JP6815401B2 - 高アスペクト比構造向けｘ線スキャタロメトリ計量 - Google Patents

Description

記述されている実施形態は計量システム及び方法、より具体的には計測精度を向上させる方法及びシステムに関する。

（関連出願への相互参照）
本件特許出願は、「垂直製作デバイスに係るＸ線散乱」(X-ray Scattering for Vertically Manufactured Devices)と題する２０１５年１２月１１日付米国暫定特許出願第６２／２６６４４７号に基づき米国特許法第１１９条の規定による優先権を主張する出願であるので、この参照を以てその全主題を本願に繰り入れることにする。

半導体デバイス例えば論理デバイス及び記憶デバイスは、通常、一連の処理工程を標本に適用することで製造される。それら半導体デバイスの諸特徴及び構造階層群はそれら処理工程により形成される。例えばリソグラフィは、就中、半導体ウェハ上でのパターン生成を伴う半導体製造プロセスの一つである。半導体製造プロセスの別例としては、これに限られるものではないが化学機械研磨、エッチング、堆積及びイオンインプランテーションがある。複数個の半導体デバイスを１枚の半導体ウェハ上に作り込み個別の半導体デバイスへと分けるようにするとよい。

計量プロセスは半導体製造プロセス中の諸工程にて用いられるプロセスであり、それによりウェハ上の欠陥を検出して歩留まり向上を促進することができる。多数の計量依拠技術、例えばスキャタロメトリ（散乱計測）装置、リフレクトメトリ（反射計測）装置及びそれらに係る分析アルゴリズムが、ナノスケール構造の限界寸法、膜厚、組成その他のパラメタを明らかにするため広く用いられている。

以前から、スキャタロメトリ限界寸法（ＳＣＤ）計測が、薄膜及び／又は及び反復性周期構造からなるターゲットを対象に実行されている。デバイス製造時には、通常、これらの膜及び周期構造を以て、実際のデバイス幾何及び素材構造か中間デザインが表される。デバイス（例．論理デバイス及び記憶デバイス）がより小さなナノメートルスケール寸法へと移行するにつれ特性解明はより困難になる。デバイスに複雑な三次元幾何を取り入れることや多様な物理的特性を有する素材を採用することは特性解明困難性につながる。例えば、昨今のメモリ構造は高アスペクト比三次元構造であることが多く、そうした構造では光輻射が下方の層まで侵入しづらい。光学計量ツールで利用される赤外光〜可視光なら多層半透明素材に侵入できるが、侵入深度が良好になるより長めの波長では、小さな異常に対し十分な感度が得られない。加えて、複雑な構造（例．ＦｉｎＦＥＴ）の特徴付けに多数のパラメタが必要なことが、パラメタ相関の増大につながっている。その結果、ターゲットを特徴付けるパラメタを、入手可能な計測結果から、信頼性よく分離させられないことが多くなる。

例えば、スタック内交互配置素材の一つとしてポリシリコンが利用される３Ｄ−ＦＬＡＳＨ（登録商標）デバイスに係る侵入問題克服策において、より長めの波長（例．近赤外）が採用されてきた。しかしながら、３Ｄ−ＦＬＡＳＨ（登録商標）は鏡状構造を有しているので、その性質上、照明が膜スタック内のより深部へと伝搬するにつれ光強度低下が生じる。これは深部での感度ロス及び相関問題を引き起こす。この状況で、ＳＣＤで可能なのは、少数通りの計量寸法を高精度・低相関で成功裏に抽出することだけである。

また例えば、昨今の半導体構造では不透明な高ｋ素材の採用が増えている。光輻射は、これらの素材で形成された層に侵入させえないことが多い。結果として、薄膜スキャタロメトリツール例えばエリプソメータ（楕円偏向計）又はリフレクトメータ（反射計）による計測が一層困難になる。

これらの困難事を踏まえ、更に複雑な光学計量ツールが開発されてきた。例えば、ツールの照明角を複数通りにし、照明波長をより短くし、照明波長域をより広くし、また反射信号からの情報捕捉をより無欠にしたもの（例．従前の反射率信号やエリプソメトリ（偏向計測）信号に加え複数個のミュラー行列要素を計測するもの）が開発されてきた。しかしながら、これらの手法では、多くの先進的ターゲット（例．複雑な３Ｄ構造、１０ｎｍ未満構造、不透明素材が採用されている構造）の計測及び計測アプリケーション（例．ラインエッジ粗さ計測及びライン幅粗さ計測）に係る基本的困難事が信頼性よく克服されていない。

原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）及び走査型トンネリング顕微鏡（ＳＴＭ）なら原子分解能を達成できるが、これらで探査しうるのは標本の表面だけである。加えて、ＡＦＭ顕微鏡やＳＴＭ顕微鏡では長い走査時間が必要となる。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）では中程度の分解能を達成できるが、十分な深度まで構造を侵入探査することができない。そのため、高アスペクト比孔を良好に特性解明することができない。加えて、標本が帯電されてしまうことがイメージング性能にとり悪影響となる。Ｘ線リフレクトメータも、高アスペクト比構造計測時の有効性を削ぐ侵入問題に苦しめられている。

侵入深度問題を克服するため、従来のイメージング技術例えばＴＥＭ、ＳＥＭ等々では、破壊型サンプル調製技術例えば集束イオンビーム（ＦＩＢ）マシニング、イオンミリング、ブランケットエッチング、選択性エッチング等々が併用されている。例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）では高程度の分解能が達成され、また任意の深度を探査可能だが、標本の破壊的分断を余儀なくされる。素材除去及び計測を数回反復すれば、一般に、三次元構造全体に亘り限界計量パラメタを計測するのに必要な情報が得られる。しかし、これらの技術ではサンプル破壊や処理時間長期化が避けられない。これらの種類の計測が複雑で完遂に時間がかかることは、エッチング工程及び計量工程のドリフトによる多大な不正確性につながっている。加えて、これらの技術には、位置揃え誤差をもたらす多回数の反復がつきものである。

米国特許第７９２９６６７号明細書 米国特許出願公開第２０１５／０１１０２４９号明細書 米国特許第７８２６０７１号明細書 米国特許第７４７８０１９号明細書 米国特許出願公開第２０１５／０３００９６５号明細書 米国特許出願公開第２０１５／０１１７６１０号明細書 米国特許出願公開第２０１４／００１９０９７号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０３０４４２４号明細書

デバイス性能を更に向上させるため、半導体業界では、横方向スケーリングではなく縦方向集積の方に焦点が当てられ続けている。そのため、複雑な全三次元構造の正確な計測が、実行可能性及び持続的スケーリング改良を確実化する上で肝要である。将来の計量アプリケーションで現れる計量関連困難事としては、分解能条件の一層の精細化、多パラメタ間相関、高アスペクト比構造をはじめとする幾何構造の一層の複雑化、並びに不透明素材使用の増加によるものがある。そのため、秀逸なＣＤ計測方法及びシステムが望まれている。

本願記載の方法及びシステムでは、高アスペクト比垂直製作デバイスの寸法及び素材特性が透過型小角Ｘ線散乱（Ｔ−ＳＡＸＳ）技術を用い解明される。ある種の例では、Ｔ−ＳＡＸＳを用い、高アスペクト非半導体構造の限界寸法、厚み、オーバレイ（重なり合い）及び素材特性、例えばこれに限られるものではないがスピン注入磁化反転ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ−ＲＡＭ）、立体ＮＡＮＤメモリ（Ｖ−ＮＡＮＤ（登録商標））、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、三次元ＦＬＡＳＨ（登録商標）メモリ（３Ｄ−ＦＬＡＳＨ（登録商標））、抵抗変化型ランダムアクセスメモリ（Ｒｅ−ＲＡＭ）及びＰＣ−ＲＡＭのそれが計測される。

Ｔ−ＳＡＸＳ計測においては、サンプルがＸ線ビームで以て、そのサンプルに対し一通り又は複数通りの方向にて照明され、生じる次数別回折成分(diffraction order)の強度が方向毎に検出される。Ｔ−ＳＡＸＳ依拠ＣＤ計量においては計測結果からサンプルの寸法が導出され、またそれが計測データを用いた所定幾何モデルの回帰により行われる。

ある態様では、個別検査領域のＴ−ＳＡＸＳ計測が、サンプリングプランに従い相異なる多様な方向にて実行される。そのサンプリングプランにおいては方向間隔を不均一とし、それら方向が垂直入射角付近にはより密に集中するが垂直入射角から遠い方向にはあまり密に集中しないようにする。

別の態様では、標本に備わる被計測構造の構造モデル（例．幾何モデル、素材モデル又は幾何素材複合モデル）を生成し、少なくとも１個の幾何パラメタを含むＴ−ＳＡＸＳ応答モデルをその構造モデルから生成し、そしてそのＴ−ＳＡＸＳ計測モデルを用いＴ−ＳＡＸＳ計測データのフィッティング分析を実行することで少なくとも１個の標本パラメタ値を求めるよう、計量システムが構成される。この態様では、模擬導出されたＴ−ＳＡＸＳ信号を計測データと比較することで、そのサンプルの幾何特性並びに素材特性例えば電子密度、元素種別及び組成の導出が可能となる。

