CN111566472A - 用于组合的x射线反射测量术与光电子光谱术的系统及方法 - Google Patents

用于组合的x射线反射测量术与光电子光谱术的系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111566472A
CN111566472A CN201980007193.4A CN201980007193A CN111566472A CN 111566472 A CN111566472 A CN 111566472A CN 201980007193 A CN201980007193 A CN 201980007193A CN 111566472 A CN111566472 A CN 111566472A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ray
xps
xrr
sample
amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980007193.4A
Other languages
English (en)
Inventor
A·舒杰葛洛夫
A·库兹涅佐夫
O·可哈达金
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KLA Corp
Original Assignee
KLA Tencor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KLA Tencor Corp filed Critical KLA Tencor Corp
Publication of CN111566472A publication Critical patent/CN111566472A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/223—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by irradiating the sample with X-rays or gamma-rays and by measuring X-ray fluorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/20008—Constructional details of analysers, e.g. characterised by X-ray source, detector or optical system; Accessories therefor; Preparing specimens therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G01B15/02—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G01B15/08—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/46—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters
    • G01J3/50—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters using electric radiation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • G01N23/083—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the radiation being X-rays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/207—Diffractometry using detectors, e.g. using a probe in a central position and one or more displaceable detectors in circumferential positions
    • G01N23/2076—Diffractometry using detectors, e.g. using a probe in a central position and one or more displaceable detectors in circumferential positions for spectrometry, i.e. using an analysing crystal, e.g. for measuring X-ray fluorescence spectrum of a sample with wavelength-dispersion, i.e. WDXFS
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/227—Measuring photoelectric effect, e.g. photoelectron emission microscopy [PEEM]
    • G01N23/2273—Measuring photoelectron spectrum, e.g. electron spectroscopy for chemical analysis [ESCA] or X-ray photoelectron spectroscopy [XPS]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0977—Reflective elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
    • H05G1/30—Controlling
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/56—Measuring geometric parameters of semiconductor structures, e.g. profile, critical dimensions or trench depth

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

本文中呈现用于基于组合x射线反射测量术XRR及x射线光电子光谱术XPS测量半导体结构的结构及材料特性的方法及系统。组合XRR及XPS系统包含由XRI测量子系统及XPS测量子系统两者共享的x射线照明源及x射线照明光学器件。此通过同时收集来自晶片的相同区域的XRR测量数据及XPS测量数据而增加处理量及测量精确性。组合XRR及XPS系统通过采用XRR测量数据以改进由所述XPS子系统执行的测量而改进测量精确性且反之亦然。另外，组合XRR及XPS系统实现XRR测量数据及XPS测量数据两者的同时分析以更精确地估计一或多个所关注参数的值。在进一步方面中，独立地控制测量点大小、光子通量、射束形状、射束直径及照明能量中的任一者。

