阅读说明：本技术 利用x射线散射测量术对深层结构进行工艺监测 (Process monitoring of deep structures using X-ray scatterometry ) 是由 A·吉里纽 T·G·奇乌拉 于 2018-05-29 设计创作，主要内容包括：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。(Presented herein are methods and systems for estimating values of process parameters, structure parameters, or both, based on x-ray scatterometry measurements of high aspect ratio semiconductor structures. X-ray scatterometry measurements are performed at one or more steps of the fabrication process flow. The measurements are performed quickly and with sufficient accuracy to achieve yield improvements in an ongoing semiconductor fabrication process flow. A process correction is determined based on the measured value of the parameter of interest and communicated to the process tool to change one or more process control parameters of the process tool. In some examples, measurements are performed while processing the wafer to control the in-process fabrication process steps. In some examples, X-ray scatterometry measurements are performed after a particular process step and process control parameters are updated for processing future devices.)

利用X射线散射测量术对深层结构进行工艺监测

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。

光学方法可提供对可在工艺步骤之间变化的工艺的非破坏性追踪，但需要通过破坏性方法进行的定期校准来面对工艺漂移维持准确性，光学方法无法独立地对此进行区分。

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)实现中间分辨率水平，但不能穿透结构到充分深度。因此，不能很好地表征高纵横比孔。另外，样品的所需充电对成像性能具有不利影响。X射线反射计也遭受在测量高纵横比结构时限制其有效性的穿透问题。

为克服穿透深度问题，与例如聚焦离子束(FIB)加工、离子铣削、毯覆式或选择性蚀刻等破坏性样本制备技术一起采用例如TEM、SEM等传统成像技术。举例来说，透射式电子显微镜(TEM)实现高分辨率水平且能够探测任意深度，但TEM需要样品的破坏性剖切。材料移除及测量的数次迭代一般提供贯穿三维结构测量临界计量参数所需要的信息。但是，这些技术需要样本破坏及冗长工艺时间。完成这些类型的测量的复杂性及时间由于蚀刻及计量步骤的漂移而引入大的不准确性，因为测量结果在已于受测量的晶片上完成工艺之后很久才变得可用。因此，测量结果经受因额外处理及经延迟反馈而产生的偏差。另外，这些技术需要引入配准误差的众多迭代。总之，SEM及TEM技术所需的长时间且破坏性样本制备会对装置合格率产生负面影响。

在半导体装置制造中，蚀刻工艺及沉积工艺为在半导体晶片上界定装置图案轮廓及布局的关键步骤。因此，测量膜及经图案化结构以确保所测量结构的保真度及其跨越晶片的均匀性是重要的。此外，迅速地提供测量结果以控制进行中工艺且调整设定以维持所需图案或跨越晶片的膜均匀性是重要的。

在大多数实例中，由一或多个独立(SA)计量系统执行对半导体制造工艺的精确监测。SA计量系统通常提供最高测量性能。然而，必须将晶片从工艺工具移除以用于测量。对于在真空中进行的工艺，此导致显著延迟。因此，SA计量系统无法提供快速测量反馈给工艺工具，尤其是涉及真空的工艺工具。在其它实例中，集成式计量系统或传感器通常附接到工艺设备以在完成工艺步骤之后测量晶片，但不将晶片从工艺工具移除。在其它实例中，在工艺工具的处理室内部采用原位(IS)计量系统或传感器。此外，IS计量系统在工艺(例如，蚀刻工艺、沉积工艺等)期间监测晶片且将反馈提供给在测量中执行制作步骤的工艺工具。

在一个实例中，原位监测经受反应离子蚀刻工艺的结构。在一些制作步骤中，需要蚀刻工艺来完全蚀刻穿过经暴露层且接着在发生下部层的大量蚀刻之前终止。通常，通过使用发射光谱学技术监测存在于室中的等离子体的光谱特征来控制这些工艺步骤。当蚀刻穿过经暴露层且蚀刻工艺开始与下部层发生反应时，发生等离子体的光谱特征的明显改变。通过发射光谱学技术测量光谱特征的改变，且基于所测量改变为光谱特征而暂停蚀刻工艺。

在其它制作步骤中，需要蚀刻工艺来部分地蚀刻穿过经暴露层到达规定蚀刻深度，且在完全地蚀刻穿过经暴露层之前终止。此类型的蚀刻工艺通常称为“盲蚀刻”。当前，穿过部分地经蚀刻层的蚀刻深度的测量是基于接近法向入射光谱反射测量术。

当前原位传感器仅能够监测膜厚度的大量改变且不与由处理深层3-D结构产生的复杂轮廓很好地相关。

一般来说，存在使用光学、声学及电子射束工具的组合进行工艺监测的许多方法。这些技术直接测量装置、专门设计的目标或特定监测晶片。然而，不能够以具成本效益且适时方式测量高纵横比结构的所关注参数会导致低合格率，尤其在晶片的存储器扇区中。

总之，许多半导体结构的特征大小的不断减小及经增加深度对计量系统(包含独立系统及与例如离子植入及蚀刻工具的工艺工具集成在一起的那些系统)施加困难要求。因此，期望经改进计量系统及方法来测量高纵横比结构以维持高装置合格率。

发明内容

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。示范性工艺步骤包含蚀刻、沉积及光刻工艺。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。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。

在一个方面中，小角度散射测量术(SAXS)计量系统与晶片处理工具集成在一起，且提供所关注参数的所测量值作为反馈以控制晶片处理工具。在一些实施例中，采用透射式SAXS测量系统。在其它实施例中，采用反射SAXS测量系统。

在一些实施例中，SAXS计量系统与例如蚀刻、沉积或光刻工具的晶片处理工具集成在一起。在其它实施例中，将SAXS计量系统构造为独立工具。

在额外方面中，SAXS系统基于工艺中的晶片的散射测量术测量使用测量模型来估计一或多个所关注参数的值(例如，工艺参数值、结构参数值或两者)。

在另一额外方面中，基于所关注参数的所测量值而确定工艺校正且将校正传递到工艺工具以改变工艺工具的一或多个工艺控制参数。在一些实施例中，执行SAXS测量且在对所测量结构执行工艺的同时更新工艺控制参数。在一些实施例中，在特定工艺步骤之后执行SAXS测量且更新与所述工艺步骤相关联的工艺控制参数以用于通过所述工艺步骤处理未来装置。在一些实施例中，在特定工艺步骤之后执行SAXS测量且更新与后续工艺步骤相关联的工艺控制参数以用於通过所述后续工艺步骤处理所测量装置或其它装置。

制作中的特定高纵横比结构的测量频率取决于所监测工艺参数的稳定性。此外，所需测量时间的长度取决于对所监测工艺变量的改变的散射敏感度。原位测量散射信号提供对工艺条件的最快测量但具有最高不确定度。然而，较长测量时间提供所测量参数的较大精确度及确定性。一般来说，可最快地监测影响整个散射体积(例如，蚀刻时间)的工艺参数，而其它参数(例如，蚀刻剖面的细微偏差)需要移动平均或较长测量时间以实现有意义结果。因此，可仅在较慢基础上控制这些参数。

