CN110383053A - 用于小角度x射线散射测量的x射线变焦镜头 - Google Patents

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Abstract

在本文中描述用于控制照射射束光点大小以达成对不同大小的计量目标的透射式小角度X射线散射测量T‑SAXS测量的方法及系统。X射线照射光学器件子系统包含：一或多个聚焦光学元件，其具有在固定位置处的物平面及像平面；及一或多个照射孔径或狭缝，其独立地控制放大率及射束发散度。在其它方面中，连同放大率及射束发散度一起控制照射源大小及形状。以此方式，独立地控制射束发散度及样品上的照射光点大小，同时维持恒定照射通量。

Description

用于小角度X射线散射测量的X射线变焦镜头
相关申请案的交叉参考
本专利申请案依据35U.S.C.§119主张2017年1月3日提出申请的序列号为62/441,707的美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的标的物以全文引用方式并入本文中。
技术领域
所描述实施例涉及x射线计量系统及方法，且更特定来说涉及用于达成经改进测量准确度的方法及系统。
背景技术
通常通过适用于样品的处理步骤序列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半导体装置的各种特征及多个结构层级。举例来说，除其它之外，光刻也为涉及在半导体晶片上产生图案的一个半导体制作过程。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，且然后将所述多个半导体装置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。通常使用若干种基于计量的技术(包含散射测量及反射测量实施方案)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。
在传统上，对由薄膜及/或重复周期性结构组成的目标执行散射测量临界尺寸测量。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)向较小纳米尺度尺寸变动，表征变得更困难。装置并入有复杂三维几何结构及具有多样物理性质的材料导致表征困难。举例来说，现代存储器结构通常为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足敏感度。另外，表征复杂结构(例如，FinFET)所需的参数数目增加导致参数相关性增加。因此，表征目标的参数通常无法与可用测量可靠地解耦。
在一个实例中，已采用较长波长(例如近红外光)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的镜样结构本质地导致光强度随着照射传播到膜堆叠中更深处而减小。此在深处导致敏感度损失及相关性问题。
在另一实例中，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(例如椭偏仪或反射仪)进行测量变得越来越有挑战性。
响应于这些挑战，已开发更复杂光学计量工具。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偏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对许多先进目标(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。
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足深度。因此，未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射线反射仪还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、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个迭代一般提供遍及三维结构测量临界计量参数所需要的信息。但，这些技术需要样本破坏及冗长过程时间。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。另外，这些技术需要引入配准误差的众多迭代。
透射式小角度X射线散射测量(T-SAXS)系统已展示解决具挑战性测量应用的希望。然而，使有限大小的x射线源成像到受测量晶片上仍具挑战性，尤其对于小计量目标及变化大小的计量目标。
可用x射线源在正交于射束传播方向的方向上具有有限尺寸。此外，由X射线源发射的X射线通量与源大小成比例。由于有限源大小，因此入射于样品上的射束光点由光学方案的源大小及放大率定义。光学器件的放大率为从聚焦光学器件到图像的距离与从聚焦光学器件到源的距离的比率。关键挑战为使得可变放大率能够适应不同大小的计量目标，同时最大化穿过目标的光子通量。
许多现有掠入射光学系统采用固定形状的聚焦光学器件(提供恒定放大率)或可变形状的聚焦光学器件(提供可变放大率)。通过使在聚焦光学器件后面的射束狭缝大小变化、使聚焦光学器件的形状变化或两种方式来控制射束发散度。
在一些实例中，利用具有不同放大率的不同聚焦光学器件来控制经聚焦射束大小。换句话说，使处于聚焦的射束大小与放大率有效地耦合，且放大率的改变需要光学元件的改变。每当需要不同放大率时替换光学器件及相关硬件的需要在半导体制作环境中是不实际的。此外，具有不同放大率的光学器件的改变使源与光学器件间距离、光学器件与焦点间距离或两者的改变成为必要。实际上，此需要光学器件相对于源、光学器件相对于样本中的任一者的物理重定位以及样本相对于光学器件及源的重定位。使光学器件、源及样本相对于彼此物理上重定位的需要在半导体制作环境中高度不合意。第6,249,566号美国专利及第6,504,902号美国专利进一步详细地描述具有这些特性的系统，所述美国专利的内容以其全文引用方式并入本文中。
在一些实例中，射束发散度受出口孔径或位于聚焦光学器件的所述出口孔径附近的具有可变大小的狭缝控制。然而，此方法的代价为样本上的通量减少。第7,245,699号美国专利进一步详细地描述具有此特性的系统，所述美国专利的内容以其全文引用方式并入本文中。
在一些实例中，通过改变聚焦光学器件的几何形状以改变焦距而实现放大率的改变。不幸地，此方法需要目标位置相对于光学器件及源的改变，此在半导体制作环境中是不合意的。另外，几何形状的可实现改变量是相当有限的。因此，针对小焦距大小系统可实现的放大率范围是相当小的。此外，几何整形及将反射涂层应用于经历形变的表面的可行性及准确性可为非常有限的。第7,706,503号美国专利进一步详细地描述具有此特性的系统，所述美国专利的内容以其全文引用方式并入本文中。
为进一步改进装置性能，半导体工业继续集中于垂直整合而非横向比例缩放。因此，对复杂的完全三维结构的准确测量对于确保可行性及持续比例缩放改进是极重要的。由于越来越小的分辨率要求、多参数相关性、越来越复杂的几何结构(包含高纵横比结构)及不透明材料的越来越多的使用，因此未来计量应用针对计量提出挑战。因此，期望用于经改进T-SAXS测量的方法及系统。
发明内容
