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TWI538565B - 增加穿透式小角度ｘ光散射之散射強度的裝置 - Google Patents

增加穿透式小角度ｘ光散射之散射強度的裝置 Download PDF

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TWI538565B
TWI538565B TW103135467A TW103135467A TWI538565B TW I538565 B TWI538565 B TW I538565B TW 103135467 A TW103135467 A TW 103135467A TW 103135467 A TW103135467 A TW 103135467A TW I538565 B TWI538565 B TW I538565B
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TW
Taiwan
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grating element
tested
grating
scattering
ray
Prior art date
Application number
TW103135467A
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TW201515517A (zh
Inventor
傅尉恩
文立 吳
Original Assignee
財團法人工業技術研究院
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Publication date
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First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=51730378&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=TWI538565(B) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Priority claimed from US14/246,702 external-priority patent/US9297772B2/en
Application filed by 財團法人工業技術研究院 filed Critical 財團法人工業技術研究院
Publication of TW201515517A publication Critical patent/TW201515517A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI538565B publication Critical patent/TWI538565B/zh

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/201—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials by measuring small-angle scattering

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Description

增加穿透式小角度X光散射之散射強度的裝置 相關申請案交互參照
所有相關的申請案均併入本文作為參考。本案是根據、且引用於2013年7月30日提出申請的美國臨時申請案第61/859,838號及於2013年10月15日提出申請的美國臨時申請案第61/891,062號的優先權，這兩件臨時申請案的內容併入本文作為參考。
本揭露係是關於增加穿透式小角度X光散射之散射強度的裝置。
