JP2019191167A - 小角ｘ線散乱測定用のｘ線源光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】マウントと、Ｘ線源と、検出器と、ビームリミッタとを有するＸ線装置を提供する。【解決手段】マウントは平面のサンプルを保持するように構成される。Ｘ線源はＸ線のビームをサンプルの第１の側に向けるように構成される。検出器はサンプルを透過したＸ線の少なくとも一部を受光するように、サンプルの第１の側とは反対の第２の側に配置される。ビームリミッタは、第１および第２のブレードと第１および第２のアクチュエータとを含む。第１および第２のブレードは、それぞれ第１および第２の縁部を有し、それら縁部は、サンプルの第１の側から２５ｍｍ未満の距離で、Ｘ線のビームが通過するスリットを画定するように、互いに近接して配置される。第１および第２のアクチュエータは、スリットの幅を調整するために、第１および第２のブレードを、それぞれ第１および第２の並進軸に沿って移動させるように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、一般にＸ線分析に関する。詳細には、Ｘ線散乱測定を使用して半導体デバイスの幾何学的構造を測定する方法およびシステムに関する。

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１８年４月２３日出願の米国暫定特許出願第６２／６６１，１３３（特許文献１）の利益を主張し、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。

半導体デバイスの幾何学的構造を測定するためにＸ線散乱測定技術が使用されている。

例えば、米国特許第７，４８１，５７９号（特許文献２）は、表面上に重ねられた第１および第２の薄膜層にそれぞれ形成された第１および第２のフィーチャを含むサンプルの領域に衝突するようにＸ線ビームを配向することを含む検査方法を記載している。第１および第２のフィーチャのアライメントを評価するために、第１および第２のフィーチャから回折されたＸ線のパターンが検出および分析される。

米国特許第９，６０６，０７３号（特許文献３）は、軸を有する平面内にサンプルを保持するサンプル支持体を含む装置を記載しており、この平面は平面によって分離された第１および第２の領域を画定する。第１の領域内の線源マウントは軸を中心に回転し、線源マウント上のＸ線源は、軸に直交するビーム軸に沿った第１および第２の角度でサンプルに衝突させるために、第１および第２のＸ線入射ビームを配向する。第２の領域内の検出器マウントは軸に直交する平面内を移動し、検出器マウント上のＸ線検出器は、第１および第２の入射ビームに応答してサンプルを透過したＸ線の第１および第２の回折ビームを受信する。そして、受信した第１および第２の回折ビームに応答して、それぞれ第１および第２の信号を出力する。プロセッサは、サンプルの表面のプロファイルを決定するために第１および第２の信号を分析する。

米国特許第６，８９５，０７５号（特許文献４）は、サンプルの検査装置を記載しており、その装置は、放射線源と、放射線源による表面の領域の照射に起因するサンプル表面からの放射線を受けるように配置された検出器要素の配列とを含む。

米国特許第７，５５１，７１９号（特許文献５）は、サンプルを分析するための装置を記載しており、この装置は、第１の収束Ｘ線ビームをサンプルの表面に向け、第２のコリメートされたＸ線ビームをサンプルの表面に向けるように適応されている放射線源を有する。運動組立体は、Ｘ線がグレージング角でサンプルの表面に配向される第１の線源位置と、Ｘ線がブラッグ角付近でサンプルの表面に向かって配向される第２の線源位置との間で放射線源を移動させる。

米国特許第８，２４３，８７８号（特許文献６）は、エピタキシャル層が形成されたサンプルの表面に向けて収束Ｘ線ビームを配向することと、サンプルから回折されたＸ線を検知し、一方で検知されたＸ線を角度の関数として分解し、それによりエピタキシャル層に起因する回折ピークおよび縞を含む回折スペクトルを生成することと、を含む分析方法を記載している。

米国暫定特許出願第６２／６６１，１３３ 米国特許第７，４８１，５７９号 米国特許第９，６０６，０７３号 米国特許第６，８９５，０７５号 米国特許第７，５５１，７１９号 米国特許第８，２４３，８７８号

本明細書に記載される本発明の一実施形態は、マウントと、Ｘ線源と、検出器と、ビームリミッタとを有するＸ線装置を提供する。マウントは平面のサンプルを保持するように構成される。Ｘ線源はＸ線のビームをサンプルの第１の側に向けるように構成される。検出器はサンプルを透過したＸ線の少なくとも一部を受光するように、サンプルの第１の側とは反対の第２の側に配置される。ビームリミッタはＸ線のビームを遮断するようにサンプルの第１の側に配置される。ビームリミッタは、第１および第２のブレードと第１および第２のアクチュエータとを含む。第１および第２のブレードは、それぞれ第１および第２の縁部を有し、それら縁部は、サンプルの第１の側から２５ｍｍ未満の距離で、Ｘ線のビームが通過するスリットを画定するように、互いに近接して配置される。第１および第２のアクチュエータは、スリットの幅を調整するために、第１および第２のブレードを、それぞれ第１および第２の並進軸に沿って移動させるように構成される。

いくつかの実施形態では、マウントは、サンプルの平面内の傾斜軸の周りにサンプルを傾斜させるように構成され、そしてスリットは、傾斜軸と平行に配向される。他の実施形態では、第１および第２のブレードが、単結晶材料または多結晶材料から作られる材料を有する。さらに他の実施形態では、第１ブレードと第２ブレードとが互いに平行ではない。

一実施形態では、第１および第２の並進軸は互いに平行ではない。他の１つの実施形態では、ビームリミッタが、サンプルの第１の側の（ｉ）ビームの位置、（ｉｉ）ビームのスポット寸法、および（ｉｉｉ）ビームのスポット形状、および（ｉｖ）ビームの収束角度または発散角度、からなるリストから選択される少なくとも１つのビームパラメータを制御するように構成される。さらに他の１つの実施形態では、ビームリミッタは、ステージ上に取り付けられ、ステージは、ビームおよびサンプルのうちの少なくとも一方に対してビームリミッタを移動させるように構成されている。

いくつかの実施形態では、ステージが少なくとも回転ステージを含む。他の実施形態では、第１および第２のアクチュエータのうちの少なくとも１つが、１つまたは複数の圧電リニアモータを備える。さらに他の実施形態では、スリットを通過する前または後にＸ線のビームが通過する追加のスリットを画定するように、相互に近接して配置されたそれぞれ第１および第２のプレート端部を有する第１および第２の可動プレートを有する。

一実施形態では、追加のスリットの寸法を調整するために、第１および第２の可動プレートのうちの少なくとも一方を第３の並進軸に沿って移動させるように構成される第３のアクチュエータを備える。他の一実施形態では、スリットと追加のスリットとの位置を互いに対してアライメントすることによってＸ線のビームを整形するように構成される。

本発明の一実施形態によれば平面のサンプルをマウント上に保持するステップを含む方法が提供される。Ｘ線ビームはＸ線源からサンプルの第１の側に配向される。サンプルを透過したＸ線の少なくとも一部は、サンプルの第１の側とは反対側の第２の側に配置される検出器から受け取られる。ビームリミッタがＸ線ビームを遮断するようにサンプルの第１の側に配置される。ビームリミッタは、サンプルの第１の側から２５ｍｍ未満の距離でＸ線のビームが通過するスリットを画定するように、相互に近接して配置されたそれぞれ第１および第２の端部を有する第１および第２のブレードと、第１および第２のアクチュエータとを備える。スリットの幅は、第１および第２のアクチュエータを使用して、第１および第２のブレードを、それぞれ第１および第２の並進軸に沿って移動させることによって調整される。

本発明の一実施形態によれば結晶と、Ｘ線ミラーと、スリットとを有するＸ線光学装置がさらに提供される。 結晶は、入口開口部と、出口開口部と、および、入口開口部から出口開口部に向かってチャネルが先細るように配置された対向する内面と、を有する。Ｘ線ミラーは、多層コーティングを有する湾曲した基板を含み、線源から放出されたＸ線のビームを第１のビーム直径でチャネルの入口開口部内に集めて配向し、それによりビームが第１のビーム直径よりも小さい第２のビーム直径で出口開口部から放射される、ように構成される。１つまたは複数のスリットが、ビームがチャネルの入口開口部に入る前にスリットを通過するように、Ｘ線ミラーと結晶との間に挿入される。

いくつかの実施形態では、Ｘ線ミラーは、ビームの発散および強度を調整するように構成される。他の実施形態では、装置はブレードとアクチュエータとを有する。ブレードは、開口部を通過する寸法がそれぞれ異なる開口部の配列を有する。アクチュエータは、結晶の出口開口部から放出されたビームの経路内にブレードを位置決めし、そして異なる開口部を経路内に位置決めするためにブレードを並進させるように構成される。

一実施形態では、結晶は、ゲルマニウムから作られた単結晶を有する。他の一実施形態では、対向する内面が互いに平行ではない。

本発明の一実施形態によればＸ線源と、検出器と、光学ゲージと、モータとを有するＸ線装置が追加して提供される。マウントは、滑らかな第１の側と、第１の側とは反対側でパターンが形成された第２の側とを有する、平面サンプルを保持するように構成される。Ｘ線源は、Ｘ線の第１のビームをサンプルの第１の側に配向するように構成される。検出器は、サンプルを透過してパターンから散乱したＸ線の少なくとも一部を受け取るように、サンプルの第２の側に配置される。光学ゲージは、サンプルの第１の側に向けて光学放射の第２のビームを配向し、サンプルの第１の側から反射された光学放射を検知し、そして検知された光学放射に応答してサンプルの位置を示す信号を出力する、ように構成される。モータは、信号に応答して検出器とサンプルとの間のアライメントを調整するように構成される。

いくつかの実施形態では、信号は、サンプルと検出器との間の距離および検出器に対するサンプルの方向性からなる位置パラメータのグループから選択される少なくとも１つの位置パラメータを示す。他の実施形態では、サンプルの方向性は、検出器の表面に対するサンプルの傾斜角を含む。さらに他の実施形態では、サンプルが単結晶材料を含み、そしてＸ線装置は、単結晶材料の格子面から回折されたＸ線の少なくとも一部の強度を測定するように構成される追加の検出器を有し、そしてＸ線装置はさらに、測定された強度に応答して、格子面に対する第１のＸ線ビームの方向性を較正するように構成されたコントローラを有する。

一実施形態では、複数の場所から反射された複数のそれぞれの光学放射を示す複数のそれぞれの信号を出力するために、第２のビームをサンプルの第１の側の複数の場所に向けるように光学ゲージに命令する、ように構成されるプロセッサを備える。プロセッサはさらに、複数の信号に基づいて、少なくとも複数の場所におけるサンプルの位置を示す三次元（３Ｄ）マップを表示するように構成される。他の一実施形態では、プロセッサは、複数の場所に基づいて、第１の側の追加の１つ以上のそれぞれの場所におけるサンプルの１つ以上の追加の位置を推定し、そして追加の場所を３Ｄマップ上に表示するように構成される。

いくつかの実施形態では、サンプルの位置におけるパターンから放出された蛍光Ｘ線を測定し、そしてその位置で測定された蛍光Ｘ線の強度を示す電気信号を出力するように構成されたエネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）検出器組立体を有する。他の実施形態では、ＥＤＸ検出器組立体は、シリコンベースまたはゲルマニウムベースの固体ＥＤＸ検出器を有する。

本発明の一実施形態によれば平滑な第１の側と、第１の側の反対側にありパターンが形成された第２の側とを有する平面サンプルをマウント上に保持するステップを有する方法が追加して提供される。Ｘ線の第１のビームはサンプルの第１の側に配向される。サンプルを透過してパターンから散乱したＸ線の少なくとも一部が、サンプルの第２の側に配置された検出器から受け取られる。光放射の第２のビームが、サンプルの第１の側から反射された光放射を検知するためにサンプルの第１の側に向けて配向され、そしてサンプルの位置を示す信号が、検知された光放射に応答して出力される。検出器とサンプルとの間のアライメントが信号に応答して調整される。

本発明の一実施形態によればマウントと、Ｘ線源と、検出器と、モータと、コントローラとを有するＸ線装置がさらに提供される。マウントは、サンプルを保持するように構成される。サンプルは、単結晶材料を含み、そして第１の側と、第１の側とは反対側の第２の側とを有する。Ｘ線源は、サンプルの第１の側に向けてＸ線のビームを配向するように構成される。検出器は、サンプルの第２の側に配置され、単結晶材料の格子面から回折されたＸ線の少なくとも一部を受け取るように構成される。モータは、検出器とサンプルとの間のアライメントを調整するように構成される。コントローラは、回折されたＸ線に基づいて検出器に対するサンプルの方向性を測定し、そして測定された方向性に応答してアライメントを調整するために、モータを駆動するように構成される。

本発明の一実施形態によれば、マウントと、Ｘ線源と、検出器と、アクチュエータと、コントローラと、を有するＸ線装置が追加して提供される。マウントは、サンプルを保持するように構成される。Ｘ線源は、Ｘ線のビームをサンプルの第１の側に向けるように構成される。検出器は、サンプルを透過したＸ線の少なくとも一部を受光し、そして受光したＸ線の強度を示す信号を出力するように、サンプルの第１の側とは反対の第２の側に配置される。アクチュエータは、散乱角の関数として透過したＸ線を測定するために、検出器を、サンプルの第２の側のある位置の範囲にわたって走査するように構成される。コントローラは、検出器によって出力された信号を受信し、受信したＸ線の強度が弱い第１の位置における検出器の取得時間を、受信されたＸ線の強度が強い第２の位置での取得時間に比較して増加させるために、信号に応答してアクチュエータを制御するように接続される。

いくつかの実施形態では、検出器は所定のピッチのセンサ素子の配列を有し、アクチュエータは、所定のピッチよりも細かい分解能で位置の範囲にわたって検出器をステップ移動させるように構成される。他の実施形態では、配列がセンサ素子の二次元マトリクスを有し、アクチュエータがマトリクスの高さおよび幅の軸に沿ったピッチよりも細かい分解能で検出器をステップ移動させるように構成される。

一実施形態では、サンプルが、１０より大きいアスペクト比を有する１つ以上の高アスペクト比（ＨＡＲ）フィーチャを含み、アクチュエータは、ＨＡＲフィーチャから散乱した透過Ｘ線を測定するために、検出器を、位置の範囲にわたって走査するように構成される。他の一実施形態では、コントローラは、検出器が第１および第２の位置で所定の強度範囲を受け取るために、取得時間を制御するように構成される。