在本文中描述用于控制照射射束光点大小以达成对不同大小的计量目标的透射式小角度X射线散射测量(T-SAXS)测量的方法及系统。在一个方面中，X射线照射光学器件子系统包含：一或多个聚焦光学元件，其具有在固定位置中的物平面及像平面；及一或多个孔径或狭缝，其独立地控制目标上的射束大小及射束发散度。在其它方面中，连同放大率及因此目标上的射束大小一起控制照射源大小及形状。以此方式，独立地控制晶片上的照射光点大小以及射束发散度，同时在晶片处提供最高可能照射通量。
针对照射源的给定射束发散度及亮度，穿过不同大小及形状的目标的最高可实现光子通量通过放大率以及源大小及形状的变化来提供。在一些实施例中，控制照射源大小以在宽广光学放大率范围内使样品处的照射射束光点大小维持恒定。在一些其它实施例中，控制照射源大小及光学放大率以将样品处的照射射束光点大小调整为匹配与特定计量目标相关联的可用测量区域且提供最高可实现照射光子通量。
在其它方面中，在入射角范围内执行T-SAXS测量，所述入射角提供足以穿过高纵横比结构的整个深度表征高纵横比结构的分辨率及穿透深度。
在另一方面中，计量系统经配置以产生样品的所测量结构的结构模型(例如，几何模型、材料模型或经组合几何与材料模型)，产生包含来自结构模型的至少一个几何参数的T-SAXS响应模型，且通过执行测量数据与响应模型的拟合分析而分辨至少一个样品参数值。以此方式，所模拟T-SAXS信号与所测量数据的比较使得能够确定几何以及材料性质，例如样本的电子密度以及元素识别及组合物。
在另一方面中，使用T-SAXS测量数据来基于所检测衍射级的所测量强度而产生所测量结构的图像。在一些实施例中，使响应函数模型一般化以描述来自通用电子密度网格的散射。将此模型匹配到所测量信号同时将经建模电子密度约束在此网格中以强化连续性及稀疏边缘会提供样本的三维图像。
前述内容为发明内容且因此必须含有细节的简化、概述及省略；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/或过程的其它方面、发明性特征及优点将变得显而易见。
附图说明
图1是图解说明在至少一个新颖方面中具有可调整放大率及射束发散度的计量系统100的图式。
图2描绘在其中照射射束的选定部分在聚焦光学元件的中间处入射的操作情景中计量系统100的照射子系统118。
图3描绘在其中照射射束的选定部分在聚焦光学元件的前端处入射的操作情景中计量系统100的照射子系统118。
图4描绘在其中照射射束的选定部分在聚焦光学元件的后端处入射的操作情景中计量系统100的照射子系统118。
图5描绘相对于入射x射线照射射束116以由角度φ及θ描述的特定定向来定向的样品101。
图6是图解说明经配置以根据本文中所描述的方法基于T-SAXS数据分辨样品参数值的模型构建与分析引擎150的图式。
图7描绘图解说明基于如本文中所描述的T-SAXS测量而测量结构的示范性方法200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。
半导体制造环境中的实际T-SAXS测量需要对具有变化衍射特性的不同大小的计量目标的测量。在一些实例中，由如本文中所描述的T-SAXS测量表征的计量目标位于受测量晶片的划割线内。在这些实例中，计量目标经定大小以装配在划割线的宽度内。在一些实例中，划割线宽度小于80微米。在一些实例中，划割线小于50微米。一般来说，在半导体制造中采用的划割线的宽度趋向于变小。在一些实例中，由如本文中所描述的T-SAXS测量表征的计量目标位于受测量晶片的作用裸片区域内且为功能性集成电路(例如，存储器、图像感测器、逻辑装置等)的一部分。
一般来说，优选的是，照射射束光点大小紧密地匹配受测量计量目标的横向尺寸以最少化来自环绕受测量计量目标的结构的污染信号。
在本文中描述用于控制照射射束光点大小以达成对不同大小的计量目标的透射式小角度X射线散射测量(T-SAXS)测量的方法及系统。
在一个方面中，X射线照射光学器件子系统包含：一或多个聚焦光学元件，其具有在固定位置中的物平面及像平面；及一或多个照射孔径或狭缝，其独立地控制放大率及射束发散度。聚焦光学器件包含各自具有恒定几何形状的一或多个反射表面。
在其它方面中，连同一或多个照射孔径一起控制照射源大小及形状以独立地控制晶片上的照射光点大小以及射束发散度，同时使照射通量在所述晶片处维持大致恒定。
图1图解说明用于根据本文中所呈现的示范性方法测量样品的特性的T-SAXS计量工具100的实施例。如图1中所展示，系统100可用于对由经聚焦射束照射的样品101的检验区域102执行T-SAXS测量。
在所描绘实施例中，计量工具100包含经配置以产生适合用于T-SAXS测量的x射线辐射的x射线照射源110。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，可预期能够以足以达成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射线源能够递送在不同可选择波长下的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的光子能量的辐射的一或多个x射线源来确保x射线源供应在允许穿过整个装置以及晶片衬底的充足传输的波长下的光。通过非限制性实例的方式，可采用粒子加速器源、液态金属喷射源、旋转阳极源、固定固体阳极源、微焦源、微焦旋转阳极源及逆康普顿(Compton)源中的任一者作为x射线源110。在一个实例中，可预期可从Lyncean技术公司(帕洛阿尔托，加利福尼亚州(美国))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射线因而使得x射线源能够递送在不同可选择波长下的x射线辐射的额外优点。
示范性x射线源包含经配置以轰击固体或液体目标以刺激x射线辐射的电子束源。于2011年4月19日发布给科磊(KLA-Tencor)公司的第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。
x射线照射子系统包含照射源110、一或多个聚焦光学元件111及将x射线束整形且引导到样品101的一或多组孔径或狭缝。如图1中所描绘，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。聚焦光学元件111将源辐射聚焦到样品101上在由x射线照射射束115入射于样品101上所定义的照射区域102内。
在一个方面中，X射线照射光学子系统包含一或多个聚焦光学元件及独立地控制放大率及射束发散度的一或多个照射孔径或狭缝。聚焦光学器件包含各自具有恒定几何形状的一或多个反射表面。
在其它方面中，连同一或多个照射孔径一起控制照射源大小及形状以独立地控制晶片上的照射光点大小以及射束发散度，同时使照射通量在所述晶片处维持大致恒定。
图1中所描绘的照射子系统118以可控制发散度、聚焦大小及形状将x射线照射射束115提供到样品101。(若干)聚焦光学元件111的(若干)反射表面属于(若干)相同聚焦几何形状，使得所述聚焦光学元件的物平面及像平面针对所述反射表面的整个有效范围在固定位置中。射束选择子系统120紧密接近于聚焦光学器件111而定位且选择从聚焦光学器件111反射的照射射束112的一部分并且因此控制照射子系统118的放大率及照射射束115的发散度。
在图1中所描绘的实施例中，射束选择子系统120包含叶片122A及叶片122B。叶片122A及122B分别通过致动器121A及121B相对于从聚焦光学器件111反射的照射射束112独立地定位。在照射射束112的场内叶片122A及122B相对于彼此的位置(即，叶片122A与122B之间的间隙)控制照射射束115的发散度。在垂直于照射子系统118的中心轴线的方向上叶片122A及122B相对于照射射束112的位置(即，在由入射及经反射射束112界定的平面中间隙相对于经反射射束112的位置)控制照射子系统118的放大率。
