用于小光斑大小透射小角X射线散射术的光束整形狭缝制造技术

本文中描述用于减小有限源大小对于用于透射小角X射线散射术T‑SAXS测量的照明束斑大小的影响的方法和系统。具有细长轮廓的光束整形狭缝位于极为接近处于测量下的标本处且不会干扰全范围的光束入射角上方的晶片级组件。在一个实施例中，四个独立致动光束整形狭缝用于有效地阻断进入x射线光束的一部分并且产生具有盒状照明截面的输出光束。在一个方面，所述光束整形狭缝中的每一个在与光束轴对准的方向上位于距所述标本的不同距离处。另一方面，所述光束整形狭缝被配置成配合所述标本的定向而绕所述光束轴旋转。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于小光斑大小透射小角X射线散射术的光束整形狭缝相关申请的交叉引用本专利申请根据35U.S.C.§119要求2016年4月22提交的美国临时专利申请第62/326,648号的优先权，所述临时专利申请的主题以全文引用的方式并入本文中。
所描述实施例涉及x射线度量系统和方法，且更具体地说，涉及用于提高测量准确性的方法和系统。
技术介绍
半导体装置(例如逻辑装置和存储器装置)通常是通过应用到标本的一系列处理步骤来制造的。半导体装置的各种特征和多个结构层次通过这些处理步骤形成。举例来说，除其它之外的光刻技术是一种涉及在半导体晶片上产生图案的半导体制造工艺。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、沉积和离子植入。多个半导体装置可在单一半导体晶片上制造且接着分成单独的半导体装置。在半导体制造工艺期间在各个步骤处使用度量工艺来检测晶片上的缺陷以促成更高产量。多种基于度量的包含散射术和反射检查实施方案的技术以及相关联的分析算法常用来表征纳米级结构的关键尺寸、膜厚度、组合物和其它参数。传统地，散射术临界尺寸测量在由薄膜和/或重复周期结构构成的目标上执行。在装置制造期间，这些膜和周期结构通常表示实际装置几何形状和材料结构或中间设计。随着装置(例如逻辑装置和存储器装置)朝着较小纳米级尺寸移动，特征化变得更加困难。并入复杂三维几何形状和具有不同物理性质的材料的装置促进特征化难度。举例来说，现代存储器结构通常是较高纵横比的三维结构，其使得光辐射难以穿透到底层。利用红外式针对可见光的光学度量工具可穿透多个半透明材料层，但提供良好穿透深度的较长波长不提供对于较小异常的足够灵敏度。此外，表征复杂结构(例如，FinFET)所需的增大数量的参数使得增大参数相关性。因此，表征目标的参数通常不能可靠地与可利用的测量解耦合。在一个实例中，已采用较长波长(例如，近红外)来试图克服对于3DFLASH装置的穿透问题，所述3DFLASH装置在叠层中利用多晶硅作为交替材料中的一种。然而，类似于3DFLASH的结构的镜子本质上随着照明传播更深到膜堆叠中而导致光强度降低。这导致在深度下的灵敏度损耗和相关问题。在这种情境下，SCD仅能够以较高灵敏度和较低相关性成功地提取减小的度量尺寸集。在另一实例中，在现代半导体结构中越来越多的采用不透光高k材料。光辐射通常不能够穿透由这些材料构成的层。因此，利用薄膜散射术工具(例如椭偏仪或反射计)的测量变得越来越具有挑战性。响应于这些挑战，已研发更复杂的光学度量工具。举例来说，已研发具有多个照明角、较短照明波长、更广照明波长范围及更多得自反射信号的完整信息采集(例如测量除更常规的反射性或椭偏信号以外的多个米勒矩阵元件(Muellermatrixelements))。然而，这些方法尚未可靠地克服与多个高级目标(例如复杂3D结构、小于10nm的结构、采用不透光材料的结构)的测量和测量应用(例如线边缘粗糙度和线宽粗糙度测量)相关联的基本挑战。原子力显微镜(AFM)和扫描隧道显微镜(STM)能够实现原子分辨率，但其仅可探查标本的表面。此外，AFM和STM显微镜需要较长的扫描时间。扫描电子显微镜(SEM)实现中间分辨率水准，但不能够穿透结构到足够深度。因此，未良好表征较高纵横比空穴。此外，标本的所需充电对于成像性能具有不良影响。X射线反射计也遭受穿透问题，所述问题在测量较高纵横比结构时限制其有效性。