穿透式小角度X光散射(transmission small angle X-ray scattering,tSAXS)是以次奈米波長的X光輻射來研究材料內部結構。近來，也已經成功地被應用於量測奈米級的表面特徵。用以描述奈米級表面特徵臨界尺寸(critical dimension，CD)的相關參數為線距、線距變化、側壁角度、線邊緣粗糙度(line edge roughness,LER)、線寬粗糙度(line width roughness,LWR)等。由tSAXS散射圖譜之繞射峰間 隔，可以得知該參數(線距)；由散射強度的包絡函數(envelope function)可以得知表面特徵的幾何形狀因子(geometric form factor)。除了表面特徵結構的CD外，tSAXS已經成功地用來分析LER、線距位移(pitch walk)及需要梯形模型模擬的記憶體結構中之側壁上的複雜形貌和非平面薄膜厚度等。由於X光波長仍然遠小於今日的奈米結構的特徵尺寸，因此，tSAXS技術在未來仍是CD量測的可行技術之一。事實上，當量測更緊密堆疊的特徵，或量測持續縮小的CD(導致X光散射峰分得更開)時，更需要藉由tSAXS來加以偵測。此外，由於tSAXS是基於古典X光彈性散射，因此，所觀察到的散射強度只與局部電子密度有關。藉此tSAXS能避免因材料光學性質衍生的相關問題，例如，n和k，以及波長和尺寸相依性。
本揭露提供一種增加穿透式小角度X光散射(tSAXS)之散射強度的裝置，包含：增強光柵元件，設置於與待測光柵元件相距在入射X光的縱向相干長度內；以及提供奈米級精確度之放置機構，可調置增強光柵元件與待測光柵元件之橫向及縱向相對對位或位置，達奈米級精確度。
10‧‧‧X光源
12‧‧‧待測光柵元件
14‧‧‧增強光柵元件
16‧‧‧偵測器
本揭露可藉由以下的實施例/範例的詳細說明及附加圖式的參照而得以更加地清楚明瞭，其中：第1圖是描繪穿透式小角度X光散射(tSAXS)系統的示意圖。
第2圖是描繪依據本揭露的實施例針對待測光柵元件(一維(1-D)光柵)的tSAXS量測的示意圖。
第3a圖是例示依據本揭露的實施例針對增強光柵元件(1-D光柵)的tSAXS量測的示意圖。
第3b圖是例示依據本揭露的實施例針對X光散射強度增加在該待測光柵元件第三和第六繞射峰峰的tSAXS量測的示意圖。
第3c圖是例示依據本揭露的另一實施例針對X光散射強度增加在該待測光柵元件第三和第六繞射峰峰的tSAXS量測的示意圖。
第4a圖是例示依據本揭露於h 2=h 1、d 2=d 1及w 2=w 1完美對準時的tSAXS量測的示意圖，該tSAXS量測包含待測光柵元件及增強光柵元件。
第4b是例示依據本揭露於h 2=h 1、d 2=d 1及w 2=w 1時待測光柵元件和增強光柵元件的示意圖，其中，橫向位移η在該兩個元件之間的相對位置。
第5a圖是例示依據本揭露相同材料的該待測光柵元件與該增強光柵元件的示意圖，其中，f=1、α=1、m 1=m 2=2、以及η=0等條件，導致cos(q x η)=1。
第5b圖是例示依據本揭露相同材料的該待測光柵元件與該增強光柵元件的示意圖，其中，f=1、α=1、m 1=m 2=2、以及等條件，導致cos(q x η)=0。
第5c圖是例示依據本揭露相同材料的該待測光柵元件與該增強光柵元件的示意圖，其中f=1、α=1、m 1=m 2=2、 以及等條件，導致cos(q x η)=-1。
第6圖是例示依據本揭露於η=0時完美對準的該增強光柵元件與該待測光柵元件的示意圖，其中，該增強光柵元件是由銅製成，而該待測光柵元件是由矽製成。
第7圖是依據本揭露於h 2=10h 1而f=10時完美對準的該待測光柵元件與該增強光柵元件的示意圖，其中，該待測光柵元件與該增強光柵元件為相同材料。
第8圖是依據本揭露於d 2=3d 1時完美對準的該待測光柵元件與該增強光柵元件的示意圖，其中，該待測光柵元件與該增強光柵元件為相同材料。
第9圖是依據本揭露於h 2=10h 1及d 2=3d 1時、而m 1=m 2=2的該增強光柵元件與該待測光柵元件的示意圖，其中，該待測光柵元件是由矽製成，而該增強光柵元件是由銅製成。
第10圖是依據本揭露於h 2=h 1及的該增強光柵元件與該待測光柵元件的示意圖，其中，該線寬是該增強光柵元件與該待測光柵元件的線距的1/3，該待測光柵元件是由矽製成，而該增強光柵元件是由銅製成。
