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TWI779299B - 用於試樣的薄膜特徵化的方法及系統 - Google Patents

用於試樣的薄膜特徵化的方法及系統 Download PDF

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Abstract

本發明揭露使用XPS與XRF技術用於多層與多程序資訊之前授的方法和系統。在一個例子中，一種薄膜特徵化方法包含對於具有一基板之上的一第一層的一試樣，量測第一XPS與XRF強度訊號。該第一層的厚度係基於該第一XPS與XRF強度訊號加以確定。該第一層與該基板的資訊係加以組合，以估算一有效基板。對於具有該基板之上的該第一層之上的一第二層的一試樣，量測第二XPS與XRF強度訊號。該方法亦包含基於該第二XPS與XRF強度訊號，確定該第二層的厚度，該厚度將該有效基板列入考量。

Description

用於試樣的薄膜特徵化的方法及系統
[相關案件交互參照]
本申請案主張申請於西元2014年6月24日之美國暫時專利申請案第62/016,211號的優先權，其全部內容於此藉由參照全部納入本案揭示內容。
本發明實施例係在半導體計量領域，且特別是用於使用X射線光電子光譜（XPS）分析與X射線螢光（XRF）分析技術之多層與多程序資訊前授的方法和系統。
X射線光電子光譜（XPS）係一定量光譜技術，其量測存在於一材料內之元素的元素組成、實驗式、化學態及電子態。XPS光譜可藉由以X射線光束照射一材料且同時量測自受分析之該材料頂部（例如1至10 nm）逃脫的電子的動能和數量而加以取得。XPS分析通常使用單色鋁Kα (AlKα)X射線，其可藉由以聚焦電子束轟擊鋁陽極表面而產生。所產生之AlKα X射線的一部分接著由一聚焦單色器加以截取，且一窄X射線能帶係聚焦至試樣表面上的分析部位上。在試樣表面處的AlKα X射線的X射線通量，取決於電子束電流、鋁陽極表面的厚度和完整性、及單色器的晶體品質、尺寸、及穩定性。
X射線螢光（XRF）係從已藉由以較高能量X射線或γ射線轟擊加以激發的材料所發射的特徵「二次」（或螢光）X射線。此現象係廣泛用於元素分析和化學分析，特別是金屬、玻璃、陶瓷和建築材料的檢查，以及用於地球化學、法醫學及考古學的研究。
XPS分析和XRF分析各自具有優點。然而，基於XPS及/或XRF偵測的分析需要發展。
一個以上的實施例係針對使用XPS與XRF技術之多層與多程序資訊之前授的方法和系統。
在一個實施例中，一種薄膜特徵化方法包含對於具有一基板之上的一第一層的一試樣，量測第一XPS與XRF強度訊號。該第一XPS與XRF強度訊號包含該第一層與該基板的資訊。該方法亦包含基於該第一XPS與XRF強度訊號，確定該第一層的厚度。該方法亦包含組合該第一層與該基板的資訊，以估算一有效基板。該方法亦包含對於具有該基板之上的該第一層之上的一第二層的一試樣，量測第二XPS與XRF強度訊號。該第二XPS與XRF強度訊號包含該第二層、該第一層、及該基板的資訊。該方法亦包含基於該第二XPS與XRF強度訊號，確定該第二層的厚度，該厚度將該有效基板列入考量。
在另一實施例中，一種用於特徵化薄膜的系統包含一X射線來源，用於產生Ｘ射線光束。該系統亦包含一試樣固持器，用於將一試樣置放在該X射線光束的路徑之中。該系統亦包含一第一偵測器，用於收集藉由以該X射線光束轟擊該試樣所產生的一X射線光電子光譜（XPS）訊號。該系統亦包含一第二偵測器，用於收集藉由以該X射線光束轟擊該試樣所產生的一X射線螢光（XRF）訊號。該系統亦包含一計算裝置，用以基於該XPS與XRF訊號確定該試樣的一第二層的厚度。確定該厚度的操作將一估算的有效基板列入考量，該估算的有效基板係基於該試樣的一第一層與一基板，該第一層與該基板係在該試樣的該第二層下方。
在另一實施例中，揭露一種非暫時性機器可存取儲存媒體，具有儲存於其上的指令，該等指令使一資料處理系統執行一薄膜特徵化方法。該方法包含對於具有一基板之上的一第一層的一試樣，量測第一XPS與XRF強度訊號。該第一XPS與XRF強度訊號包含該第一層與該基板的資訊。該方法亦包含基於該第一XPS與XRF強度訊號，確定該第一層的厚度。該方法亦包含組合該第一層與該基板的資訊，以估算一有效基板。該方法亦包含對於具有該基板之上的該第一層之上的一第二層的一試樣，量測第二XPS與XRF強度訊號。該第二XPS與XRF強度訊號包含該第二層、該第一層、及該基板的資訊。該方法亦包含基於該第二XPS與XRF強度訊號，確定該第二層的厚度，該厚度將該有效基板列入考量。
