TWI831744B - 在圖案化結構中基於x射線的測量 - Google Patents

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Abstract

一種用於對圖案化結構進行基於X射線的測量的方法和系統係被提出。所述方法包括：處理指示複數測量訊號的資料，測量訊號係對應入射X射線輻射於一圖案化結構上檢測的輻射響應；以及對資料減去實質上無背景雜訊的有效測量資料。有效測量資料係由反射的繞射階的複數輻射分量形成，使得基於模型的有效測量訊號的判讀得以決定圖案化結構的一或多個參數。所述處理包含：分析測量訊號並從測量訊號提取對應於背景雜訊的背景訊號；以及對測量訊號進行濾除程序以從測量訊號減去對應於背景訊號的訊號，進而得到有效測量訊號。

Description

在圖案化結構中基於X射線的測量
本發明係於圖案化結構（例如半導體晶圓）中測量的領域，並且關於利用X射線測量技術的測量系統和方法。
半導體結構的製造需要高度精確和準確的計量技術和儀器。由於隨著半導體技術的進步，縮小元件尺寸已成為日益複雜的任務，因此使得這樣的需求變得更加關鍵。對於此開發的持續過程而言，容許測量能力中之類似改良的補充性計量工具是關鍵性的。最關鍵的是容許所測量結構之尺寸特性化的計量解決方案。在晶圓廠，於製造程序的諸多步驟以及研究和開發的期間，大量地使用例如臨界尺寸掃描電子顯微鏡（Critical-Dimensions Scanning Electron Microscopy ，CD-SEM）和光學臨界尺寸（Optical Critical Dimensions ，OCD）之類的技術。
當元件尺寸的縮小且對製程細節的敏感度變得越來越重要，取得樣本的更加多樣且獨立之物理性質的能力變得至關重要。這些挑戰需要引入基於額外物理原理的破壞性計量技術。一個這樣的技術為X射線散射測量法（X-ray scatterometry， XRS）係，其中將來自單色X射線的散​​射訊號加以分析以供尺寸特性化。如此方法的例子為也稱為透射小角度X射線散射測量法（Transmission SAXS， T-SAXS）的臨界尺寸小角度X射線散射測量法（Critical Dimension Small-Angle X-ray Scatterometry ，CD-SAXS）、掠入射小角度X射線散射測量法（Grazing-incidence Small-Angle X-ray Scatterometry， GI-SAXS）、以及X射線繞射（X-ray Diffraction ，XRD）或高解析度X射線繞射（High-Resolution X-ray Diffraction ，HR-XRD）和倒易空間映射（Reciprocal Space Mapping ，RSM）技術。
舉例來說，皆轉讓給本申請案的受讓人的US 2017/0018069、US 2016/0139065和US 20160363872描述基於X射線技術的各種測量技術。 美國專利號US 2017/0018069描述用於測量結構中的受關注參數的混合計量技術。根據此技術，提供在相同結構上所測量的不同類型的第一和第二測量資料，其中這些測量資料中的一者可包含X射線測量資料，並且這些第一和第二測量資料受處理以對用以判讀第一和/或第二測量資料的最佳化模型資料決定第一和第二參數。 US 2016/0139065描述利用XRD或HR-XRD測量來測量樣本之參數的測量技術。此技術提供藉由關於例如圖案特徵的樣本結構之幾何參數的資訊使XRD測量最佳化，且反之亦然：使用XRD測量的資料來最佳化/判讀不同的幾何相關測量，藉此實現樣本的幾何形狀和材料特性/組成兩者的判定。