CN115398563A - 具有经改进滤波的软x射线光学器件 - Google Patents

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Abstract

本文中呈现有效地传播在所要能量范围内的x射线辐射且拒绝在所述所要能量范围之外的辐射的光学元件。在一个方面中，基于x射线的系统的一或多个光学元件包含集成光学滤波器，其包含吸收具有在所要能带之外的能量的辐射的一或多个材料层。一般来说，所述集成滤波器通过抑制光谱的红外(IR)、可见光(vis)、紫外(UV)、极紫外(EUV)部分或任何其它非所要波长区域内的反射率而改进基于x射线的系统的光学性能。在另一方面中，一或多个扩散屏障层防止所述集成光学滤波器的降级、防止所述集成光学滤波器与其它材料层之间的扩散或两者。在一些实施例中，集成光学滤波器的一或多个材料层的厚度在所述滤波器的空间区域内变动。

Description

具有经改进滤波的软X射线光学器件
技术领域
所描述的实施例涉及x射线光学器件且更特定来说，涉及用于滤除光学系统中的带外辐射的薄膜光学层。
背景技术
半导体装置(例如逻辑及存储器装置)通常由应用到样品的一系列处理步骤制造。半导体装置的各种特征及多个结构层级是由这些处理步骤形成。例如，光刻尤其是涉及在半导体晶片上产生图案的一个半导体制造过程。半导体制造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。多个半导体装置可制造于单个半导体晶片上且接着被分离成个别半导体装置。
在半导体制造过程期间的各个步骤使用计量过程以检测晶片上的缺陷以促进更高良率。通常使用基于包含散射测量及反射测量实施方案的技术的数个计量以及相关联分析算法以特性化纳米级结构的关键尺寸、膜厚度、组合物及其它参数。
传统上，散射测量关键尺寸测量是在由薄膜及/或重复周期性结构组成的目标上执行。在装置制造期间，这些膜及周期性结构通常表示实际装置几何形状及材料结构或中间设计。随着装置(例如，逻辑及存储器装置)朝向更小纳米级尺寸发展，特性化变得更困难。并入复杂三维几何形状及具有不同物理性质的材料的装置促成特性化困难。
基于基于x射线的散射测量及反射测量的计量系统已成为用于半导体结构的尺寸计量的适合工具。基于x射线的计量系统已展现对于低及高长宽比结构两者的测量能力。在一些应用中，基于x射线的计量系统具备与切割道目标兼容的照明束光点大小。基于x射线的计量系统已使得有效地开发且验证具挑战性测量应用的测量配方且在无大量先前尺寸及材料组合物信息的情况下在大批量制造(HVM)环境中操作可行。
高反射性多层光学器件是基于x射线的测量及处理系统的光学系统的关键组件。高反射性多层光学器件通常采用不同材料膜层的重复对。每一对层包含吸收剂材料层及间隔件材料层。常见吸收剂材料包含钨(W)、二硅化钨(WSi2)、钌(Ru)、钒(V)、镧(La)、钼(Mo)、二氧化钛(TiO2)、镍(Ni)等。常见间隔件材料包含碳(C)、氮化硼(BN)、碳化硼(B4C)、硅(Si)等。
图1描绘用于软x射线应用中的多层光学器件10的横截面视图的说明。多层涂层12的一组重复对经制造于硅衬底11上方。说明多层涂层的顶部四个重复对13A到D。多层涂层的每一重复对包含间隔件层(例如，重复对13A的层15)及吸收剂层(例如，重复对13A的层14)。在图1中描绘的实施例中，间隔件层是由钪(Sc)制成，且吸收剂层是由铬(Cr)制成。在一个实施例中，一组多层涂层12包含多层涂层的四百个重复对。一组多层涂层的空间周期P(即，每一重复材料对的厚度)是1.56纳米以满足布拉格(Bragg)条件。在埃里克森(Eriksson)、弗雷德里克(Fredrik)等人的“水窗的Cr Sc x射线多层镜的14.5％近法向入射反射率(14.5％near-normal incidence reflectance of Cr Sc x-ray multilayermirrors of the water window)”，光学快报(Optics letters)28-24(2003年)：第2494到2496页中呈现图1中描绘的多层光学器件的额外描述，其内容的全文以引用的方式并入本文中。
多层光学器件10的反射率通常对于入射角及光束能量(即，波长)极其敏感。图2是说明依据五度的入射角的光束能量而变化的多层光学器件10的反射率的模拟的标绘图20。模拟采用假定理想、平坦接口的菲涅尔(Fresnel)方程式。与每一材料相关联的光学常数(即，Δ及β常数)是使用来自劳伦斯伯克利(Lawrence Berkeley)国家实验室的材料科学部的X射线光学器件中心(CXRO)的散射因子表导出(可经由因特网在http://henke.lbl.gov/optical_constants/存取)。如图2中描绘，在399电子伏特(3.11纳米)的光束能量(其在软x射线辐射的范围(例如，80eV到3,000eV)内)下实现53.1％的最大反射率。
基于宽带、软x射线的计量需要在软x射线波长下的高反射率。然而，较低能量辐射(例如，EUV、UV、可见光、IR)污染基于软x射线的测量。不幸地，如图2中说明，在软X射线系统中采用的传统多层光学器件10在极紫外(EUV)光谱(例如，10eV到80eV)中展现高反射率。此是由随着光子能量降低而增加空气与镜材料(例如，Cr或Sc)之间的折射率的对比度而引起。因此，采用传统多层光学器件10的基于软x射线的系统经受EUV光污染。
传统上，在软x射线系统的光学路径中采用一或多个透射、独立光学滤波器以过滤所要软x射线能带(例如，EUV、UV、可见光、IR)之外的光污染。这些透射性、独立光学滤波器是由跨越x射线光束的横截面(例如，跨数百微米到数毫米)的极薄材料薄膜(例如，5到50纳米厚)制成。在相对大距离内未经支撑的这些极薄薄膜昂贵且极其脆弱。此负面影响当前基于软x射线的系统的可靠性及实用性。
总之，需要具有经改进光学器件的基于x射线的系统。经改进光学器件应实现所要能量范围内的x射线辐射的有效传播及所要能量范围之外的辐射的拒绝。特定来说，期望能够传播宽带、软x射线辐射且拒绝在光谱的EUV、UV、可见光及IR部分中的波长的光学器件。
发明内容
本文中呈现有效地传播在所要能量范围内的x射线辐射且拒绝在所述所要能量范围之外的辐射的光学元件。通过非限制性实例，本文中描述的所述光学元件经实施于x射线计量系统、投影光刻系统、显微镜系统、天文系统、光谱系统、包含激光腔及光学器件的激光照明源、同步加速器照明源等中的任何者中。
在一个方面中，基于x射线的系统的一或多个光学元件包含集成光学滤波器，所述集成光学滤波器包含吸收具有在所要能带之外的能量的辐射的一或多个材料层。一般来说，所述集成滤波器通过抑制光谱的红外(IR)、可见光(vis)、紫外(UV)、极紫外(EUV)部分或任何其它非所要波长区域内的反射率而改进基于x射线的系统的光学性能。
在一些实施例中，多层X射线反射光学器件包含集成光学滤波器，所述集成光学滤波器包含吸收具有低于所要能带的能量的辐射的一或多个材料层。取决于所要波长范围或待吸收波长范围，所述集成光学滤波器可包含单个材料层、两个材料层或多于两个材料层。
在另一方面中，集成光学滤波器包含用于防止外部环境对所述集成光学滤波器的降级、防止所述集成光学滤波器与其它材料层之间的扩散或两者的一或多个扩散屏障层。在许多实施例中，薄扩散屏障层有效地增加多层光学器件的寿命而不影响其光学性能。
在另一方面中，集成光学滤波器的一或多个层的厚度在所述滤波器的空间区域内变动。
前文是概述且因此必然含有细节的简化、概括及省略；因此，所属领域的技术人员将了解，所述概述仅是说明性且不以任何方式限制。本文中描述的装置及/或过程的其它方面、发明特征及优点将在本文中所陈述的非限制性详细描述中变得显而易见。
附图说明
图1描绘用于软x射线应用中的多层光学器件10的横截面视图的说明。
图2是说明依据五度的入射角的光束能量而变化的多层光学器件10的反射率的模拟的标绘图20。