在一個實施例中，一種薄膜特徵化方法包含對於具有一基板之上的一第一層的一試樣，量測第一XPS強度訊號。該第一XPS強度訊號包含該第一層與該基板的資訊。該方法亦包含基於該第一XPS強度訊號，確定該第一層的厚度。該方法亦包含組合該第一層與該基板的資訊，以估算一有效基板。該方法亦包含對於具有該基板之上的該第一層之上的一第二層的一試樣，量測第二XPS強度訊號。該第二XPS強度訊號包含該第二層、該第一層、及該基板的資訊。該方法亦包含基於該第二XPS強度訊號，確定該第二層的厚度，該厚度將該有效基板列入考量。
在一個實施例中，一種薄膜特徵化方法包含對於具有一基板之上的一第一層的一試樣，量測第一XRF強度訊號。該第一XRF強度訊號包含該第一層與該基板的資訊。該方法亦包含基於該第一XRF強度訊號，確定該第一層的厚度。該方法亦包含組合該第一層與該基板的資訊，以估算一有效基板。該方法亦包含對於具有該基板之上的該第一層之上的一第二層的一試樣，量測第二XRF強度訊號。該第二XRF強度訊號包含該第二層、該第一層、及該基板的資訊。該方法亦包含基於該第二XRF強度訊號，確定該第二層的厚度，該厚度將該有效基板列入考量。
描述使用XPS和XRF技術之多層與多程序資訊前授的方法和系統。在以下說明中，描述許多特定細節，例如近似技術和系統配置，以提供本發明實施例的完整理解。對熟習此技藝者明顯的是，本發明實施例可在沒有這些特定細節的情況下實施。另一方面，不詳細描述眾所周知的特徵，例如全部的半導體元件堆疊，以免不必要地混淆本發明實施例。此外，要理解的是，在圖示中顯示的各種實施例係說明性表示，且未必依比例繪製。
提供背景情況，當包含配置在基板之上的一層的試樣係以X射線轟擊時，各種電子事件可能發生。舉例來說，電子可能從該試樣釋出。對於在試樣頂部內（例如10奈米）產生的電子，X射線光發射可能發生。來自XPS量測大多數的資訊通常在表面附近取得，因為在電子行進通過於釋出路徑上的材料之時電子訊號衰減發生。為了試樣中較深處（例如0.1-2微米深）的量測，X射線螢光（XRF）可加以使用，因為與XPS光電子訊號相比XRF訊號通常少衰減1000倍，且因此較不受到試樣內深度效應的影響。
此處所述一個以上實施例係針對(1)來自單層或多層膜的光電子（XPS）和X射線螢光（XRF）訊號的偵測和使用以確定厚度和組成，以及(2)從「前期」量測操作到「後期」程序量測的前授膜資訊的規格和演算確定，以確定厚度和組成的最準確和穩定的程序控制。在一些實施例中，來自中間XPS/XRF程序量測的結果係儲存在所有量測工具可同時存取的一資料庫中，允許整個系統群組的前授解決方案。更一般而言，實施例係針對量測XPS與XRF訊號，藉由直接或基於模型的方法使用將後續操作中預測之XPS和XRF強度正確地列入考量的膜堆疊以整體、同時擬合組合訊號。
為提供背景，此處所述一個以上實施例可加以實施，以對於與具有需要嚴格程序控制之厚度與組成材料（原子組成或AC%）的複雜多層膜之同時確定與程序控制另外相關聯的問題進行處理。與此相比，現今最先進的方法解決此等問題係藉由光譜橢圓偏極術和反射量測數或其他傳統方法，企圖使用多操作前授方法同時確定厚度和組成。
根據本發明實施例，此處所述方式的技術優點，包含使用XPS與XRF量測且同時允許使用來自前期量測的基本量測資訊，該基本量測資訊通常使用在用於後期量測之後續膜模型之中。在一個實施例中，此一方式在各操作提供高度分解的問題，這與其他技術不同，在其他技術中先前膜的複雜度和結果必須加以前饋於各後續操作。
此處所述若干實施例的實施方式，包含組合XPS和XRF訊號以及寫實的膜堆疊模型，以同時確定厚度和組成膜特性。從先前程序/計量操作前授結果到漸厚的、更複雜的膜堆疊的能力，基本上將XPS的能力（且與XRF組合）延伸用於晶圓廠程序控制。
在更特定的實施例中，由於XPS與XRF皆為基於強度的技術，能夠藉由將前期結果前授至指定用於後期量測之下層物種的相對強度的後續膜基板模型資訊，以非常乾淨和基本的方式將多操作量測有效地分解。各操作的有效基板模型含有來自先前操作的相關物種，以及隨來自先前量測的本體AC%數值縮放的強度產生因數（intensity production factor）。