幾何相關的資料可以藉由不同的幾何相關之測量技術提供，像是光學測量（例如光學臨界尺寸（OCD）測量）、CD-AFM、CD-SEM以及其它X射線技術。 US 2016 / 0363872描述用於規劃計量測量的方法和系統，其利用藉由被測工具（TuT）和參考測量系統（RMS）的諸多測量組合，其中基於X射線的工具可用作參考/ CD測量，例如XRD、X射線光電子能譜（X-ray photoelectron spectroscopy ，XPS），X射線拉曼散射（X-ray Raman scattering ，XRS）。
US 9,588,066描述使用多角度X射線反射散射測量法（X-ray reflectance scatterometry ，XRS）測量週期性結構的方法和系統。此技術涉及將入射的X射線束照射在具有週期性結構的樣本上以產生散射的X射線束，其中入射的X射線束同時提供多個入射角和多個方位角。
本領域需要用於在圖案化結構上利用X射線散射測量法測量的新穎測量技術，以有效地去除測量訊號中例如粗糙度和背景雜訊的效應，從而顯著改善測量技術的訊號雜訊比。
與粗糙度和背景雜訊相關的效應係與下列者相關：已知的X射線技術使用比標準光學技術明顯更小的波長（從小於1Å到幾奈米）。由於圖案化結構（例如半導體晶圓）中的特徵之尺寸本身典型地在此範圍內，所以測量的訊號對測量的結構幾何非常敏感。為了判讀來自X射線測量關於結構的訊息，需要一些將測量訊號相關聯於尺寸特性的手段。一例子係類似用於OCD的方法，其中測量是基於模型的：模型係用以從一些假設結構計算期望的（理論的）資料並與測量資料比較。然後將假設結構的尺寸加以修正以作為模型參數，直到計算/理論的訊號和測量訊號之間達到最好的一致性（最佳擬合）。其它已知的方法亦基於將X射線散射測量訊號與某些特定測量幾何相關聯的能力。
然而，在這樣的判讀程序中，X射線散射測量法可能遭受可觀的額外困難。這是因為測量訊號受到不直接相關於被測量的標稱結構且會混淆判讀程序的一些因素強烈影響。這些因素包含粗糙度和背景噪音的效應。
更具體來說，粗糙度的效應係關聯於結構與其預期的幾何形狀之間的小且不均勻偏差，該偏差是任何製造程序中的固有部分。關於這方面，參考圖1，其顯示了具有典型不平滑形狀的簡單蝕刻光柵線（圖案特徵部），亦即以奈米尺度之粗糙結構。對於波長通常為數百奈米的光學散射測量方法來說，這些圖案特徵部與標稱結構之間的小偏差通常會達到平衡，而對測量造成微小的效應。然而，對於X射線方法而言，其波長可具有與粗糙度類似的長度尺度，而對測量導致極度放大的效應。因此，忽視粗糙度的影響可能在測量資料判讀程序中導致實質誤差。
至於背景雜訊，這關聯於諸如弱收集訊號之X射線測量技術的共同特性，其增加對潛在雜訊源的敏感度。 典型的訊號衰弱的原因是照射源特性的組合，其通常提供比可用於光學計量者少幾個數量級的光子通量、及減小的與樣本產生之橫截面。 因此，背景雜訊的因素可能在測量中導致不可忽略的誤差，而降低判讀的精確度。
與通常在反射強度上包含急劇變化的主要繞射訊號相反，如此粗糙度和背景雜訊的作用/影響係藉由使增加於被測量的X射線訊號上的強度分佈平滑變化而加以特性化。本發明提供基於特定測量模式和資料判讀法的X射線散射測量的新穎方法，而實現有效地消除粗糙度和背景雜訊的效應。
為了簡單起見，在下面的說明中將這兩個因素（粗糙度和背景雜訊的效應）皆稱為「背景作用」。另外，在下面的說明中，將諸如鏡面反射以及來自週期性結構之繞射階(order)的效應/特徵稱為「普通反射」。