Description

用于组合的X射线反射测量术与光电子光谱术的系统及方法
相关申请案的交叉参考
本专利申请案根据35U.S.C.§119规定主张在2018年1月6日申请的序列号为62/614,399的美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的标的物的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
所描述实施例涉及x射线计量系统及方法，且更特定来说，涉及用于改进测量精确性的方法及系统。
背景技术
通常通过应用到样品的一系列处理步骤制造半导体装置(例如逻辑及存储器装置)。通过这些处理步骤形成半导体装置的各种特征及多个结构层级。例如，光刻术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在单个半导体晶片上且接着分离成个别半导体装置。
在半导体制造工艺期间的各个步骤使用计量过程来检测晶片上的缺陷以促进更高良率。通常使用数种基于计量的技术(包含散射测量术与反射测量术实施方案以及相关联的分析算法)来特性化纳米级结构的临界尺寸、膜厚度、组合物及其它参数。
传统上，对由薄膜及/或重复周期性结构组成的目标执行光学散射测量术临界尺寸测量。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)迈向更小纳米级尺寸，特性化变得更加困难。并入复杂三维几何形状及具有多种物理性质的材料的装置造成特性化困难。
关于纳米结构的材料组合物及形状的精确信息在前沿、前端半导体制造设施的过程开发环境中是有限的。基于光学散射测量术的计量系统依靠精确几何及分散模型来避免测量偏差。凭借先验可得的纳米结构的材料组合物及形状的有限知识，测量配方开发及验证是缓慢且乏味的过程。例如，使用横截面透射电子显微镜(TEM)图像来引导光学散射测量术模型开发，但TEM成像是缓慢且破坏性的。
利用红外线到可见光的散射测量光学计量工具测量来自亚波长结构的零级衍射信号。随着装置临界尺寸不断缩小，散射测量光学计量敏感度及能力减小。此外，当受测量结构中存在吸收材料时，照明光在光学区域中的穿透及散射(例如，0.5到10ev)限制常规光学计量系统的实用性。
类似地，基于电子束的计量系统归因于照明、反向散射及二次发射电子的吸收及散射而难以穿透半导体结构。
原子力显微镜(AFM)及扫描隧穿显微镜(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，这使这些技术在大批量制造(HVM)设置中是不切实际的。
扫描电子显微镜(SEM)实现中间分辨率水平，但无法穿透结构到足够深度。因此，未良好地特性化高高宽比孔。另外，样品所需的充电对成像性能具有不利影响。
采用硬X射线能级(>15keV)的光子的透射小角度x射线散射测量术(T-SAXS)系统已展示出有希望解决挑战性测量应用。然而，硬x射线从浅层结构(例如，逻辑计量应用)的散射是弱的，这严重限制了可实现的测量分辨率及处理量。因而，T-SAXS尚未展示为HVM环境中的逻辑计量应用的可行选项。
x射线反射计(XRR)测量系统提供通过利用x射线照明而非光学照明来减小基于光学散射测量术的计量系统的一些限制的机会。通常采用XRR测量系统来估计所关注几何参数。然而，XRR系统依靠精确材料信息来避免测量偏差。凭借先验可得的纳米结构的材料组合物的有限知识，测量精确性是有限的。
通常采用x射线光电子光谱术(XPS)系统来测量材料的化学性质(例如化学组合物)。然而，包括薄膜或光栅结构的材料的化学性质的XPS测量与材料几何形状关联。由于未先验地精确知道材料几何形状，所以所得化学组合物测量经受较差精确性。
总的来说，需要具有针对低高宽比结构的测量能力及与划线道目标兼容的照明束点大小的尺寸计量系统。在一个实例中，需要开发及验证计量系统的测量配方且在不具有大量现有尺寸及材料组合物信息的情况下在大批量制造(HVM)环境中操作计量系统。
发明内容
呈现用于用组合x射线反射测量术(XRR)及x射线光电子光谱术(XPS)测量系统测量半导体结构的结构及材料特性的方法及系统。
在一个方面中，组合XRR及XPS系统包含由所述XRR测量子系统及所述XPS测量子系统两者共享的x射线照明源及x射线照明光学器件。组合XRR及XPS系统通过照明晶片的相同区域且同时收集XRR测量数据及XPS测量数据而增加处理量及测量精确性。
一般来说，组合XRR及XPS系统通过采用XRR测量数据来改进由所述XPS子系统执行的测量且反之亦然而改进测量精确性。在一些实施例中，组合XRR及XPS系统同时照明相同目标。另外，组合XRR及XPS系统实现XRR测量数据及XPS测量数据两者的同时分析以更精确地估计一或多个所关注参数的值。与由单独XRR系统及XPS系统对计量目标进行单独测量相比，由组合XRR及XPS系统对所述计量目标进行同时XRR及XPS测量增加测量处理量。此外，由组合XRR及XPS系统对计量目标进行同时XRR及XPS测量避免在由单独XRR系统及XPS系统执行所述计量目标的单独测量时发生的目标定位误差。
在一些实施例中，所述XRR测量子系统经配置为在半导体材料的临界反射角附近操作的掠入射小角度x射线散射测量术(GI-SAXS)系统。在一些其它实施例中，所述XRR测量子系统经配置为反射小角度x射线散射计(RSAXS)。在一些实施例中，用软x射线(SXR)区域(即，80到3000eV)中的x射线辐射以5度到20度范围中的掠入射角执行RSAXS测量。这些相对大掠射角实现到受测量结构中的较深穿透及较小测量点大小(例如，小于50微米)。在一些实施例中，用小射束点大小在波长、入射角及方位角范围内执行半导体晶片的RSAXS测量。
在一个方面中，所述x射线照明源的源区域的特征在于小于20微米的横向尺寸。在一些实施例中，所述源区域的特征在于10微米或更小的横向尺寸。小源大小实现用高亮度照明样品上的小目标区域，因此改进测量精度、精确性及处理量。
在进一步方面中，所述x射线照明源可在宽x射线光子能量范围内调谐以控制XRR测量的x射线穿透深度且控制XPS测量的光电子体积产生。
在进一步方面中，一或多个x射线光学元件定位于照明路径中以针对每一测量独立地控制测量点大小、光子通量、射束形状、射束直径、照明能量或其任何组合。类似地，在一些实施例中，一或多个x射线光学元件定位于收集路径中以针对每一测量独立地控制测量点大小、光子通量、射束形状、射束直径、所收集光子能量或其任何组合。在一些实施例中，一或多个射束阻挡元件定位于所述收集路径中以阻挡一或多个衍射级。在一些实施例中，电子阻挡元件定位于所述收集路径中以防止电子到达x射线检测器。
在另一进一步方面中，所述组合XRR及XPS计量系统的所述XPS子系统维持在低真空环境(例如，小于100毫巴)中而非高真空环境。
在又另一方面中，通过识别在数学上循序或并行使用从XRR及XPS测量导出的数据集解析的共享模型参数而改进用XRR技术及XPS技术中的任一者或两者测量的参数的精度及精确性。
前文是发明内容且因此必需含有细节的简化、概括及省略；因此，所属领域的技术人员将了解发明内容仅是阐释性的且绝不限制。本文中描述的装置及/或过程的其它方面、发明特征及优点将在本文中阐述的非限制性详细描述中变得显而易见。
附图说明
图1是说明在至少一个新颖方面中用于测量样品的特性的组合x射线反射测量术(XRR)及x射线光电子光谱术(XPS)计量工具100的实施例的简化图。
图2是说明包含以分段环形配置围衍射束轴A安置的四个镜元件的聚焦光学器件的端视图的简化图。
图3描绘以通过入射角θ及方位角φ描述的特定定向入射于晶片上的x射线照明束。
图4是说明在至少一个新颖方面中用于测量样品的特性的组合x射线反射测量术(XRR)及x射线光电子光谱术(XPS)计量工具200的另一实施例的简化图。
图5是说明示范性模型建立及分析引擎的简化图。
图6是根据本文中描述的方法执行半导体晶片的组合XRR及XPS测量的方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的背景实例及一些实施例，其实例在附图中加以说明。
呈现用于用组合x射线反射测量术(XRR)及x射线光电子光谱术(XPS)测量系统测量与不同半导体制造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。
在一个方面中，组合XRR及XPS系统包含由XRR测量子系统及XPS测量子系统两者共享的X射线照明源及X射线照明光学器件。共享共同X射线照明源及X射线照明光学器件减小系统复杂性、成本及制造设施中的机器占用面积。另外，组合XRR及XPS系统通过照明晶片的相同区域且同时收集XRR测量数据及XPS测量数据而增加处理量及测量精确性。
一般来说，组合XRR及XPS系统通过采用XRR测量数据来改进由XPS子系统执行的测量而改进测量精确性且反之亦然。另外，组合XRR及XPS系统实现XRR测量数据及XPS测量数据两者的同时分析以更精确地估计一或多个所关注参数的值。与由单独XRR系统及XPS系统对计量目标进行单独测量相比，由组合XRR及XPS系统对所述计量目标进行同时XRR及XPS测量增加测量处理量。此外，由组合XRR及XPS系统对计量目标进行同时XRR及XPS测量避免在由单独XRR系统及XPS系统执行所述计量目标的单独测量时发生的目标定位误差。
一般来说，组合XRR及XPS计量系统的XRR测量子系统是任何合适的基于x射线的计量工具，其照明且收集来自样品(例如，半导体晶片)的相同侧的x射线光子及光电子。所收集x射线光子响应于x射线照明而从样品散射、衍射、折射、镜面反射或其任何组合。
在一些实施例中，XRR测量子系统经配置为掠入射小角度x射线散射测量术(GI-SAXS)系统，其在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的光子能量附近操作以最大化衍射强度。GI-SAXS测量的表面敏感度是极好的，但高高宽比结构的穿透归因于渐逝场行为而是非常有限的。另外，投射到晶片上的照明束点大小通常是大的(例如，大于1mm)。因此，通常需要大的专用计量目标来执行GI-SAXS测量。
在一些其它实施例中，XRR测量子系统经配置为反射小角度x射线散射计(RSAXS)。在一些实施例中，用软x射线(SXR)区域(即，80到3000eV)中的x射线辐射以5度到20度范围中的掠入射角执行RSAXS测量。这些相对大掠射角实现到受测量结构中的较深穿透及较小测量点大小(例如，小于50微米)。特定测量应用的掠射角经选择以实现到受测量结构中的所要穿透且用小射束点大小最大化测量信息含量。在一些实施例中，用小射束点大小(例如，跨有效照明点小于50微米)在波长、入射角及方位角范围内执行半导体晶片的RSAXS测量。
图1说明在至少一个新颖方面中用于测量样品的特性的组合XRR及XPS计量系统100的实施例。如图1中展示，计量系统100可用于在通过入射x射线照明束点照明的样品101的测量区域102上方执行XRR测量及XPS测量两者。如图1中描绘，x射线照明束114由X射线照明源110发射且投射到样品101上。通过x射线检测器119收集及检测响应于入射x射线照明束114而反射、衍射、散射的x射线光子。同时，通过电子检测器124收集由x射线照明束114引起的光发射电子121。将指示通过x射线检测器119检测的x射线光子的输出信号135及指示通过电子检测器124检测的光发射电子的输出信号125传达到计算系统130。计算系统130基于输出信号125及135估计一或多个所关注几何参数、所关注材料参数或两者的值。
如图1中描绘的实施例中说明，计量系统100包含x射线照明源110及照明光学器件，其将x射线照明提供到半导体晶片101的测量区域102上方。x射线照明源110经配置以产生适合于XRR测量及XPS测量两者的X射线辐射。
在一些实施例中，x射线照明源110是单色源。在一些实施例中，x射线源包含使x射线源能够以不同可选波长递送x射线辐射的可调谐单色器。在一些实施例中，采用一或多个x射线源以确保x射线源以允许到受测量样品中的充分穿透的波长供应光。
在一些实施例中，x射线照明源110是高亮度多色x射线照明源。在一些实施例中，x射线照明源110经配置以产生在80电子伏特与3000电子伏特之间的范围中的x射线辐射。一般来说，可设想能够按足以实现高处理量线内计量的通量水平产生高亮度软x射线(SXR)的任何合适高亮度x射线照明源以供应用于XRR测量的x射线照明。
在一些实施例中，照明源110是激光器产生等离子体(LPP)光源。在一些这些实施例中，LPP光源包含氙、氪、氩、氖及氮发射材料中的任一者。一般来说，针对谐振SXR区域中的亮度优化合适LPP目标材料的选择。例如，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提供遍及(80到3000eV)的整个SXR区域的高亮度。因而，在期望宽带带SXR照明时，氙是发射材料的良好选择。
还可针对可靠且长寿命光源操作优化LPP目标材料选择。例如氙、氪及氩的稀有气体目标材料是惰性的且可在封闭回路操作中重复使用而需要最少或不需要除污处理。在第15/867,633号美国专利申请案中描述示范性SXR照明源，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
在一些实施例中，照明源110是高谐波产生(HHG)x射线源。在一些其它实施例中，照明源110是增频磁铁(wiggler)/聚频磁铁(undulator)同步加速辐射源(SRS)。在第8,941,336号及第8,749,179号美国专利中描述示范性增频磁铁/聚频磁铁SRS，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
在一些实施例中，x射线照明源110包含经配置以轰击固体或液体目标以刺激x射线辐射的电子束源。在2011年4月19日颁予科磊公司(KLA-Tencor Corp.)的第7,929,667号美国专利中描述用于产生高亮度液体金属x射线照明的方法及系统，所述专利的全部内容以引用的方式并入本文中。
一般来说，x射线照明源110可包含粒子加速器源、液体阳极源、旋转阳极源、固定固体阳极源、微聚焦源、微聚焦旋转阳极源、基于等离子体的源、逆康普顿(Compton)源或其任何组合。在第2016/0249442号美国专利公开案、第2016/0128171号美国专利公开案、第2015/0076359号美国专利公开案、第2015/0008335号美国专利公开案、第2014/0306115号美国专利公开案、及第2014/0246607号美国专利公开案及第62/039,772号美国临时专利申请案中找到合适x射线照明源的额外描述，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
x射线照明源110在具有有限横向尺寸(即，正交于射束轴的非零尺寸)的源区域内产生x射线发射。在一个方面中，照明源110的源区域的特征在于小于20微米的横向尺寸。在一些实施例中，源区域的特征在于10微米或更小的横向尺寸。小源大小实现用高亮度照明样品上的小目标区域，因此改进测量精度、精确性及处理量。
在进一步方面中，x射线照明源110可在宽x射线光子能量范围内调谐。此外，控制由照明源110提供的x射线照明的射束能量(即，波长)以实现XRR测量的所要x射线穿透深度且控制XPS测量的光电子体积产生。以此方式，控制照明源100以增加所关注结构的检测能力。在一些实例中，控制x射线照明源110以用指定能量范围内的光子照明计量目标，此引起来自计量目标的一些材料但非其它材料的光发射。
