用于半导体制造工艺的原位分析的多靶设计的制作方法

本公开内容总体涉及半导体制造，并且更特定地(但是不一定排他地)涉及使用样品上的多个靶进行半导体制造工艺的原位分析。

背景技术：

1、半导体材料的性能优化的最新进展驱使了对将多个不同工艺步骤组合到单个真空主机(例如，在不破坏真空的情况下沉积、蚀刻、注入和退火)或单个腔室中的需要。将不同工艺步骤在真空中、在腔室中集成到单个真空主机或腔室上避免了大气污染对非常薄的化学活性膜和界面的可变有害影响。

2、在真空中和在腔室中工艺集成的新兴部署也为半导体器件计量带来了新挑战。典型地在专用独立计量工具中在大气下执行的测量现在必须原位或在处理工具的真空主机中执行，其中工程和空间约束限制了通过计量光学元件或在测器件的移动增强测量灵敏度的选择。

技术实现思路

1、一些实施方式提出了方法和装置来在不移动器件结构或光学元件的情况下从对具有不同几何形状和取向的多个光学靶的询问提取增强的光学和工艺控制信息。本公开内容的某些方面和示例涉及使用具有多个靶的样品以实现在制造工艺期间对不同靶的同时原位分析。来自不同靶的分光发射(spectroscopic emission)可提供不同信号以增强对制造工艺的灵敏性。根据特定实施方式，例如，一种系统包括：半导体处理工具；样品，所述样品布置在所述半导体处理工具的腔室内，所述样品具有多个靶，所述多个靶具有多个不同特征取向和/或特征几何形状，所述多个靶被设计来显露制造工艺的性能特性，所述半导体处理工具被配置为对所述样品执行所述制造工艺；以及计量工具，所述计量工具与所述半导体处理工具集成，其中所述计量工具被配置为在所述制造工艺期间对所述多个靶中的至少一些同时地提供原位分析。

2、在一实施方式中，所述制造工艺包括蚀刻工艺或沉积工艺。

3、在另一个实施方式中，所述多个靶的所述多个不同特征取向包括具有不同取向的线结构；并且所述计量工具包括：光源；光学系统，所述光学系统被配置为控制来自所述光源的冲击在所述样品上的光束的偏振，其中具有所述多个不同特征取向的所述多个靶在用来自所述光源的所述光束照射时提供分光发射；检测器，所述检测器被配置为同时地测量来自所述多个靶的所述分光发射；一个或多个处理器；以及存储器，所述存储器包括指令，所述指令能够由所述一个或多个处理器执行以用于使所述一个或多个处理器：将所述分光发射的多个部分与所述多个靶中的对应靶相关联；以及基于所述分光发射的所述多个部分中的至少一者来导出关于所述制造工艺的至少一个结果。在一实施方式中，所述光学系统可包括具有固定取向的偏振器，并且所述偏振器与来自所述光源的所述光束排列成线，并且其中所述光束实质上垂直于所述多个靶的表面，并且所述多个靶在由所述光束照射时提供所述分光发射。在另一个实施方式中，所述光束是离轴于所述多个靶的表面的。所述系统可包括指令，所述指令能够由所述一个或多个处理器执行以用于使所述一个或多个处理器至少部分地基于所述至少一个结果来调整所述制造工艺的至少一个工艺参数。

4、在另一个实施方式中，所述多个不同特征取向中的至少一者被配置为提供包括横电(te)偏振的分光发射，并且所述多个不同特征取向中的至少一者被配置为提供包括横磁(tm)偏振的分光发射。

5、在另一个实施方式中，所述多个靶包括具有等效几何形状的靶对，每一对中的第一构件具有与每一对中的第二构件的线结构取向正交的线结构取向。

6、在另一个实施方式中，所述至少一个结果包括与所述线结构中的至少一个线结构相关联的宽度、深度、侧壁角度或节距的变化。

7、在另一个实施方式中，所述系统还包括指令，所述指令能够由所述一个或多个处理器执行以用于使所述一个或多个处理器至少部分地基于所述至少一个结果来调整所述制造工艺的至少一个工艺参数。

8、在又另一个实施方式中，所述多个靶的所述多个不同特征几何形状包括线和空间，其中所述线和/或空间中的至少一些具有不同宽度；并且所述计量工具包括：成像设备，所述成像设备被配置为在所述制造工艺期间获得所述多个靶的分光图像；一个或多个处理器；以及存储器，所述存储器包括指令，所述指令能够由所述一个或多个处理器执行以用于使所述一个或多个处理器：将所述分光图像的多个部分与所述多个靶中的对应靶相关联；以及基于所述分光图像的所述多个部分中的至少一者来导出关于所述制造工艺的至少一个结果。所述至少一个结果可包括与所述线和/或所述空间中的至少一者相关联的宽度、深度、侧壁角度或节距。所述系统还可包括指令，所述指令能够由所述一个或多个处理器执行以用于使所述一个或多个处理器训练机器学习模型以使用所述至少一个结果来标识未来制造工艺中的关键尺寸结果。所述系统还可包括指令，所述指令能够由所述一个或多个处理器执行以用于使所述一个或多个处理器至少部分地基于所述至少一个结果来调整所述制造工艺的至少一个工艺参数。在一些实施方式中，所述至少一个工艺参数可包括在所述制造工艺期间使用的压力、流量、或电磁场的射频。