本発明の一実施形態によればサンプルをマウント上に保持する方法がまた提供される。Ｘ線のビームは、サンプルの第１の側に向かって配向される。サンプルを透過したＸ線の少なくとも一部は、第１の側とは反対側のサンプルの第２の側に配置された検出器から受信され、受信したＸ線の強度を示す信号が出力される。検出器は、散乱角の関数として透過したＸ線を測定するために、アクチュエータによって、サンプルの第２の側のある位置の範囲にわたって走査される。検出器によって出力された信号が受信され、アクチュエータが、受信したＸ線の強度が弱い第１の位置における検出器の取得時間を、受信されたＸ線の強度が強い第２の位置での取得時間に比較して増加させるように、信号に応答して制御される。

本発明の一実施形態によれば、第１のマウントと、Ｘ線源と、検出器と、ビーム遮断器とを有するＸ線装置が追加して提供される。第１のマウントは、サンプルを保持するように構成される。Ｘ線源は、Ｘ線ビームをサンプルに配向するように構成される。検出器は、サンプルを透過したＸ線を受光するように配置され、透過ビームの少なくとも一部はある角度の範囲にわたってサンプルから散乱される。ビーム遮断器は、Ｘ線を透過する材料で作られた第２のマウントと、第２のマウント内に保持された１つまたは複数のＸ線不透明材料の片と、を有し、そしてビーム遮断器は、Ｘ線不透明材料が角度範囲の一部でＸ線を遮断し、一方で遮断された角度範囲の部分を取り囲む角度のＸ線が、マウントを通過して検出器に到達する、ように位置決め可能である。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つのＸ線不透明材料の片が楕円形である。他の実施形態では、マウントがポリマーを有する。さらに他の実施形態では、マウントがダイヤモンドを有する。

一実施形態では、少なくとも一部の遮断されたＸ線は、散乱することなくサンプルを透過したＸ線を含む。他の一実施形態では、検出器によって受光されたＸ線の強度を測定し、測定された強度に応答してビーム遮断器を透過ビームに対して位置決めするように構成されるプロセッサを有する。さらに他の一実施形態では、少なくとも１つのＸ線不透明材料の片がマウントの凹部内に保持される。

いくつかの実施形態では、マウントが、（ｉ）二軸配向ポリエチレンテレフタレート（ＢｏＰＥＴ）ポリエステル、または（ｉｉ）ポリ（４，４´−オキシジフェニレン− ピロメリットイミド）ポリイミドから作製されたシートを含む。他の実施形態では、少なくとも１つのＸ線不透明材料の片は、金、タンタル、またはタングステンを含む。さらに他の実施形態では、Ｘ線不透明材料の片が、異なる大きさを有し、互いに所定の距離をおいて１つの配列に配置された、少なくとも第１片と第２片とを有する。

本発明は、以下の図面を参照した実施形態の詳細な説明により、より完全に理解されよう：
本発明の実施形態による、小角Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）システムの概略図である。 本発明の実施形態による、小角Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）システムの概略図である。 本発明の一実施形態によるビーム調整組立体の概略図である。 本発明の実施形態によるスリット組立体の概略図である。 本発明の実施形態によるスリット組立体の概略図である。 本発明の実施形態によるビーム遮断組立体の概略図である。 本発明の実施形態によるビーム遮断組立体の概略図である。 図８Ａは本発明の別の一実施形態による、ビーム遮断器なしで、検出器によって検知されたＸ線ビームの強度を示す画像の概略図である。図８Ｂは本発明の一実施形態による、ビーム遮断器の存在下で検出器によって検知されたＸ線ビームの強度を示す画像の概略図である。 図９Ａは本発明の別の一実施形態による、ビーム遮断器なしで、検出器によって検知された散乱Ｘ線ビームの強度を示す画像の概略図である。図９Ｂは本発明の一実施形態による、ビーム遮断器の存在下で、検出器によって検知された散乱Ｘ線ビームの強度を示す画像の概略図である。 本発明の一実施形態による、センサの配列を備えるＸ線検出器が、角度分解能を向上させるために、センサの間隔よりも小さいステップで移動される走査方式の概略図である。

（概要）
以下に記載される本発明の実施形態は、様々な種類の半導体デバイスおよびテスト構造に形成された幾何学的フィーチャを分析するための改良された方法およびシステムを提供する。小角Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）法のようなフィーチャを分析するためのＸ線散乱測定技術は、典型的には、波長が１オングストロームのオーダーのＸ線を適用する。そのような波長は、半導体ウェハに形成されたＨＡＲホールまたはトレンチなどの高アスペクト比（ＨＡＲ）フィーチャを測定するのに適している。フィーチャの幾何学的特性および他の特性の測定は、様々な角度でウェハから散乱されたＸ線の強度を分析することに基づいて実行される。

いくつかの実施形態では、ＳＡＸＳシステムは、互いに対向する前面および後面を有するウェハなどの平面サンプルを移動させるように構成された電動ステージを含み、ここで前面はＨＡＲフィーチャなどの様々なタイプのフィーチャを含む。追加的または代替的に、ウェハの背面は、類似のおよび／または他の種類のフィーチャを用いてパターン化されてもよい。

いくつかの実施形態では、ＳＡＸＳシステムは、Ｘ線ビームをウェハの裏面に配向するように構成されるＸ線源を含む。ＳＡＸＳシステムは、ウェハの前面に面する少なくとも１つの検出器をさらに含み、その検出器は、ウェハから散乱したおよび／またはウェハを透過したＸ線の少なくとも一部を検知するように構成される。検出器は、ウェハの前面のＨＡＲフィーチャから散乱して検出器によって受信されたＸ線の強度を示す電気信号を生成するように構成される。

いくつかの実施形態では、ＳＡＸＳシステムは、検出器から受信した電気信号に基づいて、対象ＨＡＲフィーチャの特性を測定するように構成されるプロセッサを備える。

いくつかの実施形態では、ＳＡＸＳシステムは、Ｘ線源とウェハの背面との間に配置され、Ｘ線ビームの特性を調整するように構成されたビーム調整組立体を含む。ビーム調整組立体は、入口開口部と、出口開口部と、チャネルが入口開口部から出口開口部に向かって先細るように配置された対向する内面と、を有するＶ字形チャネルを含む、結晶からなる。ビーム調整組立体は、多層コーティングの湾曲基板を有するＸ線ミラーを更に含む。ミラーは、ビームを収集し、収集されたビームをチャネルの第１のビーム直径の入口開口部に向けるように構成され、それにより出口開口部から放出されるビームは、第１のビーム直径より小さい第２のビーム直径を有する。

いくつかの実施形態では、ＳＡＸＳシステムは、ビームを遮断し、遮断ビームの空間特性を調整するためにＸ線源とウェハの裏面との間に配置された第１のスリットを含む。第１のスリットは、典型的には互いに平行ではない第１および第２の可動ブレードを備える。第１および第２のブレードの縁部は、スリットを画定するように互いに極めて接近して配置されている。いくつかの実施形態では、プロセッサは、スリットの幅を調整することによってビームの空間特性を制御するために、第１および第２のブレードの縁部を移動させるように構成される。

代替実施形態では、ＳＡＸＳシステムは、Ｘ線源とウェハの背面との間に配置された第２のスリットを含む。第２のスリットは、それぞれが異なる幅を有する複数の散乱のないピンホールを有する可動ブレードを含む。プロセッサは、ビームの空間特性を制御するために、可動ブレードを移動させることによって、ビームを遮断するための選択された散乱のないピンホールを位置決めするように構成される。

いくつかの実施形態では、ＳＡＸＳシステムは光学ゲージを備え、それはウェハの裏側に光ビームを配向し、そこから反射された光放射を検出器を使用して検出し、そして検出された光放射に応答して、ウェハの位置を示す信号を検出器により出力する、ように構成される。プロセッサは、信号に基づいて、ウェハと検出器との間の距離、および検出器に対するウェハの方向性などの位置パラメータを推定するように構成される。ＳＡＸＳシステムはモータをさらに備え、それは信号に応答して、Ｘ線ビームとウェハとの間の方向性をアライメントするためにプロセッサによって制御される。

いくつかの実施形態では、ウェハは単結晶材料を含み、検出器は単結晶の格子面から回折した１つまたは複数のビームを測定するように構成される。ＳＡＸＳシステムは、測定された回折に応答して格子面に対する光学ゲージの位置を較正するように構成されたコントローラをさらに含む。回折Ｘ線に基づいて、コントローラはさらに、検出器に対するウェハの方向性を測定し、少なくとも１つのモータを駆動して、ウェハと入射Ｘ線ビームとの間の方向性を測定された方向性に基づいてアライメントする。他の実施形態では、プロセッサは、コントローラの代わりに、上記の動作の少なくともいくつかを実行してもよい。

いくつかの実施形態では、ＳＡＸＳシステムは、１つまたは複数のアクチュエータに取り付けられた検出器を備え、そのアクチュエータは、散乱Ｘ線について、検出器をウェハの前面の位置の範囲にわたって移動させ、それにより透過Ｘ線の強度を散乱角の関数として測定するように構成される。この構成は、検出器要素の本来の分解能で可能であるよりも高い角度分解能で、透過Ｘ線の強度を測定することを可能にする。いくつかの実施形態では、プロセッサは、検出器によって生成された電気信号に応答して、検出器の取得時間が検知されたＸ線の強度に反比例するようにアクチュエータを制御するように構成される。

いくつかの実施形態では、検出器は、検出器要素の二次元配列（マトリックスとも呼ばれる）を含み、それはマトリックスの高さ軸および幅軸に沿って所定のピッチを有する。アクチュエータは、高さ軸および幅軸の両方に沿って所定のピッチよりも細かい分解能で、位置の範囲を横切って検出器をステップ移動させるように構成される。

いくつかの実施形態では、ＳＡＸＳシステムは、１つまたは複数のビームストッパを有するビーム遮断器を備える。ビーム遮断器は、Ｘ線を透過する材料で作られたマウントを含む。１つ以上のビームストッパは、マウント内に保持され、そしてＸ線ビームに対して少なくとも部分的に不透明な材料から作られる。ビーム遮断器は、１つまたは複数のビームストッパが一部の角度範囲でＸ線を遮断し、一方でビームの遮断部分を囲む角度のＸ線がマウントを通過する、ように位置決めされてもよい。一実施形態では、ビームストッパからのビームの散乱を防ぐために、少なくとも１つビームストッパが、滑らかな縁を備える楕円形状を有する。

開示された技術は、ＨＡＲフィーチャから散乱されたＸ線ビームが検出器によって検知される際の角度分解能を改善することによって、ＨＡＲフィーチャにおける小さな幾何学的変化を検出するためのＳＡＸＳシステムの感度を改善する。さらに、開示された技術は、高感度および高分解能に測定値を維持しながら、ＳＡＸＳシステムの設置面積を減らすために使用され得る。

（システムの記述）
図１は、本発明の実施形態による、小角Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）システム１０の概略図である。いくつかの実施形態では、ＳＡＸＳシステム１０は、本明細書では簡潔のために「システム１０」とも呼ばれ、以下に説明するように、散乱測定法を用いてサンプル、本例ではウェハ１９０上のフィーチャを測定するように構成される。

いくつかの実施形態では、ウェハ１９０は、単結晶、多結晶、非晶質マイクロ構造、またはそれらの任意の適切な組合せ、例えば、ウェハ１９０の異なる場所にある異なるマイクロ構造または材料などの、任意の適切なマイクロ構造または材料を含み得る。

いくつかの実施形態では、システム１０は、本明細書では放射源１００と呼ばれ、高電圧電源ユニット（ＰＳＵ）２６によって駆動されるＸ線励起放射源を含む。いくつかの実施形態では、放射源１００は、本明細書で簡潔のために「入射ビーム１３０」または「ビーム１３０」とも呼ばれ、ウェハ１９０を通過するのに適したエネルギーを有するＸ線ビーム１３０を放出するように構成される。

いくつかの実施形態では、線源１００は、０．１ｎｍ以下の波長で約１５０μｍ以下の有効スポット寸法を有する強いＸ線放射を発生するように構成される。

いくつかの実施形態では、線源１００は、任意の適切な種類の高輝度Ｘ線源、例えば、限定されないが（ａ）固定固体アノード、（ｂ）回転固体アノード、（ｃ）液体金属または（ｄ）シンクロトロンを含むことができる。

いくつかの実施形態では、固定固体アノードベースの線源は、真空中の高エネルギー電子（≧５０ｋｅＶ）がモリブデン（Ｍｏ）または銀（Ａｇ）アノード、または他の適切な金属元素または合金に入射するマイクロフォーカスＸ線管を含む。そのようなマイクロフォーカスＸ線管は、限定はしないが、Ｉｎｃｏａｔｅｃ ＧｍｂＨ（ドイツ、ハンブルク）、またはｒｔｗ ＲＯＮＴＧＥＮＴＥＣＨＮＩＫ ＤＲ．ＷＡＲＲＩＫＨＯＦＦ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．（ベルリン、ドイツ）などの複数の供給業者によって提供される。

いくつかの実施形態では、回転固体アノードマイクロフォーカスＸ線源は、ＭｏまたはＡｇアノードまたは他の任意の適切な金属元素または合金を含み得る。適切な回転アノードＸ線源は、Ｂｒｕｋｅｒ ＡＸＳ ＧｍｂＨ（カールスルーエ、ドイツ）などの複数の供給業者によって提供される。

いくつかの実施形態では、液体金属Ｘ線源は溶融状態のアノードを含む。アノードは、ガリウム（Ｇａ）とインジウム（Ｉｎ）の合金のような任意の適切な１つまたは複数の元素または合金を含むことができる。適切な液体金属Ｘ線源は、例えば、ｅＸｃｉｌｌｕｍ ＡＢ（Ｋｉｓｔａ、スウェーデン）によって提供される、１つ以上のＭｅｔａｌＪｅｔ製品から選択され得る。

いくつかの実施形態では、小型電子加速器ベースのＸ線源を含むシンクロトロンベースの線源は、例えばＬｙｎｃｅａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（フレモント、ＣＡ ９４３９、ＵＳＡ）によって提供され、また科学界により開発されているものなどがある。

いくつかの実施形態では、ウェハ１９０は、表面１９１および１９２を有する半導体ウェハを含むことができる。いくつかの実施形態では、表面１９１は、例えば、堆積、リソグラフィおよびエッチングなどの任意の適切な半導体プロセスを使用して、表面１９１上および／またはウェハ１９０のバルクの中、または表面の上に堆積される材料の中、に形成される高アスペクト比（ＨＡＲ）フィーチャを含む。これらの実施形態では、表面１９２は通常平らで滑らかなままであり、ＨＡＲ構造またはリソグラフィおよびエッチングによって生成された他のパターンを含まないことに留意されたい。表面１９１上のフィーチャの形成中に、例えば化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスを使用して、表面１９２のいくつかの場所にいくつかの層がブランケットとして堆積され、そして表面１９２上に意図しないトポグラフィが生じ得ることが理解されよう。

