用于高縱橫比及大橫向尺寸結(jié)構(gòu)的度量系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及用于高縱橫比及大橫向尺寸結(jié)構(gòu)的度量系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以下描述及實(shí)例不因?yàn)槠浒诖硕温渲卸怀姓J(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)。
[0003]如概述用于高縱橫比(HAR)結(jié)構(gòu)的最新技術(shù)的度量選擇的“超越22nm的半導(dǎo)體度量:3D 存儲(chǔ)器度量(Semiconductor metrology beyond 22nm: 3D memory metrology) ”，艾克奧(Arceo)等人，《固態(tài)技術(shù)(Solid State Technology)))(在線版本)，2012年2月16日(其以全文引用的方式并入本文中)中所述:“許多光學(xué)技術(shù)(尤其那些在臨界角附近離軸操作的技術(shù))遇到僅有極小部分的測(cè)量光到達(dá)特征底部并向上反射到檢測(cè)器的問(wèn)題。因此，在大多數(shù)情況下，呈其當(dāng)前形式的各種度量技術(shù)將在此類特征上遇到低信噪比(SNR)的問(wèn)題”。事實(shí)上，當(dāng)縱橫比增加到30:1、100:1及更高時(shí)，不存在用于測(cè)量HAR結(jié)構(gòu)的快速處理量和可靠度量，這仍將成問(wèn)題。雖然正在開發(fā)上述參考文獻(xiàn)中同樣提及的例如臨界尺寸(CD)小角度X射線散射測(cè)量(CD-SAXS)、法向入射反射術(shù)及散射測(cè)量的技術(shù)，然而仍未發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)慕鉀Q方法。同時(shí)，測(cè)量CD (界定孔及溝槽的形狀)的能力在獲得所需產(chǎn)量及高性能水平的裝置中是重要的。
[0004]半導(dǎo)體裝置度量中存在的其它挑戰(zhàn)與具有大橫向尺度(例如，I微米或更大的數(shù)量級(jí))的目標(biāo)有關(guān)。由于光學(xué)CD度量為主要針對(duì)周期性目標(biāo)所設(shè)計(jì)，因此相當(dāng)大間距目標(biāo)可產(chǎn)生多個(gè)衍射階數(shù)，其可干擾零階衍射測(cè)量。此類型的應(yīng)用包含SRAM、內(nèi)嵌式快閃存儲(chǔ)器及其它。
[0005]現(xiàn)行提出的方法包含以下:缺乏提供3D結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的能力的俯視圖CD掃描電子顯微術(shù)(⑶-SEM);具破壞性且無(wú)法用于線內(nèi)度量的橫截面SEM(X-SEM);尚未被證實(shí)可獲得半導(dǎo)體工業(yè)所需的高處理量能力的CD-SAXS ;具有高處理量但因到HAR結(jié)構(gòu)中的有限光穿透而受SNR限制的光散射測(cè)量CD度量；已被用于度量HAR DRAM結(jié)構(gòu)但缺乏由較短波長(zhǎng)所提供的分辨率且具有對(duì)半導(dǎo)體度量來(lái)說(shuō)過(guò)大的測(cè)量光斑大小的基于模型的紅外反射術(shù)(MBIR)(參見例如高思騰(Gostein)等人的“以基于模型的IR測(cè)量深溝槽結(jié)構(gòu)(Measuring deep-trench structures with model-based IR)，，，《固態(tài)技術(shù)(Solid StateTechnology)》，第49卷，第3期，2006年3月I日，其以全文引用的方式并入本文中)；及無(wú)法實(shí)質(zhì)測(cè)量高縱橫比結(jié)構(gòu)且具有相對(duì)低處理量的原子力顯微術(shù)(AFM)?？偠灾?，光學(xué)CD度量是理想的，但當(dāng)前缺乏在相對(duì)小光斑(例如小于50微米或甚至更優(yōu)選地小于30微米)中測(cè)量具有微米級(jí)深度及橫向尺寸的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)輪廓的能力。
[0006]因此，開發(fā)用于確定在晶片上形成的結(jié)構(gòu)的特性且不具有上述缺點(diǎn)中的一或多者的方法及系統(tǒng)將會(huì)是有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]不應(yīng)以任何方式將各種實(shí)施例的以下描述理解為限制所附權(quán)利要求書的標(biāo)的物。