前文是发明内容且因此必须含有细节的简化、概括及省略；因此，所属领域的技术人员将了解，所述发明内容仅为说明性的且不以任何方式为限制性的。在本文中所陈述的非限制性实施方式中，本文中所描述的装置及/或工艺的其它方面、发明性特征及优点将变得显而易见。

附图说明

图1描绘用于基于安置于工艺中的晶片上的半导体结构的x射线散射测量术测量而监测蚀刻工艺的示范性晶片处理系统100。

图2是图解说明以由入射角θ及方位角φ描述的特定定向入射于晶片上的x射线照射射束的图式。

图3是图解说明在一个实施例中包含经历蚀刻工艺的两个孔特征的半导体结构的图式。

图4是图解说明在另一实施例中包含经历沉积工艺的两个孔特征的半导体结构的图式。

图5是图解说明包含两个层的半导体结构的图式，每一层包含两个孔特征。

图6描绘图解说明经蚀刻孔的大小的改变的散射图像。

图7描绘图解说明经蚀刻孔的深度的改变的散射图像。

图8描绘零级射束的散射效率S₀₀随入射角θ而变的曲线图。

图9描绘数个较高级的散射效率随入射角θ而变。

图10描绘高纵横比孔结构阵列的俯视图。

图11A是图解说明理想高纵横比孔结构的侧视图的图式。

图11B是图解说明倾斜孔结构的侧视图的图式。

图11C是图解说明渐进地倾斜孔结构的侧视图的图式。

图12A到12C分别描绘如本文中所描述而经受测量的典型3D FLASH存储器装置的等距视图、俯视图及横截面视图。

图13描绘用于基于安置于工艺中的晶片上的半导体结构的反射x射线散射测量术测量而监测蚀刻工艺的示范性晶片处理系统200。

图14是图解说明示范性建模与分析引擎180的图式。

图15图解说明用于基于小角度X射线散射测量术测量而控制高纵横比结构的半导体制作工艺的方法300的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考背景技术实例及本发明的一些实施例，本发明的实例图解说明于附图中。

在本文中呈现用于基于部分地制作的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高纵横比结构的X射线散射测量术测量。示范性工艺步骤包含蚀刻、沉积及光刻工艺。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。在一些实例中，在处理晶片的同时执行的测量用于控制进行中工艺。高纵横比结构包含充分总体散射体积及材料对比度以使入射x射线高效地散射。所收集的散射x射线达成对所测量装置的所关注结构参数的准确估计。x射线能量足够高从而以最少信号污染穿透光学路径中的硅晶片及工艺气体。

先进半导体制造节点的装置合格率继续受损，尤其是复杂高纵横比(深层三维)结构的装置合格率。基于x射线散射测量术的实时监测及工艺控制达成工艺控制以用于以具成本效益方式制作高纵横比结构(与例如SEM、TEM等传统破坏性技术相比较)。

X射线散射测量术测量在不破坏受测量样本的情况下以高吞吐量提供对高纵横比结构的所关注结构参数的准确估计。穿透深度不显著影响测量灵敏度，从而使得能够准确测量位于所测量半导体结构的垂直堆叠内深处的结构。此外，与光学辐射相比较，传播穿过等离子体处理环境的x射线辐射对来自等离子体工艺所产生的电磁场的信号污染相对不敏感。

在一个方面中，小角度散射测量术(SAXS)计量系统与晶片处理工具集成在一起，且提供所关注参数的所测量值作为反馈以控制晶片处理工具。

图1描绘用于基于安置于工艺中的晶片上的半导体结构的x射线散射测量术测量而监测蚀刻工艺的示范性晶片处理系统100。在所描绘实施例中，透射式小角度散射测量术(T-SAXS)计量系统与蚀刻工艺工具集成在一起。提供所关注参数的所测量值作为反馈以控制蚀刻工艺工具。

晶片处理系统100包含工艺室104，工艺室104含有工艺环境103及x射线散射计。半导体晶片101位于工艺室104内。晶片101附接到晶片卡盘105且通过晶片载台140相对于工艺室104及x射线散射计而定位。

在一些实施例中，晶片载台140通过组合旋转移动与平移移动(例如，X方向上的平移移动及围绕Y轴的旋转移动)而使晶片101在XY平面中移动以使晶片101相对于由x射线散射计提供的照射来定位。在一些其它实施例中，晶片载台140组合两个正交平移移动(例如，在X及Y方向上的移动)以使晶片101相对于由x射线散射计提供的照射来定位。在一些实施例中，晶片载台140经配置从而以六个自由度来控制晶片101相对于由x射线散射计提供的照射的位置。一般来说，样品定位系统140可包含用以实现所要线性及角度定位性能的机械元件的任何适合组合，包含但不限于测角载台、六脚载台、有角度载台及线性载台。

在一些实施例中，晶片处理系统100不包含晶片载台140。在这些实施例中，晶片处置机器人(未展示)将晶片101定位于工艺室104内部的晶片卡盘105上。将晶片101从晶片处置机器人转移到与真空工艺环境103兼容的静电晶片卡盘105上。在这些实施例中，由x射线散射计执行的测量限于在将晶片101夹紧到晶片卡盘105上之后在x射线散射计的视域内的晶片101的部分。在此意义上，晶片载台140为任选的。为克服此限制，晶片处理系统100可包含多个x射线散射计系统，每一x射线散射计系统测量晶片101的不同区域。

在一个实施例中，工艺室104为反应离子蚀刻系统的元件。在此实施例中，工艺环境103包含将晶片101的表面上的经暴露材料蚀除的射频引发的等离子体。

如图1中所描绘，x射线散射计的光学元件位于工艺室104外部。离子化粒子存在于蚀刻工艺及沉积工艺两者的工艺室中。光学元件必须位于距晶片充分远处以避免干扰由工艺引发的磁场。另外，离子化粒子可在位于工艺室中的光学元件上积累，且因此在工艺室中包含所述光学元件是不实际的。

在所描绘实施例中，SAXS计量系统包含x射线照射子系统125，x射线照射子系统125包含x射线照射源110、聚焦光学器件111、射束发散度控制狭缝112、中间狭缝113及射束整形狭缝机构120。x射线照射源110经配置以产生适合用于T-SAXS测量的x射线辐射。在一些实施例中，x射线照射系统110经配置以产生介于0.01纳米与1纳米之间的波长。一般来说，可预期能够以足以实现高吞吐量直列式计量的通量水平产生高亮度x射线的任何适合高亮度x射线照射源以供应用于T-SAXS测量的x射线照射。在一些实施例中，x射线源包含使得所述x射线源能够递送处于不同可选择波长的x射线辐射的可调谐单色仪。

