TW201534863A - 用於使用多角度ｘ光反射散射（ｘｒｓ）量測周期結構之方法及系統 - Google Patents

用於使用多角度ｘ光反射散射（ｘｒｓ）量測周期結構之方法及系統 Download PDF

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Abstract

本發明揭示用於使用多角度X光反射散射(XRS)量測週期結構之方法及系統。舉例而言，一種藉由X光反射散射量測一樣本之方法涉及將一入射X光束照射於具有一週期結構之一樣本上以產生一經散射X光束，該入射X光束同時提供複數個入射角及複數個方位角。該方法亦涉及收集該經散射X光束之至少一部分。

Description

用於使用多角度X光反射散射(XRS)量測周期結構之方法及系統
本發明之實施例係在X光反射散射(XRS)之領域中且特定而言，係用於使用多角度XRS量測週期結構之方法及系統。
隨著積體電路(IC)特徵繼續按比例調整至越來越小尺寸，對用以量測此類特徵之量測學之約束變得壓倒一切。舉例而言，臨界尺寸掃描電子顯微術(CD-SEM)量測學具有數個缺點，此等缺點隨著每新一代IC技術而變得愈加顯著。缺點可包含：(1)眾所周知之充電問題，其限制用於IC量測學應用之可達成解析度，(2)抗蝕劑之輻射損害誘發之尺寸收縮，(3)與某些低介電常數介電質之不相容性，以及(4)CD-SEM基本上係一表面技術，其使得難以量測三維(3D)輪廓。
類似地，光學臨界尺寸(OCD)量測學亦面臨數個基本難題，包含：(1)所使用之相對長波長通常明顯地大於裝置特徵大小且因而不提供一簡單且直接量測，以及(2)OCD需要大量模型化及內插法，因此折衷量測靈敏度。此外，在過去數十年中，電路特徵大小之減小使得越來越短波長之使用成為必然。當前，大多數進階OCD系統使用深紫外線(DUV)波長。波長之進一步增量減小由於較短波長輻射在固體或甚至低真空中之極低傳輸而係不實際的。眾多問題可因此而出現， 包含低探測深度、缺少適合光學器件，以及嚴苛的真空要求。此類基本限制使得幾乎不可能延展此等現有技術以滿足下一代IC製作之臨界尺寸控制要求。
掠入射小角度散射(GISAS)係用以研究奈米結構表面及薄膜之一散射技術。經散射探測束係光子(掠入射小角度X射線散射，GISAXS)或中子(掠入射小角度中子散射，GISANS)。在以上任一情形中，一入射束以接近於總外部X光反射之臨界角之一小角度撞擊一樣本。藉由一桿狀束停止件來衰減入射平面中之強烈反射束以及強烈散射。通常用一面積偵測器來記錄自樣本之漫散射。然而，由於用於GISAS技術中之入射角通常小於數度，且甚至小至零點幾度。因此，當用以量測3D結構時，經由GISAS獲得之資訊可係受限制的，此乃因主要地僅沿著此類3D結構之頂表面引導入射束。
因此，需要取得3D結構之量測學之進步。
本發明之實施例係關於用於使用多角度X光反射散射(XRS)量測週期結構之方法及系統。
在一實施例中，一種藉由X光反射散射量測一樣本之方法涉及將一入射X光束照射於具有一週期結構之一樣本上以產生一經散射X光束，該入射X光束同時提供複數個入射角及複數個方位角。該方法亦涉及收集經散射X光束之至少一部分。
在另一實施例中，一種用於藉由X光反射散射量測一樣本之系統包含一X光源，其用於產生具有約1keV或更小之一能量之一X光束。該系統亦包含一樣本固持器，其用於定位具有一週期結構之一樣本。該系統亦包含一單色儀，其定位於該X光源與該樣本固持器之間。該單色儀用於聚焦該X光束以提供一入射X光束至該樣本固持器。該入射X光束同時具有複數個入射角及複數個方位角。該系統亦包含一偵 測器，其用於收集來自該樣本之一經散射X光束之至少一部分。
100‧‧‧週期結構/光柵結構/結構
102‧‧‧光束/入射光束/束
104‧‧‧水平面
106‧‧‧經散射束
108‧‧‧特徵/突起部/突起部分
202‧‧‧錐形束/錐形X光束
203‧‧‧中心軸
206‧‧‧經散射X光束/經散射束
250‧‧‧偵測器
502‧‧‧半導體鰭狀件
504‧‧‧閘極電極堆疊
506‧‧‧基板
508‧‧‧淺溝槽隔離區域
510‧‧‧閘極介電層
512‧‧‧閘極電極
520‧‧‧半導體鰭狀件
522‧‧‧基板
524‧‧‧淺溝槽隔離區域
530‧‧‧半導體鰭狀件
532‧‧‧基板
534‧‧‧淺溝槽隔離區域
536‧‧‧多層膜堆疊
600‧‧‧曲線
700‧‧‧曲線
800‧‧‧系統
802‧‧‧樣本
804‧‧‧X光源
806‧‧‧X光束
808‧‧‧樣本固持器
810‧‧‧單色儀
812‧‧‧入射X光束
814‧‧‧偵測器
816‧‧‧經散射X光束
818‧‧‧室
820‧‧‧電子槍
822‧‧‧磁性電子抑制裝置
824‧‧‧導航目視檢驗設備
899‧‧‧處理器/計算系統
900‧‧‧電腦系統
902‧‧‧處理器
904‧‧‧主記憶體
906‧‧‧靜態記憶體
908‧‧‧網路介面裝置
910‧‧‧視訊顯示單元
912‧‧‧文數輸入裝置
914‧‧‧游標控制裝置
916‧‧‧信號產生裝置
