TW202204884A - 具有經改良濾波之軟x射線光學件 - Google Patents

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Abstract

本文中呈現有效地傳播在一所要能量範圍內之X射線輻射且拒斥在該所要能量範圍之外之輻射之光學元件。在一個態樣中，一基於X射線之系統之一或多個光學元件包含一整合式光學濾波器，該整合式光學濾波器包含吸收具有在所要能帶之外之能量之輻射之一或多個材料層。一般言之，該整合式濾波器藉由抑制光譜之紅外(IR)、可見光(vis)、紫外(UV)、極紫外(EUV)部分或任何其他非所要波長區域內之反射率而改良一基於X射線之系統之光學效能。在一進一步態樣中，一或多個擴散障壁層防止該整合式光學濾波器之降級、防止該整合式光學濾波器與其他材料層之間之擴散或兩者。在一些實施例中，一整合式光學濾波器之一或多個材料層之厚度在該濾波器之空間區域內變動。

Description

具有經改良濾波之軟X射線光學件
所述實施例係關於X射線光學件且更特定言之，係關於用於濾除光學系統中之頻帶外輻射之薄膜光學層。
半導體裝置(諸如邏輯及記憶體裝置)通常由應用至一樣品之一系列處理步驟製造。半導體裝置之各種特徵及多個結構層級係由此等處理步驟形成。例如，微影尤其係涉及在一半導體晶圓上產生一圖案之一個半導體製造程序。半導體製造程序之額外實例包含(但不限於)化學機械拋光、蝕刻、沈積及離子植入。多個半導體裝置可製造於一單一半導體晶圓上且接著被分離成個別半導體裝置。
在一半導體製造程序期間之各個步驟使用度量衡程序以偵測晶圓上之缺陷以促進更高良率。通常使用基於包含散射量測及反射量測實施方案之技術之數個度量衡以及相關聯分析演算法以特性化奈米級結構之關鍵尺寸、膜厚度、組合物及其他參數。
傳統上，散射量測關鍵尺寸量測係在由薄膜及/或重複週期性結構組成之目標上執行。在裝置製造期間，此等膜及週期性結構通常表示實際裝置幾何形狀及材料結構或一中間設計。隨著裝置(例如，邏輯及記憶體裝置)朝向更小奈米級尺寸發展，特性化變得更困難。併入複雜三維幾何形狀及具有不同物理性質之材料之裝置促成特性化困難。
基於基於X射線之散射量測及反射量測之度量衡系統已成為用於半導體結構之尺寸度量衡之適合工具。基於X射線之度量衡系統已展現對於低及高長寬比結構兩者之量測能力。在一些應用中，基於X射線之度量衡系統具備與切割道目標相容之一照明束光點大小。基於X射線之度量衡系統已使得有效地開發且驗證具挑戰性量測應用之量測配方且在無大量先前尺寸及材料組合物資訊之情況下在一大批量製造(HVM)環境中操作可行。
高反射性多層光學件係基於X射線之量測及處理系統之光學系統之一關鍵組件。高反射性多層光學件通常採用不同材料膜層之重複對。各對層包含一吸收劑材料層及一間隔件材料層。常見吸收劑材料包含鎢(W)、二矽化鎢(WSi2 )、釕(Ru)、釩(V)、鑭(La)、鉬(Mo)、二氧化鈦(TiO2 )、鎳(Ni)等。常見間隔件材料包含碳(C)、氮化硼(BN)、碳化硼(B4 C)、矽(Si)等。
圖1描繪用於軟X射線應用中之一多層光學件10之一橫截面視圖之一圖解。多層塗層12之一組重複對經製造於一矽基板11上方。繪示多層塗層之頂部四個重複對13A至13D。多層塗層之各重複對包含一間隔件層(例如，重複對13A之層15)及一吸收劑層(例如，重複對13A之層14)。在圖1中描繪之實施例中，間隔件層係由鈧(Sc)製成，且吸收劑層係由鉻(Cr)製成。在一項實施例中，該組多層塗層12包含多層塗層之四百個重複對。該組多層塗層之空間週期P (即，各重複材料對之厚度)係1.56奈米以滿足布拉格(Bragg)條件。在Eriksson、Fredrik等人之「14.5% near-normal incidence reflectance of Cr Sc x-ray multilayer mirrors of the water window」，Optics letters 28-24 (2003年)：第2494至2496頁中呈現圖1中描繪之多層光學件之額外描述，其內容之全文以引用的方式併入本文中。
多層光學件10之反射率通常對於入射角及光束能量(即，波長)極其敏感。圖2係繪示依據五度之一入射角之光束能量而變化之多層光學件10之反射率之一模擬之一標繪圖20。模擬採用假定理想、平坦介面之菲涅爾(Fresnel)方程式。與各材料相關聯之光學常數(即，Δ及β常數)係使用來自勞倫斯伯克利(Lawrence Berkeley)國家實驗室之材料科學部之X射線光學件中心(CXRO)之散射因子表導出(可經由網際網路在http://henke.lbl.gov/optical_constants/存取)。如圖2中描繪，在399電子伏特(3.11奈米)之光束能量(其在軟X射線輻射之範圍(例如，80 eV至3,000 eV)內)下達成53.1%之一最大反射率。
基於寬頻、軟X射線之度量衡需要在軟X射線波長下之高反射率。然而，較低能量輻射(例如，EUV、UV、可見光、IR)污染基於軟X射線之量測。不幸地，如圖2中繪示，在軟X射線系統中採用之傳統多層光學件10在極紫外(EUV)光譜(例如，10 eV至80 eV)中展現高反射率。此係由隨著光子能量降低而增加空氣與鏡材料(例如，Cr或Sc)之間之折射率之對比度而引起。因此，採用傳統多層光學件10之基於軟X射線之系統經受EUV光污染。
傳統上，在一軟X射線系統之一光學路徑中採用一或多個透射、獨立光學濾波器以過濾所要軟X射線能帶(例如，EUV、UV、可見光、IR)之外之光污染。此等透射性、獨立光學濾波器係由跨越X射線光束之橫截面(例如，跨數百微米至數毫米)之一極薄材料薄膜(例如，5至50奈米厚)製成。在一相對大距離內未經支撐之此等極薄薄膜昂貴且極其脆弱。此負面影響當前基於軟X射線之系統之可靠性及實用性。
概括言之，需要具有經改良光學件之基於X射線之系統。經改良光學件應實現一所要能量範圍內之X射線輻射的有效傳播及所要能量範圍之外之輻射的拒斥。特定言之，期望能夠傳播寬頻、軟X射線輻射且拒斥在光譜之EUV、UV、可見光及IR部分中之波長之光學件。
本文中呈現有效地傳播在一所要能量範圍內之X射線輻射且拒斥在該所要能量範圍之外之輻射之光學元件。藉由非限制性實例，本文中描述之該等光學元件經實施於一X射線度量衡系統、一投影微影系統、一顯微鏡系統、一天文系統、一光譜系統、包含雷射腔及光學件之一雷射照明源、一同步加速器照明源等之任何者中。
在一個態樣中，一基於X射線之系統之一或多個光學元件包含一整合式光學濾波器，該整合式光學濾波器包含吸收具有在所要能帶之外之能量之輻射之一或多個材料層。一般言之，該整合式濾波器藉由抑制光譜之紅外(IR)、可見光(vis)、紫外(UV)、極紫外(EUV)部分或任何其他非所要波長區域內之反射率而改良一基於X射線之系統之光學效能。
在一些實施例中，一多層X射線反射光學件包含一整合式光學濾波器，該整合式光學濾波器包含吸收具有低於所要能帶之能量之輻射之一或多個材料層。取決於所要波長範圍或待吸收波長範圍，該整合式光學濾波器可包含一單一材料層、兩個材料層或兩個以上材料層。
在一進一步態樣中，一整合式光學濾波器包含用於防止外部環境對該整合式光學濾波器之降級、防止該整合式光學濾波器與其他材料層之間之擴散或兩者之一或多個擴散障壁層。在許多實施例中，一薄擴散障壁層有效地增加一多層光學件之壽命而不影響其光學效能。
在另一態樣中，一整合式光學濾波器之一或多個層之厚度在該濾波器之空間區域內變動。
前文係一概述且因此必然含有細節之簡化、概括及省略；因此，熟習此項技術者將瞭解，該概述僅係闡釋性且不以任何方式限制。本文中描述之裝置及/或程序之其他態樣、發明特徵及優點將在本文中所陳述之非限制性詳細描述中變得顯而易見。
現將詳細參考本發明之背景實例及一些實施例，在隨附圖式中繪示其等之實例。
本文中呈現有效地傳播在一所要能量範圍內之X射線輻射且拒斥在所要能量範圍之外之輻射之光學元件。另外，亦呈現包含有效地傳播在一所要能量範圍內之X射線輻射且拒斥在所要能量範圍之外之輻射之光學元件之基於X射線之度量衡系統。特定言之，基於寬頻、軟X射線之度量衡系統採用傳播寬頻、軟X射線輻射且拒斥在EUV、UV、可見光、IR或其等之任何組合中之波長之光學元件。
