使用光谱计量的图案化膜堆叠的带隙测量制造技术

本发明专利技术揭示一种光谱计量系统，其包含光谱计量工具及控制器。所述控制器生成包含两个或更多个层的多层光栅的模型，所述模型包含指示所述多层光栅的测试层的几何结构的几何参数及指示所述测试层的色散的色散参数。所述控制器进一步从所述光谱计量工具接收对应于所述经模型化多层光栅的经制造多层光栅的光谱信号。所述控制器进一步确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号。所述控制器进一步基于所述经制造结构的所述测试层的所述一或多个参数的所述经确定值来预测所述经制造多层光栅的所述测试层的带隙。

Band gap measurement of patterned film stack using spectrometric method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用光谱计量的图案化膜堆叠的带隙测量相关申请案的交叉参考本申请案依据35U.S.C.§119(e)规定主张2017年8月7日申请的命名王田汉(TianhanWang)、亚伦·罗森伯格(AaronRosenberg)、胡大伟(DaweiHu)、亚历山大·库兹涅佐夫(AlexanderKuznetsov)、阮曼唐(ManhDangNguyen)、维拉·潘德夫(StilianPandev)、约翰·罗森诺(JohnLesoine)、赵强(QiangZhao)、李丽倩(LiequanLee)、霍夫曼·乔伊布(HoussamChouaib)、狄明(MingDi)、托尔斯腾·卡克(TorstenKaack)、安德烈·舍格罗夫(AndreiShchegrov)及谭振权(ZhengquanTan)为专利技术者的标题为“使用光谱计量的图案化膜堆叠的带隙测量(BANDGAPMEASUREMENTSOFPATTERNEDFILMSTACKSUSINGSPECTROSCOPICMETROLOGY)”的第62/542,260号美国临时申请案的优先权，所述申请案的全部内容以引用方式并入本文中。
本专利技术大体上涉及光谱计量，且更特定来说，涉及使用光谱计量的图案化膜堆叠的带隙测量。
技术介绍
对具有越来越小的占用面积的电子装置的需求提出超越所要规模制造的广泛制造挑战。例如，随着电子组件(例如晶体管)的物理大小缩小，构成膜层的电性质及光学性质变得愈加取决于物理几何结构。特定来说，通过薄绝缘层的漏泄电流对使用并入小于65nm的波长的光刻工具所制造的装置提出显著挑战。这个漏泄电流负面影响装置性能且可导致操作温度增大以及功率消耗增大。因此，期望在制造期间密切监测且控制绝缘层的性质以确保经制造装置在设计规范内操作。计量目标通常用于监测半导体装置的制造层的各种方面。计量目标通常由与装置特征制造在相同层上的一系列目标特征构成且经设计以对一或多个所关注制造参数敏感，例如但不限于层厚度、层光学性质(例如，色散、带隙等等)、临界尺寸、侧壁角度、两个或更多个层的相对对准(例如，叠加)、目标的焦点位置或光刻步骤期间的曝光剂量。在这个方面，计量目标的测量可提供表示经制造装置特征的敏感数据。在许多应用中，计量目标经设计以促进所要制造参数的测量且因此可具有不同于对应装置特征的物理配置。然而，经制造层的电性质及光学性质对物理几何结构的增大相依性可降低计量目标的测量与具有不同几何结构的装置特征的测量之间的相关性。这可尤其适用于但不限于包含由制造有愈加小的尺寸的多个薄膜层形成的周期性特征的多层光栅结构。因此，将期望提供一种用于解决例如上述缺陷的系统及方法。
技术实现思路
根据本专利技术的一或多个说明性实施例揭示一种光谱计量系统。在一个说明性实施例中，所述系统包含用于提供指示响应于入射照明从包含两个或更多个层的多层光栅发出的辐射的光谱信号的光谱计量工具。在另一说明性实施例中，所述系统包含通信地耦合到所述光谱计量工具的控制器。在另一说明性实施例中，所述控制器生成包含两个或更多个层的多层光栅的模型，所述模型包含与多层光栅相关联的一或多个参数，其中所述一或多个参数包含指示所述多层光栅的测试层的几何结构的几何参数及指示所述测试层的色散的一或多个色散参数。在另一说明性实施例中，所述控制器从所述光谱计量工具接收对应于所述经模型化多层光栅的经制造多层光栅的光谱信号。在另一说明性实施例中，所述控制器确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号。在另一说明性实施例中，所述控制器基于所述经制造结构的所述测试层的所述一或多个参数的所述经确定值来预测所述经制造多层光栅的所述测试层的带隙。根据本专利技术的一或多个说明性实施例揭示一种带隙量化方法。在一个说明性实施例中，所述方法包含生成计量目标的模型，所述计量目标包含由两个或更多个层形成的多层光栅，所述模型是使用与所述多层光栅相关联的一或多个参数来参数化，其中所述一或多个参数包含与所述多层光栅相关联的几何参数及指示所述两个或更多个层的测试层的色散的一或多个色散参数。