CN110832310A - 基于多色软x射线衍射的用于半导体度量的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本文中呈现用于基于高亮度多色反射小角度x射线散射测量RSAXS度量而执行半导体结构的测量的方法及系统。同时或依序用小的照射射束点大小在波长、入射角及方位角的一定范围内执行RSAXS测量。在一些实施例中，用在软x射线SXR区域中的x射线辐射以在5度到20度的范围内的掠入射角执行RSAXS测量。在一些实施例中，x射线照射源大小为10微米或更小，且聚焦光学器件以0.2或更小的倍率因子将源区投射到晶片上，从而实现小于2微米的入射x射线照射点大小。在另一方面中，有源聚焦光学器件同时或依序将照射波长、入射角及方位角或其任何组合的经编程范围投射到度量区上。

Description

基于多色软x射线衍射的用于半导体度量的方法及系统
相关申请案交叉参考
本专利申请案依据35 U.S.C.§119主张于2017年7月11日提出申请的序列号为62/531,187的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以其全文引用方式并入本文中。
技术领域
所描述实施例涉及x射线度量系统及方法，且更特定来说涉及用于经改进测量准确度的方法及系统。
背景技术
通常通过施加到样品的处理步骤序列制作例如逻辑及存储器装置等半导体装置。通过这些处理步骤形成所述半导体装置的各种特征及多个结构层级。举例来说，尤其光刻为涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制作工艺。半导体制作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。可在单个半导体晶片上制作多个半导体装置，且接着将其分离成个别半导体装置。
在半导体制造工艺期间在各个步骤处使用度量工艺来检测晶片上的缺陷以促成较高良率。通常使用若干种基于度量的技术(包含散射测量及反射测量实施方案以及相关联分析算法)来表征临界尺寸、膜厚度、组合物及纳米尺度结构的其它参数。
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尺寸测量。在装置制作期间，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)朝向较小纳米尺度尺寸移动，表征变得更困难。装置并入有复杂三维几何结构及具有多样物理性质的材料导致表征困难。
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作设施的工艺开发环境中为有限的。散射测量光学度量系统依赖于准确几何及分散模型来避免测量偏差。由于对先验可用的纳米结构的材料组合物及形状的了解有限，因此测量配方开发与验证为缓慢且冗长的工艺。举例来说，横截面透射电子显微学(TEM)图像用于导引光学散射测量模型开发，但TEM成像为缓慢的且破坏性的。
利用红外到可见光的散射测量光学度量工具测量来自次波长结构的零阶衍射信号。随着装置临界尺寸继续缩小，散射测量光学度量敏感度及能力降低。此外，当吸收材料存在于受测量的结构中时，光学区域(例如，0.5ev到10ev)中的照射光的穿透及散射限制常规光学度量系统的效用。
类似地，基于电子射束的度量系统由于照射、反向散射及二次发射电子的吸收及散射而艰难地穿透半导体结构。
原子力显微镜(AFM)及扫描穿隧显微镜(STM)能够实现原子分辨率，但其仅可探测样品的表面。另外，AFM及STM显微镜需要长扫描时间，此使得这些技术在高产量制造(HVM)设定中为不实际的。
扫描电子显微镜(SEM)实现中间分辨率水平，但不能穿透结构达到充足深度。因此，不能良好地表征高纵横比孔。另外，样品的所需充电对成像性能具有不利效应。
以硬X射线能阶(>15keV)采用光子的透射小角度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，逻辑度量应用)的硬x射线的散射为弱的，此严重地限制可实现的测量分辨率及吞吐量。如此，T-SAXS尚未经展示为是用于HVM环境中的逻辑度量应用的可行选项。
T-SAXS系统由于接近法线入射照射而实现在晶片上的小射束占用面积。然而，T-SAXS系统需要高能量光子(例如，>16keV)来实现穿过受测量的晶片的充足透射。通常，衍射效率随光子能量E比例缩放为1/E2，且衍射级的角距以1/E比例缩放。为避免2D周期性结构的级重叠，立体接受角比例缩放为1/E2。这些缩放因子对用于浅结构度量的T-SAXS系统施加强大偿罚。
另外，来自所有先前经图案化步骤的衍射图案在透射测量中叠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节距(即，周期)收敛到相差仅10％到20％的值，因此接受角严重地受限以在检测器处将衍射信号分开。否则，所有先前层的几何信息必须前馈到表征当前层的度量系统。通常，在复杂高产量制造环境的上下文内，获得且管理所需度量及工艺信息为非常困难的。
常规GI-SAXS系统接近半导体材料的临界反射角(例如，小于1度的掠射角)且以高于8keV的光子能量操作以最大化衍射强度。此导致投射到晶片上的极其大照射射束点大小(例如，大于1mm)。此为大的，使得甚至切割道度量目标为不可用的。因此，必须在晶片上构造极其大的专业度量目标以执行GI-SAXS测量。功能性晶片有效面积(real estate)的此损失为成本高的。另外，GI-SAXS测量的表面敏感度为极好的，但高纵横比结构的穿透由于隐失的场行为而非常受限制。
总之，需要具有针对低纵横比结构及高纵横比结构两者的测量能力及与切割道目标兼容的照射射束点大小的尺寸度量系统。在一个实例中，需要用以估计在HVM吞吐量下高纵横比(HAR)结构的形状及边缘放置参数的度量系统。另外，应可能开发且验证度量系统的测量配方且在不具有大量先前尺寸及材料组合物信息的情况下在高产量制造(HVM)环境中操作度量系统。
发明内容
在本文中呈现用于基于高亮度多色反射小角度x射线散射测量(RSAXS)度量而执行半导体结构的测量的方法及系统。以此方式，采用RSAXS系统以基于散射光的一或多个衍射级而确定样品的性质。
用小的照射射束点大小(例如，跨越有效照射点小于50微米)在波长、入射角及方位角的一定范围内执行半导体晶片的RSAXS测量。在一个方面中，用在软x射线(SXR)区域(即，80eV到3000eV)中的x射线辐射以在5度到20度的范围内的掠入射角执行所述RSAXS测量。特定测量应用的掠射角经选择以用小的射束点大小(例如，小于50微米)实现到受测量的结构中的所要穿透且使测量信息量最大化。
在一些实施例中，由RSAXS度量系统的照射源发射的波长通过调整所述照射源的操作参数而为可选择的。
在一些实施例中，聚焦光学器件包含选择所要波长或波长范围以投射到样品上的渐变式多层。在一些实例中，聚焦光学器件包含选择一个波长且在入射角范围内将所述选定波长投射到样品上的渐变式多层结构。在一些实例中，聚焦光学器件包含选择波长范围且在一个入射角内将所述选定波长投射到样品上的渐变式多层结构。在一些实例中，聚焦光学器件包含选择波长范围且在入射角范围内将所述选定波长投射到样品上的渐变式多层结构。
RSAXS度量系统的x射线照射源在具有有限横向尺寸(即，正交于射束轴线的非零尺寸)的源区内产生x射线发射。在一个方面中，照射源110的源区由小于20微米的横向尺寸表征。在一些实施例中，所述源区由10微米或更小的横向尺寸表征。小的源大小使得能够以高亮度照射样品上的小的目标区，因此改进测量精确度、准确度及吞吐量。
在另一方面中，通过主动地定位聚焦光学器件系统的一或多个镜元件而调整同时或依序投射到度量区上的波长、入射角及方位角或其任何组合的范围。