在一些实施例中，照明源110是LPP光源，其由计算系统130控制以最大化一或多个选定光谱区域中的通量。目标材料处的激光器峰值强度控制等离子体温度及因此所发射辐射的光谱区域。通过调整脉冲能量、脉冲宽度或两者而改变激光器峰值强度。在一个实例中，100微微秒脉冲宽度适合于产生SXR辐射。如图1中描绘，计算系统130将命令信号136传达到照明源110，此导致照明源110调整从照明源110发射的波长的光谱范围。在一个实例中，照明源110是LPP光源，且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。
一般来说，x射线照明光学器件塑形来自x射线照明源110的x射线辐射且将其引导到样品101。在进一步方面中，一或多个x射线光学元件定位于照明路径中以针对每一测量独立地控制测量点大小、光子通量、射束形状、射束直径、照明能量或其任何组合。
在一些实施例中，一或多个聚焦x射线光学器件定位于照明路径中以控制测量点大小。在一些实施例中，一或多个准直x射线光学器件定位于照明路径中以控制测量点大小。
在一些实施例中，一或多个单色x射线光学元件定位于照明路径中。在一些实施例中，一或多个多色x射线光学元件定位于照明路径中。在一些实施例中，一或多个x射线光学元件定位于照明路径中以例如通过滤除非所要照明能量而控制照明能量。
在优选实施例中，宽带带x射线照明源与定位于照明路径中的反射多层x射线光学元件结合被采用以控制到样品101中的穿透。
在一些实施例中，定位于照明路径中的一或多个狭缝控制入射于样品101上的射束形状。在一些实例中，x射线光学器件使用多层x射线光学器件将x射线束准直或聚焦到样品101的测量区域102上到小于1毫弧度发散。
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射线光圈、x射线束光阑、折射x射线光学器件、衍射光学器件(例如波带片)、施瓦兹希尔德(Schwarzschild)光学器件、柯克派屈克-贝茨(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(例如椭圆面镜)、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其任何组合。在第2015/0110249号美国专利公开案中描述进一步细节，所述公开案的全部内容以引用的方式并入本文中。
在所描绘实施例中，计量工具100包含x射线照明源110、聚焦光学器件111、射束发散控制狭缝112及狭缝113。如图1中描绘，聚焦光学器件111将源辐射聚焦到定位于样品101上的计量目标上。有限横向源尺寸导致在目标上通过来自源的边缘的射线116及由射束狭缝112及113提供的任何射束塑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中描绘的实施例中，聚焦光学器件111在椭圆中心处的放大是近似1。因此，投射到样品101的表面上的照明点大小与照明源的大小近似相同，针对归因于标称掠入射角(例如，5度到20度)的射束扩散进行调整。
在进一步方面中，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带，且将选定光以5度到20度范围中的掠入射角聚焦到样品101上。
标称掠入射角G经选择以实现计量目标的所要穿透以最大化信号信息含量，同时保持在计量目标边界内。硬x射线的临界角非常小，但软x射线的临界角显著较大。由于此额外测量灵活性，RSAXS测量更深入地探测到对掠入射角的精确值较不敏感的结构中。
在一些实施例中，聚焦光学器件111包含选择投射到样品101上的所要波长或波长范围的渐变多层。在一些实例中，聚焦光学器件111包含渐变多层结构(例如，层或涂层)，所述渐变多层结构选择一个波长且在入射角范围内将选定波长投射到样品101上。在一些实例中，聚焦光学器件111包含渐变多层结构，所述渐变多层结构选择波长范围且在一个入射角内将选定波长投射到样品101上。在一些实例中，聚焦光学器件111包含渐变多层结构，所述渐变多层结构选择波长范围且在入射角范围内将选定波长投射到样品101上。
渐变多层光学器件优选最小化在单层光栅结构过深时发生的光损耗。一般来说，多层光学器件选择反射波长。选定波长的光谱频宽优化提供到样品101的通量、经测量衍射级中的信息含量且通过检测器处的角度色散及衍射峰值重叠来防止信号降级。另外，采用渐变多层光学器件来控制发散。针对检测器处的通量及最小空间重叠优化每一波长处的角发散。
在一些实例中，渐变多层光学器件选择波长以增强来自特定材料界面或结构尺寸的衍射信号的对比度及信息含量。例如，可选择选定波长以跨越元素特定谐振区域(例如，硅K边缘、氮、氧K边缘等)。另外，在这些实例中，照明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激光器调谐等)。
在一些其它实例中，在测量时可获得较少先前结构信息或无法获得先前结构信息。在这些实例中，选择多个(例如，3个到4个)波长以实现跨吸收边缘的衍射图案的测量。经测量信号在无先前信息的情况下(唯受测量结构的元素组合物除外)使用例如多个波长异常衍射技术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细化参数估计。
在一些实例中，先验未知受测量计量目标的异常散射因子(即，散射性质)。在这些实例中，在多个谐振波长下测量膜多层反射率。布拉格(Bragg)峰值的角度偏离提供足够信息来提取异常散射因子。
在一些实施例中，聚焦光学器件111包含每一具有椭圆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，每一反射不同波长或波长范围的多个(例如，1个到5个)反射光学元件以每一入射角布置。在进一步实施例中，每一反射不同波长或波长范围的多组(例如，2组到5组)反射光学元件以不同入射角布置。在一些实施例中，多组反射光学元件在测量期间同时将照明光投射到样品101上。在一些其它实施例中，多组反射光学元件在测量期间循序将照明光投射到样品101上。在这些实施例中，采用主动快门或光圈来控制投射到样品101上的照明光。
在一些实施例中，聚焦光学器件111将多个波长、方位角及AOI的光聚焦于相同计量目标区域上。图2描绘包含以分段环形配置围衍射束轴A安置的四个镜元件150A到150D的聚焦光学器件150的端视图(即，沿射束轴)。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域上方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)。在一些这些实施例中，每一镜元件是椭圆形且在入射角范围内将照明光投射到样品101。另外，由于镜元件布置成环形配置，所以镜元件在方位角范围内将照明光投射到样品101。尽管图2描绘四个镜元件，然一般来说，聚焦光学器件可包含经布置以将多个波长、方位角及AOI的光聚焦于相同计量目标区域上的任何数目个镜元件。在一些其它实施例中，聚焦光学器件包含嵌套于入射平面中的数个镜元件(即，嵌套沃尔特(wolter)配置)。
在进一步方面中，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相同计量区域上的波长范围、AOI、方位角或其任何组合。如图1中描绘，计算系统130将命令信号传达到致动器系统115，此导致致动器系统115调整聚焦光学器件111的光学元件中的一或多者的位置、对准或两者以实现投射到样品101上的所要波长范围、AOI、方位角或其任何组合。
一般来说，针对每一波长选择入射角以优化照明光的穿透及受测量计量目标对照明光的吸收。在许多实例中，测量多层结构且选择入射角以最大化与所要关注层相关联的信号信息。在重叠计量的实例中，波长及入射角经选择以最大化由来自先前层及当前层的散射之间的干涉所导致的信号信息。另外，方位角还经选择以优化信号信息含量。另外，方位角经选择以确保检测器处的衍射峰值的角距。
在进一步方面中，组合XRR及XPS计量系统(例如，计量系统100)包含一或多个射束狭缝或光圈以塑形入射于样品101上的照明束114且选择性地阻挡原本将照明受测量计量目标的照明光的一部分。一或多个射束狭缝界定射束大小及形状，使得x射线照明点匹配于受测量计量目标的区域内。另外，一或多个射束狭缝界定照明束发散以最小化检测器上的衍射级重叠。
在另一进一步方面中，组合XRR及XPS计量系统(例如，计量系统100)包含一或多个射束狭缝或光圈以选择同时照明受测量计量目标的一组照明波长。在一些实施例中，包含多个波长的照明同时入射于受测量计量目标上。在这些实施例中，一或多个狭缝经配置以使包含多个照明波长的照明通过。一般来说，受测量计量目标的同时照明优选增加信号信息及处理量。然而，实际上，检测器处的衍射级重叠限制照明波长范围。在一些实施例中，一或多个狭缝经配置以使不同照明波长循序通过。在一些实例中，以较大角发散的循序照明提供较高处理量，这是因为当射束发散较大时，循序照明的信噪比可高于同时照明。当循序执行测量时，衍射级重叠的问题不成问题。此增加测量灵活性且改进信噪比。
图1描绘定位于聚焦光学器件111与射束塑形狭缝113之间的射束路径中的射束发散控制狭缝112。射束发散控制狭缝112限制提供到受测量样品的照明的发散。射束塑形狭缝113定位于射束发散控制狭缝112与样品101之间的射束路径中。射束塑形狭缝113进一步塑形入射束114且选择入射束114的照明波长。射束塑形狭缝113紧接在样品101之前定位于射束路径中。在一个方面中，射束塑形狭缝113的狭缝经定位为紧密接近于样品101以最小化归因于由有限源大小界定的射束发散的入射束点大小的扩大。
在一些实施例中，射束塑形狭缝113包含多个独立致动的射束塑形狭缝。在一个实施例中，射束塑形狭缝113包含四个独立致动的射束塑形狭缝。这四个射束塑形狭缝有效地阻挡传入射束的一部分且产生具有盒状照明横截面的照明束114。
射束塑形狭缝113的狭缝由最小化散射且有效地阻挡入射辐射的材料建构。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分裂而非锯切狭缝材料以最小化跨结构边界的散射。另外，狭缝相对于传入射束定向，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小散射量。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用于完全阻挡狭缝的一个侧上的x射线束。
一般来说，x射线收集光学器件将来自样品101的x射线辐射收集、塑形且引导到x射线检测器119。在进一步方面中，一或多个x射线光学元件定位于收集路径中以针对每一测量独立地控制测量点大小、光子通量、射束形状、射束直径、所收集光子能量或其任何组合。一般来说，x射线收集路径可包含上文中参考照明路径描述的元件的任何组合。
在一些实施例中，一或多个射束阻挡元件定位于收集路径中以阻挡一或多个衍射级。在一些实施例中，采用射束阻挡元件来阻挡0级反射。示范性射束阻挡元件包含狭缝、金属射束光阑等。
在一些实施例中，电子阻挡元件定位于收集路径中以防止电子到达x射线检测器119或x射线收集路径中的其它x射线光学元件。电子射束阻挡元件对x射线光子透明或半透明以最小化对所收集x射线光子的扰动。在一些实施例中，电子阻挡元件与x射线检测器119集成。
x射线检测器119响应于入射照明束114而收集来自样品101的x射线辐射118且根据XRR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，同时样品定位系统140使样品101定位及定向以产生角度分辨的经散射x射线。
在一些实施例中，组合XRR及XPS计量系统100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CCD阵列、微通道板、光电二极管阵列、微带比例计数器、充气比例计数器、闪烁器或荧光材料中的任一者。
以此方式，除像素位置及计数数目以外，还通过能量辨别检测器内的X射线光子相互作用。在一些实施例中，通过比较X射线光子相互作用的能量与预定上阈值及预定下阈值而辨别X射线光子相互作用。在一个实施例中，经由输出信号135将此信息传达到计算系统130以供进一步处理及存储。
归因于衍射中的角度色散，在检测器平面处分离用多个照明波长同时照明周期性目标所导致的衍射图案。在这些实施例中，采用积分检测器。使用区域检测器(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。针对布拉格峰值积分优化角度取样。如果采用像素级模型拟合，那么针对信号信息含量优化角度取样。取样率经选择以防止零级信号的饱和。
一般来说，电子收集光学器件沿电子收集路径将来自样品101的光发射电子收集、塑形且引导到电子检测器124。在一些实施例中，电子收集路径包含控制电子束的一或多个电子光学元件。
在一些实施例中，一或多个磁场屏蔽元件定位于电子收集路径处或其附近以最小化归因于外部磁场对电子从样品101到电子检测器124的流动的干扰。
在一些实施例中，一或多个电子分析器定位于电子束路径中以根据能量对光发射电子进行分类。在一些这些实施例中，一或多个电子分析器滤除具有非所要电子能量的电子。在一些实施例中，一或多个电子分析器包含柱面镜分析器(CMA)、圆柱形扇区分析器(CSA)、半球形扇区分析器(HSA)、减速场分析器(RFA)或其组合。
在图1中描绘的实施例中，光发射电子121由电子收集光学器件122收集且聚焦到分析器123上。在一个实例中，分析器123是包含沿单个轴的磁场及静电场的半球形分析器。这使电子相对于沿一个轴的能量分散，且不使电子相对于沿另一轴的能量分散。在样品定位系统140使样品101定位及定向时，由检测器124检测所得电子场。通过非限制性实例，检测器124可为固态检测器、微通道板或耦合到电荷耦合装置(CCD)的磷光体。在一些实例中，检测器124是结合如上文描述的半球形分析器采用的二维检测器。在这些实施例中，检测器124能够解析沿一个轴的一或多个电子能量且针对每一光学能量分量产生指示样品的性质的信号。另外，二维检测器能够解析所收集电子场沿另一轴的空间分布。所得空间分布还指示样品的性质。
以此方式，检测器124收集从样品101发射的光电子121且根据XPS测量模态产生指示对入射光电子敏感的样品101的性质的输出信号125。
一般来说，可采用任何合适电子检测器来检测来自样品101的光发射电子。在一些实施例中，电子检测器124同时测量从样品101逸出的电子的动能及数目。通过非限制性实例，电子检测器124可包含电子倍增器、甬道、通道板等。在一些实施例中，电子检测器124是能够获取高分辨率XPS信号的高分辨率检测器。
在一些实施例中，电子检测器124定位于由x射线照明光114及x射线收集光118的射束形成的x射线测量平面中。在一些其它实施例中，电子检测器124定位于x射线测量平面外部。
在一些实例中，可期望以大波长范围、入射角及方位角执行组合XRR及XPS测量以增加经测量参数值的精度及精确性。此方法通过扩展可用于分析的数据集的数目及多样性而减少参数之间的相关性。
收集依据照明波长及相对于晶片表面法线的x射线入射角而变化的衍射辐射的强度的XRR测量。在多个衍射级中含有的信息在所考量的每一模型参数之间通常是独特的。因此，x射线散射产生具有小误差及减小的参数相关性的所关注参数的值的估计结果。