本發明提供了簡單且有效的技術，使得能夠獲得實質上無背景作用的有效測量訊號。在一些實施例中，此係藉由處理從具有特定角分佈（圖像跨度（image span））的圖案化結構收集到的測量資料而實施。所述處理包含辨識測量資料（來自圖案化結構的反射/響應）中對應於繞射階的部分，並從測量訊號中去除該部分。如上所指出，相較於相對平滑變化的強度，與繞射階相關的訊號可被辨識為包含強度上急劇的變化。然後，測量訊號/資料的剩餘部分（亦即僅背景訊號）受到進一步的處理，以決定代表整個圖像跨度範圍之背景的圖像資料。之後，從原始的測量訊號中減去依此決定的背景訊號，而產生反射/繞射階的清晰圖像。接著，可使用/判讀此資料以決定圖案化結構的諸多參數/資訊。
藉由選定最佳測量方案，亦即（對於給定的照射波長）選定入射輻射的角跨度及其相對於受測量結構上的圖案的方位角定向，可使上述技術進一步最佳化。選定的測量方案致使獲得所需之反射階的角跨度（圖像跨度），亦即，致使不同的反射階的輻射分量與檢測器的輻射敏感表面（像素矩陣）上的不同區域進行相互作用，該等區域實質上並不重疊，亦即在空間上以間隙彼此分隔。
因此，本發明內容在其一態樣中提供用於圖案化結構上基於X射線的測量的方法，該方法包含：處理指示複數測量訊號的資料，測量訊號係對應於所偵測到的針對入射X射線輻射之圖案化結構的輻射響應；以及對資料減去實質上無背景雜訊的有效測量訊號，有效測量訊號係由反射的繞射階的輻射分量形成，使得基於模型的有效測量訊號的判讀實現圖案化結構之一或多個參數的決定；其中該處理包含：分析測量訊號並從測量訊號提取對應於背景雜訊的背景訊號；及對測量訊號施加濾除程序，以從該等測量訊號減去對應於背景訊號的訊號，而產生有效測量訊號。
分析測量訊號並提取背景訊號包含：處理測量訊號以濾除對應於反射的繞射階的輻射分量之訊號，並提取指示背景雜訊的背景特徵；對背景特徵施加擬合程序以得到背景訊號。
該方法可更包含：對背景訊號進行影像處理以得到代表背景訊號的校正圖像，接著將校正圖像用作對應於將從測量訊號減去之背景訊號的訊號。
優選地，待受處理的測量訊號中所含的有效測量資料係對應於圖案化結構之輻射響應中的複數反射階中的一預定之角跨度，使得不同反射階的輻射分量與偵測器的輻射敏感表面上的不同且空間上分離的區域相互作用。
該方法可更包含：提供指示將用於收集測量訊號的最佳化測量方案的資料之階段，最佳化測量方案設定該等測量訊號包含對應於上述角跨度的有效測量訊號。更具體而言，最佳化測量方案包含照射輻射的選定角跨度及相對於結構上圖案之特徵定向的方位角定向，使得使用照射輻射的該選定角跨度對照射輻射提供結構之輻射響應中的反射階的所需角跨度。
該方法可包含：使用最佳化測量方案在圖案化結構上執行一或多個測量期間並產生指示測量訊號的資料。
該方法可更包含：對如上所述提取的有效測量訊號進行基於模型的處理（擬合程序）並決定圖案化結構的一或多個參數。
本發明內容的另一態樣係提供一控制單元，包含：資料輸入和輸出裝置、記憶體裝置、及處理器裝置，所述處理器裝置係配置和操作以執行上述的方法，藉以處理該等測量訊號且決定該等有效測量訊號，並產生指示該等有效測量訊號的資料以供圖案化結構的一或多個參數之進一步判讀和決定。
控制單元還可包含：測量方案控制器，其係配置和操作以分析指示受測量結構上之圖案的輸入資料，並且產生指示照射輻射的選定角跨度和相對於圖案的方位角定向的最佳化測量方案資料，以提供該結構之輻射響應中的複數反射階的角跨度，使得不同反射階的輻射分量與偵測器的輻射敏感表面上的不同且空間上分離的區域相互作用，藉以能夠從所偵測到的測量訊號中減去實質上無背景雜訊的有效測量訊號。
