TWI405282B - 使用ｘ射線螢光之層尺寸精確量測 - Google Patents

Description

使用X射線螢光之層尺寸精確量測

本發明概言之係關於無損測試，且更具體而言係關於用於測試在半導體裝置製造中所形成之薄膜層之方法及系統。

作為一種用於測試半導體晶圓之方法，X射線螢光(XRF)量測、且具體而言X射線微螢光(即使用窄之聚焦激發光束之X射線螢光)正日益獲得人們之關注。XRF自身係一種用於確定樣本之元素成分之眾所習知之技術。XRF分析儀一般包括：一X射線源，其用於照射樣本；及一X射線偵測器，其用於偵測由樣本響應於該照射而發出之X射線螢光。樣本中之每一種元素皆在該元素所特有之能帶中發出X射線螢光。對所偵測到之X射線螢光實施分析來查找所偵測光子之能量或等效地所偵測光子之波長，並根據該分析來確定樣本之定性及/或定量成分。

舉例而言，第6,108,398號美國專利即闡述一種用於分析樣本之XRF分析儀及一種方法，該美國專利之揭示內容以引用方式併入本文中。該分析儀包括一種X射線束產生器，該X射線束產生器產生一入射於樣本上一點處之X射線束並形成複數個螢光X射線光子。於該點周圍設置一半導體偵測器陣列，以捕獲螢光X射線光子。該分析儀形成適於分析樣本之電脈衝。

在第6,351,516號美國專利中對使用X射線微螢光來測試半導體晶圓進行了說明，該美國專利之揭示內容以引用方式併入本文中。該專利闡述一種用於測試材料在樣本表面上之凹槽內之沈積及/或移除之無損測試方法。將一激發光束射至樣本中該凹槽附近之區域上，並量測自該區域發出之X射線螢光之強度。根據所量測強度來確定沈積於該凹槽內之材料量。

Lankosz等人在一篇標題為"對圖案化薄膜之定量X射線螢光微量分析之研究(Research in Quantitative X－ray Fluorescence Microanalysis of Patterned Thin Films)"之論文(Advances in X－ray Analysis 43 (1999)，第497－503頁)中闡述了X射線微螢光之另一應用，該論文以引用方式併入本文中。作者闡述了一種使用準直微光束來實施X射線螢光微量分析之方法。該方法適用於測試藉由離子濺鍍技術製備而成之薄膜之厚度及均勻度。

第6,556,652號美國專利闡述一種用於藉由以X射線束照射基板表面來量測關鍵尺寸之方法，該美國專利之揭示內容以引用方式併入本文中。偵測並分析因形成於該表面上之形體而自該表面上散射之X射線之圖案，以量測該等形體在一平行於該表面之方向上之尺寸。通常，基板包括一半導體晶圓，該半導體晶圓上形成一測試圖案以用於在晶圓製作中量測微電子裝置之功能形體之關鍵尺寸。在一實施例中，該測試圖案包括一光柵結構，其由週期性凸脊圖案形成、具有類似於所討論功能形體之屬性(例如高度、寬度及間距)。

第6,879,051號美國專利闡述一種用於確定溝槽側壁之種晶層厚度之方法，該美國專利之揭示內容以引用方式併入本文中。該方法涉及到在一形成於基板中之溝槽中在一障蔽層上形成一保形種晶層。將一X射線束射至種晶層之側壁部分處，並量測所反射之X射線信號，藉以確定該等側壁部分之厚度。

本發明之實施例提供用於使用X射線技術且具體而言使用XRF來量測一基板上各結構之尺寸之改良方法。在某些實施例中，舉例而言，該等技術用於確定形成於一半導體晶圓上之形體之關鍵尺寸。另外或者另一選擇為，本發明之實施例可應用於確定沈積於一基板上之薄膜層、且具體而言沈積於在基板上所形成結構之側壁上之層之厚度。(在該上下文中，"側壁"係指垂直於或至少不平行於基板表面平面之結構之某些部分。)

在第7,110,491號美國專利中闡述了使用X射線散射來量測側壁之進一步態樣。在第2006/0227931號美國專利申請公開案中亦闡述了使用XRF來評價半導體晶圓上各個層之沈積及處理。該兩個參考文獻(其受讓於本專利申請案之受讓人)之揭示內容以引用方式併入本文中。在該兩個參考文獻中以及在本發明背景技術部分所引用公開案中所述之技術可較佳地結合下文所述之方法及系統來應用。