他の実施形態では、表面１９２の少なくとも一部は、前述のＨＡＲフィーチャおよび／または他の任意の適切なタイプのフィーチャでパターン化されてもよい。代替の実施形態では、表面１９２のみが前述のＨＡＲのフィーチャを含み得る。

本開示の文脈において、および特許請求の範囲において、用語「アスペクト比」は、深さと幅（例えば、円形の穴の場合は直径）との間の、または高さと幅との間の算術比を指す。さらに、用語「高アスペクト比（ＨＡＲ）」は、典型的には、１０より大きいアスペクト比を指す。本明細書ではＨＡＲフィーチャとも呼ばれるＨＡＲ構造は、例えば、論理デバイス（例えばマイクロプロセッサ）、ＮＡＮＤフラッシュメモリデバイス、またはダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）デバイス、または他の任意のデバイス上に形成された様々な種類の三次元構造、を含み得る。

いくつかの実施形態では、ＨＡＲフィーチャは、１つまたは複数の、Ｆｉｎ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ゲートオールアラウンド（ＧＡＡ）ＦＥＴ、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイスのナノワイヤＦＥＴ、ＤＲＡＭデバイスのアクセストランジスタ、３Ｄ ＮＡＮＤフラッシュデバイスの１つ以上のチャネル、ＤＲＡＭデバイスの１つ以上の３Ｄコンデンサ、または他の任意のタイプのＨＡＲフィーチャを含みうる。

いくつかの実施形態では、システム１０はコンピュータ２０を含み、コンピュータ２０はプロセッサ２２、インターフェース２４およびディスプレイ（図示せず）を含む。プロセッサ２２は、後述するシステム１０の様々な構成要素および組立体を制御し、本明細書では検出器２４０と呼ぶ可動検出器組立体から受け取った電気信号を処理するように構成される。インターフェース２４は、プロセッサ２２とシステム１０の各構成要素および組立体との間で電気信号を交換するように構成される。

典型的には、プロセッサ２２は、本明細書に記載されている機能を実行するためにソフトウェアでプログラムされている適切なフロントエンドおよびインターフェース回路を備えた汎用プロセッサを含む。ソフトウェアは、例えばネットワークを介して電子形式でプロセッサにダウンロードされてもよく、あるいは代替的にまたは追加的に、磁気、光学、または電子メモリなどの非一過性有形媒体に提供および／または格納されてもよい。

いくつかの実施形態では、ビーム１３０は、線源１００から放出され、本明細書で「組立体１１０」と呼ばれる、Ｘ線を通さない任意の適切な材料で作られたシステムのシャッタおよびスリット組立体を通過する。いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、モータまたは圧電式駆動装置（図示せず）などの１つまたは複数の制御されたアクチュエータを使用して組立体１１０の位置を設定するように構成される。

いくつかの実施形態では、シャッタおよびスリット組立体１１０は、ビーム１３０の設計された光路から偏向したあらゆるＸ線放射を遮断することによって、システム１０のユーザ安全性を向上させるように構成される。いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、ビーム１３０の発散および空間形状を制御するため、スリットの位置および寸法を調整するように構成されている。

いくつかの実施形態では、システム１０は、ビーム１３０の発散、強度およびスポット寸法を調整するために、そして望ましくない散乱放射を遮断するために、プロセッサ２２によって制御される追加のスリットを含む。

いくつかの実施形態では、システム１０は、本明細書で「組立体１６５」と呼ばれるビーム調整組立体を含み、その構造は以下の図４で詳細に説明される。いくつかの実施形態では、ビーム調整組立体１６５は、ミラー１２０およびスリット１２５などの光学素子を含む。ミラー１２０は、線源１００およびシャッタおよびスリット組立体１１０からビーム１３０を集めるように構成され、ビーム１３０の光学特性を整形するように構成される。例えば、ミラー１２０は、コリメートビームもしくは集束ビーム、またはそれらの組み合わせ（例えば、ｘ方向にコリメートされｙ方向に集束される）を生成する。スリット１２５は、ミラー１２０を出るビームの発散角およびスポット寸法などのビーム１３０の特性を調整するように構成される。

いくつかの実施形態では、ビーム調整組立体１６５は、光学素子の表面上での空気と電離放射線との間の相互作用によって引き起こされる、１つ以上の前述の光学素子の劣化を防ぐために真空チャンバを備え得る。

いくつかの実施形態では、ビーム調整組立体１６５は複数の構成を有することができ、そのうちのいくつかは以下の図４で詳細に説明される。例えば、プロセッサ２２は、第１のビーム１３０を小さい空間範囲（すなわちスポット寸法）を有するコリメートビームとして成形するようにビーム調整組立体１６５に指示することができる。プロセッサ２２はこのビーム構成を、ウェハ１９０の隣接するダイの間のスクライブラインにレイアウトされたテスト構造に対して計測が行われるロジックの用途の場合のように、小型テストパッド上に配置されたフィーチャを測定するために使用することができる。

別の例では、ウェハ１９０は、（例えば、メモリブロック内に）繰り返しフィーチャの大きな配列を有するメモリデバイス（例えば、ＤＲＡＭ、ＮＡＮＤフラッシュ）、またはメモリセクションを有する論理デバイスを含み得る。いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、ダイの選択されたメモリブロックに、第１のビーム１３０と比較してより大きなスポット寸法およびより高い強度を有する第２のビーム１３０を適用し得る。プロセッサ２２は、それぞれのＳＡＸＳシステム（例えば、上述のシステム１０、３０、または４０）の分解能を高めるために、検出器２４０の活性表面上にビーム１３０をフォーカスするためのミラー１２２を交換してもよい。

いくつかの実施形態では、システム１０は、本明細書ではスリット組立体１４０とも呼ばれるビームリミッタを備え、それは、以下の図５と図６で詳細に説明される１つまたは複数のスリットおよび／または可動ブレードを備える。スリット組立体１４０は、ウェハ１９０の表面１９２上の入射ビーム１３０の位置および／またはスポット寸法および／または形状および／または収束角もしくは発散角を制御および／または微調整するように構成される。

いくつかの実施形態では、システム１０は、ｙ軸の回りに回転軸を有し、表面１９１に中心を有する電動回転ステージ（図示せず）を備える。いくつかの実施形態では、線源１００、ビーム調整組立体１６５、および１つまたは複数のスリット組立体１１０および１４０は、回転ステージに取り付けられ、回転ステージは運動制御装置および／またはプロセッサ２２によって制御される。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、システム１０の測定条件を改善するために、入射ビーム１３０とウェハ１９０の表面１９２の法線との間の角度を調整または較正することができる。

いくつかの実施形態では、システム１０は、ウェハ１９０がその上に取り付けられたチャック２００を備える。チャック２００は、ウェハ１９０を機械的に支持し、ビーム１３０を表面１９２の大部分の領域（例えば、図１に示すようにウェハ１９０のベベルの少なくとも一部を除く）または、その全領域に配向することを可能にするように構成される。

いくつかの実施形態では、チャック２００はリング形状のウェハ支持体からなることができるが、それに加えてまたはその代わりに、チャック２００は３点キネマティックマウントなどの他の適切な設計を含むことができる。

いくつかの実施形態では、システム１０は、チャック２００を搭載したマウント、例えば、本明細書で「ステージ２１０」と呼ぶ電動ｘｙｚχωφステージを含む。ステージ２１０は、システム１０のｘｙｚ座標系においてプロセッサ２２によって制御され、そして入射ビーム１３０がウェハ１９０の表面１９２に直接当たることを可能にするようにオープンフレーム（すなわち、中心に材料を持たない）として設計される。

いくつかの実施形態では、ステージ２１０は、入射ビーム１３０に対するウェハ１９０の所望の空間位置を設定するために、ビーム１３０に対してウェハ１９０をｘ方向およびｙ方向に移動させるように構成される。ステージ２１０はさらに、表面１９２上の所望の位置、またはウェハ１９０上の任意の他の適切な位置におけるビーム１３０のフォーカスを改善するようにｚ軸に沿ってウェハ１９０を移動させるように構成される。ステージ２１０はさらに、ウェハ１９０の表面１９２に平行なそれぞれｘ軸およびｙの周りに回転χおよび／またはωを加え、そしてウェハ１９０の表面１９２に垂直なｚ軸の周りに方位回転φを加えるように構成される。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、ビーム１３０を測定対象の構造内の選択されたフィーチャとアライメントさせるために、所定の方位角φを選択するように構成される。例えば、プロセッサ２２は、ウェハ１９０上の一次元（１Ｄ）に配置されたライン構造に対してビーム１３０をアライメントするために、第１の方位角φ１（図示せず）を選択することができる。さらにプロセッサ２２は、ウェハ１９０上の矩形または六方格子などの二次元（２Ｄ）パターンに配置されたパターンまたは孔またはビアの配列に対してビーム１３０をアライメントさせるため、第２の方位角φ２（図示せず）を選択することができる。

別の実施形態では、ウェハ１９０が（ステージ２１０の代わりに）適切な固定器具に取り付けられ、それによりプロセッサ２２が線源１００と前述の組立体（例えばスリット組立体１１０とビーム調整組立体１６５およびスリット組立体１４０）を移動させることができ、それによりＸ線ビームは、ウェハ１９０の任意の１つまたは複数の所望の位置に配向される。他の実施形態では、システム１０は、他の適合する一組のステージ（例えば、ウェハ１９０用のχωφステージ、および上述の組立体用のｘｙｚステージ）を有し、そしてプロセッサ２２は、その一組のステージを制御することによってビーム１３０に対して表面１９１および１９２を移動させるように構成される。

いくつかの実施形態では、入射ビーム１３０は表面１９２に衝突し、ウェハ１９０を通過し、ウェハ１９０の表面１９１に形成された前述のＨＡＲフィーチャから散乱される。ウェハ１９０の代替構成では、上述のように、表面１９１にパターン形成されたＨＡＲフィーチャに加えて、またはその代わりに、表面１９２がＨＡＲフィーチャを含み得る。このウェハ構成では、入射ビーム１３０は、表面１９２上にパターン形成されたＨＡＲフィーチャからも散乱され得る。いくつかの実施形態では、システムの検出器２４０は、以下に詳細に説明するように、表面１９１および１９２の両方のＨＡＲフィーチャから散乱されるＸ線光子を検出するように構成される。

いくつかの実施形態では、入射ビーム１３０は、点１１１においてウェハ１９０の表面１９２に垂直に、またはウェハ１９０に対して任意の他の適切な角度で衝突することができる。ある実施形態では、入射ビーム１３０の一部はウェハを横切るときに吸収される。上述の１つまたは複数のＨＡＲフィーチャから散乱された追加のビーム２２２は、透過ビーム１３０とはウェハ２２の表面１９１に対して異なる角度で出射する。

いくつかの実施形態では、検出器２４０は、検出器２４０の表面２２４上の１つまたは複数の領域２２６で衝突するビーム２２２のＸ線光子を検出するように構成されている。検出器２４０は、任意の適合するタイプの１つまたは複数の検知器、例えば、限定されないが、電荷結合素子（ＣＣＤ）、多数の供給業者によって提供されるＣＭＯＳカメラ、または１Ｄ Ｍｙｔｈｅｎ検出器と２Ｄ ＰｉｌａｔｕｓおよびＥｉｇｅｒシリーズの検出器を供給する、ＤＥＣＴＲＩＳ Ｌｔｄ．（バーデン、スイス）によって製造された、シリコン（Ｓｉ）またはテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）検出層から作られるアレイ検出器、を含みうる。

いくつかの実施形態では、検出器２４０は、その検出効率を向上させるために、所定の運動プロファイルに基づいて検出器２４０を移動および／または回転させるように構成された高精度電動並進および／または回転ステージ（図示せず）に取り付けることができる。検出器２４０のステージおよび運動制御の例示的な実施形態は、以下の図１０において詳細に説明される。

いくつかの実施形態では、上述の検出器は、本明細書ではビーム２２２と呼ばれる、ウェハ１９０から散乱されたＸ線ビーム、を検出するように構成され、そしてウェハ１９０のＨＡＲフィーチャからの小角散乱強度分布を測定するために必要な角解像度を提供するように、十分に小型の敏感な要素を含む。

いくつかの実施形態では、システム１０は、ウェハ１９０内にパターン形成された前述のフィーチャの特性を正確に測定するために、システム１０の較正および設定で使用される１つまたは複数の較正ゲージ２１５を備える。少なくとも１つの較正ゲージ２１５は、以下に詳細に説明されるように、ウェハ１９０の所与の位置の既定の基準に対する高さおよび傾きを示す電気信号を生成するように構成される。電気信号は、インターフェース２４を介して、分析のためにプロセッサ２２に送信される。

いくつかの実施形態では、システム１０は、２つの較正ゲージ２１５を備えることができる。典型的には平坦で、ＨＡＲフィーチャまたは他の種類のパターンを有さない表面１９２に面する第１の較正ゲージ２１５、そして典型的にはパターン化され、また上記のＨＡＲフィーチャを有してもよい表面１９１に面する第２の較正ゲージ２１５。図１の構成例では、第２の較正ゲージは選択肢であり、したがって破線の長方形として示されている。

他の実施形態では、システム１０は、較正ゲージ２１５の他の適切な構成、例えば、第２の較正ゲージのみが表面１９１に面し、または、表面１９２および１９１にそれぞれ面する前述の第１および第２の較正ゲージ２１５を有する。

いくつかのケースでは、較正ゲージ２１５は、ウェハ１９０のパターンのある表面（例えば、表面１９１上の）と平坦表面（例えば、パターンの無いまたはブランケットな表面１９２のような）の高さおよび傾斜に対して異なる応答をする可能性があり、従って、高さと傾斜の測定値の精度を向上させるために、事前に較正ステップを必要とし得る。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、前述の第２の較正ゲージ２１５から、パターンを有する表面１９１の高さおよび傾斜を示す信号を受信することができる。パターンは、第２の較正ゲージによって実行される測定に影響（例えば、偏位を誘導する）を及ぼし得る。これらの実施形態では、プロセッサ２２は、入射ビーム１３０とウェハ１９０の表面１９２の法線との間の角度を調整または較正して、パターン誘起偏位を補償し、したがって、システム１０により実行される測定の品質を改善するように構成される。