在另一方面中，聚焦光学器件以0.2或更小的倍率因子将所述照射源投射到受测量的样品上。此使得入射x射线照射点的大小能够小于2微米。
在另一方面中，RSAX度量系统包含一或多个射束狭缝或孔隙以将入射于样品上的x射线照射射束114整形且选择性地阻挡将以其它方式照射受测量的度量目标的照射光的一部分。一或多个射束狭缝界定射束大小及形状，使得x射线照射点适配在受测量的度量目标的区内。另外，一或多个射束狭缝界定照射射束发散度以使检测器上的衍射级重叠最小化。
在另一方面中，RSAX度量系统包含一或多个射束狭缝或孔隙以选择同时照射受测量的度量目标的一组照射波长。在一些实施例中，一或多个狭缝经配置以使不同照射波长依序通过。
在一些实施例中，经组合度量工具包含如本文中所描述的多波长SXR衍射子系统及x射线反射测量子系统以改进测量吞吐量。在一个实施例中，所述多波长SXR衍射子系统及所述x射线反射测量子系统采用在不必须使受测量的样品或任一光学测量子系统移动的情况下实现同时测量或顺序测量的正交入射平面。
前述内容为发明内容且因此必须含有细节的简化、概述及省略；因此，所属领域的技术人员将了解，发明内容仅为说明性的且不以任何方式为限制性的。在本文中所陈述的非限制性详细描述中，本文中所描述的装置及/或工艺的其它方面、发明特征及优点将变得显而易见。
附图说明
图1是图解说明在至少一个新颖方面中用于测量样品的特性的RSAXS度量工具100的实施例的经简化图式。
图2是图解说明包含以分段式环形配置安置在射束轴线A周围的四个镜元件的聚焦光学器件的端视图的经简化图式。
图3描绘以由入射角θ及方位角φ描述的特定定向入射于晶片上的x射线照射射束。
图4是图解说明用以在具有小于1微米到2微米的尺寸的测量区内执行RSAXS测量的RSAXS度量工具的另一实施例的经简化图式。
图5A描绘图解说明包含具有节距P的周期性光栅结构的度量目标的经简化图式。
图5B描绘图解说明在删除光栅结构的指定元件的情况下具有为节距P的标称周期性光栅结构的经抽取度量目标的经简化图式。
图6是图解说明示范性模型建构与分析引擎的经简化图式。
图7是根据本文中所描述的方法执行半导体晶片的多色RSAXS测量的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考背景技术实例及本发明的一些实施例，本发明的实例图解说明于附图中。
呈现用于基于x射线照射而测量与不同半导体制作工艺相关联的半导体结构的结构及材料特性(例如，结构及膜的材料组合物、尺寸特性等)的方法及系统。更具体来说，在本文中呈现用于基于高亮度多色反射小角度x射线散射测量(RSAXS)度量而执行半导体结构的测量的方法及系统。
用小射束点大小(例如，跨越有效照射点小于50微米)在波长、入射角及方位角的一定范围内执行半导体晶片的RSAXS测量。在一个方面中，用在软x射线(SXR)区域(即，80eV到3000eV)中的x射线辐射以在5度到20度的范围内的掠入射角执行所述RSAXS测量。特定测量应用的掠射角经选择以用小的射束点大小(例如，小于50微米)实现到受测量的结构中的所要穿透且使测量信息量最大化。
图1图解说明在至少一个新颖方面中用于测量样品的特性的RSAXS度量工具100的实施例。如图1中所展示，系统100可用于在由入射照射射束点照射的样品101的测量区102内执行RSAXS测量。
在所描绘实施例中，度量工具100包含x射线照射源110、聚焦光学器件111、射束发散度控制狭缝112及狭缝113。X射线照射源110经配置以产生适合用于RSAXS测量的SXR辐射。X射线照射源110为多色高亮度大展度源。在一些实施例中，x射线照射源110经配置以产生在介于80电子伏特到3000电子伏特之间的范围内的x射线辐射。一般来说，可预期能够以足以实现高吞吐量线内度量的通量水平产生高亮度SXR的任何适合高亮度x射线照射源以供应用于RSAXS测量的x射线照射。
在一些实施例中，x射线源包含使得x射线源能够递送处于不同可选择波长的x射线辐射的可调谐单色仪。在一些实施例中，一或多个x射线源用以确保x射线源供应处于允许到受测量的样品中的充足穿透的若干波长的光。
在一些实施例中，照射源110为高谐波产生(HHG)x射线源。在一些其它实施例中，照射源110为摆动器/波荡器同步加速器辐射源(SRS)。在美国专利第8,941,336号及第8,749,179号中描述示范性摆动器/波荡器SRS，所述美国专利的内容以其全文引用方式并入本文中。
在一些其它实施例中，照射源110为激光产生等离子体(LPP)光源。在这些实施例中的一些实施例中，LPP光源包含氙、氪、氩、氖及氮发射材料中的任一者。一般来说，适合LPP目标材料的选择针对在共振SXR区域中的亮度而优化。举例来说，由氪发射的等离子体在硅K边缘处提供高亮度。在另一实例中，由氙发射的等离子体遍及(80eV到3000eV)的整个SXR区域提供高亮度。如此，当期望宽带SXR照射时，氙为发射材料的良好选择。
LPP目标材料选择还可针对可靠且长寿命光源操作而优化。例如氙、氪及氩等惰性气体目标材料为惰性的且可在具有最少去污染处理或不具有去污染处理的情况下在闭环操作中再利用。在美国专利申请案第15/867,633号中描述示范性SXR照射源，所述美国专利申请案的内容以其全文引用方式并入本文中。
在另一方面中，由照射源(例如，照射源110)发射的波长为可选择的。在一些实施例中，照射源110为由计算系统130控制以最大化一或多个选定光谱区域中的通量的LPP光源。目标材料处的激光峰值强度控制等离子体温度且因此控制所发射辐射的光谱区域。通过调整脉冲能量、脉冲宽度或此两者而使激光峰值强度变化。在一个实例中，100皮秒脉冲宽度适合用于产生SXR辐射。如图1中所描绘，计算系统130将命令信号136传递到照射源110，所述命令信号致使照射源110调整从照射源110发射的波长的光谱范围。在一个实例中，照射源110为LPP光源，且所述LPP光源调整脉冲持续时间、脉冲频率及目标材料组合物中的任一者以实现从LPP光源发射的波长的所要光谱范围。
通过非限制性实例的方式，可采用粒子加速器源、液体阳极源、旋转阳极源、固定固体阳极源、微焦源、微焦旋转阳极源、基于等离子体的源及逆康普顿(Compton)源中的任一者作为x射线照射源110。
示范性x射线源包含经配置以轰击固体或液体目标来模拟x射线辐射的电子射束源。在2011年4月19日发布给科磊公司(KLA-Tencor Corp.)的美国专利第7,929,667号中描述用于产生高亮度液体金属x射线照射的方法及系统，所述美国专利的全文以引用方式并入本文中。
X射线照射源110在具有有限横向尺寸(即，正交于射束轴线的非零尺寸)的源区内产生x射线发射。在一个方面中，照射源110的源区由小于20微米的横向尺寸表征。在一些实施例中，所述源区由10微米或更小的横向尺寸表征。小的源大小使得能够以高亮度照射样品上的小目标区，从而改进测量精确度、准确度及吞吐量。
一般来说，x射线光学器件将x射线辐射整形且将x射线辐射引导到样品101。在一些实例中，x射线光学器件使用多层x射线光学器件来使x射线射束准直或以小于1毫弧度发散度将x射线射束聚焦到样品101的测量区102上。在一些实施例中，x射线光学器件包含一或多个x射线准直镜、x射线孔隙、x射线射束截捕器(stop)、折射x射线光学器件、衍射光学器件(例如波带片)、史瓦兹西尔德(Schwarzschild)光学器件、柯克帕特里克-贝兹(Kirkpatrick-Baez)光学器件、蒙特尔(Montel)光学器件、沃尔特(Wolter)光学器件、镜面x射线光学器件(例如椭球面镜)、多毛细管光学器件(例如中空毛细管x射线波导)、多层光学器件或系统或者其任一组合。在美国专利公开案第2015/0110249号中描述进一步细节，所述美国专利公开案的内容以其全文引用方式并入本文中。