在一個態樣中，一基於X射線之系統之一或多個光學元件包含一整合式光學濾波器，該整合式光學濾波器包含吸收具有低於所要能帶之能量之輻射之一或多個材料層。在一些實施例中，整合式光學濾波器吸收具有高於10奈米(即，小於123.9電子伏特)之波長之輻射。在一些實施例中，整合式光學濾波器吸收具有高於13.7奈米(即，小於90電子伏特)之波長之輻射。在一些實施例中，整合式光學濾波器吸收具有高於12.4奈米(即，小於100電子伏特)之波長之輻射。在一些實施例中，整合式光學濾波器吸收具有高於10.3奈米(即，小於120電子伏特)之波長之輻射。一般言之，整合式濾波器藉由抑制光譜之紅外(IR)、可見光(vis)、紫外(UV)、極紫外(EUV)部分或任何其他非所要波長區域內之反射率而改良一基於X射線之系統之光學效能。
藉由非限制性實例，一X射線度量衡系統、一投影微影系統、一顯微鏡系統、一天文系統、一光譜系統、包含雷射腔及光學件之一雷射照明源、一同步加速器照明源等之一或多個光學元件包含用於吸收非所要輻射之一整合式光學濾波器。
在一些實施例中，一多層X射線反射光學件包含一整合式光學濾波器，該整合式光學濾波器包含吸收具有低於所要能帶之能量之輻射之一或多個材料層。取決於所要波長範圍或待吸收波長範圍，整合式光學濾波器可包含一單一材料層、兩個材料層或兩個以上材料層。通常言之，為了最佳π相位匹配(即，180度相位匹配)選擇各層之厚度以在待抑制光子能量之範圍內最大化消光。各材料層之厚度通常位於一與一百奈米之間之一範圍中。
針對包含安置於一組重複對之反射性多層塗層之頂部上之一單一材料層之一整合式光學濾波器，可藉由方程式(1)及(2)近似計算單一材料層之一光學折射率nfilter 及厚度tfilter ，其中ntop 係下伏組之重複對之反射性多層塗層之頂層之折射率，θ係入射光束之入射角，且λ係入射光束之波長。
Figure 02_image001
實務上，藉由執行由方程式(1)及(2)導引之各種材料之一系列厚度最佳化而導引一整合式光學濾波器之材料及沈積厚度之一選擇。例如，一多層結構之複雜性可使最佳厚度移位以達成遠離由方程式(2)作出之厚度估計之一最佳消光谷。另外，識別可有效地沈積於完美匹配方程式(1)之要求之一薄層中之一材料亦具挑戰性。因此，實務上，方程式(1)有助於窄化候選材料之清單，且方程式(2)提供厚度最佳化之一良好起始點。
另外，很少有頻帶外污染(例如，EUV污染)位於一尖銳波長帶內。因此，一單一材料層之選擇及厚度最佳化將通常涉及關於頻帶外吸收之折衷。若此等折衷使單層濾波器無效，則應考量(若干)不同材料之一或多個額外層。
圖3描繪包含一整合式光學濾波器101之一多層X射線反射光學件100。圖3中描繪之相同數字之元件與參考圖1描述之該等元件相同。如圖3中描繪，整合式光學濾波器101包含明確地製造於該組重複對之多層塗層12之頂部上之一材料層。在一個實例中，整合式光學濾波器101係沈積於鉻吸收劑層14之頂部上之二氧化矽(SiO2 )層。
圖4描繪繪示圖3中描繪之多層X射線反射光學件100之反射率之一模擬之一標繪圖110。標繪線111描繪無整合式光學濾波器101之依據光束能量而變化之多層X射線反射光學件100之反射率。標繪線112描繪具有具備一單層SiO2 (其具有10奈米之一厚度)之一整合式光學濾波器101之依據光束能量而變化之多層X射線反射光學件100之反射率。如圖4中繪示，整合式光學濾波器101消除41.6 eV之輻射之99.3%，且僅吸收所關注波長(397.9 eV)之輻射之5.4%。在自30 eV至130 eV之一污染頻帶內，相較於未濾波案例，整合式光學濾波器將平均反射率減小8倍。
圖5描繪繪示針對一整合式光學濾波器之不同厚度之圖3中描繪之多層X射線反射光學件100之反射率之一模擬之一標繪圖120。標繪線121描繪具有具備一單層SiO2 (其具有8奈米之一厚度)之一整合式光學濾波器101之多層X射線反射光學件100之反射率之一模擬。標繪線122描繪具有具備一單層SiO2 (其具有10奈米之一厚度)之一整合式光學濾波器101之多層X射線反射光學件100之反射率之一模擬。標繪線123描繪具有具備一單層SiO2 (其具有12奈米之一厚度)之一整合式光學濾波器101之多層X射線反射光學件100之反射率之一模擬。隨著厚度自8奈米改變至12奈米，第一消光谷自47.0 eV (26.4奈米)移位至39.1 eV (31.7奈米)。另外，第二消光谷自115.1 eV (10.8奈米)移位至83.9 eV (14.8奈米)。以此方式，藉由調整整合式光學濾波器101之厚度而調諧其阻帶。
在一些實施例中，一單層整合式光學濾波器之頻寬太窄而無法充分抑制所關注污染波長之範圍。在此等實施例中，採用具有兩個層或兩個以上層之一整合式光學濾波器。在一些實施例中，一多層整合式光學濾波器可吸收較少X射線系統操作之所要波長之輻射。
一般言之，多層整合式光學濾波器之層之順序可係任意的。然而，在較佳實施例中，最佳匹配空氣之折射率(例如，較小Δ及β)之多層整合式光學濾波器之材料層經安置於多層堆疊之頂部上以容許穿過空氣/層介面之更多輻射。
圖6描繪包含一整合式光學濾波器131之一多層X射線反射光學件130。圖6中描繪之相同數字之元件與參考圖1描述之該等元件相同。如圖6中描繪，整合式光學濾波器131包含明確地製造於該組重複對之多層塗層12之頂部上之兩個材料層132及133。在一個實例中，層132係沈積於鉻吸收劑層14之頂部上之二氧化矽(SiO2 )層且層133係沈積於SiO2 層132之頂部上之碲(Te)層。Te層133經沈積於頂部上，此係因為相較於低於60 eV之SiO2 ，其具有顯著更小Δ及β值。整合式光學濾波器131在其中污染主要集中在自30 eV至60 eV之一光子能量範圍內之X射線系統中係較佳的。
圖7描繪繪示圖6中描繪之多層X射線反射光學件130之反射率之一模擬之一標繪圖140。標繪線141描繪無整合式光學濾波器131之依據光子能量而變化之多層X射線反射光學件130之反射率。標繪線142描繪具有具備一SiO2 層132 (其具有10.5奈米之一厚度)及一Te層133 (其具有14.4奈米之一厚度)之一整合式光學濾波器131之依據光子能量而變化之多層X射線反射光學件100之反射率。如圖7中繪示，相較於圖4中繪示之整合式光學濾波器101，整合式光學濾波器131具有一寬得多的阻帶。整合式光學濾波器131包含低於60 eV之三個消光谷。另外，相較於未濾波案例，整合式光學濾波器131僅吸收所關注波長(397.9 eV)之輻射之13.8%。
圖8描繪繪示在自30 eV至130 eV之一污染頻帶內之圖7中描繪之多層X射線反射光學件130之反射率之模擬之一標繪圖150。如圖8中描繪，峰值消光發生在41.2 eV下，其中光子能量之98.9%被吸收。相較於在自30 eV至60 eV之一所關注污染頻帶內之未濾波案例，整合式光學濾波器130將平均反射率減小17倍。
圖9描繪繪示針對Te層133之各種厚度及SiO2 層132之10.5奈米之一恆定厚度之在自30 eV至70 eV之一光子能帶內之圖6中描繪之多層X射線反射光學件130之反射率之一模擬之一標繪圖160。標繪線161描繪具有具備13.4奈米之一厚度之Te層133之多層X射線反射光學件130之反射率。標繪線162描繪具有具備14.4奈米之一厚度之Te層133之多層X射線反射光學件130之反射率。標繪線163描繪具有具備15.4奈米之一厚度之Te層133之多層X射線反射光學件130之反射率。
圖10描繪繪示針對SiO2 層132之各種厚度及Te層133之14.4奈米之一恆定厚度之在自30 eV至70 eV之一光子能帶內之圖6中描繪之多層X射線反射光學件130之反射率之一模擬之一標繪圖170。標繪線171描繪具有具備9.5奈米之一厚度之SiO2 層132之多層X射線反射光學件130之反射率。標繪線172描繪具有具備10.5奈米之一厚度之SiO2 層132之多層X射線反射光學件130之反射率。標繪線173描繪具有具備11.5奈米之一厚度之SiO2 層132之多層X射線反射光學件130之反射率。如圖9及圖10中繪示，改變Te層133之厚度影響第一消光谷164及第三消光谷166之位置，而改變SiO2 層132之厚度使第二消光谷165之位置移位。
