对图案化结构的基于X射线的测量制造技术

本发明专利技术公开了对图案化结构的基于X射线的测量。呈现一种用于图案化结构上的基于X射线的测量的方法和系统。该方法包括：处理指示对应于图案化结构对入射X射线辐射的检测辐射响应的测量信号的数据，并且从所述数据中减去基本上无背景噪声的有效测量信号，所述有效测量信号由反射衍射级的辐射分量形成，使得有效测量信号的基于模型解释使能够确定图案化结构的一个或多个参数，其中，所述处理包括：分析测量信号并且从中提取对应于背景噪声的背景信号；以及向测量信号应用过滤处理以从中减去对应于背景信号的信号，产生有效测量信号。

X-ray-based measurement of patterned structures

The invention discloses X-ray-based measurement of patterned structures. A method and system for X-ray-based measurement of patterned structures are presented. The method includes: processing data indicating the measurement signal corresponding to the patterned structure's response to incident X-ray radiation, and subtracting from the data an effective measurement signal which is basically free of background noise. The effective measurement signal is formed by the radiation component of the reflection and diffraction level, so that the model-based interpretation of the effective measurement signal enables the determination of one of the patterned structures. The processing includes: analyzing the measurement signal and extracting the background signal corresponding to the background noise from it; and applying filtering processing to the measurement signal to subtract the signal corresponding to the background signal from the measurement signal to generate an effective measurement signal.