图3描绘在一个实施例中包含集成光学滤波器101的多层X射线反射光学器件100。
图4描绘说明图3中描绘的多层x射线反射光学器件100的反射率的模拟的标绘图110。
图5描绘说明针对集成光学滤波器的不同厚度的图3中描绘的多层x射线反射光学器件100的反射率的模拟的标绘图120。
图6描绘在一个实施例中包含集成光学滤波器131的多层X射线反射光学器件130。
图7描绘说明图6中描绘的多层x射线反射光学器件130的反射率的模拟的标绘图140。
图8描绘说明在从30eV到130eV的污染带内的图7中描绘的多层x射线反射光学器件130的反射率的模拟的标绘图150。
图9描绘说明针对Te层133的各种厚度及SiO2层132的10.5纳米的恒定厚度的在从30eV到70eV的光子能带内的图6中描绘的多层x射线反射光学器件130的反射率的模拟的标绘图160。
图10描绘说明针对SiO2层132的各种厚度及Te层133的14.4纳米的恒定厚度的在从30eV到70eV的光子能带内的图6中描绘的多层x射线反射光学器件130的反射率的模拟的标绘图170。
图11描绘表180的说明，表180针对图9及10中说明的Te及SiO2层厚度的不同组合概述图6中描绘的多层x射线反射光学器件130在三个不同污染带内的平均反射率及在所关注软X射线波长(397.9eV)下的反射率。
图12描绘包含集成光学滤波器191的多层X射线反射光学器件190。
图13描绘弯曲光学元件260，其包含安置于弯曲光学元件的表面上的集成光学滤波器262。
图14说明在至少一个新颖方面中用于测量样品的特性的RSAXS计量工具200的实施例。
图15是说明包含以分段式环形配置绕光束轴A安置的四个镜元件的聚焦光学器件的端视图的简化图式。
图16描绘按通过入射角θ及方位角φ描述的特定定向入射于晶片上的x射线照明光束。
图17说明在至少一个新颖方面中用于测量样品的特性的RSAXS计量工具300的另一实施例。
具体实施方式
现将详细参考本发明的背景实例及一些实施例，在随附图式中说明其实例。
本文中呈现有效地传播在所要能量范围内的x射线辐射且拒绝在所要能量范围之外的辐射的光学元件。另外，还呈现包含有效地传播在所要能量范围内的x射线辐射且拒绝在所要能量范围之外的辐射的光学元件的基于x射线的计量系统。特定来说，基于宽带、软x射线的计量系统采用传播宽带、软x射线辐射且拒绝在EUV、UV、可见光、IR或其任何组合中的波长的光学元件。
在一个方面中，基于x射线的系统的一或多个光学元件包含集成光学滤波器，所述集成光学滤波器包含吸收具有低于所要能带的能量的辐射的一或多个材料层。在一些实施例中，集成光学滤波器吸收具有高于10纳米(即，小于123.9电子伏特)的波长的辐射。在一些实施例中，集成光学滤波器吸收具有高于13.7纳米(即，小于90电子伏特)的波长的辐射。在一些实施例中，集成光学滤波器吸收具有高于12.4纳米(即，小于100电子伏特)的波长的辐射。在一些实施例中，集成光学滤波器吸收具有高于10.3纳米(即，小于120电子伏特)的波长的辐射。一般来说，集成滤波器通过抑制光谱的红外(IR)、可见光(vis)、紫外(UV)、极紫外(EUV)部分或任何其它非所要波长区域内的反射率而改进基于x射线的系统的光学性能。
通过非限制性实例，x射线计量系统、投影光刻系统、显微镜系统、天文系统、光谱系统、包含激光腔及光学器件的激光照明源、同步加速器照明源等的一或多个光学元件包含用于吸收非所要辐射的集成光学滤波器。
在一些实施例中，多层X射线反射光学器件包含集成光学滤波器，所述集成光学滤波器包含吸收具有低于所要能带的能量的辐射的一或多个材料层。取决于所要波长范围或待吸收波长范围，集成光学滤波器可包含单个材料层、两个材料层或多于两个材料层。通常来说，为了最佳π相位匹配(即，180度相位匹配)选择每一层的厚度以在待抑制光子能量的范围内最大化消光。每一材料层的厚度通常位于一与一百纳米之间的范围内。
针对包含安置于一组重复对的反射性多层涂层的顶部上的单个材料层的集成光学滤波器，可通过方程式(1)及(2)近似计算单个材料层的光学折射率nfilter及厚度tfilter，其中ntop是下伏组的重复对的反射性多层涂层的顶层的折射率，θ是入射光束的入射角，且λ是入射光束的波长。
Figure BDA0003868071810000051
Figure BDA0003868071810000052
实践上，通过执行由方程式(1)及(2)导引的各种材料的一系列厚度优化而导引集成光学滤波器的材料及沉积厚度的选择。例如，多层结构的复杂性可使最佳厚度移位以实现远离由方程式(2)作出的厚度估计的最佳消光谷。另外，识别可有效地沉积于完美匹配方程式(1)的要求的薄层中的材料还具挑战性。因此，实践上，方程式(1)有助于窄化候选材料的清单，且方程式(2)提供厚度优化的良好起始点。
另外，很少有带外污染(例如，EUV污染)位于尖锐波长带内。因此，单个材料层的选择及厚度优化将通常涉及关于带外吸收的折衷。如果这些折衷使单层滤波器无效，那么应考虑不同材料的一或多个额外层。
图3描绘包含集成光学滤波器101的多层X射线反射光学器件100。图3中描绘的相同数字的元件与参考图1描述的所述元件相同。如图3中描绘，集成光学滤波器101包含明确地制造于所述一组重复对的多层涂层12的顶部上的材料层。在一个实例中，集成光学滤波器101是沉积于铬吸收剂层14的顶部上的二氧化硅(SiO2)层。
图4描绘说明图3中描绘的多层x射线反射光学器件100的反射率的模拟的标绘图110。标绘线111描绘无集成光学滤波器101的依据光束能量而变化的多层x射线反射光学器件100的反射率。标绘线112描绘具有具备单层SiO2(其具有10纳米的厚度)的集成光学滤波器101的依据光束能量而变化的多层x射线反射光学器件100的反射率。如图4中说明，集成光学滤波器101消除41.6eV的辐射的99.3％，且仅吸收所关注波长(397.9eV)的辐射的5.4％。在从30eV到130eV的污染带内，相较于未滤波案例，集成光学滤波器将平均反射率减小8倍。
图5描绘说明针对集成光学滤波器的不同厚度的图3中描绘的多层x射线反射光学器件100的反射率的模拟的标绘图120。标绘线121描绘具有具备单层SiO2(其具有8纳米的厚度)的集成光学滤波器101的多层x射线反射光学器件100的反射率的模拟。标绘线122描绘具有具备单层SiO2(其具有10纳米的厚度)的集成光学滤波器101的多层x射线反射光学器件100的反射率的模拟。标绘线123描绘具有具备单层SiO2(其具有12纳米的厚度)的集成光学滤波器101的多层x射线反射光学器件100的反射率的模拟。随着厚度从8纳米改变到12纳米，第一消光谷从47.0eV(26.4纳米)移位到39.1eV(31.7纳米)。另外，第二消光谷从115.1eV(10.8纳米)移位到83.9eV(14.8纳米)。以此方式，通过调整集成光学滤波器101的厚度而调谐其阻带。
在一些实施例中，单层集成光学滤波器的带宽太窄而无法充分抑制所关注污染波长的范围。在这些实施例中，采用具有两个层或更多层的集成光学滤波器。在一些实施例中，多层集成光学滤波器可吸收较少x射线系统操作的所要波长的辐射。
一般来说，多层集成光学滤波器的层的顺序可为任意的。然而，在优选实施例中，最佳匹配空气的折射率(例如，较小Δ及β)的多层集成光学滤波器的材料层经安置于多层堆叠的顶部上以允许穿过空气/层接口的更多辐射。
图6描绘包含集成光学滤波器131的多层X射线反射光学器件130。图6中描绘的相同数字的元件与参考图1描述的所述元件相同。如图6中描绘，集成光学滤波器131包含明确地制造于所述一组重复对的多层涂层12的顶部上的两个材料层132及133。在一个实例中，层132是沉积于铬吸收剂层14的顶部上的二氧化硅(SiO2)层且层133是沉积于SiO2层132的顶部上的碲(Te)层。Te层133经沉积于顶部上，这是因为相较于低于60eV的SiO2，其具有显著更小Δ及β值。集成光学滤波器131在其中污染主要集中在从30eV到60eV的光子能量范围内的x射线系统中是优选的。