918‧‧‧次級記憶體
920‧‧‧網路
922‧‧‧軟體
926‧‧‧處理邏輯
930‧‧‧匯流排
931‧‧‧機器可存取儲存媒體
A‧‧‧部分
B‧‧‧部分/最外部分
C‧‧‧部分/最外部分
h‧‧‧高度
H‧‧‧鰭狀件高度
T‧‧‧淺溝槽隔離厚度
w‧‧‧寬度
x‧‧‧x軸
y‧‧‧y軸
z‧‧‧z方向
θ‧‧‧角度
θg‧‧‧方位角/角度
Φi‧‧‧入射角
Φcone‧‧‧會聚角
圖1圖解說明經受使用具有一單個入射角之一入射束之習用散射量測之一週期結構的一剖面視圖。
圖2圖解說明根據本發明之一實施例之經受使用具有多個入射角之一入射束之散射量測之一週期結構的一剖面視圖。
圖3圖解說明經受使用具有一單個方位角之一入射束之習用散射量測之一週期結構的一上下式視圖。
圖4A圖解說明根據本發明之一實施例之經受使用具有多個方位角之一入射束之散射量測之一週期結構的一上下式視圖，其中一中心軸具有一零方位角。
圖4B圖解說明根據本發明之一實施例之經受使用具有多個方位角之一入射束之散射量測之一週期結構的一上下式視圖，其中一中心軸具有一非零方位角。
圖5圖解說明根據本發明之一實施例之適用於低能量X光反射散射量測之例示性鰭式FET裝置的態樣。
圖6包含根據本發明之一實施例之0階反射對經散射角度矽(Si)鰭狀件的一曲線及對應結構，該矽(Si)鰭狀件包括具有10nm/20nm線/空間比率之一週期結構。
圖7包含根據本發明之一實施例之1階反射對經散射角度矽(Si)鰭狀件的一曲線及對應結構，該矽(Si)鰭狀件包括具有10nm/20nm線/空間比率之一週期結構。
圖8係表示根據本發明之一實施例之具有X光反射散射(XRS)能力之一週期結構量測系統的一圖解說明。
圖9圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性電腦系統的一方塊圖。
闡述用於使用多角度X光反射散射(XRS)量測週期結構之方法及系統。在以下說明中，陳述諸如X光束參數及能量之眾多具體細節，以便提供對本發明之實施例之一透徹理解。熟習此項技術者將明瞭，可在不藉助該等具體細節之情況下實踐本發明之實施例。在其他例項中，未詳細闡述眾所周知之特徵(諸如整個半導體裝置堆疊)以避免不必要地模糊本發明之實施例。此外，應理解，諸圖中所展示之各項實施例係說明性表示且未必按比例繪製。
本文中闡述之一或多項實施例係關於依以下之一方式經結構設計之一X光源的使用：針對X光反射散射量測採用入射於一週期(光柵)結構上之同時多個傳入束角度。實施例可達成兩個角方向上之經散射光之偵測，以及為推斷一週期結構之形狀及節距之經反射X光強度之使用。實施例可提供一生產製作半導體環境中之複雜二維(2D)及三維(3D)週期結構之形狀及大小的適合精度及穩定性量測。此類量測可包含週期結構之形狀輪廓，以及諸如週期結構之寬度、高度及側壁角度之尺寸。
為提供內容脈絡，當前技術水平之形狀量測學解決方案利用藉助波長標稱地大於150奈米之單波長或光譜源之光學技術。光譜解決方案通常具有固定波長，以及入射角可變化之單波長源。此類解決方案係處於其中λ>d之一波長/能量區間中，其中λ係入射光源，且d係週期結構之基本尺寸。然而，光學散射法越來越接近其基本靈敏度限制。
根據本發明之一實施例，藉由使用其中λ/d<1之光之波長，較高階散射階可用於偵測，並提供對參數d之直接靈敏度。更具體而言，藉由使用光之小於正被量測之結構之寬度及高度之波長，多個循環之干涉條紋係可得的，且提供對高度、寬度及線形狀之靈敏度。在一實 施例中，藉由使用多個入射角以及方位角(例如，相對於結構對稱之方向)，獲得三維資訊，從而提供三維形狀靈敏度。所獲得之資訊涉及可關鍵地影響裝置效能且需要以極緊密容限控制之尺寸。
為輔助概念化本文中涉及之概念，圖1圖解說明經受使用具有一單個入射角之一入射束之習用散射量測之一週期結構的一剖面視圖。參考圖1，一週期結構100(亦被稱為一光柵結構)經受一光束102。光束102具有相對於週期結構100之最上表面之一水平面104之一入射角Φi。自光柵結構100產生經散射束106。經散射束106可包含具有不同經散射角度之束，該等束各自提供光柵結構100之一不同階之資訊。舉例而言，如在圖1中所展示，展示三個階n=1、n=0、n=-1，其中對於n=-1階之經散射角度具有相對於週期結構100之最上表面之水平面104之一角度θ。圖1之配置係對習用OCD或GISAS散射方法之圖解說明。
應瞭解，通篇中術語「週期」或「光柵」結構之使用指代係非平面的且在某些內容脈絡中全部可被視為三維結構之結構。舉例而言，再次參考圖1，週期結構100具有在z方向上突起一高度h之特徵108。每一特徵108亦具有沿著x軸之一寬度w以及沿著y軸(亦即，至頁面中)之一長度。然而，在某些內容脈絡中，術語「三維」備用於闡述具有沿著y軸之處於與寬度w相同之階上之一長度的一週期或光柵結構。在此類內容脈絡中，術語「二維」備用於闡述具有沿著y軸之實質上比寬度w長(例如，長數個數量級)之一長度的一週期或光柵結構。在任一情形中，一週期或光柵結構係在量測之一區域內具有一非平面形貌者，例如一半導體晶圓或基板。
