JP6892921B2 - 小角ｘ線スキャトロメトリベースの計測システムの較正 - Google Patents

Description

説明される実施形態は、Ｘ線計測システムおよび方法、より詳細には、改善された測定精度のための方法およびシステムに関する。

関連出願の相互参照
本特許出願は、米国特許法１１９条に基づき、２０１６年１０月２１に出願された米国仮特許出願第６２／４１１，１５２号からの優先権を主張するものであり、その主題は、その全体を本願に引用して援用する。

論理およびメモリデバイスなどの半導体デバイスは、典型的には、試料に適用される一連の処理ステップによって製作される。半導体デバイスの様々な特徴部および複数の構造レベルは、これらの処理ステップによって形成される。例えば、中でもリソグラフィは、半導体ウェハ上にパターンを生成することを伴う１つの半導体製作プロセスである。半導体製作プロセスのさらなる例としては、化学機械研磨、エッチング、成膜、およびイオン注入が挙げられるが、これらに限定されない。複数の半導体デバイスが、単一の半導体ウェハ上に製作され、次いで個々の半導体デバイスへと分離されてもよい。

計測プロセスは、ウェハ上の欠陥を検出してより高い歩留りを促進するために半導体製造プロセス中の様々なステップにおいて使用される。スキャトロメトリおよびリフレクトメトリ実装ならびに関連分析アルゴリズムを含むいくつかの計測ベースの技術が、ナノスケール構造物の限界寸法、膜厚、構成物、および他のパラメータを特徴付けるために広く使用される。

従来、スキャトロメトリ限界寸法測定は、薄膜および／または反復周期構造物からなる目標物に対して実施される。デバイス製作中、これらの膜および周期構造物は、典型的には、実際のデバイスジオメトリおよび材料構造または中間設計を表す。デバイス（例えば、論理およびメモリデバイス）がより小さいナノメートルスケールの寸法へ向かうにつれて、特徴付けはより難しくなる。複雑な３次元ジオメトリおよび多様な物理的性質を有する材料を組み込むデバイスが、特徴付けの難しさに寄与する。例えば、現代のメモリ構造物は、多くの場合、光放射が下層まで浸透することを困難にする高アスペクト比の３次元構造物である。赤外−可視光を利用する光計測ツールは、半透明材料の多くの層に浸透することができるが、良好な浸透深さを提供するより長い波長は、小さな異常に対して十分な感受性を提供しない。加えて、複雑な構造物（例えば、ＦｉｎＦＥＴ）を特徴付けるために必要とされるますます多くのパラメータが、パラメータ相関の増加をもたらす。結果として、目標物を特徴付けるパラメータは、多くの場合、利用可能な測定と確実に切り離すことができない。

１つの例においては、より長い波長（例えば、近赤外）が、積層内の交互の材料のうちの１つとしてポリシリコンを利用する３Ｄフラッシュデバイスの場合に、浸透問題を克服する試みで用いられている。しかしながら、３Ｄフラッシュのミラー様構造は、本質的に、照明が膜積層内へより深く浸透するにつれて光強度の減少を引き起こす。これが、深さにおける感受性損失および相関問題を引き起こす。この状況では、ＳＣＤは、高感受性および低相関を有する計測次元の減少したセットしか十分に抽出するができない。

別の例では、不透明なｈｉｇｈ−ｋ材料が、現代の半導体構造物においてますます用いられる。光放射は、多くの場合、これらの材料で構築される層を浸透することができない。その結果、楕円偏光計または反射率計などの薄膜スキャトロメトリツールを用いた測定は、ますます困難になっている。

これらの課題に応じて、より複雑な光計測ツールが開発されている。例えば、複数の照明角、より短い照明波長、より広い範囲の照明波長、および反射信号からのより完全な情報取得（例えば、より従来的な反射率または偏光解析信号に加えて複数のミュラー行列要素を測定する）を有するツールが開発されている。しかしながら、これらの手法は、多くの高度な目標物（例えば、複雑な３Ｄ構造物、１０ｎｍよりも小さい構造物、不透明材料を用いた構造物）の測定、および測定用途（例えば、ラインエッジラフネスおよびラインウィズスラフネス測定）に関連した根本的な課題を確実に克服しているわけではない。

原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）および走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）は、原子分解能を達成することができるが、それらは、試料の表面を探査することしかできない。加えて、ＡＦＭおよびＳＴＭ顕微鏡は、長い走査時間を要する。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、中間の分解能レベルを達成するが、十分な深さまで構造物に浸透することができない。したがって、高アスペクト比の孔は、十分に特徴付けられない。加えて、試料の必要な投入が、撮像性能に悪影響を及ぼす。Ｘ線反射率計は、それらの有効性を高アスペクト比の構造物を測定する際に制限する浸透問題にも見舞われる。

浸透深さ問題を克服するために、ＴＥＭ、ＳＥＭなどの従来の撮像技術は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工、イオンミリング、ブランケットまたは選択エッチングなどの破壊的なサンプル浸透技術と共に用いられる。例えば、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）は、高分解能レベルを達成し、任意の深さを探査することができるが、ＴＥＭは、試料の破壊的切片を必要とする。材料除去および測定の数回の反復が、一般的に、３次元構造物全体にわたって重要な計測パラメータを測定するために必要とされる情報を提供する。しかし、これらの技術は、サンプル破壊および長いプロセス時間を要する。複雑性、およびこれらの種類の測定を完了するための時間が、エッチングのドリフトおよび計測ステップに起因して大きな誤差をもたらす。加えて、これらの技術は、登録誤差をもたらす多数の反復を必要とする。

透過型の小角Ｘ線スキャトロメトリ（Ｔ−ＳＡＸＳ）システムは、困難な測定応用を解決するために有望視されている。現在のＴ−ＳＡＸＳツールは、測定下の試料に入射する照明ビームを形成するためにビーム成形スリットを用いる。ビーム発散整形スリットは、ビームの発散角を画定するために、集束光学素子の前または後ろのビーム経路内に位置する。ビーム整形スリットは、ウェハに入射するビームスポットのサイズを画定するために、ビーム発散整形スリットの後ろのビーム経路内に位置する。さらには、Ｔ−ＳＡＸＳ測定は、入射角の広い範囲にわたって実施される。入射角の広い範囲にわたる測定下の計測目標物上への入射ビームの場所の登録が、信頼性の高い測定を確実にするために必要とされる。

米国特許出願公開第２０１６／０２０２１９３号

デバイス性能をさらに向上させるために、半導体産業は、横方向のスケーリングよりも垂直的統合に焦点を合わせ続けている。したがって、複雑な完全に３次元の構造物の正確な測定は、実行可能性および継続したスケーリング向上を確実にするためには不可欠である。将来の計測応用は、ますます小さい分解能要件、多パラメータ相関、高アスペクト比の構造物を含むますます複雑な幾何構造物、および不透明材料の使用増加に起因する計測の課題を提示する。したがって、改善されたＴ−ＳＡＸＳ測定のための方法およびシステムが望まれる。

透過型の小角Ｘ線スキャトロメトリ（Ｔ−ＳＡＸＳ）計測システムにおいて試料上へのＸ線ビーム入射の場所を較正するための方法およびシステムが本明細書に説明される。半導体製造環境における実用的なＴ−ＳＡＸＳ測定は、小ビームスポットサイズ（例えば、有効な照明スポットにわたって５０ミクロメートル未満）での試料（例えば、半導体ウェハ）の表面に対する入射角および方位角の広い範囲にわたる測定を必要とする。入射角および方位角の全範囲にわたって照明ビームを半導体ウェハ上の所望の目標領域上に正確に位置付ける較正が本明細書に説明される。

１つの態様において、ウェハの表面の平面内の２次元での照明ビームの入射の正確な場所は、２つ以上の閉塞素子との照明ビームの相互作用に基づいて決定される。照明ビームの中心は、透過放射束の測定値、ならびに閉塞素子の材料およびジオメトリとのビームの相互作用のモデルに基づいて決定される。

さらなる態様において、照明ビームの入射の位置は、アライメントカメラによって測定される画像に基づいてウェハ上の任意の場所で決定される。アライメントカメラは、閉塞素子の特徴部（例えば、エッジまたは基準）に対する照明ビームの相対位置を登録し、その登録をウェハの表面上の１つ以上の場所に転送する。加えて、閉塞素子のＺ位置に対するＺ方向におけるウェハの位置は、ウェハの表面上のリソグラフィ特徴部に正確に焦点が合うまでアライメントカメラの焦点位置を変更することによって測定される。焦点位置の変更は、閉塞素子とウェハ上の撮像場所との間のＺ位置における差を示す。

いくつかの実施形態において、閉塞素子は、ナイフエッジ構造物である。ナイフエッジ構造物は、典型的には、較正されるべき位置の方向と直角に配向される真っ直ぐのエッジを有する、タングステンカーバイドなどの薄く尖った密なｈｉｇｈ−ｚ材料である。加えて、ナイフエッジの表面は、ウェハの表面と一致する。これにより、アライメントカメラがウェハと同じ平面に焦点を合わせることが可能になり、ウェハにおける測定されるビーム場所とアライメントカメラによって測定されるようなナイフエッジにおける参照ビーム場所との良好な合致を確実にする。

いくつかの実施形態において、閉塞素子は、既知の直径の精密な円筒である。これらの実施形態において、ビームの閉塞は、円筒の半径によってＺ方向にオフセットされる。これらの実施形態において、円筒の中心軸と一致し、基準参照マークでマークされる追加の表面は、カメラフレームに円筒閉塞素子の軸および半径を参照させるのに有利である。これらの実施形態において、円筒閉塞素子の中心軸は、ウェハの表面と一致し、較正されるべき位置の方向と直角に配向される。

別の態様において、入射角の範囲にわたってウェハを配向することと関連付けられた回転軸の位置は、ウェハの表面と同一平面上にあり、入射角の範囲にわたる照明スポットの過剰なドリフトを避けるために測定場所において照明ビームに交わるように整列される。

いくつかの実施形態において、回転軸の位置の較正は、照明ビームの中心を閉塞素子と整列させ、複数の異なる入射角で透過放射束を測定することによって達成される。閉塞素子の視運動は、選択された閉塞モデルに基づいて、測定された放射束から決定される。幾何モデルは、閉塞素子の視運動を、所望の整列を達成するためのステージ構成における調整にマップする。

いくつかの他の実施形態において、回転軸の位置の較正は、ウェハステージのウェハ平面と整列された焦点面を有する高解像度Ｘ線カメラを位置付けることによって達成される。ウェハ平面における照明スポットの位置は、ステージが入射角の広い範囲にわたって回転される間に高解像度Ｘ線カメラによって測定される。入射角の関数としてのウェハ平面における照明スポットの位置のマッピングは、この測定に基づいて生成される。

いくつかの他の実施形態において、ステージ参照フレームの回転軸の位置の較正は、高い回折効率を有するウェハ上に小さい目標物を位置付けることによって達成される。回折次数の強度は、ステージが入射角の広い範囲にわたって回転される間に測定される。回折次数の強度は、入射角の関数としての照明スポットと目標物との間のずれを示す。入射角の関数としてのずれのマッピングは、この測定に基づいて生成される。

別の態様において、ウェハ表面に対する照明ビームの通常入射角と、試料位置決めシステムによって測定されるようなゼロ入射角との間のＡＯＩオフセット値の正確な測定が決定される。

いくつかの実施形態において、ＡＯＩオフセット値は、ＡＯＩの範囲にわたる吸収測定に基づいて決定される。いくつかの実施形態において、ＡＯＩオフセット値は、１８０度分離された２つの方位角において較正格子から散乱された回折次数の測定に基づいて決定される。

別の態様において、照明ビームに対するウェハ表面のゼロ方位角と試料位置決めシステムによって測定されるようなゼロ方位角との間の方位オフセット値の正確な測定が決定される。加えて、ウェハ表面の中心と回転ステージの回転の中心との間のオフセット値の正確な測定が決定される。

別の態様において、ウェハ座標とステージ座標との間の方位角オフセットの正確な較正は、１つ以上の方位角における既知の応答特性を有する較正格子の測定と関連付けられた回折次数の位置に基づく。

別の態様において、検出器は、ステージに対して較正され、方位角は、円すい回折のための周知の公式と共に複数の較正された入射角を同時に使用してステージに対して較正される。

いくつかの実施形態において、ビーム整形スリット機構は、各入射角、方位角、または両方について、入射ビームのプロファイルを最適化するために試料の配向と連携してビーム軸の周りを回転する。この様式では、ビーム形状は、計測目標物の形状に合致される。残念ながら、回転アクチュエータにおける不備は、ビーム整形スリット機構が照明ビームの軸の周りですりこぎ運動をする原因となる。これは、照明ビームの入射の場所が、異なる方位角および対応するビームスリット角ではドリフトする原因となる。

さらなる態様において、Ｘ−Ｙステージオフセットの較正マップは、方位角の範囲および対応するビームスリット角について照明ビームの入射の場所の測定に基づいて決定される。