較正ゲージ２１５が表面１９２、または他のパターン化されていない表面の高さおよび傾斜を測定するとき、通常、測定値にシフトはないことに留意が必要である。

いくつかの実施形態では、本明細書では光学ゲージとも呼ばれる較正ゲージ２１５は、光源およびセンサ（図示せず）、または任意の他の適切な構成を含み得る。較正ゲージ２１５は、ｘ軸およびｙ軸の選択された座標において、局所高さ（たとえば、ｚ軸に沿った距離）および表面１９２の傾斜（たとえば、ｘｙｚ座標系のｘ−ｙ平面に対する）を測定するように構成される。これらの実施形態では、光源およびセンサは、任意の適切な波長、例えば可視、赤外線（ＩＲ）、または紫外線（ＵＶ）で動作するように構成されているが、通常はＸ線レンジ内ではない。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、較正ゲージ２１５から受信した電気信号に基づいて、システム１０のディスプレイ上に、表面１９１および１９２または任意の他の選択されたウェハ１０の平面の、ｘｙｚ座標系のｘ−ｙ平面などの任意の適切な基準に対する高さおよび傾斜を示す３Ｄマップを計算し表示するように構成される。プロセッサ２２は、表面１９２上で測定された場所と、例えば２つ以上の測定された場所の間の高さと傾斜を補間することにより、測定された場所の間で計算される追加の場所と、に基づいて３Ｄマップを計算することができる。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２はさらに、任意のＸ線ベースのアライメント手順のための１つまたは複数の開始位置を決定するように構成される。アライメント手順は、１つまたは複数の対象散乱構造のためのビーム１３０のゼロ角度（本明細書ではω０およびχ０と呼ばれる）を決定するために、システム１０によって使用される。

いくつかの実施形態では、ウェハ１９０の（ａ）表面１９１および１９２、および（ｂ）対象散乱フィーチャ（例えば、ＨＡＲ構造）の入射ビーム１３０に対する方向性を独立して測定することによって、プロセッサ２２はウェハ１９０の表面１９１に対する散乱フィーチャの方向性を計算するように構成される。この計算された方向性は、３Ｄ ＮＡＮＤフラッシュメモリのチャネルホールのようなＨＡＲ構造を測定するために特に重要である。

いくつかの実施形態では、ウェハ１９０は、典型的には、結晶を構成する原子の規則的配置を有する結晶上に成長する。続いて、ウェハ１９０は結晶からスライスされ、その結果、表面は、本明細書でウェハ方向性と呼ばれるいくつかの相対的方向のうちの１つにアライメントされる。これは結晶シリコンの成長面とも呼ばれる。方向性は、ウェハ１９０の電気的特性にとって重要である。異なる平面は、原子および格子の異なる配置を有し、これは、ウェハ内に生成される回路内で電流が流れる方法に影響を与える。シリコンウェハの方向性は、ミラー指数を用いて典型的に（１００）、（１１１）、（００１）および（１１０）のように分類される。

いくつかの実施形態では、システム１０は統合された光学顕微鏡５０を含むことができ、それはナビゲーションおよびパターン認識、ならびに、光学検査および／または計測および／またはウェハ１９０上のパターンおよび他のフィーチャを精査するためなどの、他の様々な用途に使用することができる。

いくつかの実施形態では、光学顕微鏡５０はコンピュータ２０に電気的に接続され、対象のパターンを示す信号を生成するように構成され、その結果プロセッサ２２はパターン認識または前述の用途の他の任意のものを実行できる。

追加的または代替的に、システム１０は、システム１０に相補的な計測または検査機能を提供するように構成された、他の適切な種類の統合されたセンサ（図示せず）を含むことができる。

いくつかの実施形態では、システム１０は、ＸＲＤ検出器５４および５６などの１つまたは複数のＸ線回折（ＸＲＤ）検出器を含み、それらは、ウェハ１９０の表面１９１および１９２に対して実質的に垂直な平面から回折されたＸ線光子を検出するように構成される。

ここで、システム１０の上面図である挿入図５２を参照する。いくつかの実施形態では、ＸＲＤ検出器５４および５６は、結晶格子のいくつかの面から回折したＸ線光子に基づいて、回折信号を生成するように配置され、その回折信号は、以下に説明するように、ウェハアライメントに使用できる。ＸＲＤ検出器５４および５６の少なくとも一方から受信した信号は他の用途にも使用することができる。

挿入図５２に示されるようなＸＲＤ検出器５４および５６、光学顕微鏡５０および較正ゲージ２１５（選択肢としての）の構成は、概念を明確にするために単純化されており、そして例として提供されている。他の実施形態では、システム１０は、センサ、検出器、顕微鏡および他の適切な構成要素およびサブシステムの任意の他の適切な構成および配置を含み得る。

ここで図１の側面図に戻る。いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、ウェハ１９０の表面１９１および１９２に対して実質的に垂直な平面からのラウエ回折の強度を示す信号をＸＲＤ検出器５４および５６から受信し得る。例えば、結晶面（５５５）は、本明細書でＳｉ（００１）と称される、ミラー指数（００１）を有するシリコンウェハの表面に対して垂直である。追加的または代替的に、プロセッサ２２は、検出器５４、５６および２４０のうちの少なくとも１つから、ウェハ２４０１９０の他の任意の格子面から回折されたビーム２２２の第１の部分の強度を示す信号を受け取ることができる。これらの信号は本明細書ではまた、回折信号と呼ばれる。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、入射ビームおよび／または直接ビームの単結晶ウェハの格子面に対する方向性を決定するため、表面１９１に対して実質的に垂直な結晶面から回折し、ＸＲＤ検出器５４および５６によって検知されるＸ線を使用するように構成される。

他の実施形態では、検出器２４０はさらに、前述のラウエ回折から回折されたＸ線光子を検知し、検知されたＸ線光子の強度を示す信号を生成するように構成される。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、本明細書では散乱信号とも呼ばれる、表面１９２を透過し表面１９１のＨＡＲフィーチャから散乱したビーム２２２の一部の強度を示す信号を検出器２４０から受信する。

代替の実施形態では、較正ゲージ２１５は、ウェハ１９０の表面１９１および１９２に実質的に垂直な平面からのラウエ回折を測定し、そして測定されたラウエ回折の強度を示す信号、ここでは代替回折信号と呼ぶ、を生成するように配置された１つ以上のＸ線検出器を含み得る。

いくつかの実施形態では、上述の１つまたは複数の回折信号に基づいて、プロセッサ２２は、ステージ２１０に対し、ウェハ１９０にωおよびχ回転を印加するように指示するように構成される。プロセッサ２２は、検出器２４０によって検出された回折Ｘ線の最大強度に対応するウェハ１９０の位置を、ウェハ１９０内の結晶格子に対するビーム１３０の傾斜角を確定するために使用することができる。

これらの実施形態では、プロセッサ２２は、回折条件を満たす２つ以上の方位角での測定値を使用して、結晶格子面とウェハ１９０の表面との間の傾斜角を確立するように構成される。さらに、プロセッサ２２は、非Ｘ線ベースのゲージのための較正技術として、表面１９１および１９２の方向性を決定するために、ビーム１３０にＸ線回折（ＸＲＤ）方式を適用することができる。例えば、較正は、結晶格子と表面１９１および１９２との間の既知の傾斜角を有する、基準ウェハ、または、キャリアウェハまたはツール上に取り付けられた任意の適切な基準構造を測定することによって実行され得る。

これらの実施形態では、検出器２４０は、限定されないが、（ａ）シリコン、ゲルマニウム、またはＣｄＴｅまたは他の適切な材料から作られた１Ｄダイオードの配列、および（ｂ）ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ、ＰＩＮダイオード、またはハイブリッド画素検出器技術に基づく、２Ｄ Ｘ線直接または間接検出カメラのような様々な適切なタイプの検出要素を含み得る。

代替実施形態では、システム１０は、較正ゲージ２１５に加えて、エネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）検出器組立体（図示せず）を含むことができる。ＥＤＸ検出器組立体は、シリコンベースまたはゲルマニウムベースの固体ＥＤＸ検出器と、単一チャネルまたは複数チャネルを有する電子分析器とを備える。 ＥＤＸ検出器組立体は、例えばウェハ１９０の点１１１から、またはシステム１０を較正するために使用される標準ウェハの所定の場所から、放出されるＸ線の蛍光を測定し、点１１で測定された蛍光Ｘ線の強度を示す電気信号を生成するように構成される。

電気信号に基づいて、プロセッサ２２は、点１１１の第１の位置と、第１の位置と、較正ゲージ２１５によって同時に取得された第２の位置と、の間の偏位とを決定するように構成される。

いくつかの実施形態では、Ｘ線源１００、および線源１００とウェハ１９０との間の少なくともいくつかのＸ線光学系は第１のステージに取り付けられ、ウェハ１９０は第２のステージ（例えばステージ２１０）に取り付けられる。光学顕微鏡５０および光学ゲージ２１５のうちの少なくとも一方が第３のステージ上に取り付けられている。蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）ベースの信号と光学ベースの信号とを比較することによって、プロセッサ２２は、例えば、光学顕微鏡５０の光学パターン認識カメラとＸ線ビーム１３０との間の空間偏位を識別し、そしてシステム１０の前述のステージ間の任意のミスアライメントを識別するように構成される。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、受信した電気信号に基づいて、送りネジ誤差およびステージ２１０のｘ軸とｙ軸との間の非直交性など、ステージ２１０における運動誤差を推定するように構成される。さらに、蛍光信号に基づいて、プロセッサ２２は、システム１０の座標系における１つ以上の点とそれぞれの点のステージ２１０上の実際の位置との間の偏位を推定することにより、ステージ２１０を較正するように構成され、この較正はステージマッピングとも呼ばれる。

いくつかの実施形態では、システム１０は、上記のエネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）組立体に加えて、またはその代わりに、適切な基準ウェハ（図示せず）を通過するＸ線ビーム、本明細書では直接ビームと呼ばれる、の減衰に基づく較正方式を含む。適切な基準ウェハは、直接ビームの強度を数十パーセント減衰させるように適応されたパターン化フィーチャを含むことができ、それによって検出器２４０は影響を受ける（例えば、飽和）ことなく直接ビームの光子を検知することができる。例示的な実施形態では、標準ウェハは、限定されないがタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）などの、様々な適切な元素または合金の任意の適切な厚さ、たとえば約５０μｍの様々なパターンを含み得る。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、ウェハ１９０などの製品ウェハ上の構造の測定中にビーム１３０とウェハ１９０とをアライメントするために、またはシステム１０を較正するために、例えば保守作業を実行した後にシステムを製造での使用に向け準備するために、較正ゲージ２１５を使用し得る。

上述の代替の実施形態では、システム１０は、表面１９１から検知された信号に基づいてウェハ１９０の傾きを測定するように、ウェハ１９０の反対側に取り付けられた少なくとも１つの較正ゲージ２１５を含むことができる。一実施形態では、プロセッサ２２は、ウェハのブランケット領域とパターン化領域で測定された傾斜角の間の偏位を較正するように構成される。

この実施形態では、プロセッサ２２は較正ゲージ２１５を位置決めして、表面１９１の端部に隣接して位置する第１の点、これは一般にブランケットである（すなわちパターンなし）が、に光ビームを配向し、そしてｘ軸およびｙ軸におけるウェハの傾きを測定する。続いて、プロセッサ２２は、較正ゲージ２１５を位置決めして、第１の点に最も近接した（例えば、１０ｍｍ〜２０ｍｍ）パターン上の第２の点に光ビームを配向し、そしてｘ軸およびｙ軸におけるウェハの傾きを測定する。

いくつかの実施形態では、第１および第２の点における傾斜測定値に基づいて、プロセッサ２２はブランケット表面とパターン化表面との間のオフセットを計算する。ウェハは通常剛性であり、実際の傾斜角度は１０ｍｍまたは２０ｍｍの距離内では変化しないことに留意されたい。オフセットは、ウェハ１９０または他の任意のタイプの測定されたウェハのブランケット表面およびパターン化表面上の傾斜測定値の間の較正係数として使用することができる。いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、光ビームのスポット寸法を、ウェハエッジ付近のブランケット表面のみを照明するのに十分に小さく、しかしパターンの様々なフィーチャにわたって傾斜測定値を平均するのに十分な程大きく設定することができる。

いくつかの実施形態では、ウェハ１９０は単結晶材料を含み、Ｘ線回折（ＸＲＤ）検出器５４および５６の少なくとも一方は単結晶材料の格子面からのビーム２２０の回折を測定するように構成される。いくつかの実施形態では、測定された回折に応答して、プロセッサ２２は、格子面に対する較正ゲージ２１５の適切なパラメータ（例えば方向性）を較正するように構成される。

システム１０によって実行される、ウェハ１９０のＨＡＲ構造などのフィーチャの測定を向上させるための較正技術を説明するために、較正ゲージ２１５の特定の構成を概略的に図１に示す。しかし、本発明の実施形態は、決してこの特定の種類の例示的な構成に限定されるものではなく、上述の較正ゲージ２１５の原理は、任意の適切な構成を使用して実施することができる。

一実施形態では、システム１０は、本明細書でビーム遮断器２３０と呼ばれる、Ｘ線不透過性または部分的に不透過性の材料から作製されたビーム遮断組立体を備える。

ビーム遮断器２３０は、ウェハ１９０と検出器２４０との間でシステム１０に取り付けられ、ビーム２２０の少なくとも一部が検出器２４０を照射するのを阻止するように構成される。いくつかのケースでは、入射ビーム１３０の少なくとも一部はウェハ１９０を直接透過し得る。

いくつかの実施形態では、ビーム遮断器２３０は、入射ビーム１３０の空間的広がりに匹敵する角度範囲にわたって、直接透過した入射ビームを部分的に遮断するように位置決めされてもよい。

ビーム遮断器の例示的な実施形態は、以下の図７Ａおよび図７Ｂに詳細に示されている。

いくつかの実施形態では、ビーム遮断器２３０の不透過性レベルおよび形状は、以下の図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、検出器２４０によって生成される信号に影響を与える。

いくつかの実施形態では、検出器組立体は、単一の検出器、または領域２２６の周りに配置された検出器の配列を含み得る。ビーム検出器は、２Ｄ構成（すなわちエリア検出器）または１Ｄ構成（すなわち線形検出器）を有し、そして、Ｘ線光子を計数することができる。検出器２４０は平坦であってもよく、またはビーム２２２および２２０に向かって傾斜した弧のような任意の適切な形状を有してもよい。捕獲された光子に応答して２４０は電気信号を発生するように構成される。検出器２４０の一実施例は、以下の図１０に詳細に示されている。

いくつかの実施形態では、システム１０は、ウェハ１９０と検出器２４０との間に取り付けられ、ビーム２２０の望ましくない空気からの散乱を低減するように構成された真空チャンバ２８０を備える。いくつかの実施形態では、真空チャンバ２８０は各端部にＸ線を透過する窓を有する金属管からなり、それによりビーム２２０および２２２はウェハ１９０と検出器２４０との間を通過することができる。

いくつかの実施形態では、システム１０は、真空チャンバ２８０内の真空レベルを制御し、それによって検出器２４０の活性表面に衝突するＸ線光子の信号対バックグラウンド比（ＳＢＲ）を改善するように、プロセッサ２２によって制御される、粗引きポンプなどの適切な真空ポンプを備える。