與圖1相比，圖2圖解說明根據本發明之一實施例之經受使用具有多個入射角之一入射束之散射量測之一週期結構的一剖面視圖。參考圖2，週期結構100經受一錐形X光束202。錐形X光束202具有一中 心軸203，其具有相對於週期結構100之最上表面之一水平面104之一入射角Φi。照此，錐形X光束202包含具有一入射角Φi之一部分A。錐形束202具有一會聚角Φcone，其係在錐形束202之最外部分B與最外部分C之間所取。由於錐形束202具有會聚角Φcone，因此錐形束202之靠近錐體之外部之部分具有入射於結構100上之不同於錐形束202之與中心軸203對準之部分的一入射角。因此，錐形束202同時提供照射於結構100上之多個入射角，如相對於水平面104所取。自光柵結構100產生一經散射束206。經散射束206可包含歸因於光柵結構100之不同階資訊之部分，其實例在下文更詳細地闡述。
除具有一入射角之外，一入射光束亦可具有相對於一週期結構之一方位角。再次出於概念性目的，圖3圖解說明經受使用具有一單個方位角之一入射束之習用散射量測之一週期結構的一上下式視圖。參考圖3，自突起部分108上方展示週期結構100。雖然在圖1中不可見，但入射光束102可進一步具有相對於正交於週期結構100之突起部108之一方向x的一方位角θg。在某些情形中，θg係非零的，如在圖3中所繪示。關於上下式視圖，在θg係0之情形中，束102之方向係沿著x方向。然而，在應用習用OCD或GISAS散射方法之所有情形中，束102僅具有一個角度θg。因此，將圖1與圖3結合在一起，習用地，使用具有一單個入射角Φi及一單個方位角θg之一光束執行散射法。
與圖3相比，圖4A及圖4B圖解說明根據本發明之一實施例之經受使用具有多個方位角之一入射束之散射量測之一週期結構的上下式視圖。參考圖4A及圖4B兩者，週期結構100經受具有中心軸203之錐形X光束202，如結合圖2所闡述。雖然自圖2不可見，但錐形X光束202進一步具有沿著y方向之維度。亦即，在錐形束202之最外部分B與最外部分C之間所取之會聚角Φcone亦提供沿著y方向之複數個入射角，例如提供非零入射方位角。
僅參考圖4A，關於上下式視圖，錐形X光束202之中心軸具有沿著x方向之一零角度θg。照此，錐形X光束202之部分A具有一零方位角。然而，即使錐形X光束202之中心軸203正交於週期結構100，錐形X光束202之部分B及C仍具有非零方位角。
僅參考圖4B，關於上下式視圖，錐形X光束202之中心軸具有沿著x方向之一非零角度θg。照此，錐形X光束202之部分A具有一非零方位角。另外，錐形X光束202之部分B及C具有不同於束202之部分A之方位角的非零方位角。
在於圖4A及圖4B中圖解說明之兩個情形中，由於錐形束202具有會聚角Φcone，因此錐形束202之靠近錐體之外部分之部分具有不同於錐形束202之與中心軸203對準之部分的入射於結構100上之一方位角。因此，錐形束202同時提供用於照射於結構100上之多個方位角，如相對於x方向所取。
因此，將圖2與圖4A或圖4B中之一者結合在一起，根據本發明之一實施例，一種藉由X光反射散射量測一樣本之方法涉及將一入射X光束照射於具有一週期結構之一樣本上。該X光束具有一錐形形狀以同時提供入射於週期結構上之多個入射角Φi及多個方位角θg。該照射產生一經散射X光束，其一部分(若非全部)可經收集以便搜集關於週期結構之資訊。
在一實施例中，入射X光束係具有大約在20度至40度之範圍內之一會聚角Φcone的一會聚X光束。在一項此類實施例中，會聚X光束之一中心軸具有相對於樣本之一固定非零入射角Φi以及一零方位角θg，如結合圖4A所闡述。在另一此類實施例中，會聚X光束之一中心軸具有相對於樣本之一固定非零入射角Φi以及一非零方位角θg，如結合圖4B所闡述。在以上任一情形中，在一具體實施例中，會聚X光束之中心軸具有大約在與水平面成10度至15度之範圍內之固定非零入射角。 在另一具體實施例中，束之錐形形狀之最外部分且最靠近週期結構之部分(例如，如在圖2中所展示之部分C)具有相對於週期結構之一水平面之約5度之一角度。
在其一實例在下文更詳細闡述之其他實施例中，使用一較窄錐形形狀可係較佳的。舉例而言，在一實施例中，入射X光束係具有大約在2度至10度之範圍內之一會聚角的一會聚X光束。在一項此類實施例中，會聚X光束之一中心軸具有相對於樣本之一固定非零入射角Φi及一零方位角θg，如結合圖4A所闡述。在另一此類實施例中，會聚X光束之一中心軸具有相對於樣本之一固定非零入射角Φi及一非零方位角θg，如結合圖4B所闡述。
在一實施例中，一低能量X光束照射於週期結構上。舉例而言，在一項此類實施例中，低能量X光束具有約1keV或更小之一能量。此一低能量源之使用可允許較大入射角，但仍具有一較小可達成斑點大小。在一項實施例中，低能量X光束係自諸如(但不限於)碳(C)、鉬(Mo)或銠(Rh)之一源產生之一Kα束。