为克服穿透深度问题，采用传统成像技术，例如TEM、SEM等结合破坏性样本制备技术，例如聚焦离子束(FIB)机械加工、离子碾磨、层或选择性蚀刻等。举例来说，透射式电子显微镜(TEM)实现高分辨率水平且能够探查任意深度，但TEM需要标本的破坏性分段。数种材料移除和测量迭代通常提供测量贯穿三维结构的关键度量参数所需的信息。但这些技术需要样本毁坏和冗长处理时间。由于蚀刻和度量步骤的偏移，因此完成这些类型的测量的复杂度和时间引入较大不准确度。此外，这些技术需要大量迭代，所述迭代引入登记误差。透射小角X射线散射术(T-SAXS)系统已展示解决挑战性测量应用的前景。当前T-SAXS工具采用光束整形狭缝以形成入射于处于测量下的标本上的照明光束。在聚焦光学件限定光束的发散角之前或之后，光束发散整形狭缝位于光束路径中。束斑光束整形狭缝位于光束发散整形狭缝后的光束路径中以限定入射于晶片上的束斑的尺寸。不利的是，可利用的x射线源在与光束传播方向正交的方向上具有有限尺寸。由于有限源尺寸，入射于标本上的束斑将由光束整形狭缝的大小和来自光学件(例如聚焦光学件、准直光学件等)的源的角尺寸限定。举例来说，光学系统的焦平面中的x射线源的图像的大小由其实际大小和光学件的放大率限定。光学件的放大率是聚焦光学件到图像的距离与聚焦光学件到源的距离的比率。此外，聚焦光学件的斜率和图误差将进一步增大束斑大小。当前系统不符合对于测量位于切割线中的度量目标的要求，其中需要50微米或更小的束斑大小。为解决这个问题，可减小光束整形狭缝的大小。然而，这使得光子通量的显著减小，其使得显现低效的测量。此外，减小光束整形狭缝的大小并未完全地解决问题，这是因为光束发散始终促使光束扩散于入射点处，其中标本处于测量下。举例来说，在典型T-SAXS系统中，光束整形狭缝距处于测量下的标本的表面超过250毫米。对于存在于这些系统中的典型光束发散，即使光束整形狭缝的大小无限地小，仍期望30-40微米的束斑大小。当然，此配置不可行，因为如果测量系统以此方式配置，那么无限小的照明量将投射到标本上。光束发散对于束斑大小的影响可通过将光束整形狭缝更接近标本定位来减小。然而，在当前实践中，此对于T-SAXS系统尚未实现。有效的T-SAXS度量系统执行关于入射光束的以不同的入射角度定向的标本的测量。换句话说，标本是关于入射光束而倾斜的使得标本的表面法线距照明光束的光束轴定向多达30度，或超过30度。在这些条件下，如果传统光束整形狭缝未与标本间隔达明显距离，那么其以机械方式干扰标本。在由科磊公司(KLA-TencorCorporation)实施的当前系统中，光束整形狭缝与处于测量下的标本之间的距离是260毫米。美国专利第7,406,153号描述采用刀口光束框的掠入射工具，所述光束框与处于测量下的标本极为接近。然而，所公开的光束框仅在掠入射工具而非T-SAXS工具的情况下起作用，其中在距法线高达50度的角度处正常照明或照明是所需的。为进一步提高装置性能，半导体行业持续集中于竖直集成，而不是橫向按比例调整。因此，复杂的完全三维结构的精确测量是确保耐久性和持续按比例调整改进的关键。未来度量应用存在对于度量的挑战，因为越来越小分辨率需求、多参数相关性、越来越复杂的包含较高纵横比结构的几何体结构，以及不透光材料的增大使用。因此，用于改进的T-SAXS测量的方法和系统是所需的。
技术实现思路
本文中描述用于减小有限源大小对于用于透射小角度X射线散射术(T-SAXS)测量的照明束斑大小的影响的方法和系统。在一个方面，光束整形狭缝安置于极为接近处于测量下的标本。光束整形狭缝具有细长轮廓，所述轮廓即使在T-SAXS测量系统的较大入射角(例如高达60度的入射角)处也不会干扰晶片级组件。通过将光束整形狭缝紧靠着标本安置来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种度量系统，其包括：x射线照明源，其被配置成产生一定量的x射线辐射，所述x射线照明源具有有限放射区域；光束整形狭缝机构，其位于所述x射线照明源与处于测量下的标本之间的光束路径中，所述光束整形狭缝机构包括：多个光束整形狭缝，其位于极为接近所述标本处；多个致动器，其耦合到所述光束整形狭缝机构的框架，其中所述多个致动器中的每一个比多个光束整形狭缝中的任一个更远离所述标本安置；多个臂结构，其中每个臂结构耦合到所述多个光束整形狭缝中的一个和所述致动器中的一个；以及多个测量系统，各自配置成测量所述臂结构中的一个相对于所述框架的移位，其中所述多个光束整形狭缝中的每一个阻断所述x射线辐射量的一部分来限定入射于所述处于测量下的标本上的x射线辐射的束斑大小；x射线检测器，其被配置成响应于所述x射线辐射的入射光束而同时检测与从所述处于测量下的标本散射的一定量的辐射相关联的强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.22 US 62/326,6481.