JP7133030B2 - Ｘ線依拠計測システムの校正及びアライメント用多層ターゲット - Google Patents

Description

記載諸実施形態はＸ線計量システム及び方法に関し、より具体的には計測正確度が改善された方法及びシステムに関する。

（関連出願への相互参照）
本特許出願は、２０１８年３月２８日付米国仮特許出願第６２／６４９１３１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ものであるので、参照によりその主題の全容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、一連の処理工程を試料に適用することで製造される。それら半導体デバイスの様々なフィーチャ（外形特徴）及び複数個の構造階層が、それら処理工程によって形成される。例えば、それらのうちリソグラフィなる半導体製造プロセスでは、パターンが半導体ウェハ上に生成される。半導体製造プロセスの別例には、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成した後、個別の半導体デバイスへと分けるようにするとよい。

検査プロセスは半導体製造プロセス中の様々な工程で用いられており、それによりウェハ側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（散乱計測法）及びリフレクトメトリ（反射計測法）を実施する装置及びそれに関連する分析アルゴリズムが、限界寸法、膜厚、組成その他、ナノスケール構造の諸パラメタを解明するため広く用いられている。

通例的に、スキャタロメトリ限界寸法計測は、薄膜及び／又は反復的周期構造で構成されたターゲットを対象にして実行されている。デバイス製造中には、通常、それらの膜及び周期構造で実デバイス幾何及び素材構造又は中間デザインを表現・代表させる。デバイス（例．論例デバイス及び記憶デバイス）はより小さなナノメートルスケール寸法へと移行しつつあり、それに伴い特性解明・特徴付けが困難化している。デバイスに複雑な三次元幾何が取り入れられ、また多様な物理特性を有する素材が取り入られたことで、特性解明困難性が助長されている。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、そのために光学輻射が下層へと浸透しにくくなっている。赤外～可視光を利用する光学計量ツールであれば多くの半透明素材層に浸透可能だが、良好な浸透深度がもたらされる長めの波長では小異常に対する十分な感度がもたらされない。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、パラメタ相関増大につながっている。結果として、そのターゲットを特徴付ける諸パラメタを、利用可能な計測結果から高信頼分離できないことが、多くなりかねない。

ある事例では、長めの波長（例．近赤外）を採用することで、ポリシリコンが積層体内交番素材の一つとして利用される３Ｄ－ＦＬＡＳＨ（登録商標）デバイスに関し、浸透問題を克服する試みがされている。しかしながら、鏡状構造が備わる３Ｄ－ＦＬＡＳＨ（登録商標）では、生来的に、その膜積層体内へとより深く照明が伝搬するにつれ、光強度の低下が発生する。これは深部での感度ロス及び相関問題を引き起こす。この状況にてＳＣＤにより行えるのは、少数組の計量寸法を高感度及び低相関で首尾よく抽出することだけである。

別の事例は不透明高ｋ素材であり、昨今の半導体構造での採用が増えている。この種の素材で構成された層には、光学輻射が浸透しえないことが多い。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）やリフレクトメータ（反射計）による計測が、ますます困難になってきている。

これらの難題に応ずるべくより複雑な光学計量ツールが開発されている。例えば、照明角を複数通りにし、照明波長を短めにし、照明波長域を広めにし、また反射信号からの情報獲得をより無欠にしたツール（例．より在来的な反射率信号やエリプソメトリ信号に加え複数個のミュラー行列要素を計測するもの）が開発されている。しかしながら、これらの手法では、多くの先進ターゲット（例．複雑な３Ｄ構造、１０ｎｍ未満の小構造、不透明素材を採用している構造）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）に関連する基本的難題が、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）は、原子分解能を達成可能であるものの、試料の表面しか探査することができない。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）では中間的な分解能水準が達成されるが、十分な深度まで構造に浸透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解明することができない。加えて、余儀なき試料帯電が撮像性能に悪影響を及ぼす。Ｘ線リフレクトメータも浸透問題、即ち高アスペクト比構造を計測する際のそれらの実効性に限りがある、という問題に悩まされている。

浸透深度問題を克服するため、旧来の撮像技術例えばＴＥＭ、ＳＥＭ等々が破壊的標本調製技術、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と併用されている。例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）なら高い分解能水準が達成され、また任意深度を探査することができるが、ＴＥＭでは試料の破壊的分断が必要となる。素材除去及び計測を数回反復することで、一般には、重要な計量パラメタを三次元構造全体に亘り計測するのに必要な情報がもたらされる。しかし、これらの技術では標本破壊や長々しい処理時間が必須となる。これらの種類の計測を完遂するのが厄介であり時間がかかることにより、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が入り込む。加えて、これらの技術にて多数回の反復が必要とされることにより、レジストレーション（位置合わせ）誤差が入り込む。

硬Ｘ線エネルギレベル（＞１５ｋｅＶ）の光子を採用する透過型小角Ｘ線スキャタロメトリ（Ｔ－ＳＡＸＳ）システムには、難題を抱える計測アプリケーションに対処できる見込みがある。ＳＡＸＳテクノロジの限界寸法計測への適用（ＣＤ－ＳＡＸＳ）及びオーバレイ計測への適用（ＯＶＬ－ＳＡＸＳ）の様々な態様が、１）「高輝度Ｘ線計量」(High-brightness X-ray metrology)と題するＺｈｕａｎｇ及びＦｉｅｌｄｅｎに向けた特許文献１、２）「Ｘ線兼光学複合計量用モデル構築兼分析エンジン」(Model Building And Analysis Engine For Combined X-ray And Optical Metrology)と題しＢａｋｅｍａｎ、Ｓｈｃｈｅｇｒｏｖ、Ｚｈａｏ及びＴａｎによる特許文献２、３）「Ｘ線計量を用いる半導体デバイスオーバレイ計測方法及び装置」(Methods and Apparatus For Measuring Semiconductor Device Overlay Using X-Ray Metrology)と題しＶｅｌｄｍａｎ、Ｂａｋｅｍａｎ、Ｓｈｃｈｅｇｒｏｖ及びＭｉｅｈｅｒによる特許文献３、４）「Ｘ線依拠計量向け計測システム最適化」(Measurement System Optimization For X-Ray Based Metrology)と題しＨｅｎｃｈ、Ｓｈｃｈｅｇｒｏｖ及びＢａｋｅｍａｎによる特許文献４、５）「高アスペクト比構造向けＸ線計量」(X-ray Metrology For High Aspect Ratio Structures)と題しＤｚｉｕｒａ、Ｇｅｌｌｉｎｅａｕ及びＳｈｃｈｅｇｒｏｖによる特許文献５、並びに６）「Ｘ線スキャタロメトリシステム向けフルビーム計量」(Full Beam Metrology for X-Ray Scatterometry Systems)と題しＧｅｌｌｉｎｅａｕ、Ｄｚｉｕｒａ、Ｈｅｎｃｈ、Ｖｅｌｄｍａｎ及びＺａｌｕｂｏｖｓｋｙによる特許文献６に記載されている。上掲の諸特許文献は米国カリフォルニア州ミルピタス所在のＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎを譲受人としている。

ＳＡＸＳは、素材特性解明その他の非半導体関連アプリケーションにも適用されている。システム例が幾つかの企業、例えばＸｅｎｏｃｓ ＳＡＳ（非特許文献１）、Ｂｒｕｋｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（非特許文献２）及び株式会社リガク（非特許文献３）により商業化されている。

半導体構造のＣＤ－ＳＡＸＳ計量についての研究は科学文献にも記載されている。大抵の研究グループでは高輝度シンクロトロンＸ線源が採用されているが、それらはサイズ、コスト等々が多大であるため半導体製造設備での使用に適していない。そうしたシステムの一例が非特許文献４なる論文にて記述されている。より最近では、アメリカ国立標準技術研究所（ＮＩＳＴ）のあるグループが始めた研究で、特許文献１記載のそれらに類するコンパクト高輝度Ｘ線源が採用されている。この研究については非特許文献５なる論文にて記述されている。

ターゲットに対するＸ線ビームの相互作用を校正し、その計量システムに対し整列させないと、実効的な計測を保証することができない。特性解明の例には、ターゲット上におけるＸ線ビーム強度ピークの精密な所在特定や、ビーム束のうちある百分率しかその境界の外側に所在しないようなＸ線ビーム境界の識別がある。アライメント（整列）の例には、光学視覚システムに対するＸ線ビームのアライメント、そのツールの具体的機械フィーチャ（例．ウェハ回動軸等々）に対するＸ線ビームのアライメント等々がある。

一般には、ウェハの随所に配置されたアライメントマーカを光学顕微鏡により光学計測し、それを踏まえウェハがＸ線ビームの経路上で操縦される。Ｘ線ビームを基準として個別ターゲットを確と精密操縦するには、それらマーカを計測するのに利用された光学顕微鏡の座標系に従いビームプロファイルを計測する必要がある。

現行のＳＡＸＳツール校正及びアライメント技術は非常に長い計測時間に悩まされており、またそれらの正確度が調製済ターゲットの正確度に強く依存している。

ナイフエッジに依拠するＣＤ－ＳＡＸＳツール校正及びアライメント方法が、特許文献７にて記述されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。ナイフエッジに依拠する校正及びアライメントは、プローブビームで以てする、生来的に間接的な標本ステージアライメント方法である。所要計測反復回数が極端に多くなるとアライメント時間が長々しくなりうる。加えて、正確度が、ナイフエッジの半透明性により制限されるのに加え、そのナイフエッジの製造正確度に強く依存する。

幾つかの事例では、光学顕微鏡がナイフエッジに対し整列され、そのナイフエッジがＸ線ビームに対し整列されている。旧来のナイフエッジで以てするＸ線ビームの特性解明は、そのナイフエッジの縁付近にありＸ線輻射により照明されるナイフ素材の半透明性故に、込み入っている。例えば、そのエネルギレベルが２０ｋｅＶの光子により照明されたときには、タングステンのビーム減衰長が約８．４μｍとなる。この長さでは、透過率が～１／ｅ倍（ｅ＝２．７１８）に降下する。ナイフエッジが整形され３０°なる角度を呈している場合、８．４μｍなる高さに相当するウェッジ（楔部）長は約１４．５μｍとなる。Ｘ線ビーム走査時ナイフエッジ位置不確定性についての、この単純な推定値は、所要アライメント正確度が数μｍ未満（例．１０μｍ未満）であるときに、ナイフエッジの半透明性が制約になることを表している。

他の幾つかの事例では、そのＸ線ビームを基準にしてある点（例．その集束光学系の合焦スポット）に配置された高分解能Ｘ線カメラによって、Ｘ線ビームプロファイルが特性解明されている。これらの事例では、その高分解能Ｘ線カメラで以てビームプロファイルが計測され、そのＸ線ビームの経路上でそのウェハを操縦するため採用されている光学顕微鏡へと、それら計測されたビーム座標が転送される。不運なことに、そのＸ線カメラから光学顕微鏡への計測座標転送に係る誤差が多大であり、所要操縦正確度を上回っている。

更に、Ｘ線カメラやナイフエッジによるＸ線ビームの特性解明は生来的に間接的であり、ターゲット上に入射した光子束や隣接領域の光子汚染についての、量的データをもたらさない。

回折ターゲットに依拠したＣＤ－ＳＡＸＳツール校正及びアライメント方法が、特許文献８にて記述されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。旧来の半導体製造技術により製造された回折ターゲットには、低いコントラストという悩みがある。加えて、製造リードタイムが普通は非常に長く高コストとなる。多くのターゲットを有するウェハが非常に高価となるし、ターゲットデザイン又はターゲットパラメタ値に何らかの改変があると、高価で長いリードタイムの獲得がもう1回必要になる。

多層構造が集束性Ｘ線光学素子として採用されている。硬Ｘ線集束用多層構造製造及び使用方法が、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１及び非特許文献６にて記述されているので、参照によりこれら文献それぞれの全容を本願に繰り入れることにする。

自立多層ターゲットも、非特許文献７なる論文にて記述されている通り、軟Ｘ線顕微鏡の変調伝達関数の計測に採用されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。

散乱標本を採用したＳＡＸＳツール校正方法及びベヘン酸銀粉体回折標本が、非特許文献８及び非特許文献９にて記述されているので、参照によりこれら文献それぞれの全容を本願に繰り入れることにする。

不運なことに、ベヘン酸銀ターゲットは、非常に長い露出時間を必要としており、標本対検出器距離の計測を実行するためにしか用いえない。露出時間を縮めるには厚手の標本を用いねばならないが、そうすると距離計測の不確定性が増大する。ガラス状炭素その他の散漫散乱ターゲットも、非常に長い露出時間を必要とする。更に、計測結果が標本調製正確度（例．その標本の幾何寸法）及び標本純度に強く依存する。

米国特許第７９２９６６７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２０１５／０１１７６１０号明細書 米国特許出願公開第２０１６／０２０２１９３号明細書 米国特許出願公開第２０１７／０１６７８６２号明細書 米国特許出願公開第２０１８／０１０６７３５号明細書 米国特許出願公開第２０１８／０１１３０８４号明細書 米国特許出願公開第２０１８／０３２８８６８号明細書 米国特許出願公開第２００８／０１３７８１０号明細書 米国特許第６３８９１００号明細書 独国特許第１０２０１３００５８４５号明細書 米国特許出願公開第２０１７／０３０７５４８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２０１３／０３０４４２４号明細書

www.xenocs.com www.bruker.com www.rigaku.com/en Lemaillet, Germer, Kline et al., "Intercomparison between optical and X-ray scatterometry measurements of FinFET structures," Proc. SPIE, v.8681, p. 86810Q (2013) "X-ray scattering critical dimensional metrology using a compact X-ray source for next generation semiconductor devices," J. Micro/Nanolith. MEMS MOEMS 16(1), 014001 (Jan-Mar 2017) T. Grap, F. Riederer, C. Gupta and J. Knoch, "Buried multi-gate InAs-nanowire FETs," 2017 47th European Solid-State Device Research Conference (ESSDERC), Leuven, 2017, pp. 82-85 V. V. Yashchuk et al.,"Binary pseudo-random patterned structures for modulation transfer function calibration and resolution characterization of a full-field transmission soft X-ray microscope," Review of Scientific Instruments 86, 123702 (2015) T.C. Huang et al., "X-ray Powder Diffraction analysis of Silver Behenate, a Possible Low-angle Diffraction Standard," J. Appl. Cryst. 26, 180-184 (1993) Lixin Fan et al., "The Absolute Calibration of a Small-Angle Scattering Instrument with a Laboratory X-ray Source," Journal of Physics: Conference Series 247 (2010) 012005

将来の計量アプリケーションでは、分解能条件の更なる精細化、多パラメタ相関、高アスペクト比構造を含め幾何構造の更なる複雑化、並びに不透明素材使用の増加が原因で、計量に関わる難題が現れる。既存のＸ線ツールアライメント及びターゲット操縦方法では、約１０～２０μｍなる正確度が限界である。これらの方法では、Ｘ線ビーム沿いにある小サイズ（～５０μｍ）の計量ターゲットを、半導体計量アプリケーション向けに十分な正確度で以て、位置決め及び計測することができない。そのため、Ｘ線依拠計量システムにおけるＸ線ビームの改善されたアライメント及び校正方法及びシステムであり、先進製造ノードの配置条件を充足するものが望まれている。

Ｘ線依拠計測システムの高速且つ正確な絶対校正及びアライメントを行えるようにする多層ターゲットが、本願にて記述される。その多層校正ターゲットは、非常に高い回折効率を有するものであって、高速低コスト生産技術を用い製造される。

各ターゲットは、Ｘ線透明素材及びＸ線吸収素材の対で築かれた多層構造を有する。この厚手な多層ターゲット構造は、諸素材層が入射Ｘ線ビームに対し平行に姿勢決めされるよう透過配列（即ちラウエ幾何）に従い設定される。Ｘ線はそのターゲットの周期構造上で回折される。各層に対し垂直な方向における多層構造の合計厚（即ち層対の個数に多層周期を乗じたもの）により、そのターゲットの高さが定まる。ターゲットの幅は、その上にその多層化構造が作成される基板の長さを上限として、どのようなサイズにしてもよい（例．数ｃｍ）。

本願記載の多層ターゲットのアライメント及び校正性能は、多層ターゲット幾何パラメタ（即ち高さ、幅、深さ）の正確度に依存しない。更に、本願記載の多層ターゲットのアライメント及び校正性能は、基板に初期付与された多層被覆からのターゲット抜出に用いられた方法の正確度に依存しない。ターゲット周辺にデブリ及び粗さが生じてもアライメント及び校正の正確度が低下しない。