[0008]一個(gè)實(shí)施例涉及一種系統(tǒng)，其經(jīng)配置以確定在晶片上形成的一或多個(gè)結(jié)構(gòu)的一或多個(gè)特性。所述系統(tǒng)包含照明子系統(tǒng)，其經(jīng)配置以將光引導(dǎo)到在晶片上形成的一或多個(gè)結(jié)構(gòu)。所述光包含紫外(UV)光、可見光及紅外(IR)光。所述一或多個(gè)結(jié)構(gòu)包含至少一個(gè)高縱橫比(HAR)結(jié)構(gòu)或至少一個(gè)大橫向尺寸結(jié)構(gòu)。所述系統(tǒng)還包含檢測(cè)子系統(tǒng)，其經(jīng)配置以產(chǎn)生響應(yīng)于來(lái)自所述一或多個(gè)結(jié)構(gòu)的光(歸因于引導(dǎo)到所述一或多個(gè)結(jié)構(gòu)的光)的輸出。另外，所述系統(tǒng)包含計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)，其經(jīng)配置以使用所述輸出確定所述一或多個(gè)結(jié)構(gòu)的一或多個(gè)特性。可如本文中所述般進(jìn)一步配置所述系統(tǒng)。
[0009]另一實(shí)施例涉及一種用于確定在晶片上形成的一或多個(gè)結(jié)構(gòu)的一或多個(gè)特性的方法。所述方法包含將光引導(dǎo)到在所述晶片上形成的一或多個(gè)結(jié)構(gòu)。所述光包含UV光、可見光及IR光。所述一或多個(gè)結(jié)構(gòu)包含至少一個(gè)HAR結(jié)構(gòu)或至少一個(gè)大橫向尺寸結(jié)構(gòu)。所述方法還包含產(chǎn)生響應(yīng)于來(lái)自所述一或多個(gè)結(jié)構(gòu)的光(歸因于引導(dǎo)到所述一或多個(gè)結(jié)構(gòu)的光)的輸出。另外，所述方法包含使用所述輸出確定所述一或多個(gè)結(jié)構(gòu)的一或多個(gè)特性。
[0010]可如本文中所述般進(jìn)一步進(jìn)行上述方法的步驟中的每一者。另外，上述方法可包含本文中所述的任何其它方法的任何其它步驟。此外，可通過(guò)本文中所述的系統(tǒng)中的任何者執(zhí)行上述方法。
【附圖說(shuō)明】
[0011]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述的益處并參考附圖將明白本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)，附圖中:
[0012]圖1為說(shuō)明其中一或多個(gè)特性可通過(guò)本文中所述實(shí)施例來(lái)確定的一或多個(gè)結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例的橫截面圖的示意圖；
[0013]圖2為說(shuō)明不同波長(zhǎng)光的強(qiáng)度隨著與可通過(guò)本文中所述實(shí)施例測(cè)量的一或多個(gè)結(jié)構(gòu)的表面的距離而變的曲線圖；
[0014]圖3為說(shuō)明模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)計(jì)數(shù)對(duì)不同光源的波長(zhǎng)的曲線圖；
[0015]圖4為說(shuō)明經(jīng)配置以確定在晶片上形成的一或多個(gè)結(jié)構(gòu)的一或多個(gè)特性的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖的示意圖；
[0016]圖5為說(shuō)明可包含在本文中所述的系統(tǒng)實(shí)施例中的濾光器的一個(gè)實(shí)施例的平面圖的不意圖；及
[0017]圖6為說(shuō)明非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀媒體的一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0018]雖然本發(fā)明容易產(chǎn)生各種修改及替代形式，但其具體實(shí)施例以實(shí)例方式展示于圖式中且詳細(xì)地描述于本文中。所述圖式可能未按比例。然而，應(yīng)理解，所述圖式及其詳細(xì)描述無(wú)意將本發(fā)明限制于所揭示的特定形式，恰相反，本發(fā)明將涵蓋處于如所附權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神及范圍內(nèi)的所有修改、等效物及替代物。
【具體實(shí)施方式】
[0019]現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖式，應(yīng)注意所述圖式不以比例繪制。特定來(lái)說(shuō)，所述圖式中的一些元件的比例經(jīng)大幅度放大以突出所述元件的特征。還應(yīng)注意所述圖式不以相同比例繪制。已使用相同參考數(shù)字指示一個(gè)以上圖式中所示的可以類似方式配置的元件。