因此，根據本發明之一實施例，提供一種用於檢驗一樣本之方法，其包括：引導一激發光束照射至一平整樣本中包括一形體之區域上，該形體具有垂直於該樣本之一平面之側壁，該等側壁上具有一薄膜；量測響應於該激發光束而自該樣本發出之X射線螢光(XRF)之強度；及根據該強度來評估該等側壁上該薄膜之厚度。

在所揭示實施例中，除該等側壁外，亦對該樣本之至少一個水平面塗敷該薄膜，且評估該厚度包括：確定該薄膜在該至少一個水平面上之深度，及根據該深度及該強度二者來計算該薄膜在該等側壁上之厚度。確定該深度可包括量測來自該至少一個水平面之X射線反射。另一選擇為或者另外，確定該深度包括：在該平整樣本的一不包含該等側壁之參考區域上沈積該薄膜，及量測該薄膜在該參考區域上之深度。

在某些實施例中，該平整樣本之該區域包括一第一區，該第一區具有一個或多個以一第一圖案形成於其一表面層中之凹槽，且該方法包括引導該激發光束照射於該平整樣本的一具有一第二凹槽圖案之第二區上，該第二凹槽圖案不同於該第一圖案，且評估該厚度包括將分別自該第一與該第二區發出之XRF之第一強度與第二強度相比較。

在其他實施例中，該等側壁包括一在一第一XRF頻譜線中發出XRF之第一元素、及一亦沈積於該平整樣本之該區域上之第二元素，該第二元素具有第二及第三XRF頻譜線，其中該第三XRF頻譜線交疊該第一XRF頻譜線，且評估該厚度包括：量測在一包括該第一及第三XRF頻譜線之第一頻譜區中所量測之XRF之第一強度對在一包括該第二XRF頻譜線之第二區中所量測之XRF之第二強度之比率，並根據該所量測比率來計算該厚度。在一實施例中，計算該厚度包括將該所量測比率與在不存在該第一元素時對該第二元素所確定之參考比率相比較，其中該第一元素為鉭，且該第二元素為銅。

根據本發明之一實施例，亦提供一種用於處理一樣本之方法，其包括：在該樣本之第一及第二區上沈積一材料，該第一區具有一個或多個以一第一圖案形成於其一表面層之凹槽，而該第二區之特徵在於一不同於該第一圖案之第二凹槽圖案；在沈積該材料之後拋光該樣本，以便自該樣本中移除該材料之一部分；在拋光該樣本之後，將一激發光束引導至該第一及第二區上；在一已知該材料會發出螢光之頻譜範圍中量測響應於該激發光束而分別自該第一區及第二區發出之X射線螢光之第一及第二強度；及根據該第一及第二強度評估沈積於該第一圖案中該等凹槽中之該材料之一厚度及該第一圖案中該等凹槽之一寬度。

該方法可包括：在拋光該樣本之前，將該激發光束引導至至少該第二區上並量測響應於該激發光束而發出之該X射線螢光之第三強度，並根據該第二強度與第三強度之差來確定藉由該拋光所移除之該材料之量。

在一所接收之實施例中，該第二圖案平整且不包含任何凹槽。視需要，該方法包括量測響應於該激發光束而自一上面未沈積該材料之第三區發出之X射線螢光之第三強度，且評估該厚度與該寬度二者包括使用該所量測之第三強度作為一零參考來確定該厚度及該寬度。

通常，該第一區中之該等凹槽形成為界定至少一個形體，該至少一個形體選自一由如下組成之形體群組：線，銲墊，貼片及通孔。

根據本發明之一實施例，另外提供一種用於檢驗一樣本之設備，其包括：一激發源，其經組態以引導一激發光束照射至一平整樣本中一包括一形體之區域上，該形體具有垂直於該樣本之一平面之側壁，該等側壁上具有一薄膜；一個或多個偵測器，其經設置以量測響應於該激發光束而自該樣本發出之X射線螢光(XRF)之強度；及一信號處理器，其可運作以根據該強度來評估該薄膜在該等側壁上之厚度。

根據本發明之一實施例，進一步提供一種用於處理一樣本之設備，其包括：一沈積站，其經設置以在該樣本之第一及第二區上沈積一材料，該第一區具有一個或多個以一第一圖案形成於其一表面層之凹槽，而該第二區之特徵在於一不同於該第一圖案之第二凹槽圖案；一拋光站，其經設置以在沈積該材料之後拋光該樣本，以便自該樣本中移除該材料之一部分；及一測試站，其經設置以在拋光該樣本之後，將一激發光束引導至該第一及第二區上、在一其中已知該材料發出螢光之頻譜範圍中量測響應於該激發光束而分別自該第一區及第二區發出之X射線螢光之第一及第二強度、及根據該第一及第二強度評估沈積於該第一圖案中該等凹槽中之該材料之一厚度及該第一圖案中該等凹槽之一寬度。