幾つかの実施形態では、透過型小角Ｘ線スキャタロメトリ（Ｔ－ＳＡＸＳ）計量システムを整列させ校正するため、多層ターゲットが採用される。半導体製造環境における現実のＴ－ＳＡＸＳ計測では、試料（例．半導体ウェハ）の表面を基準とし広範囲の入射角及びアジマス角に亘る計測であり、小さなビームスポットサイズ（例．実効照明スポットの差し渡しが５０μｍ未満）によるものが必要とされる。小さな計測ボックスサイズを実現するには、ウェハの正確な位置決め及びビームサイズ及び形状の特性解明が必要である。加えて、入射角及びアジマス角の全域に亘り、半導体ウェハの表面上の所望ターゲットエリア上に、そのプローブビームを正確に所在決めする校正が、本願にて提示される。これにより、小ボックスサイズ計量ターゲット（例．５０μｍ以下の寸法を有しスクライブライン内に所在する計量ターゲット）を計測するのに必要な精密ウェハ操縦が可能になる。

非限定的な例によれば、本願記載の多層ターゲットにより以下のＳＡＸＳ計量ツール内アライメント及び校正計測、即ち１）計測ボックスを通じた光束の直接計測、２）計測ボックスサイズ周囲の光子漏れの直接計測、３）全自由度に亘る標本対計量ステージアライメント、４）全自由度に亘る標本対入射Ｘ線ビームアライメント、５）入射Ｘ線ビーム対ウェハステージ角度アライメントの校正、並びに６）ターゲットから検出器までの距離の計測が可能となる。

幾つかの実施形態では、標準的な光学多層堆積技術及びダイシング技術の組合せを用い多層校正ターゲットが製造される。これにより広範なアプリケーションに向けた高速低コスト生産が可能となる。

他の諸実施形態では、標準的な半導体製造技術を用い多層校正ターゲットが製造される。幾つかの実施形態では、半導体ウェハ上に作成された垂直構造の側面上に多層積層体が堆積される。

更なる態様では、多層ターゲットの表面のうち入射Ｘ線ビームに直交する面上に光学マーカが作成される。それら光学マーカは、エッチング、イオンミリング、レーザスクライビング等々によりその多層ターゲット上に作成すればよい。それら光学マーカにより、Ｘ線依拠スキャタロメトリツール上でのウェハ操縦にも用いられる１個又は複数個の光学顕微鏡による、多層ターゲットのアライメントが可能となる。

別の態様では、その多層ターゲットの諸層が入射Ｘ線ビームに対し平行となるよう多層ターゲットが姿勢決めされる。

別の態様では、多層ターゲット・検出器間距離が、回折次数間空間分離量に基づき計測される。

別の態様では、多層ターゲットの諸層に対し平行又は垂直であり且つ入射Ｘ線ビームに対し垂直な方向に多層ターゲットを並進させることで、その入射Ｘ線ビームをその多層ターゲットの中心に対し整列させる。

別の態様では、その多層ターゲットの諸層に対し垂直であり且つ入射Ｘ線ビームに対し垂直な回動軸周りで多層ターゲットを回動させることで、入射Ｘ線ビーム及び多層ターゲットを基準としてウェハステージの回動軸が所在決めされる。

別の態様では少なくとも２個の多層構造を有する複合多層ターゲットが提供され、またそれら多層構造が、対入射Ｘ線ビーム整列方向に沿い相互隣接配列され、対入射Ｘ線ビーム直交方向に沿い相互隣接配列され、或いはその組合せとされる。こうして複数個の多層ターゲットを組み合わせることで特別な校正及びアライメントターゲット、即ち入射Ｘ線ビームの相異なる諸部分を相異なる回折角で以て且つ相異なる回折平面に亘り回折させるものが形成される。

幾つかの実施形態では、複合多層ターゲットが２個の多層構造を有するものとされ、それらが入射Ｘ線ビームに対し垂直な共通平面にて基板に実装される。加えて、それら多層構造がある間隙距離を以て相互空間分離される。こうした複合多層ターゲットを利用することで、複合多層ターゲットの間隙内を通った光束や、その間隙外で複合多層ターゲット上に入射した格子に係る光子損失を、計測することができる。

以上は概要であり、随所に単純化、一般化及び細部省略が含まれているので、本件技術分野に習熟した者（いわゆる当業者）には明らかな通り、この概要は専ら例証的なものであり如何様であれ限定性のものではない。本願記載の装置及び／又はプロセスの他の諸態様、独創的諸特徴及び諸長所については、本願中で説明される非限定的詳細記述にて明らかとされよう。

超研磨シリコン基板上に堆積された多層構造の描写図である。 図１記載の多層標本から分離された多層セグメントから組み上げた多層ターゲットの描写図である。 垂直方向シリコンピラーの側壁上に共形堆積された垂直姿勢多層構造と、シリコン基板上に共形堆積された水平姿勢多層構造と、を有する多層ターゲットの描写図である。 垂直方向シリコンピラーの側壁上に共形堆積された垂直姿勢多層構造を有する多層ターゲットの描写図である。 ある実施形態の多層ターゲット上に入射したＸ線ビームの描写図である。 別の実施形態の多層ターゲット上に入射したＸ線ビームの描写図である。 別の実施形態の多層ターゲット上に入射したＸ線ビームの描写図である。 ある実施形態の複合多層ターゲット上に入射したＸ線ビームの描写図である。 図８記載の複合多層ターゲットの端面外観の描写図である。 別の実施形態の複合多層ターゲットの端面外観の描写図である。 更に別の実施形態の複合多層ターゲット上に入射したＸ線ビームの描写図である。 更に別の実施形態の複合多層ターゲット上に入射したＸ線ビームの描写図である。 更に別の実施形態の複合多層ターゲット上に入射したＸ線ビームの描写図である。図１３記載の複合多層ターゲットは、対入射Ｘ線ビーム整列方向に沿い図１１及び図１２記載の複合多層ターゲット同士を組み合わせたものである。 計測対象半導体ターゲットの計測ボックスサイズと等しい空漠な長方形エリアを囲む８個の多層構造を有する、複合多層ターゲットの端面外観の描写図である。 別の実施形態に係り８個の多層構造を有する複合多層ターゲットの端面外観の描写図である。 更に別の実施形態の複合多層ターゲットの端面外観の描写図である。 本願記載の諸方法に従い多層校正ターゲットを用いて様々なシステムパラメタの校正を実行するよう構成された、計量システム１００の描写図である。 ある構成のビーム整形スリット機構の端面外観を示す図である。 別の構成のビーム整形スリット機構の端面外観を示す図である。 角度φ及びθにより記述されるある特定の向きにてウェハ上に入射しているＸ線照明ビームを示す図である。 試料位置決めシステムの描写図であり、照明ビームがウェハ上に入射する位置までウェハステージが動かされている。 図２１記載のウェハ上に入射した照明ビームの頂面外観を示す図であり、回動軸１５３が対ウェハ照明ビーム入射点にてその照明ビームと交差している。 図２１記載のウェハ上に入射した照明ビームの頂面外観を示す図であり、回動軸１５３がそのウェハの表面に対しＺ方向に沿い誤整列（ミスアライメント）している。 図２１記載のウェハ上に入射した照明ビームの頂面外観を示す図であり、回動軸１５３がウェハ表面に対しＸ方向に沿い誤整列している。 試料位置決めシステムの描写図であり、Ｘ線ビームが多層校正ターゲット上に入射する位置までウェハステージが動かされている。 Ｘ線スキャタロメトリデータに基づき試料パラメタ値を解明するよう構成されたモデル構築兼分析エンジン１８０の描写図である。 本願記載の多層校正ターゲットで以てＸ線依拠スキャタロメトリシステムを校正する方法の例を描いたフローチャートである。

以下、本発明の背景例及び幾つかの実施形態であり添付図面にその例が描かれているものを詳細に参照する。

Ｘ線依拠計量及び検査ツールの高速且つ正確な絶対校正及びアライメントを行えるようにする多層ターゲットが、本願にて記述されている。この多層校正ターゲットは非常に高い回折効率を有するものであり、標準的な光学多層堆積技術及びダイシング技術の組合せを用い製造されるので、広範なアプリケーションに向けた高速低コスト生産が可能である。

各ターゲットは、Ｘ線透明素材及びＸ線吸収素材の対（例．シリコンとタングステンの素材対、シリコンとモリブデンの素材対等々）で以て築かれた多層構造を有する。その厚手な多層ターゲット構造が、諸素材層が入射Ｘ線ビームに対し平行に姿勢決めされるよう透過配列（即ちラウエ幾何）に従い設定される。即ち、多層ターゲットの各層が、ウェハ平面に対し名目上直交する方向に姿勢決めされる。Ｘ線はそのターゲットの周期構造上で回折される。その入射Ｘ線ビームに対し平行に姿勢決めされた諸層の長さ（即ち多層構造の入射Ｘ線ビーム浸透深度）によって、その回折効率が定まる。原理的には、多層構造の入射Ｘ線ビーム浸透深度はどのような長さともなりうる。即ち、この要領で製造される多層ターゲットは、１００％に至るまでどのような所望回折効率を呈するようにも設計されうる。現実には、この長さの範囲は、数μｍ（例．３μｍ以上）から、その上に多層化構造が作成される基板の長さ（例．数ｃｍ）に及ぶ。その多層構造の周期により回折角が定まる。各層に対し垂直な方向における多層構造の合計厚（即ち層対の個数に多層周期を乗じたもの）により、そのターゲットの高さが定まる。ターゲットの幅は、その上にその多層化構造が作成される基板の長さ（例．数ｃｍ）に上る、どのようなサイズともされうる。

Ｘ線依拠計量又は検査ツールのアライメント及び校正の正確度は、その多層構造の初期解明、即ち非常に高精度（例．１ｎｍの端数）で実行されうるそれのみに依存する。結果として、本願記載の多層ターゲットにより、Ｘ線依拠計量及び検査ツール（例．限界寸法小角Ｘ線スキャタロメトリ（ＣＤ－ＳＡＸＳ））の高速な初期的及びルーチン的校正及びアライメントを、数μｍの正確度（例．５μｍ未満の正確度）で以て行うことが可能となる。

本願記載の多層ターゲットのアライメント及び校正性能は、多層ターゲット幾何パラメタ（即ち高さ、幅、深さ）の正確度に依存しない。更に、本願記載の多層ターゲットのアライメント及び校正性能は、基板に初期付与された多層被覆からのターゲット抜出に用いられた方法の正確度に依存しない。ターゲット周辺にデブリ及び粗さが生じてもアライメント及び校正の正確度が低下しない。

本願記載の多層ターゲットの回折効率は高いので、計測露出時間を非常に短くすることが可能となり、ひいてはＸ線依拠計量及び検査ツールの校正及びアライメントをかなり速くすることが可能となる。

幾つかの実施形態では、透過型小角Ｘ線スキャタロメトリ（Ｔ－ＳＡＸＳ）計量システムを整列させ校正するため、多層ターゲットが採用される。半導体製造環境における現実のＴ－ＳＡＸＳ計測では、試料（例．半導体ウェハ）の表面に対する、広範囲の入射角及びアジマス角に亘る計測を、小さなビームスポットサイズ（例．実効照明スポットの差し渡しが５０μｍ未満）で以て行うことが求められる。小さな計測ボックスサイズを実現するには、ウェハの正確な位置決めと、ビームサイズ及び形状の解明とが必要である。加えて、入射角及びアジマス角の全域に亘り、半導体ウェハの表面上にある所望ターゲットエリア上に、そのプローブビームを正確に所在決めする校正が、本願にて提示される。これにより、小ボックスサイズ計量ターゲット（例．５０μｍ以下の寸法を有しスクライブライン内に所在する計量ターゲット）を計測するのに必要な精密ウェハ操縦が可能になる。

非限定的な例によれば、本願記載の多層ターゲットにより、以下のＳＡＸＳ計量ツール内アライメント及び校正計測、即ち１）計測ボックス内を通った光束の直接計測、２）計測ボックスサイズ周囲の光子漏れの直接計測、３）全自由度に亘る標本対計量ステージアライメント、４）全自由度に亘る標本対入射Ｘ線ビームアライメント、５）入射Ｘ線ビーム対ウェハステージ角度アライメントの校正、並びに６）ターゲットから検出器までの距離の計測が可能となる。

ある態様では、標準的な光学多層堆積技術及びダイシング技術の組合せを用い多層校正ターゲットが製造される。これにより広範なアプリケーションに向けた高速低コスト生産が可能となる。高速な（例．数週ではなく数日での）ターゲット製造により、迅速な校正ターゲットデザイン改善並びに校正及びアライメント方法開発が可能となる。更に、顧客特化アプリケーションにマッチさせるため相異なるサイズにした校正及びアライメントターゲットを、速やかに実現することができる。多層被覆製造テクノロジは非常によく開発されている。多層パラメタの安定度及び正確度は非常に高い。結果として、本願記載の多層構造の実性能は期待によく見合うものとなる。

図１はシリコン基板２０１上の多層構造２０２を含む多層標本２００の描写図である。シリコン基板２０１は超研磨された平坦基板である。多層構造２０２は、Ｘ線透明素材及びＸ線吸収素材（例．シリコンとタングステンの素材対、シリコンとモリブデンの素材対等々）の交番層を有している。Ｘ線透明素材層の厚みが、Ｘ線吸収素材層の厚みと同じであっても異なっていてもよい。但し、個々の反復積層素材対を、寸法及び素材組成がほぼ同一なものとする。言い換えれば、積層素材対同士で、そのＸ線透明素材を同厚、Ｘ線吸収素材を同厚にする。こうしてその構造にもたらされる周期性は、素材対１個の厚さΛにより特徴付けられる。この多層被覆の合計厚はターゲットの高さに等しい。その多層被覆の周期は、所望の回折次数分離量と、そのＸ線依拠計量システムにて利用される入射Ｘ線ビームのＸ線光子エネルギとにより定まる。大略、この多層被覆の周期は２．５ｎｍ以下の小ささとされうる。とはいえ、現実には、程よい個数の諸次回折光が検出器上で程よい量の空間分離で以て典型的なＸ線照明ビームエネルギに関し達成されるのは、多層周期が１０ｎｍ～１００ｎｍの範囲内にあるときである。それより小さな周期ではそのターゲットのアスペクト比（即ちその多層ターゲットの深さ対周期比）が高まる。そのアスペクト比が高まるにつれ、入射ビームに対するターゲットのアライメントがますます難しくなる。例えば、１０ｎｍの周期及び１０μｍの深さを有するターゲットの回折平面と入射Ｘ線ビーム軸との間の角度が１ｍｒａｄともなれば、諸次回折光の強度損失が甚だしくなろう。結果として有利たりうるのは、所与Ｘ線光子エネルギの入射Ｘ線ビームに関し所望の回折次数分離が達成されるようにしつつ、極力大きな多層周期を選ぶことである。

図１記載の通り、小さな多層セグメント２０５が集束イオンビーム（ＦＩＢ）エッチングにより多層標本２００から切り出される。集束イオンビームツール２０３が集束イオンビーム２０４をその多層標本に送り、所望サイズ（即ち所望の幅、深さ及び高さ）を有する多層セグメント２０５をその多層標本から分離させるのである。大略、このターゲットの高さは多層被覆の高さ、通常は１００μｍ以下のそれにより制限される。とはいえ、一般に、ターゲットの深さ（ビーム沿い長さ）及びターゲットのビーム横断方向幅は基板２０１の直径未満のどのようなサイズともされうる。

図２に、図１記載の多層標本から分離された多層セグメント２０５から組み上げた多層ターゲット２１０を示す。多層ターゲット２１０の入射Ｘ線ビーム沿い深さＤにより、その回折効率が定まる。多層構造２１１の高さＨは多層構造２０２の厚みである。多層ターゲット２１０の幅Ｗは、分離されたセグメント２０５の幅である。ある例では、多層構造の高さＨが５０μｍ、幅Ｗが５０μｍ、深さＤが５μｍとされる。

図２記載の実施形態では、多層ターゲット２１０に備わる多層構造２１１が、多層セグメント２０５の一部分として多層構造２１１と共に抜出された母基板２１２により支持されている。加えて、多層ターゲット２１０においては基板２１３が多層構造２１１に装着されており、それにより付加的な構造的支持が提供されると共に、校正対象計量システムへの実装が容易化されている。基板２１２及び２１３はＸ線を回折させない素材（例．シリコン）で作成されている。他の幾つかの多層ターゲット実施形態では、基板２１２及び２１３のうち一方又は双方が省かれる。ある実施形態では、多層ターゲットに多層構造２１１のみが備わる。この種の実施形態では、多層ターゲットが自立多層構造とされる。多層ターゲットのアスペクト比（即ちＨ／Ｄ）が約１０であれば、それは安定な自立構造になると見込まれる。自立多層構造では、別の支持構造への装着なしでその形状が保持される。こうして、多層ターゲットを、多層構造２１１のみを有し別の基板による支持を欠くものとすることができる。これに代え、多層構造２１１をＸ線透明基板２１３に装着してもよく、その母基板（即ち図１記載の基板２０１）の一部分２１２に装着されたままにしてもよく、或いは図２記載の通りその双方としてもよい。こうして、多層構造２１１を、そのシリコン基板から引き離すことも、取り扱いの容易さに鑑み装着されたままにすることもできる。