图7描绘说明图6中描绘的多层x射线反射光学器件130的反射率的模拟的标绘图140。标绘线141描绘无集成光学滤波器131的依据光子能量而变化的多层x射线反射光学器件130的反射率。标绘线142描绘具有具备SiO2层132(其具有10.5纳米的厚度)及Te层133(其具有14.4纳米的厚度)的集成光学滤波器131的依据光子能量而变化的多层x射线反射光学器件100的反射率。如图7中说明，相较于图4中说明的集成光学滤波器101，集成光学滤波器131具有宽得多的阻带。集成光学滤波器131包含低于60eV的三个消光谷。另外，相较于未滤波案例，集成光学滤波器131仅吸收所关注波长(397.9eV)的辐射的13.8％。
图8描绘说明在从30eV到130eV的污染带内的图7中描绘的多层x射线反射光学器件130的反射率的模拟的标绘图150。如图8中描绘，峰值消光发生在41.2eV下，其中光子能量的98.9％被吸收。相较于在从30eV到60eV的所关注污染带内的未滤波案例，集成光学滤波器130将平均反射率减小17倍。
图9描绘说明针对Te层133的各种厚度及SiO2层132的10.5纳米的恒定厚度的在从30eV到70eV的光子能带内的图6中描绘的多层x射线反射光学器件130的反射率的模拟的标绘图160。标绘线161描绘具有具备13.4纳米的厚度的Te层133的多层x射线反射光学器件130的反射率。标绘线162描绘具有具备14.4纳米的厚度的Te层133的多层x射线反射光学器件130的反射率。标绘线163描绘具有具备15.4纳米的厚度的Te层133的多层x射线反射光学器件130的反射率。
图10描绘说明针对SiO2层132的各种厚度及Te层133的14.4纳米的恒定厚度的在从30eV到70eV的光子能带内的图6中描绘的多层x射线反射光学器件130的反射率的模拟的标绘图170。标绘线171描绘具有具备9.5纳米的厚度的SiO2层132的多层x射线反射光学器件130的反射率。标绘线172描绘具有具备10.5纳米的厚度的SiO2层132的多层x射线反射光学器件130的反射率。标绘线173描绘具有具备11.5纳米的厚度的SiO2层132的多层X射线反射光学器件130的反射率。如图9及10中说明，改变Te层133的厚度影响第一消光谷164及第三消光谷166的位置，而改变SiO2层132的厚度使第二消光谷165的位置移位。
图11描绘表180的说明，表180针对图9及10中说明的Te及SiO2层厚度的不同组合概述图6中描绘的多层x射线反射光学器件130在三个不同污染带内的平均反射率及在所关注软x射线波长(397.9eV)下的反射率。在一个实例中，x射线系统的照明源的输出光谱指定其中期望最大抑制的污染波带。表180用于选择用于在经识别污染波带内抑制光子能量的膜厚度的最佳组合。
在一些实施例中，X射线光学元件经设计以支持多个所关注波长。在一些这些实施例中，集成光学滤波器包含在全部所关注波长内优化的单层或多层组合。在一些其它实施例中，集成光学滤波器包含各自在全部所关注波长的不同部分内优化且各自优化以抑制至少一个污染带的多个单个层或多个多层组合。
在另一方面中，集成光学滤波器包含用于防止外部环境对集成光学滤波器的降级、防止集成光学滤波器与其它材料层之间的扩散或两者的一或多个扩散屏障层。在许多实施例中，薄扩散屏障层有效地增加多层光学器件的寿命而不影响其光学性能。
图12描绘包含集成光学滤波器191的多层X射线反射光学器件190。图12中描绘的相同数字的元件与参考图1及6描述的所述元件相同。如图12中描绘，集成光学滤波器191包含沉积于铬吸收剂层14的顶部上及SiO2层132下方的扩散屏障层192。在此实施例中，扩散屏障层192防止氧及水使所述一组重复对的多层涂层12降级，且还保护所述一组重复对的多层涂层12免于扩散到SiO2层132及Te层133中。在另一实施例中，扩散屏障层192沉积于SiO2层132的顶部上及Te层133下方。在又一实施例中，扩散屏障层192沉积于Te层133的顶部上。在这些实施例中，扩散屏障层192防止氧及水使所述一组重复对的多层涂层12降级。一般来说，一或多个扩散屏障层可沉积于集成光学滤波器的堆叠中的任何处。
一般来说，集成光学滤波器可定位于多层光学元件的堆叠中的任何处。在一些实施例中，集成光学滤波器定位于如图3、6及12中说明的多层X射线反射光学器件的层堆叠的顶部上。在一些其它实施例中，集成光学滤波器定位于多层X射线反射光学器件的层堆叠中的一组重复对的多层涂层下方(例如，所述一组重复对的多层涂层12与衬底11之间)。
在一些实施例中，集成光学滤波器的一或多个层是由化学惰性材料制成以改进光学元件的稳定性及寿命。在这些实施例中，集成光学滤波器定位于多层X射线反射光学器件的层堆叠的顶部上，从而使所述一组重复对的多层涂层与外部环境分离。以此方式，集成光学滤波器还用作防止周围环境对重复对的多层涂层的污染的保护层。
通过非限制性实例，化学惰性且是集成光学滤波器的一或多个层的适合候选者的材料包含纯元素(例如，碲、碳、镁)及化合物(例如，碳化硼(B4C)、氮化硅(Si3N4)、氧化硅(SiO2))。可通过各种沉积技术(例如溅镀)将这些材料以薄层沉积于多层反射涂层的顶部上。另外，这些材料层的沉积可直接由用于制造多层反射涂层的制造工具(例如，磁控溅镀工具)执行。
在另一方面中，集成光学滤波器的一或多个层的厚度在滤波器的空间区域内变动。在一些实施例中，x射线光学元件是弯曲的且集成光学滤波器的一或多个层具有梯度厚度，所述梯度厚度跟踪沿着弯曲光学器件的入射角，使得入射光具有穿过吸收材料的相同路径长度而无关于沿着弯曲光学器件的入射位置。以此方式，集成光学元件的抑制效率沿着整个光学表面是均匀的。
图13描绘弯曲光学元件260，其包含安置于弯曲光学元件的表面上的集成光学滤波器262。来自源264的入射光266从弯曲光学元件260反射。反射光267通过弯曲光学元件260聚焦到焦点区域265。入射光266在相对大区域内入射于弯曲光学元件260的表面上。换句话说，入射光束的不同部分从弯曲光学元件260的表面上具有显著不同曲率的不同位置反射。例如，入射于点268处的光以角度α1入射到弯曲光学元件260的表面，且入射于点269处的光以不同角度α2入射。如图13中描绘，入射于点268处的光横越穿过集成光学滤波器262的路径长度L1。路径长度L1与集成光学元件262在点268处的入射角α1及厚度T1相关，如由方程式(3)描述。
Figure BDA0003868071810000091
而且，如图13中描绘，入射于点269处的光横越穿过集成光学滤波器262的路径长度L2。路径长度L2与集成光学元件262在点269处的入射角α2及厚度T2相关，如由方程式(4)描述。
Figure BDA0003868071810000092
在所描绘实施例中，集成滤波元件262在点268处的厚度T1及集成滤波元件262在点269处的厚度经选择以根据方程式(5)维持在两个位置处穿过集成光学滤波器262的相同路径长度。
Figure BDA0003868071810000101
基于X射线的计量系统用于基于x射线照明测量与不同半导体制造过程相关联的半导体结构的结构及材料特性(例如，结构及膜的材料组合物、尺寸特性等)。
在一些实施例中，基于x射线的计量系统基于高亮度、多色反射小角度x射线散射测量(RSAXS)执行半导体结构的测量。在华克(Wack)等人的第2019/0017946号美国专利公开案中提供进一步描述，所述案的内容的全文以引用的方式并入本文中。
半导体晶片的RSAXS测量是以小光束光点大小(例如，跨有效照明点小于50微米)在波长、入射角及方位角的范围内执行。在一个方面中，RSAXS测量是使用在软x射线(SXR)区域(即，80eV到3000eV)中的x射线辐射以在5度到20度的范围内的掠入射角执行。用于特定测量应用的掠射角经选择以实现到受测量结构中的所要穿透且用小光束光点大小(例如，小于50微米)最大化测量信息含量。