图2进一步详细地描绘计量系统100的照射子系统118。如图2中所描绘，聚焦光学元件111为椭圆形状的。聚焦光学元件111的反射表面沿循具有半长轴长度A及半短轴长度B的椭圆117的形状。聚焦光学元件111的反射表面由长度L表征。照射源110及样品101分别位于聚焦光学元件111的物平面及像平面处，所述物平面及所述像平面与椭圆117的焦点一致。在一些实施例中，比率A/B为介于50与250之间的任一值。
如图2中所描绘，叶片122A及122B经定位使得从聚焦光学元件111反射的照射射束112的部分113经选择作为入射于样品101上的照射射束115。还描绘选定部分113的主射线116。主射线116以掠入射角θ入射于聚焦光学元件111的反射表面上。R1为照射源110与主射线116在聚焦光学元件111上的入射点之间的距离。R2为主射线116在聚焦光学元件111上的入射点与主射线116在样品101上的入射点之间的距离。
图3及4进一步详细地描绘计量系统100的照射子系统118。图3及4类似于图2，惟从聚焦光学元件111反射的照射射束112的选定部分113不同除外。
如图2中所描绘，叶片元件122A及122B经定位使得照射射束112的选定部分113的主射线116从聚焦光学元件111的中点(即，L/2)反射。如图3中所描绘，叶片元件122A及122B经定位使得照射射束112的选定部分113的主射线116从聚焦光学元件111的前端(即，聚焦光学元件111的最靠近于照射源110的部分)反射。如图4中所描绘，叶片元件122A及122B经定位使得照射射束112的选定部分113的主射线116从聚焦光学元件111的后端(即，聚焦光学元件111的距照射源110最远的部分)反射。
照射子系统118的光学放大率由R1与R2的比率定义。如图2到4中所描绘，R1与R2的比率及因此照射系统的光学放大率取决于作为入射于样品101上的照射射束115来选择的照射射束112的部分113而不同。更具体来说，当主射线116在聚焦光学元件111上的入射位置改变时，照射子系统118的光学放大率也改变。
图3中所描绘的选择针对经反射射束的给定发散度提供最高放大率。叶片122A及122B经定位使得仅从聚焦光学元件111的前端反射的照射光形成入射于样品101上的照射射束115。图2中所描绘的选择针对经反射射束的给定发散度提供中等放大率。叶片122A及122B经定位使得仅从聚焦光学元件111的中间反射的照射光形成入射于样品101上的照射射束115。图4中所描绘的选择针对经反射射束的给定发散度提供最小放大率。叶片122A及122B经定位使得仅从聚焦光学元件111的后端反射的照射光形成入射于样品101上的照射射束115。
图1到4描绘具有位于聚焦光学元件111与样品101之间的一或多个叶片的射束选择子系统120。然而，一般来说，射束选择子系统120可包含位于聚焦光学元件111与样品101之间、照射源110与聚焦光学元件111之间或两者的一或多个叶片。所述叶片紧密接近于聚焦光学元件111而定位(即，距聚焦光学元件111比距照射源110或样品101更近)。此外，图1到4描绘具有界定形成照射射束115的狭缝的一或多个叶片的射束选择子系统120。然而，一般来说，射束选择子系统120可包含任何适合射束阻挡元件以实现控制照射射束112的部分113的选择的可移动狭缝或孔径，照射射束112的部分113如本文中所描述而形成入射于样品101上的照射射束115。
如前文所描述，照射子系统118的光学放大率由R1与R2的比率定义。标称放大率MNOM由R1NOM及R2NOM定义，如由方程式(1)所描述。当选定照射射束的主射线在聚焦光学元件的中间处入射(例如，图2中所图解说明的情景)时，R1NOM及R2NOM分别为R1及R2的值。
假定小掠入射角(例如，大约为或小于几度的θ)，最大可实现放大率MMAX由方程式(2)定义且最小可实现放大率MMIN由方程式(3)定义。
如由方程式(1)到(3)所图解说明，聚焦光学元件111的长度越长，放大率范围越大。另外，聚焦光学元件的长度L与R1NOM的比率确定可实现放大率的量值。在一些实施例中，标称放大率为大致3且比率L/R1NOM为大致3/4。在这些实施例中，可实现放大率从大致1.9到5.4而变化。在一些实施例中，照射源110与聚焦光学元件111的反射表面上的最近点之间的距离为至少50毫米。
在一些实施例中，聚焦光学元件111的长度为大致200毫米且R1NOM为大致250毫米。在一些实施例中，L、R1NOM及R2NOM经选择使得照射子系统118的光学放大率介于从至少4.3到16或更大的范围内。在一些实施例中，L、R1NOM及R2NOM经选择使得照射子系统118的光学放大率介于从至少1到8或更大的范围内。在一些实施例中，L、R1NOM及R2NOM经选择使得照射子系统118的光学放大率介于从至少2到5或更大的范围内。
在一些实施例中，聚焦光学元件111包含通过全外反射来反射x射线光子的反射表面。
在一些实施例中，聚焦光学元件111包含通过与多层涂层相互作用而反射x射线光子的反射表面。在这些实施例中的一些实施例中，所述多层涂层为空间上周期性的，具有在聚焦光学元件的长度的方向上连续地改变的周期性。在这些实施例中的一些实施例中，所述多层涂层为空间上周期性的，具有在多层涂层的深度的方向上连续地改变的周期性。在这些实施例中的一些实施例中，所述多层涂层在所述多层涂层的深度的方向上为空间上非周期性的。
在一些实施例中，聚焦光学元件111包含由均匀单晶材料或多晶材料构造的在纵向方向上具有恒定平面间距离的反射表面。在这些实施例中，通过布拉格衍射而反射x射线光子。在一些其它实施例中，聚焦光学元件111包含由均匀单晶材料或多晶材料构造的在纵向方向上具有连续变化的平面间距离的反射表面。在这些实施例中，通过布拉格衍射而反射x射线光子。
在一些实施例中，聚焦光学元件111为具有具相同几何形状的反射表面的单反弹光学元件，使得所述反射表面的任一部分在相对于聚焦光学元件的相同位置处具有几何焦点。
在一些实施例中，聚焦光学元件111为双反弹光学元件，例如，蒙特尔光学器件(光学表面的并排布置)、柯克帕特里克-巴尔兹光学器件(光学表面的串联布置)等。由M.蒙特尔的“具有凯特莫高尼克(catamegonic)屋脊形反射镜的X射线显微镜、X射线显微镜及显微射线照射术”(纽约学术出版社，第177页到第185页，1957年)(其内容以全文引用方式并入本文中)描述对蒙特尔光学系统的额外说明。由P.柯克帕特里克及A.V.巴尔兹的“通过X射线形成光学图像”(美国光学学会杂志，第38卷，第766页到第774页，1948年)(其内容以全文引用方式并入本文中)描述对柯克帕特里克-巴尔兹光学系统的额外说明。在这些实施例中，聚焦光学元件111的光学表面中的每一者沿循相同几何形状，使得反射表面中的每一者的任一部分在相对于聚焦光学元件的相同位置处具有几何焦点。在一些实施例中，聚焦光学元件111包含布置成在横向方向上具有小于90度的角度的并排配置的两个反射表面。此外，所述两个反射表面经配置以闭合在焦点位置后面测量的射束光点中的强度间隙，其中所述反射表面之间的间隙经成像。在一些实施例中，双反弹光学元件的反射表面由附接到共同安装框架的单独衬底构造。在一些其它实施例中，双反弹光学元件的反射表面由单独衬底构造且每一反射表面附接到单独对准载台以主动地控制反射表面(例如，在并排配置中)的空间及角度相互布置。