在一些实施例中，采用发射具有大于15keV或大于17keV的光子能量的辐射的一或多个x射线源以确保x射线源供应在允许穿过整个装置以及晶片衬底及任何介入元件的充分透射的波长下的光。介入元件可包含一或多个窗口(例如，由铍、蓝宝石、金刚石等制成的窗口)。介入元件还可包含位于晶片101与检测器119之间的散射x射线辐射的路径中的结构，例如晶片卡盘105、装载端口或载台140的元件。透射穿过结构塑料材料不会有散射信号的过多污染的风险。可采用穿过晶片卡盘105、载台140或装载端口的结构元件的孔口或窗口来最小化信号污染。举例来说，晶片处的x射线光点可小至50到200微米。对于位于靠近于晶片处的元件，最小化散射级的污染所需要的孔口的大小为最小的。然而，由于与所关注散射级相关联的有限散射角度，因此所需要孔口大小随着距晶片的距离增加而增加。

示范性x射线源包含经配置以轰击固体或液体目标从而刺激x射线辐射的电子射束源。在科磊(KLA-Tencor)公司的2011年4月19日发布的第7,929,667号美国专利中描述用于产生高亮度液态金属x射线照射的方法及系统，所述美国专利的全文以引用方式并入本文中。

通过非限制性实例的方式，x射线照射源110可包含粒子加速器源、液体阳极源、旋转阳极源、固定固体阳极源、微聚焦源、微聚焦旋转阳极源、基于等离子体的源及逆康普顿源中的任一者。在一个实例中，可预期可从加利福尼亚州(美国)帕洛阿尔托市的灵狮技术(Lyncean Technologies)有限公司购得的逆康普顿源。逆康普顿源具有能够在光子能量范围内产生x射线借此使得x射线源能够递送处于不同可选择波长的x射线辐射的额外优点。

在一些实例中，计算系统130将命令信号137传递到x射线照射源110，命令信号137致使x射线照射源110以所要能级发射x射线辐射。改变能级以获取具有关于受测量的高纵横比结构的更多信息的测量数据。

X射线照射源110在具有有限横向尺寸(即，正交于射束轴线的非零尺寸)的源区域上方产生x射线发射。聚焦光学器件111将源辐射聚焦到位于样品101上的计量目标上。有限横向源尺寸在目标上产生由来自源的边缘的射线117界定的有限光点大小102。在一些实施例中，聚焦光学器件111包含椭圆形聚焦光学元件。

射束发散度控制狭缝112位于聚焦光学器件111与射束整形狭缝机构120之间的射束路径中。射束发散度控制狭缝112限制提供到受测量的样品的照射的发散度。额外中间狭缝113位于射束发散度控制狭缝112与射束整形狭缝机构120之间的射束路径中。中间狭缝113提供额外射束整形。然而，一般来说，中间狭缝113为任选的。

射束整形狭缝机构120位于射束路径中在样品101前面。在一些实施例中，射束整形狭缝机构120包含多个独立地致动的射束整形狭缝。在一个实施例中，射束整形狭缝机构120包含四个独立地致动的射束整形狭缝。这四个射束整形狭缝有效地阻挡传入射束115的一部分且产生具有框形照射横截面的照射射束116。

一般来说，x射线光学器件对x射线辐射进行整形且将x射线辐射引导到样品101。在一些实例中，所述x射线光学器件包含x射线单色仪以使入射于样品101上的x射线射束单色化。在一些实例中，所述x射线光学器件使用多层x射线光学器件准直x射线射束或以小于1毫弧度的发散度将x射线射束聚焦到样品101的测量区域102上。在这些实例中，所述多层x射线光学器件还用作射束单色仪。在一些实施例中，x射线光学器件包含一或多个x射线准直镜、x射线孔口、x射线射束截捕器、折射x射线光学器件、衍射光学器件(例如波带片)、蒙特尔光学器件、镜面x射线光学器件(例如掠入射椭球面镜)、多毛细管光学器件(例如空心毛细管x射线波导)、多层光学器件或系统或者其任一组合。在第2015/0110249号美国专利公开案中描述额外细节，所述美国专利公开案的内容以其全文引用方式并入本文中。

在一些实施例中，x射线照射源110、聚焦光学器件111、狭缝112及113或其任一组合维持在受控大气环境(例如，气体清洗环境)中。然而，在一些实施例中，在这些元件之间且在这些元件中的任一者内的光学路径长度很长且空气中的x射线散射对检测器上的图像造成噪声。因此，在一些实施例中，x射线照射源110、聚焦光学器件111以及狭缝112及113中的任一者维持在局域化真空环境中。在图1中所描绘的实施例中，聚焦光学器件111、狭缝112及113以及射束整形狭缝机构120维持在经抽空飞行管118内的受控环境(例如，真空)中。照射射束116在入射于工艺室104的窗口106上之前穿过在飞行管118的端处的窗口122。在一些实施例中，飞行管118利用窗口与工艺室104集成在一起，所述窗口将工艺环境103与维持在飞行管118内的真空环境分开。

在入射于晶片101上之后，散射x射线辐射114通过窗口107离开工艺室104。在一些实施例中，工艺室104与检测器119之间的光学路径长度(即，收集射束路径)很长且空气中的x射线散射对检测器上的图像造成噪声。因此，在优选实施例中，工艺室104与检测器119之间的收集射束路径长度的显著部分维持在通过真空窗口(例如，真空窗口124)与环境分开的局域化真空环境中。在一些实施例中，真空室123利用窗口与工艺室104集成在一起，所述窗口将工艺环境103与维持在真空室123内的真空环境分开。在一些实施例中，x射线检测器119维持在与工艺室104与检测器119之间的射束路径长度相同的局域化真空环境中。举例来说，如图1中所描绘，真空室123维持环绕检测器119及工艺室104与检测器119之间的射束路径长度的显著部分的局域化真空环境。

在一些其它实施例中，x射线检测器119维持于受控大气环境(例如，气体清洗环境)中。此对于将热量从检测器119移除可为有利的。然而，在这些实施例中，将工艺室104与检测器119之间的射束路径长度的显著部分维持在真空室内的局域化真空环境中为优选的。一般来说，真空窗口可由对x射线辐射基本上透明的任何适合材料(例如，卡普顿、铍等)构造。

在图1中所描绘的实施例中，照射光穿过工艺室104的气体注入器系统108的一或多个窗口元件106。气体注入器系统108从窗口元件106延伸到工艺室104中。在一个实施例中，距窗口元件106及晶片101的距离为大致300毫米且气体注入器系统108从窗口元件106朝向晶片101延伸大致150毫米。气体注入器系统108沿着x射线照射路径引入气流以阻止离子化气体粒子影响及污染窗口元件106。由加利福尼亚州(美国)菲蒙市的泛林集团(LAMResearch Corporation)制造示范性气体注入器系统。

X射线检测器119根据T-SAXS测量模态收集从样品101散射的x射线辐射114且产生指示对入射x射线辐射敏感的样品101的性质的输出信号135。在一些实施例中，由x射线检测器119收集散射x射线114，而样品定位系统140将样品101定位且定向以产生以角度方式分辨的散射x射线。

在一些实施例中，T-SAXS系统包含具有高动态范围(例如，大于10⁵)的一或多个光子计数检测器。在一些实施例中，单个光子计数检测器检测所检测到的光子的位置及数目。

