散射方法测量嵌入式SiGe间隔结构

图5显示了不同淀积条件下，两个波段对PFET间隔层厚度变化的灵敏度。TEM的分析表明间隔层厚度之差为4.6nm。DUV光学元件对厚度的变化更敏感，在DUV/UV波长跃迁区，灵敏度开始再次发生变化。灵敏度比率表明，对PFET间隔层厚度的变化而言，DUV的灵敏度是UV的4.8倍。

图6显示了两个芯片在不同的过刻蚀量以及不同的PFET过填充量条件下的比较。晶圆组中其它芯片的TEM结果表明，这两个芯片的过填充量差约为3nm或更少。再次证明了DUV更为敏感，其灵敏度变化大约发生在DUV与UV的波长跃迁区，灵敏度比率为1.6。

从6枚实验晶圆中收集短期动态重复性（STDR）数据。分别在每枚晶圆中选择9个芯片，并对每个芯片循环测量10次，以此来确定STDR数据。对每个芯片可进行重复性测量，其平均值便是晶圆的STDR数据，然后再将这个平均值转换成一个3σ值。图7显示了STDR的结果。结果表明，NGP间隔层测量的STDR比SCD间隔层测量的STDR约低2.5至3倍。而对于PFET过填充量，NGP的STDR较SCD约降低了2倍。

准确性
与从光谱保真度方面来评估准确性的方法不同，本实验采用总量测不确定度(TMU)分析方法，从最终测量的参数间隔层厚度和PFET过填充量方面来评估准确性，TEM作为参考测量系统 (RMS)。对于NFET结构，对每个栅极结构的TEM 图像上4个不同位置进行了间隔层厚度测量，每个位置测量2次。而每个散射测量样本共对3张栅极图像进行了测量，因此每个散射测量样本总共可收集12个厚度测量数据。而对于PFET结构，可在每张栅极图片上的间隔层分散选择10个点进行间隔层厚度测量，每个点测量5次。每张栅极图片选择2个点进行过填充量的测量。这样，每个散射样本共对3张PFET栅极图像进行了测量，因此每个样本一共可以收集30个间隔层厚度和6个过填充量的测量数据。

在散射样本上进行大量的TEM取样，成本较高，难度也较大。因此TEM取样仅限于每个散射测量样本的中心位置，没有考虑样本之间在厚度和过填充量上的差异性。首先对NFET间隔层厚度的准确性进行评估。图8为SCD和NGP在测量间隔层厚度时TMU的差异。可以看出NGP TMU值得到了一定的改进：从1.48nm降至1.21nm，减少了18％。必须指出的是，由于取样有限，TMU值可能会存在较大的不确定性，所以间隔层厚度TMU的改进不是决定性的。

接下来对PFET间隔层厚度的准确性进行评估，其评估结果如图9所示。在该评估中，如上所述，NGP可以充分利用UV和DUV各自的波长范围优势，但这两种模式仍然使用相同的固定和浮动模型参数。结果表明，与SCD相比，NGP TMU得到了显著的改进：TMU从2.44nm 降至1.31nm，减少了46％。虽然TMU的误差范围较大，但是与NFET相比，其误差范围重叠的情况要少很多。

最后对PFET过填充量的准确性进行评估，评估结果如图10所示。NGP实现了少许改进，TMU从3.08nm降至2.78nm，减少了10％，过填充量值的变化幅度很小。此外，由于边界相关性较为模糊，因此难以从TEM 图片中对其进行准确测量。

结论
薄间隔层的特性描述对先进设备的监控尤为重要。与现有SpectraCD200平台 (SCD) 相比，新一代硬件平台NGP可提高45nm节点薄间隔层的测量质量。NGP可通过其先进的光谱椭圆偏光法(SE)光学元件以及低至150nm的更广泛的波长范围来提高测量质量。结果显示，NGP的短期动态重复性(STDR)较SCD降低2.5～3倍，TMU则提高了18％。与UV波长范围相比，DUV波长范围对间隔层厚度变化的灵敏度提高3.7倍。

PFET结构通常用于研究NGP如何提高间隔层厚度和过填充量的测量质量。NGP拥有更广泛的波长范围及先进的光学元件，可充分利用该模型以展示其组合优势。虽然模型使用了不同的散射文件和波长范围，但它们共享相同的固定与浮动建模参数。对于PFET结构，DUV波长对间隔层厚度变化的灵敏度较UV波长提高了4.8倍；DUV波长对过填充量的灵敏度较UV波长则提高了1.6倍。通过使用NGP，既可将过填充量的STDR降低2倍，也可使间隔层厚度的STDR降低3倍。此外，还可将间隔层厚度的TMU提高46％。虽然这两个系统的置信区间有一定的重叠，但重叠部分非常小，因此可以确定NGP有很大的改进。虽然过填充量的TMU提高了10％，但由于采样的局限性，误差范围较大。

NGP的先进SE光学元件能降低光与电噪声，因此可实现STDR的显著