要瞭解的是，此處所述XPS+XRF前授方式可以數個不同方式實施。在一個實施例中，前授的資訊可為模型無關的，僅取決於基本原子靈敏度因數（ASF, atomic sensitivity factor）。在此情況下，於各操作僅由強度確定的「主體AC%」數值係前授進後續操作的有效基板模型以供最準確的厚度和組成確定。在另一實施例中，僅前授厚度資訊可為充足的，或計算之有效基板結果可加以使用，且應視為包含在此處所述實施例較廣義範圍內的補充方式。在此處所述方式其中任一者之中，在一實施例中，為了允許在晶圓廠環境中單一系統和多個系統整體的全前授方案，需要一資料庫用於即時儲存和檢索前期結果。
作為一代表範例，圖1係一基本的示意範例，描述根據本發明一實施例XPS及/或XRF前授的XPS+XRF組合技術量測創作。參照圖1，第一層102係形成於基板100之上。第一層102包含物種B和C，而基板100包含物種A。對於前期量測操作，來自物種A、B、及C的強度係加以量測，且組成及/或厚度係加以確定並儲存在一資料庫中。一第二層104接著形成在第一層102之上。在一個實施例中，第二層104包含物種A以及一新的物種D。
在一個實施例中，對於在沉積有第二層104情況下的後期量測，第二層104的成分及/或厚度的準確確定，僅需要來自前期量測之原始A、B、C訊號的有效強度貢獻的規格。因此，第一層102和基板100係加以有效處理為一單一傳入層或基板100’（「有效基板」）。這可藉由僅來自強度的直接AC%及/或模型推導的結果而取得。
再度參照圖1，接著，前期量測包含確定第一層102厚度和組成。物種A、B、及C的相對強度係加以計算。具有所有相對強度之結果的所謂先前層的資訊的前授，係接著用於後期量測。後期量測包含確定第二層104的厚度和組成（例如物種A和新物種D）。此確定係將有效基板100’列入考量。
使用XPS結果前授的多操作/多程序膜結果的第一特定範例係就圖2、3及4描述如下。此範例涉及鈦氮化物（TiN）/高k介電質（HiK）試樣。
圖2係點圖200，對應根據本發明一實施例的前授程序中的第一操作。參照點圖200，以埃（A）為單位測得的鈦氮化物（TiN）厚度係描繪為標稱目標TiN厚度的函數。要瞭解的是，量測值可能為僅TiN，或可能是TiN和HiK成一組合。在一個實施例中，對於第一量測操作（點圖200），各晶圓TiN厚度分列的結果係儲存於前授資料庫之中。
圖3係點圖300，對應根據本發明一實施例的前授程序中的第二操作。參照點圖300，以埃（A）為單位測得的鈦鋁碳化物（TiAlC）厚度係描繪為TiAlC沉積循環的函數，其中TiAlC係沉積在第一操作的TiN/HiK之上。來自第一操作的TiN/HiK厚度結果係逐部位地前授至第二程序和量測操作（以產生點圖300）。因此，第二操作涉及TiAlC的沉積和量測，該量測涉及使用來自第一操作的厚度結果。
圖4係點圖400，對應根據本發明一實施例的前授程序中的第三操作。參照點圖400，以埃（A）為單位測得的鈦氮化物（TiN）厚度係描繪為目標TiN厚度的函數。該TiN係沉積在第二操作的TiAlC之上。在此第三操作的頂部TiN膜厚度係使用來自先前二個程序操作的結果而加以確定。因此，第三沉積和量測操作係頂部TiN，其使用來自上述第一和第二操作的厚度結果。各操作測得結果與預期結果的線性關係，清楚地展示於點圖400。
作為使用前授方式之多操作/多程序膜結果的第二特定範例，三操作ZrO2 /Al2 O3 /ZrO2 /基板（ZAZ/基板）應用係就圖5和6描述如下。
圖5描述根據本發明一實施例的三操作ZAZ應用，涉及ZrO2 → Al2 O3 /ZrO2 àZrO2 /Al2 O3 /ZrO2 。參照圖5，結構500包含一鋯氧化物（ZrO2 ）層504，其位於矽氮化物（SiN）層502之上。ZrO2 層504係關聯於鋯的訊號強度（I(Zr)）和氧的強度訊號（I(O)）。SiN層502係關聯於矽氮化物的訊號強度（I(Si-N)）。當確定ZrO2 層504的厚度時，下層I(Si-N)強度訊號係歸屬於下層SiN「基板」。