在一些实施例中，x射线检测器分辨一或多个x射线光子能量且针对每一x射线能量分量产生指示样品的性质的信号。在一些实施例中，x射线检测器119包含以下各项中的任一者：CCD阵列、微通道板、光电二极管阵列、微带比例计数器、以气体填充的比例计数器、闪烁器或萤光材料。

以此方式，除像素位置及计数数目之外，还以能量来辨别检测器内的X射线光子相互作用。在一些实施例中，通过将X射线光子相互作用的能量与预定上限阈值及预定下限阈值进行比较来辨别X射线光子相互作用。在一个实施例中，经由输出信号135将此信息传递到计算系统130以用于进一步处理及存储(例如，在存储器190中)。

在额外方面中，采用T-SAXS系统来基于散射光的一或多个衍射级而确定样品的性质(例如，结构参数值)。如图1中所描绘，系统100包含计算系统130，计算系统130用以获取由检测器119产生的信号135且至少部分地基于所述所获取信号而确定样品的性质且将所确定所关注参数122存储于存储器(例如，存储器190)中。在一些实施例中，计算系统130经配置为工艺控制计量引擎以基于工艺中的晶片的散射测量术测量使用测量模型来直接估计一或多个所关注参数的值。

在另一方面中，基于T-SAXS的计量涉及通过具有所测量数据的预定测量模型的反解来确定样本的尺寸。所述测量模型包含几个(大约十个)可调整参数且表示样品的几何结构及光学性质以及测量系统的光学性质。反解方法包含但不限于基于模型的回归、断层扫描、机器学习或其任一组合。以此方式，通过对参数化测量模型的值求解来估计目标轮廓参数，所述值最小化所测量散射x射线强度与经模型化结果之间的误差。

在一些实施例中，测量模型为测量的电磁模型(例如，波恩波模型)，所述测量产生表示从受测量的目标的散射的图像。举例来说，在图6及7中所描绘的图像150到152为表示从受测量的目标的散射的图像。所述经模型化图像可通过工艺控制参数(例如，蚀刻时间、蚀刻倾斜、蚀刻选择性、沉积速率等)来参数化。所述经模型化图像还可通过所测量高纵横比结构的结构参数(例如，高度、在不同高度处的直径、孔相对于其它结构的对准、孔特征的平直度、孔特征的同心度、随深度而变的所沉积层的厚度、所沉积层跨越特定孔特征或在不同孔特征之间的均匀性等)来参数化。

采用所测量散射图像以通过以下方式来监测制作工艺：执行反解以估计所关注参数中的一或多者的值。在这些实例中，反解将对工艺参数、几何参数或两者的值求解，所述值产生最紧密地匹配所测量图像的经模型化散射图像。在一些实例中，使用测量模型使用回归方法(例如，梯度下降等)来搜索散射图像的空间。在一些实例中，产生经预计算图像的库且搜索所述库以找出引起经模型化图像与所测量图像之间的最佳匹配的所关注参数中的一或多者的值。

在一些其它实例中，通过机器学习算法训练测量模型以使许多散射图像样本与已知工艺条件、几何参数值或两者相关。以此方式，经训练测量模型将所测量散射图像映射到工艺参数、几何参数或两者的所估计值。在一些实例中，经训练测量模型为定义实际测量与所关注参数之间的直接函数关系的信号响应计量(SRM)模型。

一般来说，本文中所描述的经训练模型中的任一者实施为神经网络模型。在其它实例中，经训练模型中的任一者可实施为线性模型、非线性模型、多项式模型、响应表面模型、支持向量机器模型、决策树模型、随机森林模型、深度网络模型、卷积网络模型或其它类型的模型。

在一些实例中，本文中所描述的经训练模型中的任一者可实施为模型组合。在潘德夫(Pandev)等人的第2016/0109230号美国专利公开案中提供对模型训练以及用于半导体测量的经训练测量模型的使用的额外说明，所述美国专利公开案的内容以其全文引用方式并入本文中。

在一些其它实例中，不包含预想几何结构及材料分布的自由形式模型描述受测量的结构的几何机构及材料参数。在一些实例中，所述模型包含各自具有可独立地调整的材料参数值(例如，电子密度、吸收率或复折射率)的许多小立体像素(体积元素)。在一些其它实施例中，材料性质是逐段恒定的。先验确定与每一不同材料相关联的性质。不同材料之间的边界是自由形式表面，且这些表面可通过水平集算法来确定。

所测量散射测量术数据用来计算样本的图像。在一些实例中，所述图像为电子密度、吸收率、复折射率或这些材料特性的组合的二维(2-D)图谱。在一些实例中，所述图像为电子密度、吸收率、复折射率或这些材料特性的组合的三维(3-D)图谱。所述图谱是使用相对少的物理约束产生的。在赛兹吉纳(Sezginer)等人的第2015/0300965号美国专利公开案中更详细地描述这些技术，所述美国专利公开案的标的物以其全文引用方式并入本文中。

期望以大入射角及方位角范围执行测量以增加所测量参数值的精确度及准确度。此方法通过扩展可用于分析的数据集的数目及多样性以包含各种大角度平面外定向来减少参数之间的相关性。举例来说，在法向定向中，T-SAXS能够分辨特征的临界尺寸，但在很大程度上对特征的侧壁角度及高度不敏感。然而，通过在宽广平面外角度定向范围内收集测量数据，可分辨特征的侧壁角度及高度。在其它实例中，以大入射角及方位角范围执行的测量提供充分分辨率及穿透深度以贯穿其整个深度表征高纵横比结构。

收集衍射辐射强度随相对于晶片表面法线的x射线入射角而变的测量。含纳于多个衍射级中的信息在考虑中的每一模型参数之间通常为唯一的。因此，x射线散射以小误差及经减少参数相关性来产生所关注参数的值的估计结果。

照射x射线射束116相对于半导体晶片101的表面法线的每一定向通过晶片101相对于x射线照射射束115的任何两个角度旋转来描述，或反之亦然。在一个实例中，所述定向可相对于固定到所述晶片的坐标系来描述。图2描绘以由入射角θ及方位角φ描述的特定定向入射于晶片101上的x射线照射射束116。坐标系XYZ固定到计量系统(例如，照射射束116)且坐标系X'Y'Z'固定到晶片101。Y轴与晶片101的表面平面内对准。X及Z不与晶片101的表面对准。Z'与法向于晶片101的表面的轴对准，且X'及Y'在与晶片101的表面对准的平面中。如图2中所描绘，x射线照射射束116与Z轴对准且因此位于XZ平面内。入射角θ描述x射线照射射束116在XZ平面中相对于晶片的表面法线的定向。此外，方位角φ描述XZ平面相对于X'Z'平面的定向。θ及φ共同来唯一地定义x射线照射射束116相对于晶片101的表面的定向。在此实例中，x射线照射射束相对于晶片101的表面的定向通过围绕法向于晶片101的表面的轴(即，Z'轴)的旋转及围绕与晶片101的表面对准的轴(即，Y轴)的旋转来描述。在一些其它实例中，x射线照射射束相对于晶片101的表面的定向通过围绕与晶片101的表面对准的第一轴及与晶片101的表面对准且垂直于所述第一轴的另一轴的旋转来描述。