在又進一步的態樣中，本發明提供用於圖案化結構上基於X射線的測量的測量系統。該系統包含：照射單元，其係配置和操作以定義用以將照射輻射導引到測量平面的照射通道，以與受測量的結構相互作用；角跨度控制器，係位於照射通道中；偵測單元，其係用以偵測來自該結構且沿著收集通道傳播的輻射響應；以及控制單元，其係用以與照射單元和檢測單元進行資料通訊，控制單元包含：測量方案控制器，其係配置和操作以分析指示受測量結構上之圖案的資料，並且產生指示照射輻射的選定角跨度和相對於圖案之方位角定向的測量方案資料，以提供結構之輻射響應中的反射階的角跨度，使得不同反射階的輻射分量與偵測器的輻射敏感表面上的不同且空間上分離的區域相互作用，藉以能夠減去實質上無背景雜訊的有效測量訊號。
角跨度控制器可包含具有可控制式改變尺寸和/或形狀的孔洞組件，以實現根據選定的測量方案選擇孔洞尺寸和/或形狀。
本發明關於週期性圖案化結構（例如，半導體晶圓）的測量，其中圖案通常包含沿一或兩個方向具有一些單位晶胞週期性。 每個單位晶胞包含具有不同光學性質（例如線和間隔）之隔開區域的圖案。本發明的技術旨在解決與粗糙度和背景雜訊的效應相關的上述X射線測量問題。圖1例示具有奈米尺度上的表面粗糙度的結構表面。
參考圖2，其示意性地繪示本發明的基於X射線（例如GI-SAXS，以及XRS和T-SAXS）的測量方案10的原理。如圖所示，測量結構12係由X射線入射輻射14的光束所照射/照明，該X射線輻射包含入射輻射的立體角內的一照射角度範圍，且X射線與測量結構12的如此相互作用導致反射/繞射階(包含零階繞射和高繞射階)的形式之測量結構12的輻射響應16。輻射響應16係藉由具有輻射敏感表面的2D感測器矩陣18加以偵測，其中不同的繞射階係藉由2D感測器矩陣18的不同區域（感測器元件/像素或感測器元件/像素群組）來檢測。這些繞射階的分析容許測量結構12的特性化。
因此，X射線散射測量法通常涉及三個主要功能部分：照射、被測量的圖案化結構和輻射響應的偵測。照射模式/配置提供將單色X射線輻射14的光束引向測量結構12。此光束14可為準直的（如在T-SAXS中所使用的），但是對於最一般的情況來說，它具有如圖2所示的角跨度。照射光束14聚焦於結構上（對於準直光束則不需要聚焦），並從結構反射/返回。針對計量之目的，測量結構12具有圖案化表面12A，其中圖案通常包含週期性特徵組，亦即受研究的元件（亦即電晶體、記憶體單元等的陣列）。當X射線從此結構反射時，其係在鏡面方向（零階反射/繞射）和對應於來自該結構之高反射/繞射階的方向上散射。輻射響應16係藉由偵測器的2D感測器矩陣18檢測/測量，而產生依據入射角和照射14的方位角的反射圖像20。
不同SAXS的實現例涉及不同的資料獲取順序（舉例來說，T-SAXS涉及旋轉樣本並依序地獲取一組圖像，反射訊號的完整2D相依性係從該組圖像推得）。為簡單起見，在下面的說明中將測量順序稱為GI-SAXS的代表，其中在每個測量圖像中探測多個入射角。然而，應理解本發明並不限於任何特定類型的X射線測量技術，且因此在這方面應廣泛地加以解讀。
本發明係基於以下事實：從被角跨度照射之結構上反射的繞射階可彼此分離，而在圖像中留下僅有非標稱訊號到達的區域。這意味著相鄰繞射階的角跨度小於它們的分離程度。以此方式，在相鄰繞射階之間有標稱上不期望輻射的區域，且僅非標稱訊號被測量。如此「非標稱」訊號源的例子可為雜散光、與粗糙度相關的反射、來自缺陷/圖案不規則部的反射等。因此，在這些區域中獲得的訊號完全與「背景」作用相關，在許多情況下高度期望將該等訊號去除。如此分離程度可藉由照射角跨度的適當選擇來控制，該照射角跨度係根據被測量的結構及其方位角定向來選擇。此將於以下更具體地說明。一旦繞射階分離，就可隔離來自直接反射(亦即與來自週期性圖案的繞射階相關的反射)的作用和背景作用。
