試樣品200與螢光X射線偵測器500之間。準直器600是設置以控制以角度窗或開孔(δθ2)在任意給定的偵測掠角θ2的螢光X射線330的偵測。準直器600可設置在螢光X射線偵測 器500的前側。準直器600與螢光X射線偵測器500在偵測掠角θ2的進行角度範圍(present angular range)皆能夠以小於由準直器600定義出之角分辨度δθ2的角度步距(angular step size)單位移動。準直器600可包括一維(1D)準直器或二維(2D)準直器，例如針孔(pin holes)與狹縫(silts)。
在將複數個量測得的螢光X射線330的螢光X射線強度除以上述偵測掠角θ2且無待測薄膜100下量測得的螢光強度而正規化後，基於與角度相關(angular dependence)之量測得的螢光X射線330的螢光X射線強度計算待測薄膜100的厚度。可使用已經由Parratt[3]確認的算法從量測得與角度相關的螢光強度關係推導出膜厚度。使用Parratt算法，可預先確定薄膜的厚度的可實行範圍(viable range)，作為任何已知給定組成與密度的基底-薄膜對的SAXRL量測的厚度的界限。可使用偵測掠角θ2從0度至終止點(ending point)的模擬數據，其中螢光X射線330對應於終止點且具有最大值的強度為正規化數值1。計算模擬數據以得到最佳的觀測角度，在此觀測角度，不同厚度的待測薄膜100的螢光X射線330的強度之間具有最大的差異。要實際量測的待測薄膜100的厚度可藉由在觀測角度(偵測掠角θ2)實際量測得的數據經由遞回Parratt算法擬合推導出。或者，在被量測之後的待測薄膜100的厚度可藉由找出模擬數據的其中一個曲線獲得，此曲線為最接近且具有相對於模擬之曲線的最小平方差 (least square error)。根據本揭露的厚度量測方法可應用至產線上(in-line)產品量測，不用使用標準樣品(standard sample)，因此可快速且有效率地量測產線上產品中待測薄膜的厚度。
模擬數據包括使用Parratt算法得到的模擬曲線。第3圖顯示當HfO2組成的待測薄膜100在矽(Si)組成的基底300上，且待測薄膜100的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線330的正規化強度(亦即最大強度為數值1)與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。第3圖的結果顯示出根據本揭露的厚度量測方法在辨識0.2nm至2nm之間的膜厚度上展現出優異的量測靈敏度。
第4圖顯示當TiN組成的待測薄膜100在Si組成的基底300上，且待測薄膜100的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線330的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。第4圖的結果顯示出根據本揭露的厚度量測方法在辨識0.2nm至2nm之間的膜厚度上展現出優異的量測靈敏度。
第5圖顯示當TaN組成的待測薄膜100在Si組成的基底300上，且待測薄膜100的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線330的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。第5圖的結果顯示出根據本揭露的厚度量測方法在辨識0.2nm至2nm之間的膜厚度上展現出優異的量測靈敏度。如由第3圖至第5圖所示，當 被偵測的螢光X射線為矽的K線(Silicon K-line)時，HfO2、TiN與TaN膜之間的SAXRL靈敏度中存在有顯著的差異。此差異可由量(SLDfilm-SLDsubstrate)0.5[2]解釋，其是與膜/基底界面的臨界角度成正比。基於表1中的數據，TiN與HfO2在矽的K線能量(Silicon K-line energy)的SLD是顯著大於TaN在矽的K線能量的SLD；三個複合物的SLD都高於矽的SLD。TaN的SLD小，這表示在TaN/Si界面處的臨界角度小，因此SAXRL的可實行之偵測掠角θ2的範圍小。表1更示出當被偵測的螢光X射線為來自InP或GaAs的螢光X射線時，TaN的SLD明顯提高。TaN在InP上的例子可參照第16圖與第17圖的相關說明，能了解探測波長(probe wavelength)在SAXRL之靈敏度上的影響。
可發現，當待測薄膜100的厚度提高時，源自基底300並從待測薄膜溢漏出的螢光X射線330的強度降低，反之亦然。溢漏的螢光X射線330的正規化強度具有最大值(亦即約為1)處的偵測掠角θ2是選擇作為模擬曲線的終止角度(ending angle)。終止角度是取決於所要量測之待測薄膜100的厚度與材料、及基底300的材料。
測試樣品200的待測薄膜100的厚度可使用遞回Parratt算法擬合實驗曲線計算出，而不用依賴已知厚度的參考樣品。
第6圖顯示當HfO2組成的待測薄膜100在Si組 成的基底300上，且待測薄膜100的厚度為0.9nm、1.0nm、1.1nm時，螢光X射線330的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。對於厚度為0.9nm與1.0nm之由HfO2組成的待測薄膜100，膜厚度的差異僅0.1nm，由螢光強度差異所決定的最佳的觀測角度為0.277度，對應於此角度的靈敏度為6.22%，為最佳靈敏度。對於厚度1.0nm與1.1nm的HfO2膜，靈敏度為5.44%。