此外，根據本發明之一實施例，提供一種用於檢驗一樣本之設備，其包括：一激發源，其經組態以在將一材料沈積於該樣本之第一及第二區上之後將一激發光束引導至該樣本之該第一及第二區上，該第一區具有一個或多個以一第一圖案形成於其一表面層中之凹槽，而該第二區之特徵在於一不同於該第一圖案之第二凹槽圖案，且在沈積該材料之後拋光該樣本以自該樣本中移除該材料之一部分；一個或多個偵測器，其經設置以在一已知該材料會發出螢光之頻譜範圍中量測響應於該激發光束而分別自該第一區及第二區發出之X射線螢光之第一及第二強度；及一信號處理器，其可運作以根據該第一及第二強度來評估沈積於該第一圖案中該等凹槽中之該材料之一厚度及該第一圖案中該等凹槽之一寬度。

結合附圖閱讀下文對本發明實施例之詳細說明，將會更全面地瞭解本發明，在附圖中：

圖1係根據本發明之一實施例一X射線微螢光分析儀20之示意圖。分析儀20之各態樣詳述於上文所述第6,108,398號美國專利中。分析儀20經設置以檢查一半導體晶圓22(或另一樣本)，藉以使用下文所述之方法來識別晶圓製作製程中之瑕疵。

如在此項技術中所知，分析儀20通常包括一激發源’例如一X射線管24，其由一高壓電源26驅動。該X射線管向X射線光學器件28內發出具有一適當能量範圍及功率通量之X射線。舉例而言，該等光學器件可包括一聚合毛細管陣列。光學器件28將X射線束聚焦至樣本22之表面上的一小的區30上，通常係一直徑約為20 μm之點上。受照射區域發出螢光X射線，該等螢光X射線由一圍繞區30設置並朝其傾斜之偵測器陣列32捕捉到。響應於所捕捉到之光子，偵測器32產生電信號，該等電信號傳送至一信號處理器34。

另一選擇為，可使用此項技術中已知之其他類型之螢光分析儀－其包括任一種適當之激發源、電源、聚集光學器件及偵測系統－來實施本文所述之方法。

處理器34通常包括一在此項技術中已知之能量色散脈衝處理系統，其用於確定由偵測器所捕捉到之X射線光子之強度譜。另一選擇為，可使用一波長色散偵測及處理系統。受照射區內受到來自管24之X射線激發之每一種化學元素皆在特徵頻譜線中發出X射線。一既定元素之特徵頻譜線之強度與區30內該元素之質量成正比。因此，處理器34使用所確定出之強度譜來確定在區30之面積內存在多少一特定材料。處理器34通常包括一通用電腦，其在適當軟體之控制下執行該等功能。該軟體可例如經由網路以電子形式下載至處理器中，或者另一選擇為，其可提供於有形媒體(例如光學、磁性或電子記憶體媒體)上。

如在圖1中所示，分析儀20用於檢查晶圓22上之區30。在一實施例中，將樣本安裝於一可移動之平臺(例如一X－Y平臺35)上，以便使晶圓能夠相對於X射線束移動。另一選擇為，將晶圓安裝於一適當之靜止固定裝置上，而使管24、光學器件28及偵測器32移動，以便使X射線束掃描晶圓。

分析儀20可進一步經組態以捕捉及處理藉由其他機理(例如反射、繞射、及/或小角度散射)自晶圓22散射之X射線。此種多功能系統例如闡述於第6,381,303號及第6,895,075號美國專利中以及在2005年8月10日提出申請之第11/200,857號美國專利申請案中，該美國專利申請案受讓於本專利申請案之受讓人。該等專利及該專利申請案之揭示內容以引用方式併入本文中。

現在參見圖2，其係根據本發明之一實施例一種上面形成有一測試圖案42之半導體晶圓40(通常為矽晶圓)之示意性俯視圖。該晶圓劃分成多個藉由劃刻線46相分離之晶粒44。圖案42通常定位於其中一條劃刻線上，且其足夠窄－通常約為75 μm寬，以便不顯著影響該線兩側上之晶粒。視需要，在晶圓40之不同區域上形成像圖案42一樣之多個圖案，以達成更徹底及/或多種多樣之測試。