圖11描繪一表180之一圖解，該表180針對圖9及圖10中繪示之Te及SiO2 層厚度之不同組合概述圖6中描繪之多層X射線反射光學件130在三個不同污染頻帶內之平均反射率及在一所關注軟X射線波長(397.9 eV)下之反射率。在一個實例中，一X射線系統之照明源之輸出光譜指定其中期望最大抑制之污染波帶。表180用於選擇用於在經識別污染波帶內抑制光子能量之膜厚度之最佳組合。
在一些實施例中，一X射線光學元件經設計以支援多個所關注波長。在一些此等實施例中，整合式光學濾波器包含在全部所關注波長內最佳化之一單層或多層組合。在一些其他實施例中，整合式光學濾波器包含各在全部所關注波長之一不同部分內最佳化且各最佳化以抑制至少一個污染頻帶之多個單一層或多個多層組合。
在一進一步態樣中，一整合式光學濾波器包含用於防止外部環境對整合式光學濾波器之降級、防止整合式光學濾波器與其他材料層之間之擴散或兩者之一或多個擴散障壁層。在許多實施例中，一薄擴散障壁層有效地增加一多層光學件之壽命而不影響其光學效能。
圖12描繪包含一整合式光學濾波器191之一多層X射線反射光學件190。圖12中描繪之相同數字之元件與參考圖1及圖6描述之該等元件相同。如圖12中描繪，整合式光學濾波器191包含沈積於鉻吸收劑層14之頂部上及SiO2 層132下方之一擴散障壁層192。在此實施例中，擴散障壁層192防止氧及水使該組重複對之多層塗層12降級，且亦保護該組重複對之多層塗層12免於擴散至SiO2 層132及Te層133中。在另一實施例中，擴散障壁層192沈積於SiO2 層132之頂部上及Te層133下方。在又一實施例中，擴散障壁層192沈積於Te層133之頂部上。在此等實施例中，擴散障壁層192防止氧及水使該組重複對之多層塗層12降級。一般言之，一或多個擴散障壁層可沈積於一整合式光學濾波器之堆疊中之任何處。
一般言之，一整合式光學濾波器可定位於一多層光學元件之堆疊中之任何處。在一些實施例中，一整合式光學濾波器定位於如圖3、圖6及圖12中繪示之一多層X射線反射光學件之層堆疊之頂部上。在一些其他實施例中，一整合式光學濾波器定位於一多層X射線反射光學件之層堆疊中之一組重複對之多層塗層下方(例如，該組重複對之多層塗層12與基板11之間)。
在一些實施例中，一整合式光學濾波器之一或多個層係由化學惰性材料製成以改良光學元件之穩定性及壽命。在此等實施例中，整合式光學濾波器定位於一多層X射線反射光學件之層堆疊之頂部上，從而使該組重複對之多層塗層與外部環境分離。以此方式，整合式光學濾波器亦用作防止周圍環境對重複對之多層塗層之污染之一保護層。
藉由非限制性實例，化學惰性且係一整合式光學濾波器之一或多個層之適合候選者之材料包含純元素(例如，碲、碳、鎂)及化合物(例如，碳化硼(B4 C)、氮化矽(Si3 N4 )、氧化矽(SiO2 ))。可藉由各種沈積技術(諸如濺鍍)將此等材料以薄層沈積於多層反射塗層之頂部上。另外，此等材料層之沈積可直接藉由用於製造多層反射塗層之製造工具(例如，磁控濺鍍工具)執行。
在另一態樣中，一整合式光學濾波器之一或多個層之厚度在濾波器之空間區域內變動。在一些實施例中，一X射線光學元件係彎曲的且一整合式光學濾波器之一或多個層具有梯度厚度，該梯度厚度追蹤沿著彎曲光學件之入射角，使得入射光具有穿過吸收材料之相同路徑長度而無關於沿著彎曲光學件之入射位置。以此方式，整合式光學元件之抑制效率沿著整個光學表面係均勻的。
圖13描繪一彎曲光學元件260，其包含安置於彎曲光學元件之表面上之一整合式光學濾波器262。來自一源264之入射光266自彎曲光學元件260反射。反射光267藉由彎曲光學元件260聚焦至一焦點區域265。入射光266在一相對大區域內入射於彎曲光學元件260之表面上。換言之，入射光束之不同部分自彎曲光學元件260之表面上具有顯著不同曲率之不同位置反射。例如，入射於點268處之光以一角度α1 入射至彎曲光學元件260之表面，且入射於點269處之光以一不同角度α2 入射。如圖13中描繪，入射於點268處之光橫越穿過整合式光學濾波器262之一路徑長度L1 。路徑長度L1 與整合式光學元件262在點268處之入射角α1 及厚度T1 相關，如由方程式(3)描述。
Figure 02_image003
又，如圖13中描繪，入射於點269處之光橫越穿過整合式光學濾波器262之一路徑長度L2 。路徑長度L2 與整合式光學元件262在點269處之入射角α2 及厚度T2 相關，如由方程式(4)描述。
Figure 02_image005
在所描繪實施例中，整合式濾波元件262在點268處之厚度T1 及整合式濾波元件262在點269處之厚度經選擇以根據方程式(5)維持在兩個位置處穿過整合式光學濾波器262之相同路徑長度。
Figure 02_image007
基於X射線之度量衡系統用於基於X射線照明量測與不同半導體製造程序相關聯之半導體結構之結構及材料特性(例如，結構及膜之材料組合物、尺寸特性等)。
在一些實施例中，一基於X射線之度量衡系統基於高亮度、多色反射小角度X射線散射量測(RSAXS)執行半導體結構之量測。在Wack等人之美國專利公開案第2019/0017946號中提供進一步描述，該案之內容之全文以引用的方式併入本文中。
一半導體晶圓之RSAXS量測係以一小光束光點大小(例如，跨有效照明點小於50微米)在波長、入射角及方位角之一範圍內執行。在一個態樣中，RSAXS量測係使用在軟X射線(SXR)區域(即，80 eV至3000 eV)中之X射線輻射以在5度至20度之範圍中之掠入射角執行。用於一特定量測應用之掠射角經選擇以達成至受量測結構中之一所要穿透且用一小光束光點大小(例如，小於50微米)最大化量測資訊含量。
圖14繪示用於量測一樣品之特性之一RSAXS度量衡工具200之一實施例。如圖14中展示，系統100可用於在藉由一入射照明光束光點照明之一樣品201之一量測區域202上執行RSAXS量測。
在經描繪實施例中，度量衡工具200包含一X射線照明源210、聚焦光學件211、光束發散度控制狹縫212及狹縫213。X射線照明源210經組態以產生適用於RSAXS量測之SXR輻射。X射線照明源210係一多色、高亮度、大光展量源。在一些實施例中，X射線照明源210經組態以產生在80電子伏特與3000電子伏特之間之一範圍中之X射線輻射。一般言之，能夠在足以實現高處理量、線內度量衡之通量位準下產生高亮度SXR之任何適合高亮度X射線照明源可經審慎考慮以供應用於RSAXS量測之X射線照明。
藉由非限制性實例，可採用一粒子加速器源、一液體陽極源、一旋轉陽極源、一固定固體陽極源、一微聚焦源、一微聚焦旋轉陽極源、一基於電漿之源及一逆康普頓(Compton)源之任何者作為X射線照明源210。
例示性X射線源包含經組態以轟擊固體或液體目標以模擬X射線輻射之電子束源。在2011年4月19日頒予KLA-Tencor Corp.之美國專利第7,929,667號中描述用於產生高亮度、液體金屬X射線照明之方法及系統，該專利之全文以引用的方式併入本文中。
在一些實施例中，一X射線源包含使X射線源能夠在不同、可選擇波長下傳送X射線輻射之一可調諧單色器。在一些實施例中，採用一或多個X射線源以確保X射線源供應容許充分穿透至受量測樣品中之波長之光。
在一些實施例中，照明源210係一高諧波產生(HHG) X射線源。在一些其他實施例中，照明源210係一擺動器/波盪器同步加速器輻射源(SRS)。在美國專利第8,941,336號及第8,749,179號中描述一例示性擺動器/波盪器SRS，該等專利之內容之全文以引用的方式併入本文中。
在一些其他實施例中，照明源210係一雷射產生電漿(LPP)光源。在一些此等實施例中，LPP光源包含氙、氪、氬、氖及氮發射材料之任何者。一般言之，針對諧振SXR區域中之亮度最佳化一適合LPP目標材料之選擇。例如，藉由氪發射之電漿在矽K邊緣處提供高亮度。在另一實例中，藉由氙發射之電漿遍及(80 eV至3000 eV)之整個SXR區域提供高亮度。因而，當期望寬頻SXR照明時，氙係發射材料之一較佳選取。
亦可為了可靠及長壽命光源操作最佳化LPP目標材料選擇。惰性氣體目標材料(諸如氙、氪及氬)係惰性的且可以最小或無去污處理在一封閉迴路操作中重用。在美國專利公開案第2019/0215940號中描述一例示性SXR照明源，該案之內容之全文以引用的方式併入本文中。
