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CN112602184A - 确定图案化的高深宽比结构阵列中的倾斜角度 - Google Patents

确定图案化的高深宽比结构阵列中的倾斜角度 Download PDF

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CN112602184A
CN112602184A CN201980051195.3A CN201980051195A CN112602184A CN 112602184 A CN112602184 A CN 112602184A CN 201980051195 A CN201980051195 A CN 201980051195A CN 112602184 A CN112602184 A CN 112602184A
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瑞吉斯·约瑟夫·克兰
丹尼尔·F·森戴
吴文丽
奥斯曼·索卡比
张晋
陈晓书
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Government Of United States, Represented By President Of National Institute Of Standards And Technology Of Ministry Of Commerce
Lam Research Corp
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Abstract

本发明提供了用于表征制造的或部分制造的半导体设备的结构(包括高深宽比(HAR)结构)的方法和装置。该方法包括使用小角度X射线散射(SAXS)来确定HAR结构阵列的平均参数。在一些实现方案中，SAXS用于分析样品中HAR结构的对称性，并且可以称为倾斜结构对称性分析–SAXS(TSSA‑SAXS)或TSSA。可以执行参数分析，例如对HAR结构中的倾斜度、侧壁角、翘曲以及存在的多个倾斜度的分析。

Description

确定图案化的高深宽比结构阵列中的倾斜角度
通过引用并入
PCT申请表作为本申请的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的PCT申请表中所标识的本申请要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。
背景技术
这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
高深宽比(HAR)结构越来越多地并入逻辑和存储器设备中，例如三维(3-D)NAND结构和其他3-D结构。在这样的设备的制造期间，执行各种工艺，其包括材料的沉积和蚀刻、用于定义图案的光刻、化学机械平面化等。计量技术可以用于在制造的各个阶段表征HAR结构的参数。但是，这些技术很耗时并且具有其他缺点。为了确定HAR结构的倾斜度，例如，可以进行截面扫描电子显微镜(SEM)成像。然而，这种成像涉及麻烦、破坏性和耗时的样品制备。
发明内容
本文提供了用于表征制造的或部分制造的半导体设备的结构(包括高深宽比(HAR)结构)的方法和装置。该方法包括使用小角度X射线散射(SAXS)来确定结构阵列的平均参数。在一些实现方案中，SAXS用于分析样品中结构的对称性，并且可以称为倾斜结构对称性分析–SAXS(TSSA-SAXS)或TSSA。可以执行参数分析，例如对结构中的倾斜度、侧壁角、翘曲以及存在的多个倾斜度的分析。
本公开内容的一个方面涉及一种方法，其包括：用x射线辐射照射包括结构阵列的样品，使得所述样品散射所述x射线辐射；使所述样品旋转通过围绕第一测量轴的一系列角位置；在每个角位置，检测所散射的所述辐射的强度的图案；以及基于所述强度的图案的对称性确定所述结构在第一平面中的平均倾斜度。在一些实施方案中，在没有参考模型的情况下确定所述平均倾斜度。在一些实施方案中，确定所述平均倾斜度的大小和方向。
在一些实施方案中，所述方法还包括：使所述样品旋转通过围绕第二测量轴的一系列角位置；在每个角位置，检测所散射的所述辐射的强度的图案；以及基于所述强度的图案的对称性，确定所述结构的所述图案在第二平面中的平均倾斜度。在一些这样的实施方案中，所述方法还包括根据所述第一平面中的所述平均倾斜度和所述第二平面中的所述平均倾斜度来确定平均总体倾斜度。根据多种实施方案，其中所述第一轴和第二轴可以是正交的或者可以不是正交的。
在一些实施方案中，所述方法还包括在使所述样品旋转通过所述一系列角位置之前，使所述样品围绕与所述第一测量轴正交的轴旋转角度χ。
在一些实施方案中，基于所述强度的图案的对称性确定所述结构的图案在第一平面中的平均倾斜度的操作包括：将所述强度的图案的右侧的峰强度与所述强度的图案的左侧的峰强度进行比较。
在一些实施方案中，基于所述强度的图案的对称性确定所述结构的图案在第一平面中的平均倾斜度的操作包括：绘制GOS与样品角的关系图，其中GOS通过下式给出：
Figure BDA0002926807570000021
其中有n个峰。
在一些实施方案中，基于所述强度的图案的对称性确定所述结构的图案在第一平面中的平均倾斜度的操作包括：确定所述强度的图案对称时的所述样品角。在一些实施方案中，将所述平均倾斜度确定为至少0.05°的分辨率。
本公开内容的另一方面涉及一种方法，其包括：用x射线辐射照射包括结构阵列的样品，使得所述样品散射所述x射线辐射；使所述样品旋转通过围绕第一测量轴的一系列角位置；在每个角位置，检测所散射的所述辐射的强度的图案；以及基于所述强度的图案的对称性确定所述结构是否被表征为倾斜度、非竖直侧壁角、翘曲或扭结(kinking)中的一者或多者。
本公开内容的另一方面涉及一种方法，其包括：用x射线辐射照射包括结构阵列的样品，使得所述样品散射所述x射线辐射；使所述样品旋转通过围绕第一测量轴的一系列角位置；在每个角位置，检测所散射的所述辐射的强度的图案；以及确定所述结构阵列中是否存在任何不对称性。
本公开内容的又一方面涉及一种装置，其包括：被配置为保持样品的样品保持器；定位系统，其连接到所述样品保持器并且被配置为沿一个或多个测量轴旋转所述样品；x射线源，其被配置为用x射线照射所述样品，使得所述样品散射辐射；检测器，其被定位成检测所散射的所述辐射的强度；控制器，其被配置为控制所述x射线源、所述定位系统和所述检测器的操作以：i)照射所述样品，使得所述样品散射所述x射线辐射，ii)使所述样品旋转通过围绕第一测量轴的一系列角位置，iii)在每个角位置，检测所散射的所述辐射的强度的图案；以及分析系统，其被配置为基于所述强度的图案的对称性确定所述结构是否被表征为倾斜度、非竖直侧壁角、翘曲或扭结中的一者或多者。
还提供了用于实现本文描述的方法的装置。这些和其他特征在下文参考附图进一步描述。
附图说明
图1是可以在本文描述的TSSA技术中使用的测量配置的示例。
图2示出了可以通过本文描述的TSSA技术产生的散射图案的模拟示例。
图3A-3G提供了在六边形圆筒孔阵列上的法向入射X射线束的模拟散射图案的示例，这些圆筒孔的关键尺寸(CD)为60nm，高度为2400nm(AR为40)。
图4示出了由法向入射光束在具有160nm节距的目标上产生的X射线散射图。
图5和图6包括图像，这些图像示出了确定散射图中的不对称性的一种方法。
图7A示出了自上而下的图像，其示出了六边形排列的高深宽比(HAR)孔的示例性结构的长和短方向，长方向是指在孔之间具有更大距离的方向。
图7B显示了HAR孔的结构的长方向和短方向的对称性优度(GOS)与样品角的关系图。
图8A显示了一种样品的GOS图，该样品包括六边形排列的HAR特征，其在
Figure BDA0002926807570000041
(短方向)和
Figure BDA0002926807570000042
下测量。
图8B示出了从根据图8A中的GOS图确定的倾斜矢量分量得出的整体倾斜矢量。
图9A示出了包括旋转偏移增强(ROE)的实验装置的示意图，该旋转偏移增强被配置为围绕测量轴旋转(θ)，并且ROE角为χ。
图9B示意性地示出了具有和不具有ROE的示例性散射图案。
图10显示了无ROE(χ＝0°)时测得的结构的GOS图1001和ROE为χ＝-3.0°时测得的结构的GOS图。
图11A显示了无ROE(χ＝0.0°)时测量的结构的GOS与样品角的关系图，以及ROE为χ＝-2.0°时测量的结构的GOS图。
图11B显示了GOS图，该图说明了如何使用低分辨率或高噪声数据将ROE应用于检测不对称性。
图12A-12C显示了具有一定倾斜度(θ＝0.5°)和变化的侧壁角(SWA)的结构的模拟散射图。
图13A-13D显示了各种扭结结构的模拟GOS与样品角的关系图。
图14A和14B示出了各种翘曲结构的模拟散射图案。
图15示出了系统1500的框图的示例，该系统可以用于执行本文描述的方法的实现方案。
具体实施方式
本文提供了用于表征制造的或部分制造的半导体设备的结构(包括高深宽比(HAR)结构)的方法和装置。该方法包括使用小角度X射线散射(SAXS)来确定HAR结构阵列的平均参数。在一些实现方案中，SAXS用于分析样品中HAR结构的对称性，并且可以称为倾斜结构对称性分析–SAXS(TSSA-SAXS)或TSSA。可以执行参数分析，例如对HAR结构中的倾斜度、侧壁角、翘曲以及存在的多个倾斜度的分析。图1和2提供了该技术的简要概述，下面参考图3A-15讨论更多详细信息。
图1是可以在本文描述的TSSA技术中使用的测量配置的示例。X射线束101穿过样品衬底103上的目标图案。所产生的散射图案由样品下游的检测器105检测。记录从主X射线束发散的散射峰的强度值，以进行后续分析。随着样品衬底103绕测量旋转轴(图1中的y轴，标记为#1)旋转，散射图案发生变化，并提供有关图案阵列中结构倾斜的信息。在了解了倾斜的HAR结构导致的散射图案后，即可确定结构的平均倾斜度。当样品目标处于X射线束的垂直入射位置时，所产生的散射图会立即指示结构是否倾斜以及倾斜方向。
当样品衬底103绕#1旋转时，散射图案改变以反映结构的倾斜度在x-z平面中的分量的增大或减小。样品衬底103绕#1旋转，直到散射图案关于测量旋转轴对称为止，这表明X射线束与结构的倾斜度在x-z平面中的分量对齐。样品旋转的量等于HAR结构的倾斜度在x-z平面中的分量并且与该分量相反。如下文进一步讨论的，在一些实施方案中，样品衬底103可以在围绕测量轴旋转之前从x-y平面偏移小角度以提供旋转偏移增强(ROE)。ROE增加了测量的灵敏度。
由该技术生成的散射图的模拟示例在图2中给出，其中图像a)显示具有倾斜HAR结构的样品的法向入射散射图，b)显示当使用轴#1将样品旋转到-1.2°时，散射图关于垂直轴对称，表示结构的倾斜度在x-z平面中的分量为1.2°。可以通过以下方法确定倾斜度在y-z平面中的分量：将样品绕着样品表面法线(图1中的z轴)旋转90度，并使用#1旋转轴重复测量，或使用其他轴(图1中的x轴)重复测量。
可以实施TSSA技术以实现一个或多个优点。与成像技术不同，它可以快速执行，而无需进行大量或破坏性的样品制备。而且，它不需要关于所观察结构的建模或先验信息。这不同于关键尺寸SAXS(CDSAXS)，CDSAXS是一种涉及将测得的散射的强度与假定结构的建模散射强度进行拟合的技术。由于所测量的散射的强度对HAR结构中的微小细节敏感，因此生成良好的模型会极大地受益于有关被测量的结构的先验信息。本文描述的TSSA技术不需要样品的先验信息。可以通过本文描述的实现方式实现的另一优点是使用低分辨率和噪声散射图案来表征结构。这也与CDSAXS不同，在CDSAXS中，需要高分辨率和低噪声来获得各个峰强度以拟合模型。拟合模型所需的信噪比和分辨率要求的测量时间可能长达针对感兴趣的样品目标大小的小时数。TSSA的某些实现方案可能会使用高通量和小的光斑尺寸，这导致X射线束发散度增加，从而可以进行快速(数十秒的量级)测量。可以通过本文描述的实现方式实现的另一个优点是，因为该技术可以使用低分辨率的散射图案，所以可以将其用于测量具有较大节距的样品。可以实现的另一个优点是，X射线束的光斑尺寸可以在样品上聚焦至小光斑尺寸，其具有较大的发散度，并且在散射图案中分辨率降低，从而可以在不损失通量的情况下测量小尺寸或密集堆积的(packed)样品目标。可以通过本文描述的实现方式实现的另一优点是测量后分析快速并且不需要大量的时间来进行数据缩减和CDSAXS建模。根据多种实现方案，可以以0.05度或更大的分辨率来确定倾斜度。这样，该技术可以用于半导体工业中当前和未来节点的倾斜度确定。
图3A-3G提供了在六边形圆筒孔阵列上的法向入射X射线束的模拟散射图案的示例，这些圆筒孔的关键尺寸(CD)为60nm并且高度为2400nm(AR为40)。首先，在图3A中，模拟了没有倾斜的圆筒孔阵列的散射。产生的散射图完全对称。图3B和3C示出了在z-x平面中圆筒倾斜度(θ)的模拟结果。图3B中倾斜度5°，图3C中倾斜度10°。有关代表性的平面轴，参见图1。将图3B中的模拟散射图案与图3A中的模拟散射图案进行比较，可以看出，结构中的倾斜导致不对称的散射图案，其沿着水平轴比沿着竖直轴更薄。将图3C与图3B进行比较，可以看出，不对称度随倾斜度的增加而增加。不对称的方向保持不变，但是一个方向上的强度下降更大，这导致强度区域更薄且更易于检测。图3D和3E示出了在z-y平面中圆筒倾斜度(χ)的模拟结果；图3D中倾斜度5°，图3E中倾斜度10°。将这些散射图案与图3B和3C中的散射图案进行比较，薄化(thinning)方向偏移了90°，并且沿竖直轴方向移动。最后，图3F和3G显示了圆筒倾斜度在z-x平面的结果(θ)和在z-y平面中的结果(χ)；图3F中θ为0.5°，χ为1.5°，图3G中θ为1.5°，χ为0.5°。散射图案在两个方向上都较薄。
如上所述，在一些实现方案中，可产生低分辨率散射图案以确定倾斜度。图4中显示了一个示例，该示例显示了从法向入射光束在节距为160nm的目标上生成的X射线散射图。大节距会导致散射峰太靠近而无法分辨。图4中的散射图案将不适用于CDSAXS。然而，尽管不能分辨出各个峰，但是图案的对称性或不对称性可能被检测到，并且在一些实施方案中可以定量地确定倾斜度。
图5和图6示出了确定散射图中的不对称性的一种方法，尽管本领域普通技术人员应理解可以应用其他方法。在501，示出了散射图案。在503，以一系列同心六边形示出了散射图案501的峰的表示。最里面的六边形的峰称为一阶峰，并且在该示例中，最外面的是十阶峰。
在一些实施方案中，可以计算对称性优度(GOS)以确定散射图案的对称性。在图6的示例中，对于每阶的(GOS)计算如下：
Figure BDA0002926807570000071
GOS可以绘制成样品角的函数。图7A示出了俯视图，其示出了高深宽比(HAR)孔的示例性结构的长和短方向，长方向是指孔之间的距离较大的方向。图7B示出了长方向和短方向中的每一个的GOS与样品角的关系图。在每种情况下，图的中心最小值的位置表示HAR孔的倾斜度。沿长方向的倾斜度的幅值为0.77，沿短方向的倾斜度的幅值为1.04。倾斜的方向与样品角最小值位置的符号相反。根据两个倾斜度向量，可以确定整体倾斜度向量。
如上所述，可以应用其他方法来确定不对称性，包括定义正方形或左右象限的网格等。尽管上面提供了一种可能的对称性优度函数，但是也可以使用其他可能的对称性优度函数。绘制GOS可以提供有关样品中孔的形状的其他信息。如果孔的形状对称但倾斜，则GOS图的每个峰阶曲线将围绕中心最小值对称。如果曲线本身存在不对称性，则可能表明孔内不对称。这在下面参照图13A-13D进一步描述。
如果倾斜方向已知，则该方法可以包括沿单个测量轴采样。但是，如果倾斜度是任意方向或未知方向，则该方法涉及确定沿两个测量轴的倾斜度以确定整体倾斜度。这可以包括沿着第一测量轴旋转样品，记录每个角度的强度，然后沿着第二测量轴旋转样品，记录每个角度的强度。根据旋转台数和使用的其他设备的不同，样品可能会或可能不会旋转以使其与第二测量轴对齐。
在一些实施方案中，两个测量轴是正交的，但是不一定是这种情况。可以采用其他角度(例如0°和60°)。
如果使用正交轴，则它们不必沿着0°和90°。例如，可以使用60°和150°。可以选择测量角度以提供明确定义的强度最小值。如果总强度在特定角度最大化，则检测中心最小值可能会更加困难。图8A显示了在
Figure BDA0002926807570000081
(短方向)和
Figure BDA0002926807570000082
下测得的样品的GOS图。对于样品，
Figure BDA0002926807570000084
和
Figure BDA0002926807570000083
扫描的第一阶在对齐时具有明显的最小值。如果可以使用最低峰阶，则倾斜测量最快，因此使用导致可以使用较低峰角的角度可以减少测量时间。在图8A的示例中，三阶峰分别在0.65°和0.1°处具有最小值。如图8B所示，这将导致倾斜度向量的大小为0.7°，方向为82°。
对于如图7A所述的六边形布置中的峰，为了便于计算，测量角度可以是30°的倍数(0、30°，60°，90°，120°等)。这是因为每旋转样品30°，六角形图案的峰的对称性就旋转90°。但是，如果考虑了偏移，则可以使用其他角度。类似地，对于峰的方形阵列，可以使用90°的倍数。
在某些实施方案中，可以应用旋转偏移增强(ROE)。参照图1，结构中的倾斜度在y-z平面中的显著分量可以促进识别散射图案中的对称性，并因此有助于识别倾斜度在x-z平面中的分量。因此，在一些实施方案中，可以使用与测量测量轴正交的旋转轴来引起该倾斜度。在轴#1(参见图1)为测量轴的情况下，偏移量将应用于轴#2，并且可以称为“旋转偏移增强”或“ROE”。图9A在901处示出了实验装置的示意图，其被配置为绕测量轴旋转(θ)并且ROE角为χ。在测量过程中，首先将样品绕χ旋转到固定的ROE角，并在样品围绕测量轴(θ)旋转的同时将其固定。(为了测量倾斜度的第二分量，可以将样品旋转90°，然后重复该过程；替代地，使用适当的设备，θ可以用作ROE角，同时使样品绕另一个轴(χ)旋转。)
图9B示意性地示出了在施加和不施加ROE的情况下的示例性散射图案，峰的内六角形是第一阶峰，而外六角形是第二阶峰。使用ROE，随着样品旋转，强度区域旋转，从而仅“照亮”框905中的峰。例如，使用GOS函数，对于给定的顺序，左侧的单个峰与右侧的单个峰相对比，从而提供更多隔离的对称信息。不使用ROE时，随着样品旋转，强度区域旋转，但是对于给定的顺序，左侧的几个峰与右侧的几个峰相对比。多个峰的分组会使所提取的信息明显模糊。对于嘈杂的低分辨率数据尤其如此。
返回图9A，图像902表示在θ＝-1.0°且无ROE(χ＝0.0°)的散射图案，图像903表示在θ＝-1.0°且ROE为χ＝3.0°的散射图案。在该示例中，在样品旋转角度为θ＝-1.0°时，样品中的倾斜度的分量被抵消，因此散射图案关于测量轴是对称的。但是，使用ROE，最亮的强度被限制在一个较窄的波段(band)内。该效果减小了数据中的噪声的影响，并且可以显著减少确定散射图案何时变得关于测量旋转轴对称的时间。在GOS与样品角的关系图上也可以看到这种效果，该图显示了ROE的更明确的最小值。这可以在图10中看到，该图显示了对于无ROE(χ＝0°)测量的结构的GOS图1001和对于ROE为χ＝-3.0°测量的结构的GOS图1002。ROE改变了散射模式，但在-1.0°处的θ的对称性以及因此中心最小值相同。在一些实施方案中，ROE可以通过允许使用低阶峰以确定不对称性来加快测量时间。图11A示出了对于没有ROE(χ＝0.0°)测量的结构的GOS与样品角的关系图1101和对于ROE为χ＝-2.0°测量的结构的GOS图1102。在图1101中，一阶峰是无用的，没有最小值，而图1102中的一阶峰具有定义的最小值并且是可用的。这表明，如果散射强度低且噪声很大，则ROE会增强检测对准的能力。
图11B表明了如何使用低分辨率或高噪声数据将ROE应用于检测不对称性。GOS图1105反映了使用Argonne国家实验室的Advance Photon Source(APS)获得的数据；GOS图1107、1109和1111反映了ROE分别为1.0°、1.5°和2.0°时使用实验室工具从相同结构获得的数据。着眼于第四阶(见箭头)，在ROE为2.0°的GOS图1111中，灵敏度大大降低的实验室工具上的不对称性显而易见。这是当存在信噪比和分辨率限制时，使用ROE来使散射强度区域变薄的结果。
如上所述，ROE增加了当前未测量的倾斜度的分量。一些样品可能在该方向上有实际的倾斜度；如果足够大，则此固有倾斜度可以具有与应用ROE相同的效果。在这种情况下，可以不应用ROE来减小强度。在一些实施方案中，样品在此方向上存在一定(即使很小)量的倾斜度，使得样品中未测量的方向上的总倾斜度是固有倾斜度加上所施加的任何ROE。如果应用了ROE，则示例性的ROE角可能为χ＝+/-0.1°-5°。如果ROE角太大，则信号可能会减小太多。
除了确定HAR结构的倾斜度之外，该方法还可用于获得关于HAR孔或其他结构的侧壁角的信息。图12A-12C显示了具有一定倾斜度(θ＝0.5°)和变化的侧壁角(SWA)的结构的模拟散射图。特别是，图12A中的结构具有竖直侧壁(SWA为90°)，图12B中的结构具有89.7°的SWA，图12C中的结构具有89.9°的SWA。比较图12A和12B中的结构，后者具有附加的弯曲亮区，如1201所示。随着侧壁变得更加竖直，亮带的曲率减小，如图12C所示，并且对于垂直侧壁(图12A)，观察到单个亮带的曲率。对于具有非竖直侧壁的结构，结构的倾斜也会影响亮区的曲率；随着结构的倾斜，亮区的曲率减小。在一些实施方案中，可以采用模型或其他技术来确定样品的平均SWA。同样在一些实施方案中，对弯曲区域的观察或弯曲区域的缺乏可以用于确定非竖直侧壁的存在或不存在。
还可以获得关于“扭结”结构，即具有多个倾斜度的结构的信息。图13A示出了这种结构的示例。圆筒孔可以表征为两个圆筒，即上圆筒和下圆筒。上圆筒在z-x平面中的倾斜度为0.5°，下圆筒在z-x平面中的倾斜度为0.6°。在模拟的GOS与样品角的关系图的第二和第三峰阶曲线中观察到了关于中心极小值的不对称性1302和1303。这可以与图13B进行比较，在图13B中，上圆筒和下圆筒具有相同的倾斜度(即没有扭结)时，曲线关于中心极小点对称。值得注意的是，如果次级倾斜度明显更大(例如，下圆筒的倾斜度为0.8°，上圆筒的倾斜度为0.5°)，则中心最小值会减小，直到在特定点上GOS与样品角的关系曲线的阶没有包含明显的中心最小值为止。参见例如图13C。
关于倾斜变化的信息也可以从GOS与样品角的关系图中找到。这在图13D的模拟GOS与样品角的关系图中得到了证明。左图表示其中下圆筒比上圆筒倾斜度大0.1°的结构，右图表示其中下圆筒比上圆筒倾斜度小0.1°的结构。如图所示，不对称性从图的左侧切换到右侧。
使用本文所述的TSSA方法可以观察到的另一种现象是翘曲。翘曲结构是其顶部和底部关键尺寸与中间关键尺寸不同的结构。而扭结结构可以近似为两个堆叠的圆柱，而扭结结构可以表征为两个堆叠的圆锥体。当X射线束对准翘曲结构时，如图14A的模拟散射图所示，所得的图案关于水平和竖直轴对称。当翘曲结构倾斜时，散射图案趋向于如上所述的圆筒结构。参见图14B。当只有倾斜度的一个分量时，图案关于轴是对称的，其中翘曲结构会导致附加的亮度弯曲区域。随着结构变得更接近竖直(SWA接近90°)，亮区的曲率减小。如果SWA太大，则可能很难分离亮带。但是，通过减小结构倾斜度(即，使用旋转台使样品沿倾斜方向对准)，可以更好地解决条带的各种曲率。例如，在掩模剥离(例如其会导致翘曲)之后，检测翘曲可能会特别有用。
本文所述的方法可以被实现为确定各种结构的特征，所述结构包括但不限于3DNAND和DRAM存储器孔以及浅沟槽隔离(STI)。该方法还可以实现为用于叠加计量，尤其是在硬掩模是光学不透明且光学计量不足的应用中。类似地，所述方法对于不能很好地散射X射线并且可能难以获得CD-SAXS所需分辨率的低原子序数材料特别有用。尽管以上描述涉及HAR结构，但是应理解的是，该技术可以应用于具有各种深宽比的结构。例如，结构可以具有大于2：1，大于5：1，大于10：1或大于30：1的深宽比。
图15示出了系统1500的框图的示例，该系统可以用于执行本文描述的方法的实现方案。该系统包括样品保持器1504，其可以是任何合适的保持器，例如抓握卡盘。应当理解，任何保持器都可以使用机械设备(例如卡盘、夹具或夹钳)来保持样品，和/或可以使用抽吸来将样品保持在适当位置。样品保持器1504可以具有样品所在的表面，或者样品可以仅在样品的边缘处被保持在该表面上。样品可以是任何合适的尺寸，其包括半导体晶片或其一部分。样品保持器1504连接至定位系统1505，该定位系统1505如上所述地沿一个或多个测量轴旋转样品。定位系统1505还可以被配置为旋转样品以用于ROE，以及以其他方式适当地将样品平移或定向。定位系统可以包括各种机械或机动元件，例如旋转和倾斜台、线性台、测角仪台等。光学器件1503可用于将来自x射线源1501的x射线引导到由样品支撑件1504保持的样品上。
可以使用任何适当的X射线源，其包括固体阳极、液态金属射流、逆康普顿(Compton)散射和紧凑型电子存储环源。类似地，可以使用任何适当的检测器，包括CCD、混合光子计数和图像板检测器。
在操作中，如上所述，定位系统1505将样品定向和旋转，其中入射的X射线由检测器1506检测。控制器1507可用于控制X射线源1501的操作和定位系统1505的操作。分析系统1509被配置为从检测器1506接收信号并如上所述分析样品。
示例光点大小可能在40微米至300微米之间。这可以包括数百或数千个结构，具体取决于结构的节距。可以在整个晶片上分析多个斑点。
根据多种实施方案，系统1500可以在制造或研发设置中实现。在制造设置中，系统1500可以被配置为在半导体晶片离开工具(例如，蚀刻工具)时接收半导体晶片，或者被实现在半导体处理室自身内。
本文所述的方法可以用于表征高深宽比(HAR)结构中的倾斜度、侧壁角、扭结结构和翘曲中的一种或多种。根据各种实施方案，表征可以包括关于倾斜度、侧壁角、扭结结构或翘曲的存在或不存在的信息，或包括倾斜度、侧壁角、扭结或翘曲的大小和/或方向的信息。
控制器1507可以被编程为控制本文公开的任何工艺(诸如用于控制定位台的工艺)以及本文未讨论的其他工艺或参数。广义上讲，控制器可以被定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定工艺的操作参数。
在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。
在不受限制的情况下，根据本公开内容的示例性系统可以安装在半导体处理工具中，或者可以是半导体处理工具的一部分，其可以具有等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
如上所述，根据将由系统执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载端口运输的材料运输中使用的工具通信。

Claims (15)

1.一种方法，其包括：
用x射线辐射照射包括结构阵列的样品，使得所述样品散射所述x射线辐射；
使所述样品旋转通过围绕第一测量轴的一系列角位置；
在每个角位置，检测所散射的所述辐射的强度的图案；以及
基于所述强度的图案的对称性确定所述结构在第一平面中的平均倾斜度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在没有参考模型的情况下确定所述平均倾斜度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述平均倾斜度的大小和方向。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
使所述样品旋转通过围绕第二测量轴的一系列角位置；在每个角位置，检测所散射的所述辐射的强度的图案；
基于所述强度的图案的对称性，确定所述结构的所述图案在第二平面中的平均倾斜度。
5.根据权利要求4所述的方法，其还包括根据所述第一平面中的所述平均倾斜度和所述第二平面中的所述平均倾斜度来确定平均总体倾斜度。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一轴和第二轴是正交的。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一轴和第二轴不是正交的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其还包括在使所述样品旋转通过所述一系列角位置之前，使所述样品围绕与所述第一测量轴正交的轴旋转角度χ。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，基于所述强度的图案的对称性确定所述结构的图案在第一平面中的平均倾斜度包括：将所述强度的图案的右侧的峰强度与所述强度的图案的左侧的峰强度进行比较。
10.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中，基于所述强度的图案的对称性确定所述HAR结构的图案在第一平面中的平均倾斜度包括：绘制GOS与样品角的关系图，其中GOS通过下式给出：
Figure FDA0002926807560000021
其中有n个峰。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，基于所述强度的图案的对称性确定所述结构的图案在第一平面中的平均倾斜度包括：确定所述强度的图案对称时的所述样品角。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，将所述平均倾斜度确定为至少0.05°的分辨率。
13.一种方法，其包括：
用x射线辐射照射包括结构阵列的样品，使得所述样品散射所述x射线辐射；
使所述样品旋转通过围绕第一测量轴的一系列角位置；
在每个角位置，检测所散射的所述辐射的强度的图案；以及
基于所述强度的图案的对称性确定所述结构是否被表征为倾斜度、非竖直侧壁角、翘曲或扭结中的一者或多者。
14.一种方法，其包括：
用x射线辐射照射包括结构阵列的样品，使得所述样品散射所述x射线辐射；
使所述样品旋转通过围绕第一测量轴的一系列角位置；
在每个角位置，检测所散射的所述辐射的强度的图案；以及
确定所述结构阵列中是否存在任何不对称性。
15.一种装置，其包括：
被配置为保持样品的样品保持器；
定位系统，其连接到所述样品保持器并且被配置为沿一个或多个测量轴旋转所述样品；
x射线源，其被配置为用x射线照射所述样品，使得所述样品散射辐射；
检测器，其被定位成检测所散射的所述辐射的强度；
控制器，其被配置为控制所述x射线源、所述定位系统和所述检测器的操作以：i)照射所述样品，使得所述样品散射所述x射线辐射，ii)使所述样品旋转通过围绕第一测量轴的一系列角位置，iii)在每个角位置，检测所散射的所述辐射的强度的图案；以及
分析系统，其被配置为基于所述强度的图案的对称性确定所述结构是否被表征为倾斜度、非竖直侧壁角、翘曲或扭结中的一者或多者。
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