用于扩展的红外线光谱椭偏测量的系统及方法技术方案

本文中呈现用于在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对半导体结构的同时光谱测量的方法及系统。在另一方面中，通过将检测器表面上的波长色散方向定向成垂直于到所述检测器表面上的入射平面的投影而减小波长误差。在另一方面中，通过包含具有不同敏感特性的多个光敏区域的检测器检测广红外线波长范围。收集光根据波长跨所述检测器的所述表面线性色散。每一不同光敏区域布置于所述检测器上以感测不同入射波长范围。以此方式，通过单个检测器以高信号对噪声比检测广红外线波长范围。这些特征以高处理量、精度及准确度实现对高深宽比结构的高处理量测量。

System and method for extended infrared spectroscopic ellipsometry measurement

A method and system for simultaneous spectral measurements of semiconductor structures at ultraviolet, visible and infrared wavelengths are presented. On the other hand, the wavelength error is reduced by directing the wavelength dispersion direction on the detector surface to a projection perpendicular to the incident plane on the detector surface. On the other hand, the wide infrared wavelength range is detected by a detector comprising a plurality of photosensitive regions with different sensitivity characteristics. The collected light is linearly dispersive across the detector's surface at the wavelength. Each of the different photosensitive regions is arranged on the detector to sense different incident wavelength ranges. In this way, a wide range of infrared wavelengths is detected by a single detector with high signal to noise ratio. These features can be used to measure the high aspect ratio structure with high accuracy, accuracy and accuracy.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于扩展的红外线光谱椭偏测量的系统及方法相关申请案的交叉参考本专利申请案根据35U.S.C.§119规定主张于2016年1月15日申请的标题为“扩展的红外线椭偏测量的设备及方法(ApparatusandMethodsofExtendedInfraredEllipsometry)”的序列号为62/279,469的美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的标的物的全文以引用的方式并入本文中。
所描述的实施例涉及计量系统及方法，且更特定来说，涉及用于对三维半导体结构进行经改进测量的方法及系统。
技术介绍
半导体装置(例如逻辑及存储器装置)通常由应用于样品的序列处理步骤制造。通过这些处理步骤形成半导体装置的各种特征及多个结构层级。举例来说，光刻尤其为涉及产生半导体晶片上的图案的一个半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含(但不限于)化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。可在单个半导体晶片上制造多个半导体装置且接着将其分离成个别半导体装置。在半导体制造过程期间的各个步骤使用计量过程来检测晶片上的缺陷以促进更高良率。光学计量技术提供高处理量的可能而无样本破坏的风险。数种基于光学计量的技术(包含散射测量及反射测量实施方案以及相关联分析算法)常用来特性化纳米级结构的临界尺寸、膜厚度、组成、重叠及其它参数。快闪存储器架构正从二维浮动栅极架构转变为全三维几何结构。在一些实例中，膜堆叠及蚀刻结构极深(例如，深度多达六微米)。此类高深宽比结构对于膜及CD测量来说构成挑战。测量界定这些结构的孔及沟槽的形状的临界尺寸的能力对于实现所要性能水平及装置良率来说是关键的。许多光学技术遭受低信号对噪声比(SNR)，这是因为仅照明光的小部分能够到达高深宽比特征的底部且向上反射到检测器。因此，许多可用高处理量计量技术无法可靠地执行对高深宽比结构的CD及膜测量。正探索临界尺寸、小角度X射线散射测量(CD-SAXS)、法向入射反射测量及散射测量作为高深宽比结构的测量解决方案，但开发仍在持续。横截面扫描电子显微术(SEM)是不适于线内计量的低处理量、破坏性技术。