[发明专利]用于基于X射线的计量的明亮且干净的X射线源

说明书

本文中描述用于利用干净、硬性的X射线照射源的基于x射线的半导体计量的方法及系统。更具体来说，激光产生的等离子体光源产生具有在25,000到30,000电子伏特的范围中的能量的高亮度、硬性的x射线照射。为实现高亮度，将高度聚焦、极短持续时间的激光束聚焦到呈液态或固态的致密氙靶标上。经聚焦的激光脉冲与所述高密度氙靶标的相互作用引发等离子体。来自所述等离子体的辐射由收集光学器件收集且被引导到被测量样品。由于使用非金属靶标材料，因此所产生等离子体发射是相对干净的。等离子体室填充有氙气以进一步保护光学元件免受污染。在一些实施例中，从所述等离子体室所蒸发的氙被循环回到氙靶标产生器。

技术领域

所描述实施例涉及用于x射线计量及检验的x射线激光产生的等离子体辐射源及系统。

背景技术

例如逻辑及存储器装置的半导体装置通常通过应用于衬底或晶片的处理步骤序列而制作。半导体装置的各种特征及多个结构层级通过这些处理步骤而形成。举例来说，尤其光刻是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制作过程。半导体制作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。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。

在半导体制造过程期间，在各个步骤处使用计量过程来检测晶片上的缺陷以促成较高合格率。通常使用若干个基于计量的技术(包含散射测量及反射测量实施方案以及相关联分析算法)来表征纳米尺度结构的临界尺寸、叠对、膜厚度、组合物及其它参数。

传统上，对由薄膜及/或重复周期性结构组成的靶标执行测量。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得光学辐射难以穿透到底部层的高纵横比三维结构。利用红外线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)所需的越来越多数目个参数导致参数相关性增加。因此，通常无法可靠地将表征靶标的参数与可用测量解耦。

在一个实例中，在现代半导体结构中越来越多地采用不透明高k材料。光学辐射通常不能穿透由这些材料构造的层。因此，借助薄膜散射测量工具(例如，椭圆偏光计或反射计)的测量变得越来越有挑战性。

响应于这些挑战，已开发较复杂光学计量工具。举例来说，已开发具有多个照射角度、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测量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靶标(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。

小角度X射线散射测量(SAXS)已应用于材料表征及其它非半导体相关应用。数家公司已将示范性系统商业化，包含Xenocs SAS(www.xenocs.com)、布鲁克集团公司(www.bruker.com)及株式会社(www.rigaku.com/en)。

另外，基于SAXS的计量系统还展示有希望解决具挑战性测量应用，例如临界尺寸计量及叠对计量。特定来说，透射小角度x射线散射测量(T-SAXS)已展示有希望挑战临界尺寸及叠对应用。然而，适合于基于T-SAXS的计量的可靠硬性X射线照射源仍然在开发中。

在一些实例中，通过经典x射线管(例如旋转阳极x射线管)来提供照射光，所述经典x射线管采用固体靶标材料的高能量电子束轰击来产生x射线发射。不幸的是，由于阳极材料通过高能量电子束进行发热及蒸发，因此所产生照射为低亮度的。