在一个方面中，晶片处理系统100包含经配置以主动地将样品101相对于照射射束116以六个自由度定位的样品定位系统140。另外，样品定位系统101经配置以对准样品101且使样品101相对于照射射束116在大入射角(例如，至少70度)及方位角(例如，至少190度)范围内定向。在一些实施例中，样品定位系统140经配置以使样品101在与样品101的表面平面内对准的大旋转角(例如，至少70度)范围内旋转。以此方式，由x射线散射计在样品101的表面上的任一数目个位置及定向内收集样品101的角度分辨的测量。在一个实例中，计算系统130将指示样品101的所要位置的命令信号139传递到样品定位系统140。作为响应，样品定位系统140产生去往用以实现样品101的所要定位的样品定位系统140的各种致动器的命令信号。

在一些其它实施例中，x射线散射计系统经配置以相对于受测量的晶片旋转。在这些实施例中，使晶片在XY平面中移动，且使x射线散射计的光学元件围绕照射射束116在晶片101上的入射点旋转。

所测量样品的散射效率使所提取散射强度与计量目标的几何结构及材料在一组入射角{θ,φ}内相关。图8描绘零级射束的散射效率S₀₀随入射角θ而变的曲线图153。S₀₀取决于入射角，因为穿过目标的透射由于经增加路径长度而在较高入射角处减少。另外，S₀₀取决于入射角，因为当入射角与目标的散射对准(例如，法向入射)时能量离开零级且进入更高衍射级。

图9描绘数个较高级的散射效率随入射角θ而变。绘图线154描绘S₁₁，绘图线155描绘S₁₃，绘图线156描绘S₂₀，且绘图线157描绘S₂₂。所有较高级的散射强度通常取决于散射深度或密度。一般来说，零级的散射振幅随着散射深度增加而减小，而每一其它散射级的散射振幅随着散射深度增加而增加。

在另一方面中，基于所关注参数的所测量值(例如，临界尺寸、覆叠、高度、侧壁角度等)而确定工艺校正且将所述校正传递到工艺工具以改变工艺工具(例如，光刻工具、蚀刻工具、沉积工具等)的一或多个工艺控制参数。在一些实施例中，执行SAXS测量且在对所测量结构执行工艺的同时更新工艺控制参数。在一些实施例中，在特定工艺步骤之后执行SAXS测量且更新与所述工艺步骤相关联的工艺控制参数以用于通过所述工艺步骤处理未来装置。在一些实施例中，在特定工艺步骤之后执行SAXS测量且更新与后续工艺步骤相关联的工艺控制参数以用於通过所述后续工艺步骤处理所测量装置或其它装置。

在一些实例中，基于本文中所描述的测量方法而确定的所测量参数的值可传递到蚀刻工具以调整实现所要蚀刻深度的蚀刻时间。以类似方式，蚀刻参数(例如，蚀刻时间、扩散率等)或沉积参数(例如，时间、浓度等)可包含于测量模型中以分别提供对蚀刻工具或沉积工具的主动反馈。在一些实例中，对基于所测量装置参数值而确定的工艺参数的校正可传递到工艺工具。在一个实施例中，计算系统130在工艺期间基于从计量系统101接收到的所测量信号135而确定一或多个所关注参数的值。另外，计算系统130基于一或多个所关注参数的所确定值而将控制命令136传递到工艺控制器109。控制命令136致使工艺控制器109改变工艺的状态(例如，停止蚀刻工艺、改变扩散率等)。在一个实例中，控制命令136致使工艺控制器109在测量所要蚀刻深度时停止蚀刻工艺。在另一实例中，控制命令136致使工艺控制器109改变蚀刻速率以改进CD参数的所测量晶片均匀性。

一般来说，当入射x射线照射与周期性特征相互作用时，x射线照射同调地散射以在检测器119上形成衍射图像(例如，图6到7中所描绘的图像150到152)。当恰当地调谐工艺工具时实现所要散射图像或散射图像序列。然而，当所测量图像与所要图像或所要图像序列有偏差时，这些偏差指示工艺工具漂移以及对使工艺工具恢复恰当调谐所需要的工艺控制变量的校正。

图3是图解说明包含经历蚀刻工艺的两个孔特征的半导体结构141的图式。如图3中所描绘，通过蚀刻工艺将孔的初始轮廓142改变为扩大轮廓143。如图3中所描绘，将x射线照射116在所关注目标处引导到结构141。选择此入射位置以最佳地表示对装置合格率关键的工艺的方面。随着蚀刻工艺进展，孔特征的深度及孔特征的宽度改变。

图4是图解说明包含经历沉积工艺的两个孔特征的半导体结构144的图式。如图4中所描绘，通过沉积工艺将孔的初始轮廓145改变为缩小轮廓145。如图4中所描绘，将x射线照射116在所关注目标处引导到结构144。选择此入射位置以最佳地表示对装置合格率关键的工艺的方面。随着沉积工艺进展，孔特征的深度及孔特征的宽度改变。

图6描绘图解说明经蚀刻孔的大小的改变的散射图像150及151。当经蚀刻孔特征在蚀刻工艺期间改变大小时，经蚀刻特征的空间傅里叶变换改变，从而导致衍射图案的改变。随着跨越级的强度图案缩减，其指示特征大小增加(例如，孔特征的直径增加)。为避免孔直径的不需要增加，调整工艺控制参数(例如，蚀刻时间)以阻止孔直径的不需要增加。

图7描绘图解说明经蚀刻孔的深度的改变的散射图像150及152。随着经蚀刻孔在蚀刻工艺期间变深或在沉积工艺期间变得更浅，经蚀刻特征的空间傅里叶变换改变，从而导致所检测衍射图案的强度的改变。随着跨越级的强度增加，其指示孔深度增加，或反之亦然，随着跨越级的强度减小，其指示孔深度减小。为避免孔深度的不需要改变，调整工艺控制参数(例如，蚀刻时间、偏置电压等)以阻止孔深度的不需要改变。

图5是图解说明包含两个层的半导体结构147的图式，每一层包含两个孔特征。第一层包含经填充孔148。第二层包含未经填充孔149。如图5中所描绘，第二层的孔149相对于第一层的经填充孔148倾斜且偏移对准误差距离A_E。如图5中所描绘，将x射线照射116在所关注目标处引导到结构147。选择此入射位置以最佳地表示对装置合格率关键的工艺的方面。

相对于经处理结构(即，孔149)从下部结构(即，孔148)的所检测散射的相位提供对准误差距离A_E的指示。相对于x射线照射116的入射角从经处理结构的散射提供孔149的倾斜的指示。总之，这些所测量信号达成对覆叠误差及倾斜的估计。继而，通过如下方式来校正边缘放置误差：校正蚀刻工具的工艺控制参数以校正倾斜且校正光刻工具的工艺控制参数以校正覆叠误差。在第2015/0117610号美国专利申请案中提供对覆叠及孔倾斜的监测的额外说明，所述美国专利申请案的标的物以其全文引用方式并入本文中。