圖3A及3B分別以俯視圖及剖視圖形式示意性地顯示根據本發明之一實施例之圖案42之細節。通常使用在此項技術中已知之光刻技術在晶圓40之適當處理階段中與晶粒44上之功能性裝置形體一起形成圖案42。在本實施例中，該圖案形成於一介電層49中。另一選擇為，可在基本上任一形成及蝕刻、或以其他方式圖案化於晶圓表面上之層上形成該圖案。通常，圖案42形成於一具有一透明基板之晶圓40之一部分上，即在該圖案下面沒有層可干擾下文所述之量測。

圖案42包括三個區，該三個區可如在圖中所示相互鄰接，或者彼此緊密接近：．一測試區50，其包含複數個凹槽56。在已蝕刻該等凹槽之後，在與填充晶粒44上各裝置形體中之通路及其他凹槽相同之製程步驟中且與此同時地以另一或另幾種材料來填充該等凹槽。因此，區50中之凹槽56通常填充有多個層，例如一障蔽層及多個金屬層，但為簡明起見，在圖3B中未明確地顯示該多個層。其尺寸(凹槽56之深度及寬度以及覆蓋該等凹槽之層之厚度)可能類似於晶粒44內附近裝置形體之尺寸。

．一零參考區52。該區基本上不含任一種填充材料。

．一全尺寸參考區54。該區具有一由用以填充凹槽56之材料(例如銅)形成之完整塗層58。

較佳使每一區皆足夠大(例如至少50 x 50 μm)，以便使X射線束可瞄準及聚焦至每一區上而基本上不會射至其他區上。

選取圖3A及3B中所示各區之形狀及構造只是為了進行圖解說明起見。熟習此項技術者將易知該等區之其他佈局、以及凹槽56之其他形狀及佈局，舉例而言，除圖3A中所示細長溝槽之外或作為對圖3A中所示細長溝槽之替代，該等凹槽可為圓形或矩形(呈銲墊或貼片形狀)，或者其可包括正方形或圓形通孔。作為另一實例，儘管如在圖中所示使參考區54不具有凹槽較為方便，然而另一選擇為，該參考區亦可包括凹槽，只要該參考區中凹槽之圖案明顯不同於測試區中凹槽之圖案即可。(在本上下文中及在申請專利範圍中，將圖3A及3B所示在參考區54中不存在凹槽視為一"不同於"測試區50中之凹槽圖案之"凹槽圖案"。)此外，儘管本實施例涉及晶圓40中專用於測試目的之區，然而另一選擇為或者另外，亦可將晶粒44中具有適當凹槽圖案之功能性區用於本文中所述之測試目的。

圖案42中之各區可用於各種測試目的，包括具體而言量測沈積於晶圓40上之形體之關鍵尺寸及評估如在下文中所進一步說明對此等形體所應用之化學機械拋光(CMP)之效果。可在原理上根據在系統20中自區50接收到之XRF信號推斷出凹槽56之寬度(反映晶粒46中功能性結構之關鍵尺寸)。此種量測之基礎在於，填充材料(例如銅)之特徵發射線中X射線螢光之強度與該等凹槽中之填充材料量成正比。因此，螢光之強度與凹槽之寬度成正比並可用作該寬度之精確量度，只要已知該等凹槽中填充材料之深度即可。然而，當在沈積之後使用CMP或其他技術來移除某些填充材料時，填充材料之厚度易於發生變化，從而會破壞關鍵尺寸量測之精確度。

為解決此種不確定性，亦對區54實施XRF量測。在該區中，由於不存在要計及之寬度變化，因而X射線螢光強度僅與塗層58之厚度成正比。可藉由在拋光之前與拋光之後量測X射線螢光來確定因CMP而引起之厚度變化。另外或另一選擇為，由區50與54之間螢光強度之比率來指示凹槽56之寬度。

為增強量測之精確度，可使用已知品質之樣本(舉例而言，具有過度蝕刻、欠蝕刻及正確蝕刻之形體之樣本，及已得到過度拋光、欠拋光及正確拋光之樣本)來預先校準區50及54之XRF強度。可針對所有不同類型之樣本來量測區50與54之間的螢光強度之比率，藉以界定在根據對在製實際晶圓所作XRF量測來確定關鍵尺寸及拋光效果時可應用之量度。此種預先校準特別有用，乃因與經均勻塗覆之區(例如區54)相比，CMP可能會對經圖案化區(例如區50)中之層厚度產生不同之影響。