在一實施例中，在低能量X光束照射於週期結構上之前使用一環面多層單色儀聚焦該低能量X光束。在一項此類實施例中，單色儀提供約+/- 30度之一入射角範圍以及約+/- 10度之一方位角範圍。在一具體此類實施例中，環面多層單色儀提供約+/- 20度之一入射角範圍。應瞭解，本文中闡述之錐形X光束可不或不需要被準直。舉例而言，在一項實施例中，在於上文闡述之單色儀處聚焦束與將經聚焦束照射於週期樣本上之間，該束不經受準直。在一項實施例中，經聚焦低能量X光束以小於一法向一階角度之處於零度之角度的一入射角範圍照射於樣本上。
再次參考圖2，在一實施例中，使用一偵測器250收集經散射X光束206之至少一部分。在一項此類實施例中，一個二維偵測器用以同 時對依複數個入射角及複數個方位角散射之經散射X光束206之部分之經散射信號強度進行取樣。經收集信號然後可經受散射分析，例如，其中將散射資料之反演與理論進行比較以判定週期結構100之結構細節。在一項此類實施例中，藉由關於所取樣之經散射信號強度的散射解之反演(例如，藉由對週期結構嚴格地解麥克斯韋方程式)來估計一樣本之週期結構之一形狀。在一實施例中，照射於樣本上之X光束具有小於週期結構100之一週期率之一波長。因此，探測波長可與基本結構尺寸相當或小於基本結構尺寸，從而提供來自經散射束206之與OCD散射法相比更豐富之一資料集。
如上文所闡述，在一實施例中，用於XRS之入射錐形X光束係具有大約在20度至40度之範圍內之一會聚角Φcone之一會聚X光束。此類一相對寬錐體角度可產生除零階反射資料之外亦包含較高階繞射資料之一經散射束。因此，在一項實施例中，與一單個照射操作並行地獲得零階及較高階資訊兩者。
在其他場景中，分離零階反射資料與較高階繞射資料可係所要的。在一項此類實施例中，可使用一相對較窄錐體角度，例如，入射X光束係具有大約在2度至10度之範圍內之一會聚角之一會聚X光束。可使用相對較窄錐體角度執行一個以上單量測。舉例而言，在一項實施例中，做出一第一量測，其中會聚束之中心軸具有一零方位角，如結合圖4A所闡述。然後做出一第二量測，其中會聚束之中心軸具有一非零方位角，如結合圖4B所闡述。在一具體實施例中，以一順序方式，執行第一量測以收集針對具有一週期結構之一樣本之0階(而非1階)繞射資料。執行第二量測以收集針對具有一週期結構之一樣本之1階(而非0階)繞射資料。以此方式，可在產生經散射束時分離零階資料與較高階資料。
再次關於並行及順序方法兩者，根據本文中闡述之實施例，X光 反射散射法用以藉由以一非零方位行近來分離一陣列偵測器上之不同階。在諸多情形中，階越高越有用。藉由徹底地並行獲得所有階，在一個情形中，可增強輸送量。然而，亦可使用順序方法。此外，一經高度聚焦束用來以多個入射角而非以一單個入射角進行探測。在一項實施例中，不對束進行準直，此乃因針對一經準直束，一樣本將需要旋轉以連續取得資料。藉由擷取一較高階，不需要為獲得一強反射束而使用一極小入射角。相比之下，在一實施例中，即使在其中一鏡面(0階)反射束係相對弱的但例如-1階係極強的之情形中仍可使用例如10度至15度之一入射角。
在上文所闡述之任一情形中，不管是以並行方式還是以順序方式收集，本文中闡述之實施例皆可用以獲取來自零階(鏡面)反射以及來自繞射(較高)階兩者之資料。習用解決方案已強調使用零階或繞射(較高)階，但並非兩者皆使用。本文中闡述之實施例可進一步區別於先前揭示之散射方法，在下文闡述其兩個實例。
在一第一先前闡述之方法中，頒發給Yun等人之美國專利7,920,676闡述一CD-GISAXS系統及方法。所闡述之方法涉及分析自一經準直束產生之經散射X光之繞射圖案以及分析經繞射光之多個階。較低能量用以提供一較高會聚束，此乃因繞射階較遠地間隔開。然而，階仍相當近地間隔開且所闡述之會聚角係處於微弧度。此外，不收集針對眾多入射角之繞射。
相比之下，根據本文中闡述之一或多項實施例，在一單個束中使用一大範圍之入射角。在本發明之方法中，經繞射階(除零階之外)實際上不必經擷取為有用的。然而，+/-1階可具有對光柵特性(例如，節距)之不同靈敏度，因此，在一項實施例中，在可能之情況下擷取至少一個附加階。即使如此，以信號隨入射角而變化之方式含有資訊之主體。相比之下，在美國專利7,920,676中，基本上使用一個入射角 且藉由查看大量經繞射階來聚集資訊。
此外，根據本文中闡述之一或多項實施例，可藉由將一階束移動至零階束之側來分離一階束與零階束。在一項此類實施例中，以一非零方位角行近週期或光柵結構。以此方式，可在仍達成階分離的同時使用一高度會聚束。在一例示性實施例中，藉由以一45°方位角(對於會聚束之中心軸)行近光柵，+/- 1階繞射束偏轉至零階束之側達10度之一最小值，且甚至隨著入射角增加而更大。在此情形中，可在避免資料重疊的同時使用高達大約10度之一會聚束。應瞭解，取決於光柵節距及X光能量之具體細節，可使得階之間的離距更大或更小。總體上，在一實施例中，藉由同時收集大量入射角及方位角，獲得與一單發之一經準直束相比更有用之資訊。