如图1中所描绘，聚焦光学器件111将源辐射聚焦到位于样品101上的度量目标上。有限横向源尺寸在目标上产生由来自源的边缘的射线116且由射束狭缝112及113所提供的任何射束整形界定的有限点大小102。
在一些实施例中，聚焦光学器件111包含椭圆形聚焦光学元件。在图1中所描绘的实施例中，聚焦光学器件111在椭圆的中心处的倍率为大约1。因此，投射到样品101的表面上的照射点大小为与照射源大约相同的大小，所述大小由于标称掠入射角(例如，5度到20度)而针对射束扩展被调整。
在另一方面中，聚焦光学器件111收集源发射且选择一或多个离散波长或光谱频带，且以在范围5度到20度中的掠入射角将选定光聚焦到样品101上。
标称掠入射角经选择以在保持在度量目标边界内的同时实现度量目标的所要穿透以使信号信息量最大化。硬x射线的临界角度为非常小的，但软x射线的临界角度显著较大。作为此额外测量灵活性的结果，RSAXS测量在对掠入射角的精确值具有较小敏感度的情况下更深入地探测到结构中。
在一些实施例中，聚焦光学器件111包含选择所要波长或波长范围以投射到样品101上的渐变式多层。在一些实例中，聚焦光学器件111包含选择一个波长且在入射角范围内将所述选定波长投射到样品101上的渐变式多层结构(例如，层或涂层)。在一些实例中，聚焦光学器件111包含选择波长范围且在一个入射角内将所述选定波长投射到样品101上的渐变式多层结构。在一些实例中，聚焦光学器件111包含选择波长范围且在入射角范围内将所述选定波长投射到样品101上的渐变式多层结构。
渐变式多层光学器件为优选的以使在单层光栅结构太深时发生的光损失最小化。一般来说，多层光学器件选择经反射波长。选定波长的光谱频宽优化被提供到样品101的通量、所测量衍射级中的信息量，且通过检测器处的角分散及衍射峰值重叠阻止信号降级。另外，采用渐变式多层光学器件来控制发散度。在每一波长下的角发散度针对检测器处的通量及最少空间重叠而优化。
在一些实例中，渐变式多层光学器件选择波长以增强来自特定材料接口或结构尺寸的衍射信号的反差及信息量。举例来说，选定波长可经选择以横跨元素特定的共振区域(例如，硅K边缘、氮、氧K边缘等)。另外，在这些实例中，照射源还可经调谐以最大化选定光谱区域中的通量(例如，HHG光谱调谐、LPP激光调谐等)。
在一些其它实例中，几乎没有先前结构信息在测量时为可用的。在这些实例中，多个波长(例如，3个到4个)经选择以使得能够跨越吸收边缘测量衍射图案。所测量信号使用(举例来说)多波长反常衍射技术在不具有任何先前信息(除了受测量的结构的元素组合物)的情况下实现结构性质的无模型测量。在基于无模型测量估计结构性质之后，可使用基于模型的测量技术进一步精细化参数估计。
在一些实例中，受测量的度量目标的反常散射因子(即，散射性质)并非预知的。在这些实例中，在多个共振波长下测量膜多层反射率。布拉格(Bragg)峰值的角偏移提供足以提取反常散射因子的信息。
在一些实例中，非共振x射线反射率测量提供多层周期及接口粗糙度参数的独立估计，此改进基于模型的测量的拟合。在一些实施例中，经组合度量工具包含如本文中所描述的多波长SXR衍射子系统及x射线反射测量子系统以改进测量吞吐量。在一个实施例中，所述多波长SXR衍射子系统及所述x射线反射测量子系统采用在不必须使受测量的样品或任一光学测量子系统移动的情况下实现同时测量或顺序测量的正交入射平面。在一些实施例中，如果由SXR多层镜提供的AOI范围对于x射线反射测量来说太小，那么可采用晶片旋转、检测器旋转或此两者来扩展入射角范围。
在一些实施例中，聚焦光学器件111包含各自具有椭圆表面形状的多个反射光学元件。每一反射光学元件包含衬底及经调谐以反射不同波长或波长范围的多层涂层。在一些实施例中，各自反射不同波长或波长范围的多个(例如，1个到5个)反射光学元件以各入射角布置。在另一实施例中，各自反射不同波长或波长范围的多组(例如，2组到5组)反射光学元件各自以不同入射角来布置。在一些实施例中，所述多组反射光学元件在测量期间同时将照射光投射到样品101上。在一些其它实施例中，所述多组反射光学元件在测量期间依序将照射光投射到样品101上。在这些实施例中，采用有源快门或孔隙来控制投射到样品101上的照射光。
在一些实施例中，聚焦光学器件111将处于多个波长、方位及AOI的光聚焦在同一度量目标区上。图2描绘包含以分段式环形配置安置在射束轴线A周围的四个镜元件150A到150D的聚焦光学器件150的端视图(即，沿着射束轴线)。每一镜元件包含经调谐以反射不同波长或波长范围的多层涂层。在一些实施例中，每一镜元件150A到150D包含均匀多层设计(即，特定镜元件的表面在所述特定镜元件的整个镜表面区内反射相同波长或波长范围)。在一些其它实施例中，每一镜元件包含非均匀多层设计(即，由镜元件反射的波长或波长范围取决于镜表面上的入射位置)。在这些实施例中的一些实施例中，每一镜元件为椭圆形形状且在入射角范围内将照射光投射到样品101。另外，由于镜元件以环形配置来布置，因此镜元件在一定方位角范围内将照射光投射到样品101。虽然图2描绘四个镜元件，但一般来说，聚焦光学器件可包含经布置以将处于多个波长、方位及AOI的光聚焦在同一度量目标区上的任何数目个镜元件。在一些其它实施例中，聚焦光学器件包含巢套在入射平面中的若干个镜元件(即，巢套式沃尔特配置)。
在另一方面中，通过主动地定位聚焦光学器件的一或多个镜元件而调整投射到同一度量区上的波长、AOI、方位或其任何组合的范围。如图1中所描绘，计算系统130将命令信号传递到致动器系统115，所述命令信号致使致动器系统115调整聚焦光学器件111的光学元件中的一或多者的位置、对准或此两者以实现投射到样品101上的波长、AOI、方位或其任何组合的所要范围。
一般来说，入射角是针对每一波长而选择以优化照射光在受测量的度量目标中的穿透及吸收。在许多实例中，测量多层结构且入射角经选择以最大化与所要所关注层相关联的信号信息。在叠盖度量的实例中，波长及入射角经选择以最大化因来自先前层的散射与来自当前层的散射之间的干扰而产生的信号信息。另外，方位角还经选择以优化信号信息量。另外，方位角经选择以确保检测器处的衍射峰值的角距。
在另一方面中，RSAX度量系统(例如，度量工具100)包含一或多个射束狭缝或孔隙以将入射于样品101上的照射射束114整形且选择性地阻挡将以其它方式照射受测量的度量目标的照射光的一部分。一或多个射束狭缝界定射束大小及形状，使得x射线照射点适配于受测量的度量目标的区内。另外，一或多个射束狭缝界定照射射束发散度以使检测器上的衍射级重叠最小化。
在另一方面中，RSAX度量系统(例如，度量工具100)包含一或多个射束狭缝或孔隙以选择同时照射受测量的度量目标的一组照射波长。在一些实施例中，包含多个波长的照射同时入射于受测量的度量目标上。在这些实施例中，一或多个狭缝经配置以使包含多个照射波长的照射通过。一般来说，受测量的度量目标的同时照射为优选的以增加信号信息及吞吐量。然而，实际上，检测器处的衍射级重叠限制照射波长范围。在一些实施例中，一或多个狭缝经配置以使不同照射波长依序通过。在一些实例中，在较大角发散度下的顺序照射提供较高吞吐量，这是因为当射束发散度较大时，与同时照射相比，顺序照射的信噪比可为较高的。当依序执行测量时，衍射级重叠问题并非问题。此增加测量灵活性且改进信噪比。
图1描绘位于聚焦光学器件111与射束整形狭缝113之间的射束路径中的射束发散度控制狭缝112。射束发散度控制狭缝112限制提供到受测量的样品的照射的发散度。射束整形狭缝113位于射束发散度控制狭缝112与样品101之间的射束路径中。射束整形狭缝113进一步将入射射束114整形且选择入射射束114的照射波长。射束整形狭缝113位于紧接在样品101之前的射束路径中。在一个方面中，射束整形狭缝113的狭缝位于紧密接近于样品101处以使入射射束点大小由于有限源大小所界定的射束发散度而发生的放大最小化。