亦可使用對晶粒46上之裝置之後續電氣測試來使XRF校準標準及上述量度與該等裝置之電氣效能相關聯。

圖4係根據本發明之一實施例一種用於半導體裝置製作之群集工具60之示意性俯視圖。該群集工具包括多個站，包括：一蝕刻站62，其用於蝕刻晶圓22之表面中之微結構；一沈積站64，其用於在晶圓上沈積薄膜；一拋光站66，其對晶圓表面實施化學機械拋光(CMP)；及一測試站67。測試站67以與系統20(圖1)類似之方式運作，且因此應用上文所述方法來評估在晶圓22上所沈積之層之關鍵尺寸及厚度。一機器人59在一系統控制器68之控制下在各個站62、64、66、67之間傳送晶圓。操作人員可使用一耦合至控制器60之工作站69來控制及監測工具60之運作。

測試站67可用於在生產製程中由工具60中之蝕刻站62、沈積站64及CMP站66所實施之所選步驟之前與之後對晶圓執行X射線檢驗。舉例而言，在藉由沈積站64實施金屬沈積之後及/或在藉由CMP站66實施拋光之後，測試站可應用XRF量測來確定金屬層厚度及晶圓形體之關鍵尺寸。此種方案能夠較早地偵測出製程偏差且能夠使用控制器68及可能地使用工作站69方便地調整及評價關於生產晶圓之製程參數。群集工具60之使用者可選取生產及測試步驟之順序，藉以使生產量及裝置品質最佳化。另一選擇為，可使測試站67在半導體製作工廠中用作一獨立元件，與圖4中所示之處理室相分離。再一選擇為，可在一個或多個處理室中在原位執行XRF量測。

圖5係根據本發明之另一實施例形成於一基板層71上之圖案70之示意性剖視圖，其中藉助XRF來量測圖案70之特性。在該實施例中，圖案70包括若干凸脊72，凸脊72覆蓋有一薄膜層74。舉例而言，層74可包括一擴散障蔽(例如Ta、TaN、TiN或高k電介質)，該擴散障蔽係在將該等凸脊之間的間隙填充以金屬之前沈積於由氧化物或半導體材料形成之凸脊72上。必須仔細地控制用以於圖案70上沈積層74之製程，以使層之厚度處於預定製程界限以內(通常為10－20)。作為另一實例，層74可包含一種在製作晶片上電容器中所用之保形高k電介質膜。

如在前面的實施例中一樣，在構成層74之材料之發射線中自一包含圖案70之區接收到之X射線螢光之強度與沈積於樣本表面上之材料量成正比。假定已知凸脊72之寬度、深度及間距，可使用幾何考量因素使根據強度量測所確定出之總材料體積與層74之厚度相關聯。在一實施例中，假定層厚度在樣本之整個表面內恆定不變，從而使XRF強度與層厚度之間具有簡單之線性關係，該線性關係根據層74之總表面積而定。

然而，在實際中，由於晶圓及沈積設備之幾何形狀，沈積於凸脊72之側壁76上之層之厚度通常小於在該等凸脊頂部及底部處水平面上之厚度。因此，具體量測側壁層厚度會特別有用。一種估計側壁層厚度之方式係使用一沈積模型，該沈積模型可為理論模型或者藉由經驗而導出，其用於估計沈積於水平面上之厚度對沈積於側壁上之厚度之比率。然後，可在一經修改之幾何模型中使用該比率根據XRF強度來導出側壁層厚度。

作為另一選擇，可單獨量測層74在樣本之水平面上之厚度，並隨後使用其來導出側壁層厚度。一種用於確定水平層厚度之方式係量測並比較來自晶圓表面上具有不同凹槽圖案之不同區之XRF強度。舉例而言，可量測自一平整、經均勻塗覆之水平參考區(例如區54(圖2A))發出之XRF強度，藉以得到水平層厚度，隨後可使用該水平層厚度根據在區50中所實施之量測來導出側壁層厚度。

作為再一選擇，可藉助在此項技術中所已知之X射線反射量測(XRR)技術使用XRR來直接量測水平面上之層厚度，例如如在上述第6,381,303號美國專利中或者在第6,512,814號美國專利中所述，該等美國專利之揭示內容以引用方式併入本文中。然後可將該所量測之水平層厚度與圖案幾何形狀一同用於確定層74在水平面上之體積，隨後可將該體積自根據XRF量測所確定出之層74之總體積中減去。該兩個量測值之差近似等於沈積於側壁76上之層74之其餘部分之體積。可根據已知之凸脊72之幾何形狀來估計側壁之表面積，隨之藉由體積對表面積之比率來得出該層在側壁上之厚度。