图14说明用于测量样品的特性的RSAXS计量工具200的实施例。如图14中展示，系统100可用于在由入射照明光束光点照明的样品201的测量区域202上执行RSAXS测量。
在经描绘实施例中，计量工具200包含x射线照明源210、聚焦光学器件211、光束发散度控制狭缝212及狭缝213。x射线照明源210经配置以产生适用于RSAXS测量的SXR辐射。X射线照明源210是多色、高亮度、大光展量源。在一些实施例中，x射线照明源210经配置以产生在80电子伏特与3000电子伏特之间的范围内的x射线辐射。一般来说，能够在足以实现高处理量、线内计量的通量级下产生高亮度SXR的任何适合高亮度x射线照明源可经审慎考虑以供应用于RSAXS测量的x射线照明。
通过非限制性实例，可采用粒子加速器源、液体阳极源、旋转阳极源、固定固体阳极源、微聚焦源、微聚焦旋转阳极源、基于等离子体的源及逆康普顿(Compton)源中的任何者作为x射线照明源210。
示范性x射线源包含经配置以轰击固体或液体目标以模拟x射线辐射的电子束源。在2011年4月19日颁予KLA-Tencor公司的第7,929,667号美国专利中描述用于产生高亮度、液体金属x射线照明的方法及系统，所述专利的全文以引用的方式并入本文中。
在一些实施例中，x射线源包含使x射线源能够在不同、可选择波长下传送x射线辐射的可调谐单色器。在一些实施例中，采用一或多个x射线源以确保x射线源供应允许充分穿透到受测量样品中的波长的光。
在一些实施例中，照明源210是高谐波产生(HHG)x射线源。在一些其它实施例中，照明源210是摆动器/波荡器同步加速器辐射源(SRS)。在第8,941,336号及第8,749,179号美国专利中描述示范性摆动器/波荡器SRS，所述专利的内容的全文以引用的方式并入本文中。
在一些其它实施例中，照明源210是激光器产生等离子体(LPP)光源。在一些这些实施例中，LPP光源包含氙、氪、氩、氖及氮发射材料中的任何者。一般来说，针对谐振SXR区域中的亮度优化适合LPP目标材料的选择。例如，由氪发射的等离子体在硅K边缘处提供高亮度。在另一实例中，由氙发射的等离子体遍及(80eV到3000eV)的整个SXR区域提供高亮度。因而，当期望宽带SXR照明时，氙是发射材料的优选选取。
还可为了可靠及长寿命光源操作优化LPP目标材料选择。惰性气体目标材料(例如氙、氪及氩)是惰性的且可以最小或无去污处理在封闭环路操作中重用。在第2019/0215940号美国专利公开案中描述示范性SXR照明源，所述案的内容的全文以引用的方式并入本文中。
在另一方面中，由照明源(例如，照明源210)发射的波长是可选择的。在一些实施例中，照明源210由计算系统230控制以最大化一或多个所选择的光谱区域中的通量的LPP光源。在目标材料处的激光峰值强度控制等离子体温度及因此经发射辐射的光谱区域。通过调整脉冲能量、脉冲宽度或两者而变动激光峰值强度。在一个实例中，100皮秒脉冲宽度适用于产生SXR辐射。如图14中描绘，计算系统230将命令信号236传达到照明源210，此引起照明源210调整从照明源210发射的波长的光谱范围。在一个实例中，照明源210是LPP光源，且LPP光源调整脉冲持续时间、脉冲频率及目标材料组合物中的任何者以实现从LPP光源发射的波长的所要光谱范围。
X射线照明源210在具有有限横向尺寸(即，正交于光束轴的非零尺寸)的源区域上方产生x射线发射。在一个方面中，照明源210的源区域的特征在于小于20微米的横向尺寸。在一些实施例中，源区域的特征在于10微米或更小的横向尺寸。小的源大小实现以高亮度照明样品上的小目标区域，因此改进测量精确度、准确度及处理量。
一般来说，x射线光学器件塑形且引导x射线辐射到样品201。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射线光束准直或聚焦到样品201的测量区域202上到小于1毫弧度发散度。在一些实施例中，x射线光学器件包含一或多个x射线准直镜、x射线孔隙、x射线光束光阑、折射x射线光学器件、衍射光学器件(例如波带片、史瓦西(Schwarzschild)光学器件、柯克派屈克-贝茨(Kirkpatrick-Baez)光学器件、蒙泰尔(Montel)光学器件、沃尔特(Wolter)光学器件)、镜面x射线光学器件(例如椭球面镜)、多毛细管光学器件(例如中空毛细管x射线波导)、多层光学器件或系统或其任何组合。在第2015/0110249号美国专利公开案中描述进一步细节，所述案的内容的全文以引用的方式并入本文中。
如图14中描绘，聚焦光学器件211将源辐射聚焦到定位于样品201上的计量目标上。有限横向源尺寸导致由来自源的边缘的射线216及由光束狭缝212及213提供的任何光束塑形界定的目标上的有限光点大小202。在一些实施例中，基于x射线的计量系统的多层x射线光学元件(例如RSAXS系统200的聚焦光学元件211)包含如本文中描述的集成光学滤波器。
在一些实施例中，聚焦光学器件211包含椭圆塑形聚焦光学元件。在图14中描绘的实施例中，在椭圆形的中心处的聚焦光学器件211的放大率是近似1。因此，归因于标称掠入射角(例如，5度到20度)，经投影到样品201的表面上的照明光点大小与经调整用于光束扩展的照明源的大小近似相同。
在另一方面中，聚焦光学器件211收集源发射且选择一或多个离散波长或光谱带，且以在5度到20度的范围内的掠入射角将所选择的光聚焦到样品201上。
标称掠入射角经选择以实现计量目标的所要穿透以最大化信号信息含量同时保持在计量目标边界内。硬x射线的临界角非常小，但软x射线的临界角显著更大。由于此额外测量灵活性，RSAXS测量探测更深到具有对掠入射角的精确值的较小灵敏度的结构中。
在一些实施例中，聚焦光学器件211包含选择用于投影到样品201上的所要波长或波长范围的分级多层。在一些实例中，聚焦光学器件211包含分级多层结构(例如，层或涂层)，所述分级多层结构包含选择一个波长且在入射角范围内将所选择的波长投影到样品201上的集成光学滤波器。在一些实例中，聚焦光学器件211包含分级多层结构，所述分级多层结构包含选择波长范围且在一个入射角内将所选择的波长投影到样品201上的集成光学滤波器。在一些实例中，聚焦光学器件211包含分级多层结构，所述分级多层结构包含选择波长范围且在入射角范围内将所选择的波长投影到样品201上的集成光学滤波器。
包含集成光学滤波器的分级多层光学器件对于最小化在单层光栅结构太深时发生的光的损耗是优选的。一般来说，多层光学器件选择反射波长。所选择的波长的光谱带宽优化经提供到样品201的通量、经测量衍射级中的信息含量且防止透过检测器处的角度色散及衍射峰值重叠的信号降级。另外，分级多层光学器件用于控制发散度。针对检测器处的通量及最小空间重叠优化在每一波长下的角度发散度。
在一些实例中，包含集成光学滤波器的分级多层光学器件选择波长以增强来自特定材料接口或结构尺寸的衍射信号的对比度及信息含量，且抑制污染波长(例如大于10纳米的波长)。例如，所选择的波长可经选取以横跨元素特定谐振区域(例如，硅K边缘、氮、氧K边缘等)。另外，在这些实例中，照明源还可经调谐以最大化所选择的光谱区域中的通量(例如，HHG光谱调谐、LPP激光调谐等)。
在一些其它实例中，较少到无先前结构信息在测量时可用。在这些实例中，多个(例如，3到4个)波长经选择以实现跨吸收边缘测量衍射图案。经测量信号实现使用(例如)多波长不规则衍射技术在无先前信息的情况下(除了受测量结构的元素组合物外)进行结构性质的无模型测量。在基于无模型测量估计结构性质之后，可使用基于模型的测量技术进一步细化参数估计。
在一些实例中，受测量计量目标的不规则散射因子(即，散射性质)非先验已知。在这些实例中，在多个谐振波长下测量膜多层反射率。布拉格峰值的角度偏移提供用于提取不规则散射因子的充分信息。
