用于紧密、小点大小的软性X射线散射测量的方法及系统技术方案

本文中呈现用于基于遍及具有小实体占据面积的小照明点大小的高亮度软性X射线(SXR)照明执行半导体结构的测量的方法及系统。一方面，基于SXR的度量衡系统的聚焦光学器件以至少1.25的缩小率将照明源的图像投射到受测量样品上。另一方面，从所述X射线照明源到所述受测量样品的照明光束路径小于2米。另一方面，基于SXR的测量是在软性X射线区(即，8到3000eV)中使用X射线辐射执行。在一些实施例中，基于SXR的测量是以在从接近零度到90度的范围内的掠入射角执行。在一些实施例中，照明光学器件以50或更小的缩小率将照明源的图像投射到受测量样品上。测量样品上。测量样品上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于紧密、小点大小的软性X射线散射测量的方法及系统
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本专利申请案根据35 U.S.C.
§
119规定主张2020年12月17日申请的第63/126,544号美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案的标的物的全文以引用的方式并入本文中。


[0003]所述实施例涉及X射线度量衡系统及方法且更特定来说，涉及用于经改善测量准确度的方法及系统。

技术介绍

[0004]半导体装置(例如逻辑及存储器装置)通常由应用到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由这些处理步骤形成。例如，光刻尤其是涉及在半导体晶片上产生图案的一个半导体制造工艺。半导体制造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。多个半导体装置可制造于单个半导体晶片上且接着被分离成个别半导体装置。
[0005]在半导体制造工艺期间的各个步骤使用度量衡过程以检测晶片上的缺陷以促进更高良率。通常使用包含散射测量及反射测量实施方案的多个基于度量衡的技术以及相关联分析算法以特性化纳米级结构的临界尺寸、膜厚度、组合物及其它参数。
[0006]传统上，散射测量临界尺寸测量是在由薄膜、重复周期性结构或两者组成的目标上执行。在装置制造期间，这些膜及周期性结构通常表示实际装置几何形状及材料结构或中间设计。随着装置(例如，逻辑及存储器装置)朝向更小纳米级尺寸发展，特性化变得更困难。并入复杂三维几何形状及具有不同物理性质的材料的装置促成特性化困难。例如，全包覆式栅极场效应晶体管(GAAFET)结构当前由半导体制造商开发以产生更小微处理器及存储器单元。GAAFET结构的几何形状的特性化对当前度量衡技术提出挑战。
[0007]关于纳米结构的材料组合物及形状的准确信息在前缘前端半导体制造设施的过程开发环境中受限制。散射测量光学度量衡系统依赖于准确几何及分散模型以避免测量偏差。在先验可用纳米结构的材料组合物及形状的知识有限的情况下，测量配方开发及验证是缓慢且乏味的过程。例如，横截面透射电子显微镜(TEM)图像用于导引光学散射测量模型开发，但TEM成像是缓慢且破坏性的。
[0008]利用红外到可见光的散射测量光学度量衡工具测量来自次波长结构的零级衍射信号。随着装置临界尺寸持续缩小，散射测量光学度量衡灵敏度及能力降低。此外，当吸收材料存在于经测量结构中时，照明光在光学区(例如，0.5到10ev)中的穿透及散射限制常规光学度量衡系统的实用性。
[0009]类似地，由于照明、反向散射及二次发射电子的吸收及散射，基于电子束的度量衡系统难以穿透半导体结构。
[0010]原子力显微镜(AFM)及扫描穿隧显微镜(STM)能够达成原子分辨率，但其可仅探测
样品的表面。另外，AFM及STM显微镜需要长扫描时间，此使这些技术在一大批量制造(HVM)环境中不实际。
[0011]扫描电子显微镜(SEM)达成中间分辨率级别，但无法穿透结构到足够深度。因此，未良好地特性化高纵横比孔。另外，样品的所需充电对成像性能具有不利影响。
[0012]采用硬性X射线能量级别(>15keV)下的光子的透射小角度X射线散射测量(T
‑
SAXS)系统已展示解决具挑战性测量应用的希望。然而，来自浅结构(例如，逻辑度量衡应用)的硬性X射线的散射是弱的，此严重限制可达成测量分辨率及处理能力。因而，T
‑
SAXS未被证明是大批量制造环境中的逻辑度量衡应用的可行选项。
[0013]T
‑
SAXS系统由于近法向入射照明而达成晶片上的小光束占据面积。然而，T
‑
SAXS系统需要高能量光子(例如，>16keV)以通过经测量晶片进行充分透射。通常来说，衍射效率随着光子能量E作为1/E2按比例调整且衍射级的角度分离以1/E按比例调整。为了避免2D周期性结构的级重叠，立体角接受作为1/E2按比例调整。这些比例因子对用于浅结构的度量衡的T
‑
SAXS系统施加强烈不利影响。
[0014]另外，在透射测量中，来自全部先前图案化步骤的衍射图案迭加在当前层结构的衍射图案上。由于预期临界金属层的最小间距(即，周期)收敛到仅相差10％到20％的值，因此角度接受严格限于检测器处的单独衍射信号。否则，全部先前层的几何信息必须前馈到特性化当前层的度量衡系统。通常来说，在复杂大批量制造环境的背景内容内，非常难以获得且管理所需度量衡及过程信息。
[0015]常规掠入射小角度X射线散射测量(GI
‑