對於圖5的次個結構510，鋁氧化物（Al2 O3 ）層514已沉積在結構500之上。Al2 O3 層514係關聯於鋁的訊號強度（I(Al)）和氧的強度訊號（I’(O)）。當確定Al2 O3 層514的厚度時，下層的I(Si-N)、I(Zr)及I(O)強度訊號係歸屬於一下層「有效基板I」512，其考量到來自結構500之SiN層502和ZrO2 層504的強度訊號。
對於圖5的次個結構520，第二鋯氧化物（ZrO2 ）層524已沉積在結構510之上。ZrO2 層524係關聯於鋯的訊號強度（I’’(Zr)）和氧的強度訊號（I’’’(O)）。當確定ZrO2 層524的厚度時，下層的I’(Si-N)、I’(Zr)、I’’(O)及I(Al)強度訊號係歸屬於一下層「有效基板II」522，其考量到來自SiN層502、第一ZrO2 層504及Al2 O3 層514的強度訊號。
圖6描述根據本發明一實施例的混合模型，用以特徵化圖5的ZrO2 層504。參照圖6，ZrO2 層504係模型化為一混合模型600，其中將膜AC%與混合分率之間的關係性加以定義。特別是，ZrO2 層504係模型化成「純Zr」膜成分602與「純O」膜成分604。這分別提供對於Zr、O及下層SiN基板502的相對強度訊號，訊號610（Zr）、訊號612（O）、及訊號614（SiN基板502）。參照圖5，在關於結構510的操作，來自模型600的所有先前物種的強度響應係編碼為有效基板512，其中相對強度係計算自第一操作（即圖6中所述操作）。
在本發明實施例的另一實施態樣中，膜量測系統包含XPS偵測器和XRF偵測器二者。舉例來說，圖7係一圖示，表示根據本發明一實施例具有XPS與XRF偵測能力的膜量測系統。
參照圖7，膜量測系統700包含一XPS/XRF產生與偵測系統，容納於腔室701之中，其與一計算系統722連接。XPS/XRF產生與偵測系統包含一電子束來源702，提供用於產生電子束704。電子束704係用以藉由轟擊陽極706產生X射線光束708。單色器709係提供用於輸送來自X射線光束708的單色化X射線光束710。試樣固持器711可用以將試樣799置放在單色化X射線光束710的路徑之中。
XPS偵測器714係提供用於收集藉由以單色化X射線光束710轟擊試樣799所產生的XPS訊號712。XRF偵測器716係提供用於收集亦藉由以單色化X射線光束710轟擊試樣799所產生的XRF訊號718。在一個實施例中，系統700係建構成同時地或接近同時地收集XRF訊號718和XPS訊號712，表示一訊號取樣事件。XPS訊號712和XRF訊號718分別由光電子和螢光X射線構成。此外，通量偵測器720可提供用於確定單色化X射線光束710的估計通量。在一個此種實施例中，通量偵測器720係置放在試樣固持器711處，如圖7所描繪。在另一實施例中，X射線通量偵測器721係置放於單色器附近，以部分地截取小部分的原始X射線，俾以在試樣固持器711係位於分析部位時監測X射線通量，如圖7所描繪。
計算系統722包含使用者介面724，其連接具有記憶體部分728的計算部分726。計算系統722可用以校正由XPS偵測器714所偵測的XPS訊號。計算系統722可用以校正由XRF偵測器716所偵測的XRF訊號。計算系統722可用以監測由通量偵測器720及/或721所測得的原始X射線通量。根據本發明一實施例，計算系統722係用於使用由通量偵測器720或721所測得的原始X射線通量標準化由XPS偵測器714所偵測的XPS訊號以及由XRF偵測器716所偵測的XRF訊號。在一個實施例中，記憶體部分728儲存一組指令於其上，該指令執行時，用於使用單色化的X射線光束710從試樣799產生XPS訊號712和XRF訊號718。
圖8係根據本發明一實施例表示具有XPS與XRF偵測能力的另一膜量測系統的圖示，其中XPS與XRF資訊皆可自單一計量工具取得。在圖8中，描繪XPS與XRF組合工具800的斜向視圖。在一個實施例中，XPS與XRF組合工具800能夠在50 μm2 計量單元（metrology box）內量測300 mm晶圓。
參照圖8，XPS與XRF組合工具800係加以操作且維持在低於約1.0E-7托的基壓下。使用於大約600μA標稱射束電流的LaB6 電子槍802，X射線804係產生自於1486.7eV的鋁陽極806。單色AlKα X射線808接著藉由高品質石英晶體單色器812聚焦到晶圓810之上。在晶圓810下方的磁透鏡814在晶圓810表面附近產生一磁場，且將產生的光電子816聚焦進入一XPS光譜計，該XPS光譜計包含一光學器件818、一XPS能量分析儀820（例如球體電容器分析儀（SCA））、及一XPS偵測器822。XPS光譜計電子光學器件818引導及形塑光電子射束816以最佳地傳輸進入XPS能量分析儀820。XPS能量分析儀820在球體之間固定電壓差下運作，且141.2 eV的傳遞能量係通常加以使用。