在另一说明性实施例中，所述方法包含测量对应于所述经模型化多层光栅的经制造多层光栅的光谱信号。在另一说明性实施例中，所述方法包含确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号。在另一说明性实施例中，所述方法包含基于所述一或多个参数的所述经确定值来计算指示所述经制造多层光栅的所述测试层的带隙的所述计量目标的计量度量。根据本专利技术的一或多个说明性实施例揭示一种制造系统。在一个说明性实施例中，所述系统包含用于基于工艺配方来制造包含两个或更多个层的多层光栅的一或多个工艺工具。在另一说明性实施例中，所述系统包含用于提供指示响应于入射照明从多层光栅发出的辐射的光谱信号的光谱计量工具，所述多层光栅是由所述一或多个工艺工具制造。在另一说明性实施例中，所述系统包含通信地耦合到所述光谱计量工具及所述一或多个工艺工具的控制器。在另一说明性实施例中，所述控制器生成包含两个或更多个层的多层光栅的模型，所述模型包含与多层光栅相关联的一或多个参数，其中所述一或多个参数包含指示所述多层光栅的测试层的几何结构的几何参数且一或多个参数包含指示所述测试层的色散的色散参数。在另一说明性实施例中，所述控制器从所述光谱计量工具接收对应于所述经模型化多层光栅的经制造多层光栅的光谱信号，所述经制造多层光栅是由所述一或多个工艺工具基于选定工艺配方制造。在另一说明性实施例中，所述控制器确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号。在另一说明性实施例中，所述控制器基于所述经制造结构的所述测试层的所述一或多个参数的所述经确定值来计算所述经制造多层光栅的所述测试层的带隙。在另一说明性实施例中，所述控制器基于所述测试层的预测带隙来调整用于制造多层光栅的所述一或多个工艺工具的所述工艺配方。应理解，前文一般描述及下文详细描述两者仅是实例性及说明性的且未必限制本专利技术。并入本说明书中且构成本说明书的部分的附图说明本专利技术的实施例且连同一般描述起用于说明本专利技术的原理。附图说明所属领域的技术人员参考附图可更好地理解本专利技术的众多优势，其中：图1A是说明根据本专利技术的一或多个实施例的半导体装置制造系统的概念图。图1B是说明根据本专利技术的一或多个实施例的经配置为光刻工具的工艺工具的概念图。图1C是说明根据本专利技术的一或多个实施例的计量工具的概念图。图1D是说明根据本专利技术的一或多个实施例的配置有单个照明及收集光学元件的计量工具的概念图。图2是说明根据本专利技术的一或多个实施例的用于确定计量目标的带隙的方法中执行的步骤的流程图。图3A是根据本专利技术的一或多个实施例的适用于FinFET晶体管布置中的材料的多层堆叠的剖面图。图3B是根据本专利技术的一或多个实施例的由呈2D鳍片布置图案化的多层堆叠形成的多层光栅的剖面图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光谱计量系统，其包括：/n光谱计量工具，其经配置以提供指示响应于入射照明从包含两个或更多个层的多层光栅发出的辐射的光谱信号；及/n控制器，其通信地耦合到所述光谱计量工具，所述控制器包含经配置以执行程序指令的一或多个处理器，所述程序指令经配置以引起所述一或多个处理器：/n生成包含两个或更多个层的多层光栅的模型，所述模型包含与多层光栅相关联的一或多个参数，其中所述一或多个参数包含指示所述多层光栅的测试层的几何结构的几何参数，其中所述一或多个参数包含指示所述测试层的色散的色散参数；/n从所述光谱计量工具接收对应于所述经模型化多层光栅的经制造多层光栅的光谱信号；/n确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号；及/n基于所述经制造结构的所述测试层的所述一或多个参数的所述经确定值来计算所述经制造多层光栅的所述测试层的带隙。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170807 US 62/542,260;20170808 US 15/672,1201.一种光谱计量系统，其包括：
光谱计量工具，其经配置以提供指示响应于入射照明从包含两个或更多个层的多层光栅发出的辐射的光谱信号；及
控制器，其通信地耦合到所述光谱计量工具，所述控制器包含经配置以执行程序指令的一或多个处理器，所述程序指令经配置以引起所述一或多个处理器：
生成包含两个或更多个层的多层光栅的模型，所述模型包含与多层光栅相关联的一或多个参数，其中所述一或多个参数包含指示所述多层光栅的测试层的几何结构的几何参数，其中所述一或多个参数包含指示所述测试层的色散的色散参数；
从所述光谱计量工具接收对应于所述经模型化多层光栅的经制造多层光栅的光谱信号；
确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号；及
基于所述经制造结构的所述测试层的所述一或多个参数的所述经确定值来计算所述经制造多层光栅的所述测试层的带隙。