圖6係根據本發明之一實施例由系統20所捕獲之XRF頻譜之示意圖。在該實例中，在晶圓22中一具有一薄的鉭障蔽層之區域上沈積銅。該銅層在眾所習知之Cu Ka1線80及Cu Kb1線82中發射X射線螢光。該鉭障蔽層則在Ta La1線84及Ta Lb線86中發射X射線螢光。Ta La1線之強度將大體上給出關於沈積於晶圓上之鉭層厚度之較佳指示，但在本實例中，Ta La1被強得多之Cu Ka1線所掩蓋。

為克服該問題及評估鉭之厚度，處理器34計算每一頻譜區88及90中之總XRF強度。區90中之強度僅起因於銅層。區88中之強度則起因於銅與鉭螢光二者。為估計鉭之厚度，在不存在鉭之情況下確定區88與90中之強度之參考比率。(該參考比率可根據第一原理加以確定或者可使用一不具有鉭障蔽層之參考晶圓來量測。)然後將在存在鉭障蔽層情況下在區88及90中所量測強度之實際比率與該參考比率相比較。實際比率與參考比率之差歸因於鉭障蔽層，且可由此估計鉭之厚度，儘管無法分辨出Ta La1線自身。

圖7係一曲線圖，其示意性地顯示根據本發明之一實施例使用上文所述技術所量測之區88與90之間之強度比率。如在前面圖式中所解釋，該強度比率提供對鉭障蔽層厚度之評估。該曲線圖使用偽色彩及高程來顯示強度比率之分佈，且由此顯示沈積於晶圓22之一區域100上之鉭之厚度之分佈。藉由此種方式，處理器34能夠在晶圓之某些區(例如區102)中偵測減少之鉭覆蓋量。儘管上文具體參照鉭及銅來說明圖6及7所示技術，然而亦可類似地應用此項技術之原理來量測其中在一基板上沈積具有交疊頻譜線之不同元素層之其他多層式構造中其他元素之厚度。

應瞭解，上文所述實施例係以舉例方式加以引用，且本發明並不限於上文所特別顯示及說明之內容。相反，本發明之範疇包括上述各種特徵之組合及子組合，及熟習此項技術者於閱讀上述說明後可構想出的、於先前技術中未揭示的對該等實施例之改變及修改。

20．．．X射線微螢光分析儀

22．．．半導體晶圓

24．．．X射線管

26．．．高壓電源

28．．．X射線光學器件

30．．．小區域

32．．．偵測器陣列

34．．．信號處理器

35．．．X－Y平臺

40．．．半導體晶圓

42．．．測試圖案

44．．．晶粒

46．．．劃刻線

49．．．介電層

50．．．測試區域

52．．．零參考區域

54．．．全尺寸參考區域

56．．．凹槽

58．．．塗層

59．．．機器人

60．．．群集工具

62．．．蝕刻站

64．．．沈積站

66．．．拋光站

67．．．測試站

68．．．系統控制器

69．．．工作站

70．．．圖案

71．．．基板層

72．．．凸脊

74．．．薄膜層

76．．．側壁

80．．．Cu Ka1線

82．．．CuK b1線

84．．．Ta La1線

86．．．Ta Lb線

88．．．頻譜區

90．．．頻譜區

100．．．區域

102．．．區域

圖1係根據本發明之一實施例一種用於X射線微螢光量測之系統之示意圖；圖2係根據本發明之一實施例一種上面形成有一測試圖案之半導體晶圓之示意性俯視圖；圖3A及3B分別係根據本發明之一實施例之俯視圖及剖視圖，其顯示圖2所示測試圖案之細節；圖4係根據本發明之一實施例一種用於半導體裝置製作之群集工具之示意性俯視圖，該群集工具包括一檢驗站；圖5係根據本發明之一實施例一樣本表面上之週期性圖案之示意性剖視圖，該樣本表面覆蓋有一薄膜層並受到測試；圖6係根據本發明之一實施例由一種用於X射線微螢光量測之系統所捕獲之XRF頻譜之示意圖；及圖7係一曲線圖，其示意性地顯示根據本發明之一實施例使用X射線微螢光量測所量測之障蔽層之厚度。