いくつかの実施形態では、システム１０は、ウェハ１９０の前述のフィーチャ上の構造的（例えば寸法および形状）ならびに形態的パラメータを測定するように構成される。例えば、プロセッサ２２は検出器２４０から受信した電気信号に基づいて、限定されないが、パターン構造の高さ、深さ、幅および側壁角度、ならびにウェハ１９０を横切る任意の場所における膜の厚さおよび密度など、多種多様なパラメータを測定するように構成される。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、検出器２４０から受信した電気信号を分析するためのモデルベースのソフトウェアを含む。プロセッサ２２は、共通の強度正規化係数を有するすべての入射角についてＸ線散乱をシミュレートするために、単一構造モデルを使用する。続いて、プロセッサ２２は例えば、適合度（ＧＯＦ）パラメータの数値解析に基づいて、測定された強度分布とシミュレーションによる強度分布との間の相関を比較する。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、例えば差分進化法（ＤＥ）などのアルゴリズムを使用することによってモデルのパラメータを反復的に調整して、ＧＯＦパラメータを最小化し、最適モデルパラメータを取得するように構成される。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、相補的技法によって測定された値、例えば、限界寸法走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）によって測定された対象フィーチャの上層における幅をモデルパラメータに導入することによってモデルパラメータ間の相関を低減し得る。

いくつかの実施形態では、システム１０は、小角Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）以外の任意の適切な参照技法、例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を使用して外部的に特徴付けられた、周期的フィーチャの配列を有する１つまたは複数の較正ターゲットを含み得る。プロセッサ２２は、システム１０の前述の組立体を較正するため、および（ａ）ビーム１３０とウェハ１９０との間、および（ｂ）ビーム２２２と検出器２４０との間のアライメントのための基準として較正ターゲットを使用することができる。

いくつかの実施形態では、上記のＳＡＸＳ構成およびソフトウェアアルゴリズムに基づいて、システム１０は、ウェハ１９０にわたって対象フィーチャ内の不規則性パラメータを検出するように構成される。それは例えば、マルチパターニングリソグラフィプロセスにおいて生じる可能性があるピッチウォーキングエラー、または３Ｄ ＮＡＮＤメモリにおけるエッチングプロセスに起因した、チャネルホールの傾斜およびねじれ、のような側壁の水平および垂直の粗さおよびピッチの変化である。

本開示の文脈および特許請求の範囲において、ＳＡＸＳの「小角」という用語は、直接ビームに対して１０度より小さい角度を指す。

システム１０の構成は、本開示の実施形態によって対処される特定の問題を例示し、そのようなシステムの性能を向上させる際のこれらの実施形態の適用を実証するために、例として示される。しかしながら、本発明の実施形態は決してこの特定の種類の例示的なシステムに限定されるものではなく、本明細書に記載の原理は、任意の適切な種類の電子装置において、フィーチャを測定するために使用される他の種類のＸ線システムにも同様に適用できる。

図２は、本発明の他の実施形態によるＳＡＸＳシステム３０の概略図である。いくつかの実施形態では、ＳＡＸＳシステム３０、本明細書では簡潔のために「システム３０」とも呼ばれるが、の構成は、入射ビーム１３０に対して任意の適切な角度（例えば、４５度）でウェハ１９０を傾斜させた、本明細書では回転されるとも呼ばれるが、システム１０の構成と同様である。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、ステージ２１０に対し、ウェハ１９０を、ｙ軸周りの方位角回転ωのように、ウェハ１９０の平面内の傾斜軸の周りに傾斜させ、そして前述のスリット組立体の少なくとも１つが、傾斜軸に平行に配向するように命令するように構成される。

いくつかの実施形態では、システム３０は、低アスペクト比（例えば、１０より小さい、幅に対する高さの比）を有するウェハ１９０の構造を測定するように構成される。上述のように、プロセッサ２２は、入射ビーム１３０に対してウェハ１９０を回転させるように、あるいは代替的に、ウェハ１９０に対して入射ビーム１３０を回転させるように構成される。プロセッサ２２は、数十度の範囲にわたってｙ軸周りの回転、本明細書ではω回転と呼ぶが、を実行するように構成される。

いくつかの実施形態では、回転角の範囲は、対称であり得、例えば、上述の図１に示されるように、ウェハ１９０の表面に対して±５０度であり得る。代替の実施形態では、プロセッサ２２は、例えばステージ２１０にウェハ１９０を上記範囲内の所望の角度に回転させるように指示することによって、非対称回転（例えば、−１０度〜＋６０度）を実行することができる。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、例えばビーム１３０に対してウェハ１９０の方位角を回転させることによって、複数の平面内の１つの構造のプロファイルを測定するように構成されている。本開示の文脈および特許請求の範囲において、「プロファイル」という用語は、測定されたフィーチャの単一の側壁の形状、またはその深さもしくは高さに沿った２つの隣接する側壁間の幅の変化、または深さの関数としての穴の中心のシフトを指す。円形断面ではなく楕円形などの穴のさらなる非対称性は、通常、異なる方位角およびχ軸での測定を必要とするであろう。

例えば、プロセッサ２２は、異なる方位角で実行された一連の強度測定値を使用して、選択されたｘ−ｙ平面内のフィーチャのプロファイルを測定することができる。いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、３Ｄ ＮＡＮＤメモリデバイスのチャネルホールの直径、またはロジックデバイスのローカル相互接続構造のビアおよび／または金属線の幅を測定するためにこの技法を実行することができる。

一実施形態では、ビーム遮断器２３０は検出器２４０に近接して配置される。別の実施形態では、ビーム遮断器２３０はウェハ１９０に近接して配置されてもよい。

図３は、本発明の別の実施形態によるＳＡＸＳシステム４０の概略図である。いくつかの実施形態では、本明細書では簡潔のために「システム４０」とも呼ぶ。ＳＡＸＳシステム４０の構成は、システム１０の構成と同様であるが、ビーム遮断器２３０はウェハ１９０に近接して配置されている。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、検出器２４０によって検知される望ましくないバックグラウンドおよび迷走散乱のレベルを低減するように、ビーム２２０の経路に沿った任意の適切な位置にビーム遮断器２３０の位置を制御するように構成される。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、ビーム遮断器２３０の位置をビーム２２０の経路に沿った１つ以上の既定の取り付け場所に設定することができる。追加的にまたは代替的に、プロセッサ２２は、ウェハ１９０と検出器２４０との間の任意の適切な位置にビーム遮断器２３０を移動させて保持するように構成される、電動ステージ（不図示）を制御することによってビーム遮断器２３０の位置を調整することができる。

ビーム遮断器２３０および、前述のステージなどの関連する組立体の構造は、例えば以下の図７Ａに詳細に記載されている。さらに、ウェハ１９０の対象フィーチャを測定する際のビーム遮断器２３０の機能および用途に関する実施形態は、以下の図８Ｂおよび図９Ｂに詳細に記載されている。

システム１０、３０、および４０の構成は例として提供される。しかしながら、本発明の実施形態は決してこの特定の種類の例示的なシステムに限定されず、本明細書に記載の原理は、限定されないが、ウェハの同じ側に配置されたＸ線源組立体と検出器組立体の両方を有する反射型Ｘ線計測システムのような他の種類の計測システムにも同様に適用できる。

図４は、本発明の一実施形態によるビーム調整組立体１６５の概略図である。ビーム調整組立体１６５は、上述のシステム１０、３０、および４０のいずれかにおいて、あるいは、ウェハ１９０または他のタイプのウェハに生成されたフィーチャを測定するためにＸ線ビームを適用する、計測システムの他の任意の適切な構成において使用され得る。

いくつかの実施形態では、ビーム調整組立体１６５は、本明細書で組立体１１０、３００、および３２０と呼ばれる、複数組のスリット組立体を備える。組立体１１０は、図１〜図３に示すようにビーム調整組立体１６５の外部にあってもよく、または図４に示すようにその中に組み込まれてもよい。同様に、組立体３２０はビーム調整組立体１６５の一部または外部にあり得る。

上記の図１で説明したように、ビーム調整組立体１６５のスリット組立体は、ビーム１３０の設計された光路からそれた望ましくない散乱Ｘ線放射を遮断するように、および／またはビーム１３０の発散、強度およびスポット寸法を調整するように構成される。

いくつかの実施形態では、ビーム調整組立体１６５はミラー１２０を含み、ミラー１２０は、上の図１で説明したように、ビームがスリット組立体１１０を通過した後にビーム１３０の光学特性を形成するように構成される。

いくつかの実施形態では、ミラー１２０は、例えばタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）またはニッケル（Ｎｉ）などの重元素とカーボンやシリコンなどの軽元素の薄い（たとえば１ミクロン程度の）層を交互に重ねた多層１２４でコーティングされた湾曲基板１２２を備える。このようなＸ線光学系ミラーは、Ｉｎｃｏａｔｅｃ ＧｍｂＨ（ドイツ、ハンブルグ）、ＡＸＯ ＤＲＥＳＤＥＮ ＧｍｂＨ（ドイツ、ドレスデン）またはＸｅｎｏｃｓ（フランス、Ｓａｓｓｅｎａｇｅ）などのいくつかの供給元によって提供されている。いくつかの実施形態においては、ミラー１２０の構成は、２つの方向（ｘ、ｙ）にコリメートビームを提供するように適合されている。他の実施形態では、ミラー１２０は、ビーム１３０を一方向（例えば、ｘ方向）にコリメートし、ビーム１３０を直交方向（例えば、ｙ方向）に集束させるように構成される。

いくつかの実施形態では、ミラー１２０は、最小のスポット寸法を得るように表面１９１上にビーム１３０を集束させるように構成される。他の実施形態では、検出器２４０にＸ線ビームを集束させることにより、例えばＨＡＲ構造の撮像において、検出器２４０に検知されるＸ線ビームの改善された角度分解能を、システム１０に提供することができる。

２Ｄコリメートビームの場合、ビーム調整組立体１６５は、線源１００から収集された立体角（すなわち、二次元角）を増大させ、そしてビーム１３０のＸ線束を増大させるように、互いに向き合う２つの光学系、例えば２つのミラー１２０を含み得る。

いくつかの実施形態では、ビーム調整組立体１６５は、プロセッサ２２によって制御される１つまたは複数の電動アクチュエータに取り付けられた、ミラー１２０などの複数の多層ミラーの任意の適切な構成を含み得る。プロセッサ２２は、ビーム１３０の光学特性を調整することにより最適な測定条件を得るように、ビーム調整組立体１６５の各ミラー１２０の構成を調整し得る。

いくつかの実施形態では、ビーム調整組立体１６５は、ゲルマニウム（Ｇｅ）の単結晶または他の任意の適切な材料から作製された結晶３１０を備える。結晶３１０は、チャネル部３１２が入口開口部３１６から出口開口部３１８まで先細りになるように配置された、入口開口部３１６、出口開口部３１８、および対向する内面３１４および３１５を含むＶ字形のチャネル３１２を有する。

いくつかの実施形態では、ビーム１３０はスリット組立体１１０を通過してミラー１２０に入り、続いてスリット組立体３００および入口開口部３１６を通過する。その後、ビーム１３０は内面３１４に衝突し、その後内面３１６に衝突し、出口開口部３１８を通って結晶３１０を出る。

いくつかの実施形態では、ビーム調整組立体１６５は分散要素として機能し、さらにビーム調整組立体１６５のスリット組立体３２０を出た後にビーム１３０のスポット寸法を縮小するように構成されるビーム圧縮光学系として機能する。ビーム調整組立体１６５の構成は、ビーム圧縮を可能にし、さらに、平行面のチャネルを有する結晶、または１つ以上の狭い開口を有する１つ以上のスリットの使用のような、代替技術と比較して光束の損失を低減する。

図４の構成例では、スリット組立体１１０、３００、および３２０は、ミラー１２０および結晶３１０の前後に取り付けられて、上述の光路に沿ったビーム１３０の整形を改善する。他の実施形態では、ビーム調整組立体１６５は、線源１００とミラー１２０との間、および／またはミラー１２０と結晶３１０との間、および／または結晶３１０とスリット組立体１４０との間に介在するスリット組立体の他の適切な構成、または任意のシステム１０、３０および４０の任意の他の要素または組立体を含み得る。例えば、スリット組立体３２０は、組立体１６５の構成から取り除かれてもよく、システム１０、３０および４０のうちのいずれの構成からも除外されてもよい。

図５は、本発明の一実施形態によるスリット組立体１４０の概略図である。図１〜図３に示されるように、本明細書ではビームリミッタとも呼ばれるスリット組立体１４０が、ビーム１３０を遮断するように、線源１００とウェハ１９０の表面１９２との間に配置されている。

いくつかの実施形態では、スリット組立体１４０は、スリット１２５を画定するように互いから所定の距離で並進軸５２２に沿って配置された２つ以上の可動プレート５２０を備える。プレート５２０間の距離は、例えばプロセッサ２２によって制御可能であり得る。あるいは、プレート５２０間の距離は、例えばプレート５２０を互いに対して動かさないことによって、または互いから所望の距離に配置された静止プレートを有する適切なタイプのスリット５１２を選択することによって、一定であってもよい。

いくつかの実施形態では、スリット組立体１４０は、２つ以上の可動ブレード５１０Ａおよび５１０Ｂを備え、それらは、互いに平行ではなく、そして互いに近接して配置されるそれぞれの端部５１４Ａおよび５１４Ｂを有し、それによりマイクロスリット５１５を画定する。

いくつかの実施形態では、マイクロスリット５１５は、散乱ビームを生成することなくブレード５１０Ａおよび５１０Ｂに衝突するビーム１３０の一部を遮断するように構成され、したがってブレード５１０Ａおよび５１０Ｂは、本明細書では「散乱防止ブレード」とも呼ばれる。例えば、ブレード５１０Ａおよび５１０Ｂは、タンタル（Ｔａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）などの単結晶材料、またはタングステンカーバイドなどの多結晶材料から作られ、約１ｍｍの厚さまたは他の適切な厚さを有する。

本開示の文脈において、および特許請求の範囲において、「単結晶」および「モノ結晶」という用語は互換的に使用され、１つの結晶から形成された構造を有する材料を指す。

いくつかの実施形態では、スリット組立体１４０は、マイクロスリット５１５の幅を調整するように、それぞれの並進軸５１６Ａおよび５１６Ｂに沿ってそれぞれのブレード５１０Ａおよび５１０Ｂを移動させるように構成されたアクチュエータ５００Ａおよび５００Ｂを備える。軸１６Ａおよび１６Ｂは、ｘｙ平面内で並進軸２２と実質的に直交している。

いくつかの実施形態では、アクチュエータ５００Ａおよび５００Ｂは、１つまたは複数の圧電リニアモータ、例えばＰｉｅｚｏＭｏｔｏｒ（Ｕｐｐｓａｌａ、スウェーデン）によって提供されるＰｉｅｚｏ ＬＥＧＳ Ｌｉｎｅａｒ ６Ｇシリーズ、またはＰｈｙｓｉｋ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅ（Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ、ドイツ）などの他のベンダーからの同様の製品を含む。これらのモータには、統合された高分解能位置センサが付属しうる。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、ウェハ１９０の表面１９２に適切に近接して、スリット組立体１４０を位置決めするように構成される。マイクロスリット５１５の設計により、プロセッサ２２は、エッジ５１４Ａおよび５１４Ｂの少なくとも一方が表面１９２から１０ｍｍより短い距離に位置するように、スリット組立体１４０を位置決めすることができる。他の実施形態では、プロセッサ２２は、マイクロスリット５１５を表面１９２から任意の選択された距離、例えば１００ｍｍと数ミリメートルの間に位置決めすることができる。

いくつかの実施形態では、マイクロスリット５１５の構成は、上述の図２に示されるように、ウェハ１９０が傾けられたときでも、プロセッサ２２が、スリット組立体１４０を表面１９２に近接して（例えば、数ミリメートルまで）位置決めすることを可能にする。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、ビーム１３０が表面１９２に衝突してウェハ１９０の構造およびバルクと相互作用する前に、ビーム１３０の望ましい光学特性を獲得するように、（ａ）マイクロスリット５１５と表面１９２との間の距離、（ｂ）エッジ５１４Ａおよび５１４Ｂ間の距離、ならびに（ｃ）プレート５２０間の距離を設定するように構成される。

ここで挿入図５０２を参照すると、それはスリット組立体１４０とビーム１３０との間の遮断の平面図である。挿入図５０２の例では、プロセッサ２２は、（ａ）ブレード５１０Ａおよび５１０Ｂをそれぞれの並進軸５１６Ａおよび５１６Ｂに沿って、および（ｂ）プレート５２０を並進軸５２２に沿って移動させることによって、ビーム１３０の空間形状を円５２４の円形から破線の長方形５２６によって示される長方形の形状に変更するように構成される。この事例では、破線の長方形５２６の領域内のビーム１３０の部分だけは表面１９２に衝突するが、円５２４の縁と破線の長方形５２６との間に位置するビーム１３０の残りの部分はスリット組立体１４０によって遮断されることに注意されたい。上述され挿入図５０２に示されるように、並進軸５１６Ａおよび５１６Ｂの少なくとも一方は並進軸５２２と直交している。

スリット組立体１４０の構成は、概念を明確にするために単純化されており、例として提供されている。他の実施形態では、スリット組立体１４０は、２つより多いブレード５１０Ａおよび５１０Ｂ、および／または２つより多いプレート５２０を備えることができる。さらに、プレート５２０の端縁および／またはエッジ５１４Ａおよび５１４Ｂは、任意の適切な形状を有してもよく、例えば、プレート５２０およびエッジ５１４Ａおよび５１４Ｂの両方は、スリット組立体１４０から出るビーム１３０が前述の矩形形状ではなく円形を形成するように、それぞれのプレート５２０およびブレード５１０Ａおよび５１０Ｂの領域に侵入する弧を有してもよい。

他の実施形態では、並進軸５１６Ａおよび５１６Ｂは互いに平行でも平行でなくてもよく、並進軸５１６Ａおよび５１６Ｂのうちの少なくとも１つは並進軸５２２と直交しなくてもよい。

図６は、本発明の別の実施形態によるスリット組立体１５０の概略図である。スリット組立体１５０は、例えば、図１〜３に示すスリット組立体１４０を代替することができる。

いくつかの実施形態では、スリット組立体１５０は、本明細書では開口部６０４、６０６、および６０８とも呼ばれる、可動ブレード５５０の並進軸６１０に沿って配置された３ピンホールのコリメーションシステムを備える。

いくつかの実施形態では、スリット組立体１５０は、並進軸６１０に沿ってブレード５５０を動かすように構成されたアクチュエータ６００を備える。

ここで、ビーム１３０とブレード５５０との間の遮断の平面図である、挿入図６０２を参照する。

いくつかの実施形態では、各開口部６０４、６０６および６０８は、Ｉｎｃｏａｔｅｃ ＧｍｂＨ（ハンブルク、ドイツ）によって製造された、ＳＣＡＴＥＸ非散乱ピンホールなどの固定寸法開口部を含む。ブレード５５０の例では、開口部６０４、６０６、および６０８は円形を有し、各開口部は異なる直径、例えば約２０μｍから５００μｍの間の直径を有する。

いくつかの実施形態では、散乱のないピンホールのフレームとして機能するブレード５５０は、低エネルギーの光子を有するＸ線ビームの場合はＧｅから、より高エネルギーの光子を有するビームの場合はＴａから作製される。

いくつかの実施形態では、開口部６０４、６０６、および６０８の構成は、Ｘ線ビームが他のタイプの開口部を通過するときに通常発生する望ましくない寄生散乱を低減するように適合されている。

いくつかの実施形態では、アクチュエータ６００は、並進軸６１０に沿ってブレード５５を移動させるように構成された駆動ロッド６２０に結合された任意の適切な種類のモータを含み得る。

他の実施形態では、アクチュエータ６００の構成は、上記の図で説明したアクチュエータ５００Ａおよび５００Ｂの構成と同様であり得る。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、ブレード５５０の選択された１つの開口部をビーム１３０を遮断するように位置決めするようにアクチュエータ６００に命令することによって、ビーム１３０の光学特性を決定するように構成される。図６の例では、アクチュエータ６００は、ビーム１３０が開口部６０６を通過し、そして開口部６０６内の領域を超えるビーム１３０の部分が遮断されるように、開口部６０６を位置決めする。

図７Ａは、本発明の一実施形態によるビーム遮断器２３０の概略図である。いくつかのケースでは、表面１９２に衝突する入射ビーム１３０の少なくとも一部は、ウェハ１９０を直接透過し、ビーム２２０の一部として、散乱されることなく表面１９１から出る。ビーム２２０の直接透過部分は、本明細書では「直接ビーム」と呼ばれる。

いくつかの実施形態では、ビーム遮断器２３０は、直接ビームのＸ線放射を減衰させるように、通常はビーム２２０の中心に配置される。この減衰は、例えば検出器２４０の損傷を防ぐためおよび／または、検出器が飽和するのを防ぎ、非線形領域で動作するのを防ぐために必要である。一方、減衰が大きすぎると、ビーム２２０の中心の角度位置および強度を追跡するためにプロセッサ２２によって使用されうる基本的信号の検出が排除されることになる。従って、ビーム遮断器２３０の減衰は通常、透過ビームの強度が検出器２４０において毎秒数百または数千の光子に減衰されるように選択される。

いくつかの実施形態では、ビーム遮断器２３０は、典型的には楕円形状または他の任意の適切な形状のビームストッパ２３２などの１つまたは複数のビーム遮断要素を備える。いくつかの実施形態では、ビームストッパ２３２は、典型的にはタンタルまたはタングステンなどの金属元素および／または任意の適切な金属合金を含む、高Ｚ材料とも呼ばれる、Ｘ線に対し部分的に不透明な材料から作られる。

上述のように、ビームストッパ２３２の減衰は、ビーム２２０の角度位置および強度の信頼性のある測定を可能にし、同時に検出器２４０の検知における損傷および非線形歪みを防止するように選択される。

いくつかの実施形態では、ビームストッパ２３２は、空気または蛍光による散乱、および、検出器２４０の活性領域または表面の後ろの電子機器からの他の散乱のような、線源からのバックグラウンド強度を最小にするようにさらに構成される。検出器２４０の活性領域は、検出器材料の、例えば、４５０μｍのシリコンのように厚さが制限されているか吸収が少ないことに起因して、１０ｋｅＶ以上のエネルギーを有する高エネルギーＸ線で部分的に照明されている可能性がある

いくつかの実施形態では、ビームストッパ２３２は、直接ビームの散乱強度を低減するように湾曲した、および／または滑らかな縁部を有する。

いくつかの実施形態では、ビーム遮断器２３０は、本明細書でマウントとも呼ばれるマトリックス２３６を含む。マトリックス２３６は、Ｘ線を散乱しないように適合された材料のブロックから作製され、それは限定されないが、ダイヤモンドまたは、本明細書ではＭｙｌａｒ（商標）とも呼ばれる、二軸延伸ポリエチレンテレフタレート（ＢｏＰＥＴ）ポリエステル、または、本明細書ではＫａｐｔｏｎ（登録商標）とも呼ばれる、ポリ（４，４´−オキシジフェニレン−ピロメリットイミド）ポリイミド、の薄板のようなポリマーである。

いくつかの実施形態では、ビームストッパ２３２は、マトリックス２３６に形成された凹部（図示せず）に取り付けられ、そしてＸ線を散乱する可能性があり、従って、測定値にたいするバックグラウンド信号のレベルを増大させうる、接着剤を使用せずにマトリックス材料によって機械的に支持される。接着剤はＸ線照射下で経時的に劣化する可能性があるので、吸収機構は、薄い接着層およびシード層を適切なメタライゼーションで堆積し、次に金（Ａｕ）などの厚いＸ線吸収材料を電気めっきするなどの電子機器製造に使用される技術を使用して、あるいは、高濃度の金属ナノ粒子を組み込んだインキを使用し、その後アニーリングプロセスを使用したアディティブプリンティング技術の使用により、製造できる。

他の実施形態では、ビームストッパ２３２は、Ｘ線を散乱しない接着剤などの他の適切な技術を使用してマトリックス２３６に結合することができる。ビームストッパ２３２は、直接ビームを減衰させるよう適応され、その結果、図１にビーム２２２として示される周囲の散乱ビームは、支持構造がビーム２２２の散乱Ｘ線を透過するので、減衰しない、ことに留意する必要がある。

いくつかの実施形態では、ビームストッパ２３２の材料が十分な強度の直接ビームを部分的に透過させるので、プロセッサ２２は、ビームストッパ２３２を直接ビームから遠ざけることなく、検出器２４０によって検知された直接ビームの強度および位置を決定できる。

いくつかの実施形態では、ビーム遮断器２３０は、本明細書では高精度電動ステージ２３３とも呼ばれるマウントを備え、これはプロセッサ２２によって制御され、１つまたは複数の軸に沿って移動するように構成される。たとえば、システム１０および３０の構成内のＸ軸とＹ軸の平行移動は、上記図１および図２にそれぞれ示されている。

いくつかの実施形態では、ウェハ１９０を透過する直接ビームに対するビームストッパ２３２の位置をプロセッサ２２が設定するように、マトリックス２３６がステージ２３３に取り付けられる。他の実施形態では、ビームストッパ２３２とビーム２２０との、特にその直接ビームとのアライメントを改善するように、ステージ２３３は回転軸（図示せず）を含み得る。別の実施形態では、ステージ２３３はまた、上記の図３に示されるシステム４０の構成を可能にするように、または直接ビームの減衰レベルをさらに改善するように、ｚ軸方向に移動するように構成される。

いくつかのケースでは、直接ビームの減衰は、ウェハ１９０によって、またはシステム１０の他の任意の要素によって十分に高くなり得る。したがって、他の実施形態では、プロセッサ２２はビーム遮断器２３０をビーム経路２２０から遠ざけるように構成される。これらの実施形態では、ビームストッパ２３２がビーム２２０を遮断していないので、プロセッサ２２は、検出器２４０によって検知された直接ビームの方向および強度に基づいて、直接Ｘ線ビームの強度および位置を監視することができる。

ビーム遮断器２３０の構成は、概念を明確にするために単純化されており、例として提供されている。他の実施形態では、ビーム遮断器２３０は、直接ビームの強度を減衰させるため、および／またはウェハ１９０から散乱された１つまたは複数のビーム２２２の検知を管理するための他の任意の適切な構成および／または組立体を含み得る。例えば、ビーム遮断器は、複数のビームストッパ２３２を備え、または遮断器の有効幅を変えるようにその間隔を調整することができる２本の細いワイヤを備えることができる。

図７Ｂは、本発明の一実施形態によるビーム遮断器３３０の概略図である。ビーム遮断器は、例えば、上記の図１のビーム遮断器２３０に代替することができる。いくつかの実施形態では、ビーム遮断器３３０は、合成ダイヤモンドから作られるマトリックス３３３、または上述のマトリックス２３６の材料、またはビーム２２０のＸ線を散乱しないように適合された任意の他の適切な材料を含む。

いくつかの実施形態では、ビーム遮断器３３０は、それぞれ適切な材料から作られた複数の種類のビームストッパを含む。例えば、約５０μｍの厚さ、または他の適切な厚さを有する金ベースのビームストッパ、または５０μｍから１００μｍの間の典型的な厚さ、または任意の他の適切な厚さを有するタングステンベースのビームストッパ。タングステンベースのビームストッパは、例えば適切なタングステン箔のレーザー切断によって製造することができる。

いくつかの実施形態では、ビームストッパは、マトリックスを陥没させてビームストッパを陥没パターン内に配置することなどの任意の適切な技術、または上記の図７Ａに記載されるものなどの任意の他の適切な方法を使用してマトリックス３３３に結合される。例えば、金またはタンタルは陥没パターンに堆積させることができ、あるいは化学的および／または物理的技術を使用してマトリックスの表面に堆積させることができ、そして上述のレーザー切断タングステン片は陥没パターンに取り付けることができる。

いくつかの実施形態では、ビーム遮断器３３０は、複数の幾何学的形状およびビームストッパの配置を含む。図７Ｂの例では、ビーム遮断器３３０は、互いに５ｍｍの距離で、Ｘ軸に沿って一列に配置され、約１０ｍｍ（Ｙ軸に沿って測定）の同様の長さを有する５つの棒状ビームストッパを含む。棒状ビームストッパは、異なる幅、例えば０．１ｍｍと０．５ｍｍの間の幅を有する。例えば、ビームストッパ３３２および３３４は、それぞれ約０．５ｍｍおよび０．３ｍｍの幅（Ｘ軸に沿って測定）を有し、ビームストッパ３３２と３３４との間のバーは、約０．４ｍｍの幅を有する。

いくつかの実施形態では、ビーム遮断器３３０は、上述の棒状ビーム遮断器の、Ｘ軸（例えば幅および距離）に沿って同じ配置を有する５つの正方形のビーム遮断器を備える。例えば、ビームストッパ３３６および３３８は、それぞれ０．４ｍｍおよび０．２ｍｍの幅を有し、それらの間に配置された正方形のビームストッパは０．３ｍｍの幅を有する。

いくつかの実施形態では、ビーム遮断器３３０は、長方形、楕円形などの他の形状のビームストッパを含むことができる。ビーム遮断器３３０は、マーク３３７および３３９などの、遮断器のアライメントを補助するための追加のマークを含み得る。

ビーム遮断器３３０の構成は一例として提供されている。他の実施形態では、ビーム遮断器３３０は、任意の適切な形状および寸法を有し、かつ任意の適切なレイアウトで配置された、任意の他の組のビームストッパを含み得る。

図８Ａは、本発明の別の実施形態による、ビーム遮断器２３０がない場合に検出器２４０によって検知されたビーム２２０の強度を示す画像４０２の概略図である。図８Ａの例では、ｘ軸とｙ軸の両方にコリメートされている入射ビーム１３０が、ＤＲＡＭデバイスのＨＡＲコンデンサなどの六角形のフィーチャ配列を含むウェハ１９０に衝突する。

いくつかの実施形態では、画像４０２は、検出器２４０によって検知された直接ビームの強度を示すスポット４２０を含む。画像４０２は、ＤＲＡＭデバイスの六角形配列から散乱したそれぞれのビーム２２２を示す複数のスポット４１０をさらに含む。いくつかの実施形態では、スポット４１０および４２０のグレーレベルは、検出器２４０によって検知されたビーム２２０の強度（たとえば光子束およびそのそれぞれのエネルギー）を示す。本実施例では、白色は高強度を示し、そしてより暗い色は、検出器２４０によって検知されたより低い強度を示す。

いくつかの実施形態では、画像４０２は、上記の図１にも示されている、検出器２４０の領域２２６内の、スポット４１０とスポット４２０との間に配置された場所４０４を含む。画像４０２はさらに、本明細書ではバックグラウンドと呼ばれる、検出器２４０の領域２２６の外側に位置する領域４００を含む。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２はビーム１３０の特性を、（ａ）スポット４１０がコヒーレント散乱を有し、したがって明るく見える、（ｂ）スポット４１０の間の場所４０４がインコヒーレント散乱を有し、したがって、スポット４２０に非常に近接した領域を囲む仮想円４０５内に位置するスポット４１０より暗く見える、および（ｃ）領域４００は散乱がないか、または所定の閾値を下回る散乱レベルを有し、したがって黒で表示される、ように設定するように構成される。

いくつかの実施形態では、ビーム遮断器２３０がない場合、直接ビームの高強度はスポット４２０の領域で検出器２４０を飽和させ、したがって領域２２６を横切って非線形検知を引き起こす。したがって、スポット４２０は白色で現れる。そして円４０５内の領域は、領域２２６の周辺領域よりもかなり明るく見える。

上述のように、コヒーレント散乱により、スポット４１０は円４０５の領域内の場所４０４よりも明るく見える。しかしながら、検出器２４０からのインコヒーレントなバックグラウンドの増加により、スポット４１０は領域２２６の周縁の場所４０４よりも暗く見える。したがって、検出器２４０からのバックグラウンド（インコヒーレントなＸ線強度）が増加することによって生じる制限されたコントラストの影響を受けて、検出器２４０の信頼できる検知領域は円４０５内の領域に限定される。

図８Ｂは、本発明の実施形態による、ビーム遮断器２３０の存在下で検出器２４０によって検知されたビーム２２０の強度を示す画像４０６の概略図である。図８Ａの例と同様に、ｘ軸およびｙ軸の両方においてコリメートされている入射ビーム１３０が、前述のＤＲＡＭデバイスの六角形配列のＨＡＲコンデンサを含むウェハ１９０上に衝突する。

いくつかの実施形態では、画像４０６は、検出器２４０によって検知された直接ビームの強度を示すスポット４３０を含む。画像４０６は、ＤＲＡＭデバイスの六角形配列から散乱したそれぞれのビーム２２２を示す複数のスポット４４０をさらに含む。

いくつかの実施形態では、ビーム遮断器２３０は、検出器２４０によって検知された直接ビームの強度を減衰させるので、スポット４３０は濃い灰色で現れ、そして検出器２４０は、例えば上記の図８Ａに示される有意なバックグラウンド強度を持ち込まない。

いくつかの実施形態では、ＨＡＲフィーチャからのコヒーレント散乱の検知された強度は、領域２２６の周辺部と比較して円４０内でより強く見える。さらに、検出器２４０の線形検知は、場所４０４から検出される強度を領域４００のバックグラウンドレベルまで低減する。したがって、領域２２６内では、すべてのスポット４４０と領域４０４との間のコントラストは、高い正確性と精密度で測定を実行するのに十分に高い。「正確度」という用語は、対象フィーチャの実際の寸法を測定することに関し、「精密度」とは、所与の対象フィーチャに対して実行された複数の測定の再現性に関する。

いくつかの実施形態において、ビーム遮断器２３０の存在は、ウェハ１９０および検出器２４０上のそれぞれの位置におけるビーム１３０および２２０の両方の入射束のような、ビーム１３０、２２０の特性を示すパラメータを制御するために、プロセッサ２２が部分的に減衰された直接ビームを（例えば、ＨＡＲ構造の測定中に）監視することを可能にする。

図９Ａは、本発明の別の実施形態による、ビーム遮断器２３０がない場合に検出器２４０によって検知されたビーム２２０の強度を示す画像５０２の概略図である。図９Ａの例では、ｘ軸にコリメートされ、ｙ軸に沿ってウェハ１９０上（例えば表面１９１上）に集束される入射ビーム１３０は、１Ｄ（線）またはデバイス内の線や溝、あるいはスクライブライン内やダイ上の他の場所にある専用の計測パッドなど、の長く狭い２Ｄフィーチャの配列、を含むウェハ１９０に衝突する。

いくつかの実施形態では、画像５０２は、検出器２４０によって検知された直接ビームの強度を示すスポット５２６を含む。画像５０２は、配列から散乱したそれぞれのビーム２２２を示す複数のフィーチャ５１０をさらに含む。いくつかの実施形態では、フィーチャ５１０およびスポット５２６のグレーレベルは、検出器２４０によって検知されたビーム２２０の強度を示す。上記の図８Ａで説明したように、白色は高強度を示し、より暗い色は検出器２４０によって検知された強度が低いことを示す。

いくつかの実施形態では、画像５０２は、検出器２４０の領域２２６内の、フィーチャ５１０とスポット５２６との間に配置された場所５０４を含む。画像５０２は、検出器２４０の領域２２６外に位置する領域４００をさらに含む。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２はビーム１３０の特性を、フィーチャ５１０がコヒーレント散乱を有し、場所５０４がインコヒーレント散乱を有し、領域４００が散乱を有さないように、設定するように構成される。

いくつかの実施形態では、ビーム遮断器２３０がない場合、高強度の直接ビームは、領域２２６にわたって十分に高いバックグラウンド強度およびコントラストの喪失を引き起こす。したがって、スポット５２０は白色で表示され、仮想矩形５０５内の領域は領域２２６の周辺領域よりも実質的に明るく表示される。

上述したように、コヒーレント散乱により、フィーチャ５１０は矩形５０５の領域内の場所５０４よりも明るく見える。しかしながら、検出器２４０からのバックグラウンドの増加は、領域２２６の周辺部でコントラストの喪失をもたらす。ビーム遮断器２３０がない場合、検出器２４０の信頼性のある検出領域の形状および寸法は、測定されたフィーチャのタイプ（例えば、幾何学的形状）例えば、図８Ａでは丸く、図９Ａでは直線的である）、ビーム１３０の特性、および、例えば上記の図２のシステム３０に示されているウェハ１９０の傾斜角などのシステムの他のパラメータ、に依存することに留意する必要がある。

図９Ｂは、本発明の実施形態による、ビーム遮断器２３０の存在下で検出器２４０によって検知されたビーム２２０の強度を示す画像５０６の概略図である。いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、上の図９Ａで説明した設定と同様に入射ビーム１３０を設定する。したがって、ｘ軸にコリメートされｙ軸に集束されたビーム１３０は、上述の線またはトレンチの配置を含むウェハ１９０に衝突する。

いくつかの実施形態では、画像５０６は、検出器２４０によって検知された直接ビームの強度を示すスポット５３０を含む。画像５０６は、ＮＡＮＤフラッシュメモリデバイスの配列から散乱するそれぞれのビーム２２２を示す複数のフィーチャ５４０をさらに含む。

いくつかの実施形態では、ビーム遮断器２３０は、検出器２４０によって検知された直接ビームの強度を減衰させ、それ故、スポット５３０は濃い灰色で現れ、検出器２４０は過剰な強度によって飽和されない。

いくつかの実施形態では、線またはトレンチからのコヒーレント散乱の検知強度は、領域２２６の周辺部と比較して矩形５０５内でより強く見える。それでも、検出器２４０の線形検知は、場所５０４から検出された強度をバックグラウンドレベルまで減少させる。したがって、領域２２６内では、すべてのフィーチャ５４０と領域５０４との間のコントラストは、高い正確性と精度で測定を実行するのに十分に高い。

上記の図８Ｂで説明したように、ビーム遮断器２３０の存在は、プロセッサ２２が、ビーム１３０ ２２０の特性を示すパラメータを制御するために、部分的に減衰された直接ビームを監視することを可能にする。

図１０は、本発明の一実施形態による、センサ２４３の配列を備える検出器２４０が、角度分解能を向上させるためにセンサの間隔よりも小さいステップで移動される走査方式の概略図である。いくつかの実施形態では、検出器２４０は、本明細書ではセンサ２４３と呼ばれる１Ｄまたは２Ｄセンサ素子の配列を含む。図１０の例では、検出器２４０は、本明細書でそれぞれＰｘおよびＰｙと呼ばれる、既定のｘ軸のピッチとｙ軸のピッチをそれぞれ有する、２Ｄセンサ２４３を含む。

本開示の文脈において、および特許請求の範囲において、用語「Ｐｘ」および「幅軸」は交換可能に使用され、用語「Ｐｙ」および「高さ軸」も交換可能に使用される。いくつかの実施形態では、各センサ２４３は、直接ビームおよびセンサの活性表面に衝突するビーム２２２、の強度を示す電気信号を生成するように構成されている。いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、各センサ２４３から受信した電気信号に基づいて、本明細書で画素と呼ばれる画像を生成するように構成される。したがって、ｘ軸とｙ軸の各画素の寸法は通常、それぞれＰｘとＰｙのオーダーである。

いくつかの実施形態では、検出器２４０は、並進および回転モータ（図示せず）を備える電動ステージ２４６に取り付けられる。いくつかの実施形態では、並進モータは、ｘ−ｙ平面内で走査するためにｘ軸およびｙ軸に、センサ２４３の活性表面上のビーム２２２のフォーカスを改善するためにｚ軸に、検出器２４０を動かすように構成される。いくつかの実施形態では、回転モータは、センサ２４３をビーム２２２の散乱Ｘ線光子の方向とアライメントさせるために、例えばｚ軸の周りに、検出器２４０を回転させるように構成される。

いくつかの実施形態では、ステージ２４６は、所定の頻度でステージ２４６のそれぞれの軸の並進および回転位置を測定するように構成された高精度エンコーダおよび／または干渉計（図示せず）を備える。

いくつかの実施形態では、システム１０は、プロセッサ２２によって制御される運動制御組立体（図示せず）を含み得る。運動制御組立体は、各モータについて、それぞれの運動プロファイル（例えば、速度、加速および減速）を決定するように構成されるコントローラ（図示せず）を含み得る。運動制御組立体は、１つまたは複数のドライバをさらに含み、それは、前述のコントローラによって制御され、そしてそれぞれの運動プロファイルに従って、そして各軸のそれぞれのエンコーダまたは干渉計によって測定された現在位置に基づいて、移動するように、ステージ２４６のモータを駆動するように構成される。

他の実施形態では、プロセッサ２２はさらに、ステージ２４６の動きを制御するように構成されており、コントローラに加えて、またはコントローラの代わりにこの目的のために使用することができる。

いくつかの実施形態では、ステージ２４６は、ここではＤｘおよびＤｙと呼ばれる、選択されたそれぞれのステップ寸法でｘ軸およびｙ軸に沿って検出器２４０を移動させるように構成される。したがって、ステージ２４６は、上述の画素寸法の数分の１に等しいステップで検出器２４０を動かすように構成される。

以下の等式１および２は、それぞれＤｘおよびＤｙの寸法を推定するための明示的な表現を提供する：

ここで、ｎとｍは、通常、それぞれｘ軸とｙ軸の選択されたステップ寸法を示す整数である。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、所与のセンサ２４３によって生成された電気信号を受け取り、受け取った信号に応答してウェハ１９０の回転速度を設定するように構成されている。センサ２４３の取得時間は、検知されたＸ線の強度に反比例することに留意されたい。例えば、ウェハ１９０の所与の領域で受信された電気信号が検知されたＸ線の比較的低い強度を示す場合、プロセッサ２２は、コントローラに対し、光子の束を増加させるため、その所与の領域で検出器２４０の動きを減速するように命令し、それにより、その所与の領域で検知される信号対バックグラウンド比（ＳＢＲ）を増加させることができる。

同様に、ウェハ１９０の異なる回転角度において、比較的高い強度のＸ線が検知された場合には、プロセッサ２２は、測定スループットを増加させるため、異なる領域において検出器２４０の動きを加速するようにコントローラに命令し得る。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２または検出器２４０のコントローラは、検出器２４０がウェハ１９０上の測定位置にわたって所定の強度範囲を受け取るように、取得時間を制御するように構成される。所定の強度範囲は高いＳＢＲを得るための十分な強度を可能にし、しかも、検出器２４０のそれぞれのセンサにおける飽和および非線形検知を防止する。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、所与のセンサ２４３から、取得時間ｔにおいて、ビーム２２２の散乱光子の強度に基づく画像を取得するように構成される。したがって、ｎｘｍ個のサブ画素の配列において、プロセッサ２２は、取得時間ｔ内でｎｘｍ個のサブ画像を取得するように、各サブ画素に対してｔ／（ｍｘｎ）の均一な時間間隔を割り当てる。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、ステップ寸法ＤｘおよびＤｙをそれぞれ使用して、ｘ軸およびｙ軸に沿ってラスタパターンで検出器２４０を移動させ、それにより単一画素の全領域にわたる検出器２４０の異なる位置における各時間間隔の強度分布を測定する、ように構成される。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、それぞれのセンサ２４３から受信したｎｘｍ個のサブ画像を単一の画素に組み合わせるように構成される。プロセッサ２２は、合成画像の解像度（例えば角度解像度）を高めるために、限定されないが、単純な算術補間、または任意の適切な画像処理アルゴリズムなどの任意の適切な方法を、受信したサブ画像に適用することができる。

いくつかの実施形態では、サブ画素のステップ移動を適用し、ｎ。ｍ個のサブイメージを組み合わせて、改善された角度分解能を有する単一の画像を形成することにより、プロセッサ２２はそれぞれの検出器組立体の利用可能な画素寸法によって引き起こされるＳＡＸＳシステムの分解能の限界を克服する。

以下の等式（３）は、対象ウェハから距離ｄに配置された、画素寸法ｐを有する検出器の角度分解能Δθを計算するための式を提供する：

１７２μｍの典型的な画素寸法に基づいて、０．３ｍｒａｄ〜０．５ｍｒａｄのオーダーの角度分解能を得るためには、約５〜６メートルの距離が必要である。

いくつかの実施形態では、上述のようにサブ画素のステップ移動を使用し、ｎｘｍ個のサブ画像を組み合わせることによって、検出器２４０とウェハ１９０との間の設計距離は、必要な角度分解能を維持しながら、例えば３倍だけ、例えば２メートル未満に減少する。

いくつかの実施形態では、以下に詳細に説明するように、プロセッサ２２は、十分に高い信号対バックグラウンド比（ＳＢＲ）でサブ画像を取得することを可能にする最大レベルまで検出器２４０の速度を増加させることによって、ウェハ１９０の対象フィーチャを測定する全サイクル時間を短縮するように構成される。

散乱ビーム２２２の強度は、通常、散乱物体の電子密度分布ρ（ｒ）のフーリエ変換に依存する。弱い散乱の場合、散乱振幅「Ａ」は等式（４）を用いて計算することができる：

ここで、Ｑは散乱ベクトルであり、Ｘ線波長λ、ならびにウェハ１９０に対する入射ビーム１３０および散乱ビーム２２２のそれぞれの角度によって決定される。

下記の等式（５）は、運動学的近似で散乱強度を計算するための周知の表現を提供する：

ここで、Ｉｂ（Ｑ）は、蛍光または放射のコヒーレンス長を超えたウェハ内の構造からの散乱、または機器の一部すなわちスリットまたはビーム遮断器からの散乱などの、任意の線源からのインコヒーレントな「バックグラウンド」強度寄与系である。

電子密度ρ_ｅは、ウェハ１９０の散乱物体の屈折率「ｎ」に関連する。以下の等式（６）は、屈折率ｎを計算するための表現を提供する：

ここで、δとβは、波と物質の相互作用の分散成分と吸収成分である。

屈折率の値は、硬Ｘ線の範囲内のすべての材料について１に近く、ここでδの値は１０^−６のオーダーであることに留意する必要がある。

したがって、電子密度ρ_ｅの算出には、以下の等式（７）を用いることができる：

ここで、ｒ_ｅは古典的な電子半径の値で、２．８１８ｘ１０^−１５メートルに相当する。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、トポグラフィと上記の対象フィーチャの材料とを含む物理モデルを計算するように構成される。プロセッサ２２は、数値適合度（ＧＯＦ）などの任意の適切なパラメータを使用して計算強度と測定強度とを比較し、そして計算データと測定データとの間の差を最小にするようにモデルパラメータを調整するように構成される。

プロセッサ２２によって適合されたデータセットは、ウェハ１９０に対するビーム１３０および／または検出器２４０の異なる方向性に対する回折ピークに沿って、またはそれらを横切って積分された強度分布のような１つ以上の１Ｄデータセット、または散乱強度パターンの一連の２Ｄ画像、またはそれらの組み合わせ、を含み得る。

上述のように、プロセッサ２２は、ウェハ１９０を横切る異なる場所で異なる取得時間を使用してデータを取得することによって、対象フィーチャの測定時間を短縮するように構成される。いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は様々な条件で検出器２４０による異なる取得時間を適用し得る。それは例えば、異なる種類のフィーチャ（例えば、幾何学的構造および／または材料）、および／またはレイアウト（例えば、単一のフィーチャ、またはフィーチャの高密度の配列）、および／またはビーム１３０とウェハ１９０の表面１９２との間の角度、および／またはビーム２２２と検出器２４０の活性表面との間の角度、を測定する場合である。

いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、検出器２４０から受信された電気信号が、十分に高いＳＢＲを可能にするのに十分な強度を得るように信号取得時間を調整するように構成される。Ｎカウントに基づく平均強度の散乱Ｘ線の測定の不確実性は通常ポアソン計数統計によって決定され、標準誤差が√Ｎで与えられ、端数誤差が１／（√Ｎ）で与えられる。したがって、プロセッサ２２は、カウント数を増やすことによって測定の不確実性を減らすことができる。

上述のように、プロセッサ２２は、十分であるが過剰ではないＸ線光子計数統計を得るために、検出器２４０によって検知されたビーム２２２の強度が高い幾つかの場所では収集時間を短縮し、検知されたＸ線の強度が低い他の場所では収集時間を増加させる。

代替実施形態では、プロセッサ２２は、１Ｄ強度プロファイルおよび／または１回転以上の回転角度に対する２Ｄ画像などの、検出器２４０から受信した生の電気信号に、ダウンサンプリングおよび主成分分析（ＰＣＡ）などの前処理を適用することができる。続いて、プロセッサ２２は、前処理データおよび補完データに、（例えば、対象フィーチャの）電気試験データなどのデータの値を評価するために使用することができる、１つまたは複数の機械学習アルゴリズムを適用することができる。

これらの実施形態では、プロセッサ２２は、ニューラルネットワークを使用するディープラーニングのためのトレーニングデッキとして、グーグル（カリフォルニア州マウンテンビュー）によって最初に開発されたＴｅｎｓｏｒＦｌｏｗオープンソース機械学習フレームワークなどの任意の適切なタイプの機械学習アルゴリズムを使用し得る。

その後、プロセッサ２２は、それぞれの被試験デバイスの電気的性能を予測するか、その後のウェハ１９０の測定データに基づく有用な属性をシステム１０、３０、４０のユーザに提供するため、先行するデータセットに基づいて得られた訓練モデルを後続のウェハ１９０で測定されたデータに適用する。そのような機械学習アルゴリズムの実施形態を使用することは、信頼できる回帰ベースのモデルを開発するために高いサンプリングを必要とし得ることに留意する必要がある。

いくつかの実施形態では、検出器２４０は、ビーム２２０の低エネルギー光子と高エネルギー光子とを区別するように構成された電子回路（図示せず）を含む。いくつかの実施形態では、プロセッサ２２は、例えば蛍光Ｘ線および高エネルギー宇宙線によって引き起こされるバックグラウンド強度を低減するように構成される。

他の実施形態では、プロセッサ２２は、上述のサブ画素の解像度の向上と組み合わせてソフトウェアベースのフィルタを使用して、高エネルギー宇宙線の多くを除去するように構成される。これらの実施形態では、検出器２４０は、上記のハードウェアベースの宇宙線識別を含まなくてもよい。

本明細書に記載の実施形態は、主に、半導体ウェハなどの単結晶、多結晶、または非晶質のサンプルのＸ線分析を対象としているが、本明細書に記載の方法およびシステムは、ナノ構造の配列の他の技術的用途にも使用できる。

上記の実施形態は例として引用されており、本発明は上記に特に示され記載されたものに限定されないことが理解されるであろう。むしろ、本発明の範囲は、上記の説明を読んだ当業者に想起されるであろう、上記で説明された先行技術に開示されない、様々な特徴の組合せおよび部分的組合せの両方、ならびにそれらの変形および修正を含む。参照により本特許出願に組み込まれた文書は、本明細書の統合された一部と見做されるべきであるが、本明細書において明示的または黙示的になされる定義と組み込まれた文書の定義が矛盾する場合は、本明細書における定義が考慮されるべきである。

Claims (29)

1. Ｘ線装置であって：
   平面のサンプルを保持するように構成されるマウントと；
   Ｘ線のビームを前記サンプルの第１の側に向けるように構成されるＸ線源と；
   前記サンプルを透過した前記Ｘ線の少なくとも一部を受光するように、前記サンプルの第１の側とは反対の第２の側に配置される検出器と；そして
   前記Ｘ線のビームを遮断するように前記サンプルの前記第１の側に配置されているビームリミッタと；
   を有し、
   前記ビームリミッタは：
   第１および第２のブレードを有し、前記第１および第２のブレードは、前記サンプルの前記第１の側から２５ｍｍ未満の距離で、前記Ｘ線のビームが通過するスリットを画定するように、互いに近接して配置されたそれぞれの第１および第２の縁部を有し；そして
   第１および第２のアクチュエータを有し、前記第１および第２のアクチュエータは、前記スリットの幅を調整するために、前記第１および前記第２のブレードを、それぞれ第１および第２の並進軸に沿って移動させるように構成される；
   ことを特徴とするＸ線装置。
2. 前記マウントは、前記サンプルの平面内の傾斜軸の周りに前記サンプルを傾斜させるように構成され、そして前記スリットは、前記傾斜軸と平行に配向される、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記第１および第２のブレードが、単結晶材料または多結晶材料から作られる材料を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記第１ブレードと前記第２ブレードとが互いに平行ではない、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記第１および第２の並進軸は互いに平行ではない、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記ビームリミッタが、前記サンプルの前記第１の側の（ｉ）前記ビームの位置、（ｉｉ）前記ビームのスポット寸法、および（ｉｉｉ）前記ビームのスポット形状、および（ｉｖ）前記ビームの収束角度または発散角度、からなるリストから選択される少なくとも１つのビームパラメータを制御するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記ビームリミッタは、ステージ上に取り付けられ、前記ステージは、前記ビームおよび前記サンプルのうちの少なくとも一方に対して前記ビームリミッタを移動させるように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記ステージが少なくとも回転ステージを含む、ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記第１および第２のアクチュエータのうちの少なくとも１つが、１つまたは複数の圧電リニアモータを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 前記スリットを通過する前または後に前記Ｘ線のビームが通過する追加のスリットを画定するように、相互に近接して配置されたそれぞれ第１および第２のプレート端部を有する第１および第２の可動プレートを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 前記追加のスリットの寸法を調整するために、前記第１および第２の可動プレートのうちの少なくとも一方を第３の並進軸に沿って移動させるように構成される第３のアクチュエータを備える、ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記スリットと前記追加のスリットとの位置を互いに対してアライメントすることによって前記Ｘ線のビームを整形するように構成される、プロセッサを有する、ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
13. 方法であって：
    平面のサンプルをマウント上に保持するステップと；
    Ｘ線源からのＸ線ビームを前記サンプルの第１の側に配向するステップと；
    前記サンプルを透過したＸ線の少なくとも一部を、前記サンプルの第１の側とは反対側の第２の側に配置される検出器から受け取るステップと；
    Ｘ線ビームを遮断するように前記サンプルの前記第１の側にビームリミッタを配置するステップであって、前記ビームリミッタは、前記サンプルの前記第１の側から２５ｍｍ未満の距離で前記Ｘ線のビームが通過するスリットを画定するように、相互に近接して配置されたそれぞれ第１および第２の端部を有する第１および第２のブレードと、第１および第２のアクチュエータとを備える、ステップと；そして
    前記第１および第２のアクチュエータを使用して、前記第１および第２のブレードを、それぞれ第１および第２の並進軸に沿って移動させることによって前記スリットの幅を調整するステップと；
    を有することを特徴とする方法。
14. 前記平面のサンプルを保持するステップは、前記サンプルの平面内の傾斜軸の周りに前記サンプルを傾斜させるステップと、前記傾斜軸と平行に前記スリットを配向させるステップとを有する、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１および第２のブレードは、単結晶材料または多結晶材料から作られる材料を有する、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 前記幅を調整するステップは、前記第１および第２のブレードを互いに平行ではないように位置決めするステップを含む、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
17. 前記幅を調整するステップは、互いに平行ではない前記第１および第２の並進軸に沿って前記第１および第２のブレードを移動させるステップを有する、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
18. 前記幅を調整するステップは、（ｉ）前記ビームの位置、（ｉｉ）前記ビームのスポットの寸法、（ｉｉｉ）前記サンプルの前記第１の側の前記ビームのスポット形状、および（ｉｖ）ビームの収束角度または発散角度、からなるリストから選択される少なくとも１つのビームパラメータを制御するステップを有する、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
19. 前記ビームリミッタを位置決めするステップは、前記ビーム及び前記サンプルのうちの少なくとも一方に対して前記ビームリミッタを移動させるためのステージ上に前記ビームリミッタを取り付けるステップを有する、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
20. 前記ビームリミッタを移動させるステップは、前記ビームリミッタを回転させるステップを有する、ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記第１および第２のアクチュエータのうちの少なくとも１つが、１つまたは複数の圧電リニアモータを有する、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
22. 第１および第２のそれぞれの可動プレートの第１および第２のプレート縁部を相互に近接して位置決めすることにより、前記Ｘ線のビームが前記スリットを通過する前または後に通過する、追加のスリットを画定するステップを有する、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
23. 前記第１および第２の可動プレートのうちの少なくとも一方を第３の並進軸に沿って移動させることによって、前記追加のスリットの寸法を調整するステップを有する、ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 前記スリットと前記追加のスリットとの位置を互いに対してアライメントすることにより、前記Ｘ線のビームを整形するステップを有する、ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
25. Ｘ線光学装置であって：
    入口開口部と、出口開口部と、および、前記入口開口部から前記出口開口部に向かってチャネルが先細るように配置された対向する内面と、を有する前記チャネル、を含有する結晶と；
    Ｘ線ミラーであって、多層コーティングを有する湾曲した基板を含み、線源から放出されたＸ線のビームを第１のビーム直径で前記チャネルの前記入口開口部内に集めて配向し、それにより前記ビームが前記第１のビーム直径よりも小さい第２のビーム直径で前記出口開口部から放射される、ように構成されるＸ線ミラーと；そして
    前記ビームが前記チャネルの前記入口開口部に入る前にスリットを通過するように、前記Ｘ線ミラーと前記結晶との間に挿入される１つまたは複数のスリットと；
    を有することを特徴とするＸ線光学装置。
26. 前記Ｘ線ミラーは、前記ビームの発散および強度を調整するように構成される、ことを特徴とする請求項２５に記載の装置。
27. 開口部を通過する寸法がそれぞれ異なる前記開口部の配列を有するブレードと；
    前記結晶の出口開口部から放出された前記ビームの経路内に前記ブレードを位置決めし、そして異なる開口部を前記経路内に位置決めするためにブレードを並進させるように構成される、アクチュエータと；
    を有することを特徴とする請求項２５に記載の装置。
28. 前記結晶は、ゲルマニウムから作られた単結晶を有する、ことを特徴とする請求項２５に記載の装置。
29. 前記対向する内面が互いに平行ではない、ことを特徴とする請求項２５に記載の装置。
    

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