第11圖是依據本揭露於h 1=5h 2及的該增強光柵元件與該待測光柵元件的示意圖，其中，該線寬是該增強光柵元件與該待測光柵元件的線距的1/3，該待測光柵元件是由矽製成，而該增強光柵元件是由銅製成。
以下實施例係經充分詳細描述，以使得所屬技術領域中具有通常知識者能夠製造並使用本揭露。應了解到，基 於本揭露內容，其他實施例將變得清楚明瞭，且可完成所述系統或機構變化而不背離本揭露之範疇。
於以下說明中，給定許多特定細節以助於透徹了解本揭露。然而，將清楚了解到，無須這些特定細節亦可實現本揭露。為了避免混淆本揭露，並未詳細揭露一些眾所周知的機構及系統組構。
顯示本揭露之附加圖式係半概略式的，且並未依據比例繪示，具體而言，為了清楚起見，一些尺寸於圖式中係以誇張的尺寸顯示。同樣地，儘管為了便於說明起見，該等圖式一般而言係以同樣的定向顯示，但是在大部份情況下，圖式中所示可為任意定向。一般而言，本發明可運作於任何定向。
本揭露通過以下特定實施例和範例加以說明。在閱讀完本揭露之說明書後，所屬技術領域中具有通常知識者，能能夠輕易地了解本揭露的其他功能。本揭露也可以不同實施例和範例來實現。本說明書中的許多詳述說明，可基於不同觀點和應用且不背離本揭露之範疇下而改變。
第1圖係穿透式小角度X光散射(tSAXS)技術的示意圖。
一般而言，在奈米尺度下，因為可產生的X光散射體積很小，本質上，可以產生X光散射的剖面也很小。以20奈米的CD來說，如果特徵尺寸是20奈米，則其高度通常是30-50奈米，或大約是該特徵尺寸的兩倍，其X光散射體積是該X光光束剖面乘以其高度30-50奈米，這是一個 非常微小的數值。由於同步加速器X光源具有高光束通量或高亮度，因此，使用tSAXS進行奈米尺度下的CD量測，大部分是使用同步加速器X光源來加以實施。同步加速器X光源具有足夠的亮度，以克服先前提及的困難。然而，同步加速器X光源過於龐大、也過於昂貴，無法安裝於廠區內，提供工業上實際生產流程製程或品質監控或量測之用。另外，雖然美國國家標準與技術研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)，已成功使用以鉬為靶材的X射線管及tSAXS實驗室系統，進行奈米尺度下的CD量測，但是這tSAXS實驗室系統的量測速度，對於高產量製造(high volume manufacturing,HVM)的量測速度需求而言，仍然過慢。為了提高量測速度，新的發展是以液態金屬做為X光源的新靶材，其亮度顯著增加，預期可顯著改善量測速度。然而，即使，因新X光源的進步而改善量測速度，但速度的增加仍不足以讓tSAXS在HVM中使用。本揭露是提供一種強化來自於待測光柵元件(或是感興趣的結構)的X光散射強度的裝置。強化X光散射強度可明顯加速量測速度，以及改進量測訊號品質。該X光源可以是實驗室光源、具有高X光通量的同步加速器光源、或其它X光源。
tSAXS的基本量測原理，是以X光垂直入射於矽晶圓(或基板)上的光柵(或結構)，大部分的入射光通過該基板與該光柵，產生X光散射或繞射，而該散射或繞射光則由後方之X光偵測器接收，由分析散射或繞射光圖譜，獲 取待測光柵(或結構)的特徵。由於該入射X光的波長遠小於光柵(或結構)，因此，X光可用於解析許多目前和未來半導體前瞻製程光柵(或結構)的特徵。在進行tSAXS量測時，X光可先入射至光柵上，產生散射，然後該散射X光通過矽晶圓(或基板)；或者先通過矽晶圓(或基板)，然後再通過該光柵(或結構)，產生散射。不管那種方式，該散射X光(或繞射X光)均可被X光偵測器所偵測。該光柵的線距和線距變化，即可從各階繞射峰的強度增加及衰減變化而得。其它的幾何形狀因子，例如，SWA、LER、及線寬粗糙度(line width roughness,LWR)，則與該繞射強度的包絡函數相關(correlated)。然而，由於X光強度或是實驗室X光源所提供X光通量的限制，量測CD需要很長的時間。因此，目前tSAXS多使用於學術研究。若要將tSAXS技術使用在半導體產業產線上的即時量測，則量測時間需要顯著的改進。
為了提高高產量製造(HVM)的產量(throughput)，及縮短量測時間，必需改善X光散射強度或繞射圖案包絡函數的強度。因此，本揭露提供一種於tSAXS量測技術，使用增強光柵元件14，以增加待測光柵元件12之散射強度的裝置。