いくつかの実施形態において、測定は、ウェハ表面の場所に焦点面を有するＸ線カメラによって実施される。いくつかの他の実施形態において、Ｘ−Ｙステージオフセットの較正マップは、方位角の範囲および対応するビームスリット角について検出器による小さい目標物の測定に基づいて決定される。

別の態様において、Ｚ方向におけるウェハの表面の形状は、アライメントカメラ、光学近接センサ、容量性近接センサ、または任意の他の好適な近接センサのいずれかを使用してマッピングされる。

さらなる態様において、Ｚアクチュエータは、照明ビーム１１６の入射の場所におけるウェハの表面の形状に応じて、ウェハＺ位置、Ｒｘ配向、Ｒｙ配向、またはそれらの任意の組み合わせを調整するように制御される。

別のさらなる態様において、Ｚアクチュエータは、特定の目標物が方位角の範囲にわたってアライメントカメラの焦点内に留まるように、方位における回転軸をステージ参照フレームと整列させるために、ウェハＺ位置、Ｒｘ配向、Ｒｙ配向、またはそれらの任意の組み合わせを調整するように制御される。

前述は、要約であり、したがって、必然的に、詳細の簡略化、一般化、および省略を含み、結果として、当業者は、本要約が例証にすぎず、いかようにも制限していないということを理解するものとする。本明細書に説明されるデバイスおよび／またはプロセスの他の態様、発明的特徴、および利点は、本明細書に明記される非限定的な詳細説明において明らかになるものとする。

本明細書に説明される方法に従う、様々なシステムパラメータの較正を実施するように構成される計測システム１００の例証図である。 １つの構成にあるビーム整形スリット機構１２０の端面図である。 別の構成にあるビーム整形スリット機構１２０の端面図である。 角度φおよびθによって説明される特定の配向でウェハ１０１に入射するＸ線照明ビーム１１６を描写する図である。 照明ビーム１１６がウェハ１０１に入射する位置まで移動されるウェハステージを有する試料位置決めシステム１４０の例証図である。 回転軸１５３がウェハ１０１と一緒に照明ビーム１１６の入射点における照明ビーム１１６と交わる、図５に描写されるようなウェハ１０１に入射する照明ビーム１１６の上面図である。 回転軸１５３がウェハの表面１０１とＺ方向にずらされる、図５に描写されるようなウェハ１０１に入射する照明ビーム１１６の上面図である。 回転軸１５３が照明ビーム１１６からＸ方向にオフセットされる、図５に描写されるようなウェハ１０１に入射する照明ビーム１１６の上面図である。 照明ビーム１１６が円筒ピン素子１５１によって閉塞される位置まで移動されるウェハステージを有する試料位置決めシステム１４０の例証図である。 照明ビーム１１６に対する閉塞素子の相対位置の関数としての測定された放射束を例証するプロット１７０を描写する図である。 ゼロの方位角でＴ−ＳＡＸＳシステム１００によって測定された格子構造物１７１を描写する図である。 １８０度の方位角でＴ−ＳＡＸＳシステム１００によって測定された同じ格子構造物１７１を描写する図である。 ゼロ方位角で実施された測定１７２および１８０度の方位角で実施された別の測定１７３について、検出器１１９によって検出される１つの回折次数の測定された強度を示すプロットを描写する図である。 試料１０１から分離する、真空環境内に含まれる計測システム１００の素子の例証図である。 本明細書に説明される方法に従う、Ｔ−ＳＡＸＳデータに基づいて試料パラメータ値を分解するように構成されるモデル構築および分析エンジン１８０の例証図である。 本明細書に説明されるような、複数の入射角および方位角でのＴ−ＳＡＸＳ測定に基づいて入射角オフセット値を較正する例示的な方法２００を例証するフローチャートを描写する図である。

これより本発明の背景技術例およびいくつかの実施形態について詳細に言及し、これらの例は、添付の図面に例証される。

透過型の小角Ｘ線スキャトロメトリ（Ｔ−ＳＡＸＳ）計測システムにおいて試料上へのＸ線ビーム入射の場所を較正するための方法およびシステムが本明細書に説明される。半導体製造環境における実用的なＴ−ＳＡＸＳ測定は、小ビームスポットサイズ（例えば、有効な照明スポットにわたって５０ミクロメートル未満）での試料（例えば、半導体ウェハ）の表面に対する入射角および方位角の広い範囲にわたる測定を必要とする。入射角および方位角の全範囲にわたって照明ビームを半導体ウェハ上の所望の目標領域上に正確に位置付ける較正が本明細書に提示される。

図１は、本明細書に提示される例示的な方法に従う、試料の特性を測定するためのＴ−ＳＡＸＳ計測ツール１００の実施形態を例証する。図１に示されるように、システム１００は、照明ビームスポットによって照明される試料１０１の検査領域１０２にわたってＴ−ＳＡＸＳ測定を実施するために使用され得る。

描写される実施形態において、計測ツール１００は、Ｔ−ＳＡＸＳ測定に好適なＸ線放射を生成するように構成されるＸ線照明源１１０を含む。いくつかの実施形態において、Ｘ線照明源１１０は、０．０１ナノメートル〜１ナノメートルの波長を生成するように構成される。一般に、高スループットのインライン計測を可能にするのに十分な放射束レベルで高輝度Ｘ線を生成することができる任意の好適な高輝度Ｘ線照明源が、Ｔ−ＳＡＸＳ測定のためのＸ線照明を供給することが企図され得る。いくつかの実施形態において、Ｘ線源は、Ｘ線源が異なる選択可能な波長でＸ線放射を送達することを可能にする可変型モノクロメータを含む。

いくつかの実施形態において、１５ｋｅＶより大きい光子エネルギーを有する放射線を放出する１つ以上のＸ線源が、デバイス全体ならびにウェハ基板への十分な透過を可能にする波長でＸ線源が光を供給することを確実にするために用いられる。非限定的な例として、粒子加速器源、液体陽極源、回転陽極源、固定、固体陽極源、マイクロフォーカス源、マイクロフォーカス回転陽極源、プラズマベース源、および逆コンプトン源のいずれかが、Ｘ線照明源１１０として用いられ得る。１つの例において、Ｌｙｎｃｅａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ（ＵＳＡ）から入手可能な逆コンプトン源が企図され得る。逆コンプトン源は、光子エネルギーの範囲にわたってＸ線を生成することができ、それによりＸ線源が異なる選択可能な波長でＸ線放射を送達することを可能にするというさらなる利点を有する。

例示的なＸ線源としては、Ｘ線放射をシミュレートするために固体または液体目標物に照射するように構成される電子ビーム源が挙げられる。高輝度の液体金属Ｘ線照明を生成するための方法およびシステムは、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐ．に対する２０１１年４月１９日に発行の米国特許第７，９２９，６６７号に記載され、その全体を本願に引用して援用する。

Ｘ線照明源１１０は、有限の横方向寸法（すなわち、ビーム軸に直交する非ゼロ寸法）を有する源領域にわたってＸ線放出を生成する。集束光学素子１１１は、試料１０１上に位置する計測目標物上に源放射の焦点を合わせる。有限の横方向源寸法は、源のエッジから入る線１１７によって画定される目標物上の有限のスポットサイズ１０２を結果としてもたらす。いくつかの実施形態において、集束光学素子１１１は、楕円形状の集束光学素子を含む。

ビーム発散制御スリット１１２は、集束光学素子１１１とビーム整形スリット機構１２０との間のビーム経路内に位置する。ビーム発散制御スリット１１２は、測定下の試料に提供される照明の発散を制限する。追加の中間スリット１１３は、ビーム発散制御スリット１１２とビーム整形スリット機構１２０との間のビーム経路内に位置する。中間スリット１１３は、追加のビーム整形を提供する。しかしながら、一般に、中間スリット１１３は任意選択的である。

ビーム整形スリット機構１２０は、試料１０１の直前のビーム経路内に位置する。１つの態様において、ビーム整形スリット機構１２０のスリットは、有限の源サイズによって画定されるビーム発散に起因する入射ビームスポットサイズの拡大を最小限にするために、試料１０１にごく接近して位置する。１つの例において、有限の源サイズによって作成される影に起因するビームスポットサイズの拡張は、１０ミクロメートルのＸ線源サイズおよびビーム整形スリットと試料１０１との間の２５ミリメートルの距離では、およそ１ミクロメートルである。

いくつかの実施形態において、ビーム整形スリット機構１２０は、複数の、独立して作動されるビーム整形スリット（すなわち、刃）を含む。１つの実施形態において、ビーム整形スリット機構１２０は、４つの、独立して作動されるビーム整形スリットを含む。これら４つのビーム整形スリットは、入ってくるビーム１１５の部分を効果的にブロックし、箱型の照明断面を有する照明ビーム１１６を生成する。

図２および図３は、２つの異なる構成にある、図１に描写されるビーム整形スリット機構１２０の端面図を描写する。図２および図３に例証されるように、ビーム軸は、図面ページに垂直である。図２に描写されるように、入ってくるビーム１１５は、大きい断面を有する。いくつかの実施形態において、入ってくるビーム１１５は、およそ１ミリメートルの直径を有する。さらには、ビーム整形スリット１２６〜１２９内の入ってくるビーム１１５の場所は、ビーム指向誤差に起因しておよそ３ミリメートルの不確かさを有し得る。入ってくるビームのサイズおよびビーム場所の不確かさに適応するため、各スリットは、およそ６ミリメートルの長さＬを有する。図２に描写されるように、各スリットは、ビーム軸に垂直な方向に移動可能である。図２の例証において、スリット１２６〜１２９は、ビーム軸から最大距離に位置する（すなわち、スリットは完全に開いており、スリットがビーム整形スリット機構１２０を通過する光を制限していない）。

図３は、測定下の試料へ送達され出ていくビーム１１６が低減されたサイズおよび輪郭のはっきりとした形状を有するように、入ってくるビーム１１５の部分をブロックする位置にあるビーム整形スリット機構１２０のスリット１２６〜１２９を描写する。図３に描写されるように、スリット１２６〜１２９の各々は、所望の出力ビーム形状を達成するためにビーム軸へ向かって内側に移動している。

スリット１２６〜１２９は、散乱を最小限にし、入射放射線を効果的にブロックする材料から構築される。例示的な材料としては、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、リン化インジウムなどの単結晶材料が挙げられる。典型的には、スリット材料は、構造境界をまたぐ散乱を最小限にするために、切り出されるというよりも、結晶学的方位に沿って劈開される。加えて、スリットは、入ってくる放射線とスリット材料の内側構造との間の相互作用が最小量の散乱をもたらすように、入ってくるビームに対して配向される。結晶は、スリットの片側においてＸ線ビームを完全にブロックするために高密度材料（例えば、タングステン）製の各スリットホルダに装着される。いくつかの実施形態において、各スリットは、およそ０．５ミリメートルの幅およびおよそ１〜２ミリメートルの高さを有する矩形断面を有する。図２に描写されるように、スリットの長さＬは、およそ６ミリメートルである。

一般に、Ｘ線光学素子は、Ｘ線放射を形作り、それを試料１０１へと向ける。いくつかの例において、Ｘ線光学素子は、試料１０１に入射するＸ線ビームを単色化するためにＸ線モノクロメータを含む。いくつかの例において、Ｘ線光学素子は、多層Ｘ線光学素子を使用して１ミリラド未満の発散まで、Ｘ線ビームを試料１０１の測定領域１０２上へ、コリメートするか、または焦点を合わせる。これらの例において、多層Ｘ線光学素子は、ビームモノクロメータとしても機能する。いくつかの実施形態において、Ｘ線光学素子は、１つ以上のＸ線コリメートミラー、Ｘ線絞り、Ｘ線ビームストップ、屈折Ｘ線光学素子、ゾーンプレートなどの回折光学素子、モンテル光学素子、斜入射楕円面鏡などの鏡面Ｘ線光学素子、中空キャピラリＸ線導波管などのポリキャピラリ光学素子、多層光学素子もしくはシステム、またはそれらの任意の組み合わせを含む。さらなる詳細は、米国特許公開第２０１５／０１１０２４９号に記載され、その内容は、その全体を本願に引用して援用する。

Ｘ線検出器１１９は、試料１０１から散乱されるＸ線放射１１４を集めて、Ｔ−ＳＡＸＳ測定法性に従って、入射Ｘ線放射に敏感な試料１０１の性質を示す出力信号１３５を生成する。いくつかの実施形態において、散乱Ｘ線１１４は、試料位置決めシステム１４０が、角度分解散乱Ｘ線を生成するために試料１０１を位置付けおよび配向する間に、Ｘ線検出器１１９によって集められる。

いくつかの実施形態において、Ｔ−ＳＡＸＳシステムは、高ダイナミックレンジ（例えば、１０^５超）を有する１つ以上の光子計数検出器を含む。いくつかの実施形態において、単一の光子計数検出器が、検出される光子の位置および数を検出する。

いくつかの実施形態において、Ｘ線検出器は、１つ以上のＸ線光子エネルギーを分解し、試料の性質を示す各Ｘ線エネルギー成分について信号を生成する。いくつかの実施形態において、Ｘ線検出器１１９は、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、ガス充填比例計数管、シンチレータ、または蛍光材料のいずれかを含む。

この様式では、検出器内のＸ線光子相互作用は、画素位置およびカウント数に加えてエネルギーによって判別される。いくつかの実施形態において、Ｘ線光子相互作用は、Ｘ線光子相互作用のエネルギーを所定の上位しきい値および所定の下位しきい値と比較することによって判別される。１つの実施形態において、この情報は、さらなる処理および記憶のために出力信号１３５を介してコンピューティングシステム１３０に通信される。

さらなる態様において、Ｔ−ＳＡＸＳシステムは、散乱光の１つ以上の回折次数に基づいて試料の性質（例えば、構造パラメータ値）を決定するために用いられる。図１に描写されるように、計測ツール１００は、検出器１１９によって生成される信号１３５を取得し、取得した信号に少なくとも部分的に基づいて試料の性質を決定するために用いられるコンピューティングシステム１３０を含む。

いくつかの例において、Ｔ−ＳＡＸＳに基づいた計測は、測定されたデータを用いた所定の測定モデルの逆解法によってサンプルの寸法を決定することを伴う。測定モデルは、数個（１０ほど）の調整可能なパラメータを含み、試料のジオメトリおよび光学的性質、ならびに測定システムの光学的性質を表す。逆解法の方法は、モデルベースの回帰、断層写真術、機械学習、またはそれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない。この様式では、目標物プロファイルパラメータは、測定された散乱Ｘ線強度とモデル化された結果との間の誤差を最小限にするパラメータ化測定モデルの値を求めることによって予測される。

測定されるパラメータ値の正確性および精度を高めるために、入射角および方位角の広い範囲で測定を実施することが望ましい。この手法は、面外配向の様々な大角度を含むために、分析に利用可能なデータセットの数および多様性を拡張することによって、パラメータ間の相関を低減する。例えば、通常配向では、Ｔ−ＳＡＸＳは、特徴部の限界寸法を分解することができるが、特徴部の側壁角および高さには極めて鈍感である。しかしながら、面外角度配向の幅広い範囲にわたって測定データを集めることによって、特徴部の側壁角および高さは分解され得る。他の例において、入射角および方位角の広い範囲において実施される測定は、高アスペクト比構造物をそれらの深さ全体にわたって特徴付けるのに十分な分解能および浸透の深さを提供する。

ウェハ面法線に対するＸ線入射角の関数としての回折放射線の強度の測定が集められる。複数の回折次数に含まれる情報は、典型的には、検討下の各モデルパラメータ間で固有である。したがって、Ｘ線散乱は、目的のパラメータの値についての予測結果を、小さい誤差および低減されたパラメータ相関で産出する。

半導体ウェハ１０１の面法線に対する照射Ｘ線ビーム１１６の各配向は、Ｘ線照明ビーム１１５に対するウェハ１０１の任意の２つの角度回転、またはその逆によって説明される。１つの例において、配向は、ウェハに固定される座標システムに関して説明され得る。図４は、入射角θおよび方位角φによって説明される特定の配向でウェハ１０１に入射するＸ線照明ビーム１１６を描写する。座標フレームＸＹＺは、計測システム（例えば、照明ビーム１１６）に固定され、座標フレームＸ’Ｙ’Ｚ’は、ウェハ１０１に固定される。Ｙ軸は、ウェハの表面１０１と同一面内に整列される。ＸおよびＺは、ウェハの表面１０１と整列されない。Ｚ’は、ウェハの表面１０１に垂直の軸と整列され、Ｘ’およびＹ’は、ウェハの表面１０１と同一面内に整列される。図４に描写されるように、Ｘ線照明ビーム１１６は、Ｚ軸と整列され、したがって、ＸＺ平面内にある。入射角θは、ＸＺ平面におけるウェハの面法線に対するＸ線照明ビーム１１６の配向を説明する。さらに、方位角φは、Ｘ’Ｚ’平面に対するＸＺ平面の配向を説明する。θおよびφは一緒に、ウェハの表面１０１に対するＸ線照明ビーム１１６の配向を一意的に画定する。この例では、ウェハの表面１０１に対するＸ線照明ビームの配向は、ウェハの表面１０１に垂直の軸（すなわち、Ｚ’軸）の周りの回転、およびウェハの表面１０１と整列された軸（すなわち、Ｙ軸）の周りの回転によって説明される。いくつかの他の例において、ウェハの表面１０１に対するＸ線照明ビームの配向は、ウェハの表面１０１と整列された第１の軸、およびウェハの表面１０１と整列され、かつ第１の軸に垂直である別の軸の周りの回転によって説明される。

図１に例証されるように、計測ツール１００は、試料１０１を整列させること、ならびに試料１０１を入射角および方位角の広い範囲にわたって照明ビーム１１６に対して配向することの両方を行うように構成される試料位置決めシステム１４０を含む。いくつかの実施形態において、試料位置決めシステム１４０は、試料１０１の表面と同一平面内に整列される回転角度の広い範囲（例えば、少なくとも６０度）にわたって試料１０１を回転させるように構成される。この様式では、試料１０１の角度分解測定は、試料１０１の表面上の任意の数の場所および配向にわたって計測システム１００によって集められる。１つの例において、コンピューティングシステム１３０は、試料１０１の所望の位置を示すコマンド信号（図示せず）を試料位置決めシステム１４０に通信する。これに応えて、試料位置決めシステム１４０は、試料１０１の所望の位置決めを達成するために、試料位置決めシステム１４０の様々なアクチュエータへのコマンド信号を生成する。

図５は、１つの実施形態における試料位置決めシステム１４０を描写する。図５に描写されるように、試料位置決めシステム１４０は、ベースフレーム１４１、横方向整列ステージ１４２、ステージ参照フレーム１４３、およびウェハステージ１４４を含む。参照の目的のため、｛Ｘ_ＢＦ，Ｙ_ＢＦ，Ｚ_ＢＦ｝座標フレームは、ベースフレーム１４１に装着され、｛Ｘ_ＮＦ，Ｙ_ＮＦ，Ｚ_ＮＦ｝座標フレームは、横方向整列ステージ１４２に装着され、｛Ｘ_ＲＦ，Ｙ_ＲＦ，Ｚ_ＲＦ｝座標フレームは、ステージ参照フレーム１４３に装着され、｛Ｘ_ＳＦ，Ｙ_ＳＦ，Ｚ_ＳＦ｝座標フレームは、ウェハステージ１４４に装着される。ウェハ１０１は、アクチュエータ１５０Ａ〜Ｃを含むチップ−チルトＺステージ１５６によってウェハステージ１４４上に支持される。チップ−チルトＺステージ１５６に取り付けられた回転ステージ１５８は、ウェハ１０１を、方位角φの範囲にわたって、照明ビーム１１６に対して配向する。描写される実施形態において、３つの線形アクチュエータ１５０Ａ〜Ｃは、ウェハステージ１４４に取り付けられて、回転ステージ１５８を支持し、さらにはこの回転ステージ１５８がウェハ１０１を支持する。

アクチュエータ１４５は、横方向整列ステージ１４２を、Ｘ_ＢＦ軸に沿ってベースフレーム１４１に対して並進させる。回転アクチュエータ１４６は、ステージ参照フレーム１４３を、Ｙ_ＮＦ軸と整列された回転軸１５３の周りで横方向整列ステージ１４２に対して回転させる。回転アクチュエータ１４６は、ウェハ１０１を、入射角θの範囲にわたって、照明ビーム１１６に対して配向する。ウェハステージアクチュエータ１４７および１４８は、ウェハステージ１４４を、それぞれＸ_ＲＦおよびＹ_ＲＦ軸に沿ってステージ参照フレーム１４３に対して並進させる。アクチュエータ１５０Ａ〜Ｃは、回転ステージ１５８およびウェハ１０１を、Ｚ_ＳＦ方向にウェハステージ１４４に対して並進させ、回転ステージ１５８およびウェハ１０１を、Ｘ_ＳＦ−Ｙ_ＳＦ平面と同一平面上の軸の周りでウェハステージ１４４に対してチップおよびチルトするために連携して動作する。回転ステージ１５８は、ウェハの表面１０１に垂直の軸の周りでウェハ１０１を回転させる。

要するに、ウェハステージ１４４は、照明ビーム１１６がウェハの表面１０１上の任意の場所（すなわち、Ｘ_ＲＦおよびＹ_ＲＦ方向に少なくとも３００ミリメートルの範囲）で入射され得るように、照明ビーム１１６に対してウェハ１０１を移動させることができる。回転アクチュエータ１４６は、照明ビーム１１６が入射角の広い範囲のいずれかで（例えば、２度超）ウェハの表面１０１に入射され得るように、照明ビーム１１６に対してステージ参照フレーム１４３を回転させることができる。１つの実施形態において、回転アクチュエータ１４６は、少なくとも６０度の範囲にわたってステージ参照フレーム１４３を回転させるように構成される。ウェハステージ１４４に取り付けられた回転ステージ１５８は、照明ビーム１１６が方位角の広い範囲のいずれか（例えば、少なくとも９０度の回転範囲）でウェハの表面１０１に入射され得るように、照明ビーム１１６に対してウェハ１０１を回転させることができる。

いくつかの他の実施形態において、横方向整列ステージ１４２は、取り除かれ、ステージ参照フレーム１４３は、回転アクチュエータ１４６によって、ベースフレーム１４１に対して回転される。これらの実施形態において、Ｘ線照明システムは、Ｘ線照明ビーム１１６がベースフレーム１４１に対して、例えばＸ_ＢＦ方向に移動することを引き起こすＸ線照明システムの１つ以上の光学素子を移動させる１つ以上のアクチュエータを含む。これらの実施形態において、本明細書に説明されるような較正の目的のためのステージ参照フレーム１４３の移動は、例えば、Ｘ線照明ビームを回転軸１５３に対して所望の位置まで移動させるＸ線照明システムの１つ以上の光学素子の移動に置き換えられる。

図５に描写される実施形態などのいくつかの実施形態において、試料位置決めシステムは、少なくとも１つのビーム閉塞素子、および照明ビームの入射の場所を較正し、ステージ参照フレームの回転軸を照明ビームの入射点における照明ビームに対してウェハと一緒に整列させるために用いられるアライメントカメラを含む。閉塞素子は、測定下のウェハの表面と同一平面上のウェハステージに取り付けられる。アライメントカメラは、ステージ参照フレームに取り付けられ、したがって、ステージ参照フレームと一緒に回転する。

図５に描写される実施形態において、閉塞素子は、ウェハステージ１４４に取り付けられた円筒ピン形状の素子１５１および１５２であって、これらは、円筒ピン形状の素子１５１および１５２の中心軸がウェハ１０１の表面とおよそ同一平面上にあるように取り付けられる。図５に描写されるように、円筒ピン素子１５１は、Ｙ_ＮＦ軸と平行に大体整列された中心軸を含み、円筒ピン素子１５２は、Ｘ_ＲＦ軸と平行に大体整列された中心軸を含む。ビームスリットと同様に、円筒ピンは、任意の衝突Ｘ線の大部分の吸収によってビームを閉塞する。

試料位置決めシステム１４０はまた、ステージ参照フレーム１４３に取り付けられたアライメントカメラ１５４を含む。アライメントカメラ１５４は、ウェハ１０１など、その視野内の対象物の高解像度画像を生成するように構成される。アライメントカメラ１５４はまた、カメラの焦点を測定された距離だけ正確に移動させることによって鮮明な画像焦点を維持するオートフォーカス機構を含む。この様式では、アライメントカメラ１５４は、カメラの焦点のｚ変位を監視することによって、カメラ本体が取り付けられるステージ参照フレームと、カメラによって撮像されるウェハ１０１または円筒ピン素子１５１および１５２との間の相対距離を測定するために使用され得る。

１つの態様において、ウェハの表面の平面内の２次元での照明ビームの入射の正確な場所は、２つ以上の閉塞素子との照明ビームの相互作用に基づいて決定される。

図７は、照明ビーム１１６が円筒ピン素子１５１によって閉塞される位置まで移動されるウェハステージを有する試料位置決めシステム１４０の例証図である。円筒ピン１５１に対する照明ビームの入射の正確な場所は、照明ビーム１１６（すなわち、ベースフレーム１４１）に対する円筒ピン１５１のＸ位置の関数として検出器１１９によって測定される透過放射束に基づいて決定される。図７に描写されるように、円筒ピン１５１が、正のＸ方向（Ｘ_ＢＦの方向）に移動されるにつれて、円筒ピン１５１によって閉塞される照明ビーム１１６が次第に多くなる。その結果、より少ない光子が検出器１１９に達する。しかしながら、円筒ピン１５１が負のＸ方向（Ｘ_ＢＦの逆）に移動されるにつれて、円筒ピン１５１によって閉塞される照明ビーム１１６は次第に少なくなる。検出器１１９は、Ｘ位置の関数としての測定された放射束を示す信号１５５を生成し、その結果は、照明ビーム１１６の中心と一致する円筒ピンの位置を特定するために分析される。

図８は、照明ビーム１１６に対する、円筒ピン、または代替的にナイフエッジの相対位置の関数としての測定された放射束を例証するプロット１７０を描写する。測定された放射束１５５と相対位置との描写される関係性は、シグモイド関数である。

いくつかの例において、ビーム中心は、測定された放射束が最小放射束値Ｆ_ＭＩＮと最大放射束値Ｆ_ＭＡＸとの中間である、照明ビームに対する円筒ピンの相対位置であると決定される。しかしながら、いくつかの他の例において、ビーム中心は、測定された放射束の幅の真ん中とは異なる別の放射束値で決定されてもよい。いくつかの例において、より正確な関係性は、円筒ピンまたはナイフエッジの材料およびジオメトリとのビームの相互作用のモデル化によって決定される。これらの例において、モデル化された相互作用は、測定された透過放射束と比較され、フィッティングアルゴリズムが、測定された結果のモデルへのフィットに基づいてビーム中心と整列する、照明ビームに対する円筒ピンまたはナイフエッジの相対位置を決定するために使用される。

１つの例において、照明ビーム１１６の中心に対する円筒ピン１５１の現在の位置と、ビーム中心と一致する円筒ピン１５１の位置との間の距離ΔＸの予測は、等式（１）によって説明されるように円筒ピン位置の関数として、測定された放射束Ｆ_ＭＥＡＳ、放射束の中間点Ｆ_ＭＩＤ、および測定された放射束の微分係数の逆数に基づき、

Ｆ_ＭＩＤは、等式（２）によって説明される。

測定された放射束の最大および最小値は、透過放射束を測定している間にウェハステージを走査することによって測定され得る。さらには、中間点における傾斜もまた予測され得る。これらの量に基づいて、円筒ピンの中心位置の変化の予測は、単に放射束を１つの位置において測定することによって等式（１）に従って決定される。必要な場合、中心位置の変化は、中心位置に収束させるために反復的に決定され得る。

ビームは２つの方向（例えば、ＸおよびＹ方向）に重心成分を有するため、この重心成分の方向に垂直に各々配向された２つの円筒ピンが測定される。図７に描写される実施形態において、円筒ピン１５１は、ビーム中心をＸ方向にステージ参照フレームに対して位置付けるために用いられ、円筒ピン１５２は、ビーム中心をＹ方向にステージ参照フレームに対して位置付けるために用いられる。一般に、３つ以上の円筒ピンが、冗長性を生成し、ビーム場所の較正の精度を高めるために利用され得る。

さらなる態様において、照明ビームの入射の位置は、アライメントカメラによって測定される画像に基づいてウェハ上の任意の場所で決定される。図７に描写されるように、照明ビーム１１６の中心は、本明細書内で先に説明されるような垂直および水平に配向された円筒ピン１５１および１５２と整列される。図７に描写される実施形態において、基準マーク１５７は、円筒ピン１５１の中心軸と同一平面上に位置する。同様に、基準マークは、円筒ピン１５２の中心軸と同一平面上に位置する。円筒ピン１５１とのビーム中心整列の場所において、円筒ピン１５１、または円筒ピンにあるもしくはその近くの基準１５７に対する照明ビーム１１６の位置は、アライメントカメラ１５４によって記録される。これは、アライメントカメラの視野内の正確な場所に対する照明ビームの相対位置を登録する（焦点位置の変更はないと仮定する）。図５に描写されるように、ウェハ１０１は、アライメントカメラ１５４の視野内で移動される。ウェハ１０１は、ウェハ上の所望の場所（例えば、基準マーク）がアライメントカメラ１５４の視野内で撮像されるように移動される。所望の場所に対する照明ビーム１１６の位置は、以前の登録に基づいてアライメントカメラ１５４によって決定される。この様式では、ＸおよびＹ方向におけるウェハ１０１上の照明ビーム１１６の位置は、アライメントカメラ１５４によって集められた画像に基づいて素早く予測される。同様に、円筒ピン１５１のＺ位置に対するＺ方向のウェハの位置は、ウェハの表面１０１上のリソグラフィ特徴部に正確に焦点が合うまでアライメントカメラ１５４の焦点位置を変更することによって測定される。焦点位置の変更は、円筒ピンとウェハ上の撮像場所との間のＺ位置における差を示す。アクチュエータ１５０Ａ〜Ｃは、ウェハ１０１をＺ方向に再位置決めして、円筒ピン（例えば、基準１５７）と同一平面内にあるべき撮像場所を再位置決めするために用いられ得る。

さらなる態様において、照明ビームの入射の位置は、ウェハステージ座標に基づいてウェハ上の任意の場所で決定される。照明ビームの中心が垂直および水平円筒ピンと整列され、円筒ピン、または、ナイフエッジにおけるもしくはその近くの基準マークに対する照明ビームの位置が、本明細書内に先に説明されるようにアライメントカメラによって記録されると、照明ビームの入射の場所は、ステージ座標に転送され得る。図５に描写されるように、ウェハ１０１は、アライメントカメラ１５４の視野内で移動される。ウェハ１０１の移動は、ウェハステージ１４４の位置測定システム（例えば、線形符号器など）によって測定される。ウェハ１０１をアライメントカメラ１５４の視野内で撮像されるウェハ上の３つ以上の所望の場所（例えば、基準マーク）へ移動させることによって、所望の場所に対する照明ビームの位置が、ステージ座標内のウェハの位置と一緒に、各所望の場所において決定される。３つ以上の場所における照明ビームおよびステージ座標の既知の場所に基づいて、ステージ座標を照明ビームの入射の場所に関連させるマップが生成される。

照明ビーム１１６の中心に（Ｘ方向に）円筒ピン１５１を位置付けた後、アライメントカメラ１５４は、円筒ピン自体、または円筒ピン上もしくはその近くの基準マークの場所を撮像して、ビーム位置とアライメントカメラ１５４の視野内の画像位置との関係性を確立する。アライメントカメラ１５４は、ステージ参照フレーム１４３に対する固定または繰り返し可能な位置に位置するため、画像は、ステージ参照フレーム１４３に対する照明ビームの場所を登録し、したがって、Ｘ方向におけるビーム場所の参照としての役割を果たす。さらに、アライメントカメラ１５４は、円筒ピン自体、または基準マークの正確な焦点位置を確立して、ステージ参照フレーム１４３に対する円筒ピンの正確なＺ位置を確立する。アライメントカメラ１５４がステージ参照フレームと一緒に回転することから、アライメントカメラ１５４の焦点位置は、ステージ参照フレームに対する円筒ピンのＺ位置の参照としての役割を果たす。

いくつかの実施形態において、閉塞素子は、ナイフエッジ構造物である。ナイフエッジ構造物は、典型的には、較正されるべき位置の方向と直角に配向される真っ直ぐのエッジを有する、タングステンカーバイドなどの薄く尖った密なｈｉｇｈ−ｚ材料である。加えて、ナイフエッジのエッジは、ウェハの表面と一致する。これにより、アライメントカメラ１５４がウェハと同じ平面に焦点を合わせることが可能になり、ウェハにおける測定されるビーム場所とアライメントカメラによって測定されるようなナイフエッジにおける参照ビーム場所との良好な合致を確実にする。

いくつかの実施形態において、閉塞素子は、本明細書内で先に説明されるように既知の直径の精密な円筒である。これらの実施形態において、ビームの閉塞は、円筒の半径によってＺ方向にオフセットされる。これらの実施形態において、円筒の中心軸と一致し、基準参照マーク（例えば、基準１５７）でマークされる追加の表面は、カメラフレームに円筒閉塞素子の軸および半径を参照させるのに有利である。これらの実施形態において、円筒閉塞素子の中心軸は、ウェハの表面と一致し、本明細書内で先に説明されるように較正されるべき位置の方向と直角に配向される。

一般に、閉塞素子は、線状に延びた形状であり得る。いくつかの例において、閉塞素子は、多角形の中心軸に沿って延びた多角形断面を有する。いくつかの例において、閉塞素子は、閉塞素子の中心軸に平行な方向に延びる１つ以上の平面表面を含む。

閉塞された放射束がビーム入射の場所を予測するために利用されることから、照明ビーム内の放射束の変化が位置のシフトと見なされるというリスクが存在する。いくつかの実施形態において、照明ビームの放射束は、ナイフエッジ測定の直前に、その後に、またはそれと同時に測定される。照明放射束の変動は、測定に対するそれらの影響を除去するために測定された放射束１５５の分析において補正される。

測定完全性を確実にするため、ウェハの表面１０１上の照明ビーム１１６の入射の場所は、入射角および方位角の広い範囲にわたる測定の間、静止したままでなければならない。この目的を達成するため、ステージ参照フレーム１４３の回転軸１５３は、測定場所においてウェハの表面１０１とおよそ同一平面上になければならない。さらには、回転軸１５３は、回転軸１５３が、測定場所においてウェハ１０１と一緒に、照明ビーム１１６の入射点における照明ビーム１１６と交わるように、Ｘ_ＢＦ方向に照明ビーム１１６と整列されなければならない。

図６Ａは、図５に描写されるようなウェハ１０１に入射する照明ビーム１１６の上面図を描写する。図６Ａは、回転軸１５３がウェハ１０１上の場所１０３においてウェハ１０１と一緒に、照明ビーム１１６の入射点おける照明ビーム１１６と交わる整列の状態にある回転軸１５３の端面図を描写する。図６Ａに描写されるように、ウェハ１０１が大入射角θにわたって回転軸１５３の周りを回転されるとき、照明ビーム１１６は、場所１０３での入射に留まる。したがって、この状況では、ウェハの表面１０１上の照明ビーム１１６の入射の場所は、入射角の広い範囲にわたる測定の間、静止したままである。

図６Ｂは、図５に描写されるようなウェハ１０１に入射する照明ビーム１１６の上面図を描写する。図６Ｂは、回転軸１５３が距離∂ｚだけウェハの表面１０１とずらされる整列の状態にある回転軸１５３の端面図を描写する。図６Ｂに描写されるように、ウェハ１０１が大入射角θにわたって回転軸１５３の周りを回転されると、場所１０３の部分は、もはや照明されない（すなわち、ウェハ１０１の何らかの他の部分が代わりに照明される）。したがって、この状況では、ウェハ１０１の表面上の照明ビーム１１６の入射の場所は、入射角の広い範囲にわたる測定の間にドリフトし、これは非常に望ましくない。

図６Ｃは、図５に描写されるようなウェハ１０１に入射する照明ビーム１１６の上面図を描写する。図６Ｃは、回転軸１５３がウェハの表面１０１と同一平面上にあるが、距離∂ｘだけ照明ビーム１１６からオフセットされる整列の状態にある回転軸１５３の端面図を描写する。図６Ｃに描写されるように、ウェハ１０１が大入射角θにわたって回転軸１５３の周りを回転されると、場所１０３の部分は、もはや照明されない（すなわち、ウェハ１０１の何らかの他の部分が代わりに照明される）。したがって、この状況では、ウェハ１０１の表面上の照明ビーム１１６の入射の場所は、入射角の広い範囲にわたる測定の間にドリフトし、これは非常に望ましくない。

別の態様において、試料位置決めシステムは、ステージ参照フレームの回転軸を、ウェハの表面、ナイフエッジ、または他の閉塞素子と同一平面上にあるように整列させ、また、回転軸および照明ビームがウェハの表面、ナイフエッジ、または他の閉塞素子上の照明ビームの入射点において交わるように、ステージ参照フレームの回転軸を、ウェハの表面におよそ平行な方向（例えば、Ｘ_ＢＦ方向）に照明ビームに対して整列させるために較正される。

いくつかの実施形態において、ステージ参照フレームの回転軸の較正は、照明ビームの中心をＸ方向閉塞素子（例えば、円筒ピン１５１）と整列させ、ステージ参照フレームの複数の異なる回転位置θにおける放射束を測定することによって達成される。Ｘ方向における円筒ピンの視運動（ΔＸ）は、本明細書内で先に説明されるような選択された閉塞モデル（例えば、図８に描写されるシグモイド関数または別のモデル）に基づいて決定される。加えて、Ｘ方向における円筒ピンの視運動は、１）回転軸からの円筒ピンのｘ方向における距離∂ｘ、およびｚ方向における距離∂ｚ、２）ビーム中心および回転軸１５３からのｘ方向における距離∂ｎ、ならびに３）ステージ参照フレームの回転軸１５３の周りの回転角度θの関数である。この関係性は、等式（３）に説明される。
ΔＸ＝∂ｘｃｏｓθ＋∂ｚｓｉｎθ＋∂ｎ（３）

１つの例において、透過放射束は、３つの入射角｛−Θ，０，＋Θ｝において測定される。等式（４）によって説明される線形方程式系は、等式（３）から生じる。

等式（５）は、等式（４）を反転することによって得られる。等式（５）は、Ｘ方向における円筒ピンの視運動から∂ｎ、∂ｘ、および∂ｚの値を求める。

等式（２）と組み合わせた等式（５）は、測定された放射束から決定されるＸ方向における円筒ピンの視運動から∂ｎ、∂ｘ、および∂ｚの値を求める。いくつかの例において、∂ｎ、∂ｘ、および∂ｚの値の解は、等式（６）に説明されるように反復的に得られる。

式中、ｋは、繰り返しインデックスであり、ｗは、回転軸１５３をＸおよびＺ方向においてナイフエッジ１５１と整列させるために必要とされる試料位置決めシステム１４０のアクチュエータの変位の値のベクトル［∂ｎ、∂ｘ、および∂ｚ］である。変位∂ｎは、アクチュエータ１４５が、ステージ参照フレーム１４３全体をＸ方向に照明ビーム１１６に対して移動させることによって実現される。変位∂ｘは、アクチュエータ１４７が、円筒ピン１５１を移動させてビームとの整列に戻すことによって実現される。変位∂ｚは、アクチュエータ１５０Ａ〜Ｃが、Ｚ方向において円筒ピンの中心軸と同一平面に回転軸１５３を整列させるために円筒ピンをＺ方向に移動させることによって達成される。初期予測ｗ_０から始めて、等式（６）の再帰が、回転軸１５３が円筒ピン１５１に整列される点に収束する。

一般に、等式（６）は、正確に適用される必要はない。Ａ_Θおよび∂Ｘ／∂Ｆの値は、数値的に近似される。他の例では、繰り返しが安定しており正しい値に収束するという条件で、他の行列が使用されてもよい。

一般に、透過放射束は、回転軸１５３をＸおよびＺ方向にナイフエッジ１５１と整列させるために必要とされる変位の値を決定するために、任意の３つ以上の異なる入射角で測定され得る。任意の３つの異なる入射角の選択は、直接的に逆行列化され得る方程式系の線形を結果としてもたらす。４つあるいはそれ以上の異なる入射角の選択は、回転軸１５３をＸおよびＺ方向にナイフエッジ１５１と整列させるために必要とされる変位の値を決定するために一般逆行列アルゴリズムを用いて求められ得る優決定の線形方程式系を結果としてもたらす。等式（４）および（５）に例証される行列の項は、選択された入射角に依存する。したがって、項は、異なる入射角が選択される例においては等式（４）および（５）とは異なる。

回転軸１５３の整列の目的のため、ナイフエッジは、Ｙ方向に垂直エッジを有してＺ方向において微小に薄いと見なされ得る。しかしながら、実際には、ナイフエッジは、有限厚を有する。大入射角でのより長い経路長に起因するさらなる吸収は、この効果を補正するためにモデル化され得る。円筒閉塞素子が用いられる他の実施形態において、等式（６）で説明される再帰が適用されるが、しかしながら、収束の際、円筒閉塞素子の半径ρは、正しい整列に達するためにＸ方向のオフセットから減じられる。

理想化されたビーム閉塞素子および回転軸では、ビーム較正のために１つのビーム閉塞素子を有するだけで十分である。しかしながら、システムの要件によっては、複数のビーム閉塞が必要とされ得る。複数の閉塞素子のエッジを整列させることによって、名目上のＹ_ＮＦ軸からの回転軸のいかなる偏差も推測することが可能である。また、複数の同一の閉塞素子は、左右または上下からのエッジの較正を可能にし、撮像されるエッジ（すなわち、アライメントカメラ１５４によって撮像される）および閉塞放射束変化から推測される見掛け上のエッジにおけるシステム誤差を除去するのに役立つ。

いくつかの他の実施形態において、ステージ参照フレームの回転軸の較正は、ウェハステージのウェハ平面と整列された焦点面を有する高解像度Ｘ線カメラを位置付けることによって達成される。ウェハ平面における照明スポットの位置は、ステージ参照フレームが入射角の広い範囲にわたって回転される間に高解像度Ｘ線カメラによって測定される。入射角の関数としてのウェハ平面における照明スポットの位置のマッピングは、この測定に基づいて生成される。測定の間、ウェハステージは、すべての入射角について照明スポットの同じ位置を維持するためにマッピングに従って移動するように指示される。

いくつかの他の実施形態において、ステージ参照フレームの回転軸の較正は、高い回折効率を有するウェハ上に小さい目標物（すなわち、照明スポットサイズ程度）を位置付けることによって達成される。回折次数の強度は、ステージ参照フレームが入射角の広い範囲にわたって回転される間に検出器１１９によって測定される。回折次数の強度は、入射角の関数としての照明スポットと目標物との間のずれを示す。入射角の関数としてのずれのマッピングは、この測定に基づいて生成される。測定の間、ウェハステージは、すべての入射角について照明スポットの同じ位置を維持するためにマッピングに従って移動するように指示される。

別の態様において、ウェハ表面に対する照明ビームの通常（すなわち、ゼロ）入射角と、試料位置決めシステム（すなわち、ステージ座標）によって測定されるようなゼロ入射角との間のＡＯＩオフセット値の正確な測定が決定される。

いくつかの実施形態において、ＡＯＩオフセット値は、ＡＯＩの範囲にわたる吸収測定に基づいて決定される。１つの実施形態において、ウェハ１０１上のパターン化されていない領域は、入射角の範囲にわたってシステム１００によってスキャトロメトリ測定に供される。ウェハの相対的吸収は、入射角の関数としての回折次数のいずれかまたはすべての測定強度に基づいて決定される。吸収は、ベールの指数法則α＝ｅ^{−２βｋ０Ｌ}に従い、式中、Ｌは、吸収長であり、βは、材料の消衰率であり、ｋ_０は、波数である。さらに、吸収長は、入射角の幾何関数、Ｌ＝Ｔｃｏｓθであり、式中、Ｔは、測定されたウェハの厚さである。いくつかの例において、予期される応答のモデル（例えば、ベールの法則）が、ステージ計測（例えば、アクチュエータ１４６に対応する回転符号器）によって測定されたＡＯＩと検出器１１９における測定されたＡＯＩとの間のオフセットを決定するために、測定された放射束データにフィットされる。オフセットは、ステージ計測に基づいた所望の測定ＡＯＩにおいてウェハ１０１を正しく位置決めするために、ステージ位置決めシステム１４０によって適用される。

いくつかの実施形態において、ＡＯＩオフセット値は、１８０度分離された２つの方位角において較正格子から散乱された回折次数の測定に基づいて決定される。図９Ａは、ゼロの方位角でＴ−ＳＡＸＳシステム１００によって測定された格子構造物１７１を描写する。図９Ｂは、１８０度の方位角でＴ−ＳＡＸＳシステム１００によって測定された同じ格子構造物１７１を描写する。図９Ａおよび図９Ｂに例証されるように、格子構造物自体が、ウェハの表面に対して斜角αでチルトされる。照明ビーム１１６は、両方の方位角について同じＡＯＩでウェハの表面に入射するが、照明ビームは、チルトされた格子構造物には異なる角度で入射する。したがって、余角（すなわち、１８０度分離された方位角）において目標物を測定することによって、試料位置決めシステムによって引き起こされたＡＯＩオフセットが維持される一方で、格子構造物のチルトに起因するＡＯＩオフセットは逆にされる。

図１０は、ゼロ方位角で実施された測定１７２および１８０度の方位角で実施された別の測定１７３について、検出器１１９によって検出される１つの回折次数の測定された強度を示すプロットを描写する。図１０に描写されるように、測定１７２および１７３の対称点は、ステージ位置決めシステム１４０のＡＯＩオフセットを示す。オフセットは、ステージ計測に基づいた所望の測定ＡＯＩにおいてウェハ１０１を正しく位置決めするために、ステージ位置決めシステム１４０によって適用される。

加えて、各散乱曲線のピーク値と対称点との間の差は、測定される構造物と関連付けられたチルト角αを示す。この様式では、ＡＯＩオフセットの較正は、入射角および１８０度分離された２つの方位角の範囲にわたってサンプルの１つ以上の回折次数を測定することによって、目標構造物自体の角度オフセットから切り離される。

一般に、散乱次数の任意の組み合わせが、測定される構造物のチルトと関連付けられた角度オフセットを試料位置決めシステムと関連付けられた角度オフセットから分離するために使用され得る。より多くの次数を利用することにより、測定精度およびロバスト性が増加する。

この測定のセットは、特定の構造物の事前知識なしに重要な計測パラメータ（例えば、エッチングホールチルト）の値の予測を提供し、測定の差動性質に起因する系統的変動に対してロバストである。ロバストかつ精密なＸ線ベースの測定のさらなる例は、Ａｎｄｒｅｉ Ｖｅｌｄｍａｎによる米国特許公開第２０１５／０１１７６１０号に記載され、この内容は、その全体を本願に引用して援用する。

別の態様において、照明ビームに対するウェハ表面のゼロ方位角と試料位置決めシステム（すなわち、ステージ座標）によって測定されるようなゼロ方位角との間の方位オフセット値の正確な測定が決定される。加えて、ウェハ表面の中心と回転ステージ１５８の回転の中心との間のオフセット値の正確な測定が決定される。

いくつかの実施形態において、アライメントカメラ１５４は、ウェハ１０１上の異なる場所に位置する既知の点（例えば、基準）の画像を捕捉する。ウェハ１０１は、Ｘアクチュエータ１４７、Ｙアクチュエータ１４８、および回転アクチュエータ１４９によって、既知の点の異なる場所へ移動される。既知の点の画像および画像の各々と関連付けられたステージ計測座標から、ウェハ座標内の回転の中心点を決定する単純な剛体モデルが計算される。加えて、ウェハ座標内のゼロ方位とステージ座標内のゼロ方位との間のずれを特徴付ける方位角オフセットもまた、剛体モデルに基づいて決定される。方位角オフセットは、ステージ計測に基づいて所望の方位角においてウェハ１０１を正しく位置決めするために、ステージ位置決めシステム１４０によって回転アクチュエータ１４９に適用される。

いくつかの他の実施形態においては、低解像度カメラが、周知の画像登録技術を使用して既知の量だけ回転および並進されている画像の回転の中心を予測する。

別の態様において、ウェハ座標とステージ座標との間の方位角オフセットの正確な較正は、１つ以上の方位角における較正格子の測定と関連付けられた回折次数の位置に基づく。較正格子は、既知の格子方向を有する。１つの例において、回折パターンは、異なる方位角について検出器１１９によって測定される。方位角は、予期される回折パターンが検出器１１９において測定されるまで調整される。この測定と関連付けられた方位角が、方位角オフセットである。検出器がステージと整列される場合、１つの入射角は、ステージに対してウェハの方位角を較正するのに十分である。

別の態様において、検出器は、ステージに対して較正され、方位角は、円すい回折のための周知の公式と共に複数の較正された入射角を同時に使用してステージに対して較正される。検出された回折次数は、ＡＯＩがステージにおける所与の方位角に対して変更されると、規定のマニホールドに沿って移動する。しかし、検出器の回転オフセットは、一定のオフセットとして現れる。

描写される実施形態において、ビーム整形スリット機構１２０は、各入射角、方位角、または両方について、入射ビームのプロファイルを最適化するために試料の配向と連携してビーム軸の周りを回転するように構成される。この様式では、ビーム形状は、計測目標物の形状に合致される。図５に描写されるように、回転アクチュエータ１２２は、フレーム１２０およびすべての付属機構、アクチュエータ、センサ、ならびにスリットを照明ビーム１１６の軸の周りで回転させる。残念ながら、回転アクチュエータ１２０における不備は、ビーム整形スリット機構１２０が飛行管１１８に対して回転するときにビーム整形スリット機構１２０が、照明ビーム１１６の軸の周りですりこぎ運動をする原因となる。これは、照明ビーム１１６の入射の場所が、異なる方位角および対応するビームスリット角ではドリフトする原因となる。

さらなる態様において、Ｘ−Ｙステージオフセットの較正マップは、方位角および対応するビームスリット角の範囲についての照明ビーム１１６の入射の場所の測定に基づいて決定される。

いくつかの実施形態において、測定は、ウェハ表面の場所に焦点面を有するＸ線カメラによって実施される。方位角および対応するビームスリット角が変更されるときに、照明ビーム１１６の入射の場所は記録される。方位角と入射場所との関数関係に基づいて、任意の方位角について同じ入射場所を維持するＸ−Ｙステージオフセットを提供する較正マップが生成される。

いくつかの他の実施形態において、Ｘ−Ｙステージオフセットの較正マップは、方位角および対応するビームスリット角の範囲についての検出器１１９による小さい目標物（すなわち、照明スポットサイズ程度）の測定に基づいて決定される。目標物は、高い回折効率を有する。回折次数の測定された強度は、各方位角および対応するビームスリット角についての目標物と照明ビーム１１９の入射の場所との間のずれを示す。方位角と測定されたずれとの関数関係に基づいて、任意の方位角について同じ入射場所を維持するＸ−Ｙステージオフセットを提供する較正マップが生成される。

別の態様において、Ｚ方向におけるウェハの表面の形状は、アライメントカメラ、光学近接センサ、容量性近接センサ、または任意の他の好適な近接センサのいずれかを使用してマッピングされる。いくつかの例において、ウェハ表面は、ウェハの前側（すなわち、パターン化される側）にマッピングされる。いくつかの他の例において、ウェハ表面は、ウェハの厚さが十分に均一であるか、きちんとモデル化されることを条件として、ウェハの裏側にマッピングされる。いくつかの例において、ウェハマップは、いくつかの標準補間器（例えば、多項式基底関数、有理関数、ニューラルネットワークなど）を使用してモデル化される。さらには、ウェハの分析または数値曲げモデルを使用して、横変位および高さ変位を結合することが可能である。

さらなる態様において、Ｚアクチュエータ１５０Ａ〜Ｃは、照明ビーム１１６の入射の場所におけるウェハの表面の形状に応じて、Ｚ位置、Ｒｘ配向、Ｒｙ配向、またはそれらの任意の組み合わせを調整するように制御される。１つの例において、ウェハのチルトは、Ｚアクチュエータ１５０Ａ〜Ｃによって修正される。チルト修正は、ウェハチルトのマップまたは局所的に測定されたチルトの値に基づき得る。

別のさらなる態様において、Ｚアクチュエータ１５０Ａ〜Ｃは、回転軸を方位においてステージ参照フレーム１４３と整列させるために、Ｚ位置、Ｒｘ配向、Ｒｙ配向、またはそれらの任意の組み合わせを調整するように制御される。１つの例において、Ｚアクチュエータ１５０Ａ〜Ｃは、特定の目標物が方位角の範囲にわたってアライメントカメラ１５４の焦点内に留まるように調整される。この較正を実施するため、ウェハステージは、すべての方位角についてアライメントカメラ１５４の視野内に目標物を維持するために、ウェハ１０１をＸおよびＹ方向へ並進させる。

一般に、すべてのオフセット効果について較正することは不可能である。最大偏差を取り除くための較正が典型的には選択され、残りのオフセットは、無視されるか、または、ウェハおよびステージにおける非理想性を説明するステージマップによって対処されるかのいずれかである。

加えて、温度および空気圧の変化または任意の他の周囲条件が、照明ビームの位置決めに対する影響を有し得る。いくつかの実施形態において、ビーム運動は、これらの変数と相関され、ビームの位置は、測定された温度および圧力ならびに相関モデルに基づいて調整される。

一般に、試料位置決めシステム１４０は、角度計ステージ、６足ステージ、角度ステージ、および線形ステージを含むがこれらに限定されない、所望の線形および角度位置決め性能を達成するための機械要素の任意の好適な組み合わせを含み得る。

一般に、照明光学システムの焦点面は、各測定応用のために最適化される。この様式では、システム１００は、測定応用に応じて試料内の様々な深さに焦点面を位置付けるように構成される。１つの例において、試料位置決めシステム１４０は、試料１０１内の所望の深さにおいて光学システムの焦点面内にウェハを位置付けるために試料１０１をｚ方向に移動させるように構成される。

いくつかの実施形態において、Ｘ線照明源１１０、集束光学素子１１１、スリット１１２および１１３、またはそれらの任意の組み合わせは、試料１０１と同じ大気環境（例えば、ガスパージ環境）内に維持される。しかしながら、いくつかの実施形態において、これらの要素のいずれかの間およびこれらの要素のいずれか内の光経路長は長く、空気中のＸ線散乱が、検出器上の画像に対するノイズに寄与する。したがって、いくつかの実施形態において、Ｘ線照明源１１０、集束光学素子１１１、ならびにスリット１１２および１１３のいずれかは、真空窓によって、互いから、および試料（例えば、試料１０１）から分離された局所化された真空環境内に維持される。

同様に、いくつかの実施形態において、Ｘ線検出器１１９は、試料１０１と同じ大気環境（例えば、ガスパージ環境）内に維持される。しかしながら、いくつかの実施形態において、試料１０１とＸ線検出器１１９との間の距離は長く、空気中のＸ線散乱が、検出された信号に対するノイズに寄与する。したがって、いくつかの実施形態において、Ｘ線検出器のうちの１つ以上は、真空窓によって試料（例えば、試料１０１）から分離された局所化された真空環境内に維持される。

図１１は、Ｘ線照明源１１０を含む真空室１６０、集束光学素子１１１を含む真空室１６２、ならびにスリット１１２および１１３を含む真空室１６３の例証図である。各真空室の開口部は、真空窓によって覆われる。例えば、真空室１６０の開口部は、真空窓１６１によって覆われる。同様に、真空室１６３の開口部は、真空窓１６４によって覆われる。真空窓は、Ｘ線放射を実質的に透過させる任意の好適な材料（例えば、カプトン、ベリリウムなど）で構築され得る。好適な真空環境は、照明ビームの散乱を最小限にするために各真空室内で維持される。好適な真空環境は、任意の好適なレベルの真空、小さい原子番号を有するガス（例えば、ヘリウム）を含む任意の好適なパージ環境、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。この様式では、放射束を最大限にし、散乱を最小限にするために、できる限り多くのビーム経路が真空内に位置する。

いくつかの実施形態において、試料１０１を含む光学システム全体が真空内に維持される。しかしながら、一般に、試料１０１を真空内に維持することに関連する費用は、試料位置決めシステム１４０の構築に関連する複雑性に起因して高い。

別のさらなる態様において、ビーム整形スリット機構１２０は、大気環境に供されるビーム経路長を最小限にするために、真空室１６３と機械的に統合される。一般に、試料１０１への入射の前にできる限り多くのビームを真空内に封入することが望ましい。いくつかの実施形態において、真空ビーム線は、ビーム整形スリット機構１２０の入力部における中空の円筒形状腔内へ延びる。真空窓１６４は、入ってくるビーム１１５がビーム整形スリット機構１２０の一部分内において真空のままであり、次いでスリット１２６〜１２９のいずれかおよび試料１０１との相互作用の前に真空窓１６４を通過するように、ビーム整形スリット機構１２０内の真空室１６３の出力部に位置する。

図１に描写される実施形態において、集束光学素子１１１、スリット１１２および１１３、ならびにビーム整形スリット機構１２０は、飛行管１１８内の制御された環境（例えば、真空）内に維持される。

別のさらなる態様において、コンピューティングシステム１３０は、試料の測定される構造物の構造モデル（例えば、幾何モデル、材料モデル、または幾何および材料を組み合わせたモデル）を生成し、その構造モデルから少なくとも１つの幾何パラメータを含むＴ−ＳＡＸＳ応答モデルを生成し、Ｔ−ＳＡＸＳ応答モデルを用いたＴ−ＳＡＸＳ測定データのフィッティング分析を実施することによって少なくとも１つの試料パラメータ値を分解するように構成される。分析エンジンは、シミュレートされたＴ−ＳＡＸＳ信号を測定されたデータと比較し、それにより、幾何特性ならびに、サンプルの電子密度などの材料特性の決定を可能にするために使用される。図１に描写される実施形態において、コンピューティングシステム１３０は、モデル構築および分析を本明細書に説明されるように関数的に実施するように構成されるモデル構築および分析エンジンとして構成される。

図１２は、コンピューティングシステム１３０によって実施される例示的なモデル構築および分析エンジン１８０の例証図である。図１２に描写されるように、モデル構築および分析エンジン１８０は、試料の測定される構造物の構造モデル１８２を生成する構造モデル構築モジュール１８１を含む。いくつかの実施形態において、構造モデル１８２はまた、試料の材料特性を含む。構造モデル１８２は、Ｔ−ＳＡＸＳ応答関数構築モジュール１８３への入力として受信される。Ｔ−ＳＡＸＳ応答関数構築モジュール１８３は、構造モデル１８２に少なくとも部分的に基づいてＴ−ＳＡＸＳ応答関数モデル１８４を生成する。いくつかの例において、Ｔ−ＳＡＸＳ応答関数モデル１８４は、Ｘ線形状因子

に基づき、式中、Ｆは、形状因子であり、ｑは、散乱ベクトルであり、ρ（ｒ）は、球座標内の試料の電子密度である。次いで、Ｘ線散乱強度が、

によって得られる。Ｔ−ＳＡＸＳ応答関数モデル１８４は、フィッティング分析モジュール１８５への入力として受信される。フィッティング分析モジュール１８５は、モデル化されたＴ−ＳＡＸＳ応答を対応する測定データと比較して、試料の幾何ならびに材料特性を決定する。

いくつかの例において、モデル化されたデータの実験データへのフィッティングは、カイ二乗値を最小限にすることによって達成される。例えば、Ｔ−ＳＡＸＳ測定では、カイ二乗値は、

として定義され得る。

式中、

は、「チャネル」ｊ内の測定されたＴ−ＳＡＸＳ信号１２６であり、指数ｊは、回折次数、エネルギー、角度座標などのシステムパラメータのセットを説明する。

は、構造（目標）パラメータｖ_１，…，ｖ_Ｌのセットについて評価された「チャネル」ｊのモデル化されたＴ−ＳＡＸＳ信号Ｓ_ｊであり、これらのパラメータは、幾何（ＣＤ、側壁角、オーバーレイなど）および材料（電子密度など）を説明する。σ_{ＳＡＸＳ，ｊ}は、ｊ番目のチャネルと関連付けられた不確かさである。Ｎ_ＳＡＸＳは、Ｘ線計測内のチャネルの総数である。Ｌは、計測目標物を特徴付けるパラメータの数である。

等式（９）は、異なるチャネルと関連付けられた不確かさが無相関であると仮定する。異なるチャネルと関連付けられた不確かさが相関される例においては、不確かさ間の共分散が計算され得る。これらの例において、Ｔ−ＳＡＸＳ測定のカイ二乗値は、

として表され得る。

式中、Ｖ_ＳＡＸＳは、ＳＡＸＳチャネル不確かさの共分散行列であり、Ｔは、転置行列を意味する。

いくつかの例において、フィッティング分析モジュール１８５は、Ｔ−ＳＡＸＳ応答モデル１８４を用いてＴ−ＳＡＸＳ測定データ１３５に対してフィッティング分析を実施することによって、少なくとも１つの試料パラメータ値を分解する。いくつかの例において、

は、最適化される。

本明細書内で先に説明されるように、Ｔ−ＳＡＸＳデータのフィッティングは、カイ二乗値の最小化によって達成される。しかしながら、一般に、Ｔ−ＳＡＸＳデータのフィッティングは、他の関数によって達成されてもよい。

Ｔ−ＳＡＸＳ計測データのフィッティングは、目的の幾何および／または材料パラメータに対する感受性を提供するいかなる種類のＴ−ＳＡＸＳ技術にとっても有利である。試料パラメータは、試料とのＴ−ＳＡＸＳビーム相互作用を説明する適切なモデルが使用される限り、決定論的（例えば、ＣＤ、ＳＷＡなど）または統計的（例えば、側壁荒れのｒｍｓ高さ、荒れ相関長など）であり得る。

一般に、コンピューティングシステム１３０は、リアルタイムクリティカルディメンショニング（ＲＴＣＤ）を用いて、リアルタイムでモデルパラメータにアクセスするように構成されるか、または、コンピューティングシステム１３０は、試料１０１と関連付けられた少なくとも１つの試料パラメータ値の値を決定するための事前計算モデルのライブラリにアクセスし得る。一般に、いくつかの形態のＣＤエンジンが、試料の割り当てられたＣＤパラメータと測定された試料と関連付けられたＣＤパラメータとの間の差を評価するために使用され得る。試料パラメータ値を計算するための例示的な方法およびシステムは、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐ．に対する２０１０年１１月２日に発行の米国特許第７，８２６，０７１号に記載され、その全体を本願に引用して援用する。

いくつかの例において、モデル構築および分析エンジン１８０は、横送り分析、前送り分析、および平行分析の任意に組み合わせにより、測定されるパラメータの精度を高める。横送り分析は、同じ試料の異なる領域についての複数のデータセットを取り出し、第１のデータセットから決定される共通パラメータを第２のデータセットへと分析のために引き渡すことを指す。前送り分析は、異なる試料についてのデータセットを取り出し、正確なパラメータを段階的に複製する前送り手法を使用して、共通パラメータを後続の分析へと前方に引き渡すことを指す。平行分析は、少なくとも１つの共通パラメータがフィッティングの間に結合される複数のデータセットへの非線形フィッティング計測の平行または同時適用を指す。

複数のツールおよび構造分析は、複数のデータセットの回帰、ルックアップテーブル（すなわち、「ライブラリ」マッチング）、または別のフィッティング手順に基づく前送り、横送り、または平行分析を指す。複数のツールおよび構造分析のための例示的な方法およびシステムは、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐ．に対する２００９年１月１３日に発行の米国特許第７，４７８，０１９号に記載され、その全体を本願に引用して援用する。

別のさらなる態様において、目的の１つ以上のパラメータの値の初期予測は、測定目標物に対する入射Ｘ線ビームの単一の配向において実施されるＴ−ＳＡＸＳ測定に基づいて決定される。初期の予測値は、複数の配向におけるＴ−ＳＡＸＳ測定から集められた測定データを用いた測定モデルの回帰のための目的のパラメータの開始値として実装される。この様式では、目的のパラメータの精密予測は、比較的少ない量の計算量で決定され、この精密予測をはるかに大きいデータセットにわたる回帰のための開始点として実装することによって、目的のパラメータの精緻化された予測が、少ない全体計算量で得られる。

別の態様において、計測ツール１００は、本明細書に記載されるようなビーム制御機能を実装するように構成されるコンピューティングシステム（例えば、コンピューティングシステム１３０）を含む。図１に描写される実施形態において、コンピューティングシステム１３０は、入射照明ビーム１１６の強度、発散、スポットサイズ、偏光、スペクトル、位置決めなどの照明特性のいずれかを制御するように動作可能であるビーム制御器として構成される。

図１に例証されるように、コンピューティングシステム１３０は、検出器１１９に通信可能に結合される。コンピューティングシステム１３０は、検出器１１９から測定データ１３５を受信するように構成される。１つの例において、測定データ１３５は、試料の測定された応答の標示（すなわち、回折次数の強度）を含む。検出器１１９の表面上の測定された応答の分散に基づいて、試料１０１上への照明ビーム１１６の入射の場所および領域が、コンピューティングシステム１３０によって決定される。１つの例において、測定データ１３５に基づいて試料１０１上への照明ビーム１１６の入射の場所および領域を決定するために、パターン認識技術がコンピューティングシステム１３０によって適用される。いくつかの例において、コンピューティングシステム１３０は、所望の照明波長を選択するか、またはＸ線放出を向け直すためにコマンド信号１３７をＸ線照明源１１０に通信する。いくつかの例において、コンピューティングシステム１３０は、入射照明ビーム１１６が所望のビームスポットサイズおよび配向で試料１０１に到達するようにビームスポットサイズを変更するためにコマンド信号１３６をビーム整形スリット機構１２０に通信する。１つの例において、コマンド信号１３６は、図５に描写される回転アクチュエータ１２２が、試料１０１に対する所望の配向までビーム整形スリット機構１２０を回転させるようにする。別の例では、コマンド信号１３６は、スリット１２６〜１２９の各々と関連付けられたアクチュエータが、入射ビーム１１６を所望の形状およびサイズに再整形するために位置を変更するようにさせる。いくつかの他の例において、コンピューティングシステム１３０は、入射照明ビーム１１６が試料１０１に対する所望の場所および角度で到達するように、試料１０１を位置決めし配向するために、コマンド信号をウェハ位置決めシステム１４０に通信する。

さらなる態様において、Ｔ−ＳＡＸＳ測定データは、検出された回折次数の測定強度に基づいて測定される構造物の画像を生成するために使用される。いくつかの実施形態において、Ｔ−ＳＡＸＳ応答関数モデルは、一般的な電子密度メッシュからの散乱を説明するために一般化される。連続性および薄いエッジを強いるためにこのメッシュ内にモデル化された電子密度を制約しながら、このモデルを測定信号に照合することにより、サンプルの３次元画像を提供する。

幾何学的な、モデルベースのパラメータ反転がＴ−ＳＡＸＳ測定に基づく限界寸法（ＣＤ）計測には好ましいが、同じＴ−ＳＡＸＳ測定データから生成される試料のマップは、測定された試料が幾何モデルの仮説から逸脱するときに、モデル誤差を識別し修正するのに有用である。

いくつかの例において、画像は、同じスキャトロメトリ測定データの幾何学的な、モデルベースのパラメータ反転によって予測される構造特性と比較される。相違は、測定される構造物の幾何モデルを更新し、測定性能を高めるために使用される。正確なパラメータ測定モデルに収束する能力は、集積回路を測定してそれらの製造プロセスを制御、監視、およびトラブルシューティングするときに特に重要である。

いくつかの例において、画像は、電子密度、吸収性、複素屈折率、またはこれら材料特性の組み合わせの２次元（２−Ｄ）マップである。いくつかの例において、画像は、電子密度、吸収性、複素屈折率、またはこれら材料特性の組み合わせの３次元（３−Ｄ）マップである。マップは、比較的少ない物理的制約を使用して生成される。いくつかの例において、限界寸法（ＣＤ）、側壁角（ＳＷＡ）、オーバーレイ、エッジ載置誤差、ピッチウォークなどの目的の１つ以上のパラメータは、結果として生じるマップから直接予測される。いくつかの他の例において、マップは、サンプルジオメトリまたは材料がモデルベースのＣＤ測定のために用いられるパラメータ構造モデルによって企図される予測値の範囲の外に逸脱するときに、ウェハプロセスをデバッグするのに有用である。１つの例において、マップと、測定パラメータに従うパラメータ構造モデルによって予期される構造物のレンダリングとの差は、パラメータ構造モデルを更新し、その測定性能を高めるために使用される。さらなる詳細は、米国特許公開第２０１５／０３００９６５号に記載され、その内容は、その全体を本願に引用して援用する。さらなる詳細は、米国特許公開第２０１５／０１１７６１０号に記載され、その内容は、その全体を本願に引用して援用する。

さらなる態様において、モデル構築および分析エンジン１８０は、Ｘ線および光学測定を組み合わせた分析のためのモデルを生成するために用いられる。いくつかの例において、光学的シミュレーションは、例えば、異なる偏光についての反射率、偏光解析パラメータ、相変化などの光学信号を計算するためにマックスウェルの等式が求められる厳密結合波分析（ＲＣＷＡ）に基づく。

目的の１つ以上のパラメータの値は、組み合わされた幾何学的にパラメータ化された応答モデルを用いた、複数の異なる入射角でのＸ線回折次数の検出された強度および検出された光強度の組み合わされたフィッティング分析に基づいて決定される。光強度は、図１に描写されるシステム１００などのＸ線計測システムと機械的に統合される場合とそうでない場合がある光計測ツールによって測定される。さらなる詳細は、米国特許公開第２０１４／００１９０９７号および米国特許公開第２０１３／０３０４４２４号に記載され、各々の内容は、それらの全体を本願に引用して援用する。

一般に、計測目標物は、計測目標物の最大横方向広がり次元（すなわち、ウェハ表面と整列される次元）で割った最大高さ次元（すなわち、ウェハ表面に垂直の次元）として定義されるアスペクト比によって特徴付けられる。いくつかの実施形態において、測定下の計測目標物は、少なくともの２０のアスペクト比を有する。いくつかの実施形態において、計測目標物は、少なくともの４０のアスペクト比を有する。

本開示全体にわたって説明される様々なステップは、単一のコンピュータシステム１３０、または代替的に、複数のコンピュータシステム１３０によって実行され得ることを理解されたい。さらに、試料位置決めシステム１４０などのシステム１００の異なるサブシステムは、本明細書に説明されるステップの少なくとも一部分を実行するのに好適なコンピュータシステムを含み得る。したがって、前述の説明は、本発明に対する制限として解釈されるべきではなく、単に例証にすぎない。さらには、１つ以上のコンピューティングシステム１３０は、本明細書に説明される方法実施形態のいずれかの任意の他のステップを実施するように構成され得る。

加えて、コンピュータシステム１３０は、当該技術において知られる任意の様式でＸ線照明源１１０、ビーム整形スリット機構１２０、試料位置決めシステム１４０、および検出器１１９に通信可能に結合され得る。例えば、１つ以上のコンピューティングシステム１３０は、Ｘ線照明源１１０、ビーム整形スリット機構１２０、試料位置決めシステム１４０、および検出器１１９とそれぞれ関連付けられたコンピューティングシステムに結合され得る。別の例では、Ｘ線照明源１１０、ビーム整形スリット機構１２０、試料位置決めシステム１４０、および検出器１１９のいずれかは、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って直接制御され得る。

コンピュータシステム１３０は、有線および／またはワイヤレス部分を含み得る送信媒体によって、システムのサブシステム（例えば、Ｘ線照明源１１０、ビーム整形スリット機構１２０、試料位置決めシステム１４０、検出器１１９等）からデータまたは情報を受信および／または取得するように構成され得る。この様式では、送信媒体は、コンピュータシステム１３０とシステム１００の他のサブシステムとの間のデータリンクとしての役割を果たし得る。

計測システム１００のコンピュータシステム１３０は、有線および／またはワイヤレス部分を含み得る送信媒体によって、他のシステムからデータまたは情報（例えば、測定結果、モデリング入力、モデリング結果など）を受信および／または取得するように構成され得る。この様式では、送信媒体は、コンピュータシステム１３０と他のシステム（例えば、メモリオンボード計測システム１００、外部メモリ、または外部システム）との間のデータリンクとしての役割を果たし得る。例えば、コンピューティングシステム１３０は、データリンクを介して記憶媒体（すなわち、メモリ１３２または１９０）から測定データ（例えば、信号１３５）を受信するように構成され得る。例えば、検出器１１９を使用して得られるスペクトル結果は、永久または半永久メモリデバイス（例えば、メモリ１３２または１９０）内に記憶され得る。これに関して、測定結果は、オンボードメモリから、または外部メモリシステムからインポートされ得る。さらに、コンピュータシステム１３０は、送信媒体を介してデータを他のシステムに送信し得る。例えば、コンピュータシステム１３０によって決定される試料パラメータ値１８６は、永久または半永久メモリデバイス（例えば、メモリ１９０）内に記憶され得る。これに関して、測定結果は、別のシステムにエクスポートされ得る。

コンピューティングシステム１３０は、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、画像コンピュータ、パラレルプロセッサ、または当該技術において知られる任意の他のデバイスを含み得るが、これらに限定されない。一般に、「コンピューティングシステム」という用語は、メモリ媒体からの命令を実行する、１つ以上のプロセッサを有する任意のデバイスを包含するために広く定義され得る。

本明細書に説明されるものなどの方法を実施するプログラム命令１３４は、ワイヤ、ケーブル、ワイヤレス送信リンクなどの送信媒体を通じて送信され得る。例えば、図１に例証されるように、メモリ１３２に記憶されたプログラム命令は、バス１３３を通じてプロセッサ１３１に送信される。プログラム命令１３４は、コンピュータ可読媒体（例えば、メモリ１３２）に記憶される。例示的なコンピュータ可読媒体としては、リードオンリメモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気もしくは光学ディスク、または磁気テープが挙げられる。

図１３は、本発明の計測システム１００による実施に好適な方法２００を例証する。１つの態様において、方法２００のデータ処理ブロックは、コンピューティングシステム１３０の１つ以上のプロセッサによって実行される事前にプログラムされたアルゴリズムを介して実行され得ることを理解されたい。以下の説明は計測システム１００の文脈において提示されるが、計測システム１００の特定の構造的態様は、制限を表すものではなく、単に例証と解釈されるべきであることを理解されたい。

ブロック２０１において、半導体ウェハ上に配設される回折格子が、第１の方位角における複数の入射角での、および第２の方位角における複数の入射角でのＸ線照明ビームの経路内に位置決めされる。第１の方位角および第２の方位角は、１８０度分離される。

ブロック２０２において、複数の入射角での回折格子の測定と関連付けられた回折次数応答信号が、第１の方位角および第２の方位角の両方で検出される。

ブロック２０３において、入射角（ＡＯＩ）オフセット値が決定される。ＡＯＩオフセットは、ウェハ表面に対するＸ線照明ビームの通常入射角と、Ｘ線照明ビームの経路内に回折格子を位置決めするウェハ位置決めシステムによって測定されるようなゼロ入射角の値との間の角度である。ＡＯＩオフセット値は、第１の方位角および第２の方位角と関連付けられた検出された回折次数応答信号の交点と関連付けられた対称点においてウェハ位置決めシステムによって測定される入射角の値である。

いくつかの実施形態において、本明細書に説明されるようなスキャトロメトリ測定は、製作プロセスツールの部分として実施される。製作プロセスツールの例としては、リソグラフィ露光ツール、成膜ツール、注入ツール、およびエッチングツールが挙げられるが、これらに限定されない。この様式では、Ｔ−ＳＡＸＳ分析の結果は、製作プロセスを制御するために使用される。１つの例において、１つ以上の目標物から集められたＴ−ＳＡＸＳ測定データは、製作プロセスツールに送信される。Ｔ−ＳＡＸＳ測定データは、本明細書に説明されるように分析され、その結果は、製作プロセスツールの動作を調整するために使用される。

本明細書に説明されるようなスキャトロメトリ測定は、様々な半導体構造物の特性を決定するために使用され得る。例示的な構造物としては、ＦｉｎＦＥＴ、ナノワイヤまたはグラフェンなどの低次元構造物、サブ１０ｎｍ構造物、リソグラフィ構造物、貫通基板ビア（ＴＳＶ）、ＤＲＡＭ、ＤＲＡＭ ４Ｆ２、ＦＬＡＳＨ、ＭＲＡＭ、および高アスペクト比メモリ構造物などのメモリ構造物が挙げられるが、これらに限定されない。例示的な構造特性としては、ラインエッジラフネス、ラインウィズスラフネス、孔サイズ、孔密度、側壁角、プロファイル、限界寸法、ピッチ、厚さ、オーバーレイなどの幾何パラメータ、ならびに、電子密度、構成物、結晶粒組織、形態学、応力、歪み、および元素同定などの材料パラメータが挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、計測目標物は、周期構造物である。いくつかの他の実施形態において、計測目標物は、非周期的である。

いくつかの例において、スピン移動トルクランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ−ＲＡＭ）、３次元ＮＡＮＤメモリ（３Ｄ−ＮＡＮＤ）または垂直ＮＡＮＤメモリ（Ｖ−ＮＡＮＤ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、３次元ＦＬＡＳＨメモリ（３Ｄ−ＦＬＡＳＨ）、抵抗ランダムアクセスメモリ（Ｒｅ−ＲＡＭ）、および相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＣ−ＲＡＭ）を含むがこれらに限定されない、高アスペクト比の半導体構造物の限界寸法、厚さ、オーバーレイ、および材料特性の測定は、本明細書に説明されるようなＴ−ＳＡＸＳ測定システムを用いて実施される。

本明細書に記載される場合、「限界寸法」という用語は、構造物の任意の限界寸法（例えば、底部限界寸法、中間限界寸法、上部限界寸法、側壁角、格子高さなど）、任意の２つ以上の構造物間の限界寸法（例えば、２つの構造物間の距離）、および２つ以上の構造物間の変位（例えば、重なり合う格子構造物間のオーバーレイ変位など）を含む。構造物は、３次元構造物、パターン化構造物、オーバーレイ構造物などを含み得る。

本明細書に記載される場合、「限界寸法応用」または「限界寸法測定応用」という用語は、任意の限界寸法測定を含む。

本明細書に記載される場合、「計測システム」という用語は、限界寸法応用およびオーバーレイ計測応用を含む、任意の態様において試料を特徴付けるために少なくとも部分的に用いられる任意のシステムを含む。しかしながら、そのような技術用語は、本明細書に説明されるような「計測システム」という用語の範囲を制限しない。加えて、本明細書に説明されるような計測システムは、パターン化されたウェハおよび／またはパターン化されていないウェハの測定のために構成され得る。計測システムは、ＬＥＤ検査ツール、エッジ検査ツール、裏側検査ツール、マクロ検査ツール、またはマルチモード検査ツール（１つ以上のプラットフォームからのデータに同時に関与する）、および本明細書に記載される測定技術から恩恵を得る任意の他の計測または検査ツールとして構成され得る。

様々な実施形態は、試料を処理するために使用され得る半導体処理システム（例えば、検査システムまたはリソグラフィシステム）について本明細書内に説明される。「試料」という用語は、当該技術において知られる手段によって処理され得る（例えば、印刷される、または欠陥を検査される）ウェハ、レチクル、または任意の他のサンプルを指すために本明細書では使用される。

本明細書で使用される場合、「ウェハ」という用語は、概して、半導体または非半導体材料から形成される基板を指す。例としては、単結晶シリコン、ガリウムヒ素、およびリン化インジウムが挙げられるが、これらに限定されない。そのような基板は、半導体製作施設においてよく見られ、および／またはそこで処理され得る。いくつかの場合において、ウェハは、基板のみを含み得る（すなわち、ベアウェハ）。代替的に、ウェハは、基板上に形成される異なる材料の１つ以上の層を含み得る。ウェハ上に形成される１つ以上の層は、「パターン化される」または「パターン化されない」場合がある。例えば、ウェハは、繰り返し可能なパターン特徴部を有する複数のダイを含み得る。

「レチクル」は、レチクル製作プロセスの任意のステージにあるレチクル、または半導体製作施設における使用のためにリリースされる場合とそうでない場合とがある完成したレチクルであり得る。レチクル、または「マスク」は、概して、実質的に透明の基板であって、その上に実質的に不透明の領域が形成されており、パターンで構成されるものと定義される。基板は、例えば、非晶質ＳｉＯ_２などのガラス材料であり得る。レチクルは、レチクル上のパターンがレジストに転写され得るように、リソグラフィプロセスの露光ステップの間に、レジスト被覆されたウェハの上に配設され得る。

ウェハ上に形成される１つ以上の層は、パターン化される、またはパターン化されない場合がある。例えば、ウェハは、各々が繰り返し可能なパターン特徴部を有する複数のダイを含み得る。そのような材料層の形成および処理が、最終的に、完成したデバイスを結果としてもたらし得る。多くの異なる種類のデバイスが、ウェハ上に形成され得、本明細書で使用される場合、ウェハという用語は、当該技術において知られる任意の種類のデバイスがその上で製作されているウェハを包含することが意図される。

１つ以上の例示的な実施形態において、説明される関数は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせにおいて実施され得る。ソフトウェア内で実施される場合、関数は、コンピュータ可読媒体上の１つ以上の命令またはコードに記憶され得るか、またはそれを通じて送信され得る。コンピュータ可読媒体は、１つの場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を促進する任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体および通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、汎用または特定用途コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であり得る。制限ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、または他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶装置デバイス、または、所望のプログラムコード手段を命令またはデータ構造の形態で搬送または記憶するために使用され得、かつ汎用もしくは特定用途コンピュータ、または汎用もしくは特定用途プロセッサによってアクセスされ得る任意の他の媒体を備え得る。また、任意の接続は、コンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他のリモート源から送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。ディスク（ｄｉｓｋおよびｄｉｓｃ）は、本明細書で使用される場合、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、ＸＲＦディスク、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、フロッピディスク、およびブルーレイディスクを含み、ここでディスク（ｄｉｓｋ）は、通常、磁気的にデータを再現する一方、ディスク（ｄｉｓｃ）は、レーザを用いて光学的にデータを再現する。上記の組み合わせもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。

いくつかの特定の実施形態が教授の目的のために上に説明されるが、本特許文書の教示は、一般的適用性を有し、上に説明される特定の実施形態に限定されない。したがって、説明される実施形態の様々な特徴の様々な変形、適合、および組み合わせが、特許請求の範囲に明記されるような本発明の範囲から逸脱することなく実践され得る。

Claims (18)

1. Ｘ線照明ビームを生成するように構成されるＸ線照明源と、
   前記Ｘ線照明ビームの軸に直交する第１の方向および前記Ｘ線照明ビームの前記軸に直交する第２の方向に移動可能な試料ステージと、
   前記試料ステージに移動可能に装着される試料と、
   前記試料の近くで前記試料ステージ上に配設される第１の閉塞素子であって、前記第１の閉塞素子が、前記試料の表面と同一平面上の中心軸を有し、第１の位置にある前記試料ステージが、前記Ｘ線照明ビームの部分が前記第１の閉塞素子によって閉塞されるように、前記第１の閉塞素子を前記Ｘ線照明ビームの経路内に位置付ける、第１の閉塞素子と、
   前記試料の近くで前記試料ステージ上に配設される第２の閉塞素子であって、前記第２の閉塞素子が、前記試料の表面と同一平面上にありかつ前記第１の閉塞素子の前記中心軸とは異なる方向に整列される中心軸を有し、第２の位置にある前記試料ステージが、前記Ｘ線照明ビームの部分が前記第２の閉塞素子によって閉塞されるように、前記第２の閉塞素子を前記Ｘ線照明ビームの前記経路内に位置付ける、第２の閉塞素子と、
   前記第１の位置における第１の透過放射束量および前記第２の位置における第２の放射束量を検出するように構成されるＸ線検出器と、
   前記第１の透過放射束量に基づいて前記第１の方向において前記Ｘ線照明ビームに対する前記第１の閉塞素子の第１の位置を決定し、前記第２の透過放射束量に基づいて前記第２の方向において前記Ｘ線照明ビームに対する前記第２の閉塞素子の第２の位置を決定するように構成される、コンピューティングシステムと、
   を備える計測システム。
2. 請求項１に記載の計測システムであって、
   前記第１および第２の位置の決定が、前記Ｘ線照明ビームに対する前記第１および第２の閉塞素子の位置の関数としての透過放射束のモデルに基づく、
   計測システム。
3. 請求項１に記載の計測システムであって、
   前記第１および第２の閉塞素子のいずれかが、円筒形状である、
   計測システム。
4. 請求項１に記載の計測システムであって、
   前記第１および第２の閉塞素子のいずれかが、ナイフエッジを含み、前記中心軸が前記ナイフエッジと整列される、
   計測システム。
5. 請求項１に記載の計測システムであって、
   前記第１および第２の閉塞素子のいずれかが、前記中心軸に平行な方向に延びる１つ以上の平面表面を含む、
   計測システム。
6. 請求項１に記載の計測システムであって、
   前記第１の位置における前記第１の閉塞素子の少なくとも部分の第１の画像、および前記第２の位置における前記第２の閉塞素子の少なくとも部分の第２の画像を生成するアライメントカメラをさらに備える、
   計測システム。
7. 請求項６に記載の計測システムであって、
   前記第１の閉塞素子の前記部分が、前記第１の閉塞素子の前記中心軸と同一平面上に位置する第１の基準マークを含み、
   前記第２の閉塞素子の前記部分が、前記第２の閉塞素子の前記中心軸と同一平面上に位置する第２の基準マークを含む、
   計測システム。
8. 請求項６に記載の計測システムであって、
   前記試料ステージが、前記試料上に配設される基準マークが前記アライメントカメラの視野内にあるように、前記Ｘ線照明ビームに対して第３の位置へ移動し、
   前記試料上への前記Ｘ線照明ビームの入射の場所が、前記第１および第２の画像に基づいて前記第３の位置において決定される、
   計測システム。
9. 請求項６に記載の計測システムであって、
   前記アライメントカメラが、正確に測定された距離だけ前記アライメントカメラの焦点面を移動させることによって鮮明な画像焦点を維持するオートフォーカス機構を含み、
   前記アライメントカメラが、前記試料の表面上の異なる場所において参照フレームと前記試料の表面との間の距離の変化を測定する、
   計測システム。
10. 請求項９に記載の計測システムであって、
    前記試料の表面に垂直な方向にある前記第１の閉塞素子に対する前記試料の相対位置が、前記オートフォーカス機構に基づいて測定され、
    試料位置決めシステムが、前記相対位置が無視できる値であるように、前記試料の表面に垂直な方向に前記試料を移動させる、
    計測システム。
11. 請求項１に記載の計測システムであって、
    前記試料の表面の反対側の前記試料の裏側表面上の複数の異なる場所の各々において参照フレームと前記試料の表面との間の距離を測定するように構成される１つ以上の近接センサをさらに備える、
    計測システム。
12. Ｘ線照明ビームを生成するように構成されるＸ線照明源と、
    前記Ｘ線照明ビームが試料の表面上の任意の場所において前記試料の表面に入射するように、前記試料を前記Ｘ線照明ビームに対して位置決めし、前記Ｘ線照明ビームが複数の入射角で任意の場所において前記試料の表面に入射するように、前記試料を前記Ｘ線照明ビームに対して回転軸の周りで回転させるように構成される試料位置決めシステムと、
    前記試料の近くに配設される閉塞素子であって、前記試料の表面と同一平面上の中心軸を有する、閉塞素子と、
    前記回転軸の角度位置の範囲にわたって透過放射束量を検出するように構成されるＸ線検出器と、
    検出された前記透過放射束量に基づいて前記Ｘ線照明ビームに対する前記回転軸の位置の調整を決定するように構成されるコンピューティングシステムと、
    を備え、前記Ｘ線照明ビームの少なくとも部分が、前記角度位置の前記範囲にわたって前記閉塞素子に入射する、計測システム。
13. 請求項１２に記載の計測システムであって、
    前記コンピューティングシステムが、前記検出された透過放射束量に基づいて前記回転軸に対する前記試料の位置の調整を決定するようにさらに構成される、
    計測システム。
14. 請求項１３に記載の計測システムであって、
    前記コンピューティングシステムは、前記角度位置の前記範囲にわたる前記Ｘ線照明ビームに対する前記閉塞素子の移動量を低減するように、前記回転軸に対する前記試料の位置を調整する、
    計測システム。
15. 請求項１３に記載の計測システムであって、
    前記回転軸の位置の調整および前記試料の位置の調整が、前記角度位置の前記範囲にわたる前記Ｘ線照明ビームに対する前記閉塞素子の位置の関数としての透過放射束のモデルに基づく、
    計測システム。
16. 請求項１３に記載の計測システムであって、
    前記角度位置の前記範囲にわたる前記透過放射束量の検出、ならびに前記検出された透過放射束量に基づく前記回転軸の位置の調整および前記試料の位置の調整の決定が、反復的に実施される、
    計測システム。
17. 請求項１２に記載の計測システムであって、
    前記Ｘ線検出器が、前記回転軸の角度位置の第２の範囲にわたって第２の透過放射束量を検出するようにさらに構成され、
    前記Ｘ線照明ビームが、前記試料のパターン化されていない領域に入射し、
    前記コンピューティングシステムが、検出された前記第２の放射束量に基づいて前記回転軸の前記角度位置と関連付けられたオフセット値を決定するようにさらに構成される、
    計測システム。
18. 請求項１７に記載の計測システムであって、
    前記オフセット値の決定が、前記角度位置の前記第２の範囲にわたる前記検出された第２の放射束量への吸収モデルのフィッティングを伴う、
    計測システム。

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