在一些实施例中，射束整形狭缝113包含多个独立致动的射束整形狭缝。在一个实施例中，射束整形狭缝113包含四个独立致动的射束整形狭缝。此四个射束整形狭缝有效地阻挡传入射束的一部分且产生具有盒形照射横截面的照射射束114。
射束整形狭缝113的狭缝由使散射最小化且有效地阻挡入射辐射的材料构造。示范性材料包含单晶材料，例如锗、砷化镓、磷化铟等。通常，狭缝材料沿着结晶方向裂开，而非锯开，以跨越结构边界使散射最小化。另外，狭缝相对于传入射束而定向，使得传入辐射与狭缝材料的内部结构之间的相互作用产生最少量的散射。晶体附接到由高密度材料(例如，钨)制成的每一狭缝固持器以实现在狭缝的一侧上完全阻抗x射线射束。
X射线检测器119收集从样品101散射的x射线辐射118且根据RSAXS测量模态产生指示对入射x射线辐射敏感的样品101的性质的输出信号135。在一些实施例中，由x射线检测器119收集经散射x射线118，而样品定位系统140将样品101定位且定向以产生以角度方式解析的经散射x射线。
在一些实施例中，RSAXS系统包含具有高动态范围(例如，大于105)的一或多个光子计数检测器。在一些实施例中，单个光子计数检测器检测所检测光子的位置及数目。
在一些实施例中，x射线检测器解析一或多个x射线光子能量且针对每一x射线能量分量产生指示样品的性质的信号。在一些实施例中，x射线检测器119包含以下各项中的任一者：CCD阵列、微通道板、光电二极管阵列、微带比例计数器、以气体填充的比例计数器、闪烁器或荧光材料。
以此方式，除像素位置及计数数目之外，还通过能量来区分检测器内的X射线光子相互作用。在一些实施例中，通过将X射线光子相互作用的能量与预定上阈值及预定下阈值进行比较而区分X射线光子相互作用。在一个实施例中，经由输出信号135将此信息传递到计算系统130以实现进一步处理及存储。
由用多个照射波长同时照射周期性目标产生的衍射图案由于衍射的角分散而在检测器平面处被分开。在这些实施例中，采用集成检测器。使用区检测器(例如，真空兼容背侧CCD或混合像素阵列检测器)测量衍射图案。角取样针对布拉格峰值集成而优化。如果采用像素层级模型拟合，那么角取样针对信号信息量而优化。取样速率经选择以阻止零级信号的饱和。
在另一方面中，采用RSAXS系统来基于经散射光的一或多个衍射级而确定样品的性质(例如，结构参数值)。如图1中所描绘，度量工具100包含用以获取由检测器119产生的信号135且至少部分地基于所述所获取信号而确定样品的性质的计算系统130。
在一些实例中，基于RSAXS的度量涉及通过具有所测量数据的预定测量模型的反解而确定样本的尺寸。所述测量模型包含若干个(大约十个)可调整参数且表示样品的几何形状及光学性质以及测量系统的光学性质。反解方法包含但不限于基于模型的回归、断层扫描、机器学习或其任何组合。以此方式，通过对参数化测量模型的值求解而估计目标轮廓参数，所述值使所测量经散射x射线强度与建模结果之间的误差最小化。
在波长、入射角及方位角的大范围下执行测量以增加所测量参数值的精确度及准确度为合意的。此方法通过扩展可用于分析的数据集的数目及多样性而降低参数之间的相关性。
收集对经衍射辐射的强度随照射波长及相对于晶片表面法线的x射线入射角而变的测量。含纳于多个衍射级中的信息通常在正在考虑的各模型参数之间是唯一的。因此，x射线散射以小误差及经减小参数相关性产生所关注参数值的估计结果。
通过晶片101相对于x射线照射射束114的任何两个角旋转而描述照射x射线射束114相对于半导体晶片101的表面法线的每一定向，或反之亦然。在一个实例中，可相对于固定到晶片的坐标系描述定向。图3描绘以由入射角θ及方位角φ描述的特定定向入射于晶片101上的x射线照射射束114。坐标系XYZ固定到度量系统(例如，照射射束116)且坐标系X’Y’Z’固定到晶片101。Y轴在平面中与晶片101的表面对准。X及Z不与晶片101的表面对准。Z’与法向于晶片101的表面的轴对准，且X’及Y’在平面中与晶片101的表面对准。如图3中所描绘，x射线照射射束114与Z轴对准且因此位于XZ平面内。入射角θ描述在XZ平面中x射线照射射束114相对于晶片的表面法线的定向。此外，方位角φ描述XZ平面相对于X’Z’平面的定向。θ及φ共同唯一地界定x射线照射射束114相对于晶片101的表面的定向。在此实例中，通过围绕法向于晶片101的表面的轴(即，Z’轴)的旋转及围绕与晶片101的表面对准的轴(即，Y轴)的旋转描述x射线照射射束相对于晶片101的表面的定向。在一些其它实例中，通过围绕与晶片101的表面对准的第一轴及与晶片101的表面对准且垂直于第一轴的另一轴的旋转而描述x射线照射射束相对于晶片101的表面的定向。
在一个方面中，度量工具100包含固定地支撑晶片101且耦合到样品定位系统140的晶片卡盘103。样品定位系统140经配置而相对于照射射束114以六个自由度主动地定位样品101。在一个实例中，计算系统130将指示样品101的所要位置的命令信号(未展示)传递到样品定位系统140。作为响应，样品定位系统140产生去往样品定位系统140的各种致动器的命令信号以实现对样品101的所要定位。
在另一方面中，RSAXS系统的聚焦光学器件以至少5的缩倍因子(即，0.2或更小的倍率因子)将照射源的图像投射到受测量的样品上。如本文中所描述的RSAXS系统采用具有由20微米或更小的横向尺寸表征的源区的SXR照射源(即，源大小为20微米或更小)。在一些实施例中，以至少5的缩倍因子采用聚焦光学器件(即，将源的图像投射到比源大小小四倍的晶片上)从而以4微米或更小的入射照射点大小将照射投射到样品上。
图4图解说明在另一实施例中的RSAXS度量工具200的实施例。如图4中所图解说明，系统200可用于在具有小于1微米到2微米的尺寸的测量区102内执行RSAXS测量。图4中所描绘的相似编号的元件类似于参考图1所描述的那些元件。如图4中所描绘，聚焦光学器件111为椭圆光学元件。然而，聚焦光学器件111相对于照射源110及样品101而布置，使得照射源110与聚焦光学器件111之间的距离A显著大于聚焦光学器件111与样品101之间的距离B。在一些实施例中，A/B的比率为至少5。在一些实施例中，A/B的比率为至少10。此致使到样品101上的照射源缩倍A/B倍。在一个实施例中，照射源110的大小为大约10微米且聚焦光学器件111经布置使得A/B为10。在此实施例中，投射到样品101上的照射点大小为大约1微米。
在一些实施例中，照射源110为具有10微米或更小的源大小的LPP光源，且聚焦光学器件111具有大约10的缩倍因子。此使得RSAXS度量工具200能够将照射光聚焦到具有1微米到2微米的尺寸的度量目标上。通过将入射照射光聚焦到1微米到2微米的照射点大小，RSAXS度量工具200使得能够测量位于裸片中的临界尺寸目标及叠盖目标，而非依赖于位于晶片切割道区中的较大度量目标。
测量具有1微米到2微米的尺寸的目标的能力减小致力于专业度量目标的晶片区。另外，测量具有1微米到2微米的尺寸的目标的能力实现装置结构而非专业度量目标的直接测量。测量装置结构直接消除目标与装置偏差。此显著改进测量质量。另外，对裸片中目标的测量实现裸片内参数变化的表征。示范性所关注参数包含临界尺寸、叠盖及边缘放置误差。
在一些实施例中，采用如本文中所描述的RSAXS度量系统来测量周期性度量目标。举例来说，图5A描绘包含具有节距P的周期性光栅结构的度量目标160。然而，在另一方面中，采用如本文中所描述的RSAXS度量系统来测量展现周期性及非周期性两者的经抽取度量目标。经抽取度量目标为包含标称周期性单位单元的阵列的度量目标，且在标称周期性阵列内的经编程或随机位置处对所述阵列的一或多个单元进行删除、位移或结构上修改。举例来说，图5B描绘具有为节距P的标称周期性光栅结构的度量目标161。然而，另外，光栅结构的特定鳍状件不存在于度量目标161中。因此，从受测量的度量目标161的散射的角分布展现周期性性质(导致区域化衍射峰值)及非周期性行为(还称为漫散射)两者。
