[发明专利]用于基于X射线的测量系统的校准及对准的多层目标

说明书

本文描述实现基于X射线的测量系统的快速及准确的绝对校准及对准的多层目标。所述多层校准目标具有非常高衍射效率且使用快速、低成本生产技术来制造。每一目标包含使用成对的X射线透射及X射线吸收材料来构建的多层结构。所述多层目标结构的层定向为平行于入射X射线束。所测量的衍射图案指示所述入射X射线束与所述多层目标之间的位置及定向失准。在另一方面中，复合多层目标包含至少两个多层结构，布置成沿与所述入射X射线束对准的方向彼此相邻、沿垂直于所述入射X射线束的方向彼此相邻或其组合。在一些实施例中，所述多层结构以间隙距离彼此空间间隔开。

相关申请案的交叉参考

本专利申请案根据35 U.S.C.§119规定主张2018年3月28日申请的第62/649,131号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

所描述的实施例涉及X射线计量系统及方法，且更特定来说，所描述的实施例涉及用于提高测量准确度的方法及系统。

背景技术

半导体装置(例如逻辑及存储器装置)通常由施加于样品的处理步骤序列制造。半导体装置的各种特征及多个结构层级由这些处理步骤形成。例如，其中的光刻是涉及在半导体晶片上产生图案的半导体制造工艺。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于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种步骤中，使用计量过程来检测晶片上的缺陷以促成较高良率。包含散射测量及反射测量实施方案的基于计量的许多技术及相关联分析算法常用于表征纳米级结构的临界尺寸、膜厚度、组成及其它参数。

传统上，对由薄膜及/或重复周期性结构组成的目标执行散射测量临界尺寸测量。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)走向更小纳米级尺寸，表征变得更困难。并入复杂三维几何形状及具有不同物理性质的材料的装置导致表征困难。例如，现代存储器结构通常为难以使光学辐射穿透到底层的高纵横比三维结构。利用红外线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无法提供对小异常的足够敏感度。另外，表征复杂结构(例如FinFET)所需的越来越多参数导致参数相关性增强。因此，表征目标的参数通常无法与可用测量可靠地解耦合。

在实例中，已试图采用较长波长(例如近红外线)来克服利用多晶硅作为堆叠中交替材料中的一者的3D快闪装置的穿透问题。然而，当照明深入传播到膜堆叠中时，3D快闪的似镜结构本质上引起光强度减弱。此引起深度处的敏感度损失及相关性问题。在此情境中，SCD仅能够以高敏感度及低相关性成功提取一组减少计量尺寸。

在另一实例中，不透明高k材料越来越多用于现代半导体结构中。光学辐射通常无法穿透由这些材料构造的层。因此，使用薄膜散射测量工具(例如椭圆偏光计或反射计)的测量变得越来越有挑战性。

已响应于这些挑战而开发更复杂光学计量工具。例如，已开发具有多个照明角、较短照明波长、较宽照明波长范围及来自反射信号的更完整信息获取(例如测量多个穆勒(Mueller)矩阵元素及更常规反射率或椭偏信号)的工具。然而，这些方法无法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)及测量应用(例如线边缘粗糙度及线宽粗糙度测量)的测量相关联的根本挑战。

原子力显微镜(AFM)及扫描穿隧显微镜(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。扫描电子显微镜(SEM)实现中等分辨率等级，但无法穿透结构到足够深度。因此，高纵横比孔无法很好表征。另外，样品的所需充电对成像性能具有负面影响。X射线反射计还面临在测量高纵横比结构时限制其效力的穿透问题。