在一些实施例中，聚焦光学元件111包含各自具有椭圆柱的几何形状的两个光学表面。在一些其它实施例中，聚焦光学元件111包含具有旋转椭球体、圆柱、椭圆柱、球及超环面体中的任一者的几何形状的一个反射表面。
在一些实施例中，x射线照射子系统包含x射线单色仪以使入射于样品101上的x射线束成单色。在一个实例中，采用晶体单色仪来使x射线辐射束成单色。在一些实例中，x射线光学器件使用多层x射线光学器件将x射线束准直或聚焦到样品101的检验区域102上以使其小于1毫弧度发散度。在这些实例中，多层x射线光学器件还用作射束单色仪。
在一些实施例中，射束整形狭缝机构(未展示)位于紧接在样品101前面的射束路径中。狭缝紧密接近于样品101定位以最小化入射射束光点大小由于射束发散度的放大。在一些实施例中，射束整形狭缝机构的狭缝位于距照射射束115的具有样品101的入射位置50毫米内。在属于亚历山大拜科诺夫等人且指派给科磊公司(美国加利福尼亚州苗必达市)的第2017/0307548号美国专利公开案中描述示范性射束整形狭缝机构，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。
在一些其它实施例中，计量系统100不采用紧密接近于样品101定位的射束整形狭缝机构。在这些实施例中，射束发散度控制及样品101的表面处的照射射束大小受射束选择子系统120控制。在这些实施例中，在不使用紧密接近于受测量晶片的表面定位的狭缝的情况下实现对在计量目标周围的区域的光子污染的有效控制。
X射线检测器119收集从样品101散射的x射线辐射114且根据T-SAXS测量模态产生指示与入射x射线辐射相互作用的样品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收集经散射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经散射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及厚的高度吸收性晶体衬底。在一些实施例中，单个光子计数检测器检测经散射光子的位置及数目。
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包含像素化光子计数阵列、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、填充气体的比例计数器、闪烁器或荧光材料。
以此方式，除像素位置及计数数目之外，还通过能量区分检测器内的X射线光子相互作用。在一些实施例中，通过比较X射线光子相互作用的能量与预定上部阈值及预定下部阈值而区分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以进行进一步处理及存储。
在其它方面中，采用T-SAXS系统来基于经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，计量工具100包含经采用以获取由检测器119产生的信号135且至少部分地基于所获取信号而确定样品的性质的计算系统130。
在一些实施例中，收集对经衍射辐射的强度随相对于晶片表面法线的x射线入射角而变的测量。多个衍射级中所含纳的信息在考虑中的每一模型参数之间通常是唯一的。因此，x射线散射以小误差及经减小参数相关性产生所关注参数的值的估计结果。
在一些实例中，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可调整参数(例如，大约为10或更多)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。反解的方法包含但不限于基于模型的回归、断层扫描、机器学习或其任何组合。以此方式，通过对经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经散射x射线强度与经建模结果之间的误差。
在其它方面中，在提供足以穿过高纵横比结构的整个深度表征高纵横比结构的分辨率的入射角范围内执行T-SAXS测量。
在一些实施例中，期望以由围绕由图1中所描绘的座标系146的Y轴及附接到样品101的座标系147的Z’轴的旋转所描述的不同定向执行测量。此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而增加所测量参数的精确度及准确度且减少参数之间的相关性。测量具有较深、较多样数据集的样品参数还减少参数之间的相关性且改进测量准确度。举例来说，在法线定向中，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位置范围内收集测量数据，可分辨特征的侧壁角度及高度。
如图1中所图解说明，计量工具100包含经配置以在相对于散射计的射束轴线的大入射角范围内做出将样品101对准及将样品101定向两个操作的样品定位系统140。换句话说，样品定位系统140经配置以使样品101围绕与样品101的表面平面内对准的一或多个旋转轴线在大角度范围内旋转。在一些实施例中，样品定位系统140经配置以使样品101围绕与样品101的表面平面内对准的一或多个旋转轴线在至少60度的范围内旋转。以此方式，由计量系统100在样品101的表面上的任一数目个位置上方收集对样品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传递到样品定位系统140的运动控制器。作为响应，所述运动控制器产生去往样品定位系统140的各种致动器的命令信号以实现样品101的所要定位。
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，包含但不限于测角仪载台、六脚载台、有角度载台及线性载台。
如本文中所描述，以照射x射线束相对于半导体晶片的表面法线的多个定向执行T-SAXS测量。通过晶片101相对于x射线照射射束的任何两个角度旋转描述每一定向，或反之亦然。在一个实例中，可相对于入射于样品101上的x射线照射射束116的中心轴线描述定向。图5描绘以由角度φ及θ描述的特定定向入射于晶片101上的x射线照射射束116。座标框架XYZ固定到x射线照射射束116使得Z轴与x射线照射射束116的中心轴线对准。座标框架X’Y’Z’固定到晶片101。Y轴与晶片101的表面平面内对准且晶片围绕Y轴以角度θ旋转。Z’轴法向于晶片101的表面，且X’及Y’与晶片101的表面同平面。角度φ描述Y’轴相对于Y轴的定向。θ及φ共同来唯一地定义样品101的表面相对于x射线照射射束116的定向。在此实例中，样品101的表面相对于x射线照射射束116的定向由围绕法向于样品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。
样品101上的照射射束光点大小与光学放大率成比例。因此，当将放大率调整到所要值时，样品101的表面处的照射射束光点大小改变。在许多测量应用中，此允许对照射射束光点大小的控制最小化由于照射外溢到环绕所关注计量目标的结构上而发生的信号污染同时保持最高可能光子通量。
在其它方面中，照射光点大小及形状分别受源大小及形状的变化控制。在一些实施例中，控制照射源大小以使样品处的照射射束光点大小在宽广光学放大率范围内维持恒定。在一些其它实施例中，控制照射源大小以将样品处的照射射束光点大小调整为匹配与特定计量目标相关联的所要测量区域。
此使得计量系统100能够形成具有比例缩放到每一不同受测量计量目标的大小的照射射束光点大小的照射射束115，且在不使用紧密接近于受测量计量目标定位的射束整形狭缝的情况下有效地控制计量目标周围的光子污染。