更なる態様では、計測ターゲットに対し単一方向の入射Ｘ線ビームで実行されたＴ−ＳＡＸＳ計測を踏まえ、１個又は複数個の注目パラメタの初期推定値が導出される。その初期推定値は、複数方向でのＴ−ＳＡＸＳ計測結果から収集された計測データを用いた計測モデルの回帰向けに、注目パラメタ開始値として提供される。この態様では、注目パラメタの密推定値が比較的少量の情報処理労力で求まり、またその密推定値をかなり大きなデータセットに亘る回帰向けの開始点として提供することで注目パラメタの精細推定値が些少な総情報処理労力で得られる。

更なる態様では、検出された次数別回折成分の強度計測結果に基づく被計測構造の像が、Ｔ−ＳＡＸＳ計測データを用い生成される。ある種の実施形態では、包括電子密度メッシュからの散乱を記述するＴ−ＳＡＸＳ応答関数モデルが導出される。モデル由来の電子密度をこのメッシュ内に押し込めることで連続性とエッジのまばらさとを強化しつつ、計測された信号にこのモデルをマッチさせることで、そのサンプルの三次元像が得られる。

更なる態様では、Ｘ線併用光学計測分析向けモデルを生成するよう計量システムが構成される。

上掲の事項は概要であるので、随所に単純化、一般化及び細部省略が取り入れられている；従って、この概要が専ら例証でありどのような意味でも限定ではないことを、本件技術分野に習熟した者（いわゆる当業者）にはお察し頂けよう。本願記載の装置及び／又はプロセスの他の態様、新規特徴及び長所については、本願中で説明する非限定的詳細記述にて明らかとされよう。

本願記載の方法に従い透過型小角Ｘ線スキャタロメトリ（Ｔ−ＳＡＸＳ）計測を実行するよう構成された計量システム１００を示す図である。 本願記載の方法に従いＴ−ＳＡＸＳ計測を実行するよう構成された別例計量システム２００を示す図である。 計量システム１００及び２００のＸ線検出器１１６であり標本１０１から隔て真空環境１６２内に収容されているものを示す図である。 本願記載の方法に従いＴ−ＳＡＸＳデータに基づき標本パラメタ値を求めるよう構成されたモデル構築・分析エンジン１５０を示す図である。 本願記載の要領での計測に供される典型的な３Ｄ−ＦＬＡＳＨ（登録商標）記憶デバイス１９０の等角図である。 本願記載の要領での計測に供される典型的な３Ｄ−ＦＬＡＳＨ（登録商標）記憶デバイス１９０の上面図である。 本願記載の要領での計測に供される典型的な３Ｄ−ＦＬＡＳＨ（登録商標）記憶デバイス１９０の断面図である。 角度φ及びθにより記述されるある特定の方向にてウェハ１０１上に入射しているＸ線照明ビーム１１７を示す図である。 高アスペクト比孔構造アレイ３１０の上面図である。 理想的な高アスペクト比孔構造３２０の側面図である。 傾斜孔構造３２１の側面図である。 その傾斜度が深度に応じ漸増する漸次傾斜孔構造３２２の側面図である。 Ｔ−ＳＡＸＳ計測に依拠し高アスペクト比構造を計測する方法の例３００を示すフローチャートである。

以下、その例を添付図面に示しつつ、本発明の背景例及び幾つかの実施形態を詳細に参照することにする。

本願記載の方法及びシステムでは、高アスペクト比垂直製作デバイスの寸法及び素材特性が透過型小角Ｘ線散乱（Ｔ−ＳＡＸＳ）技術を用い解明される。そうしたシステム及び技術を用いることで、様々な半導体製造プロセスに係る構造特性及び素材特性を計測することができる。ある種の例では、Ｔ−ＳＡＸＳを用い高アスペクト非半導体構造の限界寸法、厚み、オーバレイ（重なり合い）及び素材特性、例えばこれに限られるものではないがスピン注入磁化反転ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ−ＲＡＭ）、三次元ＮＡＮＤメモリ（３Ｄ−ＮＡＮＤ）又は立体ＮＡＮＤメモリ（Ｖ−ＮＡＮＤ（登録商標））、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、三次元ＦＬＡＳＨ（登録商標）メモリ（３Ｄ−ＦＬＡＳＨ（登録商標））、抵抗変化型ランダムアクセスメモリ（Ｒｅ−ＲＡＭ）及び相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＣ−ＲＡＭ）のそれが計測される。

Ｔ−ＳＡＸＳ計測においては、サンプルがＸ線ビームで照明され、生じた次数別回折成分の強度がそのサンプルに対し単一又は複数方向に関し検出される。Ｔ−ＳＡＸＳ依拠ＣＤ計量においては、所定幾何モデルの計測データでの回帰による計測結果からサンプルの寸法が導出される。その幾何モデルは数個の（１０個ほどの）可調なパラメタを含み、その標本の幾何及び光学特性を表すものとする。

ある態様に従い、Ｔ−ＳＡＸＳ計測をある入射角範囲に亘り実行し、その入射角範囲を十分な分解能及び侵入深度が得られる範囲とすることで、高アスペクト比構造をその全深度に亘り特徴解明することができる。発明者が発見したところによれば、Ｘ線回折信号が強力且つユニークに影響を受けるのは、半導体ウェハ面に直交していない単一又は複数の照明Ｘ線ビーム方向、とりわけ垂直入射に近い方向で計測が行われたときである。

高輝度Ｔ−ＳＡＸＳを用いることで、大光束Ｘ線輻射をターゲットの不透明領域内に侵入させることが可能になる。Ｔ−ＳＡＸＳを用い計測することができる幾何パラメタの例としては、孔（ポア）サイズ、孔密度、ラインエッジ粗さ、ライン幅粗さ、側壁角、プロファイル、限界寸法、オーバレイ、エッジ配置誤差及びピッチがある。計測しうる素材パラメタの例としては電子密度がある。ある種の例によれば、Ｔ−ＳＡＸＳにより１０ｎｍ未満特徴の計測のほか、先進的半導体構造例えばＳＴＴ−ＲＡＭ、Ｖ−ＮＡＮＤ（登録商標）、ＤＲＡＭ、ＰＣ−ＲＡＭ及びＲｅ−ＲＡＭの計測も、幾何パラメタ及び素材パラメタの計測が必要な場合に行うことが可能になる。

図１に、本願記載の方法例に従い標本の特性を計測する計量ツールの一実施形態１００を示す。図１に示すように、このシステム１００を用いたＴ−ＳＡＸＳ計測を、標本位置決めシステム１４０上に配置された標本１０１の検査領域１０２の上方で実行することができる。ある種の実施形態では検査領域１０２におけるスポットサイズが８０μｍ以下となる。ある種の実施形態では検査領域１０２におけるスポットサイズが５０μｍ以下となる。ある種の実施形態では検査領域１０２におけるスポットサイズが４０μｍ以下となる。

図示実施形態では、ＳＡＸＳ計測に適するＸ線輻射を生成するよう構成されたＸ線照明源１１０が計量ツール１００に備わっている。ある種の実施形態では、０．０１ｎｍ〜１ｎｍの波長を発生させるようそのＸ線照明システム１１０が構成される。Ｘ線照明源１１０はＸ線ビーム１１７を生成し、標本１０１の検査領域１０２上にそれが入射する。

総じて、十分な光束レベルで高輝度Ｘ線を発生させることができ、それにより高スループットインライン計量が可能になる好適な高輝度Ｘ線照明源はいずれも、Ｔ−ＳＡＸＳ計測用Ｘ線照明の供給向けに考慮しうる。ある種の実施形態に従いＸ線源に可調モノクロメータを組み込むことで、そのＸ線源から供給されるＸ線輻射の波長を様々に指定することが可能になる。

ある種の実施形態に従い、１５ｋｅＶ超の光子エネルギを有する輻射を発する１個又は複数個のＸ線源を採用することで、Ｘ線源により供給される光を、そのデバイス全体だけでなくウェハ基板内に十分透過可能な波長とすることができる。非限定的な例を以て言えば、粒子加速器線源、液体陽極線源、回動陽極線源、静止固体陽極線源、微小焦点線源、微小焦点回動陽極線源及び逆コンプトン線源のいずれも、Ｘ線源１１０として採用することができる。一例としては、米国カリフォルニア州パロアルト所在のＬｙｎｃｅａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な逆コンプトン線源が熟慮に値する。逆コンプトン線源の更なる長所としては、ある光子エネルギ域に亘りＸ線を生成することができるため、そのＸ線源から送給されるＸ線輻射の波長を様々に指定することが可能になる点がある。