另外，角度分辨XPS测量实现角度分辨光发射光谱术(ARPES)的数据收集。角度分辨XPS信号从XPS系统提取额外信息且扩大可由XPS测量分辨的所关注参数的空间。在一个实例中，通过使样本倾斜而实现依据深度而变化的材料性质的XPS测量。在一些实施例中，采用能够具有大倾斜角的晶片载物台140来定位样品101以进行角度分辨XPS测量。在一些实施例中，电子检测器124及相关联电子收集光学器件经配置以选择性地以不同角度相对于样品101定位以进行角度分辨XPS测量。在一些这些实施例中，x射线源110及相关联照明光学器件还经配置以选择性地相对于样品101定位以实现以不同入射角的角度分辨XPS测量。在一些实施例中，采用每一相对于样品101以不同角度定位的多个电子检测器124来实现角度分辨XPS测量。
通过半导体晶片101相对于x射线照明束114的任何两个角度旋转来描述照明x射线束114相对于晶片101的表面法线的每一定向，或反之亦然。在一个实例中，可关于固定到晶片的坐标系统描述定向。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射线照明束114。坐标是XYZ经固定到计量系统(例如，照明束116)且坐标是X’Y’Z’经固定到晶片101。Y轴与晶片101的表面平面内对准。X及Z未与晶片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’在与晶片101的表面对准的平面中。如图3中描绘，x射线照明束114与Z轴对准且因此位于XZ平面内。入射角θ描述x射线照明束114相对于XZ平面中的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一起独有地界定x射线照明束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)的旋转来描述x射线照明束相对于晶片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来描述x射线照明束相对于晶片101的表面的定向。
在一个方面中，计量工具100包含晶片卡盘103，所述晶片卡盘103固定地支撑晶片101且耦合到样品定位系统140。样品定位系统140经配置以相对于照明束114在六个从由度上主动定位样品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)传达到样品定位系统140。作为响应，样品定位系统140产生命令信号到样品定位系统140的各种致动器以实现样品101的所要定位。
在进一步方面中，RSAXS系统的聚焦光学器件以至少5的缩倍(demagnification)(即，0.2或更小的放大因子)将照明源的图像投射到受测量样品上。在一些实施例中，RSAXS系统的聚焦光学器件以至少2的缩倍(即，0.5或更小的放大因子)将照明源的图像投射到受测量样品上。如本文中描述的RSAXS系统采用具有特征在于20微米或更小的横向尺寸的源区域(即，源大小是20微米或更小)的SXR照明源。在一些实施例中，采用具有至少5的缩倍因子的聚焦光学器件来将照明投射到具有4微米或更小的入射照明点大小的样品上(即，将源的图像投射到与源大小相比小5倍的晶片上)。
图4说明另一实施例中的RSAXS计量工具200的实施例。如图4中说明，系统200可用于在具有小于1到2微米的尺寸的测量区域102上方执行RSAXS测量。图4中描绘的相同编号元件类似于参考图1描述的元件。如图4中描绘，聚焦光学器件111是椭圆形光学元件。然而，聚焦光学器件111相对于照明源110及样品101布置，使得照明源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的比是至少5。在一些实施例中，A/B的比是至少10。此导致照明源以A/B的因子缩倍到样品101上。在一个实施例中，照明源110的大小是近似10微米且聚焦光学器件111经布置使得A/B是10。在此实施例中，投射到样品101上的照明点大小是近似1微米。
在一些实施例中，照明源110是具有10微米或更小的源大小的LPP光源，且聚焦光学器件111具有近似10的缩倍因子。这使RSAXS计量工具200能够将照明光聚焦到具有1到2微米的尺寸的计量目标上。通过将入射照明光聚焦到1到2微米的照明点大小，RSAXS计量工具200实现定位于裸片内的临界尺寸目标及重叠目标的测量，而非依靠定位于晶片划线道区域中的较大计量目标。
测量具有1到2微米的尺寸的目标的能力减小致力于专用计量目标的晶片面积。另外，测量具有1到2微米的尺寸的目标的能力实现装置结构的直接测量而非专用计量目标。测量装置结构直接消除目标到装置偏差。此显著改进测量质量。另外，裸片内目标的测量实现裸片内的参数变化的特性化。示范性所关注参数包含临界尺寸、重叠及边缘放置误差。
在另一进一步方面中，组合XRR及XPS计量系统的XPS子系统维持在低真空环境(例如，小于100毫巴)中而非高真空环境。典型独立XPS计量系统维持在高真空环境(例如，近似10-8毫巴或更低压力)或超高真空环境(例如，近似10-9毫巴或更低压力)中。在此高真空水平下集成XPS子系统是复杂且不具成本效益的。
由卡斯罗谷鲁O(
Figure BDA0002566085980000151
O.)、布卢姆H(Bluhm H.)(2017)周围压力x射线光电子光谱术(Ambient-Pressure X-ray Photoelectron Spectroscopy)(APXPS)描述在周围或近周围压力下操作的示范性XPS系统。在：佛瑞肯J(Frenken J.)、格鲁特I(Groot I.)(eds)非均相催化的现场原位研究(Operando Research in Heterogeneous Catalysis)。斯普林格化学物理系列，第114卷，斯普林格(Springer)，卡姆(Cham)。斯普林格，卡姆，其全部内容以引用的方式并入本文中。
如图1及4中描绘，组合XRR及XPS计量系统100及200的XRR子系统及XPS子系统的元件维持在真空腔120内的低真空环境中。
上文描述的XRR及XPS测量模块中的每一者能够执行独立测量及分析。在一些实例中，循序或同时执行XRR及XPS测量以基于解耦合的XRR及XPS分析特性化样品的相同或不同材料或结构性质。
在一些实例中，采用RSAXS系统以基于散射光的一或多个衍射级确定样品的性质(例如，结构参数值)。如图1中描绘，计量工具100包含经采用以获取由检测器119产生的信号135且至少部分基于所获取信号确定样品性质的计算系统130。由XRR子系统(例如图1中描绘的RSAXS子系统)测量的信号信息可用于估计所关注几何参数(例如，层厚度、光栅高度、临界尺寸、侧壁角、重叠、蚀刻放置误差等)、所关注材料参数(例如，材料组合物)或两者的值。
在一些实例中，基于RSAXS的计量涉及通过使用经测量数据反解预定测量模型而确定样本的尺寸。测量模型包含数个(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。反解法包含(但不限于)基于模型的回归、层析成像、机器学习或其任何组合。以此方式，通过对最小化经测量的散射x射线强度与经模型化结果之间的误差的参数化测量模型的值求解而估计目标轮廓参数。
在一些实例中，采用XPS子系统以基于指示以每一电子能级检测的电子数目的x射线光发射信号而确定样品的性质。如图1中描绘，计量工具100包含经采用以获取由检测器124产生的信号125且至少部分基于所获取信号确定样品性质的计算系统130。在一些实例中，计算系统130采用峰值拟合来提取所获取信号125的特征。在这些实例中，峰值拟合涉及估计峰值位置(包含位移、强度峰值等)。可在半峰全宽振幅、峰值振幅等下估计峰值。在一些实例中，峰值拟合涉及模型化实验设置、仪器设计因子、样本变量等。
在一些实例中，由XPS子系统测量的信号信息可用于估计指示表面化学品的所关注材料参数值(例如，化学元素(包含表面污染物)、其结合能及原子百分比、每一元素的化学或电子状态、材料电子密度及电子状态密度、结晶度、元素掺杂等)。在一些实例中，样品101被探测到近似10纳米或更小的深度。然而，一般来说，确切深度取决于X射线穿透深度、电子逃逸率、表面轮廓、材料组合物及其它因素。因此，在一些实例中，可从超过10纳米的深度(例如，从具有三维轮廓的结构(例如，周期性光栅))提取XPS信号信息。
在一些实例中，由XPS子系统测量的信号信息可用于基于深度分辨的XPS测量数据而估计所关注几何参数(例如，一或多个层厚度、光栅高度、沟槽深度、孔深度等)的值。在这些实例中，以不同x射线束能量、入射角等执行XPS测量以产生深度分辨的XPS测量数据。
在一些实例中，采用由XPS子系统在样品上的不同位置测量的信号信息来估计指示样品均匀性的所关注参数值。
在又另一方面中，通过识别在数学上循序或并行使用从XRR及XPS测量导出的数据集解析的共享模型参数而改进用XRR技术及XPS技术中的任一者或两者测量的参数的精度及精确性。用多种测量技术测量共享参数减小了参数之间的相关性且改进测量精确性。
XRR计量数据与XPS计量数据的组合拟合对于提供对所关注几何及/或材料参数的互补敏感度的任何类型的XRR及XPS技术是有利的。在至少一个几何参数(例如，膜厚度)或材料参数在XRR模型与XPS模型之间共享的情况下，情况尤其如此。只要使用描述与样品的XRR及XPS射束相互作用的适当模型，样品参数便可是确定性的(例如，膜厚度、组合物、理想配比、CD、SWA、光栅高度等)。
可通过侧馈分析、前馈分析及并行分析的任何组合增强测量精确性。侧馈分析是指在相同样品的不同区域上获取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用于分析。前馈分析是指在不同样品上获取数据集且使用逐步复制精确参数前馈方法将共同参数正向传递到后续分析。并行分析是指将非线性拟合方法并行或同时应用到多个数据集，其中在拟合期间耦合至少一个共同参数。
多工具及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过程的前馈、侧馈或并行分析。在2009年1月13日颁予科磊公司的第7,478,019号美国专利中描述用于多工具及结构分析的示范性方法及系统，所述专利的全文以引用的方式并入本文中。
XRR及XPS的组合使用实现在各种深度下结构及材料的测量。高通量、高能量x射线辐射穿透到目标的不透明区域中，此实现埋入式结构、高高宽比结构及包含许多薄膜层的装置的特性化。使用如本文中描述的组合XRR及XPS测量的特性的实例包含(但不限于)膜厚度、元素组合物及理想配比。
在一些实例中，采用由XPS确定的材料组合物及电子密度以改进严重依赖于这些参数的这些值的XRR测量的精确性。
在一些实例中，采用从XRR提取的尺寸信息以改进XPS组合物测量的精确性。在一个实例中，样品包含硅衬底的顶部上的氮氧化硅(SiON)膜层。在此实例中，基于XRR的精确SiON层厚度测量并入到XPS测量模型中以改进XPS组合物测量的精确性。
使用如本文中描述的组合XRR及XPS测量的结构的实例包含(但不限于)光致抗蚀剂及双重图案化或多重图案化过程中的其它图案化材料、FinFET、低维结构(例如纳米线或石墨烯)、亚10nm结构、薄膜、光刻结构、贯穿衬底通孔(TSV)、存储器结构(例如DRAM、DRAM4F2、FLASH及高高宽比存储器结构)。在一些实例中，组合XRR及XPS实现小于10nm的特征以及需要测量几何参数及材料参数的先进半导体结构(例如从旋转移力矩MRAM)的测量。
XRR及XPS的组合使用实现具有较大尺寸的裸片内目标、实际装置目标或代理目标的测量。
在又另一方面中，由计算系统130在组合分析中同时处理来自XPS及XRR子系统的所获取测量信号以改进材料组合物及所关注几何参数的估计值。
在进一步方面中，计算系统130经配置以：产生样品的经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及材料模型)；从结构模型产生每一包含至少一个共享几何或材料参数的XRR响应模型及XPS响应模型；及通过用XRR响应模型对XRR测量数据执行拟合分析且用XPS响应模型对XPS测量数据执行拟合分析而解析至少一个样品参数值。在图1中描绘的实施例中，计算系统130经配置为模型建立及分析引擎，所述模型建立及分析引擎经配置以如本文中描述那样实施模型建立及分析功能性。
图5是说明通过计算系统130实施的示范性模型建立及分析引擎180的图式。如图5中描绘，模型建立及分析引擎180包含产生样品的经测量结构的结构模型182的结构模型建立模块181。在一些实施例中，结构模型182包含样品的几何性质及材料性质两者。接收结构模型182作为到XRR响应函数建立模块183及XPS响应函数建立模块185的输入。XRR响应函数建立模块183至少部分基于结构模型182产生XRR响应函数模型184。在一些实例中，XRR响应函数模型184是基于x射线形状因子
Figure BDA0002566085980000181
其中F是形状因子，q是散射矢量，且ρ(r)是球面坐标中的样品的电子密度。接着通过以下方程式给出x射线散射强度
Figure BDA0002566085980000182
类似地，XPS响应函数建立模块185至少部分基于结构模型182产生XPS响应函数模型186。
接收XRR响应函数模型184及XPS响应函数模型186作为到拟合分析模块187的输入。拟合分析模块187比较模型化XRR及XPS响应数据与对应经测量数据以确定样品的几何以及材料性质。
在一些实例中，通过最小化卡方值而实现模型化数据到实验数据的拟合。例如，对于XPS计量，可将卡方值定义为
Figure BDA0002566085980000183
其中
Figure BDA0002566085980000184
是在“通道”i中实验性地测量的经测量XPS信号125，其中指数i描述一组系统参数，例如波长、角度坐标等。
Figure BDA0002566085980000185
是针对一组结构(目标)参数u1，...，uM评估的“通道”i的模型化XPS信号，其中这些参数描述经测量结构的几何及材料特征。σXPS，i是与“通道”i相关联的不确定性。NXPS是XPS计量中的通道总数目。M是特性化计量目标的参数数目。
类似地，对于XRR测量，可将卡方值定义为
Figure BDA0002566085980000191
其中
Figure BDA0002566085980000195
是“通道”j中的经测量XRR信号135，其中指数j描述一组系统参数，例如能量、角度坐标等。
Figure BDA0002566085980000196
是针对一组结构(目标)参数v1，...，vL评估的“通道”j的模型化XRR信号Sj，其中这些参数描述几何(膜厚度、CD、侧壁角、重叠等)及材料(电子密度等)。σXRR，j是与第j个通道相关联的不确定性。NXRR是XRR计量中的通道总数目。L是特性化受测量结构的参数数目。
方程式(3)及(4)假定与不同通道相关联的不确定性是不相关的。在其中与不同通道相关联的不确定性是相关的实例中，可计算不确定性之间的协方差。在这些实例中，用于XPS测量的卡方值可表达为
Figure BDA0002566085980000192
其中VXPS是XPS通道不确定性的协方差矩阵，且T表示转置。可以相同方式计算用于XRR测量的卡方值。
一般来说，用于XPS模型的目标参数集(即，{u1，...，uM})及用于XRR模型的目标参数集(即，{v1，...，vL})是不相同的。原因是描述XPS及XRR相互作用过程所需的材料常数及函数的差异产生不同目标参数。然而，至少一个几何参数在XRR响应函数模型184与XPS响应函数模型186之间共享。共同参数是相同的或通过明确代数变换而彼此相关。在一些实例中，例如膜厚度、材料组合物等的目标参数在XRR响应函数模型184与XPS响应函数模型186两者之间共享。