在一些实施例中，在不具有相当大亮度损失的情况下可将照射源110的大小调整两倍。在一些实施例中，控制液态金属喷射(LMJ)x射线照射源大小以在10微米半高全宽(FWHM)的圆形区域以及20微米×10微米FWHM的椭圆形区域上方产生照射，同时使亮度维持在相同水平。对于LMJ照射源，x射线照射源大小跨越LMJ阳极在横向方向上与电子束大小成比例。因此，通过用LMJ阳极调整电子束在入射时的大小而控制x射线照射源大小。
在一个实例中，计量系统100配置有10微米半高全宽(FWHM)的圆形照射源大小。计算系统将控制命令136传递到致动器121A及121B以分别定位叶片元件122A及122B，使得照射子系统118的放大率为大致5。在此配置中，计量系统100在入射角θ范围及方位角φ范围内测量100微米×100微米计量目标。在另一实例中，相同计量系统100(即，在相同位置中的相同光学组件)配置有10微米×20微米FWHM的椭圆形照射源。计算系统将控制命令136传递到致动器121A及121B以分别定位叶片元件122A及122B，使得照射子系统118的放大率为大致2.5。在此配置中，计量系统100在入射角θ范围内测量50微米×100微米计量目标。在此实例中，在一个方向(50微米方向)上有效地控制发散度且在另一方向(100微米方向)上收集最大数目个光子。通过将照射光点重新整形且改变放大率而将照射射束光点大小匹配到计量目标。
在一些实例中，计算系统130将控制命令137传递到照射源110。作为响应，照射源110调整光点大小及形状、照射功率、光点偏移、入射角等。在一个实例中，调整入射于源目标上的电子束的参数以改变光点大小及形状、照射功率、光点偏移、入射角等。
狭缝由最少化散射且有效地阻挡入射辐射的材料构造。示范性材料包含单晶材料，例如锗、砷化镓、磷化铟等。狭缝材料沿着结晶平面经割开而非锯开，以跨越结构边界最少化散射。另外，狭缝相对于传入射束经定向使得传入辐射与狭缝材料的内部结构之间的相互作用产生最少量的散射。晶体材料附接到由高密度材料(例如，钨)制成以在狭缝的一个侧上达成x射线束的完全阻挡的叶片。
在一些实施例中，使x射线照射源110、聚焦光学元件111、射束选择子系统120或其任一组合维持在与样品101相同的大气环境(例如，气体冲洗环境)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是长的且空气中的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，使x射线照射源110、聚焦光学元件111、射束选择子系统120中的任一者维持在通过一或多个真空窗与样品(例如，样品101)分离的一或多个局域化真空环境中。
类似地，在一些实施例中，使x射线检测器119维持在与样品101相同的大气环境(例如，气体冲洗环境)中。然而，在一些实施例中，样品101与x射线检测器119之间的距离是冗长的且空气中的X射线散射对所检测信号造成噪声。因此，在一些实施例中，使x射线检测器中的一或多者维持在通过真空窗与样品(例如，样品101)分离的局域化真空环境中。
真空窗可由对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。在每一真空室内维持适合真空环境以最少化照射射束的散射。适合真空环境可包含任何适合水平的真空、包含具有小原子数的气体(例如，氦)的任何适合经冲洗环境或其任何组合。以此方式，尽可能多的射束路径位于真空中以最大化通量且最少化散射。
在一些实施例中，使包含样品101的整个光学系统维持在真空中。然而，一般来说，与将样品101维持在真空中相关联的成本由于与样品定位系统140的构造相关联的复杂性而为高的。
在另一方面中，计算系统130经配置以产生样品的所测量结构的结构模型(例如，几何模型、材料模型或经组合几何及材料模型)，产生包含来自结构模型的至少一个几何参数的T-SAXS响应模型，且通过执行T-SAXS测量数据与T-SAXS响应模型的拟合分析而分辨至少一个样品参数值。使用分析引擎来比较所模拟T-SAXS信号与所测量数据，因而允许确定几何以及材料性质(例如样本的电子密度)。在图1中所描绘的实施例中，计算系统130经配置为经配置以实施如本文中所描述的模型构建与分析功能性的模型构建与分析引擎。
图6是图解说明由计算系统130实施的示范性模型构建与分析引擎150的图式。如图6中所描绘，模型构建与分析引擎150包含产生样品的所测量结构的结构模型152的结构模型构建模块151。在一些实施例中，结构模型152还包含样品的材料性质。结构模型152经接收作为到T-SAXS响应函数构建模块153的输入。T-SAXS响应函数构建模块153至少部分地基于结构模型152而产生T-SAXS响应函数模型155。在一些实例中，T-SAXS响应函数模型155是基于x射线形式因子。
其中F为形式因子，q为散射向量，且ρ(r)为球面座标中的样品的电子密度。然后，x射线散射强度由以下方程式给出
T-SAXS响应函数模型155经接收作为到拟合分析模块157的输入。拟合分析模块157比较经建模T-SAXS响应与对应所测量数据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建模数据到实验数据的拟合。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，其中指数j描述一组系统参数，例如衍射级、能量、角座标等。为针对“通道”j的经建模T-SAXS信号Sj，针对一组结构(目标)参数v1，...，vL经评估，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)。σSAXS，j为与第j个通道相关联的不确定因素。NSAXS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(6)假定与不同通道相关联的不确定因素为不相关的。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VSAXS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157通过执行对T-SAXS测量数据135与T-SAXS响应模型155的拟合分析而分辨至少一个样品参数值。在一些实例中，将优化。
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技术为有利的。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经配置以采用实时临界尺寸标注(RTCD)来实时存取模型参数，或其可存取经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参数与相关联于所测量样品的CD参数之间的差。于2010年11月2日发布给科磊公司的第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，所述美国专利的全文以引用方式并入本文中。
在一些实例中，模型构建与分析引擎150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精确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多个数据集，其中在拟合期间耦合至少一个共同参数。