在本揭露中，「散射」和「繞射」可互換使用。此外，「增加或強化散射強度」的用語，是指來自待測光柵元件，並在特定角度的散射強度，會產生顯著的改變。如在本揭露接下來的實施例展示，待測光柵元件的散射強度或訊號 之強化，通常藉由與增強元件的散射強度的交互作用，進而產生整體散射強度的顯著減少或增加(相對於自背景散射強度或是待測光柵元件的散射強度)。在本質上，藉由應用本揭露所描述的技術，可因為交互作用產生整體散射強度的改變，更加容易分辨來自於待測光柵元件的散射訊號。分辨的方式，可以依據來自於對待測光柵元件的散射強度正向(增加)或負向(減少)變化。
第2圖顯示應用該tSAXS技術，以量測待測光柵元件上的光柵圖案(以一維線距顯示)。經過光柵後，所產生該X光散射的圖案，由該X光偵測器16接收，如第2圖所示。
依據本揭露，來自該待測光柵元件12(光柵)的散射強度可依下式描述：
其中，為該待測光柵元件12的對比因子。一般而言，大部分的奈米結構，其散射強度的數值，都是相當小的。F 1(q)是該待測光柵元件結構因子的傅立葉轉換，而q的定義為(4π/λ)sinθ，其中，λ表示該X光波長，而θ為散射角。在本揭露中，該待測光柵元件與該增強光柵元件的散射光對稱於原點，因此，所有F(q)的數值為實數，虛數部分為0。
具有強散射剖面元件(也就是該增強光柵元件14，如第3a圖所示)，放置於待測光柵元件12與偵測器16之間，如第3b圖所示。在第3b圖中，實點代表該待測光柵元件12之各階繞射峰的位置，而格子陰影則代表該增強光柵元件14所形成之各階繞射峰的位置。網點即是該實點與該格 子陰影的重疊部分，代表該待測光柵元件12和該增強光柵元件14會產生交互作用所在的各階繞射峰位置。實務上或在半導體工業產線上的量測應用中，該增強光柵元件14將設置在X光源10與該待測光柵元件12之間，如第3c圖所示。這兩種組成架構或排列順序，提供相同的強化效果，而各階繞射峰的強化效果，都可由X光偵測器16所接收。
一種增加tSAXS散射強度量測的裝置，包含：增強光柵元件14，必須設置於待測光柵元件12的前或後，且相距必須在該入射X光的縱向相干長度內；以及放置機構，必須精準的將該增強光柵元件14，置放於待測光柵元件12的前或後，且相距必須在該入射X光的縱向相干長度內，同時可以控制該待測光柵元件12與該增強光柵元件14，具奈米級精確度橫向及縱向移動，以及奈米等級的相對位移。
該增強光柵元件設置的位置，可於該待測光柵元件的後方或該待測光柵元件的前方，如第3b和3c圖所顯示。
在tSAXS量測時，該增強光柵元件14的組構，可以以奈米等級精確度相對於該待測光柵元件，進行橫向及縱向移動。
該增強光柵元件14是作為一參考元件，以分析具有單層或多層結構的待測光柵元件臨界尺寸(CD)特性。
該增強光柵元件14是一維(1-D)光柵元件、二維(2-D)光柵元件、孔洞陣列、柱件、或其它周期性結構。
對於該弱散射元件(也就是，該待測光柵元件12)，該強散射元件(也就是，該增強光柵元件)是設置在距離該弱散射元件的X光縱向相干長度ε內，如第3b-c圖所示。所觀察的散射強度變成
其中，下標1所示之光柵元件是指該待測光柵元件12，而下標2所示之光柵元件是指該增強光柵元件14，是用於散射強度強化的強散射元件。
方程式(2)可展開如下：
其中，2△b 1△b 2|F 1(q)F 2(q)|為該增強光柵元件14與該待測光柵元件12的交互作用項(interaction term)。該交互作用項2△b 1△b 2|F 1(q)F 2(q)|同時具有該待測光柵元件12與增強光柵元件14的資訊。因此，當選取增強光柵元件時與，可使交互作用項的值(magnitude)，顯著大於單獨的數值，亦即可遠大於該待測光柵元件12的數值。
就設置於該待測光柵元件12縱向相干長度ε內的該增強光柵元件14而言，藉由改變該增強光柵元件14光柵的實體尺寸和材料，可不同程度的強化該X光散射強度。對於半導體製程檢測之應用而言，該X光的較佳波長大約是0.1奈米或更小。
在接下來的實施例中，該待測光柵元件12與該增強光柵元件14均為一維線形光柵，並具有矩形剖面。如第2和3a圖所顯示的，所有繞射點沿著q x (其中，q y =0)方向 出現。因此，函數F i (q)可由F i (q x )取代，並且可明確地表示成：