一般来说，计量目标由定义为计量目标的最大高度尺寸(即，法向于晶片表面的尺寸)除以最大横向延伸尺寸(即，与晶片表面对准的尺寸)的纵横比来表征。在一些实施例中，受测量的计量目标具有至少20的纵横比。在一些实施例中，计量目标具有至少40的纵横比。

图12A到12C分别描绘以本文中所描述的方式经受测量的典型3D FLASH存储器装置170的等距视图、俯视图及横截面视图。存储器装置170的总高度(或等效地深度)的范围介于一微米与数微米之间。存储器装置170为垂直制造的装置。垂直制造的装置(例如存储器装置170)基本上将常规平面存储器装置转动90度，从而使位线及单元串垂直地(垂直于晶片表面)定向。为提供充分存储器容量，大量不同材料的交替层沉积于晶片上。对于具有一百纳米或更小的最大横向延伸范围的结构，此需要图案化工艺很好地执行到数微米的深度。因此，25:1或50:1的纵横比并不罕见。

图10描绘高纵横比孔结构160的阵列的俯视图。如图10中所描绘，孔结构阵列沿着平面161、162、163及164(其从图式向内及向外延伸)最紧密地图案化。在一些实施例中，以入射x射线照射射束相对于受测量的晶片的表面的定向执行如本文中所描述的高纵横比结构的测量为优选的，所述高纵横比结构位于其中高纵横比结构阵列最紧密地图案化的平面内。在图10中所描绘的实例中，将x射线照射提供到在平面161、162、163及164内的孔结构160的阵列为优选的，其中所述孔结构阵列最紧密地图案化。

图11A描绘理想高纵横比孔结构165的侧视图。图11B描绘倾斜孔结构166的侧视图。图11C描绘渐进地倾斜孔结构167的侧视图，其中倾斜度随着深度而渐进地增加。在许多实例中，孔结构166及167为不合意的。在一些实施例中，与孔结构166及167相似的孔结构由如本文中所描述的T-SAXS测量来表征。在一个实例中，孔结构166由倾斜角参数α表征。此外，将x射线照射射束116以相对于表面法线的角度φ且以相对角度-φ提供到孔结构166，如(举例来说)参考图2所描述。在一些实施例中，出现在这两个照射情景中的所测量T-SAX信号的差提供足以准确地估计倾斜角a的信号信息。

在另一实例中，孔结构167由若干个倾斜角参数α₁、α₂及α₃分段地表征。类似地，将x射线照射射束116以相对于表面法线的角度φ且以相对角度-φ提供到孔结构167，如(举例来说)参考图2所描述。在一些实施例中，出现在这两个照射情景中的所测量T-SAX信号的差提供足以准确地估计倾斜角度α₁、α₂及α₃的信号信息。

在图1中所描绘的实施例中，T-SAXS计量系统与工艺工具集成在一起，且在进行工艺的同时将测量结果提供到工艺工具。然而，一般来说，T-SAXS计量系统可实施为独立工具。在这些实施例中，必须完成工艺步骤且将晶片101转移到独立T-SAXS工具以进行测量。将对工艺控制变量的改变传递到工艺工具以用于处理后续晶片。

制作中的特定高纵横比结构的测量频率取决于所监测工艺参数的稳定性。此外，所需测量时间的长度取决于对所监测工艺变量的改变的散射敏感度。原位测量散射信号提供对工艺条件的最快测量但具有最高不确定度。然而，较长测量时间提供所测量参数的较大精确度及确定性。一般来说，可最快地监测影响整个散射体积(例如，蚀刻时间)的工艺参数，而其它参数(例如，蚀刻剖面的细微偏差)需要移动平均或较长测量时间以实现有意义结果。因此，可仅在较慢基础上控制这些参数。存在敏感度与所需测量时间之间的折衷，不论是原位还是在独立工具上执行测量。然而，通常在针对所述特定测量而设计的更稳定独立工具中更准确地执行较长测量。

尽管图1描绘透射式SAXS测量系统，但一般来说，可采用反射SAXS测量系统来测量浅特征。

图13描绘用于基于安置于工艺中的晶片上的半导体结构的x射线散射测量术测量而监测蚀刻工艺的示范性晶片处理系统200。在一个方面中，反射散射测量术计量系统与蚀刻工艺工具集成在一起。提供所关注参数的所测量值作为反馈以控制蚀刻工艺工具。

晶片处理系统200包含工艺室204，工艺室204含有工艺环境203及反射x射线散射计。半导体晶片201位于工艺室204内。晶片201附接到晶片卡盘205且通过晶片载台240相对于工艺室204及x射线散射计而定位。

在一个实施例中，工艺室204为反应离子蚀刻系统的元件。在此实施例中，工艺环境203包含将晶片201的表面上的经暴露材料蚀除的射频引发的等离子体。

在所描绘实施例中，SAXS计量系统包含与参考图1对照射源110的说明类似的经配置以产生适合用于反射SAXS测量的x射线辐射的x射线照射源210。

在一些实例中，计算系统130将命令信号237传递到x射线照射源210，命令信号237致使x射线照射源210以所要能级发射x射线辐射。改变能级以获取具有关于受测量的高纵横比结构的更多信息的测量数据。

照射射束216穿过工艺室204的窗口206且在测量光点201上方照射样品201。在入射于晶片201上之后，散射x射线辐射214通过窗口207离开工艺室204。在一些实施例中，工艺室204与检测器219之间的光学路径长度(即，收集射束路径)很长且空气中的x射线散射对检测器上的图像造成噪声。因此，在优选实施例中，工艺室204与检测器219之间的收集射束路径长度的显著部分维持在局域化真空环境中。

X射线检测器219根据反射SAXS测量模态收集从样品201散射的x射线辐射214且产生指示对入射x射线辐射敏感的样品201的性质的输出信号235。在一些实施例中，由x射线检测器219收集散射x射线214，而样品定位系统240将样品201定位且定向以根据从计算系统230传递到样品定位系统240的命令信号239产生角度分辨的散射x射线。

在额外方面中，采用计算系统230来基于散射光的一或多个衍射级而确定晶片201的性质(例如，结构参数值)。如图13中所描绘，系统200包含计算系统230，计算系统230用以获取由检测器219产生的信号235且至少部分地基于所述所获取信号而确定样品的性质且将所关注参数的所确定值的指示222存储于存储器(例如，存储器290)中。在一些实施例中，计算系统230经配置为工艺控制计量引擎以基于工艺中的晶片的散射测量术测量使用测量模型来直接估计一或多个所关注参数的值。

另外，计算系统130基于一或多个所关注参数的所确定值而将控制命令236传递到工艺控制器209。控制命令236致使工艺控制器209改变工艺的状态(例如，停止蚀刻工艺、改变扩散率等)。