在一些实例中，非谐振x射线反射率测量提供多层周期及接口粗糙度参数的独立估计，此改进基于模型的测量的拟合。在一些实施例中，经组合计量工具包含如本文中描述的多波长SXR衍射子系统及x射线反射测量子系统以改进测量处理量。在一个实施例中，多波长SXR衍射子系统及x射线反射测量子系统采用正交入射平面，此实现同时测量或依序测量而无需移动受测量样品或光学测量子系统中的任一者。在一些实施例中，如果由SXR多层镜提供的AOI范围对于X射线反射测量来说太小，那么可采用晶片旋转、检测器旋转或两者以扩展入射角范围。
在一些实施例中，聚焦光学器件211包含各自具有椭圆表面形状的多个反射光学元件。每一反射光学元件包含衬底及多层涂层及经调谐以反射不同波长或波长范围且抑制不同波长或波长范围的集成光学滤波器。
在一些实施例中，聚焦光学器件211将多个波长、方位角及AOI的光聚焦于相同计量目标区域上。图15描绘包含以分段式环形配置绕光束轴A安置的四个镜元件250A到250D的聚焦光学器件250的端视图(即，沿着光束轴)。每一镜元件包含经调谐以反射不同波长或波长范围的多层涂层及经调谐以抑制不同波长或波长范围的集成光学滤波器。在一些实施例中，每一镜元件250A到250D包含均匀多层设计(即，特定镜元件的表面在所述特定镜元件的整个镜表面区域上方反射相同波长或波长范围)。在一些其它实施例中，每一镜元件包含非均匀多层设计(即，由镜元件反射的波长或波长范围取决于镜表面上的入射位置)。在一些其它实施例中，每一镜元件的形状为椭圆形且在入射角范围内将照明光投影到样品201。另外，由于镜元件是以环形配置布置，因此镜元件在方位角范围内将照明光投影到样品201。虽然图15描绘四个镜元件，但一般来说，聚焦光学器件可包含经布置以将多个波长、方位角及AOI的光聚焦于相同计量目标区域上的任何数目个镜元件。在一些其它实施例中，聚焦光学器件包含嵌套在入射平面中的数个镜元件(即，嵌套式沃尔特配置)。
在另一方面中，通过主动定位聚焦光学器件的一或多个镜元件而调整经投影到相同计量区域上的波长、AOI、方位角的范围或其任何组合。如图14中描绘，计算系统230将命令信号传达到致动器系统215，此引起致动器系统215调整聚焦光学器件211的一或多个光学元件的位置、对准或两者以实现经投影到样品201上的波长、AOI、方位角的所要范围或其任何组合。
一般来说，针对每一波长选择入射角以优化照明光的穿透及由受测量计量目标对照明光的吸收。在许多实例中，测量多层结构且选择入射角以最大化与所要所关注层相关联的信号信息。在叠加计量的实例中，选择波长及入射角以最大化源自来自先前层与当前层的散射之间的干扰的信号信息。另外，还选择方位角以优化信号信息含量。另外，选择方位角以确保检测器处的衍射峰值的角度分离。
在另一方面中，RSAX计量系统(例如，计量工具200)包含用于塑形入射于样品201上的照明光束214且选择性地阻挡将以其它方式照明受测量计量目标的照明光的部分的一或多个光束狭缝或孔隙。一或多个光束狭缝界定光束大小及形状，使得x射线照明光点配合于受测量计量目标的区域内。另外，一或多个光束狭缝界定照明光束发散度以最小化检测器上的衍射级的重叠。
在另一方面中，RSAX计量系统(例如，计量工具200)包含用于选择同时照明受测量计量目标的一组照明波长的一或多个光束狭缝或孔隙。在一些实施例中，包含多个波长的照明同时入射于受测量计量目标上。在这些实施例中，一或多个狭缝经配置以传递包含多个照明波长的照明。一般来说，受测量计量目标的同时照明对于增加信号信息及处理量是优选的。然而，实践上，检测器处的衍射级的重叠限制照明波长的范围。在一些实施例中，一或多个狭缝经配置以依序传递不同照明波长。在一些实例中，较大角度发散度下的依序照明提供较高处理量，这是因为相较于当光束发散度较大时的同时照明，用于依序照明的信噪比可更高。当依序执行测量时，衍射级的重叠的问题并非问题。此增加测量灵活度且改进信噪比。
图14描绘定位于聚焦光学器件211与光束塑形狭缝213之间的光束路径中的光束发散度控制狭缝212。光束发散度控制狭缝212限制经提供到受测量样品的照明的发散度。光束塑形狭缝213定位于光束发散度控制狭缝212与样品201之间的光束路径中。光束塑形狭缝213进一步塑形入射光束214且选择入射光束214的照明波长。光束塑形狭缝213紧接在样品201之前定位于光束路径中。在一个方面中，光束塑形狭缝213的狭缝紧邻样品201定位以最小化归因于由有限源大小界定的光束发散度的入射光束光点大小的扩大。
在一些实施例中，光束塑形狭缝213包含多个经独立致动光束塑形狭缝。在一个实施例中，光束塑形狭缝213包含四个经独立致动光束塑形狭缝。此四个光束塑形狭缝有效地阻挡传入光束的部分且产生具有盒形照明横截面的照明光束214。
光束塑形狭缝213的狭缝是由最小化散射且有效地阻挡入射辐射的材料构成。示范性材料包含单晶材料，例如锗、砷化镓、磷化铟等。通常来说，狭缝材料沿着结晶方向分裂而非锯切以最小化跨结构边界的散射。另外，狭缝相对于传入光束定向，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小量的散射。晶体附接到由高密度材料(例如，钨)制成的每一狭缝固持器以完全阻挡狭缝的一个侧上的x射线光束。
X射线检测器219收集从样品201散射的x射线辐射218且根据RSAXS测量模态产生指示对入射x射线辐射灵敏的样品201的性质的输出信号235。在一些实施例中，由x射线检测器219收集散射x射线218，同时样品定位系统240定位且定向样品101以产生角度解析的散射x射线。
在一些实施例中，RSAXS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。在一些实施例中，单个光子计数检测器检测检测到的光子的位置及数目。
在一些实施例中，x射线检测器解析一或多个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219包含CCD阵列、微通道板、光电二极管阵列、微带比例计数器、充气比例计数器、闪烁器或荧光材料中的任何者。
以此方式，除像素位置及计数数目之外，检测器内的X射线光子相互作用还通过能量鉴别。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阈值及预定下阈值而鉴别X射线光子相互作用。在一个实施例中，经由输出信号235将此信息传达到计算系统230以供进一步处理及存储。
归因于衍射中的角度色散而在检测器处分离源自多个照明波长对周期性目标的同时照明的衍射图案。在这些实施例中，采用积分检测器。使用区域检测器(例如，真空兼容背侧CCD或混合像素阵列检测器)测量衍射图案。针对布拉格峰值积分优化角度取样。如果采用像素级模型拟合，那么针对信号信息含量优化角度取样。采样率经选择以防止零级信号的饱和。
在另一方面中，采用RSAXS系统以基于散射光的一或多个衍射级确定样品的性质(例如，结构参数值)。如图14中描绘，计量工具100包含用于获取由检测器219产生的信号235且至少部分基于经获取信号确定样品的性质的计算系统130。
在一些实例中，基于RSAXS的计量涉及由经测量数据对预定测量模型的逆求解而确定样本的尺寸。测量模型包含数个(约十个)可调整参数且代表样品的几何形状及光学性质以及测量系统的光学性质。逆求解的方法包含(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，通过求解最小化经测量散射x射线强度与模型化结果之间的误差的参数化测量模型的值而估计目标轮廓参数。
可期望在波长、入射角及方位角的大范围下执行测量以增加经测量参数值的精确度及准确度。此方法通过扩展可用于分析的数据集的数目及多样性而减小参数之间的相关性。
收集依据照明波长及相对于晶片表面法线的x射线入射角而变化的衍射辐射的强度的测量。多个衍射级中含有的信息通常在每一所考虑模型参数之间是唯一的。因此，x射线散射产生具有小误差及减小的参数相关性的针对所关注参数的值的估计结果。