図２記載の通り、入射Ｘ線ビーム２１６は多層構造２１１に備わる５０μｍ×５０μｍの壁上に入射する。このＸ線ビームは、多層構造２１１の深さたる５μｍに亘り、多層構造２１１内を伝搬する。一般に、多層ターゲット２１０のサイズは、好適であればどのようなサイズでもよい。幾つかの例では多層ターゲット２１０が１０μｍ以下の小ささとされる。幾つかの例では、多層ターゲット２１０が、標準的なスクライブラインターゲット（例．５０μｍ）内にフィットするようサイズ決めされる。

典型的な超研磨シリコン基板、例えば図１記載の基板２０１は１インチ径であり（１インチ＝約２．５ｃｍ）、多層構造２０２はその全エリアに亘り作成される。抜出多層ターゲットの特徴寸法が５０μｍ～１００μｍであるとすると、ターゲット抜出用ＦＩＢプロセスによる各ターゲット周囲での面積損失を勘案した後でさえ、１枚の基板からからもたらされるターゲットが数千個にもなる。

ある特定の製造標本から抜出されたターゲットは皆、ほぼ同一の多層パラメタ例えば周期、素材組成、粗さ、吸収器対周期比及び相互拡散層厚を有することとなる。これらの特性の初期解明のため、その基板の相異なる部分から抜出された数個のターゲットのみが徹底的に計測される。一般に、１枚の基板から抜出されたターゲットのうち数個（例．約５個）のみを徹底的に計測するだけで、実際の多層周期及び回折効率を判別することができる。計測されたターゲット全てが同じ性能を示していれば、その基板全体に亘りそれら多層パラメタが安定であること、並びにその標本から抜出される他のターゲット全てが実質的に同一であろうことことが見込まれる。各抜出ターゲットの壁質やＦＩＢプロセスのデブリは、本願記載のターゲット性能には影響しない。

別の態様では、それら多層校正ターゲットが、標準的な半導体製造技術を用い製造される。幾つかの実施形態では、半導体ウェハ上に作成された垂直構造の側面上に多層積層体が堆積される。

図３に、垂直方向シリコンピラー２２５の側壁上に共形堆積された垂直姿勢多層構造２２３と、シリコン基板２２１上及び垂直ピラー２２５頂部上に共形堆積され水平方向に延びている水平姿勢多層構造２２２と、を有する多層ターゲット２２０の描像を示す。ターゲット２２０は水平多層，垂直多層双方を有している。水平多層，垂直多層双方を、本願記載の通り回折ターゲット構造として用いることができる。

図４に、垂直方向シリコンピラー２２５の側壁上に共形堆積された垂直姿勢多層構造２２３を有する多層ターゲット２２４の描像を示す。多層ターゲット２２４は、多層ターゲット２２０を付加的な方向性エッチング工程に供することで、シリコン基板２２１から水平多層構造２２２を除去したものである。ターゲット２２０は、本願記載の通り回折ターゲット構造として用いうる垂直多層を有している。

標準的な半導体製造技術を用い製造された多層校正ターゲット、例えばターゲット２２０及び２２４が有利たりうるのは、付加的なカッティング、ダイシング又は実装工程無しで半導体製造ウェハ上に直接作成できるからである。更に、これらのターゲットは、Ｘ線依拠スキャタロメトリシステムにより計測されようとしている同じ製造済半導体ウェハの、一体部分である。これによりアライメント手順及び校正手順が単純化される。とりわけ、他種のターゲット（例．ツール性能を確認するため用いられるターゲット）と、ツールアライメント及び校正に役立つ光学アライメントマークその他の構造とを、同じウェハ上に作成することができる。

別の更なる態様では、入射Ｘ線ビームに直交する表面上にて、多層ターゲット表面上に光学マーカが食刻（エッチング）される。図２に、基板２１２の表面上にあり入射Ｘ線ビーム２１６に面するところに食刻された光学マーカ２１４及び２１５を示す。これら光学マーカは、エッチング、イオンミリング、レーザスクライビング等々により多層ターゲット上に食刻されうる。一般に、多層ターゲットの光学マーカは入射Ｘ線ビームに直交する表面上にあればよく、前側面上、後側面上又はその双方でかまわない。これら光学マーカは十分に高いコントラスト、即ち操縦用顕微鏡（例．高倍率カメラ、低倍率カメラ又はその双方）で以て得られた画像のパターン認識に十分なそれを呈するものとされるべきである。そのターゲットの縁に対する光学マーカ位置の正確度は１μｍ未満とされるべきである。幾つかの実施形態では、そのターゲットが多層標本から抜出される際に、集束イオンビーム（ＦＩＢ）マシニングツール（例．ＦＩＢツール２０３）によってそれら光学マーカがイオンミリングされる。当該１個又は複数個の光学マーカにより、Ｘ線依拠スキャタロメトリツール上でのウェハ操縦にも用いられる１個又は複数個の光学顕微鏡で以て、多層ターゲットのアライメントを行うことが可能となる。こうして、光学操縦カメラシステムを基準とした入射Ｘ線ビームの位置も、光学的にマーク付けされた多層ターゲットの働きで校正される。

別の態様では、その多層ターゲットの諸層が入射Ｘ線ビームに対し平行となるよう多層ターゲットが姿勢決めされる。

図５に、基板２３３に実装された多層構造２３２を有する多層ターゲット上に入射しているＸ線ビーム２３４を示す。それにより生じた諸次回折光２３６、２３７Ａ～Ｂ及び２３８Ａ～Ｂが検出器２３５上で検出される。図５記載の通り、多層構造２３２の諸層は、入射Ｘ線ビーム２３４に対し平行（即ち入射Ｘ線ビーム伝搬方向に対し整列しているＸ線ビーム長手軸に対し平行）に姿勢決めされている。更に、諸層が、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＸ軸に対し平行に姿勢決めされている。入射Ｘ線ビーム２３４は回折されて０次ビーム、±１次ビーム及び±２次ビームとなり、計測スポット２３６、計測スポット２３７Ａ～Ｂ及び計測スポット２３８Ａ～Ｂのうち対応するところで検出器２３５上に入射する。図５記載の通り、多層構造２３２は、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＹ軸に沿い入射ビーム２３４を回折させる。

多層構造２３２は、所与光子エネルギの入射ビームに関し検出器上で所望の回折次数分離が達成される周期を呈するよう、設計されている。加えて、多層構造２３２は、所与光子エネルギの入射ビームに関し検出器にて所望の回折効率又は検出可能回折光子個数が達成される深さＤを呈するよう、設計されている。回折効率はビーム沿い構造長の平方値に比例し、回折光子個数は入射ビーム波長の平方値に比例する。

幾つかの実施形態では、Ｘ線ビームをもたらすＸ線照明源としてそのビームエネルギ（即ち波長）を選択可能なものが採用される。ある例では多素子アノードＸ線照明源が採用される。この種の実施形態では、入射Ｘ線ビームの波長を適宜選択することで、所望の回折効率及び回折次数空間分離を達成することができ、ひいては校正及びアライメントを最高速度で以て実行することができる。例えば、軟寄り光子により生成される諸回折次数は検出器にて大き目の空間分離を呈する。

多層構造２３２のアスペクト比は大きい（例．５０超のＤ／Λ、５００未満のＤ／Λ）。結果として、多層構造２３２の回折効率が、入射Ｘ線ビーム２３４に対し垂直であり且つ諸構造層に対し平行な軸２６１周りでの多層構造２３２の姿勢に対し、非常に敏感となる。回折効率は、多層構造２３２の諸構造層が入射Ｘ線ビーム２３４に対し完全に平行なときに極大となる。僅かであれ完全整列状態からの軸２６１周り回動があると回折効率の急低下が引き起こされる。この敏感さを利用することで、多層構造２３２ひいてはウェハステージを、検出器２３５上に投射されたウェハ平面内のＸ軸に対し高い正確度で以て整列している回動軸周りで、入射Ｘ線ビームに対し迅速且つ正確に整列させることができる（例．入射Ｘ線ビームを基準とした多層構造の整列具合が１ｍｒａｄ以内）。こうして、ウェハ平面内Ｘ回動軸周りゼロ入射角が校正される。例えば、１００なるアスペクト比（例．１００ｎｍなる多層周期及び１０μｍなるＸ線ビーム沿いターゲット深さ）を有する多層ターゲットでは、ターゲットが１０ｍｒａｄ傾斜すると、計測される回折ビーム２３７Ａ～Ｂ及び２３８Ａ～Ｂの強度が何分の一にも低下する。

図６に、基板２４０に実装された多層構造２３９を有する多層ターゲット上に入射しているＸ線ビーム２３４を示す。それにより生じた諸次回折光２４３、２４４Ａ～Ｂ及び２４５Ａ～Ｂが検出器２３５上で検出される。図６記載の通り、多層構造２３９の諸層は入射Ｘ線ビーム２３４に対し平行に姿勢決めされている。更に、諸層が、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＹ軸に対し平行に姿勢決めされている。入射Ｘ線ビーム２３４は回折されて０次ビーム、±１次ビーム及び±２次ビームとなり、計測スポット２４３、計測スポット２４４Ａ～Ｂ及び計測スポット２４５Ａ～Ｂのうち対応するところで検出器２３５上に入射する。図６記載の通り、多層構造２３９は、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＸ軸に沿い入射ビーム２３４を回折させる。

図５記載の多層構造２３２を参照し記述した通り、多層構造２３９は、所与光子エネルギの入射ビームに関し検出器上で所望の回折次数分離が達成される周期を呈するよう、設計されている。加えて、多層構造２３９は、所与光子エネルギの入射ビームに関し検出器上で所望の回折効率又は検出可能回折光子個数が達成される深さＤを呈するよう、設計されている。

同様に、多層構造２３９のアスペクト比も大きい（例．５０超のＤ／Λ、５００未満のＤ／Λ）。結果として、多層構造２３９の回折効率が、入射Ｘ線ビーム２３４に対し垂直であり且つ諸構造層に対し平行な軸２５３周りでの多層構造２３９の姿勢に対し、非常に敏感となる。回折効率は、多層構造２３９の諸構造層が入射Ｘ線ビーム２３４に対し完全に平行なときに極大となる。僅かであれ完全整列状態からの軸２５３周り回動があると回折効率の急低下が引き起こされる。この敏感さを利用することで、多層構造２３９ひいてはウェハステージを、検出器２３５上に投射されたウェハ平面内のＹ軸に対し高い正確度で以て整列している回動軸周りで、入射Ｘ線ビームに対し迅速且つ正確に整列させることができる（例．入射Ｘ線ビームを基準とした多層構造の整列具合が１ｍｒａｄ以内）。こうして、ウェハ平面内Ｙ回動軸周りでゼロ入射角が校正される。例えば、１００なるアスペクト比（例．１００ｎｍなる多層周期及び１０μｍなるＸ線ビーム沿いターゲット深さ）を有する多層ターゲットでは、ターゲットが１０ｍｒａｄ傾斜すると、計測される回折ビーム２４４Ａ～Ｂ及び２４５Ａ～Ｂの強度が何分の一にも低下する。

図５及び図６記載の諸実施形態に従い、二通りの相直交する方向にて入射角を校正する際には、計量システムにて相異なる二通りの多層ターゲットを採用する。しかしながら、一般的には単一の多層ターゲットを採用すればよく、その多層ターゲットを各回校正間で単純に９０°回動させることによって、二通りの相直交する方向にて入射角を校正することができる。

別の態様では、多層ターゲット・検出器間距離が回折次数間空間分離を踏まえ計測される。

図５への参照により多層構造２３２を参照して記述した通り、多層構造２３９は空間周期Λを呈するよう設計されており、またある具体的な波長λを特徴とするＸ線輻射で以て照明されている。小角散乱想定下では、各非０次回折が０次回折から角度ｎθに亘り角度変位する；但しｎは回折次数である。この角度変位は空間周期及び照明波長の関数であり、ｓｉｎ（θ）＝λ／Λとなる。更に、ターゲットから検出器までの距離Ｌは検出器における１次回折・０次回折間空間分離量Ｓの関数であり、Ｌ＝Ｓ／ｓｉｎ（θ）となる。故に、ターゲットから検出器までの距離Ｌを、検出器にて計測されたＳ及び非常に正確に判明しているシステムパラメタλ及びΛにより、Ｌ＝Ｓ＊Λ／λと表すことができる。

こうしたことから、図１７記載の情報処理システム１３０は、検出器にて求まった回折次数間空間分離量と、λ及びΛに係る既知システムパラメタ値とに基づき、多層ターゲット・検出器間距離を推定するよう、構成されている。

別の態様では、多層ターゲットの諸層に対し平行又は垂直であり且つ入射Ｘ線ビームに対し垂直な方向に多層ターゲットを並進させることで、その入射Ｘ線ビームをその多層ターゲットの中心に対し一軸沿いで整列させる。

前掲の図５によれば、Ｘ線ビーム２３４が多層構造２３２上に入射され、多層構造２３２の諸層が入射Ｘ線ビーム２３４に対し平行に姿勢決めされる。図５記載の通り、ある例では、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＸ軸に対し平行な（例．軸２６１に沿った）方向に、その多層ターゲットが並進される。別の例では、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＸ軸に対し垂直な方向に、その多層ターゲットが並進される。多層構造（例．多層構造２３２）の物理寸法により、その多層構造をある方向に並進させるのが有利か、それとも別の方向に並進させるのが有利かが、決まってくる。もしその多層構造が、一方の方向においては入射Ｘ線ビームのスポットサイズに比し実質的に長く、他方の方向においては入射Ｘ線ビームのスポットサイズに比しほぼ同じか実質的に小さな長さであるなら、その多層構造の拡がりが入射Ｘ線ビームのスポットサイズに比しほぼ同じ長さとなる方向に多層構造を走査するのが有利である。これにより、その多層構造の位置変化に対する諸次回折光計測の感度が最大化される。図５記載の通り、入射Ｘ線ビーム２３４は回折されて０次ビーム、±１次ビーム及び±２次ビーム等々となり、計測スポット２３６、計測スポット２３７Ａ～Ｂ及び計測スポット２３８Ａ～Ｂのうち対応するところで検出器２３５上に入射する。図５記載の通り、多層構造２３２は、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＹ軸に沿い入射ビーム２３４を回折させる。回折効率は、入射Ｘ線ビーム２３４がＸ軸に沿い多層構造２３２の諸構造層上にセンタリングされているとき、極大となる（即ち計測回折強度が最高となる）。僅かであれ対Ｘ方向完全整列状態からの軸２６１沿い並進があると、回折効率の急低下が引き起こされる。この敏感さを利用することで、多層構造２３２ひいてはウェハステージを、検出器２３５上に投射されたウェハ平面内のＸ方向にて、入射Ｘ線ビームに対し迅速且つ正確に整列させることができる。

前掲の図６によれば、Ｘ線ビーム２３４が多層構造２３９上に入射され、多層構造２３９の諸層が入射Ｘ線ビーム２３４に対し平行に姿勢決めされる。図６記載の実施形態では、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＹ軸に対し平行な（例．軸２５３に沿った）方向に、その多層ターゲットが並進される。別の例では、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＹ軸に対し垂直な方向に、その多層ターゲットが並進される。この多層構造をある方向に並進させるのが有利か、それとも別の方向に並進させるのが有利かは、本願既述の通りその多層構造（例．多層構造２３９）の物理寸法により左右される。入射Ｘ線ビーム２３４は回折されて０次ビーム、±１次ビーム及び±２次ビーム等々となり、計測スポット２４３、計測スポット２４４Ａ～Ｂ及び計測スポット２４５Ａ～Ｂのうち対応するところで検出器２３５上に入射する。図６記載の通り、多層構造２３９は、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＸ軸に沿い入射ビーム２３４を回折させる。回折効率は、入射Ｘ線ビーム２３４がＹ軸に沿い多層構造２３９の諸構造層上にセンタリングされているとき、極大となる（即ち計測回折強度が最高となる）。僅かであれ対Ｙ方向完全整列状態からの軸２５３沿い並進があると、回折効率の急低下が引き起こされる。この敏感さを利用することで、多層構造２３９ひいてはウェハステージを、検出器２３５上に投射されたウェハ平面内のＹ方向にて、入射Ｘ線ビームに対し迅速且つ正確に整列させることができる。

図５及び図６記載の諸実施形態に従い、入射Ｘ線ビームに対するウェハステージのＸＹアライメントを校正する際には、計量システムにて２個の相異なる多層ターゲットが採用される。しかしながら、一般には単一の多層ターゲットを採用すればよく、その多層ターゲットを各回校正間で単純に９０°回動させることによってＸＹアライメントを校正することができる。

別の態様では、その多層ターゲットの諸層に対し垂直であり且つ入射Ｘ線ビームに対し垂直な回動軸周りで多層ターゲットを回動させることで、それら入射Ｘ線ビーム及び多層ターゲットを基準としてウェハステージの回動軸が所在決めされる。