在一進一步態樣中，藉由照明源(例如，照明源210)發射之波長係可選擇的。在一些實施例中，照明源210係藉由運算系統230控制以最大化一或多個選定光譜區域中之通量之一LPP光源。在目標材料處之雷射峰值強度控制電漿溫度及因此經發射輻射之光譜區域。藉由調整脈衝能量、脈衝寬度或兩者而變動雷射峰值強度。在一個實例中，一100皮秒脈衝寬度適用於產生SXR輻射。如圖14中描繪，運算系統230將命令信號236傳達至照明源210，此引起照明源210調整自照明源210發射之波長之光譜範圍。在一個實例中，照明源210係一LPP光源，且LPP光源調整一脈衝持續時間、脈衝頻率及目標材料組合物之任何者以實現自LPP光源發射之波長之一所要光譜範圍。
X射線照明源210在具有有限橫向尺寸(即，正交於光束軸之非零尺寸)之一源區域上方產生X射線發射。在一個態樣中，照明源210之源區域之特徵在於小於20微米之一橫向尺寸。在一些實施例中，源區域之特徵在於10微米或更小之一橫向尺寸。小的源大小實現以高亮度照明樣品上之一小目標區域，因此改良量測精確度、準確度及處理量。
一般言之，X射線光學件塑形且引導X射線輻射至樣品201。在一些實例中，X射線光學件使用多層X射線光學件將X射線光束準直或聚焦至樣品201之量測區域202上至小於1毫弧度發散度。在一些實施例中，X射線光學件包含一或多個X射線準直鏡、X射線孔隙、X射線光束光闌、折射X射線光學件、繞射光學件(諸如波帶片、史瓦西(Schwarzschild)光學件、柯克派屈克-貝茨(Kirkpatrick-Baez)光學件、蒙泰爾(Montel)光學件、沃爾特(Wolter)光學件)、鏡面X射線光學件(諸如橢球面鏡)、多毛細管光學件(諸如中空毛細管X射線波導)、多層光學件或系統或其等之任何組合。在美國專利公開案第2015/0110249號中描述進一步細節，該案之內容之全文以引用的方式併入本文中。
如圖14中描繪，聚焦光學件211將源輻射聚焦至定位於樣品201上之一度量衡目標上。有限橫向源尺寸導致由來自源之邊緣之射線216及由光束狹縫212及213提供之任何光束塑形界定之目標上之有限光點大小202。在一些實施例中，一基於X射線之度量衡系統之一多層X射線光學元件(諸如RSAXS系統200之聚焦光學元件211)包含如本文中描述之一整合式光學濾波器。
在一些實施例中，聚焦光學件211包含橢圓塑形聚焦光學元件。在圖14中描繪之實施例中，在橢圓形之中心處之聚焦光學件211之放大率係近似1。因此，歸因於標稱掠入射角(例如，5度至20度)，經投射至樣品201之表面上之照明光點大小與經調整用於光束擴展之照明源之大小近似相同。
在一進一步態樣中，聚焦光學件211收集源發射且選擇一或多個離散波長或光譜帶，且以在5度至20度之範圍中之掠入射角將選定光聚焦至樣品201上。
標稱掠入射角經選擇以達成度量衡目標之一所要穿透以最大化信號資訊含量同時保持在度量衡目標邊界內。硬X射線之臨界角非常小，但軟X射線之臨界角顯著更大。由於此額外量測靈活性，RSAXS量測探測更深至具有對掠入射角之精確值之較小靈敏度之結構中。
在一些實施例中，聚焦光學件211包含選擇用於投射至樣品201上之所要波長或波長範圍之分級多層。在一些實例中，聚焦光學件211包含一分級多層結構(例如，層或塗層)，該分級多層結構包含選擇一個波長且在一入射角範圍內將選定波長投射至樣品201上之一整合式光學濾波器。在一些實例中，聚焦光學件211包含一分級多層結構，該分級多層結構包含選擇一波長範圍且在一個入射角內將選定波長投射至樣品201上之一整合式光學濾波器。在一些實例中，聚焦光學件211包含一分級多層結構，該分級多層結構包含選擇一波長範圍且在一入射角範圍內將選定波長投射至樣品201上之一整合式光學濾波器。
包含一整合式光學濾波器之分級多層光學件對於最小化在單層光柵結構太深時發生之光之損耗係較佳的。一般言之，多層光學件選擇反射波長。選定波長之光譜頻寬最佳化經提供至樣品201之通量、經量測繞射級中之資訊含量且防止透過偵測器處之角度色散及繞射峰值重疊之信號降級。另外，分級多層光學件用於控制發散度。針對偵測器處之通量及最小空間重疊最佳化在各波長下之角度發散度。
在一些實例中，包含一整合式光學濾波器之分級多層光學件選擇波長以增強來自特定材料介面或結構尺寸之繞射信號之對比度及資訊含量，且抑制污染波長(諸如大於10奈米之波長)。例如，選定波長可經選取以橫跨元素特定諧振區域(例如，矽K邊緣、氮、氧K邊緣等)。另外，在此等實例中，照明源亦可經調諧以最大化選定光譜區域中之通量(例如，HHG光譜調諧、LPP雷射調諧等)。
在一些其他實例中，較少至無先前結構資訊在量測時可用。在此等實例中，多個(例如，3至4個)波長經選擇以實現跨吸收邊緣量測繞射圖案。經量測信號實現使用(例如)多波長不規則繞射技術在無先前資訊之情況下(惟受量測結構之元素組合物除外)進行結構性質之無模型量測。在基於無模型量測估計結構性質之後，可使用基於模型之量測技術進一步細化參數估計。
在一些實例中，受量測度量衡目標之不規則散射因子(即，散射性質)非先驗已知。在此等實例中，在多個諧振波長下量測膜多層反射率。布拉格峰值之角度偏移提供用於提取不規則散射因子之充分資訊。
在一些實例中，非諧振X射線反射率量測提供多層週期及介面粗糙度參數之獨立估計，此改良基於模型之量測之擬合。在一些實施例中，一經組合度量衡工具包含如本文中描述之一多波長SXR繞射子系統及一X射線反射量測子系統以改良量測處理量。在一項實施例中，多波長SXR繞射子系統及X射線反射量測子系統採用正交入射平面，此實現同時量測或依序量測而無需移動受量測樣品或光學量測子系統之任一者。在一些實施例中，若藉由SXR多層鏡提供之AOI範圍對於X射線反射量測而言太小，則可採用晶圓旋轉、偵測器旋轉或兩者以擴展入射角範圍。
在一些實施例中，聚焦光學件211包含各具有一橢圓表面形狀之複數個反射光學元件。各反射光學元件包含一基板及一多層塗層及經調諧以反射一不同波長或波長範圍且抑制一不同波長或波長範圍之整合式光學濾波器。
在一些實施例中，聚焦光學件211將多個波長、方位角及AOI之光聚焦於相同度量衡目標區域上。圖15描繪包含以一分段式環形組態繞光束軸A安置之四個鏡元件250A至250D之聚焦光學件250之一端視圖(即，沿著光束軸)。各鏡元件包含經調諧以反射一不同波長或波長範圍之一多層塗層及經調諧以抑制一不同波長或波長範圍之一整合式光學濾波器。在一些實施例中，各鏡元件250A至250D包含一均勻多層設計(即，一特定鏡元件之表面在該特定鏡元件之整個鏡表面區域上方反射相同波長或波長範圍)。在一些其他實施例中，各鏡元件包含一非均勻多層設計(即，藉由鏡元件反射之波長或波長範圍取決於鏡表面上之入射位置)。在一些此等實施例中，各鏡元件之形狀為橢圓形且在一入射角範圍內將照明光投射至樣品201。另外，由於鏡元件係以一環形組態配置，故鏡元件在一方位角範圍內將照明光投射至樣品201。雖然圖15描繪四個鏡元件，但一般言之，聚焦光學件可包含經配置以將多個波長、方位角及AOI之光聚焦於相同度量衡目標區域上之任何數目個鏡元件。在一些其他實施例中，聚焦光學件包含嵌套在入射平面中之數個鏡元件(即，一嵌套式沃爾特組態)。
在一進一步態樣中，藉由主動定位聚焦光學件之一或多個鏡元件而調整經投射至相同度量衡區域上之波長、AOI、方位角之範圍或其等之任何組合。如圖14中描繪，運算系統230將命令信號傳達至致動器系統215，此引起致動器系統215調整聚焦光學件211之一或多個光學元件之位置、對準或兩者以達成經投射至樣品201上之波長、AOI、方位角之所要範圍或其等之任何組合。
一般言之，針對各波長選擇入射角以最佳化照明光之穿透及由受量測度量衡目標對照明光之吸收。在許多實例中，量測多層結構且選擇入射角以最大化與所要所關注層相關聯之信號資訊。在疊對度量衡之實例中，選擇(若干)波長及(若干)入射角以最大化源自來自先前層與當前層之散射之間之干擾之信號資訊。另外，亦選擇方位角以最佳化信號資訊含量。另外，選擇方位角以確保偵測器處之繞射峰值之角度分離。
在一進一步態樣中，一RSAX度量衡系統(例如，度量衡工具200)包含用於塑形入射於樣品201上之照明光束214且選擇性地阻擋將以其他方式照明一受量測度量衡目標之照明光之一部分之一或多個光束狹縫或孔隙。一或多個光束狹縫界定光束大小及形狀，使得X射線照明光點配合於受量測度量衡目標之區域內。另外，一或多個光束狹縫界定照明光束發散度以最小化偵測器上之繞射級之重疊。