其中，δ表示單位脈衝函數(Dirac delta)，w表示個別線的寬度，d為光柵的線距，而n i 為散射峰的個數或是階數。在方程式(4)中，該線距的高度h包含在該對比因子△b中，而為，其中，ρ為該光柵材料的電子密度，並且定義為單位體積內電子的總數。就矽、銅和聚苯乙烯(polystyrene)而言，其ρ的數值分別為6.80×1023/cm 3、24.44×1023/cm 3和3.44×1023/cm 3。聚苯乙烯的選用，是代表一般在半導體產業常用的光阻材料。該tSAXS的散射強度，與F i (q x )的二次方成比例，因此，如方程式(4)所示，其數值將會隨著n -2而減少。另外，若將比例w/d指定為1/m，由方程式(4)可知，在n=m,2m,3m,...的繞射峰會全數消失。舉例來說，在m=2或該線寬是該線距的一半時，所有偶數階繞射峰均消失；在m=3時，3階、6階和9階的繞射峰強度消失。
此外，方程式(3)代表該增強光柵元件14與該待測光柵元件12是完美對準，亦即η=0，如第4a圖所示。由於兩元件對位的誤差或橫向位移，方程式(3)改變成：
依據定義，η的數值是小於或等於d 1/2，其中，d 1是該待測光柵元件12的線距。
由於△b i 與ρ i 和h i 的乘積成比例，為增強光柵元件增強的效果，可藉由選擇高電子密度材料的光柵ρ 1>ρ 2或是增加光柵高度h 2>h 1，因此可使△b 2的數增加，且大於△b 1的數值。
進一步定義，方程式(3’)可寫為：
方程式(3’’)的第一項代表藉由該待測光柵元件12與該增強光柵元件14之間交互作用所增加的散射強度。適當地控制η，可以使2cos(q x η)F 1(q x )F 2(q x )的值遠大於單獨的。
為了實現散射強度的增強，該增強光柵元件的線距d 2必需依循d 2=α×d 1這個條件，其中，α可為...1/4,1/3,1/2,1,2,3,4,...等數值。此時給定q x 的條件為(a)兩個元件的特定繞射峰位置必須重疊，也就是在的情況，以及(b)該待測光柵元件12在方程式(4)括號內的值必須是非整數；否則，該階繞射峰的強度會變成零。
由於d 2可表示為α×d 1，因此，條件(a)變成n 2=α×n 1。在α=1的情況下，介於兩個光柵元件之間的所有繞射峰位置均會重疊。當α=2時，該增強光柵元件14的第二階繞射峰會與該待測光柵元件12的第一階繞射峰重合，該增強光柵元件14的第四階繞射峰會與該待測光柵元件12的第二階繞射峰重合，依此類推。在實現該待測光柵元件12繞射峰強度的放大之前，條件(b)是指比率在α=2的情況下不得為；否則，所有偶數階繞射峰均會消失。在該比率 等於1/4的情況下，該第四、第八、第十二…階繞射峰將會消失。
當條件(b)成立，且α=1/2,1/3,1/4,...時，該待測光柵元件12的第一階繞射峰不再被放大，而該第二、第三和第四階會因該增強光柵元件14的第一階繞射峰而被放大。
在給定q x 情況下，當和階繞射峰同時共存時，方程式(3’’)的交互作用項或放大項可表示成：
由方程式(5)的分母n 1×n 2可知，在低階繞射峰的區域，繞射峰放大的程度越顯著。
接下來的實施例將更特定地描述本揭露。然而，這些實施例並不限制本揭露的範圍。
實施例 第一實施例：
在本揭露的第一實施例中，該待測光柵元件12和增強光柵元件14具有相同的材料，並且h 2=h 1，因此f=1。此外，d 2=d 1，因此，α=1。線寬為該增強光柵元件14和該待測光柵元件12兩者的線距的一半，也就是，m 1=m 2=2。
如第4b和5圖所示，該待測光柵元件12和該增強光柵元件14在x方向的位移以η來表示。方程式(3’’)的三個項，分別表示為：
所有繞射峰位置在的情況下，均相同。
依據本揭露的第一實施例，方程式(3’’)變成：
應注意到cos(q x η)這一項在方程式(7)中的重要角色。依據cos(q x η)。在的條件下，可考慮5個特殊的案例，如下：(I)cos(q x η)=1
若案例(I)必須成立，則需要q x η=0；也就是，η=0或η→0。亦即，該待測光柵元件12與該增強光柵元件14的對準是完美的，如第5a圖所示。對各階繞射峰的位置與強度而言，可以下列方程式表示之。
(II)cos(q x η)=0
若案例(II)必須成立，則需要q x η=π/2；也就是，，其中，n是奇數整數。由上述條件可知，如第5b圖所示。對奇數階繞射峰的位置與強度而言，可以下列方程式表示之。