一般来说，通过以随机或经编程方式删除标称周期性单位单元阵列的元件而增加布拉格峰值之间的漫散射的分布。漫射强度角分布与结构因子平方成比例。当采用经抽取度量目标时，布拉格峰值强度减小，但当经散射光散布在更多像素上方时，更多像素包含非零信息量。由于基于模型的测量能够使用来自所有像素的信息，因此测量的信息量的总体增加改进测量精确度及准确度。一般来说，布拉格峰值强度随着经删除单元的分率增加而减小。度量目标的所要抽取使总体测量信息量最大化。在一些实例中，经抽取度量目标解析在其中度量目标的结构因子于布拉格峰值位置的较大子集处为零(例如，在50％工作循环下的方波)的情形中发生的非单值性。可采用RSAXS度量系统来在顺序单波长操作模式中或在同时多波长操作模式中测量经抽取度量目标。
在一些实施例中，度量目标包含经选择以使信号信息最大化且因此使获取时间最小化的普通或特定非周期性。逻辑标准单元阵列的设计规则将基元元素放置在固定网格上且控制窄范围内的图案密度变化。逻辑结构度量集中于实现对局部区域中的平均特征大小及间隔的高精确度估计。占用率及周期性并非所关注的，这是因为在光刻工艺中良好地控制这些方面。用于逻辑结构的度量目标优化强度分布，使得在含有关于所要特征参数集的高信息量的角区域中增加散射通量。在一个实例中，度量目标包含边框区域以增强中心区域的衍射信息量。
SXR实现对设计规则目标的叠盖测量，这是因为照射波长比所测量结构的周期短。此提供优于其中对大于设计规则目标的目标进行叠盖测量的现有技术的显著益处。使用SXR波长准许在工艺设计规则下的目标设计，即，无“非零偏移”。
用于RSAXS测量的叠盖度量目标可包含一维周期性阵列或二维周期性阵列。一维目标展现沿着入射平面的较大角发散度，从而增加通量及吞吐量。对于二维目标，角衍射分散对于两个平面内轴为不相等的。因此，对于与入射平面平行的样本方向，可强加额外超周期。在这些实例中，使晶片旋转且由单个子系统对同一目标执行顺序正交测量可为有利的。
在另一方面中，可采用用于RSAXS测量的叠盖度量目标来测量叠盖及临界尺寸两者。此还实现对边缘放置误差(EPE)(例如端线缩短、线与触点距离等)的测量。
在一些实施例中，使x射线照射源110、聚焦光学器件111、狭缝112及113或其任何组合维持在与样品101相同的大气环境(例如，气体净化环境)中。然而，在一些实施例中，在这些元件之间且在这些元件中的任一者内的光学路径长度为长的且空气中的x射线散射对检测器上的图像造成噪声。因此，在一些实施例中，使x射线照射源110、聚焦光学器件111以及狭缝112及113中的任一者维持在区域化真空环境中。在图1中所描绘的实施例中，使照射源110、聚焦光学器件111以及狭缝112及113维持在经抽空飞行管117内的受控制环境(例如，真空)中。照射射束114在入射于样品101上之前通过在飞行管117的端处的窗120。
类似地，在一些实施例中，样品101与检测器119之间的光学路径长度(即，收集射束路径)为长的且空气中的x射线散射对检测器上的图像造成噪声。因此，在优选实施例中，使样品101与检测器119之间的收集射束路径长度的显著部分维持在通过真空窗(例如，真空窗124)与样品(例如，样品101)分开的区域化真空环境中。在一些实施例中，使x射线检测器119维持在和样品101与检测器119之间的射束路径长度相同的区域化真空环境中。举例来说，如图1中所描绘，真空室123维持环绕检测器119的区域化真空环境以及样品101与检测器119之间的射束路径长度的显著部分。
在一些其它实施例中，使x射线检测器119维持在与样品101相同的大气环境(例如，气体净化环境)中。此可对于自检测器119移除热为有利的。然而，在这些实施例中，将样品101与检测器119之间的射束路径长度的显著部分维持在真空室内的区域化真空环境中为优选的。
在一些实施例中，使包含样品101的整个光学系统维持在真空中。然而，一般来说，与使样品101维持在真空中相关联的成本由于与样品定位系统140的构造相关联的复杂性而为高的。
在另一方面中，计算系统130经配置以产生样品的所测量结构的结构模型(例如，几何模型、材料模型或经组合几何与材料模型)，产生包含来自结构模型的至少一个几何参数的RSAXS响应模型，且通过执行RSAXS测量数据与RSAXS响应模型的拟合分析而解析至少一个样品参数值。使用分析引擎来将所模拟RSAXS信号与所测量数据进行比较，借此允许确定样本的几何以及材料性质(例如电子密度)。在图1中所描绘的实施例中，计算系统130被配置为经配置以实施如本文中所描述的模型构建与分析功能性的模型构建与分析引擎。
图6是图解说明由计算系统130实施的示范性模型构建与分析引擎180的图式。如图6中所描绘，模型构建与分析引擎180包含产生样品的所测量结构的结构模型182的结构模型构建模块181。在一些实施例中，结构模型182还包含样品的材料性质。结构模型182被接收为去往RSAXS响应函数构建模块183的输入。RSAXS响应函数构建模块183至少部分地基于结构模型182而产生RSAXS响应函数模型184。在一些实例中，RSAXS响应函数模型184基于还称为结构因子的x射线形式因子，
其中F为形式因子，q为散射向量，且ρ(r)为球面坐标中的样品的电子密度。接着，由下式给出x射线散射强度
Figure BDA0002356892050000152
RSAXS响应函数模型184被接收为去往拟合分析模块185的输入。拟合分析模块185将经建模RSAXS响应与对应所测量数据进行比较以确定样品的几何以及材料性质。
在一些实例中，通过使卡方值最小化而实现经建模数据到实验数据的拟合。举例来说，针对RSAXS测量，可将卡方值定义为
Figure BDA0002356892050000153
其中为“通道”j中的所测量RSAXS信号126，其中指数j描述一组系统参数，例如衍射级、能量、角坐标等。
Figure BDA0002356892050000155
为针对“信道”j的经建模RSAXS信号Sj，针对一组结构(目标)参数v1、…、vL而被评估，其中这些参数描述几何(CD、侧壁角度、叠盖等)及材料(电子密度等)。σSAXS，j为与第j个通道相关联的不确定因素。NSAXS为x射线度量中的通道的总数目。L为表征度量目标的参数的数目。
方程式(3)假定与不同通道相关联的不确定因素为不相关的。在其中与不同通道相关联的不确定因素为相关的实例中，可计算所述不确定因素之间的共变异数。在这些实例中，可将RSAXS测量的卡方值表达为
其中VSAXS为SAXS通道不确定因素的共变异数矩阵，且T表示移项。
在一些实例中，拟合分析模块185通过执行对RSAXS测量数据135与RSAXS响应模型184的拟合分析而解析至少一个样品参数值。在一些实例中，将优化。
如上文中所描述，通过使卡方值最小化而实现RSAXS数据的拟合。然而，一般来说，可通过其它函数实现RSAXS数据的拟合。
RSAXS度量数据的拟合对于提供对所关注几何及/或材料参数的敏感度的任何类型的RSAXS技术为有利的。样品参数可为确定性的(例如，CD、SWA等)或统计的(例如，侧壁粗糙度的rms高度、粗糙度相关长度等)，只要使用描述与样品的RSAXS射束相互作用的恰当模型即可。
一般来说，计算系统130经配置以采用实时临界尺寸标注(RTCD)来实时地存取模型参数，或其可存取经预计算模型的库以确定与样品101相关联的至少一个样品参数值的值。一般来说，可使用某种形式的CD引擎来评估样品的经指派CD参数与相关联于所测量样品的CD参数之间的差。在2010年11月2日发布给科磊公司的美国专利第7,826,071号中描述用于计算样品参数值的示范性方法及系统，所述美国专利的全文以引用方式并入本文中。