在另一進一步態樣中，一RSAX度量衡系統(例如，度量衡工具200)包含用於選擇同時照明一受量測度量衡目標之一組照明波長之一或多個光束狹縫或孔隙。在一些實施例中，包含多個波長之照明同時入射於一受量測度量衡目標上。在此等實施例中，一或多個狹縫經組態以傳遞包含多個照明波長之照明。一般言之，一受量測度量衡目標之同時照明對於增加信號資訊及處理量係較佳的。然而，實務上，偵測器處之繞射級之重疊限制照明波長之範圍。在一些實施例中，一或多個狹縫經組態以依序傳遞不同照明波長。在一些實例中，較大角度發散度下之依序照明提供較高處理量，此係因為相較於當光束發散度較大時之同時照明，用於依序照明之信雜比可更高。當依序執行量測時，繞射級之重疊之問題並非一問題。此增加量測靈活度且改良信雜比。
圖14描繪定位於聚焦光學件211與光束塑形狹縫213之間之光束路徑中之一光束發散度控制狹縫212。光束發散度控制狹縫212限制經提供至受量測樣品之照明之發散度。光束塑形狹縫213定位於光束發散度控制狹縫212與樣品201之間之光束路徑中。光束塑形狹縫213進一步塑形入射光束214且選擇入射光束214之(若干)照明波長。光束塑形狹縫213緊接在樣品201之前定位於光束路徑中。在一個態樣中，光束塑形狹縫213之狹縫緊鄰樣品201定位以最小化歸因於由有限源大小界定之光束發散度之入射光束光點大小之擴大。
在一些實施例中，光束塑形狹縫213包含多個經獨立致動光束塑形狹縫。在一項實施例中，光束塑形狹縫213包含四個經獨立致動光束塑形狹縫。此四個光束塑形狹縫有效地阻擋傳入光束之一部分且產生具有一盒形照明橫截面之一照明光束214。
光束塑形狹縫213之狹縫係由最小化散射且有效地阻擋入射輻射之材料構成。例示性材料包含單晶材料，諸如鍺、砷化鎵、磷化銦等。通常言之，狹縫材料沿著一結晶方向分裂而非鋸切以最小化跨結構邊界之散射。另外，狹縫相對於傳入光束定向，使得傳入輻射與狹縫材料之內部結構之間之相互作用產生最小量之散射。晶體附接至由高密度材料(例如，鎢)製成之各狹縫固持器以完全阻擋狹縫之一個側上之X射線光束。
X射線偵測器219收集自樣品201散射之X射線輻射218且根據一RSAXS量測模態產生指示對入射X射線輻射靈敏之樣品201之性質之輸出信號235。在一些實施例中，藉由X射線偵測器219收集散射X射線218，同時樣品定位系統240定位且定向樣品101以產生角度解析之散射X射線。
在一些實施例中，一RSAXS系統包含具有高動態範圍(例如，大於105 )之一或多個光子計數偵測器。在一些實施例中，一單一光子計數偵測器偵測經偵測光子之位置及數目。
在一些實施例中，X射線偵測器解析一或多個X射線光子能量且針對各X射線能量分量產生指示樣品之性質之信號。在一些實施例中，X射線偵測器219包含一CCD陣列、一微通道板、一光電二極體陣列、一微帶比例計數器、一充氣比例計數器、一閃爍器或一螢光材料之任何者。
以此方式，除像素位置及計數數目之外，偵測器內之X射線光子相互作用亦藉由能量鑑別。在一些實施例中，藉由比較X射線光子相互作用之能量與一預定上臨限值及一預定下臨限值而鑑別X射線光子相互作用。在一項實施例中，經由輸出信號235將此資訊傳達至運算系統230以供進一步處理及儲存。
歸因於繞射中之角度色散而在偵測器處分離源自多個照明波長對一週期性目標之同時照明之繞射圖案。在此等實施例中，採用積分偵測器。使用區域偵測器(例如，真空相容背側CCD或混合像素陣列偵測器)量測繞射圖案。針對布拉格峰值積分最佳化角度取樣。若採用像素級模型擬合，則針對信號資訊含量最佳化角度取樣。取樣速率經選擇以防止零級信號之飽和。
在一進一步態樣中，採用一RSAXS系統以基於散射光之一或多個繞射級判定一樣品之性質(例如，結構參數值)。如圖14中描繪，度量衡工具100包含用於獲取藉由偵測器219產生之信號235且至少部分基於經獲取信號判定樣品之性質之一運算系統130。
在一些實例中，基於RSAXS之度量衡涉及藉用經量測資料對一預定量測模型之逆求解而判定樣本之尺寸。量測模型包含數個(約十個)可調整參數且代表樣品之幾何形狀及光學性質以及量測系統之光學性質。逆求解之方法包含(但不限於)基於模型之迴歸、斷層掃描、機器學習或其等之任何組合。以此方式，藉由求解最小化經量測散射X射線強度與模型化結果之間之誤差之一參數化量測模型之值而估計目標輪廓參數。
可期望在波長、入射角及方位角之大範圍下執行量測以增加經量測參數值之精確度及準確度。此方法藉由擴展可用於分析之資料集之數目及多樣性而減小參數之間之相關性。
收集依據照明波長及相對於晶圓表面法線之X射線入射角而變化之繞射輻射之強度之量測。多個繞射級中含有之資訊通常在各所考量模型參數之間係唯一的。因此，X射線散射產生具有小誤差及減小之參數相關性的針對所關注參數之值的估計結果。
照明X射線光束214相對於一半導體晶圓201之表面法線之各定向藉由晶圓201相對於X射線照明光束214之任何兩個角度旋轉描述，或反之亦然。在一個實例中，可相對於固定至晶圓之一座標系統描述定向。圖16描繪按藉由一入射角θ及一方位角ϕ描述之一特定定向入射於晶圓201上之X射線照明光束214。座標系XYZ固定至度量衡系統(例如，照明光束216)且座標系X’Y’Z’固定至晶圓201。Y軸在平面上與晶圓201之表面對準。X及Z未與晶圓201之表面對準。Z’與法向於晶圓201之表面之一軸對準，且X’及Y’在一平面上與晶圓201之表面對準。如圖16中描繪，X射線照明光束214與Z軸對準且因此位於XZ平面內。入射角θ描述X射線照明光束214相對於晶圓之表面法線在XZ平面中之定向。此外，方位角ϕ描述XZ平面相對於X’Z’平面之定向。θ及ϕ一起唯一地界定X射線照明光束214相對於晶圓201之表面之定向。
在一個態樣中，度量衡工具100包含固定地支撐晶圓201且耦合至樣品定位系統240之一晶圓卡盤203。樣品定位系統240經組態以相對於照明光束214以六個自由度主動地定位樣品201。在一個實例中，運算系統230將指示樣品201之所要位置之命令信號(未展示)傳達至樣品定位系統240。作為回應，樣品定位系統240產生命令信號至樣品定位系統240之各種致動器以達成樣品201之所要定位。
在一進一步態樣中，一RSAXS系統之聚焦光學件以至少5之一縮小率(即，0.2或更小之放大因子)將照明源之一影像投射至受量測樣品上。如本文中描述之一RSAXS系統採用具有特徵在於20微米或更小之一源區域(即，源大小係20微米或更小)之一SXR照明源。在一些實施例中，以至少5之一縮小因子採用聚焦光學件(即，將源之一影像投射至比源大小小五倍之晶圓上)以將照明投射至具有四微米或更小之一入射照明光點大小之一樣品上。
圖17繪示在另一實施例中之一RSAXS度量衡工具300之一實施例。如圖17中繪示，系統300可用於在具有小於1至2微米之尺寸之一量測區域202上執行RSAXS量測。圖17中描繪之相同數字之元件與參考圖14描述之該等元件相同。如圖17中描繪，聚焦光學件211係橢圓形光學元件。然而，聚焦光學件211相對於照明源210及樣品201配置，使得照明源210與聚焦光學件211之間之距離A顯著大於聚焦光學件211與樣品201之間之距離B。在一些實施例中，A/B之比率係至少5。在一些實施例中，A/B之比率係至少10。此導致照明源至樣品201上達A/B倍的縮小率。在一項實施例中，照明源210之大小係近似10微米且聚焦光學件211經配置使得A/B係10。在此實施例中，經投射至樣品201上之照明光點大小係近似1微米。
在一些實施例中，照明源210係具有10微米或更小之一源大小之一LPP光源，且聚焦光學件211具有近似10之一縮小因子。此使得RSAXS度量衡工具300能夠將照明光聚焦至具有1至2微米之尺寸之一度量衡目標上。藉由將入射照明光聚焦至1至2微米之一照明光點大小，RSAXS度量衡工具300實現定位於晶粒中之關鍵尺寸目標及疊對目標之量測而非依賴於定位於晶圓切割道區域中之較大度量衡目標。
量測具有1至2微米之尺寸之目標之能力減小專用於專門度量衡目標之晶圓區域。另外，量測具有1至2微米之尺寸之目標之能力實現裝置結構而非專門度量衡目標之直接量測。量測裝置結構直接消除目標至裝置偏差。此顯著改良量測品質。另外，晶粒中目標之量測實現晶粒內之參數變動之特性化。例示性所關注參數包含關鍵尺寸、疊對及邊緣放置誤差。