第7圖顯示當HfO2組成的待測薄膜100在Si組成的基底300上，且待測薄膜100的厚度為0.2nm、0.3nm、0.4nm時，螢光X射線330的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。對於厚度為0.2nm與0.3nm之由HfO2組成的待測薄膜100，膜厚度的差異僅0.1nm，由溢漏之螢光強度差異所決定的觀測角度為0.113度，對應於此角度的靈敏度為10.0%，為最佳靈敏度。對於厚度0.3nm與0.4nm的HfO2膜，觀測角度為1.33，對應於此角度的靈敏度為10.87%，為最佳靈敏度。
第8圖顯示當TiN組成的待測薄膜在由3nm之HfO2層與矽基底組成的基底上，且TiN膜的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm時，螢光X射線330(矽的K線)的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。頂膜TiN與矽基底之間的HfO2層具有厚度3nm。
第9圖顯示當TiN組成的待測薄膜100在由3nm 之HfO2層(3nm HfO2 layer)與矽基底組成的基底300上，且待測薄膜100的膜厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm時，螢光X射線330(Hf的M線(M line of Hf))的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。此圖中顯示出的結果是顯著不同於第8圖的結果；此差異彰顯出選用不同的螢光光譜作為被偵測的螢光X射線的影響。
第10圖顯示當TaN組成的待測薄膜100在Si組成的基底300上，且待測薄膜100的厚度為0.2nm、0.47nm時，螢光X射線330(矽的K線)的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。最佳的觀測角度為0.092度，於其的靈敏度為5.17%。第11圖顯示當TaN組成的待測薄膜100在Si組成的基底300上，且待測薄膜100的厚度為0.5nm、0.77nm時，螢光X射線330(矽的K線)的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。最佳的觀測角度為0.092度。
第12圖顯示當HfO2組成的待測薄膜100在GaAs組成的基底300上，且待測薄膜100的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線330(GaAs之Ga的L線(Ga L-line of GaAs))的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。
第13圖顯示當HfO2組成的待測薄膜100在GaAs組成的基底300上，且待測薄膜100的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線330(GaAs之As的L 線(As L-line of GaAs))的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。此圖中與以上圖中所給示的結果說明了來自複合物基底中的兩元素的螢光皆可被偵測並據以獲得膜厚度。也就是說，此螢光X射線偵測器能同時量測所有感興趣的螢光X射線，亦即單一的偵測掠角θ2掃描能收集Ga的L線(Ga L-line)與As的L線(As L-line)兩者的數據，如第12圖與第13圖中所繪示。以上敘述亦適用於複數層的基底，例如於第8圖與第9圖中所述基底，與其它複合物基底例如InP。
第14圖顯示當HfO2組成的待測薄膜100在InP組成的基底300上，且待測薄膜100的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線330(InP之In的L線(In L-line of InP))的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。
第15圖顯示當HfO2組成的待測薄膜100在InP組成的基底300上，且待測薄膜100的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線330(InP之P的K線(P K-line of InP))的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。此圖中與以上圖中所給示的結果再次說明了來自複合物基底中的兩元素的螢光皆可被偵測並據以獲得膜厚度。
第16圖顯示當TaN組成的待測薄膜100在InP組成的基底300上，且待測薄膜100的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線330(InP之In的L線 (In L-line of InP))的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。
第17圖顯示當TaN組成的待測薄膜100在InP組成的基底300上，且待測薄膜100的厚度為0.2nm、0.5nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm時，螢光X射線330(InP之P的K線(P K-line of InP))的正規化強度與偵測掠角θ2之間的模擬關係曲線。此圖中與以上圖中所給示的結果再次說明了來自複合物基底中的兩元素的螢光皆被偵測並據以獲得膜厚度。相較於其中矽為基底之第5圖中所給示的結果，來自InP的螢光提供提升的SAXRL靈敏度。