照明x射线光束214相对于半导体晶片201的表面法线的每一定向通过晶片201相对于x射线照明光束214的任何两个角度旋转描述，或反之亦然。在一个实例中，可相对于固定到晶片的坐标系统描述定向。图16描绘按由入射角θ及方位角φ描述的特定定向入射于晶片201上的x射线照明光束214。坐标系XYZ固定到计量系统(例如，照明光束216)且坐标系X’Y’Z’固定到晶片201。Y轴在平面上与晶片201的表面对准。X及Z未与晶片201的表面对准。Z’与法向于晶片201的表面的轴对准，且X’及Y’在平面上与晶片201的表面对准。如图16中描绘，x射线照明光束214与Z轴对准且因此位于XZ平面内。入射角θ描述x射线照明光束214相对于晶片的表面法线在XZ平面中的定向。此外，方位角φ描述XZ平面相对于X’Z’平面的定向。θ及φ一起唯一地界定x射线照明光束214相对于晶片201的表面的定向。
在一个方面中，计量工具100包含固定地支撑晶片201且耦合到样品定位系统240的晶片卡盘203。样品定位系统240经配置以相对于照明光束214以六个自由度主动地定位样品201。在一个实例中，计算系统230将指示样品201的所要位置的命令信号(未展示)传达到样品定位系统240。作为响应，样品定位系统240产生命令信号到样品定位系统240的各种致动器以实现样品201的所要定位。
在另一方面中，RSAXS系统的聚焦光学器件以至少5的缩小率(即，0.2或更小的放大因子)将照明源的图像投影到受测量样品上。如本文中描述的RSAXS系统采用具有特征在于20微米或更小的源区域(即，源大小是20微米或更小)的SXR照明源。在一些实施例中，以至少5的缩小因子采用聚焦光学器件(即，将源的图像投影到比源大小小五倍的晶片上)以将照明投影到具有四微米或更小的入射照明光点大小的样品上。
图17说明在另一实施例中的RSAXS计量工具300的实施例。如图17中说明，系统300可用于在具有小于1到2微米的尺寸的测量区域202上执行RSAXS测量。图17中描绘的相同数字的元件与参考图14描述的所述元件相同。如图17中描绘，聚焦光学器件211是椭圆形光学元件。然而，聚焦光学器件211相对于照明源210及样品201布置，使得照明源210与聚焦光学器件211之间的距离A显著大于聚焦光学器件211与样品201之间的距离B。在一些实施例中，A/B的比率是至少5。在一些实施例中，A/B的比率是至少10。此导致照明源到样品201上达A/B倍的缩小率。在一个实施例中，照明源210的大小是近似10微米且聚焦光学器件211经布置使得A/B是10。在此实施例中，经投影到样品201上的照明光点大小是近似1微米。
在一些实施例中，照明源210是具有10微米或更小的源大小的LPP光源，且聚焦光学器件211具有近似10的缩小因子。此使得RSAXS计量工具300能够将照明光聚焦到具有1到2微米的尺寸的计量目标上。通过将入射照明光聚焦到1到2微米的照明光点大小，RSAXS计量工具300实现定位于裸片中的关键尺寸目标及叠加目标的测量而非依赖于定位于晶片切割道区域中的较大计量目标。
测量具有1到2微米的尺寸的目标的能力减小专用于专门计量目标的晶片区域。另外，测量具有1到2微米的尺寸的目标的能力实现装置结构而非专门计量目标的直接测量。测量装置结构直接消除目标到装置偏差。此显著改进测量质量。另外，裸片中目标的测量实现裸片内的参数变动的特性化。示范性所关注参数包含关键尺寸、叠加及边缘放置误差。
在一些实施例中，x射线照明源210、聚焦光学器件211、狭缝212及213或其任何组合经维持于与样品201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，在这些元件中的任何者之间及内的光学路径长度是长的且空气中的x射线散射贡献噪声到检测器上的图像。因此，在一些实施例中，x射线照明源210、聚焦光学器件211以及狭缝212及213中的任何者经维持于局部、真空环境中。在图14中描绘的实施例中，照明源210、聚焦光学器件211以及狭缝212及213经维持于经抽空飞行管217内的受控环境(例如，真空)中。照明光束214在入射于样品201之前在飞行管217的端处行进穿过窗220。
类似地，在一些实施例中，样品201与检测器219之间的光学路径长度(即，集光光束路径)是长的且空气中的x射线散射贡献噪声到检测器上的图像。因此，在优选实施例中，样品201与检测器219之间的集光光学路径长度的大部分经维持于通过真空窗(例如，真空窗224)与样品(例如，样品201)分离的局部真空环境中。在一些实施例中，x射线检测器219经维持于与样品201与检测器219之间的光束路径长度相同的局部真空环境中。例如，如图14中描绘，真空腔室223维持检测器219及样品201与检测器219之间的光束路径长度的大部分周围的局部真空环境。
在一些其它实施例中，x射线检测器219经维持于与样品201相同的大气环境(例如，气体冲洗环境)中。此可有利于从检测器219移除热。然而，在这些实施例中，优选地将样品201与检测器219之间的光束路径长度的大部分维持于真空腔室内的局部真空环境中。
在一些实施例中，包含样品201的整个光学系统经维持于真空中。然而，一般来说，归因于与样品定位系统240的构造相关联的复杂性，与将样品201维持于真空中相关联的成本是高的。
在另一方面中，计量工具200包含经配置以实施如本文中描述的光束控制功能性的计算系统(例如，计算系统230)。在图14中描绘的实施例中，计算系统230经配置为可操作以控制例如入射照明光束214的强度、发散度、光点大小、极化、光谱及定位的任何照明性质的光束控制器。
如图14中说明，计算系统230通信地耦合到检测器219。计算系统230经配置以从检测器219接收测量数据235。在一个实例中，测量数据235包含样品的经测量响应的指示(即，衍射级的强度)。基于经测量响应在检测器219的表面上的分布，由计算系统230确定照明光束214入射于样品201上的位置及区域。在一个实例中，由计算系统230应用图案辨识技术以基于测量数据235确定照明光束214入射于样品201上的位置及区域。在一些实例中，计算系统230将命令信号236传达到x射线照明源210以选择所要照明波长。在一些实例中，计算系统230将命令信号237传达到致动器子系统215以重新导引x射线发射以实现所要光束方向。在一些实例中，计算系统230分别将命令信号238及239传达到光束塑形狭缝212及213，此引起光束塑形狭缝212及213改变光束光点大小且选择照明波长，使得入射照明光束214以所要光束光点大小、定向及波长到达样品201。在一个实例中，命令信号238及239引起与狭缝212及213相关联的致动器改变位置以将入射光束214重新塑形为所要形状及大小且选择所要波长。在一些其它实例中，计算系统230将命令信号传达到晶片定位系统240以定位且定向样品201，使得入射照明光束214以相对于样品201的所要位置及角度定向到达。
在另一方面中，使用RSAXS测量数据以基于检测到的衍射级的经测量强度产生经测量结构的图像。在一些实施例中，一般化RSAXS响应函数模型以描述来自通用电子密度网的散射。使此模型与经测量信号匹配，同时约束此网中的模型化电子密度以强制执行连续性及稀疏边缘提供样本的三维图像。
虽然基于模型的几何参数反转对于基于RSAXS测量的关键尺寸(CD)计量是优选的，但当经测量样品从几何模型的假定偏离时从相同RSAXS测量数据产生的样品的图可用于识别且校正模型误差。
在一些实例中，比较图像与由相同散射测量测量数据的基于模型的几何参数反转估计的结构特性。使用差异以更新经测量结构的几何模型且改进测量性能。在准确参数测量模型上收敛的能力在测量集成电路以对其制造过程进行控制、监测且除错时尤其重要。