就所有偶數階繞射峰而言，該強度仍然是。
(III)cos(q x η)=-1
若案例(III)必須成立，則需要q x η=π；也就是，，其中，n是奇數整數。由上述條件可知，如 第5c圖所示。對奇數階繞射峰的位置與強度而言，可以下列方程式表示之。
就所有偶數階繞射峰而言，該強度回復至。
若案例(IV)必須成立，則需要或；也就是，，亦即，以及，亦即。對繞射峰為n=1,5,7,11,13,...而言，該散射強度如下：
就繞射峰為n=2,4,8,10,...而言，該散射強度如下：
就繞射峰為n=3,9,...而言，該散射強度如下：
就繞射峰為n=6,12,...而言，該散射強度如下：
若案例(V)必須成立，則需要或；也就是，，亦即，以及，亦即。就繞射峰為n=1,2,4,5,7,...而言，該散射強度如下：
就繞射峰為n=3,6,9,...而言，該散射強度如下：
依據本揭露，表1總結案例(I)-(V)及其它情況下的繞射峰強度。
前述5個案例詳細證述散射強度的放大，決定於該增強光柵元件14與於該待測光柵元件12的相對位移η。利用相對位移η，觀測散射強度的變化，提供量化驗證散射強度的實驗路徑。亦即，以小於d 1的值，做相對位移η的掃描，即可量測散射強度變化，並進一步量化驗證。例如，該待測光柵元件12的散射強度的變化與在x方向與增強光柵元件14的對準相關。一旦完美對準(相對位移η為0)，所有繞射峰強度可增加為原來的4倍。但當該相對位移η，開始從0位移至(即該線寬的一半)時，所有奇數階繞射峰的強度掉落至2倍。當相對位移η，從位移至(該線寬的三分之二)時，在1st、2nd、4th、5th、…階繞射峰，沒有發現強化。當該相對位移η，從位移至(一個線寬)時，所有奇數階繞射峰均不會觀察到散射。
第二實施例：
第二實施例的條件與第一實施例的條件相同。然而，待測光柵元件12是由矽製成，而該增強光柵元件是由銅製成，如第6圖所示。
由於該增強光柵元件14是由銅製成，並且該待測光柵元件12是由矽製成，因此，該增強光柵元件14的電子密度，是該待測光柵元件12電子密度的f~3.42倍。
依據本揭露的第二實施例，方程式(3’’)的三個項，分別表示為：
因此，方程式(3’’)變成：
同樣的，cos(q x η)的數值範圍從-1至+1。因此，該強度範 圍從至。由於該增強光柵元與該待測光柵元件的交互作用所造成的強度強化，在完美對準(相對位移η為0)的條件下可達6.84。
第三實施例：
第三實施例的條件與第一實施例的條件相同，但選擇該增強光柵元件的特徵高度為h 2=10h 1，也就是f=10，並且，選擇具有相同電子密度的兩個光柵元件，如第7圖所示，則方程式(3’’)的三個項，分別表示為：
所有q x 的位置，均位於或。因此，方程式(3’’)變成：
由於，cos(q x η)的數值範圍從-1至+1，因此，該強度範圍從至，而交互作用項的強度因子為可達20。藉由改變相對位移η，量測tSAXS散射強度，其強度的改變，最大可至。
第四實施例：
第四實施例的條件與第一實施例的條件相同。線寬與線距的比例對於這兩個元件而言均是相同的，也就是，。該增強光柵元件的線距為該待測光柵元件的3 倍，亦即d 2=3d 1，如第8圖所示。由於該待測光柵元件12與該增強光柵元件14具有相同材料以及光柵高度，也就是，f=1，因此，散射強度在n 2=3n 1時重疊，也就是，該增強光柵元件的第三階繞射峰與該待測光柵元件12的第一階繞射峰交互作用，依此類推。
依據本揭露的第四實施例，方程式(3’’)的三個項，分別表示為：
在方程式(12a)-(12c)中，。值得注意的是，m的數值扮演重要的角色。舉例來說，在d 2=3d 1的案例中，當m=3時，方程式(12b)的第二項和方程式(12c)的第三項即消失；該待測光柵元件12的任何階的繞射峰均無放大效應。
依據本揭露，第一至第四實施例充分說明該光柵高度與該電子密度的乘積(也就是，該因子f)、該待測光柵元件12與該增強光柵元件14之間的對準(η)、該線距及線寬線距比，會影響該待測光柵元件12的散射強化的程度。
第五實施例：
在本揭露的第五實施例中，該待測光柵元件12是由矽製成，但該增強光柵元件14是由銅製成。令h 2=10h 1，並且d 2=3d 1，則對於該增強光柵元件14和該待測光柵元件12而言，線寬是該線距的一半，也就是，m 1=m 2=2。該增強光柵元件14的線距，是由具有高電子密度的材料做成，例如，銅、銀、金及其它金屬。