再度參照圖8，同時，單色AlKαX射線808從晶圓810激發低能量X射線螢光（LE-XRF）824。LE-XRF 824係使用矽漂移偵測器（SDD, Silicon Drift Detector）826加以偵測，SDD 826係位在分析點附近，晶圓810表面上方大約1 mm。在一個實施例中，SDD 826係藉由雙重珀耳帖致冷器（Peltier cooler）加以冷卻，且操作溫度係維持在大約30℃。為了過濾雜散電子和UV光，一超薄鋁窗可加以使用於SDD 826入口。SDD 826係耦接至XRF偵測器組件828。XRF偵測器組件828係耦接至SDD電子設備830。
XPS與XRF組合工具800亦可包含單色器後通量偵測器899，如圖8所描繪。雖未描繪，XPS與XRF組合工具800亦可配備視覺相機（vision camera）。舉例來說，可包含一晶圓XY相機，用於晶圓上的特徵發現和圖案辨識。可包含一晶圓Z相機，用於確定晶圓z高度，以供最佳的X射線光點聚焦和定位。可包含監測陽極的一陽極相機，以供最佳化的電子束聚焦和定位。資料收集可整合進系統軟體，其中XPS與XRF訊號二者皆同時加以收集。在一個此種實施例中，總收集時間係大約每部位24秒。
雖然數個上述實施例包含用於XPS與XRF量測組合的前授技術，要瞭解的是，此等技術亦可適用於XRF量測本身，或XPS量測本身。因此，適合的量測設備可能不同時配備XRF與XPS量測能力，但可能配備XRF或XPS量測能力其中僅一者。舉例來說，圖9係根據本發明一實施例表示僅具有XPS偵測能力的膜量測系統的圖示。另舉例來說，雖未描繪，一膜量測系統僅具有XRF偵測能力。
參照圖9，一膜量測系統900包含一XPS產生與偵測系統，該XPS產生與偵測系統容納於腔室901之中，其與計算系統918連接。計算系統918包含使用者介面920，其與具有記憶體部分924的計算部分922連接。XPS產生與偵測系統包含電子束來源902，其提供用於產生電子束904。電子束904係用以藉由轟擊陽極906產生X射線光束908。單色器909係提供用於聚焦來自X射線光束908的單色化X射線光束910。試樣固持器911可用以將試樣999置放在單色化X射線光束910的路徑之中。
XPS偵測器914係提供用於收集藉由以單色化X射線光束910轟擊試樣999所產生的XPS訊號912。額外地，通量偵測器916可提供用於確定單色化X射線光束910的估計通量。在一個此種實施例中，通量偵測器916係配置於試樣固持器911處，如圖9所描繪。在另一實施例中，X射線通量偵測器921係配置於單色器附近，以部分地截取小部分的原始X射線，俾以在試樣固持器911係位於分析部位時監測X射線通量。
在一個實施例中，無論一系統係僅配備XPS偵測能力或配備XPS與XRF偵測能力二者，一薄膜特徵化方法包含對於具有基板之上一第一層的一試樣量測一第一XPS強度訊號。第一XPS強度訊號包含第一層與基板的資訊。該方法亦包含基於該第一XPS強度訊號確定第一層的厚度。該方法亦包含組合第一層與基板的資訊以估算一有效基板。該方法亦包含對於具有基板之上的第一層的上方的一第二層的一試樣量測一第二XPS強度訊號。第二XPS強度訊號包含第二層、第一層、及基板的資訊。該方法亦包含基於第二XPS強度訊號確定第二層的厚度，該厚度將該有效基板列入考量。
在另一實施例中，無論一系統係僅配備XRF偵測能力或配備XPS與XRF偵測能力二者，一薄膜特徵化方法包含對於具有基板之上一第一層的一試樣量測一第一XRF強度訊號。第一XRF強度訊號包含第一層與基板的資訊。該方法亦包含基於該第一XRF強度訊號確定第一層的厚度。該方法亦包含組合第一層與基板的資訊以估算一有效基板。該方法亦包含對於具有該基板之上的該第一層的上方的一第二層的一試樣量測一第二XRF強度訊號。第二XRF強度訊號包含第二層、第一層、及基板的資訊。該方法亦包含基於第二XRF強度訊號確定第二層的厚度，該厚度將該有效基板列入考量。