在一些实例中，模型构建与分析引擎180通过侧馈分析、前馈分析及并行分析的任何组合而改进所测量参数的准确度。侧馈分析是指采取关于同一样品的不同区的多个数据集且将从第一数据集确定的共同参数传递到第二数据集上以供分析。前馈分析是指采取关于不同样品的数据集且使用逐步复制确切参数前馈方法将共同参数向前传递到后续分析。并行分析是指将非线性拟合方法并行或同时应用于其中至少一个共同参数在拟合期间耦合的多个数据集。
多重工具与结构分析是指基于回归、查找表(即，“库”匹配)或多个数据集的另一拟合程序而进行的前馈、侧馈或并行分析。在2009年1月13日发布给科磊公司的美国专利第7,478,019号中描述用于多重工具与结构分析的示范性方法及系统，所述美国专利的全文以引用方式并入本文中。
在另一方面中，基于在入射x射线射束相对于测量目标的单个定向处执行的RSAXS测量而确定对一或多个所关注参数的值的初始估计。初始经估计值被实施为用于测量模型的回归的所关注参数的起始值，所述测量模型具有从在多个定向下的RSAXS测量收集的测量数据。以此方式，以相对小量的计算努力确定所关注参数的接近估计，且通过将此接近估计实施为在大得多的数据集内的回归的起始点，以较少总体计算努力获得所关注参数的经精细化估计。
在另一方面中，度量工具100包含经配置以实施如本文中所描述的射束控制功能性的计算系统(例如，计算系统130)。在图1中所描绘的实施例中，计算系统130被配置为可操作以控制入射照射射束114的照射性质(例如强度、发散度、点大小、偏光、光谱及定位)中的任一者的射束控制器。
如图1中所图解说明，计算系统130通信地耦合到检测器119。计算系统130经配置以从检测器119接收测量数据135。在一个实例中，测量数据135包含样品的所测量响应(即，衍射级的强度)的指示。基于所测量响应在检测器119的表面上的分布，照射射束114在样品101上的入射位置及区由计算系统130确定。在一个实例中，由计算系统130施加图案辨识技术以基于测量数据135而确定照射射束114在样品101上的入射位置及区。在一些实例中，计算系统130将命令信号136传递到x射线照射源110以选择所要照射波长。在一些实例中，计算系统130将命令信号137传递到致动器子系统115以重新引导x射线发射来实现所要射束方向。在一些实例中，计算系统130分别将命令信号138及139传递到射束整形狭缝112及113，所述命令信号致使射束整形狭缝112及113改变射束点大小且选择照射波长，使得入射照射射束114以所要射束点大小、定向及波长到达样品101。在一个实例中，命令信号138及139致使与狭缝112及113相关联的致动器改变位置以将入射射束114重新整形成所要形状及大小且选择所要波长。在一些其它实例中，计算系统130将命令信号传递到晶片定位系统140以将样品101定位且定向，使得入射照射射束114到达相对于样品101的所要位置及角定向处。
在另一方面中，使用RSAXS测量数据来基于所检测衍射级的所测量强度而产生所测量结构的图像。在一些实施例中，使RSAXS响应函数模型一般化以描述来自通用电子密度网格的散射。将此模型匹配到所测量信号同时将经建模电子密度约束在此网格中以强化连续性及稀疏边缘会提供样本的三维图像。
虽然基于几何模型的参数反演对于基于RSAXS测量的临界尺寸(CD)度量为优选的，但当所测量样品偏离几何模型的假定时，依据相同RSAXS测量数据产生的样品的映图可用于识别且校正模型误差。
在一些实例中，将所述图像与通过相同散射测量数据的基于几何模型的参数反演估计的结构特性进行比较。使用差异来更新所测量结构的几何模型且改进测量性能。当测量集成电路以对其制造工艺进行控制、监视及故障排除时，收敛于准确参数测量模型上的能力为尤其重要的。
在一些实例中，所述图像为电子密度、吸收率、复折射率或这些材料特性的组合的二维(2-D)映图。在一些实例中，所述图像为电子密度、吸收率、复折射率或这些材料特性的组合的三维(3-D)映图。所述映图是使用相对少的物理约束来产生。在一些实例中，依据所得映图直接估计一或多个所关注参数，例如临界尺寸(CD)、侧壁角度(SWA)、叠盖、边缘放置误差、节距游动(pitch walk)等。在一些其它实例中，映图可在样本几何形状或材料偏离出由针对基于模型的CD测量所采用的参数结构模型所预期的期望值范围时用于对晶片工艺进行除错。在一个实例中，使用映图与参数结构模型根据其所测量参数而预测的结构的再现之间的差来更新参数结构模型且改进其测量性能。在美国专利公开案第2015/0300965号中描述进一步细节，所述美国专利公开案的内容以其全文引用方式并入本文中。在美国专利公开案第2015/0117610号中描述额外细节，所述美国专利公开案的内容以其全文引用方式并入本文中。
在另一方面中，采用模型构建与分析引擎180来产生用于经组合x射线与光学测量分析的模型。在一些实例中，光学模拟基于(例如)严格耦合波分析(RCWA)，其中对马克示威(Maxwell)方程式求解以计算光学信号，例如不同偏光的反射率、椭偏参数、相变等。
一或多个所关注参数的值是基于对在所述多个不同入射角及所检测光学强度下的x射线衍射级的所检测强度与经组合的在几何学上参数化的响应模型的经组合拟合分析来确定。通过可或可不与x射线度量系统(例如图1中所描绘的系统100)机械地集成在一起的光学度量工具测量光学强度。在美国专利公开案第2014/0019097号及美国专利公开案第2013/0304424号中描述进一步细节，所述美国专利公开案的内容以其全文引用方式并入本文中。
应认识到，本发明通篇所描述的各种步骤可由单个计算机系统130或替代地多计算机系统130执行。此外，系统100的不同子系统(例如样品定位系统140)可包含适合于执行本文中所描述的步骤的至少一部分的计算机系统。因此，前述描述不应解释为对本发明的限制而仅是图解说明。此外，一或多个计算系统130可经配置以执行本文中所描述的方法实施例中的任一者的任何其它步骤。
另外，计算机系统130可以此项技术中已知的任何方式通信地耦合到x射线照射源110、射束整形狭缝112及113、聚焦光学器件致动器系统115、样品定位系统140及检测器119。举例来说，一或多个计算系统130可耦合到分别与x射线照射源110、射束整形狭缝112及113、聚焦光学器件致动器系统115、样品定位系统140及检测器119相关联的计算系统。在另一实例中，x射线照射源110、射束整形狭缝112及113、聚焦光学器件致动器系统115、样品定位系统140及检测器119中的任一者可直接由耦合到计算机系统130的单个计算机系统控制。
计算机系统130可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体从系统的子系统(例如，x射线照射源110、射束整形狭缝112及113、聚焦光学器件致动器系统115、样品定位系统140、检测器119等等)接收及/或获取数据或信息。以此方式，传输媒体可用作计算机系统130与系统100的其它子系统之间的数据链路。
度量系统100的计算机系统130可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体从其它系统接收及/或获取数据或信息(例如，测量结果、建模输入、建模结果等)。以此方式，传输媒体可用作计算机系统130与其它系统(例如，存储器板上度量系统100、外部存储器或外部系统)之间的数据链路。举例来说，计算系统130可经配置以经由数据链路从存储媒体(即，存储器132或190)接收测量数据(例如，信号135)。举例来说，使用检测器119获得的光谱结果可存储于永久或半永久存储器装置(例如，存储器132或190)中。就此来说，测量结果可从板上存储器或从外部存储器系统导入。此外，计算机系统130可经由传输媒体将数据发送到其它系统。举例来说，由计算机系统130确定的样品参数值186可存储于永久或半永久存储器装置(例如，存储器190)中。就此来说，测量结果可导出到另一系统。
