用于3D装置的检验及检视的电子束系统制造方法及图纸

一种用于3D装置的晶片检验及检视的电子束系统提供高达20微米的焦深。为了检验且检视具有在数百到数千电子伏特的低着陆能量的晶片表面或次微米以下表面缺陷，可搭配能量增强上韦内电极使用具有三个磁性偏转器的无维恩滤波器的射束分离光学器件以减小物镜的球差及色差系数。及色差系数。及色差系数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于3D装置的检验及检视的电子束系统
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案主张2020年4月15日申请且被指定第63/010,097号美国申请案的临时专利申请案的优先权，所述申请案的公开内容特此以引用方式并入。


[0003]本公开涉及电子束系统。

技术介绍

[0004]半导体制造行业的演变对良率管理且特定来说对计量及检验系统寄予更高要求。关键尺寸继续缩小，然而行业需要减少实现高良率、高价值生产的时间。最小化从检测到良率问题到将其修复的总时间确定对于半导体制造者的投资回报。
[0005]制造例如逻辑及存储器装置的半导体装置通常包含使用大量制造过程来处理半导体晶片以形成半导体装置的各种特征及多个层级。例如，光刻是涉及将图案从光罩转印到布置于半导体晶片上的光致抗蚀剂的半导体制造过程。半导体制造过程的额外实例包含(但不限于)化学机械抛光(CMP)、蚀刻、沉积及离子植入。制造于单半导体晶片上的多个半导体装置的布置可被分成个别半导体装置。
[0006]在半导体制造期间的各个步骤使用检验过程以检测晶片上的缺陷以促进制造过程中的更高良率及因此更高利润。检验始终是制造半导体装置(例如集成电路(IC))的重要部分。然而，随着半导体装置的尺寸减小，检验对于可接受半导体装置的成功制造变得甚至更重要，这是因为较小缺陷可引起装置故障。例如，随着半导体装置的尺寸减小，减小大小的缺陷的检测已变得必要，这是因为甚至相对小缺陷可引起半导体装置中的非所要像差。
[0007]然而，随着设计规则缩小，半导体制造过程可更接近于对过程的性能能力的限制操作。另外，随着设计规则缩小，较小缺陷可对装置的电参数具有影响，此驱动更灵敏检验。随着设计规则缩小，通过检验检测的潜在良率相关缺陷的群体大幅增长，且通过检验检测的扰乱点缺陷的群体还大幅增加。因此，可在晶片上检测更多缺陷，且校正过程以消除全部缺陷可为困难且昂贵的。确定哪些缺陷实际上对装置的电参数及良率具有影响可允许过程控制方法聚焦于所述缺陷同时大体上忽略其它缺陷。此外，在较小设计规则下，在一些情况中，过程引发的失效趋于是系统性的。也就是说，过程引发的失效趋于在通常在设计内重复许多次的预定设计图案下失效。空间系统、电相关缺陷的消除可对良率具有影响。
[0008]聚焦电子束系统通常用于产生或检查物件(例如在制造集成电路时使用的硅晶片)的微结构。使用从在其与晶片相互作用以检查微结构时用作精细探针的电子枪中的射极发射的电子形成电子束。
[0009]由于随着IC集成密度的增大而发生的物理效应，纳米制造的2D平面过程在尝试满足半导体芯片的开发时面临瓶颈。已开发芯片制造的3D立体过程以解决2D过程的缺点。3D纳米制造过程中的重要发展是3D NAND快闪存储器的设计及制造。图1展示3D NAND快闪存储器的示意图。图2是图1的横截面图，其用作3D NAND快闪存储器装置中的经堆叠位及存储
器孔的模型。3D NAND快闪装置包含形成于衬底上的许多经堆叠薄膜(例如，Si及SiO2薄膜)及存储器孔(或通道孔)。Si膜与SiO2膜一起形成NAND装置的层，且经堆叠膜的层与存储器孔一起形成NAND快闪存储器的位。市场上现有96层NAND快闪存储器，且预期128层及高达256层NAND快闪存储器装置将在不久的将来上市。
[0010]96层NAND需要192个Si及SiO2薄膜。普遍使用的8GB NAND快闪存储器需要约83,000,000个存储器孔(8e9/96＝8.3e7)。观察完整晶片，将存在数千亿个存储器孔。全部这些存储器孔是使用纳米蚀刻技术产生，如图2中展示。良好蚀刻结果应形成如同图2中的(c)的存储器孔的存储器孔。然而，归因于技术限制，并不始终发生具有数百层深度的数千亿个存储器孔的高均匀性蚀刻结果。例如，一些存储器孔可如同在图2的(a)及(b)中那样经过度蚀刻或蚀刻不足。其它存储器孔可分别如同在图2中的(d)或(e)那样经蚀刻且留下一缺陷或经倾斜蚀刻。因此，可能需要此数千亿个存储器孔的电子束晶片检验及检视来开发3D NAND快闪存储器。
[0011]图3展示使用聚焦电子束以检验3D NAND存储器孔的模型。搭配3D NAND快闪存储器的存储器孔的特征在于极高深宽比(AR)。将AR定义为孔直径D对孔深度H的比率。例如，如果D＝0.1μm且H＝20μm，那么AR＝1:200，这意味着针对100层NAND快闪存储器，每一薄膜的厚度仅是0.1μm。
[0012]光学上来说，极高AR意味着搭配用于执行晶片检验及检视的电子束系统的大焦深(DOF)。如图3中展示，为了将射束的全部电子捕集到存储器孔的底部上，聚焦电子束的DOF可能需要大于20μm以满足具有1:200的AR的实例。换句话说，如果图3中的d(z)是从存储器孔的顶部到底部的电子束光点大小，那么d(z)应在H的全部完整深度中小于D。