SAXS)系统接近半导体材料的临界反射角(例如，小于一度的掠射角)及高于8keV的光子能量操作以最大化衍射强度。此导致经投射到晶片上的极大照明光束点大小(例如，大于1mm)。此如此大使得甚至切割道度量衡目标不可用。因此，必须在晶片上建构极大专用度量衡目标以执行GI
‑
SAXS测量。功能晶片面积的此损耗是昂贵的。另外，GI
‑
SAXS测量的表面灵敏度极佳，但由于渐消场行为，高纵横比结构的穿透非常有限。
[0016]基于软性X射线的散射测量及反射测量是用于解决当前度量衡要求的有前途的技术。然而，当前可用系统未在大批量制造环境中可接受的足够紧密封装中以充分亮度提供目标上的足够小照明点大小。
[0017]在一个实例中，同步光束线X射线照明源在小照明点上提供高亮度软性X射线照明。然而，同步光束线X射线照明源由于其极大实体大小及高成本而在大批量制造设施中不可行。
[0018]颁予以色列雷霍沃特(Rehovot)的Nova Measuring Instruments有限公司的第9,588,066号、第10,119,925号及第10,481,112号美国专利描述基于软性X射线的散射计及反射计系统。然而，所公开系统未采用充分高亮度的X射线照明源、目标上的小照明点大小及小占据面积以解决大批量制造环境中的新兴度量衡应用。通过实例，所公开系统描述在从X射线照明源到测量目标的照明路径中使用环形单色器。环形表面在跨光学表面的两个正交方向上包含不同半径。当X射线照明源定位于环形表面的曲率中心处时，最小化由环形表面引发的波前误差，其中环形表面的放大率处于或接近1x。因此，采用环形表面的实际照明光学系统限于处于或接近1x的放大率级别。因此，例如，通过采用孔隙，环形光学器件无法以大小的任何显著减小将X射线照明源点投射到测量目标而不引发不可接受光子损失。因此，
采用环形单色器的所公开系统在测量目标处投射与照明源大小至少同样大的照明点大小。另外，针对扩展X射线照明源或当环形表面处的照明入射在非零入射角(AOI)下发生时，所述环形表面产生显著像差。一般来说，单个环形表面不可能在相对于目标的低掠射AOI(GAOI)下达成测量目标处的100微米或更小的照明点大小，除非X射线照明源大小极小且照明源及其图像共同定位于环形表面的曲率中心处或附近。不幸地，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】1.一种度量衡系统，其包括：X射线照明源，其经配置以产生一定量的软性X射线辐射；照明光学器件子系统，其安置于所述X射线照明源与受测量样品之间的照明光学路径中，所述照明光学器件子系统包含经配置以将所述一定量的软性X射线辐射从所述X射线照明源引导到所述受测量样品上的照明点的一或多个X射线照明光学元件，其中从所述X射线照明源到所述受测量样品的所述照明光学路径的长度小于2米，且其中所述一或多个X射线照明光学元件以至少1.25的缩小因子将所述一定量的软性X射线辐射聚焦到所述照明点上；X射线检测器，其经配置以检测响应于所述入射X射线辐射而从所述受测量样品散射的X射线辐射的量；及计算系统，其经配置以基于X射线辐射的所述经检测量确定特性化安置于所述样品上的结构的所关注参数的值。2.根据权利要求1所述的度量衡系统，其中所述X射线照明源是经配置以产生具有横跨从软性X射线到红外的范围的波长的X射线辐射的激光持续等离子体(LSP)照明源。3.根据权利要求2所述的度量衡系统，其中所述LSP照明源的目标材料包含呈固态的二氧化碳、呈固态的氙或两个或更多个气体的组合。4.根据权利要求1所述的度量衡系统，其中所述软性X射线辐射包含在从80电子伏特到3,000电子伏特的光子能量范围内的多个照明波长。5.根据权利要求1所述的度量衡系统，其中所述软性X射线辐射以0到30度之间的标称掠入射角入射于所述样品上的所述照明点处。6.根据权利要求1所述的度量衡系统，其中所述一或多个X射线照明光学元件同时聚焦以多个入射角、多个波长、多个方位角或其任何组合入射于所述样品上的所述照明点处的所述一定量的软性X射线辐射。7.根据权利要求1所述的度量衡系统，其中所述X射线照明源的源区域通过50微米或更大的横向尺寸特性化。8.根据权利要求1所述的度量衡系统，其中所述X射线照明源的源区域通过50微米或更小的横向尺寸特性化。9.根据权利要求1所述的度量衡系统，其中所述一或多个X射线照明光学元件以50或更小的缩小因子将所述一定量的软性X射线辐射聚焦到所述样品上。10.根据权利要求1所述的度量衡系统，其中所述一或多个X射线照明光学元件以4或更大的缩小因子将所述一定量的软性X射线辐射聚焦到所述样品上。11.根据权利要求1所述的度量衡系统，所述一或多个X射线照明光学元件包含以史瓦西配置而配置的两个或更多个球形镜。12.根据权利要求1所述的度量衡系统，所述一或多个X射线照明光学元件包含椭球形镜。13.根据权利要求1所述的度量衡系统，所述一或多个X射线照明光学元件包含以沃尔特配置而配置的两个或更多个镜。14.根据权利要求1所述的度量衡系统，所述一或多个X射线照明光学元件包含具有自由曲面形状的至少一个镜。
15.根据权利要求1所述的度量衡系统，所述一或多个X射线照明光学元件包含以沙伊姆弗勒配置而配置的一或多个照明光学元件。16.根据权利要求1所述的度量衡系统，其中所述X射线照明源相对于所述受测量样品倾斜移位。17.根据权利要求1所述的度量衡系统，所述一或多个X射线照明光学元件包含在所述X射线照明源与所述受测量样品之间的...

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