Ｘ線源の例としては、固体又は液体ターゲットへの粒子照射でＸ線輻射を励起させるよう構成された電子ビーム源がある。図２に、本願記載の方法例に従い標本の特性を計測する計量ツール２００を示す。計量ツール１００及び２００の構成要素のうち類似符号が付されているものは類似している。その一方で、図２に示す実施形態ではＸ線照明源１１０が液体金属式Ｘ線照明システムとされている。液体金属ジェット１１９は液体金属容器１１１から供給され液体金属回収器１１２内に収集される。回収器１１２により収集された液体金属は液体金属循環システム（図示せず）により液体金属容器１１１へと回送される。液体金属ジェット１１９には一種類又は複数種類の元素が含まれている。非限定的な例を以て言えば、液体金属ジェット１１９にはアルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、タリウム及びビスマスのうちいずれかが含まれている。この形態では、液体金属ジェット１１９により、その組成元素に対応するＸ線スペクトル線がもたらされる。一実施形態に係る液体金属ジェットはガリウムとインジウムの合金を含むものである。ある種の実施形態では、０．０１ｎｍ〜１ｎｍの波長を生成するようそのＸ線照明システム１１０が構成される。電子ビーム源１１３（例．電子銃）は電子流１１８を発生させ、電子光学系１１４がそれを液体金属ジェット１１９へと差し向ける。電子光学系１１４の好適例は、電磁石、永久磁石又は電磁石と永久磁石の組合せを有し、それにより電子ビームを集束させ液体金属ジェットにそのビームを差し向けるものである。液体金属ジェット１１９と電子流１１８の遭遇によりＸ線ビーム１１７が発生し、それが標本１０１の検査領域１０２上に入射する。

一実施形態に係る入射Ｘ線ビーム１１７は、２４．２ｋｅＶのインジウムｋα線に位置するものである。Ｘ線ビームは、Ｔ−ＳＡＸＳ計測用多層Ｘ線光学系を用い１ｍｒａｄ未満の拡がり角まで平行光化される。

ある種の実施形態によれば、Ｘ線源・計測下標本間にスクリーンを配置、使用することなく本願記載のＸ線散乱計測が実現される。そうした実施形態では、ある入射角範囲、複数通りの波長又はそれらの組合せに亘る次数別回折成分の強度計測結果から十分な情報を得て、被計測構造の所望素材特性（例．複素屈折率、電子密度又は吸収率）の分布マップ（即ち像）を求めることができる。その逆に、他のある種の例によれば、ピンホールその他のアパーチャ（絞り）を何らかの不透明スクリーン上に配し、そのスクリーンをＸ線源・計測下標本間に配置することで、Ｘ線ビームの平行度を向上させることができる。回折パターンの強度はそのアパーチャの幾つかのポジションに関し計測される。他のある種の実施形態では、擬似ランダムアパーチャパターンを有するスクリーンが用いられ、回折パターンが複数個のスクリーンに関し計測される。これらの手法も熟慮に値するものであり、それにより付加的情報を得ること、ひいては被計測構造の所望素材特性の三次元分布を求めることができる。

高輝度液体金属Ｘ線照明生成方法及びシステムについては、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐ．に対し２０１１年４月１９日付で発行された特許文献１に記載があるので、この参照を以て同文献の全容を本願に繰り入れることにする。

図１に示すように、Ｘ線光学系１１５は入射Ｘ線ビーム１１７を成形して標本１０１へと差し向ける。ある種の例に従いＸ線光学系１１５にＸ線モノクロメータを組み込むことで、標本１０１上に入射するＸ線ビームを単色化させることが可能となる。一例に係る結晶モノクロメータはロクスリー・タナー・ボウエンのモノクロメータであり、これを用いることでＸ線輻射ビームを単色化させることができる。ある種の例に係るＸ線光学系１１５によれば、多層Ｘ線光学系を用いＸ線ビーム１１７を平行光化又は集束させること、またその拡がり角を１ｍｒａｄ未満にすることができる。ある種の実施形態では、Ｘ線光学系１１５に、１個又は複数個のＸ線平行光化鏡、Ｘ線アパーチャ、Ｘ線ビームストップ、屈折型Ｘ線光学系、回折光学系例えばゾーンプレート、鏡面反射型Ｘ線光学系例えばかすめ入射楕円面鏡、ポリキャピラリ光学系例えば中空キャピラリＸ線導波路、多層光学系若しくはシステム又はそれらの任意の組合せが組み込まれる。子細が特許文献２に記載されているので、この参照を以てその全内容を本願に繰り入れることにする。

Ｘ線検出器１１６は、標本１０１から散乱されてくるＸ線輻射１２５を集め、標本１０１の特性を示す出力信号１２６、特にＴ−ＳＡＸＳ計測方式による入射Ｘ線輻射に感応する特性を示すそれを生成する。ある種の実施形態によれば、Ｘ線検出器１１６により散乱Ｘ線１２５を集めつつ、標本位置決めシステム１４０により標本１０１の位置及び方向を定めることで、角度分解された散乱Ｘ線を得ることができる。ある種の実施形態によれば、Ｘ線検出器１１６により一通り又は複数通りのＸ線光子エネルギを分解検出し、標本の特性を示す信号をＸ線エネルギ成分毎に生成することができる。ある種の実施形態では、Ｘ線検出器１１６にＣＣＤアレイ、マイクロチャネルプレート、フォトダイオードアレイ、マイクロストリップ比例計数管、ガス封入比例計数管、シンチレータ及び蛍光素材のうちいずれかが組み込まれる。ある種の実施形態では、検出された光子の位置及び個数を検出する単一光子計数型検出器がＸ線検出器１１６に組み込まれる。

ある種の実施形態では、Ｘ線検出器１１６が標本１０１と同じ大気環境（例．ガスパージ環境）内に留置される。しかしながら、実施形態によっては標本１０１・Ｘ線検出器１１６間距離が長々しいものになる（例．１ｍ超）。そうした実施形態では、環境攪乱（例．空気擾乱）分のノイズが検出信号に付加される。そのため、ある種の実施形態では、それらＸ線検出器のうち１個又は複数個が、標本（例．標本１０１）から真空窓により隔てられた局所的真空環境内に留置される。

図３は、一実施形態に係りＸ線検出器１１６が収容されている真空チャンバ１６０を示す図である。ある好適な実施形態では、標本１０１・Ｘ線検出器１１６間光路のうちかなりの部分が真空チャンバ１６０内に設けられる。真空チャンバ１６０の開口は、真空窓１６１によって覆われている。真空窓１６１は、Ｘ線輻射に対し実質的に透明な好適素材であればどのようなもので形成してもよい（例．ベリリウム）。散乱Ｘ線輻射１２５は真空窓１６１を通って真空チャンバ１６０に入りＸ線検出器１１６上に入射する。真空チャンバ１６０内に好適な真空環境１６２を存置させることで、散乱Ｘ線輻射１２５への攪乱を抑えることができる。

計量ツール１００は更に情報処理システム１３０を有しており、ＳＡＸＳ検出器１１６により生成された信号１２６を捕捉し、それら捕捉信号に少なくとも部分的に基づき標本の特性を求めるため、それが用いられている。図１に示すように、情報処理システム１３０はＳＡＸＳ検出器１１６に可通信結合されている。

Ｔ−ＳＡＸＳ計測では、高アスペクト比垂直製作構造により平行光化Ｘ線ビームが回折され次数別回折成分が生じる。次数別回折成分は、それぞれ個別的で予想可能な方向に沿い伝搬する。それら次数別回折成分の角度間隔は、標本の格子定数を波長で除したものに対し反比例する。それら次数別回折成分は、ウェハからある程度の距離に配置された検出器アレイによって個別に検出することができる。その検出器の各画素からは、その画素に射突した光子の個数を示す信号が出力される。画素の出力は、同じ次数別回折成分に属するもの同士が結合される。次数別回折成分の強度はＩ（ｍ，ｎ，ｑ，ｊ，λ）なる形式をとる。｛ｍ，ｎ｝は次数別回折成分の整数インデクスである。｛ｑ，ｊ｝は入射ビームのアジマス角及び仰角（即ちウェハに固定された座標系を基準とする入射主光線の極座標値）である。λは入射Ｘ線の波長である。

回折輻射の強度計測値は、ウェハ表面法線を基準とするＸ線入射角に関連付けて収集される。複数個の次数別回折成分に含まれる情報は、通常、考察されている個々のモデルパラメタ間でユニークである。従って、Ｘ線散乱により、注目パラメタ値に係る推定結果が、小誤差且つ低パラメタ相関でもたらされる。