20．．．X射線微螢光分析儀

22．．．半導體晶圓

24．．．X射線管

26．．．高壓電源

28．．．X射線光學器件

30．．．小區域

32．．．偵測器陣列

34．．．信號處理器

35．．．X－Y平臺

Claims (25)

1. 一種用於檢驗一樣本之方法，其包括：引導一激發光束照射(impinge)至一平整樣本中一包括一形體(feature)之區域上，該形體具有多個垂直於該樣本之一平面之側壁，該等側壁上具有一薄膜，其中該平整樣本之該區域包括一第一區，該第一區具有一個或多個以一第一圖案形成於其一表面層中之凹槽；引導該激發光束照射於該平整樣本的一具有一第二凹槽圖案之第二區上，該第二凹槽圖案不同於該第一圖案；量測響應於該激發光束而自該樣本發出之X射線螢光(XRF)之一強度；及根據該強度來評估該等側壁上該薄膜之厚度，其藉由將分別自該第一與該第二區發出之該XRF之第一強度與第二強度相比較。
2. 如請求項1之方法，其中除該等側壁外，亦將該薄膜施加至該樣本之至少一個水平面，且其中評估該厚度包括：確定該薄膜在該至少一個水平面上之一深度，及根據該深度及該強度二者來計算該薄膜在該等側壁上之厚度。
3. 如請求項2之方法，其中確定該深度包括量測來自該至少一個水平面之X射線反射。
4. 如請求項2之方法，其中確定該深度包括：在該平整樣本的一不包含該等側壁之參考區域上沈積該薄膜，及量 測該薄膜在該參考區域上之深度。
5. 如請求項1之方法，其中該等側壁包括一以一第一XRF頻譜線發出該XRF之第一元素，且其中一第二元素亦沈積於該平整樣本之該區域上，該第二元素具有第二及第三XRF頻譜線，其中該第三XRF頻譜線交疊該第一XRF頻譜線，及其中評估該厚度包括：量測在一包括該第一及第三XRF頻譜線之第一頻譜區中所量測之該XRF之一第一強度對在一包括該第二XRF頻譜線之第二區中所量測之該XRF之一第二強度之一比率，並根據該所量測比率來計算該厚度。
6. 如請求項5之方法，其中計算該厚度包括將該所量測比率與在不存在該第一元素時針對該第二元素確定之一參考比率相比較。
7. 如請求項5之方法，其中該第一元素為鉭，且該第二元素為銅。
8. 一種用於處理一樣本之方法，其包括：在該樣本之第一及第二區上沈積一材料，該第一區具有一個或多個以一第一圖案形成於其一表面層中之凹槽，而該第二區之特徵在於一不同於該第一圖案之第二凹槽圖案；在沈積該材料之後拋光該樣本，以便自該樣本中移除該材料之一部分；在拋光該樣本之後，將一激發光束引導至該第一及該 第二區上；在一已知該材料發出螢光之頻譜範圍中量測響應於該激發光束而分別自該第一區及該第二區發出之X射線螢光之第一及第二強度；及根據該第一及該第二強度評估沈積於該第一圖案中該等凹槽中之該材料之一厚度及該第一圖案中該等凹槽之一寬度。
9. 如請求項8之方法，且包括：在拋光該樣本之前，將該激發光束引導至至少該第二區上並量測響應於該激發光束而發出之該X射線螢光之一第三強度，及根據該第二強度與該第三強度之差來確定藉由該拋光所移除之該材料之一量。
10. 如請求項8之方法，其中該第二圖案平整且不包含該等凹槽中之任一者。
11. 如請求項8之方法，且包括：量測響應於該激發光束而自一上面未沈積該材料之第三區發出之該X射線螢光之一第三強度，且其中評估該厚度與該寬度二者包括使用該所量測之第三強度作為一零參考來確定該厚度及該寬度。
12. 如請求項8之方法，其中該第一區中之該等凹槽經形成以界定至少一個形體，該至少一個形體選自一由如下組成之形體群組：線，銲墊，貼片及通孔。
13. 一種用於檢驗一樣本之設備，其包括：一激發源，其經組態以引導一激發光束照射至一平整 樣本中一包括一形體之區域上，該形體具有多個垂直於該樣本之一平面之側壁，該等側壁上具有一薄膜；一個或多個偵測器，其經設置以量測響應於該激發光束而自該樣本發出之X射線螢光(XRF)之一強度；及一信號處理器，其可運作以根據該強度來評估該薄膜在該等側壁上之一厚度，其中該平整樣本之該區域包括一第一區，該第一區具有一個或多個以一第一圖案形成於其一表面層中之凹槽，且其中該激發源經設置以引導該激發光束照射於該平整樣本的一具有一第二凹槽圖案之第二區上，該第二凹槽圖案不同於該第一圖案，且其中該信號處理器適於藉由將分別自該第一與該第二區發出之該XRF之第一強度與第二強度相比較來評估該厚度。