在一些實施例中，X射線照明源210、聚焦光學件211、狹縫212及213或其等之任何組合經維持於與樣品201相同之大氣環境(例如，氣體沖洗環境)中。然而，在一些實施例中，在此等元件之任何者之間及內之光學路徑長度係長的且空氣中之X射線散射貢獻雜訊至偵測器上之影像。因此，在一些實施例中，X射線照明源210、聚焦光學件211以及狹縫212及213之任何者經維持於一局部、真空環境中。在圖14中描繪之實施例中，照明源210、聚焦光學件211以及狹縫212及213經維持於一經抽空飛行管217內之一受控環境(例如，真空)中。照明光束214在入射於樣品201之前在飛行管217之端處行進穿過窗220。
類似地，在一些實施例中，樣品201與偵測器219之間之光學路徑長度(即，集光光束路徑)係長的且空氣中之X射線散射貢獻雜訊至偵測器上之影像。因此，在較佳實施例中，樣品201與偵測器219之間之集光光學路徑長度之一大部分經維持於藉由一真空窗(例如，真空窗224)與樣品(例如，樣品201)分離之一局部真空環境中。在一些實施例中，X射線偵測器219經維持於與樣品201與偵測器219之間之光束路徑長度相同之局部真空環境中。例如，如圖14中描繪，真空腔室223維持偵測器219及樣品201與偵測器219之間之光束路徑長度之一大部分周圍之一局部真空環境。
在一些其他實施例中，X射線偵測器219經維持於與樣品201相同之大氣環境(例如，氣體沖洗環境)中。此可有利於自偵測器219移除熱。然而，在此等實施例中，較佳將樣品201與偵測器219之間之光束路徑長度之一大部分維持於一真空腔室內之一局部真空環境中。
在一些實施例中，包含樣品201之整個光學系統經維持於真空中。然而，一般言之，歸因於與樣品定位系統240之構造相關聯之複雜性，與將樣品201維持於真空中相關聯之成本係高的。
在另一態樣中，度量衡工具200包含經組態以實施如本文中描述之光束控制功能性之一運算系統(例如，運算系統230)。在圖14中描繪之實施例中，運算系統230經組態為可操作以控制諸如入射照明光束214之強度、發散度、光點大小、極化、光譜及定位之任何照明性質之一光束控制器。
如圖14中繪示，運算系統230通信地耦合至偵測器219。運算系統230經組態以自偵測器219接收量測資料235。在一個實例中，量測資料235包含樣品之經量測回應之一指示(即，繞射級之強度)。基於經量測回應在偵測器219之表面上之分佈，藉由運算系統230判定照明光束214入射於樣品201上之位置及區域。在一個實例中，藉由運算系統230應用圖案辨識技術以基於量測資料235判定照明光束214入射於樣品201上之位置及區域。在一些實例中，運算系統230將命令信號236傳達至X射線照明源210以選擇所要照明波長。在一些實例中，運算系統230將命令信號237傳達至致動器子系統215以重新導引X射線發射以達成一所要光束方向。在一些實例中，運算系統230分別將命令信號238及239傳達至光束塑形狹縫212及213，此引起光束塑形狹縫212及213改變光束光點大小且選擇照明波長，使得入射照明光束214以(若干)所要光束光點大小、定向及波長到達樣品201。在一個實例中，命令信號238及239引起與狹縫212及213相關聯之致動器改變位置以將入射光束214重新塑形為一所要形狀及大小且選擇所要波長。在一些其他實例中，運算系統230將一命令信號傳達至晶圓定位系統240以定位且定向樣品201，使得入射照明光束214以相對於樣品201之所要位置及角度定向到達。
在一進一步態樣中，使用RSAXS量測資料以基於經偵測繞射級之經量測強度產生一經量測結構之一影像。在一些實施例中，一般化一RSAXS回應函數模型以描述來自一通用電子密度網之散射。使此模型與經量測信號匹配，同時約束此網中之模型化電子密度以強制執行連續性及稀疏邊緣提供樣本之一三維影像。
雖然基於模型之幾何參數反轉對於基於RSAXS量測之關鍵尺寸(CD)度量衡較佳，但當經量測樣品自幾何模型之假定偏離時自相同RSAXS量測資料產生之樣品之一圖可用於識別且校正模型誤差。
在一些實例中，比較影像與由相同散射量測量測資料之一基於模型之幾何參數反轉估計之結構特性。使用差異以更新經量測結構之幾何模型且改良量測效能。在一準確參數量測模型上收斂之能力在量測積體電路以對其等製造程序進行控制、監測且除錯時尤其重要。
在一些實例中，影像係電子密度、吸收性、複折射率或此等材料特性之一組合之一二維(2-D)圖。在一些實例中，影像係電子密度、吸收性、複折射率或此等材料特性之一組合之一三維(3-D)圖。使用相對少的物理約束產生該圖。在一些實例中，直接自所得圖估計一或多個所關注參數，諸如關鍵尺寸(CD)、側壁角(SWA)、疊對、邊緣放置誤差、間距遊動(pitch walk)等。在一些其他實例中，圖可用於在樣本幾何形狀或材料偏離至由用於基於模型之CD量測之一參數結構模型考慮之預期值之範圍之外時對晶圓程序進行除錯。在一個實例中，使用圖與由參數結構模型根據其之經量測參數預測之結構之一呈現之間之差異以更新參數結構模型且改良其量測效能。在美國專利公開案第2015/0300965號中描述進一步細節，該案之內容之全文以引用的方式併入本文中。在美國專利公開案第2015/0117610號中描述額外細節，該案之內容之全文以引用的方式併入本文中。
應認知，貫穿本發明描述之各個步驟可藉由一單一電腦系統230或替代地藉由一多電腦系統230實行。再者，系統200之不同子系統(諸如樣品定位系統240)可包含適用於實行本文中描述之步驟之至少一部分之一電腦系統。因此，前述描述不應被解譯為對本發明之一限制而僅為一圖解。此外，一或多個運算系統230可經組態以執行本文中描述之任何方法實施例之(若干)任何其他步驟。
另外，電腦系統230可以此項技術中已知之任何方式通信地耦合至X射線照明源210、光束塑形狹縫212及213、聚焦光學件致動器系統215、樣品定位系統240及偵測器219。例如，一或多個運算系統230可耦合至分別與X射線照明源210、光束塑形狹縫212及213、聚焦光學件致動器系統215、樣品定位系統240及偵測器219相關聯之運算系統。在另一實例中，X射線照明源210、光束塑形狹縫212及213、聚焦光學件致動器系統215、樣品定位系統240及偵測器219之任何者可藉由耦合至電腦系統230之一單一電腦系統直接控制。
電腦系統230可經組態以藉由可包含有線及/或無線部分之一傳輸媒體自系統之子系統(例如，X射線照明源210、光束塑形狹縫212及213、聚焦光學件致動器系統215、樣品定位系統240、偵測器219及類似者)接收及/或獲取資料或資訊。以此方式，傳輸媒體可用作電腦系統230與系統200之其他子系統之間之一資料鏈路。
度量衡系統200之電腦系統230可經組態以藉由可包含有線及/或無線部分之一傳輸媒體自其他系統接收及/或獲取資料或資訊(例如，量測結果、模型化輸入、模型化結果等)。以此方式，傳輸媒體可用作電腦系統230與其他系統(例如，記憶體板上度量衡系統200、外部記憶體或外部系統)之間之一資料鏈路。例如，運算系統230可經組態以經由一資料鏈路自一儲存媒體(例如，記憶體232)接收量測資料(例如，信號235)。例如，使用偵測器219獲得之光譜結果可儲存於一永久或半永久記憶體裝置(例如，記憶體232)中。在此方面，可自板上記憶體或自一外部記憶體系統匯入量測結果。再者，電腦系統230可經由一傳輸媒體將資料發送至其他系統。例如，藉由電腦系統230判定之樣品參數值可儲存於一永久或半永久記憶體裝置(例如，記憶體232)中。在此方面，可將量測結果匯出至另一系統。
運算系統230可包含(但不限於)一個人電腦系統、主機電腦系統、工作站、影像電腦、平行處理器或此項技術中已知之任何其他裝置。一般言之，術語「運算系統」可被廣泛地定義為涵蓋具有執行來自一記憶體媒體之指令之一或多個處理器之任何裝置。
可經由諸如一導線、電纜或無線傳輸鏈路之一傳輸媒體傳輸實施諸如本文中描述之方法之方法之程式指令234。例如，如圖14中繪示，經由匯流排233將儲存於記憶體232中之程式指令傳輸至處理器231。程式指令234儲存於一電腦可讀媒體(例如，記憶體232)中。例示性電腦可讀媒體包含唯讀記憶體、一隨機存取記憶體、一磁碟或光碟或一磁帶。