在一些实例中，图像是电子密度、吸收性、复折射率或这些材料特性的组合的二维(2-D)图。在一些实例中，图像是电子密度、吸收性、复折射率或这些材料特性的组合的三维(3-D)图。使用相对少的物理约束产生所述图。在一些实例中，直接从所得图估计一或多个所关注参数，例如关键尺寸(CD)、侧壁角(SWA)、叠加、边缘放置误差、间距游动(pitchwalk)等。在一些其它实例中，图可用于在样本几何形状或材料偏离到由用于基于模型的CD测量的参数结构模型考虑的预期值的范围之外时对晶片过程进行除错。在一个实例中，使用图与由参数结构模型根据其的经测量参数预测的结构的呈现之间的差异以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进一步细节，所述案的内容的全文以引用的方式并入本文中。在第2015/0117610号美国专利公开案中描述额外细节，所述案的内容的全文以引用的方式并入本文中。
应认识到，贯穿本公开描述的各个步骤可由单个计算机系统230或替代地由多计算机系统230实行。此外，系统200的不同子系统(例如样品定位系统240)可包含适用于实行本文中描述的步骤的至少一部分的计算机系统。因此，前述描述不应被解译为对本发明的限制而仅为说明。此外，一或多个计算系统230可经配置以执行本文中描述的任何方法实施例的任何其它步骤。
另外，计算机系统230可以所属领域中已知的任何方式通信地耦合到x射线照明源210、光束塑形狭缝212及213、聚焦光学器件致动器系统215、样品定位系统240及检测器219。例如，一或多个计算系统230可耦合到分别与x射线照明源210、光束塑形狭缝212及213、聚焦光学器件致动器系统215、样品定位系统240及检测器219相关联的计算系统。在另一实例中，x射线照明源210、光束塑形狭缝212及213、聚焦光学器件致动器系统215、样品定位系统240及检测器219中的任何者可由耦合到计算机系统230的单个计算机系统直接控制。
计算机系统230可经配置以由可包含有线及/或无线部分的传输媒体从系统的子系统(例如，x射线照明源210、光束塑形狭缝212及213、聚焦光学器件致动器系统215、样品定位系统240、检测器219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230与系统200的其它子系统之间的数据链路。
计量系统200的计算机系统230可经配置以由可包含有线及/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、模型化输入、模型化结果等)。以此方式，传输媒体可用作计算机系统230与其它系统(例如，存储器板上计量系统200、外部存储器或外部系统)之间的数据链路。例如，计算系统230可经配置以经由数据链路从存储媒体(例如，存储器232)接收测量数据(例如，信号235)。例如，使用检测器219获得的光谱结果可存储于永久或半永久存储器装置(例如，存储器232)中。在此方面，可从板上存储器或从外部存储器系统汇入测量结果。此外，计算机系统230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230确定的样品参数值可存储于永久或半永久存储器装置(例如，存储器232)中。在此方面，可将测量结果导出到另一系统。
计算系统230可包含(但不限于)个人计算机系统、主计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或所属领域中已知的任何其它装置。一般来说，术语“计算系统”可被广泛地定义为涵盖具有执行来自存储器媒体的指令的一或多个处理器的任何装置。
可经由例如导线、电缆或无线传输链路的传输媒体传输实施例如本文中描述的方法的方法的程序指令234。例如，如图14中说明，经由总线233将存储于存储器232中的程序指令传输到处理器231。程序指令234存储于计算机可读媒体(例如，存储器232)中。示范性计算机可读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，实施如本文中描述的散射测量作为制造过程工具的部分。制造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RSAXS分析的结果以控制制造过程。在一个实例中，将从一或多个目标收集的RSAXS测量数据发送到制造过程工具。如本文中描述般分析RSAXS测量数据且结果用于调整制造过程工具的操作以减少半导体结构的制造中的误差。
可使用如本文中描述的散射测量以确定各种半导体结构的特性。示范性结构包含(但不限于)FinFET、低维结构(例如纳米线或石墨烯)、亚10nm结构、光刻结构、贯穿衬底通孔(TSV)、存储器结构(例如DRAM、DRAM 4F2、FLASH、MRAM)及高长宽比存储器结构。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、孔径、孔密度、侧壁角、轮廓、关键尺寸、间距、厚度、叠加)及材料参数(例如电子密度、组合物、裸片结构、形态、应力、应变及元素识别)。在一些实施例中，计量目标是周期性结构。在一些其它实施例中，计量目标是非周期性的。
一般来说，如本文中描述的采用具有集成光学滤波器的多层光学元件的基于x射线的系统还可包含一或多个独立的基于透射比的光学滤波器以增强污染波长带的抑制。
一般来说，集成光学滤波器可定位于基于x射线的系统的任何光学元件上。虽然上文详细描述集成光学滤波器到反射、多层X射线光学元件的添加，但一般来说，集成光学滤波器可安置于基于x射线的系统的光学路径中的任何光学元件上。在一些实施例中，集成光学滤波器经制造于检测器入口窗(例如，相机入口窗)上。在一些实施例中，集成光学滤波器经制造于x射线照明源的出口窗上或x射线照明源的集光腔上。以此方式，取决于其上制造集成光学滤波器的光学器件的类型，集成光学滤波器可在透射模式中操作(即，抑制来自辐射的所选择的波长在单个遍次中行进穿过集成光学滤波器)，或在反射模式中操作(即，抑制来自辐射的所选择的波长在双遍次中行进穿过集成光学滤波器)。
在一个实例中，一或多个集成光学滤波器被包含于采用激光器产生等离子体(LPP)光源的基于软x射线的计量系统的光学路径中。通常来说，LPP光源在IR及可见光波长范围内产生谐波。另外，还期望抑制非所要EUV波长。在一个实例中，集成光学滤波器经制造于抑制IR及可见光波长的照明源窗、检测器窗或两者上。另外，另一集成光学滤波器经制造为具有多层、反射x射线聚焦光学器件以抑制非所要EUV波长，如前文描述。
在一些实例中，使用如本文中描述的RSAXS测量系统执行对包含(但不限于)自旋转移力矩随机存取存储器(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)、电阻性随机存取存储器(Re-RAM)及相变随机存取存储器(PC-RAM)的高长宽比半导体结构的关键尺寸、厚度、叠加及材料性质的测量。
如本文中描述，术语“关键尺寸”包含结构的任何关键尺寸(例如，底部关键尺寸、中间关键尺寸、顶部关键尺寸、侧壁角、光栅高度等)、任何两个或更多个结构之间的关键尺寸(例如，两个结构之间的距离)及两个或更多个结构之间的位移(例如，叠加光栅结构之间的叠加位移等)。结构可包含三维结构、图案化结构、叠加结构等。
如本文中描述，术语“关键尺寸应用”或“关键尺寸测量应用”包含任何关键尺寸测量。
如本文中描述，术语“计量系统”包含至少部分用于在任何方面中特性化样品的任何系统，包含关键尺寸应用及叠加计量应用。然而，本领域的此类术语不限制如本文中描述的术语“计量系统”的范围。另外，本文中描述的计量系统可经配置用于测量图案化晶片及/或未经图案化晶片。计量系统可配置为LED检验工具、边缘检验工具、背侧检验工具、巨观检验工具或多模式检验工具(涉及同时来自一或多个平台的数据)及受益于本文中描述的测量技术的任何其它计量或检验工具。
本文中针对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)描述各个实施例。术语“样品”在本文中使用以指代晶片、分划板或可由所属领域中已知的手段处理(例如，打印或检验缺陷)的任何其它样本。
