[发明专利]利用X射线散射测量术对深层结构进行工艺监测

说明书

在本文中呈现用于基于高纵横比半导体结构的x射线散射测量术测量而估计工艺参数、结构参数或两者的值的方法及系统。以制作工艺流程的一或多个步骤来执行X射线散射测量术测量。迅速地且以充分准确度执行所述测量以达成进行中半导体制作工艺流程的合格率改进。基于所关注参数的所测量值而确定工艺校正且将所述校正传递到工艺工具以改变所述工艺工具的一或多个工艺控制参数。在一些实例中，在处理晶片的同时执行测量以控制进行中制作工艺步骤。在一些实例中，在特定工艺步骤之后执行X射线散射测量术测量且更新工艺控制参数以用于处理未来装置。

相关申请案的交叉参考

本专利申请案依据35 U.S.C.§119主张2017年5月30日提出申请的标题为“使用X射线散射测量术对深层结构进行工艺监测”的第62/512,297号美国临时专利申请案及2017年10月16提出申请的标题为“使用X射线散射测量术对深层结构进行工艺监测”的第62/572,566号美国临时专利申请案的优先权，每一美国临时专利申请案的标的物以其全文引用方式并入本文中。

技术领域

所描述实施例涉及计量系统及方法，且更特定来说，涉及用于经历制作工艺步骤的半导体结构的经改进测量的方法及系统。

背景技术

通常通过适用于样品的一系列处理步骤来制作例如逻辑及存储器装置的半导体装置。通过这些处理步骤形成所述半导体装置的各种特征及多个结构层级。举例来说，尤其光刻为涉及在半导体晶片上产生图案的一个半导体制作工艺。半导体制作工艺的额外实例包含但不限于化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。可在单个半导体晶片上制作多个半导体装置，且然后将其分离成个别半导体装置。

在半导体制造工艺期间在各个步骤处使用计量工艺来检测晶片上的缺陷以促成较高合格率。通常使用若干种基于计量的技术(包含散射测量术及反射测量术实施方案)及相关联分析算法来表征临界尺寸、膜厚度、组合物及纳米尺度结构的其它参数。X射线散射测量术技术在不具有样本破坏的危险的情况下提供高吞吐量的可能性。

在传统上，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(SCR)测量。在装置制作期间，这些膜及周期性结构通常表示实际装置几何结构及材料结构或中间设计。随着装置(例如，逻辑及存储器装置)朝较小纳米尺度尺寸进展，表征变得更困难。并入有复杂三维几何结构及具有迥异物理性质的材料的装置加剧表征困难度。举例来说，现代存储器结构通常是使光学辐射难以穿透到底部层的高纵横比三维结构。利用红外光到可见光的光学计量工具可穿透许多半透明材料层，但提供良好穿透深度的较长波长不提供对小异常现象的充分敏感度。另外，表征复杂结构(例如，FinFET)所需的愈来愈多数目的参数导致愈来愈多的参数相关性。因此，通常无法可靠地将表征目标的参数与可用测量解耦。

在一个实例中，已采用较长波长(例如近红外)来尝试克服利用多晶硅作为堆叠中的交替材料中的一者的3D FLASH装置的穿透问题。然而，3D FLASH的镜面结构本质上致使光强度随着照射传播到膜堆叠中更深处而减小。此导致深处的灵敏度损耗及相关性问题。在此情景中，光学SCD仅能够以高灵敏度及低相关性成功地提取精简计量尺寸集。

在另一实例中，在现代半导体结构中愈来愈多地采用不透明高k材料。光学辐射通常不能穿透由这些材料构造的层。因此，利用薄膜散射测量术工具(例如椭圆偏光计或反射计)的测量变得愈来愈有挑战性。

响应于这些挑战，已开发了更复杂的光学计量工具。举例来说，已开发了具有多个照射角度、较短照射波长、较宽照射波长范围及从经反射信号的较完整信息获取(例如，除较常规反射率或椭圆偏光信号之外还测量多个米勒(Mueller)矩阵元素)的工具。然而，这些方法尚未可靠地克服与许多先进目标(例如，复杂3D结构、小于10nm的结构、采用不透明材料的结构)的测量及测量应用(例如，线边缘粗糙度及线宽度粗糙度测量)相关联的基本挑战。