在一些實施例中，實施如本文中描述之散射量測作為一製造程序工具之部分。製造程序工具之實例包含(但不限於)微影曝光工具、膜沈積工具、植入工具及蝕刻工具。以此方式，使用一RSAXS分析之結果以控制一製造程序。在一個實例中，將自一或多個目標收集之RSAXS量測資料發送至一製造程序工具。如本文中描述般分析RSAXS量測資料且結果用於調整製造程序工具之操作以減少半導體結構之製造中之誤差。
可使用如本文中描述之散射量測以判定各種半導體結構之特性。例示性結構包含(但不限於) FinFET、低維結構(諸如奈米線或石墨烯)、亞10 nm結構、微影結構、貫穿基板通孔(TSV)、記憶體結構(諸如DRAM、DRAM 4F2、FLASH、MRAM)及高長寬比記憶體結構。例示性結構特性包含(但不限於)幾何參數(諸如線邊緣粗糙度、線寬度粗糙度、孔徑、孔密度、側壁角、輪廓、關鍵尺寸、間距、厚度、疊對)及材料參數(諸如電子密度、組合物、晶粒結構、形態、應力、應變及元素識別)。在一些實施例中，度量衡目標係一週期性結構。在一些其他實施例中，度量衡目標係非週期性的。
一般言之，如本文中描述之採用具有一整合式光學濾波器之一多層光學元件之一基於X射線之系統亦可包含一或多個獨立的基於透射比之光學濾波器以增強污染波長頻帶之抑制。
一般言之，一整合式光學濾波器可定位於一基於X射線之系統之任何光學元件上。雖然上文詳細描述一整合式光學濾波器至一反射、多層X射線光學元件之添加，但一般言之，一整合式光學濾波器可安置於一基於X射線之系統之一光學路徑中之任何光學元件上。在一些實施例中，一整合式光學濾波器經製造於一偵測器入口窗(例如，相機入口窗)上。在一些實施例中，一整合式光學濾波器經製造於一X射線照明源之一出口窗上或X射線照明源之一集光腔上。以此方式，取決於其上製造整合式光學濾波器之光學件之類型，一整合式光學濾波器可在一透射模式中操作(即，抑制來自輻射之選定波長在一單一遍次中行進穿過整合式光學濾波器)，或在一反射模式中操作(即，抑制來自輻射之選定波長在一雙遍次中行進穿過整合式光學濾波器)。
在一個實例中，一或多個整合式光學濾波器被包含於採用一雷射產生電漿(LPP)光源之一基於軟X射線之度量衡系統之一光學路徑中。通常言之，LPP光源在IR及可見光波長範圍中產生諧波。另外，亦期望抑制非所要EUV波長。在一個實例中，一整合式光學濾波器經製造於抑制IR及可見光波長之照明源窗、偵測器窗或兩者上。另外，另一整合式光學濾波器經製造為具有多層、反射X射線聚焦光學件以抑制非所要EUV波長，如前文描述。
在一些實例中，使用如本文中描述之RSAXS量測系統執行對包含(但不限於)自旋轉移力矩隨機存取記憶體(STT-RAM)、三維NAND記憶體(3D-NAND)或垂直NAND記憶體(V-NAND)、動態隨機存取記憶體(DRAM)、三維FLASH記憶體(3D-FLASH)、電阻性隨機存取記憶體(Re-RAM)及相變隨機存取記憶體(PC-RAM)之高長寬比半導體結構之關鍵尺寸、厚度、疊對及材料性質之量測。
如本文中描述，術語「關鍵尺寸」包含一結構之任何關鍵尺寸(例如，底部關鍵尺寸、中間關鍵尺寸、頂部關鍵尺寸、側壁角、光柵高度等)、任何兩個或兩個以上結構之間之一關鍵尺寸(例如，兩個結構之間之距離)及兩個或兩個以上結構之間之一位移(例如，疊對光柵結構之間之疊對位移等)。結構可包含三維結構、圖案化結構、疊對結構等。
如本文中描述，術語「關鍵尺寸應用」或「關鍵尺寸量測應用」包含任何關鍵尺寸量測。
如本文中描述，術語「度量衡系統」包含至少部分用於在任何態樣中特性化一樣品之任何系統，包含關鍵尺寸應用及疊對度量衡應用。然而，本領域之此等術語不限制如本文中描述之術語「度量衡系統」之範疇。另外，本文中描述之度量衡系統可經組態用於量測圖案化晶圓及/或未經圖案化晶圓。度量衡系統可組態為一LED檢測工具、邊緣檢測工具、背側檢測工具、巨觀檢測工具或多模式檢測工具(涉及同時來自一或多個平台之資料)及受益於本文中描述之量測技術之任何其他度量衡或檢測工具。
本文中針對可用於處理一樣品之一半導體處理系統(例如，一檢測系統或一微影系統)描述各項實施例。術語「樣品」在本文中使用以指代一晶圓、一倍縮光罩或可藉由此項技術中已知之手段處理(例如，列印或檢測缺陷)之任何其他樣本。
如本文中使用，術語「晶圓」大體上係指由一半導體或非半導體材料形成之基板。實例包含(但不限於)單晶矽、砷化鎵及磷化銦。此等基板可普遍在半導體製造設施中被發現及/或處理。在一些情況中，一晶圓可僅包含基板(即，裸晶圓)。替代地，一晶圓可包含形成於一基板上之一或多個不同材料層。形成於一晶圓上之一或多個層可「經圖案化」或「未經圖案化」。例如，一晶圓可包含具有可重複圖案特徵之複數個晶粒。
一「倍縮光罩」可為處於一倍縮光罩製造程序之任何階段之一倍縮光罩，或為可能經釋放或可能未經釋放以於一半導體製造設施中使用之一成品倍縮光罩。一倍縮光罩或一「遮罩」大體上被定義為具有形成於其上且以一圖案組態之實質上不透明區之一實質上透明基板。基板可包含(例如)一玻璃材料，諸如非晶SiO2 。可在一微影程序之一曝光步驟期間將一倍縮光罩安置於一覆蓋有光阻劑之晶圓上方，使得可將倍縮光罩上之圖案轉印至光阻劑。
形成於一晶圓上之一或多個層可經圖案化或未經圖案化。例如，一晶圓可包含各具有可重複圖案化特徵之複數個晶粒。此等材料層之形成及處理最終可導致成品裝置。許多不同類型的裝置可形成於一晶圓上，且如本文中使用之術語晶圓旨在涵蓋其上製造此項技術中已知之任何類型之裝置之一晶圓。
在一或多項例示性實施例中，所述功能可實施於硬體、軟體、韌體或其等之任何組合中。若在軟體中實施，則功能可作為一或多個指令或程式碼儲存於一電腦可讀媒體上或經由該電腦可讀媒體傳輸。電腦可讀媒體包含電腦儲存媒體及通信媒體(包含促進一電腦程式自一個位置至另一位置之傳送之任何媒體)兩者。一儲存媒體可為可藉由一通用電腦或專門電腦存取之任何可用媒體。藉由實例且非限制，此等電腦可讀媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存器、磁碟儲存器或其他磁性儲存裝置或可用於載送或儲存呈指令或資料結構之形式之所要程式碼構件且可藉由一通用電腦或專門電腦或一通用或專門處理器存取之任何其他媒體。再者，任何連接被適當地稱為一電腦可讀媒體。例如，若使用一同軸電纜、光纜、雙絞線、數位用戶線(DSL)或無線技術(諸如紅外線、無線電及微波)自一網站、伺服器或其他遠端源傳輸軟體，則同軸電纜、光纜、雙絞線、DSL或無線技術(諸如紅外線、無線電及微波)被包含於媒體之定義中。如本文中使用，磁碟及光碟包含光碟片(CD)、雷射光碟、XRF光碟、數位多功能光碟(DVD)、軟碟及藍光光碟，其中磁碟通常磁性地重現資料而光碟用雷射光學地重現資料。上述組合亦應被包含於電腦可讀媒體之範疇內。
雖然上文為指導目的而描述某些特定實施例，但本專利文件之教示具有一般適用性且不限於上文中描述之特定實施例。因此，在不脫離如發明申請專利範圍中闡述之本發明之範疇之情況下，可實踐所述實施例之各種特徵之各種修改、調適及組合。
10:多層光學件 11:矽基板 12:多層塗層 13A:重複對 13B:重複對 13C:重複對 13D:重複對 14:層/鉻吸收劑層 15:層 20:標繪圖 100:多層X射線反射光學件 101:整合式光學濾波器 110:標繪圖 111:標繪線 112:標繪線 120:標繪圖 121:標繪線 122:標繪線 123:標繪線 130:多層X射線反射光學件 131:整合式光學濾波器 132:二氧化矽(SiO2 )層 133:碲(Te)層 140:標繪圖 141:標繪線 142:標繪線 150:標繪圖 160:標繪圖 161:標繪線 162:標繪線 163:標繪線 164:第一消光谷 165:第二消光谷 166:第三消光谷 170:標繪圖 171:標繪線 172:標繪線 173:標繪線 180:表 190:多層X射線反射光學件 191:整合式光學濾波器 192:擴散障壁層 200:反射小角度X射線散射量測(RSAXS)度量衡工具 201:樣品/半導體晶圓 202:量測區域 203:晶圓卡盤 210:X射線照明源 211:聚焦光學件 212:光束發散度控制狹縫/光束狹縫 213:狹縫/光束狹縫/光束塑形狹縫 214:入射光束/照明光束/照明X射線光束 215:致動器子系統 216:射線/照明光束 217:經抽空飛行管 218:X射線輻射 219:X射線偵測器 220:窗 223:真空腔室 224:真空窗 230:運算系統/電腦系統 231:處理器 232:記憶體 233:匯流排 234:程式指令 235:輸出信號/量測資料 236:命令信號 237:命令信號 238:命令信號 239:命令信號 240:樣品定位系統/晶圓定位系統 250:聚焦光學件 250A至250D:鏡元件 260:彎曲光學元件 262:整合式光學濾波器/整合式光學元件/整合式濾波元件 264:源 265:焦點區域 266:入射光 267:反射光 268:點 269:點 300:系統/反射小角度X射線散射量測(RSAXS)度量衡工具 A:光束軸/距離 B:距離 L1 :路徑長度 L2 :路徑長度 P:空間週期 T1 :厚度 T2 :厚度 α1 :角度/入射角 α2 :角度/入射角 θ:入射角 ϕ:方位角