如本文中使用，术语“晶片”大体上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。此类衬底可普遍在半导体制造设施中被发现及/或处理。在一些情况中，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。替代地，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“未经图案化”。例如，晶片可包含具有可重复图案特征的多个裸片。
“分划板”可为处于分划板制造过程的任何阶段的分划板，或为可能经释放或可能未经释放以于半导体制造设施中使用的成品分划板。分划板或“掩模”大体上被定义为具有形成于其上且以图案配置的基本上不透明区的基本上透明衬底。衬底可包含(例如)玻璃材料，例如非晶SiO2。可在光刻过程的曝光步骤期间将分划板安置于覆盖有抗蚀剂的晶片上方，使得可将分划板上的图案转印到抗蚀剂。
形成于晶片上的一或多个层可经图案化或未经图案化。例如，晶片可包含各自具有可重复图案化特征的多个裸片。此类材料层的形成及处理最终可导致成品装置。许多不同类型的装置可形成于晶片上，且如本文中使用的术语晶片希望涵盖其上制造所属领域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，所述功能可实施于硬件、软件、固件或其任何组合中。如果在软件中实施，那么功能可作为一或多个指令或程序代码存储于计算机可读媒体上或经由所述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(包含促进计算机程序从一个位置到另一位置的传送的任何媒体)两者。存储媒体可为可由通用计算机或专门计算机存取的任何可用媒体。通过实例且非限制，此类计算机可读媒体可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁性存储装置或可用于载送或存储呈指令或数据结构的形式的所要程序代码构件且可由通用计算机或专门计算机或通用或专门处理器存取的任何其它媒体。此外，任何连接被适当地称为计算机可读媒体。例如，如果使用同轴电缆、光缆、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，那么同轴电缆、光缆、双绞线、DSL或无线技术(例如红外线、无线电及微波)被包含于媒体的定义中。如本文中使用，磁盘及光盘包含光盘片(CD)、激光光盘、XRF光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘及蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地重现数据而光盘用激光光学地重现数据。上述组合还应被包含于计算机可读媒体的范围内。
虽然上文为指导目的而描述某些特定实施例，但本专利档案的教示具有一般适用性且不限于上文中描述的特定实施例。因此，在不脱离如权利要求书中陈述的本发明的范围的情况下，可实践所述实施例的各种特征的各种修改、调适及组合。

Claims (23)

1.一种多层X射线反射光学器件，其包括：
衬底；
多层x射线反射结构，其安置于所述衬底上方；及
集成光学滤波器，其安置于所述衬底上方，所述集成光学滤波器包含吸收具有高于10纳米的波长的辐射的一或多个材料层。
2.根据权利要求1所述的多层X射线反射光学器件，其中所述集成光学滤波器包含单个辐射吸收材料层。
3.根据权利要求1所述的多层X射线反射光学器件，其中所述集成光学滤波器包含两个或更多个不同辐射吸收材料层。
4.根据权利要求1所述的多层X射线反射光学器件，其中所述集成光学滤波器安置于所述多层反射结构上方。
5.根据权利要求1所述的多层X射线反射光学器件，其中所述集成光学滤波器安置于所述衬底与所述多层x射线反射结构之间。
6.根据权利要求1所述的多层X射线反射光学器件，其进一步包括：
扩散屏障层，所述扩散屏障层安置于所述集成光学滤波器与所述多层x射线反射结构之间、安置于所述衬底与所述多层x射线反射结构之间或安置于所述集成光学滤波器上方。
7.根据权利要求1所述的多层X射线反射光学器件，其中所述衬底的光学表面是弯曲的。
8.根据权利要求1所述的多层X射线反射光学器件，其中所述集成光学滤波器的厚度依据所述衬底的光学表面上的位置而变化。
9.根据权利要求1所述的多层X射线反射光学器件，其中所述多层x射线反射结构反射在一波长范围内的传入光。
10.一种计量系统，其包括：
x射线照明源，其经配置以产生包含在从80电子伏特到3,000电子伏特的所要光子能量范围及低于80电子伏特的非所要光子能量范围内的多个照明波长的软x射线辐射量；
x射线检测器，其经配置以检测响应于所述软x射线辐射量而从半导体晶片散射的x射线辐射量；
多个x射线光学元件，其各自具有安置于所述x射线照明源与所述检测器之间的光学路径中的至少一个光学表面；
集成光学滤波器，其经制造于所述多个x射线光学元件中的至少一者的所述光学表面上方，所述集成光学滤波器包含吸收在所述非所要光子能量范围内的辐射且透射在所述所要光子能量范围内的辐射的一或多个材料层；及
计算系统，其经配置以基于所述检测到的x射线辐射量而确定特性化安置于所述半导体晶片上的结构的所关注参数的值。
11.根据权利要求10所述的计量系统，其中所述计量系统是软x射线反射测量系统。
12.根据权利要求11所述的计量系统，其中所述软x射线反射测量系统在掠入射模式中操作。
13.根据权利要求11所述的计量系统，其中所述计量系统在成像模式中操作。
14.根据权利要求10所述的计量系统，其中所述集成光学滤波器安置于经制造于所述多个x射线光学元件中的所述至少一者的所述光学表面上方的多层x射线反射结构上方。
15.根据权利要求14所述的计量系统，其进一步包括：
扩散屏障层，所述扩散屏障层安置于所述集成光学滤波器的所述一或多个材料层与所述多层x射线反射结构之间、安置于所述光学表面与所述多层x射线反射结构之间或安置于所述集成光学滤波器的所述一或多个材料层上方。
16.根据权利要求10所述的计量系统，其中所述多个x射线光学元件中的所述至少一者的所述光学表面是弯曲的。
17.根据权利要求10所述的计量系统，其中所述集成光学滤波器的厚度依据所述多个x射线光学元件中的所述至少一者的所述光学表面上的位置而变化。
18.根据权利要求10所述的计量系统，其进一步包括：
独立光学滤波器，其安置于所述x射线照明源与所述检测器之间的所述光学路径中。
19.一种基于x射线的系统，其包括：
x射线照明源，其经配置以产生包含所要波长范围及不同于所述所要波长范围的非所要波长范围的x射线辐射量；
一或多个x射线光学元件，其各自具有安置于所述x射线照明源与受处理样品之间的光学路径中的至少一个光学表面；及
集成光学滤波器，其经制造于所述一或多个x射线光学元件中的至少一者的所述光学表面上，所述集成光学滤波器包含吸收在所述非所要波长范围内的辐射且透射在所述所要波长范围内的辐射的一或多个材料层。
20.根据权利要求19所述的基于x射线的系统，其中所述集成光学滤波器安置于经制造于所述多个x射线光学元件中的所述至少一者的所述光学表面上方的多层x射线反射结构上方。
21.根据权利要求20所述的基于x射线的系统，其进一步包括：
扩散屏障层，所述扩散屏障层安置于所述集成光学滤波器的所述一或多个材料层与所述多层x射线反射结构之间、安置于所述光学表面与所述多层x射线反射结构之间或安置于所述集成光学滤波器的所述一或多个材料层上方。
22.根据权利要求19所述的基于x射线的系统，其中所述一或多个x射线光学元件中的所述至少一者的所述光学表面是弯曲的。
23.根据权利要求19所述的基于x射线的系统，其中所述集成光学滤波器的厚度依据所述一或多个x射线光学元件中的所述至少一者的所述光学表面上的位置而变化。
CN202180025210.4A 2020-04-06 2021-03-23 具有经改进滤波的软x射线光学器件 Pending CN115398563A (zh)

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