9、根据另一个实施方式，一种方法包括：将样品布置在半导体处理工具的腔室内，所述样品具有多个靶，所述多个靶具有多个不同特征取向和/或特征几何形状；对所述样品执行制造工艺；以及通过与所述半导体处理工具集成的计量工具在所述制造工艺期间对所述多个靶中的至少一些同时地提供对原位分析。

10、在一实施方式中，所述多个靶的所述多个不同特征取向包括具有不同取向的线结构，所述方法进一步包括：用来自所述计量工具的光源的光束照射所述样品；测量来自所述多个靶的分光发射；将所述分光发射的多个部分与所述多个靶中的对应靶相关联；以及基于所述分光发射的所述多个部分中的至少一者来导出关于所述制造工艺的至少一个结果。

11、可通过参考说明书的以下部分以及附图来实现对本发明的本质和优点的进一步理解。

技术特征：

1.一种系统，包括：

2.如权利要求1所述的系统，其中所述制造工艺包括蚀刻工艺或沉积工艺。

3.如权利要求1所述的系统，其中：

4.如权利要求3所述的系统，其中所述光学系统包括具有固定取向的偏振器，并且所述偏振器与来自所述光源的所述光束排列成线，并且其中所述光束实质上垂直于所述多个靶的表面，并且所述多个靶在用所述光束照射时提供所述分光发射。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述多个不同特征取向中的至少一者被配置为提供包括横电(te)偏振的分光发射，并且所述多个不同特征取向中的至少一者被配置为提供包括横磁(tm)偏振的分光发射。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述多个靶包括具有等效几何形状的靶对，每一对中的第一构件具有与每一对中的第二构件的各向异性结构取向正交的各向异性结构取向。

7.如权利要求3所述的系统，其中所述至少一个结果包括与所述各向异性结构中的至少一者相关联的宽度、深度或侧壁角度的变化。

8.如权利要求1所述的系统，进一步包括指令，所述指令能够由所述一个或多个处理器执行以用于使所述一个或多个处理器至少部分地基于所述至少一个结果来调整所述制造工艺的至少一个工艺参数。

9.如权利要求3所述的系统，其中所述光束是离轴于所述多个靶的表面的。

10.如权利要求9所述的系统，进一步包括指令，所述指令能够由所述一个或多个处理器执行以用于使所述一个或多个处理器至少部分地基于所述至少一个结果来调整所述制造工艺的至少一个工艺参数。

11.如权利要求1所述的系统，其中：

12.如权利要求11所述的系统，其中所述至少一个结果包括与所述线和/或所述空间中的至少一者相关联的宽度、深度、侧壁角度或节距。

13.如权利要求11所述的系统，进一步包括指令，所述指令能够由所述一个或多个处理器执行以用于使所述一个或多个处理器训练机器学习模型以使用所述至少一个结果来标识未来制造工艺中的关键尺寸结果。

14.如权利要求11所述的系统，进一步包括指令，所述指令能够由所述一个或多个处理器执行以用于使所述一个或多个处理器至少部分地基于所述至少一个结果来调整所述制造工艺的至少一个工艺参数。

15.如权利要求14所述的系统，其中所述至少一个工艺参数包括在所述制造工艺期间使用的压力、流量、或电磁场的射频。

16.如权利要求14所述的系统，其中多个靶被设计来显露所述制造工艺的性能特性。

17.一种方法，包括：

18.如权利要求17所述的方法，其中所述多个靶的所述多个不同特征取向包括具有不同取向的线结构，所述方法进一步包括：

19.如权利要求18所述的方法，其中所述光束实质上垂直于所述多个靶的表面。

20.如权利要求18所述的方法，其中所述光束是离轴于所述多个靶的表面的。

技术总结
一种系统可在制造工艺期间对多个靶中的至少一些同时地提供原位分析。所述系统可包括半导体处理工具，所述半导体处理工具具有腔室。所述系统还可包括样品，所述样品布置在所述腔室内，所述样品具有多个靶，所述多个靶具有不同特征取向和/或特征几何形状。所述半导体处理工具可被配置为对所述样品执行所述制造工艺。另外，所述系统可包括计量工具，所述计量工具与所述半导体处理工具集成。所述计量工具可在所述制造工艺期间对所述多个靶中的至少一些同时地提供所述原位分析。

技术研发人员：郝煜栋,托德·J·伊根
受保护的技术使用者：应用材料公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5