在本實施例中，依據前述條件，f=34.2，則位置或n 2=3n 1；也就是，該增強光柵元件的第三階繞射峰與該待測光柵元件的第一階繞射峰重疊，依此類推。
因此，依據本揭露的第五實施例，方程式(3’’)的三個項，分別表示為：
方程式(13)說明所有奇數n 1的散射強化的程度，但其他階的散射強度則為零。
如在先前的案例中，cos(q x η)的數值在方程式(13a)-(13c)中扮演重要的角色。依據第三項，其散射強化的程度的範圍介於與之間。
在η→0(也就是，兩個元件之間的完美對準)時，所有奇數階繞射峰的散射強度減少。在時，對於 所有奇數階繞射峰而言，cos(q x η)的數值均趨近於-1。當時，對於第三和第九階繞射峰而言，cos(q x η)的數值趨近於-1。而cos(q x η)趨近於0.5時，對應的是n 1=1,3等階的繞射峰。在精確控制η的情況下，該待測光柵元件12的奇數階繞射峰的強度變化為，因此可藉由奇數階繞射峰的強度量測，確認待測光柵元件12的CD品質。因此，該結果會促進藉由在之間掃描η而偵測2cos(q x η)F 1(q x )F 2(q x )。
依據本揭露，該增強光柵元件14的該圖案部件是「面對」該待測光柵元件12的該圖案部件，以為了確保該探測X光(或光線)光束的相干長度內的這兩個圖案部件。此組構最小化該待測光柵元件12與該增強光柵元件14之間的距離。
第六實施例：
在此實施例中，該待測光柵元件12是由矽製成，而該增強光柵元件14是由銅製成。這兩個元件具有相同的高度；也就是，h 2=h 1，因此，將得到f=3.42。該增強光柵元件14的線距是。就該增強光柵元件14與該待測光柵元件12而言，該線寬是該線距的三分之一；也就是，m 1=m 2=3，如第10圖中所顯示的。
該待測光柵元件12的第二、第四、第六…階繞射峰與該增強光柵元件14的第一、第二、第三…階繞射峰重疊。換言之，條件n 1=2n 2是指n 1為偶數。而由於條件m=2的成立，將導致所有偶數階繞射峰消失，因此，此實施例中將力求 避免。方程式(3’’)的三個項，分別表示為：
方程式(14b)中的項對於所有偶數n 1而言均等 於1。
其中，n 1=2、4、6、…，。若，則代表 的項s(n 1)分別是1、-1及-0.5…，當n 1=2、4、6…。因 此，基於上述條件，方程式(3”)變成
此外，必須注意到的是，該待測光柵元件12散射強度的強化，發生在其第二、第四、第六階繞射峰。縱使有在交互作用項的14倍強化作用，在第二階繞射峰所觀察到的強度，仍然沒有高於在沒有放大的第一階繞射峰所觀察到的強度。一般而言，第一階繞射峰散射強度的強化遠大於其餘階繞射峰。因此，希望設計出的增強光柵元能夠放大該待測光柵元件第一階繞射峰的散射強度。
第七實施例：
如果該增強光柵元件14的線距高度，大於該待測光柵元件12的線距高度，則該強度強化可進一步增加。舉例來說，當h 2=5h 1，則f=17.1，如第11圖所示，其中，該待測光柵元件12是由矽製成，而該增強光柵元件是由銅製成。在所有其它特徵尺寸均相同於第六實施例的特徵尺寸情況下，方程式(3’’)的三個項，分別表示為：
因此，方程式(4)變成，
該散射強度強化的範圍從至。
依據本揭露，第一至七實施例只是用來例示使用tSAXS技術而增加散射強度的裝置，而不應解讀為限制本揭露。本領域中具有通常技術者當能知悉，在不脫離本揭露上述實施例及所附申請專利範圍揭露範圍及精神的前提下，本揭露上述實施例及申請專利範圍揭示之增加穿透式小角度X光散射(tSAXS)之散射強度的裝置當能作些許變動、增刪及替換。
本揭露前述實施例的說明僅用於圖示及說明本揭露揭示之增加tSAXS之散射強度的裝置，而非用於將其限制於本揭露前述實施例。依據本揭露前述實施例之說明，本 揭露揭示之增加tSAXS之散射強度的裝置可能有許多修正和變型。選擇該等實施例並加以說明是為了解釋本揭露揭示之增加tSAXS之散射強度的裝置的原理，也就是，增強光柵元件與該待測光柵元件的距離，必須小於入射X光的縱向相干長度內，以強化該待測光柵元件的散射訊號；並且，本領域具有通常知識者受上述原理之實際應用之啟發而利用本發明和多種實施例及所為之多種修正，亦適用於其他用途。
