[發(fā)明專利]在高反射膜堆疊上的高吸收膜層的光學測量系統(tǒng)與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880064327.1
• 申請日: 2018-10-08
• 公開（公告）號: CN111183509B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設計）人: C·L·伊加圖亞;S·克里許南
• 申請（專利權(quán)）人: 科磊股份有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66
• 代理公司: 北京律盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11287
• 代理人: 劉麗楠

本文描述了用于以改進的測量靈敏度來對高吸收膜(例如，高K介電膜)執(zhí)行基于光學的膜厚度測量的設備和方法。在高反射膜堆疊的頂部上制造高吸收膜層。高反射膜堆疊包含一組或多組名義上相同的多層不同的光學對比材料。高反射膜堆疊在特定的波長范圍內(nèi)引起光學共振。高吸收膜層和高反射膜堆疊的界面處的高反射率提高了被測光強度和測量靈敏度。選擇高反射膜堆疊的不同材料層的厚度和光學色散以在期望的波長范圍內(nèi)引起光學共振。選擇期望的波長范圍以將被測量的高吸收膜的吸收最小化。

相關申請的交叉引用

本專利申請根據(jù)35U.S.C.§119要求2017年10月11日提交的序列號為62/571,100的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，所述臨時專利申請的主題通過引用整體并入本文。

技術(shù)領域

所描述的實施例涉及計量系統(tǒng)和方法，并且更具體地涉及用于改進半導體結(jié)構(gòu)的測量的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

諸如邏輯裝置和存儲器裝置之類的半導體裝置通常通過應用于樣品的一系列處理步驟來制造。通過這些處理步驟形成半導體裝置的各種特征和多個結(jié)構(gòu)層級。例如，光刻等等是涉及在半導體晶片上生成圖案的一種半導體制造工藝。半導體制造工藝的附加示例包含但不限于化學機械拋光、蝕刻、沉積以及離子植入。可以在單個半導體晶片上制造多個半導體裝置，然后將所述多個半導體裝置分離成單獨的半導體裝置。

在半導體制造工藝期間，在多個步驟使用計量工藝來檢測晶片上的缺陷以促進更高良率。光學計量技術(shù)在沒有樣本損壞的風險的情況下提供了高產(chǎn)出的潛在性。許多基于光學計量的技術(shù)(包含散射測量、反射測量以及橢偏測量實施方式和相關聯(lián)的分析算法)通常用于表征納米尺度結(jié)構(gòu)的臨界尺寸、膜厚度、組成、疊對層以及其它參數(shù)。

在許多半導體制造應用中，相對較厚的高吸收層直接沉積在襯底(例如，硅襯底)上或在襯底上制造的一組生產(chǎn)膜堆疊的頂部上。在一個示例中，將具有一微米厚度或更大厚度的碳層沉積在硅襯底上或沉積在硅襯底上的一組生產(chǎn)膜堆疊上。

由于隨著照明光傳播穿過層厚度到達層的底部以及隨著反射光傳播回來穿過層厚度到達層的頂部而發(fā)生的一定量的光損失，難以對相對較厚的高吸收層的厚度進行光學測量。結(jié)果，許多光學技術(shù)的信噪比(SNR)較低，因為只有一小部分照明光能夠到達厚的吸收膜的底部并向上反射到檢測器。因此，許多可用的高產(chǎn)出計量技術(shù)不能可靠地對厚的吸收膜層執(zhí)行膜厚度測量。

例如，相對較厚的碳層實際上吸收了紫外和可見光譜中的所有測量光。作為響應，已經(jīng)嘗試使用紅外(IR)照明提高測量靈敏度來對相對較厚的碳層執(zhí)行光學厚度測量。因為與UV和可見光譜相比，碳在IR光譜中的吸收較少，所以采用IR照明。不幸的是，在紅外光譜中從硅襯底的反射率非常低。這限制了測量靈敏度。盡管典型的產(chǎn)品堆疊在紅外光譜中具有較高的反射率，但是產(chǎn)品堆疊使測量變得復雜，并且事實證明難以從源于產(chǎn)品堆疊的信號中提取指示碳層厚度的測量信號。

總之，涉及厚的高吸收膜層的半導體制造應用對光學計量系統(tǒng)提出了困難的要求。光學計量系統(tǒng)必須滿足高產(chǎn)出下針對厚的高吸收膜厚度測量的高精度和準確性要求。需要克服這些限制的改進的膜構(gòu)造以及計量系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容

本文描述了用于以改進的測量靈敏度來對高吸收膜(例如，高K介電膜)執(zhí)行基于光學的膜厚度測量的設備和方法。

在高反射膜堆疊的頂部上制造被測量的高吸收膜層。高反射膜堆疊包含一組或多組名義上相同的多層不同的光學對比材料。高反射膜堆疊在特定的波長范圍內(nèi)引起光學共振。高吸收膜層和高反射膜堆疊的界面處的高反射率提高了透射通過高吸收膜并到達光譜儀的檢測器上的光強度。以這種方式，指示高吸收膜的厚度的被測信號的振幅相對于測量本底噪聲有所增大。結(jié)果，提高了對高吸收膜厚度的測量靈敏度。