【技术实现步骤摘要】
对图案化结构的基于X射线的测量
本专利技术处于图案化结构(诸如，半导体晶片)的测量的领域，并且涉及利用X射线测量技术的测量系统和方法。
技术介绍
半导体结构的制造需要高度精确且准确的计量技术和仪器。因为随着半导体技术的前进，缩小器件尺寸已变为日益复杂的任务，所以该需求变得更加关键。允许测量能力的类似改进的补充计量工具对于该发展的持续进展是关键的。最关键的是允许测量结构的尺寸表征的计量方案。诸如临界尺寸扫描电子显微术(CD-SEM)和光学临界尺寸(OCD)的技术在加工中、在制作过程的各个步骤中以及在研发过程中被大量利用。因为器件尺寸缩小以及对处理细节的敏感度变得日益关键，所以获得样本的更多样化且独立的物理特性的能力变得至关重要。这些挑战需要引入基于额外物理原理的破坏性计量技术。这种技术中的一个是X射线散射测量(XRS)，其中，来自单色X射线的散射信号被分析以用于尺寸表征。针对该方法的实例是也被称为透射SAXS(T-SAXS)的临界尺寸小角度X射线散射测量(CD-SAXS)、掠入射小角度X射线散射测量(GI-SAXS)以及X射线衍射(XRD)或高分辨率X射线衍射(HR-XRD)以及倒易空间映射(RSM)技术。例如，均转让给本申请的受让人的US2017/0018069、US2016/0139065以及US20160363872描述各种基于X射线技术的测量技术。US2017/0018069描述用于测量一结构的感兴趣的参数(多个参数)的混合计量技术。根据该技术，提供在相同结构上测量的不同类型的第一和第二测量数据，其中，这些测量数据中的一个可包括X射线测量数据，并且这些第一和第二测量数据被处理以将第一和第二参数确定为用于解释第一和/或第二测量数据的优选模型数据。US2016/0139065描述用于利用XRD或HR-XRD测量来测量样本的参数(多个参数)的测量技术。该技术提供通过关于样本结构的几何参数的信息(例如，图案特征)来优化XRD测量，并且反之亦然：使用XRD测量数据来优化/解释一不同的几何结构相关的测量，由此使得能够确定样本几何结构以及材料特性/组成。几何结构相关的数据可由不同测量技术提供，诸如光学测量，例如，光学临界尺寸(OCD)测量、CD-AFM、CD-SEM以及其它X射线技术。US2016/0363872描述用于规划计量测量、通过被测工具(TuT)和参考测量系统(RMS)利用测量的各种组合的方法和系统，其中，基于X射线的工具可用作参考/CD测量，诸如XRD、X射线光电子光谱学(XPS)、X射线拉曼散射(XRS)。US9,588,066描述用于使用多角度X射线反射散射测量(XRS)来测量周期性结构的方法和系统。该技术涉及在具有周期性结构的样本上照射入射X射线束以生成散射X射线束，其中，入射X射线束同时提供多个入射角和多个方位角。
技术实现思路
在本领域中，需要一种利用X射线散射测量在图案化结构上测量的新颖测量技术，以有效消除测量信号中的粗糙度和背景噪声等影响，以由此显著提高测量技术的信噪比。粗糙度和背景噪声相关的影响与以下相关联：已知X射线技术使用比标准光学技术显著更小的波长(从小于到几纳米)。因为图案化结构(例如，半导体晶片)中的特征的尺寸本身表征在该范围内，所以测量信号可对测量结构几何结构极其敏感。为了从X射线测量解释关于结构的信息，需要将测量信号与尺寸特征相关联的一些方法。一个例子是与用于OCD的方法类似的方法，其中，测量是基于模型的：模型用于从一些假定结构计算期望(理论)数据并且将其与测量数据相比较。假定结构的尺寸随后被修改为模型参数，直至达到计算/理论信号与测量信号之间的最佳一致性(最佳拟合)。其他已知方法也基于将X射线散射测量信号与一些具体测量几何结构相关的能力。然而，在该解释过程中，X射线散射测量可遭受相当大的额外困难。这是因为测量信号受到与被测量的标称结构不直接相关并且会混淆解释过程的一些因素的强烈影响。这些因素包括粗糙度和背景噪声的影响。更具体地，粗糙度影响与结构从其预期几何结构的小的不均匀偏差相关联，这是任何制造过程中的固有成分。在这一点上，参考图1，图1示出具有典型不平滑形状的简单蚀刻光栅线(图案特征)，即，纳米级的粗糙度结构。对于光学散射测量方法，其中，波长通常为几百纳米，图案特征与标称结构的这些小的偏差通常最终被平均，对测量产生较小影响。然而，对于X射线方法，波长可以是与粗糙度类似的长度尺度，对测量产生极其放大的效果。因此，忽视粗糙度的影响可导致测量数据解释过程的实质性错误。至于背景噪声，其与X射线测量技术的诸如弱收集信号的常见特征相关联，其增加对潜在噪声源的敏感度。典型弱信号的原因是通常提供比光学计量可用的光子通量小的数量级的照明源特性与样本的截面减小的组合。因此，背景噪声因素可导致测量中的不可忽略的误差，降低解释准确度。与通常包括反射强度的急剧变化的主要衍射信号相反，粗糙度和背景噪声的这种贡献/影响的特征在于：增加到被测量的X射线信号上的平滑变化的强度分布。本专利技术提供基于具体测量模式和数据解释方法的用于X射线散射测量的新颖方法，使能够有效消除粗糙度和背景噪声的影响。为了简单，在以下描述中，这些因素(粗糙度和背景噪声的影响)都被称为“背景贡献”。另外，在以下描述中，作为来自周期性结构的镜面反射以及衍射级的这种影响/特征被称为“普通反射”。本专利技术提供使能够获得基本上无背景贡献的有效测量信号的简单且有效的技术。在一些实施方式中，这通过处理从具有一定角度分布(图像跨度)的图案化结构收集的测量数据实现。该处理包括：识别测量数据(来自图案化结构的反射/响应)中的对应于衍射级的一部分并且从测量信号中移除该部分。如以上表示，与相对平滑变化的强度相比，衍射级相关的信号可识别为包括强度的急剧变化。然后，剩余部分的测量信号/数据(即，仅背景信号)经历进一步处理以便确定表示跨整个图像跨度的背景的图像数据。此后，从原始测量信号中减去如此确定的背景信号，得出反射/衍射级的清晰图像。该数据可随后被使用/解释以用于确定图案化结构的各种参数/信息。以上技术可通过选择最佳测量方案而进一步优化，即，对于被测量的结构的图案选择(针对给定照明波长)入射辐射的角跨度及其方位取向。所选择的测量方案使得获得反射级的所需角跨度(图像跨度)，即，使得不同反射级的辐射分量与检测器的辐射敏感表面(像素矩阵)上的基本上不重叠(即，通过间隙(多个间隙)彼此空间分离)的不同区域相互作用。因此，本专利技术在其一方面中，提供一种用于图案化结构上的基于X射线的测量的方法，该方法包括：处理指示对应于图案化结构对入射X射线辐射的检测辐射响应的测量信号的数据，并且从所述数据中减去基本上无背景噪声的有效测量信号，所述有效测量信号由反射衍射级的辐射分量形成，使得有效测量信号的基于模型解释使能够确定图案化结构的一个或多个参数，其中，所述处理包括：分析测量信号并且从中提取对应于背景噪声的背景信号；以及向测量信号应用过滤处理以从中减去对应于背景信号的信号，产生有效测量信号。测量信号的分析和背景信号的提取可包括：处理测量信号以滤出对应于反射衍射级的辐射分量的信号并且提取指示背景噪声的背景签名(signature)；以及向背景识别签名应用拟合处理以获得背景信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对图案化结构的基于X射线的测量的方法，所述方法包括：处理指示与图案化结构对入射X射线辐射的检测辐射响应相对应的测量信号的数据，并且从所述数据中减去基本上无背景噪声的有效测量信号，所述有效测量信号由反射衍射级的辐射分量形成，使得所述有效测量信号的基于模型解释能够实现确定所述图案化结构的一个或多个参数，其中，所述处理包括：分析所述测量信号并且从所述测量信号中提取与所述背景噪声对应的背景信号；以及向所述测量信号应用过滤处理以从所述测量信号中减去与所述背景信号对应的信号，产生所述有效测量信号。