本發明的實施例可提供為電腦程式產品或軟體，該電腦程式產品或軟體可包含具有儲存於其上的指令的機器可讀媒體，該等指令用以將電腦系統（或其他電子裝置）程式化以根據本發明執行一程序。一機器可讀媒體包含任何機構，用於儲存或傳輸呈一機器（例如電腦）可讀型式的資訊。舉例來說，一機器可讀（例如電腦可讀）媒體包含一機器（例如電腦）可讀儲存媒體（例如唯讀記憶體（「ROM」）、隨機存取記憶體（「RAM」）、磁碟儲存媒體、光儲存媒體、快閃記憶體裝置等等）、一機器（例如電腦）可讀傳輸媒體（電子、光學、聲音、或其他形式的傳播訊號（例如紅外線訊號、數位訊號等等））等等。
圖10係呈電腦系統1000例示形式之機器的示意圖，在該機器內可執行一組指令，以使得該機器執行此處所探討方法其中任何一者以上。在替代的實施例中，該機器可連接（例如以網路連接）至區域網路（LAN）、內部網路、外部網路、或網際網路中的其他機器。該機器可運作在主從式網路環境中的伺服器或用戶端機器的功能之中，或作為對等式（或分散式）網路環境之中的一對等機器（peer machine）。該機器可為個人電腦（PC）、平板電腦、機上盒（STB）、個人數位助理器（PDA）、行動電話、網路設備、伺服器、網路路由器、切換器或橋接器、或能夠執行一組指令（順序式或其他者）的任何機器，該組指令指定那個機器採取的行動。又，雖然僅描述單一機器，術語「機器」亦可包含任何機器（例如電腦）的集合，該等機器個別地或共同地執行一組（或多組）指令，以執行任何一個以上此處所探討的方法。
例示電腦系統1000包含處理器1002、主記憶體1004（例如唯讀記憶體（ROM）、快閃記憶體、例如同步DRAM（SDRAM）或Rambus DRAM（RDRAM）的動態隨機存取記憶體（DRAM）等等）、靜態記憶體1006（例如快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體（SRAM）等等）、及輔助記憶體1018（例如資料儲存裝置），上述裝置透過匯流排1030彼此聯通。
處理器1002代表一個以上通用型處理裝置，例如微處理器、中央處理單元等等。更特別是，處理器1002可為複雜指令集計算（CISC）微處理器、簡化指令集計算（RISC）微處理器、超長指令字集（VLIW）微處理器、實施其他指令集的處理器、或實施一指令集組合的處理器。處理器1002亦可為一個以上特殊用途處理裝置，例如功能特定積體電路（ASIC）、現場可程式閘陣列（FPGA）、數位訊號處理器（DSP）、網路處理器等等。處理器1002係用以執行處理邏輯1026，以執行此處探討的操作。
電腦系統1000可更包含網路介面裝置1008。電腦系統1000亦可包含視訊顯示單元1010（例如液晶顯示器（LCD）或陰極射線管（CRT））、文數字輸入裝置1012（例如鍵盤）、游標控制裝置1014（例如滑鼠）、及訊號產生裝置1016（例如揚聲器）。
輔助記憶體1018可包含機器可存取儲存媒體（或更特別是電腦可讀儲存媒體）1031，其上儲存一組以上指令（例如軟體1022），該等指令體現此處所述一個以上方法或功能。軟體1022在其由電腦系統1000執行期間亦可位於（完全地或至少部分地）主記憶體1004內及/或處理器1002之內，主記憶體1004和處理器1002亦構成機器可讀儲存媒體。軟體1022可更藉由網路介面裝置1008透過網路1020發送或接收。
雖然機器可存取儲存媒體1031在一例示實施例中顯示為單一媒體，術語「機器可讀儲存媒體」應包含單一媒體或多個媒體（例如集中式或分散式資料庫、及/或相關聯的高速緩衝存儲器和伺服器），其儲存一組以上指令。術語「機器可讀儲存媒體」亦應包含任何媒體，其能夠儲存或編碼一組指令以供該機器執行，且使該機器執行本發明任何的一個以上方法。術語「機器可讀儲存媒體」因此包含但不僅限於固態記憶體、及光學和磁性媒體。
在一個實施例中，提供一種非暫時性機器可存取儲存媒體，具有儲存於其上的指令，其使一資料處理系統執行薄膜特徵化的方法。該方法包含對於具有一基板之上一第一層的試樣量測第一XPS與XRF強度訊號。該第一XPS與XRF強度訊號包含第一層與基板的資訊。該方法亦包含基於該第一XPS與XRF強度訊號確定該第一層的厚度。該方法亦包含組合該第一層與該基板的資訊，以估算一有效基板。該方法亦包含對於具有該基板之上的該第一層之上的一第二層的試樣，量測第二XPS與XRF強度訊號。該第二XPS與XRF強度訊號包含該第二層、該第一層、及該基板的資訊。該方法亦包含基於該第二XPS與XRF強度訊號確定該第二層的厚度，該厚度將該有效基板列入考量。