圖1描繪用於軟X射線應用中之一多層光學件10之一橫截面視圖之一圖解。
圖2係繪示依據五度之一入射角之光束能量而變化之多層光學件10之反射率之一模擬之一標繪圖20。
圖3描繪在一項實施例中包含一整合式光學濾波器101之一多層X射線反射光學件100。
圖4描繪繪示圖3中描繪之多層X射線反射光學件100之反射率之一模擬之一標繪圖110。
圖5描繪繪示針對一整合式光學濾波器之不同厚度之圖3中描繪之多層X射線反射光學件100之反射率之一模擬之一標繪圖120。
圖6描繪在一項實施例中包含一整合式光學濾波器131之一多層X射線反射光學件130。
圖7描繪繪示圖6中描繪之多層X射線反射光學件130之反射率之一模擬之一標繪圖140。
圖8描繪繪示在自30 eV至130 eV之一污染頻帶內之圖7中描繪之多層X射線反射光學件130之反射率之模擬之一標繪圖150。
圖9描繪繪示針對Te層133之各種厚度及SiO2 層132之10.5奈米之一恆定厚度之在自30 eV至70 eV之一光子能帶內之圖6中描繪之多層X射線反射光學件130之反射率之一模擬之一標繪圖160。
圖10描繪繪示針對SiO2 層132之各種厚度及Te層133之14.4奈米之一恆定厚度之在自30 eV至70 eV之一光子能帶內之圖6中描繪之多層X射線反射光學件130之反射率之一模擬之一標繪圖170。
圖11描繪一表180之一圖解，該表180針對圖9及圖10中繪示之Te及SiO2 層厚度之不同組合概述圖6中描繪之多層X射線反射光學件130在三個不同污染頻帶內之平均反射率及在一所關注軟X射線波長(397.9 eV)下之反射率。
圖12描繪包含一整合式光學濾波器191之一多層X射線反射光學件190。
圖13描繪一彎曲光學元件260，其包含安置於彎曲光學元件之表面上之一整合式光學濾波器262。
圖14繪示在至少一個新穎態樣中用於量測一樣品之特性之一RSAXS度量衡工具200之一實施例。
圖15係繪示包含以一分段式環形組態繞光束軸A安置之四個鏡元件之聚焦光學件之一端視圖之一簡化圖式。
圖16描繪按藉由一入射角θ及一方位角ϕ描述之一特定定向入射於一晶圓上之X射線照明光束。
圖17繪示在至少一個新穎態樣中用於量測一樣品之特性之一RSAXS度量衡工具300之另一實施例。
11:矽基板
12:多層塗層
13A:重複對
13B:重複對
13C:重複對
13D:重複對
14:層/鉻吸收劑層
15:層
100:多層X射線反射光學件
101:整合式光學濾波器
P:空間週期

Claims (23)

  1. 一種多層X射線反射光學件，其包括： 一基板； 一多層X射線反射結構，其安置於該基板上方；及 一整合式光學濾波器，其安置於該基板上方，該整合式光學濾波器包含吸收具有高於10奈米之波長之輻射之一或多個材料層。
  2. 如請求項1之多層X射線反射光學件，其中該整合式光學濾波器包含一單一輻射吸收材料層。
  3. 如請求項1之多層X射線反射光學件，其中該整合式光學濾波器包含兩個或更多個不同輻射吸收材料層。
  4. 如請求項1之多層X射線反射光學件，其中該整合式光學濾波器安置於該多層反射結構上方。
  5. 如請求項1之多層X射線反射光學件，其中該整合式光學濾波器安置於該基板與該多層X射線反射結構之間。
  6. 如請求項1之多層X射線反射光學件，其進一步包括： 一擴散障壁層，該擴散障壁層安置於該整合式光學濾波器與該多層X射線反射結構之間、安置於該基板與該多層X射線反射結構之間或安置於該整合式光學濾波器上方。
  7. 如請求項1之多層X射線反射光學件，其中該基板之一光學表面係彎曲的。
  8. 如請求項1之多層X射線反射光學件，其中該整合式光學濾波器之一厚度依據該基板之一光學表面上之位置而變化。
  9. 如請求項1之多層X射線反射光學件，其中該多層X射線反射結構反射在一波長範圍內之傳入光。
  10. 一種度量衡系統，其包括： 一X射線照明源，其經組態以產生包含在自80電子伏特至3,000電子伏特之一所要光子能量範圍及低於80電子伏特之一非所要光子能量範圍內之多個照明波長之一軟X射線輻射量； 一X射線偵測器，其經組態以偵測回應於該軟X射線輻射量而自一半導體晶圓散射之一X射線輻射量； 複數個X射線光學元件，其等各具有安置於該X射線照明源與該偵測器之間之一光學路徑中之至少一個光學表面； 一整合式光學濾波器，其經製造於該複數個X射線光學元件之至少一者之該光學表面上方，該整合式光學濾波器包含吸收在該非所要光子能量範圍中之輻射且透射在該所要光子能量範圍中之輻射之一或多個材料層；及 一運算系統，其經組態以基於該經偵測X射線輻射量而判定特性化安置於該半導體晶圓上之一結構之一所關注參數之一值。
  11. 如請求項10之度量衡系統，其中該度量衡系統係一軟X射線反射量測系統。
  12. 如請求項11之度量衡系統，其中該軟X射線反射量測系統在一掠入射模式中操作。
  13. 如請求項11之度量衡系統，其中該度量衡系統在一成像模式中操作。
  14. 如請求項10之度量衡系統，其中該整合式光學濾波器安置於經製造於該複數個X射線光學元件之該至少一者之該光學表面上方之一多層X射線反射結構上方。
  15. 如請求項14之度量衡系統，其進一步包括： 一擴散障壁層，該擴散障壁層安置於該整合式光學濾波器之該一或多個材料層與該多層X射線反射結構之間、安置於該光學表面與該多層X射線反射結構之間或安置於該整合式光學濾波器之該一或多個材料層上方。
  16. 如請求項10之度量衡系統，其中該複數個X射線光學元件之該至少一者之該光學表面係彎曲的。
  17. 如請求項10之度量衡系統，其中該整合式光學濾波器之一厚度依據該複數個X射線光學元件之該至少一者之該光學表面上之位置而變化。
  18. 如請求項10之度量衡系統，其進一步包括： 一獨立光學濾波器，其安置於該X射線照明源與該偵測器之間之該光學路徑中。
  19. 一種基於X射線之系統，其包括： 一X射線照明源，其經組態以產生包含一所要波長範圍及不同於該所要波長範圍之一非所要波長範圍之一X射線輻射量； 一或多個X射線光學元件，其或其等各具有安置於該X射線照明源與一受處理樣品之間之一光學路徑中之至少一個光學表面；及 一整合式光學濾波器，其經製造於該一或多個X射線光學元件之至少一者之該光學表面上，該整合式光學濾波器包含吸收在該非所要波長範圍內之輻射且透射在該所要波長範圍內之輻射之一或多個材料層。
  20. 如請求項19之基於X射線之系統，其中該整合式光學濾波器安置於經製造於該複數個X射線光學元件之該至少一者之該光學表面上方之一多層X射線反射結構上方。
  21. 如請求項20之基於X射線之系統，其進一步包括： 一擴散障壁層，該擴散障壁層安置於該整合式光學濾波器之該一或多個材料層與該多層X射線反射結構之間、安置於該光學表面與該多層X射線反射結構之間或安置於該整合式光學濾波器之該一或多個材料層上方。
  22. 如請求項19之基於X射線之系統，其中該一或多個X射線光學元件之該至少一者之該光學表面係彎曲的。
  23. 如請求項19之基於X射線之系統，其中該整合式光學濾波器之一厚度依據該一或多個X射線光學元件之該至少一者之該光學表面上之位置而變化。
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