【技术特征摘要】
2017.07.19 IL 2535781.一种用于对图案化结构的基于X射线的测量的方法，所述方法包括：处理指示与图案化结构对入射X射线辐射的检测辐射响应相对应的测量信号的数据，并且从所述数据中减去基本上无背景噪声的有效测量信号，所述有效测量信号由反射衍射级的辐射分量形成，使得所述有效测量信号的基于模型解释能够实现确定所述图案化结构的一个或多个参数，其中，所述处理包括：分析所述测量信号并且从所述测量信号中提取与所述背景噪声对应的背景信号；以及向所述测量信号应用过滤处理以从所述测量信号中减去与所述背景信号对应的信号，产生所述有效测量信号。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量信号的分析以及从所述测量信号中提取所述背景信号包括：处理所述测量信号以滤出与反射衍射级的辐射分量对应的信号，并且提取指示所述背景噪声的背景签名；向所述背景签名应用拟合处理以获得所述背景信号。3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：对所述背景信号进行图像处理，以获得代表所述背景信号的校正图像，随后将所述校正图像用作要从所述测量信号中减去的与所述背景信号对应的信号。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，包含于被提供的所述测量信号中的所述有效测量信号与所述结构的辐射响应中的反射级的预定角跨度φCOL对应，使得不同反射级的辐射分量与检测器的辐射敏感表面上的不同的空间分离的区域相互作用。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：提供指示要在收集所述测量信号时使用的优化测量方案的数据，所述优化测量方案提供所述测量信号包括所述有效测量信号，其中，所述有效测量信号对应于所述结构的辐射响应中的反射级的角跨度φCOL，使得不同反射级的辐射分量与检测器的辐射敏感表面上的不同的空间分离的区域相互作用。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述优化测量方案包括相对于所述结构上的所述图案的特征的取向的方位取向φILL以及照明辐射的选定角跨度θILL，使得使用照明辐射的所述选定角跨度φILL在所述结构对所述照明辐射的辐射响应中提供反射级的所述角跨度φCOL。7.根据权利要求5或6所述的方法，包括：使用所述优化测量方案对所述图案化结构执行一个或多个测量会话，以及生成指示所述测量信号的数据。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：向所述有效测量信号应用基于模型的拟合处理，以及确定所述图案...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉拉德·巴拉克，
申请(专利权)人：诺威量测设备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL