判定半导体结构的检测系统和检测方法技术方案

一种用来判定半导体结构的检测系统(1)。该检测系统具有离子束源(2)，用于用离子束(3)对要判定的结构进行空间解析展示。进一步，二次离子侦测装置(12)包括质谱仪(13)。该质谱仪(13)能够测量给定带宽内的离子质荷比。(13)能够测量给定带宽内的离子质荷比。(13)能够测量给定带宽内的离子质荷比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】判定半导体结构的检测系统和检测方法
[0001]本申请案主张美国临时申请案US 62/689 329以及德国专利申请案DE 10 2018 212 403.5的优先权，其内容以引用方式并入本文中。
[0002]本专利技术涉及一种判定半导体结构的检测系统。进一步，本专利技术涉及一种判定半导体结构的检测方法。
[0003]从US 2007/0221843 A1以及从US 2009/0114840 A1当中了解判定3D半导体结构的检测系统以及检测方法，并且从G.Hlawacek和A.(eds.)2016年著作的瑞士Springer国际出版社发行的“氦离子显微镜检查术、纳米科学与科技”(G.Hlawacek and A.(eds.)，Helium Ion Microscopy，Nanoscience and Technology，Springer International Publishing，Switzerland，2016)当中进一步得知所述检测系统以及检测方法。WO 2008/152 132 A2公开了用于执行二次离子质谱分析的设备及方法。
[0004]本专利技术的目的是改进这种用于判定半导体结构的检测系统，特别是用于判定2D或3D半导体结构。
[0005]通过包括权利要求1的特征的检测系统可实现此目的。
[0006]已认识到，使用质谱仪同时测量给定带宽内的离子质荷比，搭配使用离子束源来产生要由质谱仪侦测的二次离子，为判定半导体结构提供强有力的工具。其中通过质谱仪完成离子质荷比同时测量的带宽是该离子质荷比的下边界值与该离子质荷比的上边界值之间的离子质荷比频带(ion mass to charge ratio band)。该系统可用来判定2D和/或3D结构。该系统能够将明确定义的受限离子束放置在要判定的物体或样品上。此外，该系统可将一方面高分辨率二次离子成像与另一方面通过质谱分析获得的分析信息相关联。为此，该系统可包括二次电子成像光学设备。这里涉及的二次离子质谱仪提供同时追踪不同离子质荷比的可能性，并因此给予关于样品区域中存在的不同材料和/或元素和/或同位素的相应信息。此外已认识到，这种检测系统的结果不会受到使用低电流离子束的影响，该低电流离子束可具有高空间分辨率并且还具有非常小的焦点直径。该空间分辨率可优于100nm、优于50nm并且可优于20nm。离子束的焦点直径可小于10nm、小于5nm、小于2nm、小于1nm，甚至可小于0.5nm。该检测系统可当成用于审查和/或去除已判定半导体结构中的缺陷的设备的一部分。该检测系统可用于审查特定结构，例如用于高长宽比(High aspect ratio，HAR)接触线圈的检测和审查。这种检测和审查步骤可在相应半导体结构的制程中进行。
[0007]根据本专利技术的检测系统具有广泛的应用，其中一些应用讨论如下：
[0008]一种应用是使用二次离子质谱分析(Secondary ion mass spectrometry，SIMS)测量临界尺寸(Critical dimension，CD)，其范围随着半导体装置中所使用材料的复杂性和范围增加而变化。由于使用质谱仪，该检测系统能够根据质量区分元素。这可用于完成不产生任何元素/化学信息的半导体装置经典CD测量。传统离子显微镜术中的二次电子产率仅提供每元素的灰阶，用于定性分析。
[0009]根据本专利技术的检测系统的进一步应用为有机薄膜表征。此应用指向用于晶片图案化的定向自组装(Directed self-assembly，DSA)。这种DSA蒸汽通常利用区块共聚物形成具有10nm至100nm(纳米级)典型尺寸的结构。在使用DSA的方法开发中，区分纳米级不同类
型有机聚合物是非常重要的。根据本专利技术的检测系统具有使用质谱仪测量的特征指纹来直接区分不同类型聚合物的能力。
[0010]该检测系统的进一步应用是单一和嵌埋缺陷侦测。侦测和分析晶片上单一缺陷的化学组成，对于找出这些缺陷的源头非常重要。此外，可用该检测系统决定关于嵌埋缺陷和周围层的化学信息。