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而进行的前馈、侧馈或并行分析。于2009年1月13日发布给科磊公司的第7,478,019号美国专利中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。
在另一其它方面中，基于以入射x射线束相对于测量目标的单个定向执行的T-SAXS测量而确定对一或多个所关注参数的值的初始估计。初始所估计值经实施为用于测量模型的回归的所关注参数的起始值，其中以多个定向从T-SAXS测量收集测量数据。以此方式，以相对小量的计算努力来确定所关注参数的接近估计，且通过将此接近估计实施为在大得多的数据集内的回归的起始点而以较少总体计算努力获得所述所关注参数的经精细化估计。
在另一个方面中，计量工具100包含经配置以实施如本文中所描述的射束控制功能性的计算系统(例如，计算系统130)。在图1中所描绘的实施例中，计算系统130经配置为可操作以控制入射照射射束115的照射性质(例如强度、发散度、光点大小、偏光、光谱及定位)中的任一者的射束控制器。
如图1中所图解说明，计算系统130以通信方式耦合到检测器119。计算系统130经配置以从检测器119接收测量数据135。在一个实例中，测量数据135包含样品的所测量响应(即，衍射级的强度)的指示。计算系统130基于所测量响应在检测器119的表面上的分布而确定照射射束115在样品101上的入射位置及区域。在一个实例中，计算系统130应用模式辨识技术以基于测量数据135而确定照射射束115在样品101上的入射位置及区域。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以选择照射源的所要大小及形状、照射波长或重新引导x射线发射。在一些实例中，计算系统130将命令信号136传递到射束选择子系统120以改变射束光点大小，使得入射照射射束115以所要射束光点大小及定向到达样品101。在一个实例中，命令信号136致使射束选择子系统120独立地调整照射子系统118的放大率及照射射束115的发散度。在一些其它实例中，计算系统130将命令信号传递到晶片定位系统140以将样品101定位及定向，使得入射照射射束115到达相对于样品101的所要位置及角度定向。
在其它方面中，使用T-SAXS测量数据来基于所检测衍射级的所测量强度而产生所测量结构的图像。在一些实施例中，使T-SAXS响应函数模型一般化以描述来自通用电子密度网格的散射。将此模型匹配到所测量信号同时将经建模电子密度约束在此网格中以强化连续性及稀疏边缘会提供样本的三维图像。
尽管基于几何模型的参数反演对于基于T-SAXS测量的临界尺寸(CD)计量为优选的，但当所测量样品偏离几何模型的假定时依据相同T-SAXS测量数据产生的样品的映图可用于识别且校正模型误差。
在一些实例中，比较所述图像与通过相同散射测量数据的基于几何模型的参数反演来估计的结构特性。使用差异来更新所测量结构的几何模型且改进测量性能。当测量集成电路以对其制造过程进行控制、监测及疑难排解时，收敛于准确参数测量模型上的能力是特别重要的。
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)映图。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)映图。所述映图是使用相对少的物理约束产生的。在一些实例中，依据所得映图直接估计一或多个所关注参数，例如临界尺寸(CD)、侧壁角度(SWA)、覆叠、边缘放置误差、节距游动(pitch walk)等。在一些其它实例中，映图可用于在样本几何结构或材料偏离出针对基于模型的CD测量所采用的参数结构模型所预期的期望值范围时调试晶片过程。在一个实例中，使用映图与通过参数结构模型根据其所测量参数所预测的结构的再现之间的差来更新参数结构模型且改进其测量性能。在第2015/0300965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。在第2015/0117610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。
在其它方面中，采用模型构建与分析引擎150来产生用于经组合x射线及光学测量分析的模型。在一些实例中，光学模拟基于(例如)严格耦合波分析(RCWA)，其中对麦克斯韦方程式求解以计算光学信号，例如不同偏光的反射率、椭偏参数、相变等。
一或多个所关注参数的值是基于对在所述多个不同入射角及所检测光学强度下的x射线衍射级的所检测强度与经组合在几何学上参数化的响应模型的经组合拟合分析来确定。通过可或可不与x射线计量系统(例如图1中所描绘的系统100)机械地整合在一起的光学计量工具测量光学强度。在第2014/0019097号美国专利公开案及第2013/0304424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。
一般来说，计量目标由经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)除以最大横向伸展尺寸(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。
应认识到，本发明通篇所描述的各种步骤可由单个计算机系统130或替代地多计算机系统130执行。此外，系统100的不同子系统(例如射束选择子系统120、照射源110、样品定位系统140等)可包含适合用于执行本文中所描述的步骤的至少一部分的计算机系统。因此，上述说明不应解释为对本发明的限制而仅为图解说明。进一步地，一或多个计算系统130可经配置以执行本文中所描述的方法实施例中的任一者的任一(任何)其它步骤。
另外，计算机系统130可以此项技术中已知的任一方式以通信方式耦合到x射线照射源110、射束选择子系统120、样品定位系统140及检测器119。举例来说，一或多个计算系统130可分别耦合到与x射线照射源110、射束选择子系统120、样品定位系统140及检测器119相关联的计算系统。在另一实例中，x射线照射源110、射束选择子系统120、样品定位系统140及检测器119中的任一者可直接由耦合到计算机系统130的单个计算机系统控制。
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所述系统的子系统(例如，x射线照射源110、射束选择子系统120、样品定位系统140、检测器119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。
计量系统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其它系统接收及/或获取数据或信息(例如，测量结果、建模输入、建模结果等)。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180)接收测量数据(例如，信号135)。举例来说，使用检测器119获得的结果可存储于永久性或半永久性存储器装置(例如，存储器132或180)中。就此来说，测量结果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。例如，由计算机系统130确定的样品参数值170可存储于永久或半永久存储器装置(例如，存储器180)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”可经广义地定义以囊括具有执行来自存储器媒体的指令的一或多个处理器的任一装置。