2.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中所述计量度量包括：
所述测试层的色散曲线在过渡光谱区内的积分，其中所述积分是与所述测试层的所述带隙成比例，其中通过所述一或多个色散参数的所述经确定值来定义所述色散曲线，其中所述过渡区包括：
所述色散曲线在选定过渡公差内以指数方式变化的范围。


3.根据权利要求2所述的光谱计量系统，其中重建通过所述一或多个色散参数的所述经确定值所定义的所述测试层的所述色散曲线以包含在所述过渡光谱区内以指数方式变化的乌而巴赫带尾。


4.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中所述色散参数包括：
所述测试层的消光系数、所述测试层的介电函数的虚部或所述测试层的所述带隙中的至少一者。


5.根据权利要求4所述的光谱计量系统，其中所述色散参数对应于色散模型的模型化参数。


6.根据权利要求5所述的光谱计量系统，其中所述色散模型包括：
布鲁格曼有效模型近似模型、科迪洛伦兹连续模型、托克-洛伦兹模型、谐波振荡器模型或点对点模型中的至少一者。


7.根据权利要求5所述的光谱计量系统，其中所述色散模型的所述一或多个色散参数中的所述至少一者对所述测试层中的缺陷状态敏感。


8.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中所述几何参数包括：
所述多层光栅的至少一个层的厚度。


9.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中所述多层光栅包括：
光栅结构，其包含由所述两个或更多个层形成的周期性分布元件。


10.根据权利要求9所述的光谱计量系统，其中所述几何参数包括：
所述周期性分布元件的高度、所述周期性分布元件在选定高度的宽度或所述周期性分布元件的侧壁角度中的至少一者。


11.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中所述周期性分布元件沿着所述多层光栅的表面分布在一或多个方向上。


12.根据权利要求11所述的光谱计量系统，其中所述多层光栅包括：
鳍片光栅。


13.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中所述计量度量指示使用共同制造工艺制造的晶体管装置的漏泄电流。