また別の態様では、情報処理システム１３０が、標本に備わる被計測構造の構造モデル（例．幾何モデル、素材モデル又は幾何素材複合モデル）を生成し、少なくとも１個の幾何パラメタを含むＴ−ＳＡＸＳ応答モデルをその構造モデルから生成し、そしてそのＴ−ＳＡＸＳ計測モデルを用いＴ−ＳＡＸＳ計測データのフィッティング分析を実行することで少なくとも１個の標本パラメタ値を求めるよう、構成される。この模擬導出されたＴ−ＳＡＸＳ信号を、分析エンジンを用い計測データと比較することで、そのサンプルの幾何特性並びに素材特性例えば電子密度を求めることができる。図１に示した実施形態では、情報処理システム１３０がモデル構築・分析エンジンとして構成され、本願記載のモデル構築・分析機能を体現するようそのモデル構築・分析エンジンが構成されている。

図４は、情報処理システム１３０により実現されるモデル構築・分析エンジンの例１５０を示す図である。図４に示すように、モデル構築・分析エンジン１５０は、標本の被計測構造の構造モデル１５２を生成する構造モデル構築モジュール１５１を有している。ある種の実施形態では、構造モデル１５２にその標本の素材特性も組み込まれる。構造モデル１５２はＴ−ＳＡＸＳ応答関数構築モジュール１５３に入力として提供される。Ｔ−ＳＡＸＳ応答関数構築モジュール１５３は、その構造モデル１５２に少なくとも部分的に依拠してＴ−ＳＡＸＳ応答関数モデル１５５を生成する。ある種の例では、Ｔ−ＳＡＸＳ応答関数モデル１５５がＸ線フォームファクタ

に基づくものとなる。

ここに、Ｆはフォームファクタであり、ｑは散乱ベクトルであり、そしてρ（ｒ）は球座標準拠の標本の電子密度である。そして、Ｘ線散乱強度は

により与えられる。

Ｔ−ＳＡＸＳ応答関数モデル１５５はフィッティング分析モジュール１５７に入力として提供される。フィッティング分析モジュール１５７は、そのモデルに由来するＴ−ＳＡＸＳ応答を対応する計測データと比較することで、その標本の幾何特性及び素材特性を求める。

ある種の例では、モデルに由来するデータの実験データへのフィッティング（当てはめ）がχ二乗値の最小化により達成される。例えば、Ｔ−ＳＡＸＳ計測に係るχ二乗値を

と定義することができる。

ここに、Ｓ_ｊ ^{ＳＡＸＳ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ}は「チャネル」ｊにて計測されたＴ−ＳＡＸＳ信号１２６であり、添え字ｊを以て一組のシステムパラメタ例えば回折次数、エネルギ、角度座標等々が指し示されている。Ｓ_ｊ ^{ＳＡＸＳ ｍｏｄｅｌ}（ｖ_１，…，ｖ_Ｌ）はその「チャネル」ｊに係るモデル由来Ｔ−ＳＡＸＳ信号Ｓ_ｊを一組の構造（ターゲット）パラメタｖ_１，…，ｖ_Ｌに関し求めたものであり、それらパラメタにより幾何（ＣＤ、側壁角、オーバレイ等々）及び素材（電子密度等々）が指し示されている。σ_{ＳＡＸＳ，ｊ}は第ｊチャネルに係る不確定性である。Ｎ_ＳＡＸＳはＸ線計量におけるチャネルの総数である。Ｌはその計量ターゲットを特徴付けるパラメタの個数である。

等式（３）では、別々のチャネルに係る不確定性が無相関であると仮定されている。別々のチャネルに係る不確定性が相関している例では、それら不確定性間の共分散を算出すればよい。そうした例では、Ｔ−ＳＡＸＳ計測に係るχ二乗値を

と表すことができる。

ここに、Ｖ_ＳＡＸＳはＳＡＸＳチャネル不確定性の共分散行列であり、Ｔはその転置を表している。

ある種の例では、フィッティング分析モジュール１５７がＴ−ＳＡＸＳ応答モデル１５５によりＴ−ＳＡＸＳ計測データ１２６を対象にしたフィッティング分析を実行し、それにより少なくとも１個の標本パラメタ値を求める。幾つかの例ではχ_ＳＡＸＳ ^２が最適化される。

先に記述した通り、Ｔ−ＳＡＸＳデータのフィッティングはχ二乗値の最小化により達成される。とはいえ、一般的には、Ｔ−ＳＡＸＳデータのフィッティングを他の関数により達成してもかまわない。

Ｔ−ＳＡＸＳ計量データのフィッティングは、幾何及び／又は素材注目パラメタに対する感度があるものなら、どのような種類のＴ−ＳＡＸＳテクノロジにとっても有益である。標本パラメタは、標本とのＴ−ＳＡＸＳビーム相互作用の記述に適正なモデルが用いられる限り、決定論的なもの（例．ＣＤ、ＳＷＡ等々）でも統計的なもの（例．側壁粗さのｒｍｓ高、粗さ相関長等々）でもかまわない。

一般に、情報処理システム１３０は、モデルパラメタへのリアルタイムアクセスをＲＴＣＤ(Real Time Critical Dimensioning)を用い行えるよう構成され、或いは標本１０１に係る少なくとも１個の標本パラメタ値を求めるべく事前算出済モデルのライブラリにアクセスすることが可能なものとされる。総じて、ある形態のＣＤ−エンジンを用いることで、標本の割当済ＣＤパラメタと、被計測標本に係るＣＤパラメタと、の間の差異を評価することができる。標本パラメタ値算出方法及びシステムの例が、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐ．に対し２０１０年１１月２日付で発行された特許文献３に記載されているので、この参照を以てその全容を本願に繰り入れることにする。

ある種の例では、モデル構築・分析エンジン１５０によりフィードサイドウェイ分析、フィードフォワード分析及びパラレル分析が任意に併用され、それによりパラメタ計測結果の正確性が高められる。フィードサイドウェイ分析とは、同じ標本の別々の領域を対象にして複数個のデータセットを採取し、１個目のデータセットから求めた共通パラメタを２個目のデータセットに引き渡して分析に供することをいう。フィードフォワード分析とは、別々の標本を対象にしてデータセットを採取し、ステップワイズコピーイグザクトパラメタフィードフォワード法を用い共通パラメタを以後の分析に前方引き渡しすることをいう。パラレル分析とは、フィッティング中に少なくとも１個の共通パラメタが結合される複数個のデータセットに非線形フィッティング法を並列又は同時適用することをいう。

フィードフォワード、フィードサイドウェイ又はパラレル分析であり、回帰、ルックアップテーブル（即ち「ライブラリ」マッチング）又は別の複数データセットフィッティング手順に依拠するもののことを、複数ツール・構造分析と呼ぶ。複数ツール・構造分析方法及びシステムの例が、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐ．に対し２００９年１月１３日付で発行された特許文献４に記載されているので、この参照を以てその全容を本願に繰り入れることにする。

また別の態様では、計量ツール１００に備わる情報処理システム（例．情報処理システム１３０）が、本願記載のビーム制御機能を実現するよう構成される。図１に示した実施形態では情報処理システム１３０がビームコントローラとして構成されており、その動作により照明特性のうちいずれか、例えば強度、拡散、スポットサイズ、偏向、スペクトラム、並びに入射ＳＡＸＳ照明ビーム１１７の位置決めを制御することができる。

図１に示すように、情報処理システム１３０はＳＡＸＳ検出器１１６に可通信結合されている。情報処理システム１３０は、ＳＡＸＳ検出器１１６から計測データ１２６を受け取るように構成されている。一例に係る計測データ１２６は、標本のＳＡＸＳ応答計測値（即ち次数別回折成分の強度）の指示子を含むものである。検出器１１６の表面上でのＳＡＸＳ応答計測値の分布に基づき、標本１０１上におけるＳＡＸＳ照明ビーム１１７の入射個所及び領域が情報処理システム１３０により導出される。ある例によれば、情報処理システム１３０によりパターン認識技術を適用することで、標本１０１上におけるＳＡＸＳ照明ビーム１１７の入射個所及び領域を、計測データ１２６に基づき求めることができる。ある種の例によれば、情報処理システム１３０から照明光学系１１５へとコマンド信号１３７を送り、それにより所望の照明波長を選択させ且つＳＡＸＳ照明ビーム１１７を方向転換し再成形することで、入射ＳＡＸＳ照明ビーム１１７を標本１０１に対し所望の個所に所望の角度方向で到来させることができる。他のある種の例によれば、情報処理システム１３０からウェハ位置決めシステム１４０へとコマンド信号を送り、それにより標本１０１を位置決め及び方向決めすることで、入射ＳＡＸＳ照明ビーム１１７を標本１０１に対し所望の個所に所望の角度方向で到来させることができる。他のある種の例によれば、情報処理システム１３０からＸ線源１１０へとコマンド信号１３７を送り、それにより所望の照明波長を選択させ且つＳＡＸＳ照明ビーム１１７を方向転換させ再成形することで、入射ＳＡＸＳ照明ビーム１１７を標本１０１に対し所望の個所に所望の角度方向で到来させることができる。

ある態様では、個別検査領域についてのＴ−ＳＡＸＳ計測がサンプリングプランに従い相異なる多様な方向にて実行される。別のある態様では、そのサンプリングプランにおける方向を不均一間隔にし、それらの方向を、垂直入射角付近（例．ウェハ表面法線に対し４°以内の範囲内）にはより密に集中させ且つ垂直入射角から遠い方向（例．当該垂直角に対し１０〜４０°の範囲内）にはあまり密に集中させないようにする。

ある種の実施形態で望ましいとされるのは、複数方向にて計測を実行すること、また図１に示した座標系１４６で表されるＸ軸及びＹ軸周りでの回動によりそれらの方向を記述することである。これにより、分析に利用可能なデータセットの個数及び多様性を増強し、多様な大角度平面外方向を組み込むことで、パラメタ計測結果の精度及び正確性が向上されパラメタ間の相関が低減される。より深くより多様なデータセットで以て標本パラメタを計測することでも、パラメタ間相関が低下し計測精度が向上する。例えば垂直方向の場合、ＳＡＸＳは、フィーチャの限界寸法を求めうる反面、フィーチャの側壁角及び高さに対しては概ね不感である。これに対し、広範囲な平面外角度位置に亘り計測データを収集すれば、フィーチャの側壁角及び高さを求めることができる。

図１に示すように、計量ツール１００は標本位置決めシステム１４０を有しており、ＳＡＸＳスキャタロメータに対し標本１０１を整列させ且つ広範囲な平面外角度方向に亘り方向決めするよう、その標本位置決めシステム１４０が構成されている。言い換えれば、標本１０１の表面に対し面内整列されている１本又は複数本の回動軸周りで、ある広い角度範囲に亘り標本１０１を回動させうるよう、標本位置決めシステム１４０が構成されている。ある種の実施形態では、標本１０１の表面に対し面内整列されている１本又は複数本の回動軸周りで少なくとも９０°の範囲に亘り標本１０１を回動させうるよう、標本位置決めシステム１４０が構成される。ある種の実施形態では、標本１０１の表面に対し面内整列されている１本又は複数本の回動軸周りで少なくとも６０°の範囲に亘り標本１０１を回動させうるよう、標本位置決めシステムが構成される。また、ある種の実施形態では、標本１０１の表面に対し面内整列されている１本又は複数本の回動軸周りで少なくとも１°の範囲にて標本１０１を回動させるよう、標本位置決めシステムが構成される。こうした形態では、標本１０１の表面上の任意個数の個所に亘り、計量システム１００によって標本１０１の角度分解計測結果が収集される。ある例では、情報処理システム１３０から標本位置決めシステム１４０のモーションコントローラ１４５へと、標本１０１の所望位置を示すコマンド信号が送られる。モーションコントローラ１４５は、これに応じ標本位置決めシステム１４０の諸アクチュエータに対するコマンド信号を生成し、標本１０１をその所望位置に位置決めさせる。

非限定的な例によれば、図１に示すように、標本位置決めシステム１４０にエッジグリップチャック１４１を具備させ、それにより標本１０１を標本位置決めシステム１４０に固定装着することができる。回動アクチュエータ１４２は、エッジグリップチャック１４１及び装着されている標本１０１をペリメータフレーム１４３に対し回動させうるよう、構成されている。図示実施形態では、図１に示した座標系１４６のＸ軸周りで標本１０１を回動させるように回動アクチュエータ１４２が構成されている。図１に示すように、標本１０１のＺ軸周り回動が標本１０１の面内回動に当たる。Ｘ軸及びＹ軸周りでの回動（図示せず）が標本１０１の面外回動、即ち計量システム１００の計測素子に対し標本の表面を実効的に傾斜させる回動である。図示されていないが、標本１０１をＹ軸周りで回動させうるよう第２の回動アクチュエータが構成されている。リニアアクチュエータ１４４は、Ｘ方向に沿いペリメータフレーム１４３を並進させうるよう構成されている。もう一つのリニアアクチュエータ（図示せず）が、Ｙ方向に沿いペリメータフレーム１４３を並進させうるよう構成されている。こうした形態では、標本１０１の表面上の各個所を、ある範囲の平面外角度位置に亘る計測に利用することができる。例えばある実施形態では、標本１０１のある個所が、標本１０１の法線方向に対し−４５°〜＋４５°の範囲内で、数個の角度増分に亘り計測される。

概して、標本位置決めシステム１４０には、所望の直線的及び角度的位置決め性能を実現すべく、これに限られるものではないがゴニオメータステージ、六脚ステージ、角度ステージ及びリニアステージを含め機械的構成要素の任意且つ好適な組合せを設けることができる。

更なる態様では、計測ターゲットに対し一通りの方向の入射Ｘ線ビームで以て実行されたＴ−ＳＡＸＳ計測を踏まえ、１個又は複数個の注目パラメタについての初期推定値が導出される。それら初期推定値が、注目パラメタの開始値として、複数方向でのＴ−ＳＡＸＳ計測で収集された計測データでの計測モデルの回帰用に提供される。この態様では、注目パラメタの密推定値が比較的少量の情報処理労力で導出され、また、かなり大きなデータセットに亘る回帰用の開始点としてこの密推定値を提供することにより注目パラメタの精細推定値が些少な総情報処理労力で得られる。

更なる態様によれば、Ｔ−ＳＡＸＳ計測データを用い、検出された次数別回折成分の強度計測結果に基づく被計測構造の像を生成することができる。ある種の実施形態に従いＴ−ＳＡＸＳ応答関数モデルを一般化することで、包括電子密度メッシュからの散乱を記述することができる。モデル由来の電子密度をこのメッシュ内に押し込め連続性とエッジのまばらさとを強化しつつ、このモデルを計測信号とマッチさせることで、そのサンプルの三次元像が得られる。

Ｔ−ＳＡＸＳ計測に依拠する限界寸法（ＣＤ）計量には幾何的なモデル依拠パラメトリック反転が望ましいが、標本計測結果がその幾何モデルの想定から外れているときにモデル誤差を識別及び補正するのには、同じＴ−ＳＡＸＳ計測データから生成された標本マップが役立つ。

ある種の例では、その像が、同じスキャタロメトリ計測データの幾何的なモデル依拠パラメトリック反転により推定された構造特性と、比較される。不一致点を用いその被計測構造の幾何モデルを更新し計測性能を向上させることができる。正確なパラメトリック計測モデルに収斂させうる能力は、集積回路を計測しその製造プロセスを制御、監視及びトラブルシュートする際にひときわ重要である。

ある種の例では、その像が電子密度、吸収率、複素屈折率又はそれら素材特性の組合せの二次元（２−Ｄ）マップとされる。ある種の例では、その像が電子密度、吸収率、複素屈折率又はそれら素材特性の組合せの三次元（３−Ｄ）マップとされる。このマップを生成するのに用いられる物理的制約は比較的少ない。ある種の例によれば、１個又は複数個の注目パラメタ例えば限界寸法（ＣＤ）、側壁角（ＳＷＡ）、オーバレイ、エッジ配置誤差、ピッチウォーク等々が、得られたマップから直に推定される。他のある種の例によれば、モデル依拠ＣＤ計測に用いられるパラメトリック構造モデルで想定されている期待値の範囲外にサンプル幾何又は素材が外れたとき、ウェハ処理をデバッグするのにそのマップを役立てることができる。ある例によれば、そのマップと、そのパラメタ計測結果に従いパラメトリック構造モデルにより予測された構造のレンダリングと、の間の差異を用い、パラメトリック構造モデルを更新しその計測性能を向上させることができる。子細が特許文献５に記載されているので、この参照を以てその全容を本願に繰り入れることにする。更なる子細が特許文献６に記載されているので、この参照を以てその全容を本願に繰り入れることにする。

更なる態様によれば、モデル構築・分析エンジン１５０を用い結合Ｘ線・光学計測分析向けのモデルを生成することができる。ある種の例によれば、光学的シミュレーションを例えば厳密結合波分析（ＲＣＷＡ）に依拠して行い、それによりマクスウェルの方程式を解くことで、光学信号例えば反射率を様々な偏向、エリプソメトリパラメタ、相変化等々に関し算出することができる。

１個又は複数個の注目パラメタの値は、相異なる複数通りの入射角での各次Ｘ線回折成分の強度検出結果と、光学強度検出結果とを、結合幾何パラメタ化応答モデルを用い結合フィッティング分析した結果を踏まえ導出される。光学強度は、Ｘ線計量システムと機械的に一体化されているか否かを問わず光学計量ツール、例えばそれぞれ図１，図２に示されているシステム１００，２００により計測される。子細が特許文献７及び８に記載されているので、この参照を以てそれらの全容をそれぞれ本願に繰り入れることにする。

本願記載の通り、Ｔ−ＳＡＸＳ計測は、半導体ウェハの表面法線に対する照明Ｘ線ビームの方向複数通りにて実行される。各方向はＸ線照明ビームに対するウェハ１０１の任意の二通りの回動角により記述され、その逆の記述も行われる。ある例によれば、ウェハに固定された座標系を基準にしてその方向を記述することができる。図６に、角度φ及びθにより記述されるある特定の方向にてウェハ１０１上に入射しているＸ線照明ビーム１１７を示す。座標系ＸＹＺは本計量システムに固定され、座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’はウェハ１０１に固定されている。Ｚはウェハ１０１の表面に対し垂直な軸に対し整列している。Ｘ及びＹはウェハ１０１の表面に対し整列している平面内にある。同様に、Ｚ’はウェハ１０１の表面に対し垂直な軸に対し整列しており、Ｘ’及びＹ’はウェハ１０１の表面に対し整列した平面内にある。図６に示すように、Ｘ線照明ビーム１１７はＸ’Ｚ’平面内に存している。角度φは、Ｘ’Ｚ’平面内にあるウェハの表面法線を基準としたＸ線照明ビーム１１７の方向を表している。更に、角度θはＸＺ平面に対するＸ’Ｚ’平面の向きを表している。θ及びφの併用により、ウェハ１０１の表面に対するＸ線照明ビーム１１７の方向が一意に定まる。この例では、ウェハ１０１の表面を基準としたＸ線照明ビームの方向が、ウェハ１０１の表面に対し素直な軸（即ちＺ軸）周りでの回動と、ウェハ１０１の表面に対し整列している軸（即ちＹ’軸）周りでの回動と、により記述されている。他のある種の例では、図１を参照して述べた通り、ウェハ１０１の表面を基準としたＸ線照明ビームの方向が、ウェハ１０１の表面に対し整列している１本目の軸と、当該１本目の軸に対し垂直でウェハ１０１の表面に対し整列しているもう１本の軸と、を中心にした回動により記述される。

ある種の実施形態では、本願記載のＴ−ＳＡＸＳ計測を特徴付ける計量ターゲットが計測下ウェハのスクライブライン（切り取り線）内に配置される。そうした実施形態では、計量ターゲットのサイズが、スクライブラインの幅内に収まるよう定められる。幾つかの例ではスクライブライン幅が８０μｍ未満とされる。幾つかの例ではスクライブラインが５０μｍ未満とされる。全体として、半導体製造にて採用されるスクライブラインの幅は細くなる傾向にある。

ある種の実施形態では、本願記載のＴ−ＳＡＸＳ計測を特徴付ける計量ターゲットが計測下ウェハの能動ダイ領域内に配置され、機能的集積回路（例．メモリ、イメージセンサ、論理デバイス等々）の一部とされる。

総じて、照明ビームのスポットサイズは計測下計量ターゲットの横方向寸法と密にマッチさせるのが望ましく、そうすることで、計測下計量ターゲットを取り巻く構造からの混入信号を抑えることができる。ある種の実施形態では、計測下計量ターゲットの横方向寸法がどの方向についても７０μｍ未満とされる。ある種の実施形態では、計測下計量ターゲットの横方向寸法がどの方向についても５０μｍ未満とされる。ある種の実施形態では、計測下計量ターゲットの横方向寸法がどの方向についても４０μｍ未満とされる。ある種の実施形態では、計測下計量ターゲットの横方向寸法がどの方向についても１０μｍ未満とされる。ある種の実施形態に係る計測下計量ターゲットは１μｍ超の全高（或いはこれと等価な深度）を特徴とする。ある種の実施形態に係る計測下計量ターゲットは２μｍ超（或いはこれと等価な深度）を特徴とする。

概して、計量ターゲットの特徴はそのアスペクト比であり、これは、その計量ターゲットの最大高さ寸法（即ちウェハ表面に対し垂直な方向の寸法）を最大横方向拡がり寸法（即ちウェハ表面に対し整列している方向の寸法）により除したものとして定義される。ある種の実施形態では計測下計量ターゲットのアスペクト比が少なくとも２０とされる。ある種の実施形態では計測下計量ターゲットのアスペクト比が少なくとも４０とされる。

図５Ａ〜図５Ｃは、それぞれ、本願記載の要領で計測に供される典型的な３Ｄ−ＦＬＡＳＨ（登録商標）記憶デバイス１９０の等角図、上面図及び断面図である。記憶デバイス１９０の全高（或いはこれと等価な深度）は１〜数μｍの範囲内である。記憶デバイス１９０は垂直製作デバイスである。垂直製作デバイス例えば記憶デバイス１９０は、本質的には、従来の平面的な記憶デバイスを９０°旋回させ、ビットライン及びセルストリングを垂直方向に（ウェハ表面に対し直交する方向に）向けたものである。十分な記憶容量を提供すべく、異種素材からなる多数の交互配置層がウェハ上に堆積されている。こうするには、１００ｎｍ以下の最大横方向寸法を有する構造の場合、数μｍの深度までパターニングプロセスを好適に実行する必要がある。得られるアスペクト比が２５：１又は５０：１となることは珍しくない。

図７は高アスペクト比孔構造アレイ３１０の上面図である。図７に示すように、アレイをなす孔構造は、（紙面の手前及び奥に延びる）平面３１１、３１２、３１３及び３１４沿いに最も密にパターニングされている。ある種の実施形態で望ましいのは、本願記載の高アスペクト比構造計測を実行する際の、計測下ウェハの表面に対する入射Ｘ線照明ビームの方向を、アレイをなす高アスペクト比構造が最密パターニングされた平面内の方向にすることである。図７に示した例で望ましいのは、孔構造アレイ３１０へのＸ線照明の供給を、アレイをなす孔構造が最も密にパターニングされている平面３１１及び３１２並びに３１３及び３１４内で行うことである。

図８Ａに理想的な高アスペクト比孔構造３２０の側面を示す。図８Ｂに傾斜孔構造３２１の側面を示す。図８Ｃに、その傾斜度が深度に応じ漸増する漸次傾斜孔構造３２２の側面を示す。多くの例で孔構造３２１及び３２２は望ましくないものである。ある種の実施形態では、孔構造３２１及び３２２に似通った孔構造の特性が本願記載のＴ−ＳＡＸＳ計測により解明される。例えば、孔構造３２１は傾斜角パラメタαにより特徴付けられている。更に、孔構造３２１へのＸ線照明ビーム１１７の供給が、例えば図６を参照して述べた通り、表面法線に対し角度φにて且つその逆の角度たる−φにて行われる。ある種の実施形態によれば、これら二通りの照明状況で発生、計測されたＴ−ＳＡＸＳ信号間差異から十分な信号情報を得て、傾斜角αを正確に推定することができる。

また例えば、孔構造３２２は複数個の傾斜角パラメタα_１、α_２及びα_３により区画毎に特徴付けられている。やはり、孔構造３２２へのＸ線照明ビーム１１７が、例えば図６を参照して述べた通り、表面法線に対し角度φにて且つその逆の角度たる−φにて行われる。ある種の実施形態によれば、これら二通りの照明状況で発生、計測されたＴ−ＳＡＸ信号間差異から十分な信号情報を得て、傾斜角α_１、α_２及びα_３を正確に推定することができる。

ご認識頂くべきことに、本件開示の随所に記載の諸ステップを単一のコンピュータシステム１３０で実行してもよいし、それに代え複数個のコンピュータシステム１３０で実行してもよい。更に、システム１００に備わる様々なサブシステム、例えば標本位置決めシステム１４０に、本願記載のステップのうち少なくとも一部を実行するのに適したコンピュータシステムを組み込んでもよい。従って、上掲の記述は本発明に対する限定事項として解されるべきではなく、単なる例証として解されるべきである。更に、本願記載の方法実施形態のうちいずれかを構成している他のいずれかのステップ（群）を実行するよう、当該１個又は複数個の情報処理システム１３０を構成してもよい。

加えて、コンピュータシステム１３０は、本件技術分野で既知な要領のいずれにより、ＳＡＸＳ検出器１１６及びＳＡＸＳ照明光学系１１５に可通信結合させてもよい。例えば、ＳＡＸＳ検出器１１６及びＳＡＸＳ照明光学系１１５に係る情報処理システムそれぞれに１個又は複数個の情報処理システム１３０を結合させてもよい。また例えば、ＳＡＸＳ検出器１１６及びＳＡＸＳ照明光学系１１５のいずれを、コンピュータシステム１３０に結合された単一のコンピュータシステムにより直に制御してもよい。

コンピュータシステム１３０は、伝送媒体例えば有線及び／又は無線区間を有するそれにより本システムのサブシステム（例．ＳＡＸＳ検出器１１６及びＳＡＸＳ照明光学系１１５やそれに類するもの）からデータ又は情報を受領及び／又は捕捉するよう、構成することができる。この形態では、その伝送媒体を、コンピュータシステム１３０とシステム１００に備わる他のサブシステムとの間のデータリンクとして働かせることができる。

計量システム１００のコンピュータシステム１３０は、伝送媒体例えば有線及び／又は無線区間を有するそれにより他システムからデータ又は情報（例．計測結果、モデリング入力、モデリング結果等々）を受領及び／又は捕捉するよう、構成することができる。この形態では、その伝送媒体を、コンピュータシステム１３０と他システム（例．計量システム１００のオンボードメモリ、外部メモリ又は外部システム）との間のデータリンクとして働かせることができる。例えば、データリンクを介し格納媒体（即ちメモリ１３２又は１８０）から計測データ（例．信号１２６）を受け取るよう、情報処理システム１３０を構成するとよい。例えば、ＳＡＸＳ検出器１１６のうちいずれかに備わる分光器を用い得られた分光結果を恒久的又は半恒久的記憶デバイス（例．メモリ１３２又は１８０）内に格納させることができる。この場合、その計測結果をオンボードメモリから、或いは外部メモリシステムからインポートすることができる。更に、伝送媒体を介しコンピュータシステム１３０が他システムへとデータを送るようにしてもよい。例えば、コンピュータシステム１３０により求められた標本パラメタ値１７０を恒久的又は半恒久的記憶デバイス（例．メモリ１８０）内に格納させることができる。この場合、計測結果を他システムにエキスポートすることができる。

情報処理システム１３０には、これに限られるものではないが、パーソナルコンピュータシステム、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、イメージコンピュータ、並列プロセッサその他、本件技術分野で既知なあらゆる装置が包含されうる。一般に、語「情報処理システム」は、記憶媒体から得た命令を実行するプロセッサを１個又は複数個有するデバイス全てが包含されるよう、広く定義することができる。

方法例えば本願記載のそれを実行するためのプログラム命令１３４を、伝送媒体例えばワイヤ、ケーブル又は無線伝送リンク上で伝送するようにしてもよい。例えば、図１中に描かれているように、メモリ１３２に格納されているプログラム命令１３４はバス１３３に載せプロセッサ１３１へと伝送される。プログラム命令１３４はコンピュータ可読媒体（例．メモリ１３２）に格納される。コンピュータ可読媒体の例としてはリードオンリメモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気ディスク、光ディスク及び磁気テープがある。

ある種の実施形態では、本願記載のスキャタロメトリ分析が製造プロセスツールの一部として実施される。製造プロセスツールの例としては、これに限られるものではないが、リソグラフィック露出ツール、成膜ツール、インプラントツール及びエッチングツールがある。この形態では、Ｔ−ＳＡＸＳ分析の結果を用い製造プロセスを制御することができる。ある例では、１個又は複数個のターゲットから収集されたＴ−ＳＡＸＳ計測データが製造プロセスツールへと送られる。そのＴ−ＳＡＸＳ計測データを本願記載の如く分析し、その結果を用いることで、その製造プロセスツールの動作を調整することができる。

本願記載のスキャタロメトリ計測を用い、様々な半導体構造の特性を求めることができる。構造の例としては、これに限られるものではないが、ＦｉｎＦＥＴ、低次元構造例えばナノワイヤやグラフェン、サブ１０ｎｍ構造、リソグラフィック構造、スルー基板ビア（ＴＳＶ）、メモリ構造例えばＤＲＡＭ、ＤＲＡＭ４Ｆ２、ＦＬＡＳＨ（登録商標）、ＭＲＡＭ及び高アスペクト比メモリ構造がある。構造特性の例としては、これに限られるものではないが、幾何パラメタ例えばラインエッジ粗さ、ライン幅粗さ、孔サイズ、孔密度、側壁角、プロファイル、限界寸法、ピッチと、素材パラメタ例えば電子密度、組成、グレイン構造、モルホロジ、応力、歪み及び元素種別とがある。

図９に、本発明の計量システム１００及び２００による実施に適した方法３００を示す。ある態様によれば、ご認識頂けるように、予めプログラミングされているアルゴリズムを情報処理システム１３０に備わる１個又は複数個のプロセッサにより実行することで、方法３００の諸データ処理ブロックを実行することができる。以下の記述は計量システム１００及び２００の文脈に沿い提示されているが、ご認識頂けるように、計量システム１００及び２００の特定の構造的側面が限定事項を表すわけではなく、それらは専ら例証として解されるべきである。

ブロック３０１では、ウェハ表面上に形成されている計測ターゲットを、その計測ターゲットを基準とし相異なる複数通りの方向にて、Ｘ線輻射集束ビームにより照明する。計測ターゲットは１個又は複数個の高アスペクト比構造を有するものとする。加えて、当該相異なる複数通りの方向は、ウェハ表面法線付近には密に集中し、且つウェハ表面法線から遠くにある方向にはあまり密に集中していないものとする。

ブロック３０２では、各方向のＸ線輻射入射ビームに応じ、計測ターゲットから散乱されてくるある線量の輻射の一通り又は複数個の次数別回折成分にそれぞれ係る、一通り又は複数通りの強度を検出する。

ブロック３０３では、計測ターゲットのモデルに係る注目パラメタの値を、当該相異なる複数通りの方向での次数別回折成分強度検出結果に基づき導出する。

本願記載の語「限界寸法」には、構造のあらゆる限界寸法（例．下部限界寸法、中部限界寸法、上部限界寸法、側壁角、格子高さ等々）、任意の２個以上の構造間の限界寸法（例．２個の構造間の距離）、並びに２個以上の構造間の位置ずれ（例．重なり合う格子構造間のオーバレイ位置ずれ等々）が包含される。構造の例としては三次元構造、パターン化構造、オーバレイ構造等々がある。

本願記載の語「限界寸法アプリケーション」や「限界寸法計測アプリケーション」にはあらゆる限界寸法計測が包含される。

本願記載の語「計量システム」には、限界寸法アプリケーション及びオーバレイ計量アプリケーションを含め、任意の態様での標本の特性解明に少なくとも部分的に採用される、あらゆるシステムが包含される。とはいえ、これらの技術用語により本願記載の語「計量システム」の範囲が制限されるわけではない。加えて、本願記載の計量システムはパターニング済ウェハ及び／又は未パターニングウェハの計測向けに構成することができる。この計量システムはＬＥＤ検査ツール、エッジ検査ツール、背面検査ツール、マクロ検査ツール又はマルチモード検査ツール（１個又は複数個のプラットフォームからの同時にデータを得るもの）や、本願記載の計測技術から利を受ける他のあらゆる計量又は検査ツールとして、構成することができる。

本願には、標本の処理に使用可能な半導体処理システム（例．検査システムやリソグラフィシステム）に関し様々な実施形態が記述されている。本願で用いられている語「標本」は、本件技術分野で既知な手段により処理（例．印刷又は欠陥検査）可能なウェハ、レティクルその他のあらゆるサンプルを指している。

本願中の用語「ウェハ」は、総じて、半導体又は非半導体素材で形成された基板を指している。その例としては、これに限られるものではないが、単結晶シリコン、ヒ化ガリウム及び燐化インジウムがある。そうした基板は半導体製造設備にて目にし及び／又は処理されることが多い。場合によってはウェハが基板のみで構成されうる（いわゆるベアウェハ）。そうではなく、ウェハが、基板上に形成された１個又は複数個の異種素材層を有していることもある。ウェハ上に形成される１個又は複数個の層が「パターニング」されていることも「未パターニング」なこともありうる。例えば、ウェハ内に複数個のダイがありそれらが可反復パターンフィーチャを有することがありうる。

「レティクル」は、レティクル製造プロセスのいずれかの段階にあるレティクルでもレティクルの完成品でもよく、また半導体製造設備での使用向けにリリースされているものでもされていないものでもよい。レティクル或いは「マスク」は、一般に、その上にほぼ不透明な領域が形成されておりその領域がパターンをなしているほぼ透明な基板として定義される。その基板は、例えば、ガラス素材例えばアモルファスＳｉＯ_２を含有する。レティクルをレジストで覆われたウェハの上方に配し、リソグラフィプロセスのうち露出工程を行うことで、そのレティクル上のパターンをそのレジストへと転写することができる。

ウェハ上に形成された１個又は複数個の層はパターニング済でも未パターニングでもよい。例えば、ウェハ内に複数個のダイがありそれらがそれぞれ可反復パターンフィーチャを有するようにしてもよい。そうした素材層の形成及び処理によって、最終的にはデバイスの完成品を得ることができる。多種類のデバイスをウェハ上に形成しうるところ、本願中の用語ウェハは、本件技術分野で既知な任意種類のデバイスがその上に作り込まれるウェハを包含する趣旨のものである。

１個又は複数個の例示的実施形態では、上述の機能がハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はそれらの任意の組合せの態で実現されうる。ソフトウェアの態で実現する際には、それらの機能が１個又は複数個の命令又はコードとしてコンピュータ可読媒体上に格納され又はその媒体上で伝送される。コンピュータ可読媒体にはコンピュータ格納媒体及び通信媒体の双方、例えばコンピュータプログラムをある場所から別の場所へと転送するのに役立つ媒体全てが包含される。格納媒体は、汎用又は専用コンピュータによるアクセスが可能な入手可能媒体であれば、どのような媒体でもよい。限定としてではなく例として言うなら、そうしたコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭその他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージその他の磁気格納装置をはじめ、命令又はデータ構造の形態を採る所望のプログラムコード手段の搬送又は格納に使用することが可能で、且つ汎用又は専用コンピュータ或いは汎用又は専用プロセッサがアクセスすることが可能な、任意の媒体を以て構成することができる。また、どのような接続であれコンピュータ可読媒体と称して差し支えない。例えば、ソフトウェアをウェブサイト、サーバその他のリモートソースから送信するに当たり同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ディジタル加入者線（ＤＳＬ）又は無線テクノロジ例えば赤外線、無線周波数若しくはマイクロ波が用いられるのであれば、それら同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ又は無線テクノロジ例えば赤外線、無線周波数若しくはマイクロ波は媒体の定義に収まる。本願中の用語ディスク(disk/disc)には、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、ＸＲＦディスク、ディジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク及びブルーレイ（登録商標）ディスクを含め、通常はデータが磁気的に再生されるディスク(disk)及びレーザで以て光学的に再生されるディスク(disc)が包含される。上掲のものの組合せもまたコンピュータ可読媒体の範囲内に包含させるべきである。

教示目的である特定の諸実施形態を上述したが、本件特許出願の教示は一般的な適用可能性を有するものであり、上述の具体的諸実施形態に限定されるものではない。従って、上述の諸実施形態の諸特徴については、特許請求の範囲中に示す本発明の技術的範囲から離隔することなく、様々な修正、適合化並びに組合せを実施することができる。

Claims (21)

1. ある線量のＸ線輻射を生成するよう構成されたＸ線照明源と、
   ウェハ表面上に形成された計測ターゲットを、上記ある線量のＸ線輻射集束ビームで以て、その計測ターゲットに対し複数通りの方向にて照明するよう構成されたＸ線照明光学系サブシステムであり、その計測ターゲットが１個又は複数個の高アスペクト比構造を有し、上記相異なる複数通りの方向が不均一間隔であり、ウェハ表面法線付近の４°以内の範囲ではより密に集中していてウェハ表面法線から遠い方向の１０°〜４０°の範囲にはあまり密に集中していないＸ線照明光学系サブシステムと、
   各方向のＸ線輻射入射ビームに応じ、上記計測ターゲットから散乱されてくるある線量の輻射の一通り又は複数個の次数別回折成分(diffraction order)にそれぞれ係る、一通り又は複数通りの強度を検出するよう構成されたＸ線検出器と、
   情報処理システムと、
   を備え、その情報処理システムが、上記相異なる複数通りの方向での上記次数別回折成分の強度検出結果に基づき上記計測ターゲットのモデルに係る注目パラメタの値を導出するよう構成されている計量システム。
2. 請求項１に記載の計量システムであって、上記注目パラメタが形状パラメタである計量システム。
3. 請求項１に記載の計量システムであって、上記１個又は複数個の高アスペクト比構造が少なくとも１μｍの総深度を有する計量システム。
4. 請求項３に記載の計量システムであって、上記１個又は複数個の高アスペクト比構造がスピン注入磁化反転ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ−ＲＡＭ）、三次元ＮＡＮＤメモリ（３Ｄ−ＮＡＮＤ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、三次元ＦＬＡＳＨ（登録商標）メモリ（３Ｄ−ＦＬＡＳＨ（登録商標））、抵抗変化型ランダムアクセスメモリ（Ｒｅ−ＲＡＭ）及び相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＣ−ＲＡＭ）のうちいずれかである計量システム。
5. 請求項１に記載の計量システムであって、アスペクト比が最大高さ寸法を最大横方向拡がり寸法で除したものとして定義されるところ、上記１個又は複数個の高アスペクト比構造が少なくとも２０のアスペクト比を有する計量システム。
6. 請求項１に記載の計量システムであって、上記１個又は複数個の高アスペクト比構造が、交互配置された異種素材層を備える計量システム。
7. 請求項１に記載の計量システムであって、上記Ｘ線照明源が液体金属ジェットＸ線照明源、液体陽極Ｘ線照明源及び逆コンプトンＸ線照明源のうちいずれかを有する計量システム。
8. 請求項１に記載の計量システムであって、上記計測ターゲットがスクライブライン領域内又は能動ダイ領域内に所在する計量システム。
9. 請求項１に記載の計量システムであって、上記少なくとも１個の注目パラメタの導出が、幾何パラメタ化応答モデルによる上記次数別回折成分の強度検出結果のフィッティング分析を含む計量システム。
10. 請求項９に記載の計量システムであって、上記情報処理システムが、更に、上記相異なる複数通りの方向での上記次数別回折成分の強度検出結果に基づき上記計測ターゲットの多次元像を導出するよう構成されている計量システム。
11. 請求項１０に記載の計量システムであって、上記情報処理システムが、更に、上記計測ターゲットの像と上記少なくとも１個の注目パラメタとの間の差異に基づき上記計測ターゲットの幾何パラメタ化応答モデルを修正するよう構成されている計量システム。
12. 請求項１に記載の計量システムであって、上記注目パラメタの値の導出が、結合幾何パラメタ化応答モデルによる、上記相異なる複数通りの方向での上記次数別回折成分の強度検出結果と、光学強度検出結果と、の結合フィッティング分析を含み、その光学強度が光学計量ツールにより計測される計量システム。
13. ウェハ表面上に形成された計測ターゲットを、Ｘ線輻射集束ビームで以て、その計測ターゲットに対し相異なる複数通りの方向にて照明するステップであり、その計測ターゲットが１個又は複数個の高アスペクト比構造を有し、当該相異なる複数通りの方向が不均一間隔であり、ウェハ表面法線付近の４°以内の範囲ではより密に集中していてウェハ表面法線から遠い方向の１０°〜４０°の範囲にはあまり密に集中していないステップと、
    各方向のＸ線輻射入射ビームに応じ、上記計測ターゲットから散乱されてくるある線量の輻射の一通り又は複数個の次数別回折成分にそれぞれ係る、一通り又は複数通りの強度を検出するステップと、
    上記相異なる複数通りの方向での上記次数別回折成分の強度検出結果に基づき上記計測ターゲットのモデルに係る注目パラメタの値を導出するステップと、
    を有する方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、上記１個又は複数個の高アスペクト比構造が少なくとも１μｍの総深度を有する方法。
15. 請求項１３に記載の方法であって、アスペクト比が最大高さ寸法を最大横方向拡がり寸法で除したものとして定義されるところ、上記１個又は複数個の高アスペクト比構造が少なくとも２０のアスペクト比を有する方法。
16. 請求項１３に記載の方法であって、上記少なくとも１個の注目パラメタの導出が、幾何パラメタ化応答モデルによる上記次数別回折成分の強度検出結果のフィッティング分析を含む方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、更に、
    上記相異なる複数通りの方向での上記次数別回折成分の強度検出結果に基づき上記計測ターゲットの多次元像を導出するステップを有する方法。
18. 請求項１７に記載の方法であって、更に、
    上記計測ターゲットの像と上記少なくとも１個の注目パラメタとの間の差異に基づき上記計測ターゲットの幾何パラメタ化応答モデルを修正するステップを有する方法。
19. 請求項１３に記載の方法であって、上記注目パラメタの値の導出が、結合幾何パラメタ化応答モデルによる、上記相異なる複数通りの方向での上記次数別回折成分の強度検出結果と、光学強度検出結果と、の結合フィッティング分析を含み、その光学強度が光学計量ツールにより計測される方法。
20. ある線量のＸ線輻射を生成するよう構成されたＸ線照明源と、
    ウェハ表面上に形成された計測ターゲットを、上記ある線量のＸ線輻射集束ビームで以て、その計測ターゲットに対し複数通りの相異なる方向にて照明するよう構成されたＸ線照明光学系サブシステムであり、その計測ターゲットが１個又は複数個の高アスペクト比構造を有し、上記相異なる複数通りの方向が不均一間隔であり、ウェハ表面法線付近の４°以内の範囲ではより密に集中していてウェハ表面法線から遠い方向の１０°〜４０°の範囲にはあまり密に集中していないＸ線照明光学系サブシステムと、
    各方向のＸ線輻射入射ビームに応じ、上記計測ターゲットから散乱されてくるある線量の輻射の一通り又は複数個の次数別回折成分にそれぞれ係る、一通り又は複数通りの強度を検出するよう構成されたＸ線検出器と、
    非一時的コンピュータ可読媒体と、
    を備え、その非一時的コンピュータ可読媒体が、上記複数通りの方向での上記次数別回折成分の強度検出結果に基づき上記計測ターゲットのモデルに係る注目パラメタの値を情報処理システムに導出させるためのコードを、備える計量システム。
21. 請求項２０に記載の計量システムであって、上記注目パラメタの値の導出が、結合幾何パラメタ化応答モデルによる、上記相異なる複数通りの方向での上記次数別回折成分の強度検出結果と、光学強度検出結果と、の結合フィッティング分析を含み、その光学強度が光学計量ツールにより計測される計量システム。

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