在一第二先前闡述之方法中，頒發給Mazor等人之美國專利6,556,652闡述使用X光之臨界尺寸的量測。所述方法實際上根本不基於一X光束之繞射。反而，在一經準直束中形成一「陰影」。該陰影自一圖案(例如，一線性光柵結構)反射出去。陰影之對比機制係用於在一光柵隙之底部處之一Si區域之間反射X光之臨界角與當首先通過隆脊材料(光阻劑)時之臨界角的差異。相比之下，根據本文中闡述之實施例，大部分資訊來自遠大於臨界角之角度處之信號。
如上文簡要地述及，以及在下文例示，X光反射散射法(XRS)可視為如應用於二維及三維週期或光柵結構之一種類型之X光反射法(XRR)。傳統XRR量測涉及使用探測一角度範圍內之一樣本的一單個源X光。隨角度變化光學路徑長度差異提供可經識別以搜集諸如膜厚度及膜密度之膜性質資訊的干涉條紋。然而，依XRR，X光與物質在較高源能量下之相互作用的物理學將角度範圍限制為相對於樣本水平面通常小於大約三度之一掠入射。因此，XRR具有受限制之生產/線內可行性。相比之下，根據本文中闡述之實施例，低能量XRR/XRS 之應用由於藉助於能量改變光學膜性質而達成較大角度之使用，此導致信號靈敏度之較大角度。
在低能量XRS之一例示性應用中，可量測與分析基本半導體電晶體構造區塊。舉例而言，一半導體裝置之一臨界尺寸(CD)指代具有對裝置效能或其製造良率具有一直接影響之一特徵。因而，必須以嚴格規範來製造及控制CD。較習用CD之實例包含閘極長度、閘極寬度、互連線寬度、線間距，以及線寬粗糙度(LWR)。半導體裝置對此類尺寸非常敏感，其中小變化就可能導致對效能、裝置故障或製造良率之顯著影響。隨著半導體裝置之積體電路(IC)特徵大小繼續收縮，製造者面臨越來越小之程序窗口以及更緊密容限。此已顯著提高對CD量測學工具之準確度及靈敏度要求以及對在製造循環中較早的對半導體裝置製造工廠或車間之生產力具有最小影響之非破壞性量測取樣的需要。
非平面半導體裝置製作使問題進一步複雜化。舉例而言，在具有一非平面形貌之凸起通道上製作之半導體裝置(其通常被稱為鰭狀件)進一步包含作為必須計及之額外CD之鰭狀件尺寸。此類鰭式場效應電晶體(鰭式FET)或多閘極裝置具有高縱橫比特徵，且對有關裝置結構之鰭狀件之三維(3D)輪廓資訊(包含側壁角度以及頂部及底部尺寸)的需求已變得關鍵。結果係，量測3D輪廓之能力提供遠比習用二維線寬度及間距CD資訊更有價值之資訊。
圖5圖解說明根據本發明之一實施例之適用於低能量X光反射散射量測之例示性鰭式FET裝置的態樣。參考圖5，結構A圖解說明具有安置於其上之一閘極電極堆疊504之一半導體鰭狀件502的一呈角度剖面視圖。半導體鰭狀件502自一基板506突出，基板506藉由淺溝槽隔離(STI)區域508而隔離。閘極電極堆疊504包含一閘極介電層510及一閘極電極512。結構B圖解說明在STI區域524之間自一基板522突出之 一半導體鰭狀件520的一剖面視圖。可經由XRS量測提供重要資訊之結構B之態樣包含鰭狀件隅角圓形部(CR)、鰭狀件側壁角度(SWA)、鰭狀件高度(H)、鰭狀件下凹部(凹口)，以及STI厚度(T)，其全部皆在圖5之結構B中繪示。結構C圖解說明在STI區域534之間自一基板532突起且在其上具有一多層膜堆疊536之一半導體鰭狀件530的一剖面視圖。多層膜堆疊536之層可包含諸如(但不限於)碳化鈦鋁(TiAlC)、氮化鉭(TaN)或氮化鈦(TiN)之材料層。比較結構B與結構C，可對諸如一裸矽鰭狀件(結構B)之一裸鰭狀件，或對具有安置於其上之不同材料層之一鰭狀件執行XRS量測。
圖6包含根據本發明之一實施例之0階反射對經散射角度矽(Si)鰭狀件的一曲線600及對應結構(A)至(E)，該矽(Si)鰭狀件包括具有10nm/20nm線/空間比率之一週期結構。參考圖6，低能量XRS量測可用以在一法向鰭狀件結構(結構A)、經增加鰭狀件高度之一結構(結構B)、經減小鰭狀件寬度之一結構(結構C)、較寬鰭狀件底部CD對鰭狀件頂部CD之一結構(結構D)以及較窄鰭狀件底部CD對鰭狀件頂部CD之一結構(結構E)之間做出區分。在此例示性情形中，藉助至週期結構之45度處0階錐形繞射分析Si鰭狀件。應瞭解，與光學資料相比，達成最高信號之一經減小區域，其中在曲線600中所見之資料中之條紋係短波長之一結果。
圖7包含根據本發明之一實施例之1階反射對經散射角度矽(Si)鰭狀件的一曲線700及對應結構，該矽(Si)鰭狀件包括具有10nm/20nm線/空間比率之一週期結構。參考圖7，低能量XRS量測可用以在一法向鰭狀件結構(結構A)、經增加鰭狀件高度之一結構(結構B)、經減小鰭狀件寬度之一結構(結構C)、較寬鰭狀件底部CD對鰭狀件頂部CD之一結構(結構D)以及較窄鰭狀件底部CD對鰭狀件頂部CD之一結構(結構E)之間做出區分。在此例示性情形中，藉助至週期結構之45度處1階 錐形繞射分析Si鰭狀件。另外，變化節距之一結構包含於曲線700中。如在曲線700中展示，1階資料對鰭狀件厚度非常敏感(注意結構B與由結構A以及結構C至E引起之信號顯著分離)。此外，1階資料對週期結構中之節距變化非常敏感，注意用於經變化節距之光譜亦可與其他光譜有顯著區別。