原子力显微术(AFM)在其测量高深宽比结构的能力方面受限且具有相对较低处理量。尚未证实CD-SAXS可实现半导体产业所需的高处理量能力。基于模型的红外线反射测量(MBIR)还用于对高深宽比DRAM结构的计量，但所述技术缺乏由较短波长提供的分辨率且测量点大小对于半导体计量来说过大。参见格斯提(Gostein)等人的“用基于模型的IR测量深沟槽结构(Measuringdeep-trenchstructureswithmodel-basedIR)”，《固态技术(SolidStateTechnology)，第49卷，第3期，2006年3月1日，其如全文阐述以引用的方式并入本文中。光学CD计量当前缺乏以高处理量在相对较小光点(例如，小于50微米，或甚至更优选地小于30微米)中测量具有微米级深度及横向尺寸的结构的详细轮廓的能力。第8,860,937号美国专利(其如全文阐述以引用的方式并入本文中)描述适于特性化高深宽比结构的红外线光谱椭偏测量技术。然而，在操作期间，所描述的技术遭受跨越紫外线及红外线波长的测量的长的测量时间、波长稳定性限制及有限红外线波长范围。总之，特征大小的持续缩减及结构特征深度的增加对光学计量系统强加困难的要求。光学计量系统必须以高处理量满足对日益复杂的目标的高精度及准确度要求以保持成本效益。在此上下文中，宽带照明及数据收集的速度、聚焦误差及红外线波长范围已成为适用于高深宽比结构的光学计量系统的设计中的关键、性能限制问题。因此，期望克服这些限制的经改进计量系统及方法。
技术实现思路
本文中呈现用于在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对半导体结构的同时光谱测量的方法及系统。在相同对准条件下，以高处理测量量包含紫外线波长、可见波长及红外线波长的光谱。以此方式，跨全部测量波长均匀地校正机器误差，例如波长误差。通过在单个系统中用红外光、可见光及紫外光同时测量目标，实现对复杂三维结构的精确特性化。一般来说，相对较长波长深入穿透到结构中且在测量具有相对较大节距的结构时提供对高衍射级的抑制。相对较短波长提供关于相对较短波长可达的结构(即，顶层的层)以及相对较小CD及粗糙度特征的精确尺寸信息。在一些实例中，归因于较长波长对粗糙度的较低敏感性，较长波长实现对具有相对粗糙表面或界面的目标的尺寸特性的测量。在另一方面中，将精细焦点传感器(FFS)集成到检测子系统中以在测量期间针对焦点误差校正提供测量输入。在另一方面中，宽带光谱计量系统经配置使得将测量点成像到检测器上，使得将与晶片表面上的入射平面对准的方向定向成垂直于检测器表面上的波长色散方向。在此布置中，所述计量系统对焦点误差的敏感性大幅降低。在对焦点误差的敏感性降低的情况下，用较短MAM时间且因此以较高处理量获得精确测量值。在另一方面中，本文中描述的计量系统采用多区间红外线检测器，其将不同敏感带组合于单个检测器封装上的不同位置处。所述检测器经配置以按不同敏感性(取决于入射位置)递送数据的连续光谱。收集光根据波长跨所述检测器的表面线性色散。每一不同光敏区域布置于所述检测器上以感测不同入射波长范围。以此方式，通过单个检测器以高信号对噪声比检测广红外线波长范围。在又一方面中，调整在垂直于入射平面的方向上投影于晶片平面上的照明场的尺寸以基于受测量目标的性质优化所得测量准确度及速度。前文是
技术实现思路
且因此必然含有细节的简化、一般化及省略；因此，所属领域的技术人员将了解，
技术实现思路
仅为阐释性的且不以任何方式限制。在本文中阐述的非限制性实施方式中将了解本文中描述的装置及/或过程的其它方面、专利技术特征及优点。附图说明图1描绘一个实施例中的用于在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对一或多个结构的同时光谱测量的示范性计量系统100。图2描绘另一实施例中的用于在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对一或多个结构的同时光谱测量的示范性计量系统100。图3描绘另一实施例中的用于在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对一或多个结构的同时光谱测量的示范性计量系统100。图4描绘另一实施例中的用于在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对一或多个结构的同时光谱测量的示范性计量系统100。图5A描绘晶片120的俯视图，所述视图包含由图1的照明光束117照明的测量点116的描绘。图5B描绘呈传统配置的计量系统中的检测器23的表面的正垂视图。图6说明经受焦点位置误差的晶片120。图7说明以传统方式波长色散且成像到检测器23的表面上的收集光束。图8描绘图1中描绘的检测器141的表面的正垂视图。图9描绘一个实施例中的图1中描绘的检测器150的表面的正垂视图。图10说明四种可用砷化铟镓(InGaAs)传感器的典型光敏性曲线。图11说明如本文中描述的在至少一个新颖方面中在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对一或多个结构的同时光谱测量的方法500。图12描绘遭受到所测量的结构中的低光穿透的示范性高深宽比NAND结构600。具体实施方式现将详细参考本专利技术的背景实例及一些实施例，本专利技术的实例说明于所附图式中。本文中呈现用于在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对半导体结构的同时光谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计量系统，其包括：一或多个照明源，其经配置以产生宽带照明光量；照明光学子系统，其经配置以按入射平面内的一或多个入射角将来自所述照明源的所述照明光量引导到受测量样品的表面上的测量点；收集光学子系统，其经配置以从所述样品的所述表面上的所述测量点收集收集光量；第一检测器，其具有对入射光敏感的平面二维表面，其中所述第一检测器经配置以检测所述样品对第一波长范围中的所述照明光量的响应；及第二检测器，其具有对入射光敏感的平面二维表面，其中所述第二检测器经配置以在所述第一检测器通过所述第一检测器检测所述样品对所述第一波长范围中的所述照明光量的所述响应的同时检测所述样品对第二波长范围中的所述照明光量的响应；及第一衍射元件，其经配置以使所述第一波长范围中的所述收集光量的第一部分色散朝向所述第一检测器的所述表面；及第二衍射元件，其经配置以使所述第二波长范围中的所述收集光量的第二部分色散朝向所述第二检测器的所述表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.15 US 62/279,469;2016.10.27 US 15/336,7051.一种计量系统，其包括：一或多个照明源，其经配置以产生宽带照明光量；照明光学子系统，其经配置以按入射平面内的一或多个入射角将来自所述照明源的所述照明光量引导到受测量样品的表面上的测量点；收集光学子系统，其经配置以从所述样品的所述表面上的所述测量点收集收集光量；第一检测器，其具有对入射光敏感的平面二维表面，其中所述第一检测器经配置以检测所述样品对第一波长范围中的所述照明光量的响应；及第二检测器，其具有对入射光敏感的平面二维表面，其中所述第二检测器经配置以在所述第一检测器通过所述第一检测器检测所述样品对所述第一波长范围中的所述照明光量的所述响应的同时检测所述样品对第二波长范围中的所述照明光量的响应；及第一衍射元件，其经配置以使所述第一波长范围中的所述收集光量的第一部分色散朝向所述第一检测器的所述表面；及第二衍射元件，其经配置以使所述第二波长范围中的所述收集光量的第二部分色散朝向所述第二检测器的所述表面。2.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述收集光学子系统将所述测量点成像到所述第一检测器的所述表面上，使得将与投影于所述第一检测器上的所述入射平面对准的方向定向成垂直于所述第一检测器的所述表面上的波长色散方向。3.根据权利要求2所述的计量系统，其中所述收集光学子系统将所述测量点成像到所述第二检测器的所述表面上，使得将与投影于所述第二检测器上的所述入射平面对准的方向定向成垂直于所述第二检测器的所述表面上的波长色散方向。4.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述第二检测器包含各自具有不同光敏性的两个或更多个不同表面区域，其中所述两个或更多个不同表面区域与跨所述第二检测器的所述表面的波长色散方向对准。5.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：第三检测器，其具有对入射光敏感的平面二维表面，其中所述第三检测器经配置以在所述第一检测器检测所述样品对所述第一波长范围中的所述照明光量的所述响应的同时检测所述样品对第三波长范围中的所述照明光量的响应；及第三衍射元件，其经配置以使所述第三波长范围中的所述收集光量的第三部分色散朝向所述第三检测器的所述表面。6.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：精细焦点传感器，其经配置以检测所述收集光量的部分；及光束分离元件，其经配置以将所述收集光量的所述部分引导到所述精细焦点传感器，其中所述精细焦点传感器经配置以在所述第一及第二检测器检测所述样品对所述照明光量的所述响应的同时检测样品焦点误差。7.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述照明光量是宽带照明光，其包含具有红外线波长、可见波长及紫外线波长的波长范围。8.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述照明光量的至少一部分以法向入射角提供到所述样品。9.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述照明光量的至少一部分以倾斜入射角提供到所述样品。10.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述计量系统配置为光谱椭偏仪及光谱反射计中的任一或多者。11.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述受测量样品是高深宽比计量目标。12.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述受测量样品是三维NAND结构或动态随机存取存储器结构。13.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：计算系统，其经配置以基于对第一及第二检测器的输出的组合分析产生所述受测量样品的所关注参数的估计值。14.一种计量系统，其包括：一...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·克里许南，戴维·Y·王，
申请(专利权)人：科磊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US