如此，已描述使用XPS與XRF技術之多層與多程序之前授的方法和系統。
100:基板 100’:基板 102:第一層 104:第二層 500:結構 502:矽氮化物（SiN）層 504:鋯氧化物（ZrO2）層 510:結構 512:有效基板I 514:鋁氧化物（Al2 O3）層 520:結構 522:有效基板II 524:第二鋯氧化物（ZrO2）層 600:混合模型 602:「純Zr」膜成分 610、612、614:訊號 700:膜量測系統 701:腔室 702:電子束來源 704:電子束 706:陽極 708:X射線光束 709:單色器 710:單色化X射線光束 711:試樣固持器 712:XPS訊號 714:XPS偵測器 716:XRF偵測器 718:XRF訊號 720:通量偵測器 721:通量偵測器 722:計算系統 724:使用者介面 726:計算部分 728:記憶體部分 799:試樣 800:XPS與XRF組合工具 802:LaB6電子槍 804:X射線 806:鋁陽極 808:單色AlKα x射線 810:晶圓 812:單色器 814:磁透鏡 816:光電子（射束） 818:光學器件 820:XPS能量分析儀 822:XPS偵測器 824:低能量X射線螢光（LE-XRF） 826:矽漂移偵測器（SDD） 828:XRF偵測器組件 830:SDD電子設備 899:單色器後通量偵測器 900:膜量測系統 901:腔室 902:電子束來源 904:電子束 906:陽極 908:X射線光束 909:單色器 910:單色化X射線光束 911:試樣固持器 912:XPS訊號 914:XPS偵測器 916:通量偵測器 918:計算系統 920:使用者介面 921:X射線通量偵測器 922:計算部分 924:記憶體部分 999:試樣 1000:電腦系統 1002:處理器 1004:主記憶體 1006:靜態記憶體 1008:網路介面裝置 1010:視訊顯示單元 1012:文數字輸入裝置 1014:游標控制裝置 1016:訊號產生裝置 1018:輔助記憶體 1020:網路 1022:軟體 1026:處理邏輯 1030:匯流排 1031:機器可存取儲存媒體
圖1係一基本的示意範例，描述根據本發明一實施例XPS及/或XRF前授的XPS+XRF組合技術量測創作。
圖2係點圖，對應根據本發明一實施例的前授程序中的第一操作。
圖3係點圖，對應根據本發明一實施例的前授程序中的第二操作。
圖4係點圖，對應根據本發明一實施例的前授程序中的第三操作。
圖5描述根據本發明一實施例的三操作ZAZ應用，涉及ZrO2 → Al2 O3 /ZrO2 → ZrO2 /Al2 O3 /ZrO2 。
圖6描述根據本發明一實施例的混合模型，用以特徵化圖5的ZrO2 膜。
圖7係一圖示，表示根據本發明一實施例具有XPS與XRF偵測能力的膜量測系統。
圖8係根據本發明一實施例表示具有XPS與XRF偵測能力的另一膜量測系統的圖示。
圖9係根據本發明一實施例表示具有XPS偵測能力的膜量測系統的圖示。
圖10係根據本發明一實施例的例示電腦系統的方塊圖。
100:基板
100’:基板
102:第一層
104:第二層

Claims (17)

  1. 一種用於試樣的薄膜特徵化的方法，包括以下步驟：測量具有位於至少一個底層上方的第一層的試樣的第一X射線光電子光譜(XPS)及/或X射線螢光(XRF)強度訊號，該第一XPS及/或XRF強度訊號包括用於該第一層和用於該至少一個底層的資訊；基於該第一XPS及/或XRF強度訊號確定該第一層的厚度或組成中的至少一者；或對用於該第一層和用於該至少一個底層的該資訊進行組合，以對有效基板進行估算；測量具有位於該第一層上方的第二層的試樣的第二XPS及/或XRF強度訊號，該第二XPS及/或XRF強度訊號包括用於該第二層、用於該第一層和用於該至少一個底層的資訊；基於該第二XPS及/或XRF強度訊號，使用該第一層的厚度或組成中的至少一者，以確定該第二層的厚度或組成中的至少一者；或確定該估算的有效基板；以及基於用於該至少一個底層和該第一層的相關原子物種的強度資料而生成該有效基板的資料；其中，在該試樣的約50μm2的計量單元之內採集該XPS及/或XRF訊號。