在一些实例中，拟合分析模块187通过循序用XRR响应模型184对XRR测量数据135执行拟合分析且用XPS响应模型186对XPS测量数据125执行拟合分析而解析至少一个样品参数值。在一些实例中，首先优化
Figure BDA0002566085980000193
且在
Figure BDA0002566085980000197
的后续优化中将任何解析的共同样品参数值视为常数。类似地，在一些其它实例中，首先优化
Figure BDA0002566085980000194
且在
Figure BDA0002566085980000198
的后续优化中将任何解析的共同样品参数值视为常数。
在一些其它实例中，拟合分析模块157通过用XRR响应模型184对XRR测量数据135且用XPS响应模型186对XPS测量数据125执行并行拟合分析而解析至少一个样品参数值。例如，可将适用于并行分析的卡方函数定义为
Figure BDA0002566085980000201
其中wXPS及wXRR是指派给XPS及XRR计量的加权系数。在最简单的情况中，wXPS＝wXRR＝1。然而，指派不同权重通常增强更相关计量。通常通过实验数据对比参考计量的分析及/或测量特殊实验设计(DOE)目标上的预编程DOE参数变化而完成适当权重的选择。
如上文描述，通过最小化卡方值而实现XRR及XPS数据的拟合。然而，一般来说，可通过其它函数实现XRR及XPS数据的拟合。
XPS计量数据与XRR计量数据的组合拟合对于提供对所关注几何及/或材料参数的互补敏感度的任何类型的XRR及XPS技术是有利的。在至少一个结构参数在XRR模型与XPS模型之间共享的情况下，情况尤其如此。只要使用描述与样品的XRR及XPS射束相互作用的适当模型，样品参数便可是确定性的(例如，膜厚度、CD、SWA等)或统计性的(例如，侧壁粗糙度的均方根高度、粗糙度相关长度等)。
在另一进一步方面中，基于以相对于测量目标的入射x射线束的单个定向执行的组合XRR及XPS测量确定一或多个所关注参数的值的初始估计。初始估计值经实施为针对使用从以多个定向的组合XRR及XPS测量收集的测量数据的测量模型的回归的所关注参数的起始值。以此方式，使用相对少量的运算工作量确定所关注参数的接近估计，且通过将此接近估计实施为针对大得多的数据集内的回归的起始点，使用较少总体运算工作量获得所关注参数的细化估计。
在另一方面中，计量系统100及200包含经配置以实施如本文中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中描绘的实施例中，计算系统130经配置为射束控制器，其可操作以控制照明性质中的任一者，例如入射照明束114的强度、发散、点大小、偏光、光谱及定位。
如图1中说明，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包含样品的经测量响应(即，衍射级的强度)的指示。基于经测量响应在检测器119的表面上的分布，通过计算系统130确定照明束114入射在样品101上的位置及区域。在一个实例中，通过计算系统130应用图案辨识技术以基于测量数据135确定照明束114入射在样品101上的位置及区域。在一些实例中，计算系统130将命令信号136传达到x射线照明源110以选择所要照明波长。在一些实例中，计算系统130将命令信号137传达到致动器子系统115以重新引导x射线发射以实现所要射束方向。在一些实例中，计算系统130将命令信号138及139分别传达到射束塑形狭缝112及113以导致射束塑形狭缝112及113改变射束点大小且选择照明波长，使得入射照明束114以所要射束点大小、定向及波长到达样本101。在一个实例中，命令信号138及139导致与狭缝112及113相关联的致动器改变位置以将入射束114重新塑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将命令信号传达到晶片定位系统140以使样品101定位及定向，使得入射照明束114到达相对于样品101的所要位置及角度定向。
一般来说，可在半导体制造工艺的任何步骤对半导体晶片执行组合XRR及XPS测量，包含空白晶片、具有膜的晶片、具有图案化结构的晶片等。在一些实例中，制造在受测量半导体晶片上的图案化结构包含沟槽、孔或其它空隙。具有显著空隙的结构的组合XRR及XPS测量的精确性通常归因于X射线的更深穿透及光发射电子的改进逃逸率而增强，此导致电子检测的改进信噪比。当采用软x射线照明时，此是尤其有利的。
在一些实施例中，对具有填充有液体或气体材料的图案化结构的半导体晶片执行测量组合XRR及XPS测量以增强经测量材料之间的对比度且改进测量精确性。在第2017/0314913号美国专利公开案及第2017/0314912号美国专利公开案中提供填充结构的测量的额外描述。
应认识到，可由单个计算机系统130或替代地多计算机系统130实行贯穿本发明描述的各种步骤。此外，系统100及200的不同子系统(例如样品定位系统140)可包含适合于实行本文中描述的步骤的至少一部分的计算机系统。因此，不应将前述描述解释为对本发明的限制，而仅为图解。此外，一或多个计算系统130可经配置以执行本文中描述的任何方法实施例的任何其它步骤。
另外，计算机系统130可以所属领域中已知的任何方式通信地耦合到x射线照明源110、射束塑形狭缝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及电子检测器124。例如，一或多个计算系统130可耦合到分别与x射线照明源110、射束塑形狭缝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，可通过耦合到计算机系统130的单个计算机系统直接控制x射线照明源110、射束塑形狭缝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及电子检测器124中的任一者。
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射线照明源110、射束塑形狭缝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、电子检测器124及类似物)接收及/或获取数据或信息。以此方式，传输媒体可充当计算机系统130与系统100及200的其它子系统之间的数据链路。
计量系统100及200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、模型化输入、模型化结果等)。以此方式，传输媒体可充当计算机系统130与其它系统(例如，存储器板上计量系统100及200、外部存储器190或外部系统)之间的数据链路。例如，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125及135)。例如，使用检测器119及124获得的测量数据可存储于永久或半永久存储器装置(例如，存储器132或190)中。在此方面，可从板上存储器或从外部存储器系统汇入测量结果。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。例如，由计算机系统130确定的样品参数值188可存储于永久或半永久存储器装置(例如，存储器190)中。在此方面，可将测量结果汇出到另一系统。
计算系统130可包含(但不限于)个人计算机系统、主机计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或所属领域中已知的任何其它装置。一般来说，术语“计算系统”可被广泛定义为涵盖具有执行来自记忆媒体的指令的一或多个处理器的任何装置。
可经由例如导线、电缆或无线传输链路的传输媒体传输实施例如本文中描述的方法的方法的程序指令134。例如，如图1中说明，经由总线133将存储于存储器132中的程序指令传输到处理器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6说明适合于通过本发明的计量系统100及200实施的方法300。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实行方法300的数据处理框。虽然在计量系统100及200的背景内容中提出以下描述，但本文中应认识到，计量系统100及200的特定结构方面不表示限制且应仅被解释为阐释性。
在框301中，通过x射线照明源产生x射线照明辐射量。
在框302中，将所述x射线照明辐射量从x射线照明源引导到受测量样品的测量区域。
在框303中，响应于所述x射线照明辐射量而在x射线检测器上检测来自样品的辐射量。x射线照明源及x射线检测器安置成x射线反射测量术(XRR)测量配置。
在框304中，基于所接收的辐射量产生XRR测量数据量。
在框305中，响应于所述x射线照明辐射量而在光电子检测器上检测从样品发射的电子量。x射线照明源及光电子检测器安置成x射线光电子光谱术(XPS)测量配置。
在框306中，基于所接收的电子量产生XPS测量数据量。
在框307中，基于XRR测量数据及XPS测量数据估计特性化安置于样品上的测量区域内的结构的所关注参数的值。
在一些实施例中，实施如本文中描述的组合XRR及XPS测量作为制造工艺工具的部分。制造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，使用组合XRR及XPS分析的结果来控制制造工艺。在一个实例中，将从一或多个目标收集的组合XRR及XPS测量数据发送到制造工艺工具。如本文中描述那样分析组合XRR及XPS测量数据且使用结果来调整制造工艺工具的操作以减少半导体结构的制造中的误差。
可使用如本文中描述的组合XRR及XPS测量来确定多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)、亚10nm结构、光刻结构、贯穿衬底通孔(TSV)、存储器结构(例如DRAM、DRAM 4F2、FLASH及高高宽比存储器结构)。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、线宽粗糙度、孔大小、孔密度、侧壁角、轮廓、临界尺寸、间距、厚度、重叠)及材料参数(例如电子密度、组合物、裸片结构、形态、应力、应变及元素识别)。在一些实施例中，计量目标是周期性结构。在一些其它实施例中，计量目标是非周期性的。
在一些实例中，使用如本文中描述的RSAXS测量系统执行高高宽比半导体结构(包含(但不限于)从旋转移力矩随机存取存储器(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FLASH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))的临界尺寸、厚度、重叠及材料性质的测量。
如本文中描述，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、光栅高度等)、任何两个或两个以上结构之间的临界尺寸(例如，两个结构之间的距离)及两个或两个以上结构之间的位移(例如，重叠光栅结构之间的重叠位移等)。结构可包含三维结构、图案化结构、重叠结构等。
如本文中描述，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。
如本文中描述，术语“计量系统”包含至少部分采用以在任何方面中特性化样品的任何系统，包含临界尺寸应用及重叠计量应用。然而，这些技术术语不限制如本文中描述的术语“计量系统”的范围。另外，本文中描述的计量系统可经配置以测量图案化晶片及/或未经图案化晶片。计量系统可配置为LED检验工具、边缘检验工具、背侧检验工具、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)及受益于本文中描述的测量技术的任何其它计量或检验工具。
本文中针对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)描述每一项实施例。术语“样品”在本文中用以指晶片、光罩或可通过所属领域中已知的构件处理(例如，印刷或检验缺陷)的任何其它样本。
如本文中使用，术语“晶片”大体上是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。这些衬底通常可在半导体制造厂中找到及/或处理。在一些情况中，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一或多个不同材料层。形成于晶片上的一或多个层可“经图案化”或“未经图案化”。例如，晶片可包含具有可重复图案特征的多个裸片。
“光罩”可为处于光罩制造工艺的任何阶段的光罩，或为可或可未经释放以于半导体制造厂中使用的成品光罩。光罩或“掩模”被大体上定义为具有形成于其上且以图案配置的大体上不透明区域的大体上透明衬底。衬底可包含(例如)玻璃材料，例如非晶SiO2。可在光刻工艺的曝光步骤期间将光罩安置于覆盖有光致抗蚀剂的晶片上方，使得可将光罩上的图案转印到光致抗蚀剂。
形成于晶片上的一或多个层可经图案化或未经图案化。例如，晶片可包含每一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最终可导致成品装置。许多不同类型的装置可形成于晶片上，且如本文中使用的术语晶片希望涵盖其上制造所属领域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，所描述的功能可实施于硬件、软件、固件或其任何组合中。如果在软件中实施，那么功能可作为一或多个指令或程序码存储于计算机可读媒体上或经由所述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，包含促进计算机程序从位置到另一位置的转移的任何媒体。存储媒体可为可通过通用计算机或专用计算机存取的任何可用媒体。通过实例(且非限制)，此类计算机可读媒体可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁性存储装置或可用于载送或存储呈指令或数据结构的形式的所要程序码构件且可通过通用计算机或专用计算机或通用或专用处理器存取的任何其它媒体。此外，任何连接可被适当地称为计算机可读媒体。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或无线技术(例如红外线、无线电及微波)从网站、服务器或其它远端源传输软件，那么同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(例如红外线、无线电及微波)包含于媒体的定义中。如本文中使用，磁盘及光盘包含光盘(CD)、激光器光盘、XRF盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘及蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地重现数据而光盘用激光器光学地重现数据。上述组合还应包含于计算机可读媒体的范围内。
尽管出于指导目的在上文描述某些特定实施例，但本专利文档的教示具有一般适用性且不限于上文描述的特定实施例。因此，在不脱离如在权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下可实践所描述实施例的各种特征的各种修改、调适及组合。