14. 如請求項13之設備，其中除該等側壁外，亦將該薄膜施加至該樣本之至少一個水平面，且其中該信號處理器經設置以確定該薄膜在該至少一個水平面上之一深度、及根據該深度及該強度二者來計算該薄膜在該等側壁上之厚度。
15. 如請求項14之設備，其中該等偵測器中之至少一個經設置以量測來自該至少一個水平面之X射線反射，且其中該信號處理器適於根據該所量測X射線反射來確定該薄膜之深度。
16. 如請求項14之設備，其中該薄膜亦沈積於該平整樣本中一不包含該等側壁之參考區域上，且其中該信號處理器適於根據自該參考區域發出之該XRF之強度來確定該薄膜在該參考區域上之深度。
17. 如請求項13之設備，其中該等側壁包括一以一第一XRF頻譜線發出該XRF之第一元素，且其中一第二元素亦沈積於該平整樣本之該區域上，該第二元素具有第二及第三XRF頻譜線，其中該第三XRF頻譜線交疊該第一XRF頻譜線，及其中該信號處理器適於評估在一包括該第一及該第三XRF頻譜線之第一頻譜區中所量測之該XRF之一第一強度對在一包括該第二XRF頻譜線之第二區中所量測之該XRF之一第二強度之比率，及根據該所量測比率來計算該厚度。
18. 如請求項17之設備，其中該信號處理器經設置以藉由將該所量測比率與在不存在該第一元素時針對該第二元素所確定之一參考比率相比較來計算該厚度。
19. 如請求項17之設備，其中該第一元素為鉭，且該第二元素為銅。
20. 一種用於處理一樣本之設備，其包括：一沈積站(station)，其經設置以在該樣本之第一及第二區上沈積一材料，該第一區具有一個或多個以一第一圖案形成於其一表面層中之凹槽，而該第二區之特徵在於一不同於該第一圖案之第二凹槽圖案； 一拋光站，其經設置以在沈積該材料之後拋光該樣本，以便自該樣本中移除該材料之一部分；及一測試站，其經設置以在拋光該樣本之後將一激發光束引導至該第一及該第二區上、在一已知該材料發出螢光之頻譜範圍中量測響應於該激發光束而分別自該第一及該第二區發出之X射線螢光之第一及第二強度、及根據該第一及該第二強度評估沈積於該第一圖案中該等凹槽中之該材料之一厚度及該第一圖案中該等凹槽之一寬度。
21. 如請求項20之設備，其中該測試站經設置以在拋光該樣本之前將該激發光束引導至至少該第二區上、及量測響應於該激發光束而發出之該X射線螢光之一第三強度、以及根據該第二強度與該第三強度之差來確定藉由該拋光所移除之該材料之量。
22. 如請求項20之設備，其中該第二圖案平整且不包含該等凹槽中之任一者。
23. 如請求項20之設備，其中該測試站經設置以量測響應於該激發光束而自一上面未沈積該材料之第三區發出之該X射線螢光之一第三強度、及使用該所量測之第三強度作為一零參考來確定該厚度及該寬度。
24. 如請求項20之設備，其中該第一區中之該等凹槽經形成以界定至少一個形體，該至少一個形體選自一由如下組成之形體群組：線，銲墊，貼片及通孔。
25. 一種用於檢驗一樣本之設備，其包括： 一激發源，其經組態以在將一材料沈積於該樣本之第一及該第二區上之後將一激發光束引導至該樣本之該第一及第二區上，該第一區具有一個或多個以一第一圖案形成於其一表面層中之凹槽，而該第二區之特徵在於一不同於該第一圖案之第二凹槽圖案，且在沈積該材料之後拋光該樣本以自該樣本中移除該材料之一部分；一個或多個偵測器，其經設置以在一已知該材料發出螢光之頻譜範圍中量測響應於該激發光束而分別自該第一區及該第二區發出之X射線螢光之第一及第二強度；及一信號處理器，其可運作以根據該第一及該第二強度來評估沈積於該第一圖案中該等凹槽中之該材料之一厚度及該第一圖案中該等凹槽之一寬度。