14.根据权利要求13所述的光谱计量系统，其进一步包括：
基于所述计量度量来预测所述晶体管装置的性能。


15.根据权利要求14所述的光谱计量系统，其进一步包括：
基于所述计量度量且进一步基于所述一或多个经确定参数中的至少一者来预测所述晶体管装置的性能。


16.根据权利要求15所述的光谱计量系统，其中所述一或多个经确定参数中的所述至少一者包括：
所述周期性分布元件的高度、所述周期性分布元件在选定高度的宽度或所述周期性分布元件的侧壁角度中的至少一者。


17.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其进一步包括：
基于所述计量度量来控制用于制造所述晶体管装置的一或多个工艺工具。


18.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中所述测试层包括：
二氧化铪、硅酸铪、氮化铪硅酸盐或硅酸锆中的至少一者。


19.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中所述光谱计量工具包括：
照明源；
一或多个照明元件，其经配置以将来自所述照明源的照明光束引导到包含两个或更多个层的多层光栅；
一或多个收集元件，其经配置以收集响应于所述照明光束从所述多层光栅发出的辐射；及
检测器，其经配置以接收所述经收集辐射且提供指示所述经收集辐射的所述光谱信号。


20.根据权利要求19所述的光谱计量系统，其进一步包括：
气氛调节腔室，其围封所述光谱工具以使用选定气体来调节包围所述光谱工具的组件的气氛。


21.根据权利要求20所述的光谱计量系统，其中所述选定气体包括：
对在120纳米到2500纳米的范围中的波长透明的气体。


22.根据权利要求20所述的光谱计量系统，其中所述选定气体包括：
对在120纳米到300纳米的范围中的波长透明的气体。


23.根据权利要求20所述的光谱计量系统，其中所述选定气体包括：
对在150纳米到193纳米的范围中的波长透明的气体。


24.根据权利要求20所述的光谱计量系统，其中所述选定气体包括：
惰性气体。


25.根据权利要求20所述的光谱计量系统，其中所述选定气体包括：
氮气或氩气中的至少一者。


26.根据权利要求19所述的光谱计量系统，其中所述照明源包括：
激光源或激光驱动光源中的至少一者。


27.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中所述光谱计量工具包括：
椭偏仪、反射计、成像系统或拉曼光谱仪中的至少一者。


28.根据权利要求19所述的光谱计量系统，其中所述光谱计量工具包括：
光谱椭偏仪、光谱反射计、单波长椭偏仪、单波长反射计、角度分辨椭偏仪或角度分辨反射计中的至少一者。


29.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中确定所述多层光栅的所述模型包括：
确定所述一或多个参数的特定值与所述经模型化多层光栅的所述光谱信号的特定方面之间的统计关系，其中确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号包括：
基于所述经确定统计关系来确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号。


30.根据权利要求29所述的光谱计量系统，其中确定所述一或多个参数的特定值与所述经模型化多层光栅的所述光谱信号的特定方面之间的统计关系包括：
使用所述一或多个参数的多个值来模拟所述经模型化多层光栅的所述光谱信号；及
基于所述经模拟光谱信号来确定所述一或多个参数的特定值与所述经模型化多层光栅的所述光谱信号的特定方面之间的所述统计关系。


31.根据权利要求29所述的光谱计量系统，其中确定所述一或多个参数的特定值与所述经模型化多层光栅的所述光谱信号的特定方面之间的统计关系包括：
生成包含使用所述一或多个参数的多个值所制造的所述多层光栅的多个实例的参考样本；
测量所述参考样本上的所述多层光栅的所述多个实例的光谱信号；
使用计量工具来测量所述参考样本上的所述多层光栅的所述多个实例的所述一或多个参数的所述值；及
基于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天含，A·罗森贝格，胡大为，A·库兹涅佐夫，M·D·源，S·潘戴夫，J·莱索伊内，赵强，列关·里奇·利，H·舒艾卜，狄明，T·卡阿卡，A·舒杰葛洛夫，谭正泉，
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