计算系统130可包含但不限于个人计算机系统、大型计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或此项技术中已知的任何其它装置。一般来说，术语“计算系统”可广义地定义为囊括具有执行来自存储器媒体的指令的一或多个处理器的任何装置。
实施例如本文中所描述的那些方法的方法的程序指令134可经由传输媒体(例如导线、电缆或无线传输链路)传输。举例来说，如图1中所图解说明，存储于存储器132中的程序指令经由总线133传输到处理器131。程序指令134存储于计算机可读媒体(例如，存储器132)中。示范性计算机可读取媒体包含只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘，或磁带。
图7图解说明适合用于由本发明的度量系统100及200实施的方法200。在一个方面中，应认识到，可经由由计算系统130的一或多个处理器执行的预编程算法执行方法200的数据处理框。尽管在度量系统100及200的上下文中呈现以下描述，但在本文中应认识到，度量系统100及200的特定结构方面不表示限制且应仅解释为说明性的。
在框201中，由x射线照射源产生一定量的软x射线辐射。所述软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射波长。
在框202中，将所述量的软x射线辐射作为以介于5度与20度之间的标称掠入射角入射于半导体晶片上的x射线照射射束而聚焦到半导体晶片上。
在框203中，由RSAX度量系统的检测器检测响应于入射x射线照射射束而从半导体晶片散射的一定量的x射线辐射。
在框204中，基于所检测量的x射线辐射而确定表征安置于半导体晶片上的结构的所关注参数的值。
在一些实施例中，将如本文中所描述的散射测量实施为制作工艺工具的一部分。制作工艺工具的实例包含但不限于光刻曝光工具、膜沉积工具、植入工具及蚀刻工具。以此方式，使用RSAXS分析的结果来控制制作工艺。在一个实例中，将从一或多个目标收集的RSAXS测量数据发送到制作工艺工具。如本文中所描述而分析RSAXS测量数据且使用结果来调整制作工艺工具的操作以减少在制造半导体结构时出现的误差。
可使用如本文中所描述的散射测量来确定各种半导体结构的特性。示范性结构包含但不限于FinFET、低维结构(例如纳米线或石墨烯)、小于10nm的结构、光刻结构、贯穿衬底通孔(TSV)、存储器结构(例如DRAM、DRAM 4F2、FLASH、MRAM)及高纵横比存储器结构。示范性结构特性包含但不限于几何参数(例如线边缘粗糙度、线宽度粗糙度、孔大小、孔密度、侧壁角度、轮廓、临界尺寸、节距、厚度、叠盖)及材料参数(例如电子密度、组合物、颗粒结构、形态、应力、应变及元素识别)。在一些实施例中，度量目标为周期性结构。在一些其它实施例中，度量目标为非周期性的。
在一些实例中，用如本文中所描述的RSAXS测量系统执行高纵横比半导体结构的临界尺寸、厚度、叠盖及材料性质的测量，所述高纵横比半导体结构包含但不限于自旋扭矩随机存取存储器(STT-RAM)、三维NAND存储器(3D-NAND)或垂直NAND存储器(V-NAND)、动态随机存取存储器(DRAM)、三维快闪存储器(3D-FLASH)、电阻式随机存取存储器(Re-RAM)及相变随机存取存储器(PC-RAM)。
如本文中所描述，术语“临界尺寸”包含结构的任何临界尺寸(例如，底部临界尺寸、中间临界尺寸、顶部临界尺寸、侧壁角度、光栅高度等)、任何两个或多于两个结构之间的临界尺寸(例如，两个结构之间的距离)及两个或多于两个结构之间的位移(例如，叠盖光栅结构之间的叠盖位移等)。结构可包含三维结构、经图案化结构、叠盖结构等。
如本文中所描述，术语“临界尺寸应用”或“临界尺寸测量应用”包含任何临界尺寸测量。
如本文中所描述，术语“度量系统”包含至少部分地用以表征任何方面(包含临界尺寸应用及叠盖度量应用)中的样品的任何系统。然而，此类技术术语并不限制如本文中所描述的术语“度量系统”的范围。另外，本文中所描述的度量系统可经配置以用于测量经图案化晶片及/或未图案化晶片。度量系统可被配置为LED检验工具、边缘检验工具、背面检验工具、宏观检验工具或多模式检验工具(涉及同时来自一或多个平台的数据)，以及受益于本文中所描述的测量技术的任何其它度量或检验工具。
本文中描述可用于处理样品的半导体处理系统(例如，检验系统或光刻系统)的各种实施例。术语“样品”在本文中用于指晶片、光罩或可通过此项技术中已知的手段处理(例如，印刷或检验缺陷)的任何其它样本。
如本文中所使用，术语“晶片”一般指由半导体或非半导体材料形成的衬底。实例包含但不限于单晶硅、砷化镓及磷化铟。此类衬底通常可存在于半导体制作设施中及/或在其中处理。在一些情形中，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。替代地，晶片可包含形成于衬底上的不同材料的一或多个层。形成于晶片上的一或多个层可为“经图案化”或“未图案化”的。举例来说，晶片可包含具有可重复图案特征的多个裸片。
“光罩”可为在光罩制作工艺的任何阶段处的光罩或者可或可不释放以供在半导体制作设施中使用的完成光罩。光罩或“掩模”一般定义为具有在其上形成且配置成图案的大体上不透明区域的大体上透明衬底。衬底可包含(举例来说)例如非晶SiO2的玻璃材料。光罩可在光刻工艺的曝光步骤期间安置于抗蚀剂覆盖的晶片上面，使得可将所述光罩上的图案转印到所述抗蚀剂。
形成于晶片上的一或多个层可为经图案化或未图案化的。举例来说，晶片可包含各自具有可重复图案特征的多个裸片。此类材料层的形成及处理可最终产生完成装置。可在晶片上形成许多不同类型的装置，且如本文中所使用的术语晶片打算囊括其上制作有此项技术中已知的任何类型的装置的晶片。
在一或多个示范性实施例中，所描述的功能可以硬件、软件、固件或其任何组合实施。如果以软件实施，那么所述功能可作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或者经由计算机可读媒体传输。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及通信媒体两者，包含促进将计算机程序从一个地方传送到另一地方的任何媒体。存储媒体可为可由通用或专用计算机存取的任何可用媒体。通过实例而非限制方式，此类计算机可读媒体可包括：RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置或者可用于以指令或数据结构的形式载运或存储所要程序代码构件且可由通用或专用计算机或者通用或专用处理器存取的任何其它媒体。而且，可将任何连接恰当地称为计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)或无线技术(例如红外、无线电及微波)从网站、服务器或其它远程源传输软件，那么所述同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(例如红外、无线电及微波)均包含于媒体的定义内。如本文中所使用，磁盘及盘片包含光盘(CD)、激光盘片、XRF盘片、数字多功能盘片(DVD)、软磁盘及蓝光盘片，其中磁盘通常以磁性方式复制数据而盘片借助激光以光学方式复制数据。上文的组合还应包含于计算机可读取媒体的范围内。
虽然在上文中出于指导性目的而描述了一些特定实施例，但本专利文件的教示内容具有一般适用性且不限于上文所描述的特定实施例。因此，可在不背离如权利要求书中所陈述的本发明的范围的情况下实践对所描述的实施例的各种特征的各种修改、变更及组合。