[0011]该检测系统的进一步应用是蚀刻残留物表征。这种对晶片上蚀刻残留物的分析提供有价值的信息。尤其是，蚀刻化学物的化学计量变化对于决定不完全/有缺陷的蚀刻或有缺陷的后续处理步骤的原因至关重大，这些步骤是由诸如沟槽、孔、拐角等受限体积内的蚀刻残余物所引起。使用根据本专利技术具有高空间分辨率和/或高表面灵敏度的检测系统，使得可咨询各种装置拓扑的化学计量变化。
[0012]根据权利要求2能够连续测量离子质荷比的质谱仪的设置进一步增强该检测系统的信息输出。在所选择的质荷比带宽中，可同时侦测存在于此的所有离子质荷比。所选择的离子质荷比带宽可包括能够同时侦测元素硅、钛、铜、硒、碲和锑的带宽。得到的质量带宽可在1u(统一原子质量单位)至500u之间的范围内。
[0013]根据权利要求3的二次电子侦测单元能够以高精准度和高效率进行二次离子侦测。有用的产率，即一方面可通过该检测系统测量的二次离子数量与另一方面由离子束产生的溅射颗粒数量之间的比率可以很高。有用的产率范围可为从10-5
至0.1。
[0014]根据权利要求4和5的离子束已被证明特别适用于该检测系统。
[0015]根据权利要求6的二次离子转移单元使得能够在可用作投射曝光设备的设备的半导体结构生产模式与另外的二次离子转移单元处于转移位置的检测模式之间互换。这允许在半导体生产处理期间在线检测。
[0016]根据权利要求7的总离子计数器赋予例如关于采样区域中不同元素的出现分布的比率信息。
[0017]根据权利要求8的已扩展侦测器阵列赋予二次离子侦测装置的高空间分辨率，这可导致高质量分辨率。侦测器阵列可实施为通道电子倍增器(Channel electron multipliers，CEM)阵列或微通道板(Micro-channel plate，MCP)。
[0018]本专利技术的进一步目的是改进用以判定半导体结构的检测方法，特别是判定2D或3D半导体结构。
[0019]通过根据权利要求9的步骤的检测方法来实现此目的。
[0020]已认识到，一方面要判定的结构的原始审查与另一方面使用离子束和二次离子侦测装置在原始审查步骤中识别资格体积候选者的详细审查的组合，使得能够以高精准度以及高信息价值来详细审查样本区域/数量的检测。可使用原始审查步骤来选择要详细审查的体积，该步骤可通过二次电子显微镜图像来执行。然后可根据从原始审查得到的原始信息，来执行基于离子束和二次离子侦测装置的详细审查。执行连续质谱分析可在详细审查步骤中收集欲审查体积的详细元素分布信息。利用这种检测方法，可利用一方面对要判定的结构的原始审查结果以及另一方面在原始审查步骤内识别的合格体积候选者的详细审查结果，来评估要判定的半导体结构的质量。
[0021]根据权利要求10的横向空间分辨率提供高信息价值。可详细审查可对应于半导体结构处理的分辨率的微小结构细节。
[0022]根据权利要求11的焦点直径具有对应的优点。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种判定半导体结构的检测系统(1)，-具有离子束源(2)，用于用离子束(3)对要判定的结构进行空间解析展示；-具有二次离子侦测装置(12)；-其中该二次离子侦测装置(12)包括质谱仪(13)；以及-其中该质谱仪(13)能够同时测量给定带宽内的离子质荷比。2.如权利要求1所述的检测系统，其中该质谱仪(13)能够连续测量该给定带宽内的离子质荷比。3.如权利要求1或2所述的检测系统，其中该二次离子侦测装置(12)包括二次电子侦测单元(19)。4.如权利要求1至3中任一项所述的检测系统，其中该离子束源(2)产生惰性气体离子束(3)。5.如权利要求4所述的检测系统，其中该离子束源(2)产生氖离子束。6.如权利要求1至5中任一项所述的检测系统，其中该二次离子侦测装置(12)包括二次离子转移单元(20)，所述二次离子转移单元能够在以下之间移动：-第一转移位置，其中该转移单元(20)将从要判定的探针结构的目标体积发出的二次离子(7、9)转移到该二次离子侦测单元(19)；以及-第二中立位置。7.如权利要求3至7中任一项所述的检测系统，其中该二次离子侦测单元(19)包括总离子计数器。8.如权利要求3至8项中任一项所述的检...

【专利技术属性】
技术研发人员：B路易斯，W库恩，D夏，S麦克维，U曼茨，
申请(专利权)人：卡尔蔡司显微镜有限责任公司，
类型：发明
国别省市：