在另一態樣中，闡述用於執行X光反射散射法之一設備。一般而言，在一實施例中，此一設備包含一通用X光源以及以二維尺寸延伸之一聚焦單色儀。聚焦單色儀允許入射光線用以下方式以兩個變化入射角撞擊一週期樣本：(i)入射至週期結構之平面，以及(ii)方位上相對於結構之對稱性(且以固定入射角)。藉由一個二維(2D)偵測器達成經散射光之偵測，其同時對跨兩個角度方向上之經散射角度範圍之經散射信號強度進行取樣。在一項實施例中，單色儀之確保經偵測信號無散射階重疊之限制條件要求入射角範圍小於法向一階角度之處於0度處之角度，亦即，θ=sin-1(1-λ/d)。由於使用具有小於光柵之週期之一特性波長之光，因此較高階繞射階係可達成的，且提供關於光柵結構之額外資訊。另外，多個厚度循環之干涉條紋可用以判定線高度、寬度及形狀。與2D干擾/散射資料相比，經由散射解之反演達成對週期結構之形狀及結構之最終估計。
作為一較具體實例，圖8係表示根據本發明之一實施例之具有XRS能力之一週期結構量測系統的一圖解說明。
參考圖8，用於藉由X光反射散射量測一樣本802之一系統800包含用於產生具有大約1keV或更小之一能量之一X光束806之一X光源804。提供用於定位樣本802之一樣本固持器808，該樣本具有一週期結構。一單色儀810定位於X光源804與樣本固持器802之間，其中X光束806自X光源804行進至單色儀810且然後行進至樣本固持器808。單色儀810用於聚焦X光束806以提供一入射X光束812至樣本固持器 808。入射X光束812同時具有複數個入射角及複數個方位角。系統800亦包含用於收集來自樣本802之一經散射X光束816之至少一部分的一偵測器814。
再次參考圖8，在一實施例中，X光源804、樣本固持器808、單色儀810及偵測器814皆容納於一室818中。在一實施例中，系統800進一步包含一電子槍820。在一項此類實施例中，X光源804係一陽極，且電子槍指向該陽極。在一特定實施例，陽極用於產生低能量X光，且該陽極包含諸如(但不限於)碳(C)、鉬(Mo)或銠(Rh)之一材料。在一項實施例中，電子槍820係一大約1keV電子槍。再次參考圖8，一磁性電子抑制裝置822包含於X光源804與單色儀810之間。
在一實施例中，單色儀810係提供大約+/- 30度之一入射角範圍及大約+/- 10度之一方位角範圍之一環面多層單色儀。在一項此類實施例中，環面多層單色儀提供大約+/- 20度之一入射角範圍。在一實施例中，如上文所闡述，在單色儀810與樣本固持器808之間不存在中介準直器。單色儀810可經定位以提供用於XRS量測之一所要入射束。舉例而言，在一第一實施例中，單色儀810相對於樣本固持器808經定位以提供一會聚X光束，該會聚X光束具有包括相對於一樣本802之一週期結構之一固定非零入射角以及一零方位角之一中心軸。在一第二實施例中，單色儀810相對於樣本固持器808經定位以提供一會聚X光束，該會聚X光束具有包括相對於一樣本802之一週期結構之一固定非零入射角以及一非零方位角之一中心軸。在一實施例中，單色儀810包括安置於一玻璃基板上之交替金屬(M)層與碳(C)層，其中M係諸如(但不限於)鈷(Co)或鉻(Cr)之一金屬。在一特定此類實施例中，提供用於反射基於碳(C)之Kα輻射之一多層單色儀，且該多層單色儀包含大約100個重複性Co/C或Cr/C層與約4奈米之一週期，亦即，略小於可係大約5奈米之經反射束之波長的一週期。在一項此類實施例 中，Co或Cr層比C層薄。
樣本固持器808可係一可移動樣本固持器。舉例而言，在一實施例中，樣本固持器808係可旋轉的以改變X光束812之一中心軸相對於一樣本802之一週期結構之一方位角。在一實施例中，樣本固持器808係可旋轉的以藉助全對中旋轉提供正交操作，從而達成每次量測兩個或兩個以上的樣本旋轉。在一實施例中，一導航目視檢驗設備824允許對樣本固持器808之目視檢驗，如在圖8中所繪示。在一項此類實施例中，包含用於一基於視覺之檢驗系統之一內翻式物鏡透鏡。
在一實施例中，偵測器814係一個二維偵測器。二維偵測器可經結構設計以同時對依入射束812之複數個入射角及複數個方位角散射之經散射X光束816之部分的經散射信號強度進行取樣。在一實施例中，系統800進一步包含耦接至二維偵測器之一處理器或計算系統899。在一項此類實施例中，處理器899係用於藉由關於所取樣之經散射信號強度之散射解之反演來估計一樣本802之週期結構之一形狀。代替一個二維偵測器，在另一實施例種，可實施一掃描狹縫。在以上任一情形中，偵測器814可經結構設計以達成跨一色散範圍之大約1000像素之資料收集。
本發明之實施例可提供為可包含一機器可讀媒體之一電腦程式產品或軟體，該機器可讀媒體上儲存有可用以將一電腦系統(或其他電子裝置)程式化以根據本發明執行一程序之指令。一機器可讀媒體包含用於以一機器(例如，一電腦)可讀之一形式儲存或傳輸資訊之任何機制。舉例而言，一機器可讀(例如，電腦可讀)媒體包含一機器(例如，一電腦)可讀儲存媒體(例如，唯讀記憶體(「ROM」)、隨機存取記憶體(「RAM」)、磁碟儲存媒體、光學儲存媒體、快閃記憶體裝置等)、一機器(例如，電腦)可讀傳輸媒體(電、光、聲或其他形式之傳播信號(例如，紅外線信號、數位信號等))等。