  2. 如請求項1所述之方法，其中，該有效基板的資料包括該至少一個底層和該第一層的本體原子組成數值。
  3. 如請求項1所述之方法，其中，測量該試樣的XPS及/或XRF強度訊號包括：同時測量XPS和XRF強度。
  4. 如請求項1所述之方法，其中，對用於該第一層和用於該至少一個底層的該資訊進行組合包括：藉由直接或基於模型方法以整體、同時擬合組合訊號，以對該有效基板進行估算。
  5. 如請求項1所述之方法，其進一步包括：使用有效基板模型 對該有效基板進行估算，該有效基板模型基於來自該第一層和該至少一個底層的原子物種以及隨該原子物種的本體原子組成%數值縮放的強度產生因數。
  6. 如請求項1所述之方法，其中，對用於該第一層和用於該至少一個底層的該資訊進行組合包括：對有效基板進行估算，並且其中，對該有效基板進行估算是基於基本原子靈敏度因數(ASF)的一模型無關方式。
  7. 如請求項1所述之方法，其進一步包括：提供用於使該XPS及/或XRF訊號中的至少一者相對於入射的X射線通量標準化而進行穩定測量的單色器後通量偵檢器。
  8. 如請求項1所述之方法，其中，該至少一個底層包括Si基板。
  9. 如請求項1所述之方法，其中，該至少一個底層包括高K介電質、TiN、ZrO2和SiN膜中的一者。
  10. 如請求項1所述之方法，其中，該第一層包括TiAl、Al2O3、和SiO膜中的一者。
  11. 如請求項1所述之方法，其中，該第二層包括TiN、ZrO2、摻雜Al的ZrO2和SiON膜中的一者。
  12. 如請求項1所述之方法，其進一步包括：對用於該第二層、用於該第一層和用於該至少一個底層的該資訊進行組合，以對第二有效基板進行估算；測量具有位於該第二層上方的第三層的試樣的第三XPS及/或XRF強度訊號，該第二層位於該至少一個底層上方的該第一層上方，該第三XPS及/或XRF強度訊號包括用於該第三層、用於該第二層、用於該第一層和用於該至少一個底層的資訊；以及基於該第三XPS及/或XRF強度訊號確定該第三層的厚度及/或組成。
  13. 如請求項1所述之方法，其中，利用單色AlKα X射線光束獲得該XPS及/或XRF訊號。
  14. 一種用於特徵化薄膜的系統，該系統包括：X射線來源，用於產生X射線光束；試樣固持器，用於將試樣置放在該X射線光束的路徑中；第一偵測器，用於收集藉由以該X射線光束轟擊該試樣所產生的X射線光電子光譜(XPS)訊號；第二偵測器，用於收集藉由以該X射線光束轟擊該試樣所產生的X射線螢光(XRF)訊號；計算裝置，經配置以基於該XPS訊號與該XRF訊號確定該試樣的第二層的厚度或組成，其中，藉由執行以下步驟確定該厚度或組成，以將估算的有效基板列入考量，該估算的有效基板係基於該試樣的第一層和基板，該第一層和該基板係在該試樣的該第二層下方：測量具有位於至少一個底層上方的該第一層的該試樣的第一XPS及/或XRF強度訊號，該第一XPS及/或XRF強度訊號包括用於該第一層和用於該至少一個底層的資訊；基於該第一XPS及/或XRF強度訊號確定該第一層的厚度或組成中的至少一者；或對用於該第一層和用於該至少一個底層的該資訊進行組合，以對有效基板進行估算；測量具有位於該第一層上方的第二層的該試樣的第二XPS及/或XRF強度訊號，該第二XPS及/或XRF強度訊號包括用於該第二層、用於該第一層和用於該至少一個底層的資訊；以及基於該第二XPS及/或XRF強度訊號，使用該第一層的厚度或組成中的至少一者，以確定該第二層的厚度或組成中的至少一者；或確定該估算的有效基板；其中，該第一偵測器和該第二偵測器經配置以收集在該試樣的約50μm2的計量單元之內採集該XPS訊號及該XRF訊號。
  15. 如請求項14所述之系統，其進一步包括單色器後通量偵檢器，用於使該XPS訊號及/或該XRF訊號中的至少一者相對於入射的X射線通量標準化而進行穩定測量。
  16. 如請求項14所述之系統，其中，該X射線光束為單色AlKα X射線光束。
  17. 如請求項14所述之系統，其進一步包括沿著該X射線光束的路徑中設置在該X射線來源與該試樣固持器之間的石英晶體單色器。
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