图14是图解说明由计算系统130实施的示范性建模与分析引擎180的图式。如图14中所描绘，建模与分析引擎180包含产生样品的所测量结构的结构模型182的结构建模模块181。在一些实施例中，结构模型182还包含样品的材料性质。结构模型182是接收为到T-SAXS响应函数构建模块183的输入。T-SAXS响应函数构建模块183至少部分地基于结构模型182而产生T-SAXS响应函数模型184。在一些实例中，T-SAXS响应函数模块183基于x射线形式因子。

其中F为形式因子，q为散射向量，且ρ(r)为球面坐标中的样品的电子密度。接着，x射线散射强度由以下方程式给出

T-SAXS响应函数模型184是接收为到拟合分析模块185的输入。拟合分析模块185将经模型化T-SAXS响应与对应所测量数据135进行比较以确定样品的几何以及材料性质。

在一些实例中，通过最小化卡方值而实现经模型化数据与实验数据的拟合。举例来说，针对T-SAXS测量，可将卡方值定义为

其中为“通道”j中的所测量T-SAXS信号126，其中索引j描述一组系统参数，例如衍射级、能量、角坐标等。为针对一组结构(目标)参数V₁…V_L所评估的用于“通道”j的经模型化T-SAXS信号S_j，其中这些参数描述几何(CD、侧壁角度、覆叠等)及材料(电子密度等)。σ_SAXS,j为与第j个通道相关联的不确定性。N_SAXS为x射线计量中的通道的总数目。L为表征计量目标的参数的数目。

方程式(3)假定与不同通道相关联的不确定因素是不相关的。在其中与不同通道相关联的不确定因素相关的实例中，可计算所述不确定因素之间的协方差。在这些实例中，可将T-SAXS测量的卡方值表达为

其中V_SAXS为SAXS通道不确定因素的协方差矩阵，且T表示移项。

在一些实例中，拟合分析模块185通过对T-SAXS测量数据135与T-SAXS响应模型184执行拟合分析而分辨至少一个样品参数值。在一些实例中，将最佳化。

如上文中所描述，通过最小化卡方值而实现T-SAXS数据的拟合。然而，一般来说，可通过其它函数实现T-SAXS数据的拟合。

T-SAXS计量数据的拟合对于提供对所关注几何及/或材料参数的敏感度的任一类型的T-SAXS技术是有利的。样品参数可为确定性的(例如，CD、SWA等)或统计的(例如，侧壁粗糙度的rms高度、粗糙度相关长度等)，只要使用描述与样品的T-SAXS射束相互作用的恰当模型即可。

一般来说，计算系统130经配置以采用即时临界尺寸标注(RTCD)即时存取模型参数，或其可存取预计算模型的库以确定与样品101相关联的至少一个样品参数值的值。一般来说，可使用某种形式的CD引擎来评估样品的经指派CD参数与和所测量样品相关联的CD参数之间的差。科磊公司的2010年11月2日发布的第7,826,071号美国专利中描述用于计算样品参数值的示范性方法及系统，所述专利的全文以引用方式并入本文中。

在一些实例中，建模与分析引擎180通过侧馈分析、前馈分析及并行分析的任一组合而改进所测量参数的准确度。侧馈分析是指采取关于同一样品的不同区域的多个数据集且将从第一数据集确定的共同参数传递到第二数据集上以供分析。前馈分析是指采取关于不同样品的数据集且使用逐步拷贝确切参数前馈方法将共同参数向前传递到后续分析。并行分析是指将非线性拟合方法并行或同时应用于其中至少一个共同参数在拟合期间耦合的多个数据集。

多重工具与结构分析是指基于回归、查找表(即，“库”匹配)或多个数据集的另一拟合程序的前馈、侧馈或并行分析。科磊公司的2009年1月13日发布的第7,478,019号美国专利描述用于多重工具与结构分析的示范性方法及系统，所述美国专利的全文以引用方式并入本文中。

在另一方面中，与工艺工具集成在一起的一或多个SAXS系统经配置以在工艺间隔期间测量晶片的多个不同区域。在一些实施例中，基于跨越晶片的每一所关注参数的所测量值而确定与每一所测量的所关注参数相关联的晶片均匀性值。

在一些实施例中，多个计量系统与工艺工具集成在一起且所述计量系统经配置以在工艺期间同时测量跨越晶片的不同区域。在一些实施例中，与工艺工具集成在一起的单个计量系统经配置以在工艺期间顺序地测量晶片的多个不同区域。

在一些实施例中，用于经历如本文中所描述的工艺的半导体装置的基于SAXS的计量的方法及系统应用于存储器结构的测量。这些实施例达成周期性且平面结构的临界尺寸(CD)、膜及组合物计量。

可使用如本文中所描述的散射测量来确定各种半导体结构的特性。示范性结构包含但不限于FinFET、低尺寸结构(例如纳米线或石墨烯)、小于10nm的结构、光刻结构、穿衬底通孔(TSV)、存储器结构(例如DRAM、DRAM 4F2、FLASH、MRAM)及高纵横比存储器结构。示范性结构特性包含但不限于几何参数(例如线边缘粗糙度、线宽度粗糙度、孔大小、孔密度、侧壁角度、轮廓、临界尺寸、节距、厚度、覆叠)及材料参数(例如电子密度、组合物、颗粒结构、形态、应力、应变及元素识别)。在一些实施例中，计量目标为周期性结构。在一些其它实施例中，计量目标为非周期性的。

在一些实例中，利用如本文中所描述的T-SAXS测量系统执行高纵横比半导体结构的临界尺寸、厚度、覆叠及材料性质的测量，所述高纵横比半导体结构包含但不限于自旋转矩随机存取存储器(STT-RAM)、三维NAND存储器(3D-NAND)或垂直NAND存储器(V-NAND)、动态随机存取存储器(DRAM)、三维FLASH存储器(3D-FLASH)、电阻式随机存取存储器(Re-RAM)、相变随机存取存储器(PC-RAM)。

在一些实例中，测量模型实施为可从美国加利福尼亚州苗必达市科磊公司购得的临界尺寸计量系统的元件。以此方式，模型经创建且准备好在由系统收集散射图像之后立即使用。

在一些其它实例中，测量模型是(举例来说)由可从美国加利福尼亚州苗必达市科磊公司购得的软件的计算系统离线实施。可并入所得模型作为可由执行测量的计量系统存取的库的元素。

图15图解说明在至少一个新颖方面中的在工艺期间执行计量测量的方法300。方法300适合用于由计量系统(例如本发明的在图1及13中所图解说明的SAXS计量系统)实施。在一个方面中认识到，方法300的数据处理块可经由预编程算法实行，所述预编程算法由计算系统130、计算系统230或任何其它通用计算系统的一或多个处理器执行。在本文中认识到，图1及13中所描绘的计量系统的特定结构方面不表示限制且应被解释为仅说明性的。