因此，本揭露提供一種於使用X光散射量測技術時，用於增加待測光柵元件的散射強度的裝置。該X光散射量測的速度及訊號品質，可因為X光散射前度的放大而改進，進而應用於HVM的即時檢測時，提供線距的臨界尺寸評估、形狀及變化的分析。
因此，以上描述CD量測問題的解決方案，已廣為各界所努力尋求解決方案，但至目前為止，尚未有任何妥適的解決方案。長期以來，本領域的專家即嘗試尋求該問題的解決方案。因此，CD量測問題是迄今未得到解決。
本揭露之強化散射強度的裝置深具成本效益，操作原理不複雜，量測應用具高度變化性及有效性。並且，可立即應用於半導體製程監測，提昇製程的效率。因此，它的價值在於改善製程，降低成本、簡化系統及增加效能。
本揭露已由實施例說明如上，本領域中具有通常技術者當能知悉，在不脫離本揭露之上述實施例及所附申請專利範圍揭露之範圍及精神的前提下，本揭露上述實施例及 申請專利範圍揭示之增加穿透式小角度X光散射(tSAXS)之散射強度的裝置當能作些許變動、增刪及替換。是基於本揭露申請專利範圍所為之變動、增刪及替換均視為不脫離本揭露範圍。本揭露說明書及所附圖式之所有揭示內容僅用於說明之用，而非用於限定本揭露。
10‧‧‧X光源
12‧‧‧待測光柵元件
14‧‧‧增強光柵元件

Claims (12)

  1. 一種增加穿透式小角度X光散射(tSAXS)之散射強度的裝置，該裝置包含：一增強光柵元件，設置於與一待測光柵元件相距在一入射X光的一縱向相干長度內，該增強光柵元件係使該待測光柵元件所產生的散射圖案之強度增強；以及一放置機構，以提供奈米級精確度對位，可調置增強光柵元件與待測光柵元件之橫向及縱向相對對位或位置，達奈米級精確度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該增強光柵元件設置在該待測光柵元件的前方或該待測光柵元件的後方。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該待測光柵元件的圖案部件面向該待測光柵元件的圖案部件。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該增強光柵元件與該待測光柵元件是由相同或不同的材料製成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該增強光柵元件的圖案部件的高度大於該待測光柵元件的圖案部件的高度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該增強光柵元件的圖案部件的線距比該待測光柵元件的圖案部件的線距大α倍、或為該待測光柵元件的該圖案部件 的高度的1/α倍，其中，α為大於或等於一的整數。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該增強光柵元件的圖案部件是由銅、銀、金或其它具有高電子密度的材料製成。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該增強光柵元件於tSAXS量測時，以奈米級精確度相對於該待測光柵元件之橫向而被移動。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該增強光柵元件於tSAXS量測時，以奈米級精確度相對於該待測光柵元件之縱向而被移動。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該增強光柵元件是作為一參考元件，以分析具有單層或多層結構的該待測光柵元件的臨界尺寸(CD)特性。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該入射X光的來源是實驗室光源、具有高X光通量的同步加速器光源、或其它X光源。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該增強光柵元件是一維(1-D)光柵元件、二維(2-D)光柵元件、孔洞陣列、孔洞陣列、柱件、或其它周期性結構。
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