図７に、基板２４７に実装された多層構造２４６を有する多層ターゲット上に入射しているＸ線ビーム２３４を示す。それにより生じた諸次回折光２５０、２５１Ａ～Ｂ及び２５２Ａ～Ｂが検出器２３５上で検出される。図７記載の通り、多層構造２４６の諸層が入射Ｘ線ビーム２３４に対し平行に姿勢決めされており、入射Ｘ線ビーム２３４が多層構造２４６を基準としＸ方向にてセンタリングされている。更に、多層構造２４６の諸層が、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＸ軸に対し平行に姿勢決めされている。入射Ｘ線ビーム２３４は回折されて０次ビーム、±１次ビーム及び±２次ビーム等々となり、計測スポット２５０、計測スポット２５１Ａ～Ｂ及び計測スポット２５２Ａ～Ｂのうち対応するところで検出器２３５上に入射する。図７記載の通り、多層構造２４６は、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＹ軸に沿い入射ビーム２３４を回折させる。

回動軸２５３が多層構造２４６及び入射Ｘ線２３４を基準として完全にセンタリングされているときは（即ちＸ軸及びＺ軸に沿い多層構造２４６の中心にて入射Ｘ線ビーム２３４の長手軸と交差しているときは）、軸２５３周り回動が、計測される回折効率に影響しない。しかしながら、回動軸２５３がＸ方向及びＺ方向にて多層ターゲット構造２４６上にセンタリングされていなければ、その多層ターゲット構造２４６がすりこぎ運動して入射Ｘ線ビームに出入りし、回折ビームの合計信号の低減が引き起こされる。こうして、多層ターゲットの軸２５３周り回動に伴う回折光束の変化を利用することで、入射Ｘ線ビーム２３４の軸及び多層ターゲット構造２４６に対する回動軸２５３のＸ方向及びＺ方向ミスアライメントを校正することができる。

別の態様では、少なくとも２個の多層構造を有する複合多層ターゲットであり、それら多層構造が対入射Ｘ線ビーム整列方向に沿い相互隣接配列されたもの、対入射Ｘ線ビーム直交方向に沿い相互隣接配列されたもの、或いはその組合せであるものが提供される。こうして複数個の多層ターゲットを組み合わせることで、入射Ｘ線ビームの相異なる諸部分を相異なる回折角で以て且つ相異なる回折平面に亘り回折させる、特別な校正及びアライメントターゲットが形成される。

幾つかの実施形態では、複合多層ターゲットに備わるそれら多層構造が、実質的に同一な反復積層素材対で以て作成される。言い換えれば、複合多層ターゲットに備わる多層構造それぞれが、厚み及び素材組成の面で実質的に同一な素材対を有するものとされる。これに対し、他の幾つかの実施形態では、複合多層ターゲットに備わる多層構造のうち１個又は複数個が、その複合多層ターゲットに備わる他の多層構造とは異なる反復積層素材対で以て作成される。言い換えれば、複合多層ターゲットに備わる多層構造のうち１個又は複数個が、その複合多層ターゲットが備わる他の多層構造と比べ、厚み、素材組成又はその双方の面で異なる素材対を有するものとされる。

図８に、複合多層ターゲット上に入射しているＸ線ビーム２３４を示す。この複合多層ターゲットは多層構造２６３に実装された多層構造２６２を有しており、その多層構造２６３が更に基板２６４に実装されている。多層構造２６２及び２６３、並びに基板２６４は、対入射Ｘ線ビーム整列方向に沿い相互実装されている。多層構造２６２の諸層は、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＸ軸に対し平行に姿勢決めされている。多層構造２６３の諸層は、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＹ軸に対し平行に姿勢決めされている。入射Ｘ線ビーム２３４は多層構造２６２により回折されて０次ビーム、±１次ビーム及び±２次ビーム等々となり、計測スポット２６７、計測スポット２７０Ａ～Ｂ及び計測スポット２７１Ａ～Ｂのうち対応するところで検出器２３５上に入射する。入射Ｘ線ビーム２３４は多層構造２６３により回折されて０次ビーム、±１次ビーム及び±２次ビーム等々となり、計測スポット２６７、計測スポット２６８Ａ～Ｂ及び計測スポット２６９Ａ～Ｂのうち対応するところで検出器２３５上に入射する。図８記載の通り、多層構造２６２及び２６３の諸層は入射Ｘ線ビーム２３４に対し平行に姿勢決めされている。

更なる態様では、この複合多層ターゲットを、多層ターゲット構造２６２の諸層に対し平行な方向（即ちＸ方向）及び多層ターゲット構造２６３の諸層に対し平行な方向（即ちＹ方向）に並進させることで、その入射Ｘ線ビームをその複合多層ターゲットの中心に対し二軸沿いで整列させる。

Ｙ軸沿い回折効率は、入射Ｘ線ビーム２３４がＸ軸に沿い多層構造２６２の諸構造層上にセンタリングされているとき、極大となる（即ち計測回折強度が最高となる）。Ｘ軸沿い回折効率は、入射Ｘ線ビーム２３４がＹ軸に沿い多層構造２６３の諸構造層上にセンタリングされているとき、極大となる（即ち計測回折強度が最高となる）。僅かであれ何れかの方向にて完全整列状態からの並進があると、それに対応する回折平面に沿い回折効率の急低下が引き起こされる。この敏感さを利用することで、この複合多層構造ひいてはウェハステージを、検出器２３５上に投射されたウェハ平面内のＸ方向及びＹ方向にて、入射Ｘ線ビームに対し迅速且つ正確に整列させることができる。

更なる態様では、この複合多層ターゲットを、多層構造２６２の諸層に対し平行な軸２６１周りで回動させること及び多層構造２６３の諸層に対し平行な軸２５３周りでも回動させることで、多層構造２６２及び２６３の諸層を入射Ｘ線ビーム２３４に対し整列させる。

多層構造２６２の回折効率は、入射Ｘ線ビーム２３４に対し垂直であり且つその構造層に対し平行な軸２６１周りでの多層構造２６２の姿勢に対し、非常に敏感である。回折効率は、多層構造２６２の諸構造層が入射Ｘ線ビーム２３４に対し完全に平行なときに、検出器２３５上に投射されたウェハ平面内のＹ軸沿いで極大となる。僅かであれ完全整列状態からの軸２５３周り回動があると回折効率の急低下が引き起こされる。この敏感さを利用することで、多層構造２６２ひいてはウェハステージを、検出器２３５上に投射されたウェハ平面内のＸ軸に対し整列している回動軸周りで、入射Ｘ線ビームに対し迅速且つ正確に整列させることができる。同様に、多層構造２６３の回折効率は、入射Ｘ線ビーム２３４に対し垂直であり且つその構造層に対し平行な軸２５３周りでの多層構造２６３の姿勢に対し、非常に敏感である。回折効率は、多層構造２６３の諸構造層が入射Ｘ線ビーム２３４に対し完全に平行なときに、検出器２３５上に投射されたウェハ平面内のＸ軸沿いで極大となる。僅かであれ完全整列状態からの軸２５３周り回動があると回折効率の急低下が引き起こされる。この敏感さを利用することで、多層構造２６３ひいてはウェハステージを、検出器２３５上に投射されたウェハ平面内のＹ軸に対し整列している回動軸周りで、入射Ｘ線ビームに対し迅速且つ正確に整列させることができる。こうして、ウェハ平面内Ｘ及びＹ回動軸周りゼロ入射角が校正される。

図９に、図８記載の複合多層ターゲットの端面外観の描像２７５を示す。図９記載の通り、この複合多層ターゲットは、互いに垂直に姿勢決めされた二組の多層化構造を有している。一方の組の多層化構造はＸ方向に対し整列されており、他方の組の多層化構造はＹ方向に対し整列されている。図８及び図９記載の複合多層ターゲットがひときわ適するのは、２個の直交する格子で構成された半導体ターゲットの計測向けにＸ線依拠スキャタロメータ（散乱計）システムを調製する際である。

図１０に、対入射Ｘ線ビーム整列方向に沿いそれぞれ相互隣接配置された三組の多層化ターゲットを有する、別の複合多層ターゲットの端面外観の描像２７６を示す。更に、それら多層化ターゲット構造それぞれが互いに６０°に姿勢決めされているので、六重対称回折像が生成される。図１０記載の複合多層ターゲットがひときわ適するのは、ＶＮＡＮＤチャネルホールエッチング構造を有する半導体ターゲットの計測向けにＸ線依拠スキャタロメータシステムを調製する際である。

一般に、２個以上の別個な多層ターゲット構造であり、同サイズ又は別サイズ、同周期又は別周期、或いはその双方であるものを、対入射Ｘ線ビーム整列方向に沿い相互隣接配列することができる。

図１１に、複合多層ターゲット上に入射しているＸ線ビーム２３４を示す。この複合多層ターゲットは、基板２７９に実装された多層構造２７７と、やはり基板２７９に実装された多層構造２７８とを有している。多層構造２７７及び２７８は、入射Ｘ線ビーム２３４に対し垂直な共通平面内で基板２７９に実装されている。多層構造２７７及び２７８の諸層は、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＸ軸に対し平行に姿勢決めされており、且つ、入射Ｘ線ビーム２３４に対し平行に姿勢決めされている。加えて、多層構造２７７及び２７８は距離Ｇを以て相互分離されている。入射Ｘ線ビーム２３４は多層構造２７７及び２７８により回折されて０次ビーム、±１次ビーム及び±２次ビーム等々となり、計測スポット２８２、計測スポット２８３Ａ～Ｂ及び計測スポット２８４Ａ～Ｂのうち対応するところで検出器２３５上に入射する。

別の態様では、多層構造２７７及び２７８の諸層に対し平行な軸に沿いこの複合多層ターゲットを並進させることで、多層構造２７７及び２７８間の間隙を、その入射Ｘ線ビーム２３４に対し整列させる。回折の計測によって、多層構造２７７及び２７８間の間隙と同サイズの計測ボックス内の光子束、その計測ボックス外での光子漏れ、並びに入射Ｘ線ビーム２３４に対するその計測ボックスの整列状態が判明する。

入射Ｘ線ビーム２３４のうち多層構造２７７及び２７８間の間隙を通過した部分は、検出器２３５における非０次回折信号には寄与しない。即ち、０次光束の計測によって、その間隙内を通過した光子束が判明する。入射Ｘ線ビーム２３４のうち多層構造２７７及び２７８内を通過した部分は回折され、検出器２３５における非０次回折信号に寄与する。検出器２３５上での全回折信号（即ち非０次信号）の計測によって、その間隙外での光子汚染（即ち光子損失）の全体的度合いが判明する。

図１２に、複合多層ターゲット上に入射しているＸ線ビーム２３４を示す。この複合多層ターゲットは、基板２８８に実装された多層構造２８５と、やはり基板２８８に実装された多層構造２８６とを有している。多層構造２８５及び２８６は、入射Ｘ線ビーム２３４に対し垂直な共通平面内で基板２８８に実装されている。多層構造２８５及び２８６の諸層は、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＹ軸に対し平行に姿勢決めされており、且つ、入射Ｘ線ビーム２３４に対し平行に姿勢決めされている。加えて、多層構造２８５及び２８６はＹ方向にて距離Ｇを以て相互分離されている。入射Ｘ線ビーム２３４は多層構造２８５及び２８６により回折されて０次ビーム、±１次ビーム及び±２次ビームとなり、計測スポット２９０、計測スポット２９１Ａ～Ｂ及び計測スポット２９２Ａ～Ｂのうち対応するところで検出器２３５上に入射する。

入射Ｘ線ビーム２３４のうち多層構造２８５及び２８６間の間隙を通過した部分は、検出器２３５における非０次回折信号には寄与しない。即ち、０次光束の計測によって、その間隙内を通過した光子束が判明する。入射Ｘ線ビーム２３４のうち多層構造２８５及び２８６内を通過した部分は回折され、検出器２３５における非０次回折信号に寄与する。検出器２３５上での全回折信号（即ち非０次信号）の計測によって、間隙外光子汚染（即ち光子損失）の全体的度合いが判明する。回折信号に対称性があるため、入射ビーム２３４を基準とした複合多層ターゲットのＹ方向沿い整列状態が判明する。

図１３に、複合多層ターゲット上に入射しているＸ線ビーム２３４を示す。図１３記載の複合多層ターゲットは、対入射Ｘ線ビーム整列方向に沿い図１１及び図１２記載の複合多層ターゲットを組み合わせたものである。この複合多層ターゲットは、基板２９３に実装された多層構造２９４と、やはり基板２９３に実装された多層構造２９５とを有している。多層構造２９４及び２９５は、入射Ｘ線ビーム２３４に対し垂直な共通平面内で基板２９３に実装されている。多層構造２９４及び２９５の諸層は、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＹ軸に対し平行に姿勢決めされており、且つ、入射Ｘ線ビーム２３４に対し平行に姿勢決めされている。加えて、多層構造２９４及び２９５はＹ方向にて距離Ｇを以て相互分離されている。入射Ｘ線ビーム２３４は多層構造２９４及び２９５により回折されて０次ビーム、±１次ビーム及び±２次ビームとなり、計測スポット３００、計測スポット３０３Ａ～Ｂ及び計測スポット３０４Ａ～Ｂのうち対応するところで検出器２３５上に入射する。

加えて、この複合多層ターゲットは、多層構造２９４及び２９５に実装された多層構造２９６及び２９７を有している。多層構造２９６及び２９７は、入射Ｘ線ビーム２３４に対し垂直な共通平面内で多層構造２９４及び２９５に実装されている。多層構造２９６及び２９７の諸層は、検出器２３５上に投射されたウェハ平面のＸ軸に対し平行に姿勢決めされており、且つ、入射Ｘ線ビーム２３４に対し平行に姿勢決めされている。加えて、多層構造２９６及び２９７はＸ方向にて距離Ｇを以て相互分離されている。入射Ｘ線ビーム２３４は多層構造２９６及び２９７により回折されて０次ビーム、±１次ビーム及び±２次ビームとなり、計測スポット３００、計測スポット３０１Ａ～Ｂ及び計測スポット３０２Ａ～Ｂのうち対応するところで検出器２３５上に入射する。

入射Ｘ線ビーム２３４のうち多層構造２９４～２９７間の間隙を通過した部分は、検出器２３５における非０次回折信号には寄与しない。即ち、０次光束の計測により、その間隙内を通過した光子束が判明する。入射Ｘ線ビーム２３４のうち多層構造２９４～２９７内を通過した部分は回折され、検出器２３５における非０次回折信号に寄与する。検出器２３５上での全回折信号（即ち非０次信号）の計測により、その間隙外での光子汚染（即ち光子損失）の全体的度合いが判明する。アライメントを実行することで、Ｘ方向、Ｙ方向又はその双方における光子汚染の余地を最小化することができる。

一般に、間隙サイズを望ましい計測ボックスサイズに設定することで、特定の計測システム構成にてどの程度の光子汚染が見込まれるかについて、見識を集めることができる。ある例では、ビーム整形スリット位置を最適化することで、光子汚染を所定レベル未満に留めつつ光子束が最大化される。

一般に、相異なる周期、姿勢、配列又はそれらの組合せを採る多層構造群から複合多層ターゲットを作成することで、入射ビームの相異なる諸部分（例．左部、右部、上部、下部）から光子汚染への寄与の計測が可能となる。図１３記載の複合多層ターゲットにより、入射Ｘ線ビームに対するターゲットのＸ方向及びＹ方向沿いアライメントを、（例．ビーム整形スリットのアライメント及びサイズを最適化することで）光子汚染を最小にしつつ、同時に行うことが可能となる。更に、全体的な光子汚染の水準がそれと同じ計測で以て定量される。

一般に、他にも多くの複合多層ターゲットを考えることができる。図１４に、８個の多層構造を有する複合多層ターゲット３０５であり、計測対象半導体ターゲットの計測ボックスサイズに等しく空漠な長方形エリアがそれら多層構造により囲まれるものの端面外観を示す。このターゲットを採用することで、そのターゲットを入射Ｘ線ビームに対し整列させて、そのボックスサイズ周辺における全体的な光子汚染を計測することができる。この種のターゲットは、互いに同じ又は異なる周期、同じ又は異なる姿勢、或いはそれらの組合せを有する多層構造群から作成することができる。

図１５に、８個の多層構造を有する複合多層ターゲット３０６であり、計測対象半導体ターゲットの計測ボックスサイズに等しく空漠な長方形エリアがそれら多層構造により囲まれるものの端面外観を示す。このターゲットを採用することで、そのターゲットを入射Ｘ線ビームに対し整列させて、そのボックスサイズ周辺での全体的な光子汚染を最小化すること、並びにその入射Ｘ線ビームの水平、垂直、上方及び下方部分における対光子汚染寄与を同時に個別分解することができる。

図１６に、１２個の多層構造を有する複合多層ターゲット３０７の端面外観を示す。各多層構造がユニークな角度配列及び周期を有している。これにより、Ｘ線ビームに対するターゲットの最適アライメントを、そのボックスサイズ周辺で達成可能な最小の光子汚染で以て行うことが可能となる。加えて、各多層構造がユニークな角度配列及び周期を有しひいては輻射を検出器の相異なる部分へと回折させるため、それらを個別に分解することができるので、複合多層ターゲット３０７により、入射ビームの各部分から光子汚染への寄与の同時計測が可能となる。

図１７に、少なくとも１個の新規態様に従い試料の特性を計測するＴ－ＳＡＸＳ計量ツール１００の実施形態を記す。図１７記載の通り、本システム１００を用いることで、試料１０１のうち照明ビームスポットにより照明されている検査エリア１０２に亘り、Ｔ－ＳＡＸＳ計測を実行することができる。

図示実施形態では計量ツール１００がＸ線照明サブシステム１２５を有しており、それがＸ線照明源１１０、集束光学系１１１、ビーム発散制御スリット１１２、中間スリット１１３及びビーム整形スリット機構１２０を有している。Ｘ線照明源１１０は、Ｔ－ＳＡＸＳ計測に適したＸ線輻射を生成するよう構成されている。幾つかの実施形態では、０．０１ｎｍ～１ｎｍの波長を生成するようそのＸ線照明源１１０が構成される。一般に、高スループットインライン計量を実現するのに十分な光束レベルで高輝度Ｘ線を生成しうる好適な高輝度Ｘ線照明源は全て、Ｔ－ＳＡＸＳ計測向けＸ線照明の供給用に想定することができる。幾つかの実施形態では、そのＸ線源からＸ線輻射を送給するにあたり波長を様々に選べるようにする可調モノクロメータが、そのＸ線源に組み込まれる。

幾つかの実施形態では、１５ｋｅＶ超の光子エネルギで以て輻射を発する１個又は複数個のＸ線源を採用することで、そのＸ線源により送給される光の波長を、確と、デバイス全体及びウェハ基板を通じた十分な透過が可能な波長にする。非限定的な例によれば、粒子加速器線源、液体アノード線源、回動アノード線源、静止固体アノード線源、マイクロフォーカス線源、マイクロフォーカス回動アノード線源、プラズマ式線源及び逆コンプトン線源の何れも、Ｘ線照明源１１０として採用することができる。ある例では、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想定されうる。逆コンプトン線源には、ある光子エネルギ域に亘りＸ線を生成可能であるので、そのＸ線源からＸ線輻射を送給するにあたり波長を様々に選べる、という付加的長所がある。

Ｘ線源の例には、固体又は液体ターゲットを砲撃してＸ線輻射を誘起するよう構成された電子ビーム式線源がある。高輝度液体金属Ｘ線照明生成方法及びシステムが、ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐ．に対し２０１１年４月１９日付で発行された特許文献１にて記述されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。

Ｘ線照明源１１０によりもたらされるＸ線輻射は、有限な横方向寸法（即ち非ゼロのビーム軸直交方向寸法）を有する照明源エリアに亘っている。集束光学系１１１は、試料１０１上に配置された計量ターゲット上へと照明源輻射を集束させる。照明源の横方向寸法が有限であることでターゲット上のスポット１０２が有限サイズとなり、またそのサイズがその照明源の縁からの到来光線１１７により定まる。幾つかの実施形態では集束光学系１１１が楕円形集束光学素子を有する。

ビーム発散制御スリット１１２は、集束光学系１１１・ビーム整形スリット機構１２０間ビーム路上に所在している。ビーム発散制御スリット１１２は、計測下試料に供給される照明の発散を制限する。付加的な中間スリット１１３は、ビーム発散制御スリット１１２・ビーム整形スリット機構１２０間ビーム路上に所在している。中間スリット１１３は更なるビーム整形を施す。とはいえ、概して中間スリット１１３はオプション的である。ビーム整形スリット機構例についての付加的な記述が特許文献１２にて提供されているので、参照によりその主題の全容を本願に繰り入れることにする。

ビーム整形スリット機構１２０は、試料１０１直前のビーム路上に所在している。ある態様では、ビーム整形スリット機構１２０のブレード（刃）を試料１０１に至近配置することで、ビーム発散が有限な照明源サイズで規定されることによる入射ビームスポットサイズの拡張が最小化される。ある例では、Ｘ線源サイズが１０μｍ、ビーム整形スリット・試料１０１間距離が２５ｍｍである場合に、有限な照明源サイズに端を発しビーム整形スリット１２０により生成される幾何学的陰影内へのビームスポットサイズの拡がりが、約１μｍとなる。

幾つかの実施形態では、ビーム整形スリット機構１２０内に複数個の独立駆動型ビーム整形スリットが設けられる。ある実施形態では、ビーム整形スリット機構１２０内に４個の独立駆動型ビーム整形スリットが設けられる。それら４個のビーム整形スリットにより入来ビーム１１５の一部分が効果的に阻止され、箱形照明断面を有する照明ビーム１１６が生成される。

図１８及び図１９に、図１７記載のビーム整形スリット機構１２０の端面外観を二通りの相異なる構成にて示す。図１８及び図１９描出の通り、ビーム軸は紙面に対し垂直である。図１８記載の通り、入来ビーム１１５は大きな断面を有している。幾つかの実施形態では入来ビーム１１５の直径が約１ｍｍとされる。更に、ビーム整形スリット１２６～１２９内入来ビーム１１５所在個所には、ビーム指向誤差による約３ｍｍの不確定性が現れうる。入来ビームのサイズ及びそのビーム所在個所の不確定性を容れるため、各スリットの長さＬが約６ｍｍとされている。図１８記載の通り、各スリットは対ビーム軸直交方向に動かせる。図１８の描写では、スリット１２６～１２９がビーム軸から最大距離のところに所在している（即ちそれらスリットが全開でありビーム整形スリット機構１２０内光通過を制限していない）。

図１９に、ビーム整形スリット機構１２０のスリット１２６～１２９であり、計測下試料に送給される出退ビーム１１６が小サイズ且つ明定形状となるよう、入来ビーム１１５のうち一部分を阻止する位置を採っているものを示す。図１９記載の通り、スリット１２６～１２９それぞれが、ビーム軸に向かい内方に動かされ、それにより所望の出退ビーム形状が達成されている。

スリット１２６～１２９は、散乱が小さく入射輻射を効果的に阻止する素材で構成されている。素材例には単結晶素材、例えばゲルマニウム、ヒ化ガリウム、燐化インジウム等々がある。通常は、構造境界越しの散乱を小さくするため、スリット素材を鋸断するのではなく結晶方向に沿って劈開させる。加えて、入来輻射・スリット素材内部構造間相互作用によりもたらされる散乱が最小量になるよう、その入来ビームを基準としてスリットが姿勢決めされる。結晶を高密度素材（例．タングステン）製のスリットホルダそれぞれに取り付けることで、そのスリットの片側でのＸ線ビームの完全な阻止が図られている。幾つかの実施形態では各スリットの断面が長方形断面とされ、その幅が約０．５ｍｍ、高さが約１～２ｍｍとされる。図１８記載の通り、スリットの長さＬは約６ｍｍである。

大略、Ｘ線光学系はＸ線輻射を整形して試料１０１へと差し向ける。幾つかの例では、その試料１０１上に入射するＸ線ビームを単色化するＸ線モノクロメータがそのＸ線光学系に組み込まれる。幾つかの例では、そのＸ線光学系にて、多層Ｘ線光学系を用いＸ線ビームが平行化され、或いは試料１０１の計測エリア１０２上へと１ｍｒａｄ未満発散で以て集束される。これらの例では、その多層Ｘ線光学系がビームモノクロメータとしても機能する。幾つかの実施形態では、そのＸ線光学系に、１個又は複数個のＸ線平行化鏡、Ｘ線アパーチャ、Ｘ線ビームストップ、屈折性Ｘ線光学系、回折光学系例えばゾーンプレート、モンテル光学系、鏡面反射Ｘ線光学系例えばかすめ入射楕円体鏡、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、多層光学系又はシステム或いはそれらの何らかの組合せが組み込まれる。更なる詳細が特許文献１３にて記述されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。

Ｘ線検出器１１９は、試料１０１から散乱されてきたＸ線輻射１１４を集め、試料１０１の特性のうち入射Ｘ線輻射に対し感応的な特性を示す出力信号１３５を、Ｔ－ＳＡＸＳ計測方式に従い生成する。幾つかの実施形態では、散乱Ｘ線１１４をＸ線検出器１１９により集める際に、試料位置決めシステム１４０により試料１０１を所在決め及び姿勢決めすることで、散乱Ｘ線の角度分解が行われるようにする。

幾つかの実施形態では、Ｔ－ＳＡＸＳシステムが、広いダイナミックレンジ（例．１０^５超）を呈する１個又は複数個の光子計数型検出器を有する。幾つかの実施形態では、単一の光子計数型検出器により検出光子の位置及び個数が検出される。

幾つかの実施形態では、Ｘ線検出器により一通り又は複数通りのＸ線光子エネルギが分解され、その試料の特性を示す信号がＸ線エネルギ成分毎にもたらされる。幾つかの実施形態では、そのＸ線検出器１１９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型比例計数器、ガス充填式比例計数管、シンチレータ及び蛍光素材のうち何れかが備わる。

こうして、その検出器におけるＸ線光子相互作用が、画素所在個所及び計数値に加えエネルギにより弁別される。幾つかの実施形態では、それらＸ線光子相互作用が、そのＸ線光子相互作用のエネルギを所定の上閾値及び所定の下閾値と比較することで弁別される。ある実施形態では、この情報が出力信号１３５を媒介にして情報処理システム１３０に送られ更なる処理及び格納に供される。幾つかの例では、Ｘ線照明源１１０、集束光学系１１１、スリット１１２、１１３、またはこれらの組み合わせは、試料１０１と同一の雰囲気環境に維持される（例えばガスパージ環境）。しかし、幾つかの例では、これらの素子間及びこれらの素子内の光路長は長く、空気中でのＸ線散乱は検出器上の画像にノイズを及ぼす。従って、幾つかの例では、Ｘ線照明源１１０、集束光学系１１１、スリット１１２、１１３は、局所的な真空環境に維持される。図１に示された例では、集束光学系１１１、スリット１１２、１１３、及びビーム整形スリット機構１２０は、排気されたチューブ１１８内の制御された環境（例えば真空）に維持される。照明ビーム１１６は、試料１０１の入射前に、チューブ１１８の端部の窓１２１を通過する。同様に、幾つかの例では、試料１０１と検出器１０９の間の光路長（すなわち、収集ビーム光路）は長く、空気中でのＸ線散乱は検出器上の画像にノイズを及ぼす。従って、幾つかの例では、試料１０１と検出器１０９の間の収集ビーム光路の重要な部分は、真空窓（すなわち真空窓１２４）によって試料（すなわち試料１０１）から分離された局所的な真空環境に維持される。幾つかの例では、Ｘ線検出器１１９は、試料１０１と検出器１１９との間のビーム光路と同様に局所的で真空環境に維持される。例えば、図１７に示されるように、真空チャンバ１２３は、検出器１１９、及び試料１０１と検出器１１９との間のビーム光路の重要な部分を囲む局所的な真空環境を維持する。

更なる態様では、Ｔ－ＳＡＸＳシステムを利用して、散乱光の一通り又は複数通りの回折次数に基づき試料の特性（例．構造パラメタ値）が判別される。図１７記載の通り、計量ツール１００は情報処理システム１３０を有しており、それを利用することで、検出器１１９により生成された信号１３５を獲得し、その獲得信号に少なくとも部分的に依拠して試料の特性を判別している。

幾つかの例では、Ｔ－ＳＡＸＳ依拠計量に際し、計測データで以てする所定計測モデルの逆解により、その標本の寸法が判別される。その計測モデルは、少数（例．１０個オーダ）の可調パラメタを含み、試料の幾何特性及び光学特性と、計測システムの光学特性とを、表すものとする。逆解の方法には、これに限られるものではないがモデル依拠回帰、トモグラフィ、機械学習並びにそれらのあらゆる組合せがある。こうして、計測散乱Ｘ線強度・モデル化結果間誤差が最小になるパラメタ表現（パラメタ化）計測モデル値に関し解くことで、ターゲットプロファイルパラメタが推定される。

望ましくは、広範囲の入射角及びアジマス角にて計測を実行することで、計測パラメタ値の精度及び正確度を向上させる。この手法では、分析に利用可能なデータセットの個数及び多様性を増大させて様々な大角度の面外れ姿勢を含めることで、パラメタ間相関が低減される。例えば垂直姿勢では、Ｔ－ＳＡＸＳはフィーチャの限界寸法を解明することができるが、フィーチャの側壁角及び高さに対してはほとんど不感である。しかしながら、広範囲の面外れ角度姿勢に亘り計測データを集めることで、フィーチャの側壁角及び高さを解明することができる。他の諸例では、広範囲の入射角及びアジマス角に亘る計測により十分な分解能及び浸透深度が提供され、それらの全深度を通じ高アスペクト比構造群が解明される。

回折輻射強度の計測結果は、ウェハ表面法線に対するＸ線入射角に関連付けて収集される。それら複数通りの回折次数に含まれる情報は、通常、個々の考慮下モデルパラメタ間でユニークである。即ち、Ｘ線散乱により注目パラメタの値に関し、推定結果が、小さな誤差及び少ないパラメタ相関で以てもたらされる。

半導体ウェハ１０１の表面法線に対する照明Ｘ線ビーム１１６の個々の向きは、Ｘ線照明ビームを基準としてウェハ１０１の何れか二通りの角度回動により記述されるものであり、またその逆も成り立つ。ある例では、その向きを、ウェハに対し固定された座標系を基準にして記述することができる。図２０に、入射角θ及びアジマス角φにより記述される特定の向きにてウェハ１０１上に入射するＸ線照明ビーム１１６を示す。座標系ＸＹＺは計量システム（例．照明ビーム１１６）に対し固定され、座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’はウェハ１０１に対し固定されている。Ｙ軸はウェハ１０１の表面に対し面内整列されている。Ｘ及びＺはウェハ１０１の表面に対し整列していない。Ｚ’はウェハ１０１の表面に直交する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ている平面内にある。図２０記載の通り、Ｘ線照明ビーム１１６はＺ軸に対し整列しており、従ってＸＺ平面に内在している。入射角θは、ウェハの表面法線を基準としたＸ線照明ビーム１１６の向きを、ＸＺ平面内で記述したものである。更に、アジマス角φは、Ｘ’Ｚ’平面を基準としてＸＺ平面の姿勢を記述したものである。θ及びφが相俟ち、ウェハ１０１の表面を基準としたＸ線照明ビーム１１６の向きがユニークに定まる。この例では、ウェハ１０１の表面を基準としたＸ線照明ビームの向きが、ウェハ１０１の表面に直交する軸（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。他の幾つかの例では、ウェハ１０１の表面を基準としたＸ線照明ビームの向きが、ウェハ１０１の表面に対し整列している第１軸、並びにその第１軸に対し垂直でウェハ１０１の表面に対し整列している別の軸、の周りでの回動により記述される。

幾つかの実施形態では、計量ツール１００に試料位置決めシステム１４０が組み込まれ、垂直的に（即ちウェハ表面に備わり重力ベクトルに対しほぼ整列している平面にて）ウェハを所在決めするよう、また照明ビーム１１６を基準にして６自由度に亘り試料１０１を能動位置決めするよう、それが構成される。加えて、試料位置決めシステム１４０が、その照明ビーム１１６を基準として広範囲の入射角（例．少なくとも７０°）及びアジマス角（例．少なくとも１９０°）に亘り、試料１０１を整列させ且つ試料１０１を姿勢決めするよう、構成される。幾つかの実施形態では、試料位置決めシステム１４０が、試料１０１の表面に対し面内整列している広範囲の回動角（例．少なくとも７０°）に亘り試料１０１を回動させるよう、構成される。こうして、試料１０１の角度分解計測結果が、計量システム１００によって、試料１０１表面上にて任意個数の個所及び姿勢に亘り収集される。ある例では、情報処理システム１３０から試料位置決めシステム１４０へと、試料１０１の所望位置を指示するコマンド信号（図示せず）が送られる。これに応じ、試料位置決めシステム１４０が、試料位置決めシステム１４０の様々なアクチュエータに対するコマンド信号を生成することで、試料１０１の所望位置決めが達成される。

図２１に、ある実施形態における試料位置決めシステム１４０を示す。試料位置決めシステム１４０は、重力ベクトルを基準とし垂直的に（即ち重力ベクトルがウェハ表面とほぼ同一面内となるよう）ウェハ１０１を支持しつつ、照明ビーム１１６を基準としたウェハ１０１の位置の能動制御を全６自由度に亘り行う。試料位置決めシステム１４０がウェハ１０１をウェハ１０１の縁にて支持するので、ウェハ１０１を再実装することなく、ウェハ１０１の能動エリアの任意部分に亘りウェハ１０１内に照明ビーム１１６を送ることができる。ウェハ１０１をその縁にて垂直的に支持することで、ウェハ１０１の重力誘起サグが効果的に軽減される。

図２１記載の通り、試料位置決めシステム１４０は、ベースフレーム１４１、横アライメントステージ１４２、ステージ参照フレーム１４３、並びにステージ参照フレーム１４３に実装されたウェハステージ１４４を有している。参照を目的とし、｛Ｘ_ＢＦ，Ｙ_ＢＦ，Ｚ_ＢＦ｝座標系をベースフレーム１４１に、｛Ｘ_ＮＦ，Ｙ_ＮＦ，Ｚ_ＮＦ｝座標系を横アライメントステージ１４２に、｛Ｘ_ＲＦ，Ｙ_ＲＦ，Ｚ_ＲＦ｝座標系をステージ参照フレーム１４３に、そして｛Ｘ_ＳＦ，Ｙ_ＳＦ，Ｚ_ＳＦ｝座標系をウェハステージ１４４に付してある。ウェハ１０１は、アクチュエータ１５０Ａ～Ｃを有するティップティルトＺステージ１５６によりウェハステージ１４４上で支持されている。ティップティルトＺステージ１５６に実装されたロータリステージ１５８により、照明ビーム１１６を基準としある範囲のアジマス角φに亘り、ウェハ１０１が姿勢決めされる。図示実施形態では３個のリニアアクチュエータ１５０Ａ～Ｃがウェハステージ１４４に実装されており、それによりロータリステージ１５８が支持されひいてはウェハ１０１が支持されている。

アクチュエータ１４５は、横アライメントステージ１４２を、ベースフレーム１４１を基準としＸ_ＢＦ軸に沿い並進させる。ロータリアクチュエータ１４６は、Ｙ_ＮＦ軸に対し整列している回動軸１５３周りで、横アライメントステージ１４２を基準としてステージ参照フレーム１４３を回動させる。ロータリアクチュエータ１４６は、照明ビーム１１６を基準として、ある範囲の入射角θに亘りウェハ１０１を姿勢決めする。ウェハステージアクチュエータ１４７及び１４８は、ステージ参照フレーム１４３を基準としそれぞれＸ_ＲＦ軸，Ｙ_ＲＦ軸に沿い、ウェハステージ１４４を並進させる。

幾つかの実施形態では、ウェハステージ１４４が開放開口二軸（ＸＹ）リニア積層ステージとされる。開放開口であるので、ウェハ（例．３００ｍｍウェハ）全体の任意部分内に計測ビームを通すことができる。ウェハステージ１４４は、回動軸１５３に対しほぼ平行な方向にＹ軸ステージが延びるよう配列されている。更に、そのＹ軸ステージが、重力ベクトルに対しほぼ整列した方向に延びている。

アクチュエータ１５０Ａ～Ｃは、協調動作することによって、ウェハステージ１４４を基準としＺ_ＳＦ方向にロータリステージ１５８及びウェハ１０１を並進させ、またウェハステージ１４４を基準とし、Ｘ_ＳＦ－Ｙ_ＳＦ平面に対し共平面的な諸軸周りでロータリステージ１５８及びウェハ１０１をティップ及びティルトさせる。ロータリステージ１５８のアクチュエータ１４９は、ウェハ１０１の表面に直交する軸周りでウェハ１０１を回動させる。更なる態様では、ロータリステージ１５８のフレームが、運動学的実装要素１５７Ａ～Ｃを有する運動学的実装システムによりアクチュエータ１５０Ａ～Ｃにそれぞれ結合される。ある例では、各運動学的実装要素１５７Ａ～Ｃが、対応するアクチュエータに装着された球と、ロータリステージ１５８に装着されたＶ字形スリットとを、有するものとされる。各球は、対応するＶ字形スリットに対し二点接触をなす。各運動学的実装要素により、アクチュエータ１５０Ａ～Ｃを基準としたロータリステージ１５８の運動が２自由度に亘り規制されるので、３個の運動学的実装要素１５７Ａ～Ｃの合計では、アクチュエータ１５０Ａ～Ｃを基準としたロータリステージ１５８の運動が６自由度に亘り規制されることとなる。各運動学的結合要素を予負荷することで、対応するＶ字形スリットに対しその球を確と、常時接触させ続けることができる。幾つかの実施形態では、その予負荷が重力、機械式ばね機構又はそれらの組合せにより行われる。

別の更なる態様では、ロータリステージ１５８が開放開口ロータリステージとされる。開放開口であるので、ウェハ（例．３００ｍｍウェハ）全体の任意部分内に計測ビームを通すことができる。ロータリステージ１５８は、その回動軸が回動軸１５３に対しほぼ垂直となるよう配列される。更に、ロータリステージ１５８の回動軸は、重力ベクトルに対しほぼ垂直である。ウェハ１０１がエッジグリッパの働きでロータリステージ１５８により固持されるので、縁部での除外を最小限にしつつフルウェハカバレージを実現することができる。

まとめると、試料位置決めシステム１４０により、照明ビーム１１６を基準として６自由度に亘りウェハ１０１の位置を能動制御することができ、ひいてはウェハ１０１の表面上（即ちＸ_ＲＦ方向及びＹ_ＲＦ方向に沿い少なくとも３００ｍｍ範囲）の何処にも照明ビーム１１６を入射させることができる。ロータリアクチュエータ１４６により、照明ビーム１１６を基準としてステージ参照フレーム１４３を回動させることができ、ひいては広範囲（例．２°超）に亘る入射角の何れでもウェハ１０１の表面に照明ビーム１１６を入射させることができる。ある実施形態では、ロータリアクチュエータ１４６が、少なくとも６０°の範囲に亘りステージ参照フレーム１４３を回動させるよう構成される。ウェハステージ１４４に実装されたロータリアクチュエータ１４９により、照明ビーム１１６を基準としてウェハ１０１を回動させることができ、ひいては広範囲（例．少なくとも９０°回動範囲）に亘るアジマス角の何れでもウェハ１０１の表面に照明ビーム１１６を入射させることができる。幾つかの実施形態では、そのアジマス角範囲が少なくとも１９０°回動範囲とされる。

他の幾つかの実施形態では、横アライメントステージ１４２が除去され、ステージ参照フレーム１４３がロータリアクチュエータ１４６によりベースフレーム１４１を基準として回動される。これらの実施形態では、そのＸ線照明システム内に設けた１個又は複数個のアクチュエータにより、そのＸ線照明システムに備わる１個又は複数個の光学素子が動かされ、ひいてはベースフレーム１４１を基準とし例えばＸ_ＢＦ方向にＸ線照明ビーム１１６が動かされる。これらの実施形態では、本願記載の校正を目的としたステージ参照フレーム１４３の運動が、Ｘ線照明システムに備わる１個又は複数個の光学素子の運動であり、例えば回動軸１５３を基準として所望位置までＸ線照明ビームを動かすものに、置き換わっている。図１７及び図２４記載の諸実施形態では、情報処理システム１３０からアクチュエータサブシステム１１１’へと、ベースフレーム１４１に比したＸ線放射の方向を変えさせるコマンド信号１３８を送ることで、Ｘ線照明サブシステム１２５に備わる１個又は複数個の素子を動かし所望ビーム方向を達成している。図示実施形態では、アクチュエータサブシステム１１１’により集束光学系１１１を動かすことで、ベースフレーム１４１に比したＸ線放射の方向を変えさせること、ひいては回動軸１５３に比したＸ線放射の所在個所を変えさせることができる。

大略、試料位置決めシステムにより、半導体ウェハの自動位置決めが６自由度に亘り行われる。加えて、その試料位置決めシステムが縁把持部材及びアクチュエータをロータリステージ上に有しているので、ウェハハンドリングロボットとの協働で、ウェハをその垂直位置に効果的にロードしまたアンロードすることができる。

幾つかの実施形態では、３個のセンサが試料位置決めシステム上に配置され、それらによりその試料位置決めシステムを基準としてウェハ背面の距離が計測される。こうして、ウェハのたわみが、ティップティルトＺステージを用いたウェハの運動により計測及び補償される。

別の態様では、ＳＡＸＳ計量システムにて少なくとも１個の高回折効率多層ターゲットが採用され、それによりＸ線照明ビームが試料位置決めシステムを基準として所在決めされる。この多層ターゲットは少なくとも１個のマーカ及び少なくとも１個の多層構造を有する。試料位置決めシステムの座標系内でそのマーカを所在決めするため、アライメントカメラが採用される。その多層構造を基準としたそのマーカの所在個所は、アプリオリに（例．２００ｎｍ未満の正確度で以て）既知である。故に、試料位置決めシステムの座標系における多層構造の所在個所が、直截的な座標変換により容易に求まる。その多層構造は、透過光束の検出強度が計測されている間に、照明ビームにより横断走査される。その照明ビームの中心が、本願既述の通り計測強度に基づき、その多層構造を基準として精密に所在決めされる。多層構造の所在個所が試料位置決めシステムの座標系にて既知であるため、試料位置決めシステムの座標系における照明ビームの中心の所在個所が、単純な座標変換により精密に所在決めされる。

幾つかの例では、試料位置決めシステムを基準とした照明ビームの入射個所を校正するため、多層ターゲットが採用される。他の幾つかの例では、ウェハに対する照明ビームの入射点にて、照明ビームを基準としてステージ参照フレームの回動軸を整列させるため、多層ターゲットが採用される。

図２３に、ある実施形態における多層ターゲット１５２を示す。図２３記載の実施形態では、多層ターゲット１５２が多層構造１５２Ａ及びマーカ１５１を有している。幾つかの実施形態では、多層ターゲット１５２が試料位置決めシステム例えば試料位置決めシステム１４０に実装される。それらの実施形態では、多層ターゲット１５２が校正ウェハではなく試料位置決めシステム１４０に実装される。他の幾つかの実施形態では、多層ターゲット１５２が、１個又は複数個の多層ターゲットを有する特殊な校正ウェハに実装されること、或いはその一体部分として作成されることがある。多層ターゲット１５２は、試料位置決めシステムに実装された光学顕微鏡により読み取れる１個又は複数個のマーカ（例．マーカ１５１）をも有している。多層構造１５２Ａを基準としたマーカ１５１の所在個所は精密に判明している。こうして、多層構造１５２Ａの所在個所が、マーカ１５１の所在個所からの単純な座標変換により判別される。

図２３記載の実施形態では、多層構造１５２Ａの中心がウェハ１０１の表面に対しほぼ共平面的になるよう、多層ターゲット１５２がロータリステージ１５８のフレームに実装されている。図２３記載の通り、多層構造１５２Ａの中心が、Ｙ_ＮＦ軸及びＸ_ＲＦ軸に対し平行にほぼ整列されている。

試料位置決めシステム１４０は、ステージ参照フレーム１４３に実装されたアライメントカメラ１５４をも有している。図示実施形態では、そのアライメントカメラがステージ参照フレームに実装されており、従ってそのステージ参照フレームと共に回動する。アライメントカメラ１５４は、その視野内にある物体例えばウェハ１０１の高分解能画像を生成するよう、構成されている。幾つかの実施形態では、アライメントカメラ１５４がオートフォーカス機構をも有しているので、計測距離分だけカメラの焦点を精密に動かすことで鮮明な画像焦点が保たれる。これらの実施形態のうち幾つかでは、アライメントカメラ１５４を用い、そのカメラの焦点のｚ変位を監視することにより、カメラ本体の実装先たるステージ参照フレームと、そのカメラにより撮像されるウェハ１０１又はマーカ１５１と、の間の相対距離を計測することができる。

他の幾つかの実施形態では、アライメントカメラが横アライメントステージ１４２に実装される。これらの実施形態のうち幾つかでは、アライメントカメラを用い、そのアライメントカメラの視野内にあるマーカ１５１又はウェハ１０１に実装された光学マーカの所在個所を監視することにより、カメラ本体の実装先たる｛Ｘ_ＮＦ，Ｙ_ＮＦ，Ｚ_ＮＦ｝座標系と、そのカメラにより撮像されるウェハ１０１又はマーカ１５１と、の間の相対距離を計測することができる。

ある更なる態様では、ウェハ表面の平面内のある一次元における照明ビームの精密な入射個所が、その照明ビームと多層ターゲットとの相互作用を踏まえ判別される。

図２３は試料位置決めシステム１４０の描写図であり、多層ターゲット１５２の多層構造１５２Ａ上に照明ビーム１１６が入射する位置までそのウェハステージが動かされている。多層構造１５２Ａを基準とした照明ビームの精密な入射個所が、検出器１１９により計測された透過光束と、照明ビーム１１６（即ちベースフレーム１４１）を基準とした多層構造１５２ＡのＸ位置との関係に基づき、判別される。図２３記載の通り、多層構造１５２ＡがＸ方向に動かされるにつれ、計測光束とＸ位置との関係を示す信号１５５が検出器１１９により生成され、その結果が分析されることで、照明ビーム１１６の中心に対応する多層構造１５２Ａの位置が識別される。

Ｙ方向アライメントその他、本願記載のアライメントは、本願既述の諸技術に従い他の多層ターゲットを計測すること、多層ターゲット１５２の姿勢を変えること、或いはそれらの組合せにより達成される。一般に、複数個の多層ターゲットを採用することで、冗長性を発生させること、並びにビームの所在及び姿勢決めの校正正確度を高めることができる。

図２３記載の通り、照明ビーム１１６の中心が本願既述の通り多層ターゲット１５２に対し整列している。図２３記載の実施形態では、基準マーク（フィドゥーシャルマーク）１５１が多層ターゲット１５２の表面上に所在しており、多層構造１５２Ａを基準としたその所在個所が既知である。多層ターゲット１５２に対するビーム中心アライメント個所では、多層ターゲット１５２又は基準１５１を基準とした照明ビーム１１６の位置が、アライメントカメラ１５４により記録される。これにより、照明ビームの相対位置が、アライメントカメラの視野内における精密な所在個所を基準として登録・定位される（焦点位置変化はないと仮定する）。図２１記載の通り、ウェハ１０１はアライメントカメラ１５４の視野内で動かされる。ウェハ１０１が動かされ、ひいてはアライメントカメラ１５４の視野内でそのウェハ上の所望個所（例．基準マーク）が撮像される。その所望個所を基準とした照明ビーム１１６の位置が、先の登録を踏まえアライメントカメラ１５４により判別される。こうして、ウェハ１０１上における照明ビーム１１６のＸ方向及びＹ方向位置が、アライメントカメラ１５４により収集された画像に基づき速やかに推定される。幾つかの実施形態では、多層ターゲット１５２のＺ方向所在個所を基準としたウェハのＺ方向位置が、ウェハ１０１の表面上のリソグラフィックフィーチャが精密合焦に至るまでアライメントカメラ１５４の焦点位置を変化させることで、計測される。その焦点位置変化分が、多層ターゲット１５２とウェハ上の撮像個所との間のＺ位置差を示している。他の幾つかの実施形態では、多層ターゲット１５２のＺ方向所在個所を基準としたウェハのＺ方向位置が、１個又は複数個の光学式接近センサ、静電容量式接近センサ、インタフェロメトリ（干渉計測）依拠センサその他、好適な接近センサによって計測される。アクチュエータ１５０Ａ～Ｃを利用し、Ｚ方向に沿いウェハ１０１を再位置決めすることで、多層ターゲット１５２と同一平面内になるよう撮像個所を再配置することができる。

更なる態様では、照明ビームの入射位置がウェハステージ座標に基づきウェハ上の任意個所にて判別される。照明ビーム中心が多層ターゲット１５２に対し整列され、多層ターゲット１５２を基準とした照明ビームの位置が本願既述の通りアライメントカメラにより記録された暁には、その照明ビーム入射個所をステージ座標へと移し替えることができる。図２１記載の通り、ウェハ１０１がアライメントカメラ１５４の視野内で動かされる。ウェハ１０１のその動きが、ウェハステージ１４４に備わる位置計測システム（例．リニアエンコーダ等々）により計測される。アライメントカメラ１５４の視野内で撮像されたウェハ上の３個以上の所望個所（例．基準マーク）までウェハ１０１を動かすことで、ステージ座標におけるウェハの位置と併せ、当該所望個所を基準とした照明ビームの位置が各所望個所にて判別される。それら３個以上の個所における既知な照明ビーム個所及びステージ座標に基づき、照明ビーム入射個所にステージ座標を関連付けるマップが生成される。

多層ターゲット１５２が（Ｘ方向にて）照明ビーム１１６の中心に所在決めされた後、多層ターゲット１５２上に所在する基準マーク１５１の所在個所をアライメントカメラ１５４により撮像することで、アライメントカメラ１５４の視野内におけるビーム個所・画像個所間関係を確定することができる。アライメントカメラ１５４が、ステージ参照フレーム１４３を基準として固定的又は再現可能な位置に所在決めされるので、ステージ参照フレーム１４３を基準とした照明ビームの所在個所がその画像により登録・定位され、ひいてはその画像がＸ方向におけるビーム所在個所に関する基準として振る舞うこととなる。更に、アライメントカメラ１５４により基準マークについての精密な焦点位置を確定することで、ステージ参照フレーム１４３を基準とした多層ターゲット１５２の精密なＺ方向所在個所を確定することができる。アライメントカメラ１５４がステージ参照フレームと共に回動する諸実施形態では、そのアライメントカメラ１５４の焦点位置が、ステージ参照フレームを基準とした多層ターゲット１５２のＺ位置に関する基準として働く。

別の態様では、ウェハ表面の平面における回動軸１５３の対照明ビーム精密アライメントについて、Ｘ線検出器１１９により計測された照明ビーム・多層ターゲット１５２相互作用を踏まえ判別される。

計測無欠性を確保するためには、ウェハ１０１の表面上における照明ビーム１１６の入射個所を、広範囲の入射角及びアジマス角に亘る計測の間、静止保持させるべきである。この目的を達成するには、ステージ参照フレーム１４３の回動軸１５３を、その計測個所にてウェハ１０１の表面に対しほぼ共平面的にしなければならない。更に、その計測個所におけるウェハ１０１への照明ビーム１１６の入射点にて回動軸１５３が照明ビーム１１６と交差するよう、その回動軸１５３をＸ_ＢＦ方向にて照明ビーム１１６に対して整列させねばならない。

図２２Ａに、図２１記載のウェハ１０１上に入射している照明ビーム１１６の頂面外観を示す。図２２Ａに示す端面外観によれば、回動軸１５３の整列状態が、ウェハ１０１上の個所１０３におけるウェハ１０１への照明ビーム１１６の入射点にて、回動軸１５３が照明ビーム１１６と交差する状態となっている。図２２Ａ記載の通り、ウェハ１０１が回動軸１５３周りで大きな入射角θに亘り回動されても、照明ビーム１１６が個所１０３に入射し続ける。即ち、この状況では、ウェハ１０１の表面上における照明ビーム１１６の入射個所が、ある広範囲な入射角に亘る計測の間、静止し続ける。

図２２Ｂに、図２１記載のウェハ１０１上に入射している照明ビーム１１６の頂面外観を示す。図２２Ｂに示す端面外観によれば、回動軸１５３の整列状態が、回動軸１５３がウェハ１０１の表面に対し距離∂ｚ分、誤整列した状態となっている。図２２Ｂ記載の通り、ウェハ１０１が回動軸１５３周りで大きな入射角θに亘り回動されると、個所１０３のうち一部分がもはや照明されなくなる（即ちウェハ１０１のうち他の何らかの部分が代わりに照明される）。即ち、この状況では、ウェハ１０１の表面上における照明ビーム１１６の入射個所が、非常に望ましくないことに、広範囲の入射角に亘る計測の間にドリフトする。

図２２Ｃに、図２１記載のウェハ１０１上に入射している照明ビーム１１６の頂面外観を示す。図２２Ｃに示す端面外観によれば、回動軸１５３の整列状態が、回動軸１５３がウェハ１０１の表面に対し共平面的であるものの、照明ビーム１１６から距離∂ｘ分だけオフセットした状態となっている。図２２Ｃ記載の通り、ウェハ１０１が回動軸１５３周りで大きな入射角θに亘り回動されると、個所１０３のうち一部分がもはや照明されなくなる（即ちウェハ１０１のうち他の何らかの部分が代わりに照明される）。即ち、この状況では、ウェハ１０１の表面上における照明ビーム１１６の入射個所が、非常に望ましくないことに、広範囲の入射角に亘る計測の間にドリフトする。

幾つかの実施形態では、ステージ参照フレームの回動軸の校正が、照明ビームの中心を多層ターゲット１５２に対し整列させ、複数通りの相異なるステージ参照フレーム回動位置θにて光束を計測することで、達成される。

一般に、透過光束を相異なる入射角にて計測することで、回動軸１５３をＸ方向及びＺ方向にて多層ターゲット１５２に対し整列させるのに必要な変位値を、判別することができる。

別の更なる態様では、試料の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、その構造モデルに由来する少なくとも１個の幾何パラメタを含むＴ－ＳＡＸＳ応答モデルを生成し、そしてそのＴ－ＳＡＸＳ応答モデルで以てＴ－ＳＡＸＳ計測データの当て嵌め分析を実行することで少なくとも１個の試料パラメタ値を解明するよう、情報処理システム１３０が構成される。その分析エンジンを用いそれら模擬Ｔ－ＳＡＸＳ信号を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例えば電子密度の判別を行うことができる。図１７記載の実施形態では、情報処理システム１３０がモデル構築兼分析エンジンとして構成されており、本願記載のモデル構築兼分析機能が実現されるようそのエンジンが構成されている。

図２４は、情報処理システム１３０により実現されるモデル構築兼分析エンジン例１８０の描写図である。図２４記載の通り、モデル構築兼分析エンジン１８０は、試料の被計測構造の構造モデル１８２を生成する構造モデル構築モジュール１８１を有している。幾つかの実施形態では、構造モデル１８２にその試料の素材特性も組み込まれる。その構造モデル１８２はＴ－ＳＡＸＳ応答関数構築モジュール１８３への入力として受け取られる。Ｔ－ＳＡＸＳ応答関数構築モジュール１８３は、その構造モデル１８２に少なくとも部分的に依拠してＴ－ＳＡＸＳ応答関数モデル１８４を生成する。幾つかの例では、そのＴ－ＳＡＸＳ応答関数モデル１８４がＸ線フォームファクタ

に基づくものとされる。但しＦはフォームファクタ、ｑは散乱ベクトル、ρ（ｒ）は球座標による試料の電子密度である。次いで、Ｘ線散乱強度が

により与えられる。Ｔ－ＳＡＸＳ応答関数モデル１８４は当て嵌め分析モジュール１８５への入力として受け取られる。当て嵌め分析モジュール１８５は、そのモデル表現（モデル化）Ｔ－ＳＡＸＳ応答をそれに対応する計測データと比較することで、その試料の幾何特性及び素材特性を求める。

幾つかの例では、実験データへのモデル化データの当て嵌めが、χ二乗値を最小化することで達成される。例えば、Ｔ－ＳＡＸＳ計測に関しては、χ二乗値を

と定義することができる。

但し、Ｓ_ｊ ^{ＳＡＸＳ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ}は「チャネル」ｊにおける計測Ｔ－ＳＡＸＳ信号１２６、指数ｊは一組のシステムパラメタ、例えば回折次数、エネルギ、角度座標等々を記述するものである。Ｓ_ｊ ^{ＳＡＸＳ ｍｏｄｅｌ}（ｖ_１，…，ｖ_Ｌ）は、「チャネル」ｊに係るモデル化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に関し評価したものであり、それらのパラメタは幾何（ＣＤ、側壁角、オーバレイ等々）及び素材（電子密度等々）を記述するものである。σ_{ＳＡＸＳ，ｊ}は第ｊチャネルに係る不確定性である。Ｎ_ＳＡＸＳはその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相関しないことが仮定されている。別々のチャネルに係る不確定性が相関する諸例では、それら不確定性間の共分散を計算することができる。それらの例では、Ｘ線スキャタロメトリ計測に係るχ二乗値を

と表すことができる。

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

幾つかの例では、当て嵌め分析モジュール１８５にて、Ｔ－ＳＡＸＳ応答モデル１８４で以てＴ－ＳＡＸＳ計測データ１３５に対する当て嵌め分析を実行することで、少なくとも１個の試料パラメタ値が解明される。幾つかの例ではχ_ＳＡＸＳ ^２が最適化される。

本願既述の通り、Ｔ－ＳＡＸＳデータの当て嵌めはχ二乗値の最小化により達成される。とはいえ、一般に、Ｔ－ＳＡＸＳデータの当て嵌めを他の関数により達成してもよい。

Ｔ－ＳＡＸＳ計量データの当て嵌めは、注目幾何及び／又は素材パラメタに対する感応性を提供するあらゆる種類のＴ－ＳＡＸＳテクノロジにて有利なことである。試料パラメタは、試料とのＴ－ＳＡＸＳビーム相互作用を記述する適正なモデルが用いられる限り、決定論的（例．ＣＤ、ＳＷＡ等々）とも統計的（例．側壁粗さのｒｍｓ高、粗さ相関長等々）ともすることができる。

大略、情報処理システム１３０は、リアルタイム限界寸法決め（ＲＴＣＤ）を利用しモデルパラメタにリアルタイムアクセスするよう構成されるが、事前算出モデルのライブラリにアクセスして試料１０１に係る少なくとも１個の試料パラメタ値を判別するのでもよい。一般に、ある種の形態のＣＤエンジンを用いることで、試料に割り当てられているＣＤパラメタと、計測された試料に係るＣＤパラメタとの間の差異を、評価することができる。試料パラメタ値計算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１４にて記述されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。

幾つかの例では、モデル構築兼分析エンジン１８０にて、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の何らかの組合せにより、計測パラメタの正確度が改善される。フィードサイドウェイ分析とは、同じ試料の別エリア上で複数個のデータセットを採取し、第１データセットから求まった共通パラメタを第２データセット側に引き渡して分析に供することである。フィードフォワード分析とは、別々の試料上でデータセットを採取し、ステップ的コピーイグザクトパラメタフィードフォワード手法を用い爾後の分析に共通パラメタを先渡しすることである。パラレル分析とは、複数個のデータセットに対する非線形当て嵌め方法論の並列的又は同時的適用であり、その当て嵌め中に少なくとも１個の共通パラメタが結合されるもののことである。

複数ツール兼構造分析とは、回帰、ルックアップテーブル（即ち「ライブラリ」マッチング）又は他の複数データセット当て嵌め手順に依拠する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のことである。複数ツール兼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１５にて記述されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。

別の更なる態様では、計測ターゲットを基準とした入射Ｘ線ビームの向き一通りにて実行されたＴ－ＳＡＸＳ計測を踏まえ、１個又は複数個の注目パラメタの初期推定値が決定される。それら初期推定値が注目パラメタの開始値として実装され、複数通りの向きでのＴ－ＳＡＸＳ計測で集めた計測データによる計測モデルの回帰に供される。こうして、注目パラメタの密推定値が相対的に少量の情報処理労力で以て決定され、またその密推定値を開始点として実装してずっと大きなデータセットに亘る回帰に供することで、その注目パラメタの精細推定値が些少な総情報処理労力で以て得られる。

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、本願記載の通りビーム制御機能を実現するよう構成される。図１７記載の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、それを動作させることで何らかの照明特性、例えば入射照明ビーム１１６の強度、発散、スポットサイズ、偏向、スペクトル及び位置決めを制御することができる。

図１７描出の通り、情報処理システム１３０は検出器１１９に可通信結合されている。情報処理システム１３０は、検出器１１９から計測データ１３５を受領するよう構成されている。一例に係る計測データ１３５は、計測された試料応答（即ち諸次回折強度）についての指示情報を含むものである。検出器１１９の表面上で計測された応答の分布に基づき、試料１０１上における照明ビーム１１６の入射個所及びエリアが、情報処理システム１３０によって判別される。ある例では、パターン認識技術が情報処理システム１３０により適用され、それにより試料１０１上における照明ビーム１１６の入射個所及びエリアが計測データ１３５に基づき判別される。幾つかの例では、情報処理システム１３０から照明源１１０へとコマンド信号１３７を送ることで、所望の照明波長が選択される。幾つかの例では、情報処理システム１３０からアクチュエータサブシステム１１１’へとコマンド信号１３８を送ることで、ベースフレーム１４１に比したＸ線放射の方向を変化させ、それにより所望ビーム方向が達成される。幾つかの例では、情報処理システム１３０からビーム整形スリット機構１２０へとコマンド信号１３６を送ることで、入射照明ビーム１１６が所望のビームスポットサイズ及び向きで以て試料１０１に到来するよう、ビームスポットサイズを変化させる。ある例では、コマンド信号１３６に応じ、図２１記載のロータリアクチュエータ１２２が、試料１０１を基準とし所望の向きまでビーム整形スリット機構１２０を回動させる。別の例では、コマンド信号１３６に応じ、スリット１２６～１２９それぞれに係るアクチュエータの位置を変化させることで、所望の形状及びサイズへと入射ビーム１１６を再整形させる。他の幾つかの例では、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ることで、試料１０１を基準とし所望の個所及び角度方位にて入射照明ビーム１１６が到来するよう、試料１０１を位置決め及び姿勢決めさせる。

更なる態様では、Ｔ－ＳＡＸＳ計測データを用い、被検出回折次数の計測強度に基づき被計測構造の画像が生成される。幾つかの実施形態では、包括電子密度メッシュからの散乱を記述すべくＴ－ＳＡＸＳ応答関数モデルが一般化される。そのメッシュにおけるモデル化電子密度に制約を加えることで連続性及び疎エッジを強調しつつ、そのモデルを計測信号にマッチングさせることで、その標本の三次元画像がもたらされる。

幾何学的でモデルに依拠したパラメトリック逆変換が、Ｔ－ＳＡＸＳ計測に依拠した限界寸法（ＣＤ）計量には望ましいけれども、被計測試料がその幾何モデルの仮定事項から逸脱しているときには、それと同じＴ－ＳＡＸＳデータから生成された試料マップが、モデル誤差を識別して補正するのに役立つ。

幾つかの例では、同じスキャタロメトリ計測データの幾何学的モデル依拠パラメトリック逆変換により推定された構造特性に対し、その画像が比較される。食い違いを用い、その被計測構造の幾何モデルを更新して、計測性能を改善することができる。正確なパラメトリック計測モデルへと集束するこの能力は、集積回路を計測してそれら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。

幾つかの例では、その画像が、電子密度、吸光率、複素屈折率又はそれら素材特性の組合せの二次元（２Ｄ）マップとなる。幾つかの例では、その画像が、電子密度、吸光率、複素屈折率又はそれら素材特性の組合せの三次元（３Ｄ）マップとなる。そのマップは比較的少数の物理的制約を用い生成される。幾つかの例では、得られたマップから直に、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推定される。他の幾つかの例では、モデル依拠ＣＤ計測向けに採用されたパラメトリック構造モデルにより考慮される期待範囲外に標本の幾何又は素材が外れているとき、そのウェハプロセスをデバッグするのにそのマップが役立つ。ある例では、そのマップと、その被計測パラメタ群に従いそのパラメトリック構造モデルにより予測された構造の描像と、の間の差異を用い、そのパラメトリック構造モデルが更新されてその計測性能が改善される。更なる詳細が特許文献１６にて記述されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。付加的な詳細が特許文献３にて記述されているので、参照によりその全容を本願に繰り入れることにする。

更なる態様では、Ｘ線計測光学計測複合分析用のモデルを生成すべくモデル構築兼分析エンジン１８０が採用される。幾つかの例では、例えば厳密結合波分析（ＲＷＣＡ）に依拠した光学シミュレーションによりマクスウェルの方程式が解かれ、光学信号例えば反射率が、様々な偏向、エリプソメトリパラメタ、位相変化等々に関し算出される。

１個又は複数個の注目パラメタの値が、複数通りの相異なる入射角における諸Ｘ線回折次数の検出強度並びに光学検出強度の結合当て嵌め分析であり、結合幾何パラメタ化応答モデルによるものを踏まえ、判別される。その光学強度を計測する光学計量ツールは、Ｘ線計量システム例えば図１７記載のシステム１００と機械的に一体化されていてもよいし、一体化されていなくてもよい。更なる詳細が特許文献２及び１７にて記述されているので、参照によりそれぞれの全容を本願に繰り入れることにする。

一般に、計量ターゲットはアスペクト比、即ちその計量ターゲットの最大高さ寸法（即ちウェハ表面に直交する寸法）を最大横方向寸法（即ちウェハ表面に対し整列された寸法）により除したものとして定義される比により、特徴付けられる。幾つかの実施形態では、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。幾つかの実施形態では、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。

認識されるべきことに、本件開示の随所に記載されている様々なステップを、単一コンピュータシステム１３０により実行してもよいし、それに代え複数コンピュータシステム１３０により実行してもよい。更に、システム１００に備わる様々なサブシステム例えば試料位置決めシステム１４０が、本願記載の諸ステップのうち少なくとも一部分を実行するのに適したコンピュータシステムを有していてもよい。従って、これまでの記述は本発明に対する限定事項としてではなく、単なる例証として解されるべきである。更に、１個又は複数個の情報処理システム１３０を、本願記載の何れの方法実施形態の何れの他ステップ（群）を実行するよう構成してもよい。

加えて、コンピュータシステム１３０を、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及び検出器１１９に、本件技術分野で既知な何れの要領で可通信結合させてもよい。例えば、１個又は複数個の情報処理システム１３０を、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及び検出器１１９に係る情報処理システムそれぞれに結合させてもよい。また例えば、コンピュータシステム１３０に結合された単一コンピュータシステムにより、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及び検出器１１９のうち何れかを直に制御してもよい。

コンピュータシステム１３０を、本システムの諸サブシステム（例．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）からのデータ又は情報を伝送媒体、例えば有線及び／又は無線区間を有するそれにより受領及び／又は獲得するよう、構成してもよい。こうして、その伝送媒体を、コンピュータシステム１３０とシステム１００の他サブシステムとの間のデータリンクとして働かせてもよい。

計量システム１００のコンピュータシステム１３０を、他システムからのデータ又は情報（例．計測結果、モデル化入力、モデル化結果等々）を伝送媒体、例えば有線及び／又は無線区間を有するそれにより受領及び／又は獲得するよう、構成してもよい。こうして、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てもよい。例えば、データリンクを介し格納媒体（即ちメモリ１３２又は１９０）から計測データ（例．信号１３５）を受け取るよう、情報処理システム１３０を構成してもよい。例えば、検出器１１９を用いて得た分光結果を、恒久的又は半恒久的記憶デバイス（例．メモリ１３２又は１９０）内に格納してもよい。この場合には、オンボードメモリから或いは外部メモリシステムから、それら計測結果をインポートすることができる。更に、コンピュータシステム１３０が伝送媒体を介し他システムに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により判別された試料パラメタ値１８６を、恒久的又は半恒久的記憶デバイス（例．メモリ１９０）内に格納してもよい。この場合には、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。

諸方法例えば本願記載のそれらを実現するプログラム命令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してもよい。例えば、図１描出の通り、メモリ１３２内に格納されているプログラム命令が、バス１３３上でプロセッサ１３１へと伝送される。プログラム命令１３４が、コンピュータ可読媒体（例．メモリ１３２）内に格納される。コンピュータ可読媒体の例に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含まれる。

図２５に、本発明の計量システム１００による実施に適した方法４００のフローチャートを示す。ある態様によれば、認識頂けるように、事前に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４００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の文脈で提示されているが、本願での認識によれば、計量システム１００の具体的な構造的諸側面で限定事項が表されるわけではなく、それは専ら例証として解されるべきである。

ブロック４０１では、Ｘ線照明ビームがＸ線照明サブシステムによって生成される。

ブロック４０２では、多層校正ターゲットが、試料位置決めシステムによってそのＸ線ビームの経路上に位置決めされる。その多層校正ターゲットは、Ｘ線透過素材及びＸ線吸収素材の反復層が備わる第１多層構造を、有するものである。その多層校正ターゲットが、それら反復層がその入射Ｘ線ビームに対しほぼ平行に姿勢決めされるよう、そのＸ線ビームの経路上に配置される。

ブロック４０３では、その入射Ｘ線ビームに応じその多層校正ターゲットにより回折されたＸ線光子が、その試料位置決めシステムのある位置範囲に亘り検出される。

ブロック４０４では、その多層校正ターゲットを基準としたそのＸ線ビームの入射個所が、それら検出された回折Ｘ線光子に基づき判別される。

幾つかの実施形態では、本願記載のスキャタロメトリ計測が製造プロセスツールの一部分として実施される。製造プロセスツールの例には、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、膜堆積ツール、インプランテーション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計測データが本願記載の如く分析され、その結果を用いその製造プロセスツールの動作が調整される。

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判別することができる。構造の例には、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。構造特性の例には、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（ポア）サイズ、孔密度、側壁角、プロファイル、限界寸法、ピッチ、厚み、オーバレイと、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。幾つかの実施形態では計量ターゲットが周期的な構造とされる。他の幾つかの実施形態では計量ターゲットが非周期的なものとされる。

幾つかの例では、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）又は垂直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）を初めとする高アスペクト比半導体構造の限界寸法、厚み、オーバレイ及び素材特性の計測が、本願記載の通りＴ－ＳＡＸＳ計測システムで以て実行される。

本願記載の通り、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）、あらゆる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。構造には三次元構造、パターン化構造、オーバレイ構造等々が含まれうる。

本願記載の通り、語「限界寸法アプリケーション」又は「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。

本願記載の通り、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初め、その態様を問わず試料の特性解明に少なくとも部分的に採用されるシステム全てが包含される。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をパターニング済ウェハの計測向けに構成しても、及び／又は、未パターニングウェハの計測向けに構成してもよい。その計量システムを、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同時にデータを得るもの）その他、本願記載の計測技術から利を受けるどのような計量又は検査ツールとして構成してもよい。

本願には、試料の処理に使用されうる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載されている。本願では、語「試料」が、ウェハ、レティクルその他、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）されうるあらゆる標本のことを指すべく用いられている。

本願にて用いられている通り、語「ウェハ」は、一般に、半導体又は非半導体素材で形成された基板のことを指している。その例には、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普通に見いだされ及び／又は処理されうる。場合によっては、ウェハが基板のみで構成されることがある（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することもある。ウェハ上に形成された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していることがある。

「レティクル」は、レティクル製造プロセスのどの段階にあるレティクルでもよいし、レティクルの完成品でもよいし、また半導体製造設備での使用向けにリリースされていてもいなくてもよい。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。レジストで覆われたウェハの上方にレティクルを配して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個又は複数個の層がパターンをなしていてもいなくてもよい。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していてもよい。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。ウェハ上には多種多様な種類のデバイスが形成されうるところ、本願にて用いられる語ウェハには、本件技術分野で既知な何らかの種類のデバイスがその上に作成されるウェハを包括する意図がある。

１個又は複数個の例示的実施形態によれば、上述の諸機能をハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はそれらの何らかの組合せの態で実現することができる。ソフトウェアにて実現するのであれば、それらの機能を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し又はその媒体上で伝送することができる。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、例えばある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容易化する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りアクセスできる何れの入手可能媒体でもよい。例えば、限定ではないが、そうしたコンピュータ可読媒体を、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、或いは他の何らかの媒体であり、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を搬送又は格納するのに用いることができ、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によりアクセスできる媒体を、備えるものとすることができる。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（撚り線対）、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。本願にて用いられるところのディスクには、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、ＸＲＦ（商標）ディスク、ディジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ（登録商標））、フロッピー（登録商標）ディスク及びブルーレイ（登録商標）ディスクを初め、通常はデータが磁気的に再生されるディスク(disk)及びレーザで以てデータが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れるべきである。

ある特定の諸実施形態を教示目的で上述したが、本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様々な特徴については、特許請求の範囲中で説明されている発明の技術的範囲から離隔することなく、様々な修正、適合化及び組合せを実施することができる。

Claims (28)

1. Ｘ線ビームを生成するよう構成されたＸ線照明サブシステムと、
   そのＸ線ビームを基準として試料を位置決めするよう、ひいては試料表面上の任意個所にてそのＸ線ビームを試料表面に入射させるよう、構成された試料位置決めシステムと、
   その試料位置決めシステム上に配置された多層校正ターゲットであり、Ｘ線透過素材及びＸ線吸収素材の反復層が備わる第１多層構造を有し、それら反復層が前記入射Ｘ線ビームに対しほぼ平行に姿勢決めされるようＸ線ビーム経路上に配置された多層校正ターゲットと、
   入射Ｘ線ビームに応じその多層校正ターゲットにより回折されたＸ線光子を前記試料位置決めシステムのある位置範囲に亘り検出するよう構成されたＸ線検出器と、
   それら検出されたＸ線光子に基づき前記多層校正ターゲットを基準にしてＸ線ビーム入射個所を判別するよう構成された情報処理システムと、
   を備えるＸ線依拠計測システム。
2. 請求項１に記載のＸ線依拠計測システムであって、前記位置範囲が入射角範囲を含み、前記情報処理システムが、更に、前記多層校正ターゲットを基準としたＸ線ビームの向きをそれら検出されたＸ線光子に基づき判別するよう構成されたＸ線依拠計測システム。
3. 請求項１に記載のＸ線依拠計測システムであって、前記試料位置決めシステムが、ある回動軸周りでＸ線ビームを基準に試料を回動させるよう、ひいては複数通りの入射角で以て任意個所にてそのＸ線ビームを試料表面に入射させるよう構成されており、前記情報処理システムが、更に、検出されたＸ線光子に基づきそのＸ線ビームを基準に、前記回動軸の整列状態が、前記試料への前記Ｘ線ビームの入射点において前記回動軸が前記Ｘ線ビームと交差していない誤整列状態であることを判別するよう構成されたＸ線依拠計測システム。
4. 請求項１に記載のＸ線依拠計測システムであって、前記情報処理システムが、更に、
   二通りの相異なる次数に回折され検出されたＸ線光子間の前記検出器での空間分離量に基づき前記多層ターゲット・検出器間の距離を推定するよう、構成されたＸ線依拠計測システム。
5. 請求項１に記載のＸ線依拠計測システムであって、前記多層校正ターゲットが、更に、
   Ｘ線透過素材及びＸ線吸収素材の反復層が備わる第２多層構造を備え、その第２多層構造が対入射Ｘ線ビーム整列方向に沿い第１多層構造に隣接配置されており、その第２多層構造の反復層が入射Ｘ線ビームに対しほぼ平行に姿勢決めされ、第１多層構造の反復層が入射Ｘ線ビーム軸を基準とし第２多層構造の反復層とは異なる角度に姿勢決めされたＸ線依拠計測システム。
6. 請求項１に記載のＸ線依拠計測システムであって、前記多層校正ターゲットが、更に、
   Ｘ線透過素材及びＸ線吸収素材の反復層が備わる第２多層構造を備え、その第２多層構造が対入射Ｘ線ビーム軸直交方向に沿い第１多層構造に隣接配置されたＸ線依拠計測システム。
7. 請求項６に記載のＸ線依拠計測システムであって、第２多層構造の反復層が入射Ｘ線ビームに対しほぼ平行に姿勢決めされ、第１多層構造の反復層が入射Ｘ線ビーム長手軸に対し垂直な軸を基準とし第２多層構造の反復層とは異なる角度に姿勢決めされたＸ線依拠計測システム。
8. 請求項６に記載のＸ線依拠計測システムであって、第２多層構造の反復層が入射Ｘ線ビームに対しほぼ平行に姿勢決めされ、第１多層構造が対入射Ｘ線ビーム直交方向に沿いある間隙距離で以て第２多層構造から空間分離されたＸ線依拠計測システム。
9. 請求項８に記載のＸ線依拠計測システムであって、前記情報処理システムが、検出されたＸ線光子に基づき第１・第２多層構造間間隙外光子汚染量を計測するよう構成されたＸ線依拠計測システム。
10. 請求項８に記載のＸ線依拠計測システムであって、前記情報処理システムが、検出されたＸ線光子に基づき第１・第２多層構造間間隙内通過光子束量を計測するよう構成されたＸ線依拠計測システム。
11. 請求項１に記載のＸ線依拠計測システムであって、前記多層校正ターゲットが、更に、
    前記多層校正ターゲットの表面上に配置された１個又は複数個の光学基準マークを備えるＸ線依拠計測システム。
12. 請求項１１に記載のＸ線依拠計測システムであって、更に、
    前記１個又は複数個の基準マークのうち少なくとも一部分の画像を生成するアライメントカメラを備え、前記情報処理システムが、更に、その画像に基づき前記試料位置決めシステムの座標系に従い当該１個又は複数個の基準マークを所在特定し、当該１個又は複数個の基準マークの所在個所と、当該１個又は複数個の基準マークと前記多層校正ターゲットとの間の既知な距離とに基づき、その試料位置決めシステムの座標系に従いＸ線ビーム入射個所を推定するよう、構成されたＸ線依拠計測システム。
13. 請求項１に記載のＸ線依拠計測システムであって、対入射Ｘ線ビーム整列方向における第１多層構造の深さが少なくとも３μｍであるＸ線依拠計測システム。
14. Ｘ線照明サブシステムによりＸ線照明ビームを生成し、
    試料位置決めシステムにより前記Ｘ線ビームの経路上に、Ｘ線透過素材及びＸ線吸収素材の反復層が備わる第１多層構造を有する多層校正ターゲットを位置決めすることで、それら反復層がその入射Ｘ線ビームに対しほぼ平行に姿勢決めされるようその多層校正ターゲットをそのＸ線ビームの経路上に配置し、
    入射Ｘ線ビームに応じ前記多層校正ターゲットにより回折されたＸ線光子を、前記試料位置決めシステムのある位置範囲に亘り検出し、且つ
    それら検出されたＸ線光子に基づきその多層校正ターゲットを基準としてＸ線ビーム入射個所を判別する、
    方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、更に、
    二通りの相異なる次数に回折され検出されたＸ線光子間の検出器での空間分離量に基づき、前記多層ターゲット・検出器間の距離を推定する方法。
16. 請求項１４に記載の方法であり、前記多層校正ターゲットが、Ｘ線透過素材及びＸ線吸収素材の反復層が備わる第２多層構造をも有する方法であって、その第２多層構造を対入射Ｘ線ビーム整列方向に沿い第１多層構造に隣接配置し、その第２多層構造の反復層を入射Ｘ線ビームに対しほぼ平行に姿勢決めし、第１多層構造の反復層を入射Ｘ線ビーム長手軸に対し垂直な軸を基準とし第２多層構造の反復層とは異なる角度に姿勢決めする方法。
17. 請求項１４に記載の方法であり、前記多層校正ターゲットが、Ｘ線透過素材及びＸ線吸収素材の反復層が備わる第２多層構造をも有する方法であって、その第２多層構造を対入射Ｘ線ビーム軸直交方向に沿い第１多層構造に隣接配置する方法。
18. 請求項１７に記載の方法であって、第２多層構造の反復層を入射Ｘ線ビームに対しほぼ平行に姿勢決めし、第１多層構造の反復層を入射Ｘ線ビーム軸を基準とし第２多層構造の反復層とは異なる角度に姿勢決めする方法。
19. 請求項１７に記載の方法であって、第２多層構造の反復層を入射Ｘ線ビームに対しほぼ平行に姿勢決めし、対入射Ｘ線ビーム直交方向に沿いある間隙距離で以て第１多層構造を第２多層構造から空間分離する方法。
20. 請求項１９に記載の方法であって、更に、
    検出されたＸ線光子に基づき第１・第２多層構造間間隙外光子汚染量を計測する方法。
21. 請求項１９に記載の方法であって、更に、
    検出されたＸ線光子に基づき第１・第２多層構造間間隙内通過光子束量を計測する方法。
22. 多層校正ターゲットであって、
    Ｘ線透過及びＸ線吸収素材の交番反復層が備わりそれら反復層がほぼ同じ厚みを有する第１多層構造を備え、Ｘ線依拠計測システムの試料位置決めシステムに実装される多層校正ターゲットであり、それら反復層が入射Ｘ線ビームに対しほぼ平行に姿勢決めされるようそのＸ線ビームの経路上にその多層構造が配置され、前記多層校正ターゲットを基準としたＸ線ビーム入射個所が、その入射Ｘ線ビームに応じ前記多層校正ターゲットにより回折され検出されたＸ線光子に基づき判別される多層校正ターゲット。
23. 請求項２２に記載の多層校正ターゲットであって、対入射Ｘ線ビーム整列方向における第１多層構造の深さが少なくとも３μｍである多層校正ターゲット。
24. 請求項２２に記載の多層校正ターゲットであって、更に、
    前記多層校正ターゲットの表面上に配置された１個又は複数個の光学基準マークを備える多層校正ターゲット。
25. 請求項２２に記載の多層校正ターゲットであって、更に、
    Ｘ線透過素材及びＸ線吸収素材の反復層が備わる第２多層構造を備え、対入射Ｘ線ビーム整列方向に沿い第２多層構造が第１多層構造に隣接配置されており、第２多層構造の反復層が入射Ｘ線ビームに対しほぼ平行に姿勢決めされ、第１多層構造の反復層が入射Ｘ線ビーム長手軸に対し垂直な軸を基準とし第２多層構造の反復層とは異なる角度に姿勢決めされる多層校正ターゲット。
26. 請求項２２に記載の多層校正ターゲットであって、更に、
    Ｘ線透過素材及びＸ線吸収素材の反復層が備わる第２多層構造を備え、対入射Ｘ線ビーム軸直交方向に沿い第２多層構造が第１多層構造に隣接配置された多層校正ターゲット。
27. 請求項２６に記載の多層校正ターゲットであって、第２多層構造の反復層が入射Ｘ線ビームに対しほぼ平行に姿勢決めされ、第１多層構造の反復層が入射Ｘ線ビーム長手軸に対し垂直な軸を基準とし第２多層構造の反復層とは異なる角度に姿勢決めされる多層校正ターゲット。
28. 請求項２６に記載の多層校正ターゲットであって、第２多層構造の反復層が入射Ｘ線ビームに対しほぼ平行に姿勢決めされ、入射Ｘ線ビーム長手軸に対し垂直な方向に沿いある間隙距離で以て第１多層構造が第２多層構造から空間分離された多層校正ターゲット。

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