在框301中，将一定量的x射线照射光提供到包含部分地制作于半导体晶片上的一或多个高纵横比结构的测量光点。

在框302中，响应于所述一定量的x射线照射光而检测从所述半导体晶片反射或透射穿过所述半导体晶片的一定量的x射线光。

在框303中，基于所检测到的所述一定量的x射线光而确定与所述部分地制作的一或多个高纵横比结构相关联的一或多个所关注参数的值。

在框304中，将所述一或多个所关注参数的所述值的指示传递到制作工具，所述指示致使所述制作工具调整所述制作工具的一或多个工艺控制参数的值。

在额外实施例中，系统100包含经采用以基于根据本文中所描述的方法收集的散射测量术测量数据而执行半导体结构的测量的一或多个计算系统130。一或多个计算系统130可通信地耦合到一或多个检测器、有源光学元件、工艺控制器等。在一个方面中，一或多个计算系统130经配置以接收与晶片101的结构的散射测量术测量相关联的测量数据。

应认识到，可由单个计算机系统130或替代地多计算机系统130实行本发明通篇所描述的一或多个步骤。此外，系统100的不同子系统可包含适合用于实行本文中所描述的步骤的至少一部分的计算机系统。因此，前述说明不应解释为对本发明的限制而仅为图解说明。

另外，计算机系统130可以此项技术中已知的任一方式通信地耦合到光谱仪。举例来说，一或多个计算系统130可耦合到与散射计相关联的计算系统。在另一实例中，散射计可由耦合到计算机系统130的单个计算机系统直接控制。

系统100的计算机系统130可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体从系统的子系统(例如，散射计及类似者)接收及/或获取数据或信息。以此方式，传输媒体可用作计算机系统130与系统100的其它子系统之间的数据链路。

系统100的计算机系统130可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体而接收及/或获取来自其它系统的数据或信息(例如，测量结果、模型化输入、模型化结果等)。以此方式，传输媒体可用作计算机系统130与其它系统(例如，存储器板上计量系统100、外部存储器或其它外部系统)之间的数据链路。举例来说，计算系统130可经配置以经由数据链路从存储媒体(即，存储器132或外部存储器)接收测量数据。举例来说，使用本文中所描述的光谱仪获得的散射图像可存储于永久性或半永久性存储器装置(例如，存储器132或外部存储器)中。就此来说，所述散射测量术图像可从板上存储器或从外部存储器系统导入。此外，计算机系统130可经由传输媒体将数据发送到其它系统。举例来说，由计算机系统130确定的测量模型或所估计参数值可经传递并存储于外部存储器中。就此来说，测量结果可导出到另一系统。

计算系统130可包含但不限于个人计算机系统、大型计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或此项技术中已知的任何其它装置。一般来说，术语“计算系统”可广义地定义以囊括具有一或多个处理器(其执行来自存储器媒体的指令)的任一装置。

实施如本文中所描述的那些方法的方法的程序指令134可经由传输媒体(例如导线、电缆或无线传输链路)传输。举例来说，如图1中所图解说明，存储于存储器132中的程序指令134经由总线133传输到处理器131。程序指令134存储于计算机可读媒体(例如，存储器132)中。示范性计算机可读取媒体包含只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘或磁带。包含元件231到234的计算系统230分别相似于包含元件131到134的计算系统130，如本文中所描述。

如本文中所描述，术语“临界尺寸”包含结构的任何临界尺寸(例如，底部临界尺寸、中间临界尺寸、顶部临界尺寸、侧壁角度、光栅高度等)、任何两个或两个以上结构之间的临界尺寸(例如，两个结构之间的距离)及两个或两个以上结构之间的位移(例如，重叠光栅结构之间的重叠位移等)。结构可包含三维结构、经图案化结构、重叠结构等。

如本文中所描述，术语“临界尺寸应用”或“临界尺寸测量应用”包含任何临界尺寸测量。

如本文中所描述，术语“计量系统”包含至少部分地经采用以在任何方面(包含测量应用，例如临界尺寸计量、覆叠计量、聚焦/剂量计量及组合物计量)中表征样品的任何系统。然而，这些技术术语并不限制如本文中所描述的术语“计量系统”的范围。另外，计量系统可经配置以用于测量经图案化晶片及/或未经图案化晶片。计量系统可经配置为LED检验工具、边缘检验工具、背面检验工具、宏观检验工具或多模式检验工具(涉及同时来自一或多个平台的数据)，以及从基于临界尺寸数据而校准系统参数获益的任何其它计量或检验工具。

在本文中描述可用于在任一半导体处理工具(例如，检验系统或光刻系统)内测量样品的半导体测量系统的各种实施例。术语“样品”在本文中用于是指晶片、光罩或可通过此项技术中已知的手段来处理(例如，印刷或检验缺陷)的任何其它样本。

如本文中所使用，术语“晶片”通常是指由半导体或非半导体材料形成的衬底。实例包含但不限于单晶硅、砷化镓及磷化铟。此些衬底通常可存在于半导体制作设施中及/或在其中处理。在一些情形中，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。替代地，晶片可包含形成于衬底上的一个或多个不同材料层。形成于晶片上的一或多个层可为“经图案化”或“未图案化”的。举例来说，晶片可包含具有可重复图案特征的多个裸片。

“光罩”可为在光罩制作工艺的任何阶段处的光罩或者可或可不释放以供在半导体制作设施中使用的完成光罩。光罩或“掩模”一般定义为具有在其上形成且配置成图案的基本上不透明区的基本上透明衬底。衬底可包含(举例来说)例如非晶SiO₂的玻璃材料。光罩可在光刻工艺的曝光步骤期间安置于抗蚀剂覆盖的晶片上面，使得可将所述光罩上的图案转印到所述抗蚀剂。

形成于晶片上的一或多个层可为经图案化或未图案化的。举例来说，晶片可包含各自具有可重复图案特征的多个裸片。此些材料层的形成及处理可最终产生所完成的装置。可在晶片上形成许多不同类型的装置，且如本文中所使用的术语晶片打算囊括其上制作有所属领域中已知的任何类型的装置的晶片。

在一或多个示范性实施例中，可在硬件、软件、固件或其任何组合中实施所描述的功能。如果在软件中实施，那么所述功能可存储于计算机可读媒体上或作为计算机可读媒体上的一或多个指令或代码而发射。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及包含促进将计算机程序从一个位置传送到另一位置的任一媒体的通信媒体两者。存储媒体可为可由通用或专用计算机存取的任何可用媒体。通过实例而非限制的方式，此些计算机可读媒体可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁性存储装置或可用于载运或存储呈指令或数据结构形式的所要程序码构件且可由通用或专用计算机或者通用或专用处理器存取的任何其它媒体。此外，任何连接恰当地称为计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴缆线、光纤缆线、双绞线、数字订户线(DSL)或例如红外、无线电及微波等无线技术从网站、服务器或其它远程源传输软件，那么所述同轴缆线、光纤缆线、双绞线、DSL或例如红外、无线电及微波等无线技术均包含于媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘及光盘包含：压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘及蓝光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘利用激光以光学方式再现数据。以上各项的组合还应包含于计算机可读取媒体的范围内。

尽管在上文中出于指导性目的而描述了一些特定实施例，但本专利文件的教示内容具有一般适用性且不限于上文所描述的特定实施例。因此，可在不背离如权利要求书中所陈述的本发明的范围的情况下实践对所描述实施例的各种特征的各种修改、改动及组合。