如上所述，與通常包含在反射強度上急劇變化的主要繞射訊號相反，背景反射分量（其為背景雜訊）係藉由使增加於被測量的X射線訊號上的強度分佈平滑變化而特性化。此容許用於推導來自位於普通反射所在區域的這些分量之作用的演算法。一旦獲得此作用，便可將其從普通反射區域減去，而容許對測量訊號的直接分析和判讀。
參考圖3A～3E，其示意性地例示本發明的分析方法。圖3A例示作為照射角度θ和照射之方位角的函數的偵測/測量訊號MS（未處理訊號/圖像）。測量訊號MS係由反射階RO以及與來自圖案區域PR之反射相關的背景特徵BS形成。產生背景特徵BS（背景雜訊）之圖案區域PR中的區域將被隔離。如以下將敘述，測量受到設定使得繞射階RO在檢測器的輻射敏感表面（2D矩陣）上呈空間性分離。如圖3B所示，一旦去除了繞射階RO，即可辨別背景訊號BS。專用的演算法可用以展開背景訊號。在本例示中，使用洛倫茲擬合（Lorentzian fit）（圖3C）。接著，背景訊號BS經歷內插法\外推法，而產生表示整個圖像跨度範圍之背景的圖像，如圖3D所示。然後，可從測量訊號MS中減去背景訊號BS，而提供反射階RO的清晰圖像。
優選地，此方法利用照射14之角度範圍的一正確選擇。此選擇係基於使不同的繞射階在檢測器的2D檢測矩陣上被空間性分離的需求。在本例示中，圖2示意性繪示的測量設定係作為參考，並對適合於此情況的所需照射角度範圍進行分析。應當理解類似的分析可直接對其它幾何形狀進行。
以下是對繞射階之間的角度分離的推導的說明。此實現可設定允許的照射角度範圍，使得重疊情形不存在於不同的反射階之間。
在這方面，參考圖4，其示意性地繪示相對於樣本上之圖案方位的輻射傳播方案。如本例示所示，圖案P係配置為由沿著X軸（定義光柵軸）延伸且沿著Y軸以間隔的關係布置的平行特徵（線）L形成的光柵形成。照射輻射14（角跨度）以角度qILL （相對於樣本的法線）和方位角fILL 入射到測量結構12的圖案化表面上。在本例中，方位角係相對於光柵軸而定義，但這並非必要的限制。
考量具有波長λ和波數k0 =2 p / l 的輻射，橫向波數kILL （亦即樣本平面上的波數）可由下式給出：
照射輻射14與光柵P的相互作用導致由一組離散方向上反射的輻射所形成的輻射響應16，其對應於來自光柵的繞射階。一般來說，雖然未具體繪示，光柵P可在兩個方向上具有特徵L的週期性，節距Px 在x方向上且節距Py 在y方向上（如果僅在一維度存在週期性，則這兩者的其中一者可為零）。對於從x方向上之週期性產生的nx 階及從y方向上之週期性產生的ny 階而言，繞射階係以（nx ，ny ）表示。
繞射階（nx ，ny ）將具有由下式給出的橫向波數：
此階的反射方向由下式給出：，且
藉由這些關係，將任何照射角跨度直接與所有反射階的角跨度相關聯。具體來說，可檢查反射階之間是否預期有重疊。
參考回圖1和圖4，本發明提供：對於給定的照射波長λ，相對於受測量結構上之圖案P的入射輻射14的角跨度qILL 和其方位角方向fILL 可加以控制/選擇，以提供輻射響應16之反射階的所需角跨度fCOL 。反射階的所需角跨度fCOL 係使得不同的反射階的輻射分量與與檢測器之2D感測器矩陣18的輻射敏感表面上的不同區域R相互作用，該等區域R係以(複數)間隙G在空間上彼此分開。應當理解G的值亦可以藉由收集通道的長度來控制。