Claims (21)

1.一种计量系统，其包括：
x射线照明源，其经配置以产生x射线照明辐射量；
一或多个x射线照明光学元件，其安置于所述x射线照明源与受测量样品之间的照明路径中，其中所述一或多个x射线照明光学元件将来自所述x射线照明源的所述x射线照明辐射量引导到所述受测量样品的测量区域；
x射线检测器，其经配置以响应于所述x射线照明辐射量而接收来自所述样品的辐射量，其中所述x射线照明源及所述x射线检测器安置成x射线反射测量术XRR测量配置，且其中所述x射线检测器基于所述所接收的辐射量而产生XRR测量数据量；及
光电子检测器，其经配置以响应于所述x射线照明辐射量而接收从所述样品发射的电子量，其中所述x射线照明源及所述光电子检测器安置成x射线光电子光谱术XPS测量配置，且其中所述光电子检测器基于所述所接收的电子量而产生XPS测量数据量；及
计算系统，其经配置以基于所述XRR测量数据及所述XPS测量数据估计特性化安置于所述样品上的所述测量区域内的结构的所关注参数的值。
2.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述x射线辐射量包含多个照明波长。
3.根据权利要求2所述的计量系统，其中所述x射线辐射量包含从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。
4.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述一或多个x射线照明光学元件将所述x射线辐射量以5度与20度之间的标称掠入射角引导到所述样品上。
5.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：
晶片定位系统，其经配置以在至少一度的范围内围绕在平面内与所述样品的表面对准的一或多个旋转轴选择性地定位所述样品。
6.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述所关注参数的所述值的所述估计涉及用XRR响应模型对所述XRR测量数据集进行拟合分析且用所述XPS响应模型对所述XPS测量数据集进行拟合分析。
7.根据权利要求6所述的计量系统，其中在包含对所述XRR测量数据的所述拟合分析及对所述XPS测量数据的所述拟合分析两者的并行拟合分析中将所述所关注参数视为全域参数。
8.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：
一或多个电子光学元件，其定位于所述样品与所述光电子检测器之间的电子收集路径中。
9.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：
一或多个磁场屏蔽元件，其定位于所述样品与所述光电子检测器之间的电子收集路径处或其附近。
10.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：
一或多个电子分析器，其定位于所述样品与所述光电子检测器之间的电子收集路径中，其中所述一或多个电子分析器响应于所述x射线照明辐射量而根据能量对从所述样品发射的所述电子量进行分类。
11.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：
电子束块，其定位于所述样品与所述x射线检测器之间的x射线收集路径中。
12.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述XRR测量数据及所述XPS测量数据与以多个入射角、方位角或两者的测量相关联。
13.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述计算系统经进一步配置以：
将命令信号传递到所述一或多个x射线照明光学元件中的至少一者，此导致所述一或多个x射线照明光学元件中的所述至少一者调整入射位置、射束形状、射束发散、射束强度及波长范围中的任一者。
14.根据权利要求13所述的计量系统，其中至少部分基于由所述x射线检测器接收的所述辐射量而确定所述命令信号。
15.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述一或多个x射线照明光学元件同时将所述x射线照明辐射量聚焦到所述样品上作为以多个入射角、多个波长及多个方位角入射于所述样品上的x射线照明束。
16.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述x射线照明源的源区域的特征在于20微米或更小的横向尺寸。
17.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述一或多个x射线照明光学元件以0.5或更小的缩倍因子将所述软x射线辐射量聚焦到所述半导体晶片上。
18.一种方法，其包括：
产生x射线照明辐射量；
将所述x射线照明辐射量从x射线照明源引导到受测量样品的测量区域；
响应于所述x射线照明辐射量而在x射线检测器上检测来自所述样品的辐射量，其中所述x射线照明源及所述x射线检测器安置成x射线反射测量术XRR测量配置；
基于所述所接收的辐射量产生XRR测量数据量；
响应于所述x射线照明辐射量而在光电子检测器上检测从所述样品发射的电子量，其中所述x射线照明源及所述光电子检测器安置成x射线光电子光谱术XPS测量配置；
基于所述所接收的电子量产生XPS测量数据量；及
基于所述XRR测量数据及所述XPS测量数据估计特性化安置于所述样品上的所述测量区域内的结构的所关注参数的值。
19.一种计量系统，其包括：
x射线照明源，其经配置以产生x射线照明辐射量；
一或多个x射线照明光学元件，其安置于所述x射线照明源与受测量样品之间的照明路径中，其中所述一或多个x射线照明光学元件将来自所述x射线照明源的所述x射线照明辐射量引导到所述受测量样品的测量区域；
x射线检测器，其经配置以响应于所述x射线照明辐射量而接收来自所述样品的辐射量，其中所述x射线照明源及所述x射线检测器安置成x射线反射测量术XRR测量配置，且其中所述x射线检测器基于所述所接收的辐射量而产生XRR测量数据量；及
光电子检测器，其经配置以响应于所述x射线照明辐射量而接收从所述样品发射的电子量，其中所述x射线照明源及所述光电子检测器安置成x射线光电子光谱术XPS测量配置，且其中所述光电子检测器基于所述所接收的电子量而产生XPS测量数据量；及
计算系统，其经配置以：
基于所述XRR测量数据、所述XPS测量数据或其组合估计特性化安置于所述样品上的所述测量区域内的结构的第一所关注参数的值；及
基于所述第一所关注参数及所述XRR测量数据、所述XPS测量数据或其组合估计特性化所述结构的第二所关注参数的值。
20.根据权利要求19所述的计量系统，其中所述第一所关注参数的所述值的所述估计是基于所述XRR测量数据，且其中所述第二所关注参数的所述值的所述估计是基于所述第一所关注参数及所述XPS测量数据。
21.根据权利要求19所述的计量系统，其中所述第一所关注参数的所述值的所述估计是基于所述XPS测量数据，且其中所述第二所关注参数的所述值的所述估计是基于所述第一所关注参数及所述XRR测量数据。
CN201980007193.4A 2018-01-06 2019-01-04 用于组合的x射线反射测量术与光电子光谱术的系统及方法 Pending CN111566472A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862614399P 2018-01-06 2018-01-06
US62/614,399 2018-01-06
US16/230,489 2018-12-21
US16/230,489 US10895541B2 (en) 2018-01-06 2018-12-21 Systems and methods for combined x-ray reflectometry and photoelectron spectroscopy
PCT/US2019/012235 WO2019136189A1 (en) 2018-01-06 2019-01-04 Systems and methods for combined x-ray reflectometry and photoelectron spectroscopy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111566472A true CN111566472A (zh) 2020-08-21

