本发明专利技术呈现用于基于在关键过程步骤之前及之后的测量数据测量复杂半导体结构的方法及系统。在一些实施例中，所述测量是基于x射线散射测量数据。在一个方面中，测量是基于将经结合测量数据拟合到所述经测量结构的简化几何模型。在一些实施例中，所述经结合测量数据由所述关键过程步骤之前的经测量衍射图案从所述关键过程步骤之后的经测量衍射图案的减法确定。在一些实施例中，所述简化几何模型仅包含受所述关键过程步骤影响的特征。在另一方面中，测量是基于经结合数据集合及经训练信号响应计量(SRM)模型。在另一方面中，测量是基于在所述关键过程步骤之后的实际测量数据及在所述关键过程步骤之前的经模拟测量数据。所述关键过程步骤之前的经模拟测量数据。所述关键过程步骤之前的经模拟测量数据。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】结合X射线计量数据集合以改进参数评估的方法及系统
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本专利申请案根据35U.S.C.
§
119规定主张2019年4月19日申请的标题为“结合X射线计量数据集合以更高效提取关键参数(Combining X
‑
Ray Metrology Data Sets to Extract Critical Parameters More Efficiently)”的序列号为62/836,261的美国临时专利申请案的优先权，所述案的标的物以其全文引用的方式并入本文中。
[0003]所描述的实施例涉及计量系统及方法且更特定来说，涉及用于特性化半导体结构的尺寸的参数的经改进测量的方法及系统。
技术介绍
[0004]例如逻辑及存储器装置的半导体装置通常是由应用于样品的一系列处理步骤制造。半导体装置的各种特征及多个结构层级是由这些处理步骤形成。例如，其中光刻是涉及在半导体晶片上产生图案的一个半导体制造过程。半导体制造过程的额外实例包含(但不限于)化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。多个半导体装置可在单个半导体晶片上制造且接着分离成个别半导体装置。
[0005]在半导体制造过程期间的各个步骤使用计量程序以检测晶片上的缺陷以促进较高良率。通常使用包含散射测量及反射测量实施方案以及相关联的分析算法的若干基于计量的技术以特性化临界尺寸、膜厚度、组合物及纳米级结构的其它参数。
[0006]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(SCR)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)迈向更小纳米级尺寸，特性化变得更困难。并入复杂三维几何形状及具有多种物理性质的材料的装置造成特性化困难。例如，现代存储器结构通常是高高宽比三维结构，此使得光学辐射难以穿透到底层。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，但提供良好的穿透深度的较长波长不提供对小异常的足够灵敏度。另外，特性化复杂结构(例如，FinFET)所需的增大数目个参数导致增大的参数相关性。因此，特性化目标的参数通常无法可靠地与可用测量解耦。
[0007]在一个实例中，已采用较长波长(例如，近红外)以试图克服利用多晶硅作为堆叠中的一个替代材料的3D FLASH装置的穿透问题。然而，3D FLASH的镜状结构随着照明更深地传播到膜堆叠中而固有地引起减小的光强度。此引起深度下的灵敏度损耗及相关性问题。在此案例中，SCD仅能够依高灵敏度及低相关性成功提取一精简组的计量尺寸。
[0008]在另一实例中，在现代半导体结构中越来越多地采用不透明高介电系数材料。光学辐射通常无法穿透由这些材料构成的层。因此，使用薄膜散射测量工具(例如椭偏仪或反射计)的测量变得越来越具挑战性。
[0009]响应于这些挑战，已开发更复杂的光学计量工具。例如，已开发具有多个照明角度、较短照明波长、较广照明波长范围及从反射信号的更完整信息获取(例如，除了较常规
的反射率或椭偏测量信号之外，还测量多个穆勒(Mueller)矩阵元素)的工具。然而，这些方法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计测量)相关联的根本挑战。
[0010]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)实现中间分辨率级，但无法穿透结构到足够深度。因此，未良好特性化高高宽比孔。另外，样品所需的充电对成像性能具有不利影响。x射线反射计还遭受当测量高高宽比结构时限制其有效性的穿透问题。
[0011]为了克服穿透深度问题，结合破坏性样本制备技术(例如聚焦离子束(FIB)加工、离子铣削、毯覆式或选择性蚀刻等)采用传统成像技术(例如TEM、SEM等)。例如，透射电子显微镜(TEM)实现高分辨率级且能够探测任意深度，但TEM需要样品的破坏性分段。材料移除及测量的若干反复通常提供贯穿三维结构测量临界计量参数所需的信息。然而，这些技术需要样本破坏及长程序时间。完成这些类型的测量的复杂性及时间归因于蚀刻及计量步骤的漂移而引入大的不准确度。另外，这些技术需要引入配准误差的若干反复。
[0012]X射线散射测量系统已展示出有希望解决具挑战性的测量应用。散射级的测量提供用于确定一些所关注样品性质的信号信息。通常来说，在关键过程步骤之后从晶片的测量收集小角度x射线散射测量(SAXS)数据集合。数据集合包含具有以一或多个入射角的衍射图案的图像。目标结构的整个单元胞的几何模型经产生且并入测量模型中。基于物理学的解算器产生测量模型的几何及系统参数值的给定值集合的经模拟衍射图案。测量模型的数个参数在回归分析中浮动以寻找最小化经测量衍射图案与经模拟衍射图案之间的残差的参数值。导致最佳拟合的几何参数值被视为与晶片上的测量相关联的经测量参数值。
[0013]随着晶片前进通过半导体晶片制造过程流程，在晶片上制造的结构变得日益复杂。因此，随着施加到晶片的过程的数目增加，在晶片上制造的周期性结构的整个单元胞的几何模型变得日益复杂。
[0014]通常来说，必须同时拟合许多参数以解析复杂几何模型。在一些情况中，此使测量程序计算上昂贵或计算上难处理。大且复杂单元胞需要许多衍射级的测量以考虑衍射图案中的全部信号信息。再次，许多衍射级的处理计算上昂贵。最终，尽管进行最大努力，代表复杂结构的几何模型可归因于过程变动而遗漏细微特征，或其可未能完整描述标称结构。几何模型中的缺陷可使拟合难处理或驱动拟合例程以评估非常不准确的参数值以补偿模型不足。
[0015]为了进一步改进装置性能，半导体产业继续关注于垂直集成而非横向按比例调整。因此，复杂、完全三维结构的准确测量对于确保可行性及持续按比例调整改进至关重要。未来计量应用归因于越来越小的分辨率要求、多参数相关性、越来越复杂的几何结构(包含高高宽比结构)及不透明材料的越来越多的使用而提出计量挑战。因此，期望用于经改进x射线散射测量的方法及系统。
技术实现思路
[0016]呈现用于在关键过程步骤之后测量复杂半导体结构的方法及系统。一或多个所关注几何参数的评估是基于在关键过程步骤之前及之后与复杂半导体结构相关联的测量数
据。在关键过程步骤之前及之后两者的测量数据的使用以减少的计算努力实现更快模型产生及模型拟合。在一些实例中，简化测量模型实现所关注参数的比传统复杂模型产生及拟合更准确的评估。
[0017]在一个方面中，在关键过程步骤之后对复杂半导体结构的测量是基于在关键过程步骤之前及之后两者与复杂半导体结构相关联的x射线散射测量数据。在单元胞内的不同形状与足以最小化相干效应的距离空间上分离的假定下，将经测量衍射图案近似表示为各自与不同形状相关联的傅立叶(Fourier)分量的线性结合。由关键本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种计量系统，其包括：x射线散射计，其包括：照明源，其在半导体制造过程流程的关键过程步骤之后将第一量的照明辐射提供到复杂半导体结构的一或多个后续例子；及检测器，其检测响应于所述第一量的照明辐射而来自所述复杂半导体结构的所述一或多个后续例子的第一量的辐射且响应于所述第一量的经检测辐射而产生第一量的测量数据；及计算系统，其经配置以基于所述第一量的测量数据及指示所述复杂半导体结构的一或多个先前例子在所述制造过程流程的所述关键过程步骤之前通过所述x射线散射计的测量的第二量的测量数据来评估所述复杂半导体结构的所述一或多个后续例子的所关注结构参数的值。2.根据权利要求1所述的计量系统，所述计算系统进一步经配置以：结合所述第一量的测量数据与所述第二量的测量数据以产生一定量的经结合测量数据，其中所述所关注结构参数的所述值的所述评估是基于所述一定量的经结合测量数据。3.根据权利要求1所述的计量系统，所述计算系统进一步经配置以：产生包含受所述关键过程步骤影响的一或多个几何特征且不包含不受所述关键过程步骤影响的一或多个几何特征的几何参数化测量响应模型，其中所述所关注结构参数的所述评估涉及最小化目标函数，所述目标函数包含所述经结合测量数据集合与源自所述几何参数化测量模型的经模拟数据集合之间的差。4.根据权利要求2所述的计量系统，所述照明源计算系统进一步经配置以：在所述半导体制造过程流程的所述关键过程步骤之后将第二量的照明辐射提供到具有所述所关注结构参数的已知值的所述复杂半导体结构的一或多个后续例子，所述检测器进一步经配置以：检测响应于所述第二量的照明辐射而来自所述复杂半导体结构的所述一或多个后续例子的第二量的辐射且响应于所述第二量的经检测辐射而产生实验设计(DOE)测量数据集合，且所述计算系统进一步经配置以：结合所述DOE测量数据集合与第二量的DOE测量数据以产生一定量的经结合DOE测量数据，所述第二量的DOE测量数据指示具有所述所关注结构参数的已知值的所述复杂半导体结构的一或多个先前例子在所述制造过程流程的所述关键过程步骤之前通过所述x射线散射计的测量，及基于所述一定量的经结合DOE测量数据及所述所关注结构参数的所述已知值训练信号响应计量模型。5.根据权利要求4所述的计量系统，其中所述一定量的经结合测量数据经提供为到所述经训练信号响应计量模型的输入，且其中对应于经提供为输入的所述一定量的经结合测量数据的所述经训练信号响应计量模型的输出是所述所关注结构参数的所述值。6.根据权利要求2所述的计量系统，所述计算系统进一步经配置以：分别基于与所述第一量的测量数据及所述第二量的测量数据的测量相关联的一或多个系统参数的值来正规化所述第一量的测量数据及所述第二量的测量数据。
7.根据权利要求6所述的计量系统，其中用于产生所述一定量的经结合测量数据的所述第一量的测量数据与所述第二量的测量数据的所述结合涉及在逐像素基础上确定所述第一量的测量数据与所述第二量的测量数据之间的差。8.根据权利要求1所述的计量系统，其中由所述复杂半导体结构的所述一或多个先前例子在所述制造过程流程的所述关键过程步骤之前通过所述x射线散射计的测量产生所述第二量的测量数据。9.根据权利要求1所述的计量系统，其中通过从所述第一量的测量数据删除所关注区域且使用由图块匹配算法产生的信号替换所述经删除所关注区域而产生所述第二量的测量数据。10....
【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：科磊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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