測試樣品200之不同膜材料(亦即Si、TiN、HfO2、TaN、Ti)的散射長度密度(SLD)，與基底材料之表示特性的螢光(characteristic fluorescence)列示於表1中。SLD的單位為1/Å2，且SLD的大小顯示出探測波長的低相關性，TaN的情況除外。
Figure 109108564-A0305-02-0019-3
Figure 109108564-A0305-02-0020-4
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:待測薄膜
100S:上表面
200:測試樣品
300:基底
330:螢光X射線
400:輻射源
410:激發輻射
500:螢光X射線偵測器
600:準直器
θ1:入射角
θ2:偵測掠角

Claims (20)

  1. 一種量測裝置，用以量測一基底上之一待測薄膜的一厚度，且該量測裝置包括：一輻射源，設置以相對於該待測薄膜之一上表面的一入射角θ1朝向該上表面射出一激發輻射，其中該入射角θ1是45°至90°，其中該待測薄膜的該厚度為2nm或更薄；及一螢光X射線偵測器，設置以在一預設的掠角範圍量測相對於該上表面的一偵測掠角θ2之由該基底激發輻射的一螢光X射線。
  2. 如請求項1所述之量測裝置，其中該待測薄膜的該厚度為0.2nm至2nm。
  3. 如請求項1所述之量測裝置，其中該激發輻射具有足夠高的能量以從該基底激發出該螢光X射線。
  4. 如請求項1所述之量測裝置，其中該激發輻射包括X射線光束或電子束。
  5. 如請求項1所述之量測裝置，其中該螢光X射線偵測器能夠以一角度步級掃描過一預設的角度範圍，該角度步級是小於或等於該預設的角度範圍的一百分之一，一角度範圍是在0°與2°之間。
  6. 如請求項1所述之量測裝置，更包括一準直器，具有偵測的角度窗或開孔δθ2，該角度窗或開孔δθ2是等於或小於該偵測掠角θ2之總角度範圍的十分之一。
  7. 如請求項1所述之量測裝置，其中該待測薄膜具有一X射線散射長度密度，高於該基底的一X射線散射長度密度。
  8. 如請求項6所述之量測裝置，其中一測試樣品包括該待測薄膜與該基底，該準直器是設置以控制以該角度窗或開孔δθ2在任意給定的該偵測掠角θ2的該螢光X射線的偵測。
  9. 如請求項8所述之量測裝置，其中該準直器是設置在該測試樣品與該螢光X射線偵測器之間。
  10. 如請求項7所述之量測裝置，其中該基底包括不同材料的數個層或一單一材料層，該單一材料層包含一矽晶圓、一GaAs晶圓或一InP晶圓，該螢光X射線包含來自包括該基底之一或更多層的螢光X射線，或來自包括該基底之一或更多元素的螢光X射線。
  11. 如請求項1所述之量測裝置，其中該螢光X射線偵測器能夠辨識所觀測到之該螢光X射線的複數個螢光能量及/或複數個波長，藉此，收集所有所選擇之該些螢光能量及/或該些波長的數個強度。
  12. 一種用以量測基底上之待測薄膜的厚度的方法，包括：以相對於一基底上之一待測薄膜之一上表面的一入射角θ1朝向該上表面射出一激發輻射，其中該入射角θ1的一範圍是在45°至90°；及 偵測在相對於該待測薄膜之該上表面所定義的一偵測掠角θ2之由該基底激發輻射的一螢光X射線，其中該偵測掠角θ2為2°
    Figure 109108564-A0305-02-0024-5
    θ2
    Figure 109108564-A0305-02-0024-7
    0°，其中該方法包括：在將數個量測得的螢光X射線強度除以於該偵測掠角θ2且無該待測薄膜下量測得的一螢光X射線強度而正規化之後，基於與角度相關之該些量測得的螢光X射線強度計算該待測薄膜的該厚度。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該激發輻射包括X射線光束或電子束，具有足夠高的能量以從該基底之一或更多預選擇的層中的元素激發出該螢光X射線。
  14. 如請求項12所述之方法，包括偵測在數個偵測掠角θ2的數個螢光X射線強度，其中一螢光X射線偵測器能夠量測隨螢光波長或能量變化的該些螢光X射線強度的分佈；藉此，量測源自於包括該基底之一或更多層或自一複合物基底之一或更多元素的該些螢光X射線強度，該複合物基底包括InP或GaAs。
  15. 如請求項12所述之方法，其中該待測薄膜的該厚度為2nm或更薄。
  16. 如請求項12所述之方法，其中該待測薄膜的該厚度是0.2nm至2nm。
  17. 如請求項12所述之方法，更包括一準直器，定義出一角分辨度δθ2，並設置以偵測該偵測掠角θ2的該螢光X射線，該角分辨度δθ2的值是設定為等於或小於該偵測掠角θ2之總角度範圍的十分之一。
  18. 如請求項12所述之方法，更包括一輻射源及一螢光X射線偵測器，其中該輻射源是設置以射出該激發輻射以從該基底產生該螢光X射線，該螢光X射線偵測器是設置以接收在該偵測掠角θ2之範圍從該待測薄膜溢漏出的該螢光X射線。
  19. 如請求項18所述之方法，更包括一準直器，該準直器設置在該螢光X射線偵測器的前側，該準直器與該螢光X射線偵測器在該偵測掠角θ2的一進行角度範圍皆能夠以一角度步距單位移動，該角度步距是小於由該準直器定義出的一角分辨度δθ2。
  20. 如請求項12所述之方法，其中該基底是單一層的結構或複數層的結構。
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