实施方法(例如本文中所描述的那些方法)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。
在一些实施例中，将如本文中所描述的散射测量分析实施为制作过程工具的一部分。制作过程工具的实例包含但不限于光刻曝光工具、膜沉积工具、植入工具及蚀刻工具。以此方式，使用T-SAXS分析的结果来控制制作过程。在一个实例中，将从一或多个目标收集的T-SAXS测量数据发送到制作过程工具。如本文中所描述而分析所述T-SAXS测量数据且使用结果来调整制作过程工具的操作。
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、小尺寸结构(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，用如本文中所描述的T-SAXS测量系统来执行包含但不限于自旋转移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)及相变随机存取存储器(PC-RAM)的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。
图7图解说明适合用于通过本发明的计量系统100来实施的方法200。在一个方面中，应认识到，可经由由计算系统130的一或多个处理器执行的经预编程算法实施方法200的数据处理框。虽然在计量系统100的上下文中呈现以下说明，但本文中应认识到，计量系统100的特定结构方面不表示限制且应仅解释为说明性的。
在框201中，在有限发射区域上方产生一定量的x射线辐射。
在框202中，从一或多个反射表面反射所述量的x射线辐射的至少一部分。与一或多个反射表面上的任一位置处的反射相关联的物平面的位置及像平面的位置为固定的。
在框203中，在垂直于x射线光学系统的中心轴线的方向上调整一或多个可移动狭缝或孔径相对于x射线光学系统的位置以控制有限发射区域的图像的光学放大率。
在框204中，调整一或多个可移动狭缝或孔径的开口以基于一或多个狭缝或孔径的位置而控制选自x射线辐射的x射线照射射束的发散度。x射线照射射束入射于受测量样品上。
在框205中，检测响应于入射x射线照射射束而从受测量样品散射的x射线辐射。
在框206中，基于所检测x射线辐射而确定与安置在受测量样品上的测量目标相关联的所关注参数的值。
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,覆叠光栅结构之间的覆叠位移等)。结构可包含三维结构、经图案化结构、覆叠结构等。
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表征任一方面(包含临界尺寸应用及覆叠计量应用)中的样品的任一系统。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，本文中所描述的计量系统可经配置以用于测量经图案化晶片及/或未图案化晶片。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检验工具(涉及同时来自一或多个平台的数据)，以及受益于本文中所描述的测量技术的任何其它计量或检验工具。
本文中描述可用于处理样品的半导体处理系统(例如，检验系统或光刻系统)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”一般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。通常可在半导体制作设施中找到及/处理此类衬底。在一些情形中，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。或者，晶片可包含形成于衬底上的一或多个不同材料层。形成于晶片上的一或多个层可“经图案化”或“未图案化”。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”可为在光罩制作过程的任何阶段的光罩或者可释放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一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。光罩可在光刻过程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经图案化或未经图案化。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。此类材料层的形成及处理可最终产生完成装置。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涵盖其上制作有此项技术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，所描述的功能可以硬件、软件、固件或其任何组合实施。如果以软件实施，那么所述功能可作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或者经由计算机可读媒体传输。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及通信媒体两者，包含促进将计算机程序从一个地方传送到另一地方的任何媒体。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。通过实例而非限制方式，此类计算机可读媒体可包括：RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置或者可用于以指令或数据结构的形式载运或存储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。并且，可将任何连接恰当地称为计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或无线技术(例如红外线、无线电及微波)从网站、服务器或其它远程源传输软件，那么所述同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(例如红外线、无线电及微波)均包含于媒体的定义内。如本文中所使用，磁盘及光盘包含光盘(CD)、激光光盘、XRF光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘及蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式拷贝数据而光盘借助激光以光学方式拷贝数据。上文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特定具体实施例，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具体实施例。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的实施例的各种特征的各种修改、改动及组合。

Claims (25)

1.一种计量系统，其包括：
照射子系统，其包含：
x射线照射源，其经配置以产生x射线辐射，所述x射线照射源具有有限发射区域；
聚焦光学元件，其具有一或多个反射表面，其中与在所述一或多个反射表面上的任一位置处的反射相关联的物平面的位置及像平面的位置为固定的；及