圖9圖解說明呈在其內可執行用於致使機器執行本文中所論述之方法中之任何一或多者之一指令集的一電腦系統900之例示性形式之一機器之一圖解性表示。在替代實施例中，該機器可連接(例如，網路連線)至一區域網路(LAN)、一內部網路、一外部網路或網際網路中之其他機器。該機器可作為一客戶端-伺服器網路環境中之一伺服器或一客戶端機器或作為一同級間(或分散式)網路環境中之一同級機器而操作。該機器可係一個人電腦(PC)、一平板PC、一機上盒(STB)、一個人數位助理(PDA)、一蜂巢式電話、一web器具、一伺服器、一網路路由器、交換器或橋接器或能夠執行指定由彼機器採取之動作之一指令集(順序或以其他方式)的任何機器。此外，儘管圖解說明僅一單個機器，但術語「機器」亦應視為包含個別地或聯合地執行用以執行本文中所論述之方法中之任何一或多者之一組(或多組)指令之機器(例如，電腦)之任何集合。舉例而言，在一實施例中，一機器經結構設計以執行用於藉由X光反射散射量測一樣本之一或多組指令。在一項實例中，電腦系統900可適用於使用上述XRS設備800之電腦系統899。
例示性電腦系統900包含一處理器902、一主記憶體904(例如，唯讀記憶體(ROM)、快閃記憶體、諸如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM(RDRAM)之動態隨機存取記憶體(DRAM)等)、一靜態記憶體906(例如，快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體(SRAM)等)及一個次級記憶體918(例如，一資料儲存裝置)，該等器件經由一匯流排930彼此通信。
處理器902表示諸如一微處理器、中央處理單元或諸如此類之一或多個一般用途處理裝置。更特定而言，處理器902可係一複雜指令集計算(CISC)微處理器、精簡指令集計算(RISC)微處理器、極長指令字(VLIW)微處理器、實施其他指令集之處理器或實施一指令集組合 之處理器。處理器902亦可係一或多個特殊用途處理裝置，諸如一特殊應用積體電路(ASIC)、一場可程式化閘陣列(FPGA)、一數位信號處理器(DSP)、網路處理器，或諸如此類。處理器902經組態以執行用於執行本文中所論述之操作之處理邏輯926。
電腦系統900可進一步包含一網路介面裝置908。電腦系統900亦可包含一視訊顯示單元910(例如，一液晶顯示器(LCD)或一陰極射線管(CRT))、一文數輸入裝置912(例如，一鍵盤)、一游標控制裝置914(例如，一滑鼠)及一信號產生裝置916(例如，一揚聲器)。
次級記憶體918可包含在其上儲存有體現本文中所闡述之方法或功能中之任何一或多者之一或多個指令集(例如，軟體922)的一機器可存取儲存媒體(或更具體而言，一電腦可讀儲存媒體)931。軟體922在由電腦系統900執行其期間亦可完全地或至少部分地駐存於主記憶體904及/或處理器902內，主記憶體904及處理器902亦構成機器可讀儲存媒體。軟體922可進一步經由網路介面裝置908在一網路920上予以傳輸或接收。
雖然在一例示性實施例中將機器可存取儲存媒體931展示為一單個媒體，但術語「機器可讀儲存媒體」應視為包含儲存一或多個指令集之一單個媒體或多個媒體(例如，一集中式或分散式資料庫及/或相關聯快取記憶體及伺服器)。術語「機器可讀儲存媒體」亦應視為包含能夠儲存或編碼供機器執行之一指令集且致使機器執行本發明之方法中之任何一或多者之任何媒體。因此，術語「機器可讀儲存媒體」應視為包含(但不限於)固態記憶體以及光學及磁性媒體。
根據本發明之一實施例，一非暫時性機器可存取儲存媒體具有儲存於其上之用於執行藉由X光反射散射量測一樣本之一方法的指令。該方法涉及將一入射X光束照射於具有一週期結構之一樣本上以產生一經散射X光束。該入射X光束同時提供複數個入射角及複數個 方位角。該方法亦涉及收集經散射X光束之至少一部分。
因此，已闡述用於使用多角度X光反射散射(XRS)量測週期結構之方法及系統。
100‧‧‧週期結構/光柵結構/結構
104‧‧‧水平面
202‧‧‧錐形束/錐形X光束
203‧‧‧中心軸
206‧‧‧經散射X光束/經散射束
250‧‧‧偵測器
A‧‧‧部分
B‧‧‧部分/最外部分
C‧‧‧部分/最外部分
Φi‧‧‧入射角
Φcone‧‧‧會聚角

Claims (32)

  1. 一種藉由X光反射散射量測一樣本之方法，該方法包括：將一入射X光束照射於具有一週期結構之一樣本上以產生一經散射X光束，該入射X光束同時提供複數個入射角及複數個方位角；及收集該經散射X光束之至少一部分。
  2. 如請求項1之方法，其中該入射X光束係具有大約在20度至40度之範圍內之一會聚角之一會聚X光束。
  3. 如請求項2之方法，其中該會聚X光束之一中心軸具有相對於該樣本之一固定非零入射角以及一個零方位角。
  4. 如請求項3之方法，其中該會聚X光束之該中心軸具有大約在與水平面成10度至15度之範圍內之該固定非零入射角。