可有若干方法實施如此角跨度之照射範圍的限制/選擇。一些例示包含使用放置在光路徑中的具可控尺寸的單孔洞、或者放置在光路徑中的一組可互換孔洞。這些可以根據所測量的樣本之節距進行交換或修改。藉由容許不同形狀的孔洞，便可獲得進一步的彈性。應當注意的是，當測量結構上的圖案在兩個方向上是週期性時，如此方法可在兩個方向上保證高繞射階的分離。
更一般的來說，這樣的分離可僅在反射階中的一子集合上實現。舉例來說，可將一方向上與光柵節距相關的繞射階分離，而另一方向上與節距相關之繞射階仍重疊。儘管以此方法，一些背景訊號可能不被移除而提供劣化的結果，但其在實務上可能更易於實施，且在一些應用中可為合適/足夠的。
現在參考圖5A和5B，其示意性地繪示本發明的測量系統100的方塊圖（圖5A）和本發明的方法的流程圖200（圖5B）。測量系統100包含照射單元102，其定義用以將照射輻射14導引到測量平面（樣本平面）上的照射通道；偵測單元104，其用以偵測來自測量結構12且沿著收集通道傳播的輻射響應；以及控制單元106，其用以與照射單元102和偵測單元104進行資料/訊號通訊（經由使用任何已知合適的通訊技術和協定的有線或無線訊號傳輸）。亦設置於測量系統100中的為位於照射通道中的角跨度控制器110。
控制單元106係配置為電腦系統，其尤其包含諸如輸入裝置106A和輸出裝置106B、記憶體裝置106C和資料處理器106D的功能和結構性裝置。控制單元106更包含測量方案控制器（所謂的定向控制器）106E，其用以接收和分析指示測量結構12上的圖案P的資料（例如，沿著一或兩軸的圖案節距）和其相對於照射通道的方位角定向，並產生指示照射角跨度之最佳選擇的資料以供操作角跨距控制器110。應當注意的是，根據具體情況，測量中的結構可位於受驅動而旋轉的平台/支座108上，以調整相對於照射通道的圖案定向。角跨度控制器110可如上所述配置，亦即可包含具有可控制地變化之尺寸和/或形狀的單孔洞、或者具有不同尺寸/形狀的一組可互換孔洞。此實現可根據選定的測量方案選擇孔洞的形狀。
因此，定向控制器106E操作角跨度控制器110且亦可（經由其驅動）操作平台108以選擇照射角跨度14，使得測量的圖像由對應於高反射階的個別區域形成，該等區域之間具有間隙，亦即使得不同階之間不存在重疊的情況。如此圖像係例示於上述的圖3A。
一旦此情況獲得確保，亦即提供了期望的定向（圖5B中的步驟202），便執行以下的測量方案以去除背景訊號/作用的效應。測量訊號MS係藉由偵測單元104的像素矩陣檢測，該像素矩陣產生指示測量訊號MS的測量資料（步驟204）並將此資料傳送到控制單元106，其中該資料係由資料處理器106D處理（步驟206）。資料處理器106D包含分析器模組112，其配置(編程)成濾除對應於反射的繞射階的輻射分量的訊號（表示「有效訊號」），僅留下背景特徵（表示「雜訊」） - 步驟208。此係顯示於上述的圖3B。接著，藉由擬合模組114將背景特徵訊號內插（和外推），以推導出對於整個測量圖像或其選定部分的背景作用（步驟210）。為此，擬合模組114利用用於背景訊號的一些基本函數形狀/形式（例如，圖3C中所示的方法，每一入射角係依據該方法藉由洛倫茲線形分別擬合；或任何其它函數形式、或二維函數形式，並使用基於一些理論模型的擬合方法）。此僅產生背景訊號（步驟212）。如此獲得之僅描述背景訊號的圖像可任選性地由任何合適的圖像處理器116進一步處理，以使此圖像平滑並加以校正（任選的步驟214）。然後，藉由濾波器模組118處理初始圖像（測量資料），濾波器模組118用以從初始圖像中減去背景訊號/圖像（可由圖像處理器處理或不進行處理）（步驟216），而產生最終的已去除背景訊號的訊號（步驟218）。此最終訊號呈現現用/有效的測量資料，其可用於使用任何已知的合適技術（例如，基於模型的資料判讀）之分析和判讀。