Family

ID=67140671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980007193.4A Pending CN111566472A (zh) 2018-01-06 2019-01-04 用于组合的x射线反射测量术与光电子光谱术的系统及方法

Country Status (6)

Country Link
US (2) US10895541B2 (zh)
KR (1) KR20200097353A (zh)
CN (1) CN111566472A (zh)
IL (1) IL275719B2 (zh)
TW (1) TWI806955B (zh)
WO (1) WO2019136189A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116888462A (zh) * 2020-12-31 2023-10-13 诺威有限公司 来自扰动对象的x射线信号的评估

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10295485B2 (en) 2013-12-05 2019-05-21 Sigray, Inc. X-ray transmission spectrometer system
USRE48612E1 (en) 2013-10-31 2021-06-29 Sigray, Inc. X-ray interferometric imaging system
US10845491B2 (en) 2018-06-04 2020-11-24 Sigray, Inc. Energy-resolving x-ray detection system
JP7394464B2 (ja) * 2018-07-04 2023-12-08 株式会社リガク 蛍光ｘ線分析装置
JP7117452B2 (ja) 2018-07-26 2022-08-12 シグレイ、インコーポレイテッド 高輝度反射型ｘ線源
US10962491B2 (en) 2018-09-04 2021-03-30 Sigray, Inc. System and method for x-ray fluorescence with filtering
CN112823280A (zh) 2018-09-07 2021-05-18 斯格瑞公司 用于深度可选x射线分析的系统和方法
WO2020084890A1 (ja) * 2018-10-25 2020-04-30 株式会社堀場製作所 Ｘ線分析装置及びｘ線発生ユニット
JP6975203B2 (ja) * 2019-06-14 2021-12-01 日本電子株式会社 Ｘ線分析システム及びｘ線分析方法
US11615533B2 (en) 2019-07-12 2023-03-28 Bruker Nano, Inc. Methods and systems for product failure prediction based on X-ray image re-examination
US11042981B2 (en) 2019-07-12 2021-06-22 SVXR, Inc. Methods and systems for printed circuit board design based on automatic corrections
US11688067B2 (en) 2019-07-12 2023-06-27 Bruker Nano, Inc. Methods and systems for detecting defects in devices using X-rays
US20210010953A1 (en) * 2019-07-12 2021-01-14 SVXR, Inc. Methods and Systems for Defects Detection and Classification Using X-rays
US11651492B2 (en) * 2019-07-12 2023-05-16 Bruker Nano, Inc. Methods and systems for manufacturing printed circuit board based on x-ray inspection
US11430118B2 (en) 2019-07-12 2022-08-30 Bruker Nano, Inc. Methods and systems for process control based on X-ray inspection
US11460418B2 (en) * 2019-08-26 2022-10-04 Kla Corporation Methods and systems for semiconductor metrology based on wavelength resolved soft X-ray reflectometry
CN114729907B (zh) 2019-09-03 2023-05-23 斯格瑞公司 用于计算机层析x射线荧光成像的系统和方法
US11698251B2 (en) * 2020-01-07 2023-07-11 Kla Corporation Methods and systems for overlay measurement based on soft X-ray Scatterometry
US11175243B1 (en) 2020-02-06 2021-11-16 Sigray, Inc. X-ray dark-field in-line inspection for semiconductor samples
JP7144475B2 (ja) * 2020-03-30 2022-09-29 日本電子株式会社 分析方法および分析装置
US11143604B1 (en) * 2020-04-06 2021-10-12 Kla Corporation Soft x-ray optics with improved filtering
WO2021237237A1 (en) 2020-05-18 2021-11-25 Sigray, Inc. System and method for x-ray absorption spectroscopy using a crystal analyzer and a plurality of detector elements
WO2022061347A1 (en) 2020-09-17 2022-03-24 Sigray, Inc. System and method using x-rays for depth-resolving metrology and analysis
US20220114438A1 (en) * 2020-10-09 2022-04-14 Kla Corporation Dynamic Control Of Machine Learning Based Measurement Recipe Optimization
JP2024501623A (ja) 2020-12-07 2024-01-15 シグレイ、インコーポレイテッド 透過ｘ線源を用いた高スループット３ｄ ｘ線撮像システム
US12013355B2 (en) 2020-12-17 2024-06-18 Kla Corporation Methods and systems for compact, small spot size soft x-ray scatterometry
CN112834538A (zh) * 2021-01-08 2021-05-25 南京大学 一种用于xrd和原子力显微镜的变温样品台及其使用方法
KR102578658B1 (ko) 2021-12-10 2023-09-14 한국세라믹기술원 미소 충전 샘플링에 의한 ｐｅｂ 유도 에너지 분석 방법
WO2023145101A1 (ja) 2022-01-31 2023-08-03 キヤノンアネルバ株式会社 検査装置および検査方法
WO2023177981A1 (en) 2022-03-15 2023-09-21 Sigray, Inc. System and method for compact laminography utilizing microfocus transmission x-ray source and variable magnification x-ray detector
DE102022110775A1 (de) 2022-05-02 2023-11-02 Specs Surface Nano Analysis Gmbh Zerstörungsfreies zuverlässiges Bestimmen von Probenparameterwerten
WO2023215204A1 (en) 2022-05-02 2023-11-09 Sigray, Inc. X-ray sequential array wavelength dispersive spectrometer
US20230417682A1 (en) * 2022-06-23 2023-12-28 Onto Innovation Inc. Metrology solutions for complex structures of interest
US12078604B2 (en) 2022-09-05 2024-09-03 Bruker Technologies Ltd. Monitoring properties of X-ray beam during X-ray analysis