[0020]文中所述的實(shí)施例大體上涉及用于度量具有高縱橫比(HAR)及/或大橫向尺寸結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的方法及系統(tǒng)。所述實(shí)施例可對(duì)具有HAR(例如，VNAND、TCAT等)的半導(dǎo)體裝置及(更一般來(lái)說(shuō))因到被測(cè)量結(jié)構(gòu)中的相對(duì)低光穿透而具光學(xué)度量挑戰(zhàn)性的復(fù)雜裝置進(jìn)行光學(xué)臨界尺寸(CD)、薄膜及組成度量。
[0021]如文中所使用，術(shù)語(yǔ)“HAR結(jié)構(gòu)”是指特征為在下一代裝置中縱橫比超過(guò)10:1且可高達(dá)100:1的任何結(jié)構(gòu)。HAR結(jié)構(gòu)通常包含硬掩模層(參見例如在2012年8月7日頒發(fā)給劉(Liu)的第8，237，213號(hào)美國(guó)專利案，其以如同全文引用的方式并入本文中)，以促進(jìn)HAR的蝕刻工藝。除垂直的NAND或TCAT結(jié)構(gòu)以外，本文中所述的實(shí)施例可用于其中到結(jié)構(gòu)的底層的光穿透成為度量限制因素的其它HAR結(jié)構(gòu)。例如，DRAM包含一些其中必須測(cè)量蝕刻到襯底中的深溝槽或孔的深度的此類結(jié)構(gòu)。
[0022]所述實(shí)施例還提供用于度量具有大橫向尺寸結(jié)構(gòu)的目標(biāo)的方法。如文中所使用，術(shù)語(yǔ)“大橫向尺寸結(jié)構(gòu)”是指其最大橫向尺寸大約為0.5微米或更大的數(shù)量級(jí)的任何結(jié)構(gòu)?！皺M向尺寸”通常定義為結(jié)構(gòu)在與其上形成所述結(jié)構(gòu)的晶片的上表面實(shí)質(zhì)上平行的方向上的尺寸。
[0023]圖1說(shuō)明其中一或多個(gè)特性可通過(guò)文中所述的實(shí)施例來(lái)確定的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例。特定來(lái)說(shuō)，圖1展示HAR結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述至少一個(gè)HAR結(jié)構(gòu)包含由具有不同光學(xué)性質(zhì)的不同材料組成的交替層。例如，如圖1中所示，所述結(jié)構(gòu)可包含氧化物層100，其上已形成硅(例如，硅層102、104及106)及氧化物(例如，氧化物層108、110及112)的交替層。已形成穿過(guò)所述層并進(jìn)入最底部氧化物層100的開口，以在晶片(圖1中未圖示)中形成溝槽。如圖1中可見，所述溝槽的寬度可從所述溝槽頂部到所述溝槽底部變化?？赏ㄟ^(guò)文中所述實(shí)施例確定的此結(jié)構(gòu)的一或多個(gè)特性中的一些展示于圖1中，且包含高度h、所述溝槽頂部的CD (CDasp )、所述溝槽中部的CD (CD^ )、所述溝槽底部的CD (CDissp )、側(cè)壁角(SffA)、所述溝槽頂部的半徑114(rasp)及所述溝槽底部的半徑116(rfisp)。
[0024]圖1意在說(shuō)明可通過(guò)文中所述的實(shí)施例測(cè)量的結(jié)構(gòu)的僅一個(gè)一般實(shí)例。通常，文中所述的實(shí)施例可用于測(cè)量任何HAR或大橫向尺寸結(jié)構(gòu)(例如姜杰(J.Jang)等人于“用于超高密度NAND快閃存儲(chǔ)器的使用TCAT (兆兆位單元陣列晶體管)技術(shù)的垂直單元陣列(Vertical cell array using TCAT(Terabit Cell Array Transistor)technology forultra high density NAND flash memory) ”，2009 技術(shù)論文上的 VLSI 技術(shù)文摘研討會(huì)(2009Symposium on VLSI Technology Digest on Technical Papers)，第 192-193 頁(yè)，頁(yè)碼10A-4中所述的TCAT存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)容以如同全文引用的方式并入本文中)的一或多個(gè)特性。
[0025]在圖2中說(shuō)明度量的挑戰(zhàn)，所述圖展示發(fā)明人所進(jìn)行的電磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算。當(dāng)使用紫外(UV)及可見范圍中的較短波長(zhǎng)(例如，小于600nm的波長(zhǎng))時(shí)，可急劇地衰減光到結(jié)構(gòu)中的穿透。此衰減通常適用于橢圓偏光計(jì)(斜入射)及反射計(jì)(近法向或法向入射)配置。此衰減的一個(gè)原因可能是硬掩模層，其可由在較短波長(zhǎng)下不透明的多晶硅制成?？捎绊懝獯┩傅牧硪粋€(gè)因素為一些存儲(chǔ)器裝置的多個(gè)交替層設(shè)計(jì)。此類交替層對(duì)的典型物理厚度可在20nm到50nm的范圍內(nèi)，且在近法向入射下的光學(xué)厚度(物理厚度乘以折射率)可在30nm到10nm的范