因此，本發明提供了簡單有效的技術，用於在圖案化結構上進行基於X射線的散​​射測量。根據本發明，使測量方案最佳化以實現獲得減去背景雜訊的有效測量訊號，接著該有效測量訊號可使用任何已知的合適的資料判讀方法加以判讀以決定結構參數。
10‧‧‧測量方案 12‧‧‧測量結構 12A‧‧‧圖案化表面 14‧‧‧輻射/照射 16‧‧‧輻射響應 18‧‧‧2D感測器矩陣 100‧‧‧測量系統 102‧‧‧照射單元 104‧‧‧偵測單元 106‧‧‧控制單元 106A‧‧‧輸入裝置 106B‧‧‧輸出裝置 106C‧‧‧記憶體裝置 106D‧‧‧資料處理器 106E‧‧‧測量方法控制器/定向控制器 108‧‧‧平台/支座 110‧‧‧角跨度控制器 112‧‧‧分析模組 114‧‧‧擬合模組 116‧‧‧影像處理器 118‧‧‧濾波器模組 202~218‧‧‧步驟 G‧‧‧間隙 P‧‧‧圖案 R‧‧‧區域 RO‧‧‧反射階
為了更佳地理解此處揭示之標的，且為了例示其於實務上可如何執行，現將參照隨附圖式僅藉由非限制性實例敘述實施例，其中：圖1係圖案化結構的部分表面的圖片，其繪示奈米尺度上之典型表面粗糙度；圖2示意性地繪示根據本發明之基於X射線的測量方案的原理；圖3A～3E示意性地繪示根據本發明的技術之資料處理和分析的實例；圖4示意性地繪示根據本發明之測量方案的輻射傳播方案；圖5A係用於實施圖4中例示的測量方案之本發明的測量系統的方塊圖；以及 圖5B是本發明的資料分析方法的流程圖。
200‧‧‧流程圖
202~218‧‧‧步驟

Claims (16)

  1. 一種用於圖案化結構上基於X射線之測量的方法，該方法包含：處理指示複數測量訊號的資料，該等測量訊號對應於所偵測到的針對入射X射線輻射之一圖案化結構的輻射響應，其中該處理包含分析該等測量訊號並從該等測量提取對應於一背景雜訊的一背景訊號，其中，該背景訊號係藉由對該背景雜訊提取一背景特徵，並對該背景特徵施加一擬合程序以得到該背景訊號；以及在該處理之後，對該等測量訊號施加一濾除程序，以從該等測量訊號減去對應於該背景訊號的訊號，而產生複數有效測量訊號，其中該等有效測量訊號係由反射的繞射階的輻射分量形成，使得該等有效測量訊號之基於模型的判讀實現該圖案化結構之一或多個參數的決定。
  2. 如請求項1之用於圖案化結構上基於X射線之測量的方法，其中分析該等測量訊號並從該等測量訊號提取該背景訊號包含：處理該等測量訊號以濾除對應於反射的繞射階的輻射分量之訊號。
  3. 如請求項1或2之用於圖案化結構上基於X射線之測量的方法，更包含：對該背景訊號進行影像處理，以得到代表該背景訊號的一校正圖像，該校正圖像係接著用作對應於將從該等測量訊號減去之該背景訊號的該訊號。
  4. 如請求項1或2之用於圖案化結構上基於X射線之測量的方法，其中所提供的該等測量訊號中所含的該等有效測量訊號係對應於該圖案化結構之該輻射響應中的複數反射階中的一預定之角跨度ΦCOL，使得不同反射階的輻射分量與一偵測器的一輻射敏感表面上的不同且空間上分離的區域相互作用。
  5. 如請求項1或2之用於圖案化結構上基於X射線之測量的方法，包含：提供指示待用於收集該等測量訊號的最佳化測量方案的資料，該最佳化測量 方案設定該等測量訊號包含該等有效測量訊號，其中該等有效測量訊號對應於該圖案化結構之該輻射響應中的複數反射階的一角跨度ΦCOL，使得不同反射階的輻射分量與一偵測器的一輻射敏感表面上的不同且空間上分離的區域相互作用。
