透射小角度X射线散射计量系统技术方案

本文中描述用于通过具有相对小工具占用面积的透射小角度x射线散射测量TSAXS系统表征半导体装置的尺寸及材料性质的方法及系统。本文中描述的所述方法及系统实现适合用于具有减小的光学路径长度的半导体结构的计量的Q空间分辨率。一般来说，所述x射线光束针对相对小目标经聚焦更接近晶片表面且针对相对大目标经聚焦更接近检测器。在一些实施例中，采用具有小点扩散函数PSF的高分辨率检测器以缓解对可实现Q分辨率的检测器PSF限制。在一些实施例中，所述检测器通过确定由光子转换事件刺激的电子云的质心而以子像素准确度定位入射光子。在一些实施例中，除了入射位置之外，所述检测器还分辨一或多个x射线光子能量。

Small angle X-ray scattering measurement system

This paper describes a method and system for characterizing the size and material properties of semiconductor devices by small angle transmission X-ray scattering with a relatively small tool area. The method and system described in this paper implement a q-spatial resolution suitable for metrology of semiconductor structures with reduced optical path length. Generally, the X-ray beam is closer to the wafer surface through focusing for relatively small targets and closer to the detector through focusing for relatively large targets. In some embodiments, a high-resolution detector with a small point spread function PSF is used to ease the restriction on the detector PSF that can achieve q-resolution. In some embodiments, the detector positions incident photons with sub-pixel accuracy by determining the center of mass of the electron cloud stimulated by the photon conversion event. In some embodiments, in addition to the incident position, the detector also distinguishes one or more x-ray photon energies.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】透射小角度X射线散射计量系统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2017年4月14日申请的序列号为62/485,497的美国临时专利申请案的优先权，所述案的标的物以全文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，涉及用于改进的测量准确度的方法及系统。
技术介绍
例如逻辑及存储器装置的半导体装置通常是由应用于样品的一系列处理步骤制造。半导体装置的各种特征及多个结构层级是由这些处理步骤形成。例如，其中光刻是涉及在半导体晶片上产生图案的一个半导体装置工艺。半导体装置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。多个半导体装置可在单个半导体晶片上制造且接着分离成个别半导体装置。在半导体装置工艺期间的各个步骤使用计量过程以检测晶片上的缺陷以促进较高良率。通常使用包含散射测量及反射测量实施方案以及相关联的分析算法的若干基于计量的技术以表征临界尺寸、膜厚度、组合物及纳米级结构的其它参数。传统上，对由薄膜及/或重复周期性结构组成的目标执行散射测量临界本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计量系统，其包括：/nx射线照明源，其经配置以产生一定量的x射线辐射；/nx射线照明光学器件子系统，其经配置以使用所述一定量的x射线辐射的入射聚焦光束照明形成于晶片表面上的测量目标；/n样品定位系统，其将所述测量目标定位于相对于所述入射聚焦光束的多个定向处；/nx射线检测器，其经配置以响应于每一定向处的所述入射聚焦光束而检测与从所述测量目标散射的一定量的辐射的多个衍射级中的每一者相关联的强度，其中所述照明源与所述检测器之间的光学路径长度小于3米；及/n计算系统，其经配置以/n基于所述多个不同定向处的所述多个衍射级的所述检测到的强度确定与所述测量目标相关联的所关注参数的值。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170414 US 62/485,497;20180411 US 15/950,8231.一种计量系统，其包括：
x射线照明源，其经配置以产生一定量的x射线辐射；
x射线照明光学器件子系统，其经配置以使用所述一定量的x射线辐射的入射聚焦光束照明形成于晶片表面上的测量目标；
样品定位系统，其将所述测量目标定位于相对于所述入射聚焦光束的多个定向处；
x射线检测器，其经配置以响应于每一定向处的所述入射聚焦光束而检测与从所述测量目标散射的一定量的辐射的多个衍射级中的每一者相关联的强度，其中所述照明源与所述检测器之间的光学路径长度小于3米；及
计算系统，其经配置以
基于所述多个不同定向处的所述多个衍射级的所述检测到的强度确定与所述测量目标相关联的所关注参数的值。


2.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述x射线照明光学器件子系统将所述聚焦光束聚焦在所述晶片表面之前小于200毫米、在所述测量目标处、在所述检测器处或在所述测量目标与所述检测器之间的光学路径中的任何位置。


3.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述x射线照明光学器件子系统包含定位于所述测量目标的100毫米内的一或多个光束塑形狭缝。


4.根据权利要求1所述的计量系统，其中从所述测量目标到所述x射线检测器的光学路径的一部分被维持于真空中。


5.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述x射线检测器被维持于真空中。


6.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述x射线检测器包含各自具有小于100微米的大小的多个像素及小于所述多个像素的第一像素的点扩散函数使得入射于邻近所述第一像素的第二像素上的衍射光束的一部分小于入射于所述第一像素上的所述衍射光束的一部分的0.1％。


7.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述x射线检测器的光敏体积包含碲化镉、锗、砷化镓或其任何组合。


8.根据权利要求7所述的计量系统，其中所述光敏体积至少500微米厚。


9.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述x射线检测器在所述x射线检测器中的每一像素处的多个能级之间内插。


10.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述x射线检测器以子像素分辨率确定与所述检测器的光子相互作用的质心的位置。


11.根据权利要求1所述的系统，其中所述聚焦光束在基本上平行于重力向量的方向上传播。


12.根据权利要求1所述的系统，其中所述衍射级中的两者或两者以上在空间上重叠于所述检测器上，且其中所述计算系统进一步经配置以：
基于零衍射级的光束形状确定所述重叠衍射级中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·舒杰葛洛夫，A·吉里纽，S·佐卢布斯基，
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