一种度量系统，其包括：x射线照明源，其被配置成产生一定量的x射线辐射，所述x射线照明源具有有限放射区域；光束整形狭缝机构，其位于所述x射线照明源与处于测量下的标本之间的光束路径中，所述光束整形狭缝机构包括：多个光束整形狭缝，其位于极为接近所述标本处；多个致动器，其耦合到所述光束整形狭缝机构的框架，其中所述多个致动器中的每一个比多个光束整形狭缝中的任一个更远离所述标本安置；多个臂结构，其中每个臂结构耦合到所述多个光束整形狭缝中的一个和所述致动器中的一个；以及多个测量系统，各自配置成测量所述臂结构中的一个相对于所述框架的移位，其中所述多个光束整形狭缝中的每一个阻断所述x射线辐射量的一部分来限定入射于所述处于测量下的标本上的x射线辐射的束斑大小；x射线检测器，其被配置成响应于所述x射线辐射的入射光束而同时检测与从所述处于测量下的标本散射的一定量的辐射相关联的强度。2.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述多个光束整形狭缝中的每一个与所述处于测量下的标本之间的距离小于一百毫米。3.根据权利要求2所述的度量系统，其中在与所述x射线辐射的入射光束对准的方向上的所述致动器中的每一个与所述标本之间的距离是在与所述x射线辐射的入射光束对准方向上的所述多个光束整形狭缝中的每一个与所述标本之间的最大距离的五倍。4.根据权利要求1所述的度量系统，其进一步包括：标本定位系统，其被配置成关于所述x射线辐射的入射光束而将所述处于测量下的标本定位于多个入射角处，其中所述多个入射角在法线入射到距法线入射至少二十度之间变化。5.根据权利要求1所述的度量系统，其进一步包括：计算系统，其被配置成：将命令信号传送到所述光束整形狭缝机构，使得至少一个致动器在垂直于所述x射线辐射的入射光束的光束轴的方向上移动至少一个光束整形狭缝。6.根据权利要求5所述的度量系统，其中所述至少一个致动器在垂直于所述x射线辐射的入射光束的光束轴的方向上移动所述至少一个光束整形狭缝达至少三毫米，其中定位不定性小于十微米。7.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述多个臂结构中的每一个耦合到对应枢轴接头处的所述框架，且其中耦合到所述臂结构的所述致动器使得所述臂结构围绕所述对应枢轴接头旋转且在垂直于所述x射线辐射的入射光束的所述光束轴的方向上移动所述附接光束整形狭缝。8.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述多个致动器中的每一个是压电致动器。9.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述光束整形狭缝中的每一个包含断裂单晶材料。10.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述x射线照明源与所述光束整形狭缝机构之间的光束线的一部分包含于真空腔室中，且其中所述真空腔室的一部分以机械方式与所述光束整形狭缝机构整合。11.根据权利要求1所述的度量系统，所述光束整形狭缝机构进一步包括：旋转致动器，耦合到所述光束整形狭缝机构的所述框架，其中所述旋转致动器被配置成围绕与入射于所述标本上的所述x射线辐...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·毕卡诺维，N·亚提湄夫，J·迪瑞吉罗，J·维亚特拉，
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