  6. 如請求項5之用於圖案化結構上基於X射線之測量的方法，其中該最佳化測量方案包含照射輻射的一選定角跨度θILL、以及相對於該圖案化結構上之圖案之特徵的定向的一方位角定向ΦILL，使得使用照射輻射的該選定角跨度θILL對照射輻射提供該圖案化結構之該輻射響應中的反射階的該角跨度ΦCOL。
  7. 如請求項5之用於圖案化結構上基於X射線之測量的方法，包含：使用該最佳化測量方案在該圖案化結構上執行一或多個測量期間，並產生指示該等測量訊號的該資料。
  8. 如請求項6之用於圖案化結構上基於X射線之測量的方法，包含：使用該最佳化測量方案在該圖案化結構上執行一或多個測量期間，並產生指示該等測量訊號的該資料。
  9. 如請求項1或2之用於圖案化結構上基於X射線之測量的方法，更包含：對該等有效測量訊號施加基於模型的擬合程序，並決定該圖案化結構的一或多個參數。
  10. 一種控制單元，包含：資料輸入和輸出裝置、一記憶體裝置、及一處理器裝置，該處理器裝置係配置和操作以執行如請求項1或2所述的方法，藉以處理該等測量訊號及決定該等有效測量訊號，並產生指示該等有效測量訊號的資料，以供該圖案化結構的一或多個參數之進一步判讀和決定。
  11. 如請求項10的控制單元，更包含： 一測量方案控制器，其係配置和操作以分析指示受測量之該圖案化結構上的一圖案的輸入資料，並且產生指示照射輻射的選定角跨度θILL和相對於該圖案之方位角定向ΦILL的測量方案資料，以提供該圖案化結構之輻射響應中的複數反射階的一角跨度ΦCOL，使得該等不同的反射階的輻射分量與一偵測器的一輻射敏感表面上的不同且空間上分離的區域相互作用，藉以能夠從所偵測的對應不同的反射階的輻射分量的該等測量訊號中減去對應於該背景訊號的訊號以得到該等有效測量訊號。
  12. 一種用於圖案化結構上基於X射線之測量的測量系統，該系統包含：一照射單元，其係配置和操作成定義一照射通道，用以將照射輻射導引到一測量平面以與受測量的結構相互作用；一角跨度控制器，其係位於該照射通道中；一偵測單元，其係用以偵測來自該結構且沿著一收集通道傳播的輻射響應以產生指示複數測量訊號的資料；以及一控制單元，其係用以與該照射單元和該偵測單元進行資料通訊，該控制單元包含：一測量方案控制器，其係配置和操作以分析指示受測量的該結構上的一圖案的資料，並且產生指示照射輻射的選定角跨度θILL和相對於該圖案的方位角定向ΦILL的測量方案資料，以提供該結構之輻射響應中的複數反射階的一角跨度ΦCOL，使得不同反射階的輻射分量與偵測器的一輻射敏感表面上的不同且空間上分離的區域相互作用，藉以能夠從所偵測的對應不同的反射階的輻射分量的該等測量訊號中減去對應於背景訊號的訊號以得到有效測量訊號；以及一處理器裝置，其係配置和操作以執行如請求項1或2所述的方法。
  13. 如請求項12之用於圖案化結構上基於X射線之測量的測量系統，其中該角跨度控制器包含具有可控制式改變尺寸的孔洞組件，以實現根據選定 的測量方案選擇一孔洞尺寸。
  14. 如請求項12或13之用於圖案化結構上基於X射線之測量的測量系統，其中該控制單元包含資料輸入和輸出裝置、及一記憶體裝置。
  15. 如請求項12之用於圖案化結構上基於X射線之測量的測量系統，其中該角跨度控制器包含具有可控制式改變形狀的孔洞組件，以實現根據選定的測量方案選擇一孔洞形狀。
  16. 如請求項13之用於圖案化結構上基於X射線之測量的測量系統，其中該角跨度控制器更包含具有可控制式改變形狀的孔洞組件，以實現根據選定的測量方案選擇一孔洞形狀。
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