Claims (27)

1.一种度量系统，其包括：
x射线照射源，其经配置以产生包含在从80电子伏特到3,000电子伏特的光子能量范围内的多个照射波长的一定量的软x射线辐射；
一或多个x射线照射光学元件，其安置于所述x射线照射源与半导体晶片之间的照射光学路径中，其中所述一或多个x射线照射光学元件将所述量的软x射线辐射作为以介于5度与20度之间的标称掠入射角入射于所述半导体晶片上的x射线照射射束而聚焦到所述半导体晶片上；
x射线检测器，其经配置以检测响应于所述入射x射线照射射束而从所述半导体晶片散射的一定量的x射线辐射；及
计算系统，其经配置以基于所述所检测量的x射线辐射而确定表征安置于所述半导体晶片上的结构的所关注参数的值。
2.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述一或多个x射线照射光学元件同时将所述量的软x射线辐射作为以多个入射角、多个波长及多个方位角入射于所述半导体晶片上的x射线照射射束而聚焦到所述半导体晶片上。
3.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述一或多个x射线照射光学元件选择所述多个照射波长的子集且将所述多个波长的所述选定子集作为入射于所述半导体晶片上的x射线照射射束而聚焦到所述半导体晶片上。
4.根据权利要求3所述的度量系统，其中所述一或多个x射线照射光学元件同时以多个入射角及多个方位角将所述多个波长的所述选定子集聚焦到所述半导体晶片上。
5.根据权利要求3所述的度量系统，其中所述一或多个x射线照射光学元件为选择所述多个照射波长的所述子集的渐变式多层光学元件。
6.根据权利要求5所述的度量系统，所述一或多个x射线照射光学元件为布置成环形配置的椭圆形光学元件，所述环形配置聚焦以多个入射角及多个方位角入射于所述半导体晶片上的所述x射线照射射束。
7.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述一或多个x射线照射光学元件将所述量的软x射线辐射聚焦到安置于所述半导体晶片上的度量目标上，其中所述度量目标包含标称周期性单位单元的阵列，其中在所述标称周期性阵列内的经编程或随机位置处对所述阵列的一或多个单元进行删除、位移或结构上修改。
8.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述所关注参数为叠盖误差、临界尺寸及边缘放置误差中的任一者。
9.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述x射线照射源的源区由10微米或更小的横向尺寸表征。
10.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述一或多个x射线照射光学元件以0.2或更小的倍率因子将所述量的软x射线辐射聚焦到所述半导体晶片上。
11.根据权利要求1所述的度量系统，其进一步包括：
第一真空室，其包围所述x射线照射源与所述半导体晶片之间的照射光学路径的显著部分。
12.根据权利要求1所述的度量系统，其进一步包括：
第一真空室，其包围所述半导体晶片与所述x射线检测器之间的收集射束路径的显著部分。
13.根据权利要求1所述的度量系统，其进一步包括：
样品定位系统，其经配置以相对于所述x射线照射射束定位样品，使得所述x射线照射射束在所述样品的表面上的任一位置处入射于所述样品的所述表面上，且使所述样品围绕旋转轴线相对于所述x射线照射射束旋转，使得所述x射线照射射束以多个入射角在任一位置处入射于所述样品的所述表面上，并且使所述样品围绕方位旋转轴线旋转，使得所述x射线照射射束以多个方位角在任一位置处入射于所述样品的所述表面上。
14.一种方法，其包括：
产生包含在从80电子伏特到3,000电子伏特的光子能量范围内的多个照射波长的一定量的软x射线辐射；
将所述量的软x射线辐射作为以介于5度与20度之间的标称掠入射角入射于半导体晶片上的x射线照射射束而聚焦到所述半导体晶片上；
检测响应于所述入射x射线照射射束而从所述半导体晶片散射的一定量的x射线辐射；及
基于所述所检测量的x射线辐射而确定表征安置于所述半导体晶片上的结构的所关注参数的值。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：
同时将所述量的软x射线辐射作为以多个入射角、多个波长及多个方位角入射于所述半导体晶片上的x射线照射射束而聚焦到所述半导体晶片上。
16.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：
选择所述多个照射波长的子集且将所述多个波长的所述选定子集聚焦到所述半导体晶片上。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括：
同时以多个入射角及多个方位角将所述多个波长的所述选定子集聚焦到所述半导体晶片上。
18.根据权利要求14所述的方法，其中将所述量的软x射线辐射聚焦到安置于所述半导体晶片上的度量目标上，其中所述度量目标包含标称周期性单位单元的阵列，其中在所述标称周期性阵列内的经编程或随机位置处对所述阵列的一或多个单元进行删除、位移或结构上修改。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述所关注参数为叠盖误差、临界尺寸及边缘放置误差中的任一者。
20.一种度量系统，其包括：
x射线照射源，其经配置以产生包含在从80电子伏特到3,000电子伏特的光子能量范围内的多个照射波长的一定量的软x射线辐射；
一或多个x射线照射光学元件，其安置于所述x射线照射源与半导体晶片之间的照射光学路径中，其中所述一或多个x射线照射光学元件将所述量的软x射线辐射作为以介于5度与20度之间的标称掠入射角入射于安置在所述半导体晶片上的度量目标上的x射线照射射束而聚焦到所述度量目标上，其中所述度量目标包含标称周期性单位单元的阵列，其中在所述单位单元中的每一者内的经编程或随机位置处删除每一标称周期性单位单元的一或多个结构元件；
x射线检测器，其经配置以检测响应于所述入射x射线照射射束而从所述半导体晶片散射的一定量的x射线辐射；及
计算系统，其经配置以基于所述所检测量的x射线辐射而确定表征安置于所述半导体晶片上的结构的所关注参数的值。
21.根据权利要求20所述的度量系统，其中所述一或多个x射线照射光学元件同时将所述量的软x射线辐射作为以多个入射角、多个波长及多个方位角入射于所述度量目标上的x射线照射射束而聚焦到所述度量目标上。
22.根据权利要求20所述的度量系统，其中所述一或多个x射线照射光学元件选择所述多个照射波长的子集且将所述多个波长的所述选定子集聚焦到所述度量目标上。
23.根据权利要求22所述的度量系统，其中所述一或多个x射线照射光学元件同时以多个入射角及多个方位角将所述多个波长的所述选定子集聚焦到所述半导体晶片上。
24.根据权利要求22所述的度量系统，其中所述一或多个x射线照射光学元件为选择所述多个照射波长的所述子集的渐变式多层光学元件。
25.根据权利要求24所述的度量系统，所述一或多个x射线照射光学元件为布置成环形配置的椭圆形光学元件，所述环形配置聚焦以多个入射角及多个方位角入射于所述半导体晶片上的所述x射线照射射束。
26.根据权利要求20所述的度量系统，其中所述x射线照射源的源区由10微米或更小的横向尺寸表征。
27.根据权利要求20所述的度量系统，其中所述一或多个x射线照射光学元件以0.2或更小的倍率因子将所述量的软x射线辐射聚焦到所述半导体晶片上。
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