射束选择子系统，其包含位于在所述x射线照射源与受测量样品之间的射束路径中的一或多个可移动狭缝或孔径，其中在垂直于所述照射子系统的中心轴线的方向上所述一或多个可移动狭缝或孔径相对于所述x射线辐射的位置控制所述照射子系统的光学放大率，且其中所述一或多个可移动狭缝或孔径的开口基于所述一或多个狭缝或孔径的所述位置而控制从所述聚焦光学元件反射且选自所述x射线辐射的x射线照射射束的发散度，所述x射线照射射束入射于所述受测量样品上；及
x射线检测器，其经配置以检测与响应于所述入射x射线照射射束而从所述受测量样品散射的辐射量相关联的强度。
2.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述x射线照射源的所述有限发射区域的形状及大小为可调整的。
3.根据权利要求2所述的计量系统，其进一步包括：
计算系统，其经配置以：
将第一命令信号传递到所述射束选择子系统，所述第一命令信号致使至少一个致动器使所述一或多个可移动狭缝或孔径在垂直于所述照射子系统的所述中心轴线的所述方向上相对于所述x射线辐射移动到与所述照射子系统的所要放大率对应的所要位置且将所述一或多个狭缝或孔径的所述开口调整到与所述入射x射线照射射束的所要发散度对应的所要开口；且
将第二命令信号传递到所述照射源，所述第二命令信号致使所述照射源改变所述有限发射区域的大小、形状或大小及形状两者。
4.根据权利要求3所述的计量系统，其中所述第二命令信号还致使所述照射源调整产生所述x射线辐射的电子束的功率。
5.根据权利要求4所述的计量系统，其中所述有限发射区域的所述大小、形状或大小及形状两者的所述改变及对所述电子束的所述功率的所述调整会最大化所产生x射线通量，使得使用由所述入射x射线照射射束照射的所述样品的最大可允许区域。
6.根据权利要求3所述的计量系统，其中由所述入射x射线照射射束照射的所述样品的所述区域的所要大小及形状为圆形的或椭圆形的。
7.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述射束选择子系统位于在所述照射源与所述聚焦光学元件之间的所述x射线照射射束的光学路径、在所述聚焦光学元件与所述样品之间的所述x射线照射射束的光学路径或其组合中。
8.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：
样品定位系统，其经配置以使所述受测量样品相对于所述入射x射线照射射束以多个入射角定位，其中所述多个入射角介于法线入射到与法线呈至少20度的入射之间的范围内。
9.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述聚焦光学元件为椭圆形状的。
10.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述照射源与所述一或多个反射表面之间的距离为至少50毫米。
11.根据权利要求1所述的计量系统，其中照射子系统的所述光学放大率介于从至少2到5或更大的范围内。
12.一种x射线照射子系统，其包括：
x射线照射源，其经配置以产生一定量的x射线辐射，其中所述x射线照射源的有限发射区域的形状及大小为可调整的；
聚焦光学元件，其具有一或多个反射表面，其中与在一或多个反射表面上的任一位置处的反射相关联的物平面的位置及像平面的位置为固定的；及
射束选择子系统，其包含位于在所述x射线照射源与受测量样品之间的射束路径中的一或多个可移动狭缝或孔径，其中在垂直于所述x射线照射子系统的中心轴线的方向上所述一或多个可移动狭缝或孔径相对于所述x射线辐射的位置控制所述照射子系统的光学放大率，且其中所述一或多个可移动狭缝或孔径的开口基于所述一或多个狭缝或孔径的所述位置而控制从所述聚焦光学元件反射且选自经反射的所述x射线辐射的x射线照射射束的发散度，所述x射线照射射束入射于所述受测量样品上。
13.根据权利要求12所述的x射线照射子系统，其进一步包括：
计算系统，其经配置以：
将第一命令信号传递到所述射束选择子系统，所述第一命令信号致使至少一个致动器使所述一或多个可移动狭缝或孔径在垂直于所述x射线照射子系统的所述中心轴线的所述方向上相对于所述x射线辐射移动到与所述照射子系统的所要放大率对应的所要位置且将所述一或多个狭缝或孔径的所述开口调整到与所述入射x射线照射射束的所要发散度对应的所要开口；且
将第二命令信号传递到所述照射源，所述第二命令信号致使所述照射源改变所述有限发射区域的大小、形状或大小及形状两者。
14.根据权利要求13所述的计量系统，其中所述第二命令信号还致使所述照射源调整产生所述x射线辐射的电子束的功率。
15.根据权利要求14所述的计量系统，其中所述有限发射区域的所述大小、形状或大小及形状两者的所述改变及对所述电子束的所述功率的所述调整会最大化所产生x射线通量，使得使用由所述入射x射线照射射束照射的所述样品的最大可允许区域。
16.根据权利要求12所述的x射线照射子系统，其中所述射束选择子系统位于在所述照射源与所述聚焦光学元件之间的所述x射线照射射束的光学路径、在所述聚焦光学元件与所述样品之间的所述x射线照射射束的光学路径或其组合中。
17.根据权利要求12所述的x射线照射子系统，其中所述聚焦光学元件为椭圆形状的。
18.根据权利要求12所述的x射线照射子系统，其中所述照射源与所述一或多个反射表面之间的距离为至少50毫米。
19.根据权利要求12所述的x射线照射子系统，其中照射子系统的所述光学放大率介于从至少2到5或更大的范围内。
20.一种方法，其包括：
在有限发射区域上方产生一定量的x射线辐射；
使所述所产生x射线辐射的至少一部分从一或多个反射表面反射，其中与在所述一或多个反射表面上的任一位置处的反射相关联的物平面的位置及像平面的位置为固定的；及
在垂直于x射线光学系统的中心轴线的方向上调整一或多个可移动狭缝或孔径相对于所述x射线光学系统的位置以控制所述有限发射区域的图像的光学放大率；
调整所述一或多个可移动狭缝或孔径的开口以基于所述一或多个狭缝或孔径的所述位置而控制选自所述x射线辐射的x射线照射射束的发散度，所述x射线照射射束入射于受测量样品上；
检测响应于所述入射x射线照射射束而从所述受测量样品散射的x射线辐射；及
基于所述所检测x射线辐射而确定与安置于所述受测量样品上的测量目标相关联的所关注参数的值。
21.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括：
调整所述有限发射区域的形状、所述有限发射区域的大小或两者。
22.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括：
调整产生所述x射线辐射的电子束的功率。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述有限发射区域的所述大小、形状或大小及形状两者的所述改变及对所述电子束的所述功率的所述调整会最大化所产生x射线通量，使得使用由所述入射x射线照射射束照射的所述样品的最大可允许区域。
24.根据权利要求20所述的方法，其中所述一或多个反射表面包含旋转椭球体、圆柱体、椭圆柱体、球体及超环面体中的任一者的几何形状。
25.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括：
使所述受测量样品相对于x射线辐射的所述入射射束以多个入射角定位，其中所述多个入射角介于法线入射到与法线呈至少20度的入射之间的范围内。
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