[0013]具有数十微米的DOF的电子束系统难以设计且实施。然而，为了晶片检验、检视及关键尺寸(CD)测量，大DOF电子束系统可不仅用于3D NAND快闪存储器中而且还用于3D动态随机存取存储器(DRAM)电子器件以及全部其它高深宽比(HAR)装置(例如，深沟槽逻辑装置等)中。
[0014]光子束通常不用于检验及检视HAR装置，这是因为聚焦光子束中的数值孔径(NA)相当大(例如，高达数十度)。NA等于图3中的射束半角β。聚焦射束的DOF与NA成反比，从而使光子束DOF相当短。
[0015]电子束系统已使用二次电子(SE)作为信号以执行及/或完成晶片检验、检视及CD测量。然而，二次电子信号可仅反映来自材料的表面的特性。二次电子由于其低能量(例如，数电子伏特)及其由存储器孔的壁停止所到的大发射极角而无法从HAR存储器孔的底部逸出。
[0016]电子束系统还已使用反向散射电子(BSE)作为信号以检验且检视具有相对高AR的DRAM中的接触孔或具有数十层经堆叠薄膜的存储器孔的底部，如图4中展示。在图4中，具有通常在约1keV到20keV的范围中的着陆能量(LE)的初级射束的电子轰击存储器孔的底部。产生具有与着陆能量相同的能量的BSE以归因于其相对高能量及大发射极角而穿透经堆叠薄膜材料且从材料的顶表面逸出。通过穿透从经堆叠薄膜材料逸出的BSE可由部署于晶片上方的电子束光学柱中的一或多个检测器收集。
[0017]使用用于检验及/或检视HAR装置的BSE信号的先前电子束系统具有缺点。首先，这些系统具有有限应用。电子束电压(或射束能量)通常被限制为低于35kV或低于25kV，或到
晶片上的电子束着陆能量通常被限制为低于30keV。因此，BSE能量通常还被限制为低于30keV。因此，经堆叠薄膜材料无法太厚，否则BSE将动力不足而无法穿透出材料的整体。此将这些电子束系统限于3D NAND快闪存储器装置的数十层的检验及检视。为了检验且检视3D NAND快闪存储器装置的数百层，可能需要高达约50keV到100keV的电子束着陆能量。
[0018]第二，具有B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，其包括：电子束源，其产生电子束；射束限制孔隙，其安置于所述电子束的路径中；下韦内电极，其安置于所述电子束的所述路径中；上韦内电极，其在所述电子束的所述路径中安置于所述下韦内电极与所述射束限制孔隙之间；环形检测器，其安置于所述上韦内电极的面向所述下韦内电极的表面上；磁性聚光透镜，其在所述电子束的所述路径中安置于所述上韦内电极与所述射束限制孔隙之间，其中所述磁性聚光透镜包含极片及聚光透镜线圈；偏转器，其在所述电子束的所述路径中安置于所述上韦内电极与所述聚光透镜之间；磁性物镜线圈，其在所述电子束的所述路径中安置于所述偏转器与所述上韦内电极之间；及接地管，其安置于所述电子束的所述路径中，其中所述磁性物镜线圈安置于所述接地管周围。2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括在所述电子束的所述路径中安置于所述聚光透镜与所述射束限制孔隙之间的孔隙。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子束源包含具有小于1μm的半径的尖端。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述偏转器是磁性偏转器或维恩滤波器。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述偏转器是所述磁性偏转器，且所述系统进一步包括上磁性偏转器及中间磁性偏转器，所述上磁性偏转器在所述电子束的所述路径中安置于所述偏转器与所述磁性聚光透镜之间，且所述中间磁性偏转器在所述电子束的所述路径中安置于所述上磁性偏转器与所述磁性偏转器之间。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述上磁性偏转器经配置以将所述电子束偏转到所述中间磁性偏转器，其中所述中间磁性偏转器经配置以在与所述上磁性偏转器的方向相反的方向上偏转所述电子束朝向所述磁性偏转器，且其中所述磁性偏转器经配置以偏转所述电子束且沿着所述路径将所述电子束准直到所述接地管中。7.根据权利要求5所述的系统，其中所述磁性偏转器、所述上磁性偏转器及所述中间磁性偏转器中的每一者具有旋转对称的八个磁极片。8.根据权利要求5所述的系统，其进一步包括安置于所述中间磁性偏转器与所述磁性偏转器之间的侧向检测器，其中所述侧向检测器经配置以收集至少二次电子。9.根据权利要求8所述的系统，其进一步包括安置于所述中间磁性偏转器与所述磁性偏转器之间的电子束弯曲器，其中所述电子束弯曲器经配置以在所述侧向检测器处的所述二次电...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜辛容，C，
申请(专利权)人：科磊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：