  5. 如請求項2之方法，其中該會聚X光束之一中心軸具有相對於該樣本之一固定非零入射角以及一非零方位角。
  6. 如請求項5之方法，其中該會聚X光束之該中心軸具有大約在與水平面成10度至15度之範圍內之該固定非零入射角。
  7. 如請求項1之方法，其中該入射X光束係具有大約在2度至10度之範圍內之一會聚角之一會聚X光束。
  8. 如請求項7之方法，其中該會聚X光束之一中心軸具有相對於該樣本之一固定非零入射角以及一個零方位角。
  9. 如請求項7之方法，其中該會聚X光束之一中心軸具有相對於該樣本之一固定非零入射角以及一非零方位角。
  10. 如請求項8之方法，該方法進一步包括：將該會聚X光束之該中心軸定位成相對於該樣本之處於該固定非零入射角之一非零方位角；以及，隨後， 將該會聚X光束照射於該樣本上以產生一第二經散射X光束；及收集該第二經散射X光束之至少一部分。
  11. 如請求項10之方法，其中收集該經散射X光束之該部分包括收集針對該樣本之0階而非1階之繞射資料，且其中收集該第二經散射X光束之該部分包括收集針對該樣本之1階而非0階之繞射資料。
  12. 如請求項1之方法，其中照射該入射X光束包括照射具有大約1keV或更小之一能量之一低能量X光束。
  13. 如請求項12之方法，其中照射該低能量X光束包括自選自由以下各項組成之群組之一源產生該低能量X光束：碳(C)、鉬(Mo)及銠(Rh)。
  14. 如請求項12之方法，其進一步包括：在將該低能量X光束照射於該樣本上之前，使用一環面多層單色儀聚焦該低能量X光束，該環面多層單色儀提供大約+/- 30度之一入射角範圍以及大約+/- 10度之一方位角範圍。
  15. 如請求項14之方法，其中不在該聚焦與該照射之間將該低能量X光束準直。
  16. 如請求項14之方法，其中聚焦該低能量X光束包括以小於一法向一階角度之處於零度之角度的一入射角範圍將該低能量X光束照射於該樣本上。
  17. 如請求項14之方法，其中該環面多層單色儀提供大約+/- 20度之一入射角範圍。
  18. 如請求項1之方法，其中收集該經散射X光束之該部分包括使用一個二維偵測器來同時對依該複數個入射角及該複數個方位角散射之該經散射X光束之該部分之經散射信號強度進行取樣。
  19. 如請求項18之方法，其進一步包括：藉由關於該所取樣之經散射信號強度之散射解之反演來估計該樣本之該週期結構之一形狀。
  20. 如請求項1之方法，其中將該入射X光束照射於該樣本上包括照射具有小於該週期結構之一週期率之一波長的一X光束。
  21. 一種用於藉由X光反射散射量測一樣本之系統，該系統包括：一X光源，其用於產生具有大約1keV或更小之一能量之一X光束；一樣本固持器，其用於定位具有一週期結構之一樣本；一單色儀，其定位於該X光源與該樣本固持器之間，該單色儀用於聚焦該X光束以提供一入射X光束至該樣本固持器，該入射X光束同時具有複數個入射角及複數個方位角；及一偵測器，其用於收集來自該樣本之一經散射X光束之至少一部分。
  22. 如請求項21之系統，其中該X光源包括指向一陽極之一電子槍，該陽極包括選自由以下各項組成之群組之一材料：碳(C)、鉬(Mo)及銠(Rh)。
  23. 如請求項21之系統，其中該單色儀係提供大約+/- 30度之一入射角範圍及大約+/- 10度之一方位角範圍之一環面多層單色儀。
  24. 如請求項23之系統，其中該環面多層單色儀提供大約+/- 20度之一入射角範圍。
  25. 如請求項21之系統，其中在該單色儀與該樣本固持器之間不存在中介準直器。
  26. 如請求項21之系統，其中該單色儀相對於該樣本固持器經定位以提供一會聚X光束，該會聚X光束具有包括相對於該樣本之該週期結構之一固定非零入射角以及一個零方位角之一中心軸。
  27. 如請求項21之系統，其中該單色儀相對於該樣本固持器經定位以提供一會聚X光束，該會聚X光束具有包括相對於該樣本之該週期結構之一固定非零入射角以及一非零方位角之一中心軸。
  28. 如請求項21之系統，其中該樣本固持器係可旋轉的以改變該X光束之一中心軸相對於該樣本之該週期結構之一方位角。
  29. 如請求項21之系統，其中該樣本固持器係可旋轉的以藉助全對中旋轉提供正交操作，從而達成每次量測兩個或兩個以上的樣本旋轉。
  30. 如請求項21之系統，其中該偵測器係用於同時對依該複數個入射角及該複數個方位角散射之該經散射X光束之該部分的經散射信號強度進行取樣之一個二維偵測器。
  31. 如請求項30之系統，其進一步包括：一處理器，其耦接至該二維偵測器，該處理器用於藉由關於該所取樣之經散射信號強度之散射解之反演來估計該週期結構之一形狀。
  32. 如請求項21之系統，其中該單色儀包括安置於一玻璃基板上之交替金屬(M)層與碳(C)層，其中M係選自由鈷(Co)及鉻(Cr)組成之群組。
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