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW457362B (en) * 1999-07-09 2001-10-01 Surface Interface Inc Measurement of film thickness by inelastic electron scattering
CN101011256A (zh) * 2006-02-01 2007-08-08 西门子公司 通过x射线无破坏地分析检查对象的方法和测量装置
US20140019097A1 (en) * 2012-07-10 2014-01-16 Kla-Tencor Corporation Model building and analysis engine for combined x-ray and optical metrology
US20160341674A1 (en) * 2015-05-21 2016-11-24 Industrial Technology Research Institute X-ray reflectometry apparatus for samples with a miniscule measurement area and a thickness in nanometers and method thereof
CN106605140A (zh) * 2014-06-06 2017-04-26 斯格瑞公司 X射线吸收测量系统
CN107408519A (zh) * 2015-03-24 2017-11-28 科磊股份有限公司 基于模型的单个参数测量
CN107533020A (zh) * 2015-04-28 2018-01-02 科磊股份有限公司 计算上高效的基于x射线的叠盖测量

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5491738A (en) 1993-03-15 1996-02-13 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration X-ray diffraction apparatus
US5608526A (en) 1995-01-19 1997-03-04 Tencor Instruments Focused beam spectroscopic ellipsometry method and system
US5859424A (en) 1997-04-08 1999-01-12 Kla-Tencor Corporation Apodizing filter system useful for reducing spot size in optical measurements and other applications
US6429943B1 (en) 2000-03-29 2002-08-06 Therma-Wave, Inc. Critical dimension analysis with simultaneous multiple angle of incidence measurements
US6816570B2 (en) 2002-03-07 2004-11-09 Kla-Tencor Corporation Multi-technique thin film analysis tool
US7120228B2 (en) 2004-09-21 2006-10-10 Jordan Valley Applied Radiation Ltd. Combined X-ray reflectometer and diffractometer
US7478019B2 (en) 2005-01-26 2009-01-13 Kla-Tencor Corporation Multiple tool and structure analysis
US7358494B1 (en) 2005-06-15 2008-04-15 Kla-Tencor Technologies Corporation Material composition analysis system and method
US7567351B2 (en) 2006-02-02 2009-07-28 Kla-Tencor Corporation High resolution monitoring of CD variations
US7769726B2 (en) 2007-12-31 2010-08-03 Sap, Ag Method for verification of data and metadata in a data repository
US7929667B1 (en) 2008-10-02 2011-04-19 Kla-Tencor Corporation High brightness X-ray metrology
US7978820B2 (en) 2009-10-22 2011-07-12 Panalytical B.V. X-ray diffraction and fluorescence
US8749179B2 (en) 2012-08-14 2014-06-10 Kla-Tencor Corporation Optical characterization systems employing compact synchrotron radiation sources
US9581430B2 (en) 2012-10-19 2017-02-28 Kla-Tencor Corporation Phase characterization of targets
US10769320B2 (en) 2012-12-18 2020-09-08 Kla-Tencor Corporation Integrated use of model-based metrology and a process model
WO2014120985A1 (en) 2013-01-30 2014-08-07 Kla-Tencor Corporation Euv light source using cryogenic droplet targets in mask inspection
US9291554B2 (en) 2013-02-05 2016-03-22 Kla-Tencor Corporation Method of electromagnetic modeling of finite structures and finite illumination for metrology and inspection
WO2014127151A1 (en) 2013-02-14 2014-08-21 Kla-Tencor Corporation System and method for producing an exclusionary buffer gas flow in an euv light source
US9989758B2 (en) 2013-04-10 2018-06-05 Kla-Tencor Corporation Debris protection system for reflective optic utilizing gas flow
US9255877B2 (en) 2013-05-21 2016-02-09 Kla-Tencor Corporation Metrology system optimization for parameter tracking
US9915522B1 (en) 2013-06-03 2018-03-13 Kla-Tencor Corporation Optimized spatial modeling for optical CD metrology
US9535018B2 (en) 2013-07-08 2017-01-03 Kla-Tencor Corporation Combined x-ray and optical metrology
US9544984B2 (en) 2013-07-22 2017-01-10 Kla-Tencor Corporation System and method for generation of extreme ultraviolet light
US9846132B2 (en) 2013-10-21 2017-12-19 Kla-Tencor Corporation Small-angle scattering X-ray metrology systems and methods
US9885962B2 (en) 2013-10-28 2018-02-06 Kla-Tencor Corporation Methods and apparatus for measuring semiconductor device overlay using X-ray metrology
US9490182B2 (en) * 2013-12-23 2016-11-08 Kla-Tencor Corporation Measurement of multiple patterning parameters
US9594035B2 (en) 2014-04-25 2017-03-14 Revera, Incorporated Silicon germanium thickness and composition determination using combined XPS and XRF technologies
US10012606B1 (en) * 2014-06-24 2018-07-03 Kla-Tencor Corporation X-ray based metrology with primary and secondary illumination sources
US10101664B2 (en) 2014-11-01 2018-10-16 Kla-Tencor Corporation Apparatus and methods for optics protection from debris in plasma-based light source
US10034362B2 (en) 2014-12-16 2018-07-24 Kla-Tencor Corporation Plasma-based light source
US10324050B2 (en) 2015-01-14 2019-06-18 Kla-Tencor Corporation Measurement system optimization for X-ray based metrology
US10380728B2 (en) * 2015-08-31 2019-08-13 Kla-Tencor Corporation Model-based metrology using images
US10352695B2 (en) 2015-12-11 2019-07-16 Kla-Tencor Corporation X-ray scatterometry metrology for high aspect ratio structures
US10281263B2 (en) 2016-05-02 2019-05-07 Kla-Tencor Corporation Critical dimension measurements with gaseous adsorption
US10145674B2 (en) 2016-05-02 2018-12-04 Kla-Tencor Corporation Measurement of semiconductor structures with capillary condensation
US10775323B2 (en) 2016-10-18 2020-09-15 Kla-Tencor Corporation Full beam metrology for X-ray scatterometry systems

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW457362B (en) * 1999-07-09 2001-10-01 Surface Interface Inc Measurement of film thickness by inelastic electron scattering
CN101011256A (zh) * 2006-02-01 2007-08-08 西门子公司 通过x射线无破坏地分析检查对象的方法和测量装置
US20140019097A1 (en) * 2012-07-10 2014-01-16 Kla-Tencor Corporation Model building and analysis engine for combined x-ray and optical metrology
CN106605140A (zh) * 2014-06-06 2017-04-26 斯格瑞公司 X射线吸收测量系统
CN107408519A (zh) * 2015-03-24 2017-11-28 科磊股份有限公司 基于模型的单个参数测量
CN107533020A (zh) * 2015-04-28 2018-01-02 科磊股份有限公司 计算上高效的基于x射线的叠盖测量
US20160341674A1 (en) * 2015-05-21 2016-11-24 Industrial Technology Research Institute X-ray reflectometry apparatus for samples with a miniscule measurement area and a thickness in nanometers and method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116888462A (zh) * 2020-12-31 2023-10-13 诺威有限公司 来自扰动对象的x射线信号的评估

Also Published As

Publication number Publication date
US10895541B2 (en) 2021-01-19
US11536674B2 (en) 2022-12-27
WO2019136189A1 (en) 2019-07-11
KR20200097353A (ko) 2020-08-18
US20190212281A1 (en) 2019-07-11
US20210055237A1 (en) 2021-02-25
IL275719B1 (en) 2024-01-01
TWI806955B (zh) 2023-07-01
IL275719B2 (en) 2024-05-01
IL275719A (en) 2020-08-31
TW201940841A (zh) 2019-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI806955B (zh) 用於組合之x 射線反射量測術與光電子光譜術之系統及方法
KR102536604B1 (ko) 다색 연엑스선 회절에 기초한 반도체 계측을 위한 방법 및 시스템
KR102625635B1 (ko) Ｘ-선 산란계측 시스템들을 위한 전체 빔 계측
CN114207419B (zh) 用于基于波长分辨软x射线反射法的半导体计量的方法及系统
CN110603435A (zh) 利用x射线散射测量术对深层结构进行工艺监测
EP3548878B1 (en) X-ray zoom lens for small angle x-ray scatterometry
CN114981686A (zh) 基于软性x射线散射测量的叠对测量方法及系统
KR102721344B1 (ko) 컴팩트하고 작은 스팟 사이즈의 연질 x 선 산란 측정법을 위한 방법 및 시스템
US12013355B2 (en) Methods and systems for compact, small spot size soft x-ray scatterometry

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination