KR102606553B1 - X-선 기반 계측을 위한 밝고 깨끗한 x-선 소스 - Google Patents

X-선 기반 계측을 위한 밝고 깨끗한 x-선 소스 Download PDF

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Abstract

깨끗한 하드 X-선 조명 소스를 이용하는 x-선 기반 반도체 계측을 위한 방법들 및 시스템들이 본 명세서에서 설명된다. 보다 구체적으로는, 레이저 생성 플라스마 광 소스는 25,000 내지 30,000 전자 볼트의 범위에 있는 에너지를 갖는 고 휘도 하드 x-선 조명을 생성한다. 고 휘도를 달성하기 위해, 고도로 포커싱된, 매우 짧은 지속기간의 레이저 빔이 액체 또는 고체 상태에 있는 조밀한 크세논 타겟 상으로 포커싱된다. 포커싱된 레이저 펄스와 고밀도 크세논 타겟의 상호작용은 플라스마를 착화시킨다. 플라스마로부터의 방사선은 수집 광학장치에 의해 수집되고 측정 중인 시료 쪽으로 지향된다. 결과적인 플라스마 방출은 비금속 타겟 재료의 사용으로 인해 상대적으로 깨끗하다. 플라스마 챔버는 광학 요소들을 오염으로부터 추가적으로 보호하기 위해 크세논 가스로 채워진다. 일부 실시예들에서, 플라스마 챔버로부터의 증발된 크세논은 다시 크세논 타겟 생성기로 재순환된다.

Description

X-선 기반 계측을 위한 밝고 깨끗한 X-선 소스
설명된 실시예들은 x-선 계측 및 검사를 위한 x-선 레이저 생성 플라스마(laser produced plasma) 방사선 소스들 및 시스템들에 관한 것이다.
로직 및 메모리 디바이스들과 같은 반도체 디바이스들은 전형적으로 기판 또는 웨이퍼에 적용되는 일련의 프로세싱 단계들에 의해 제조된다. 반도체 디바이스들의 다양한 피처들(features) 및 다수의 구조적 레벨들(structural levels)은 이러한 프로세싱 단계들에 의해 형성된다. 예를 들어, 그 중에서도, 리소그래피는 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 생성하는 것을 수반하는 하나의 반도체 제조 프로세스이다. 반도체 제조 프로세스들의 부가의 예들은 화학 기계적 폴리싱, 에칭, 퇴적, 및 이온 주입을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 다수의 반도체 디바이스들은 단일 반도체 웨이퍼 상에 제조되고 이어서 개별 반도체 디바이스들로 분리될(separated) 수 있다.
계측 프로세스들은 웨이퍼들 상의 결함들을 검출하여 더 높은 수율을 촉진시키기 위해 반도체 제조 프로세스 동안 다양한 단계들에서 사용된다. 나노스케일 구조체들의 임계 치수들, 오버레이, 막 두께들, 조성 및 다른 파라미터들을 특성화하기 위해, 산란측정법(scatterometry) 구현과 반사측정법(reflectometry) 구현 및 연관된 분석 알고리즘들을 포함하는 다수의 계측 기반 기술들이 통상적으로 사용된다.
전통적으로, 박막들 및/또는 반복된 주기적 구조체들로 이루어져 있는 타겟들에 대해 측정들이 수행된다. 디바이스 제조 동안, 이러한 막들 및 주기적 구조체들은 전형적으로 실제 디바이스 기하구조(device geometry) 및 재료 구조 또는 중간 설계를 나타낸다. 디바이스들(예컨대, 로직 및 메모리 디바이스들)이 더 작은 나노미터-스케일 치수들을 향해 감에 따라, 특성화가 더 어려워진다. 복잡한 3차원 기하구조 및 다양한 물리적 속성들을 갖는 재료들을 통합하는 디바이스들은 특성화 어려움에 기여한다. 예를 들어, 현대의 메모리 구조체들은, 종종, 광학 방사선(optical radiation)이 하부 층들(bottom layers)까지 침투(penetrate)하는 것을 어렵게 만드는 고 애스펙트비의 3차원 구조체들이다. 적외선 내지 가시 광을 활용하는 광학 계측 툴들은 반투명 재료들의 많은 층들에 침투할 수 있지만, 양호한 침투 깊이(depth of penetration)를 제공하는 더 긴 파장들은 작은 이상들(anomalies)에 대해 충분한 감도를 제공하지 못한다. 그에 부가하여, 복잡한 구조체들(예컨대, FinFET들)을 특성화하는 데 요구되는 파라미터들의 증가하는 개수는 증가하는 파라미터 상관(parameter correlation)으로 이어진다. 그 결과, 타겟을 특성화하는 파라미터들이, 종종, 이용가능한 측정들을 통해 신뢰성있게 분리될(decoupled) 수 없다.
하나의 예에서, 불투명한 하이-k(high-k) 재료들이 현대의 반도체 구조체들에 점점 더 많이 이용되고 있다. 광학 방사선은 이러한 재료들로 구성되는 층들에 종종 침투할 수 없다. 그 결과, 타원편광 해석기들(ellipsometers) 또는 반사계들(reflectometers)과 같은 박막 산란측정법 툴들을 사용한 측정들이 점점 더 어려워지고 있다.
이러한 도전 과제들(challenges)에 응답하여, 더 복잡한 광학 계측 툴들이 개발되었다. 예를 들어, 다수의 조명 각도들, 더 짧은 조명 파장들, 더 넓은 범위들의 조명 파장들, 및 반사된 신호들로부터의 더 완전한 정보 취득을 갖는(예컨대, 더 전통적인 반사율 또는 타원편광 해석(ellipsometric) 신호들에 부가하여 다수의 뮬러(Mueller) 매트릭스 요소들을 측정하는) 툴들이 개발되었다. 그렇지만, 이러한 접근법들은 많은 고도의 타겟들(advanced targets)(예컨대, 복잡한 3D 구조체들, 10 nm보다 작은 구조체들, 불투명한 재료들을 이용하는 구조체들) 및 측정 응용들(예컨대, 라인 에지 조도(line edge roughness) 및 라인 폭 조도(line width roughness) 측정들)과 연관된 근본적인 도전 과제들을 신뢰성있게 극복하지 못하였다.
SAXS(Small-angle X-Ray Scatterometry)는 재료들 및 다른 비-반도체 관련 응용들의 특성화에 또한 적용되었다. 예시적인 시스템들이, Xenocs SAS(www.xenocs.com), Bruker Corporation(www.bruker.com), 및 Rigaku Corporation(www.rigaku.com/en)을 포함하여, 몇 개의 회사에 의해 상용화되었다.
그에 부가하여, SAXS 기반 계측 시스템들은, 임계 치수 계측 및 오버레이 계측과 같은, 어려운(challenging) 측정 응용들을 해결할 수 있는 장래성을 보여주었다. 특히, 투과 소각 x-선 산란측정법(transmissive small angle x-ray scatterometry; T-SAXS)은 어려운 임계 치수 및 오버레이 응용들에서 장래성을 보여주었다. 그렇지만, T-SAXS 기반 계측에 적합한 신뢰성있는 하드 X-선 조명 소스들은 개발 중에 있다.
일부 예들에서, 조명 광은 x-선 방출을 생성하기 위해 고체 타겟 재료의 고 에너지 전자 빔 충격을 이용하는, 회전 애노드 x-선 튜브들과 같은, 고전적인 x-선 튜브들에 의해 제공된다. 안타깝게도, 결과적인 조명은 고 에너지 전자 빔에 의한 애노드 재료의 가열 및 증발로 인해 저 휘도(low brightness)이다.
일부 다른 예들에서, 표면 증발 문제를 완화시키기 위해 액체 금속 분사 애노드(liquid metal jet anode)가 이용된다. 예시적인 액체 금속 분사 x-선 조명 시스템은 Zhuang 및 Fielden의 미국 특허 제7,929,667호에 설명되어 있으며, 이 미국 특허의 내용은 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. 액체 금속 분사는 사실상 애노드 표면을 연속적으로 시원하게 하여 표면에서의 X-선들의 흡수를 감소시킨다. 그렇지만, 액체 금속 애노드 재료는 증발하여 x-선 소스 수명을 제한할 수 있는 금속 증기를 형성한다. 일부 예들에서, 금속 증기는 진공 x-선 윈도 상에서 응축되고 부가의 x-선 흡수를 야기한다. 일부 예들에서, 금속 증기는 캐소드 영역 내로 확산되고 캐소드를 오염시켜, 캐소드 수명 및 시스템 출력을 감소시킨다. 일부 예들에서, 금속 증기는 전자 빔 가속 영역 내로 확산되어 고전압 항복(high-voltage breakdown)을 야기한다.
일부 예들에서, 조명 광은 연속 파장 레이저(예컨대, 레이저 지속형 플라스마(laser sustained plasma))에 의해 펌핑되는 광 소스에 의해 제공된다. 레이저 지속형 플라스마들은 레이저 플라스마보다 낮은 온도에서 작동 가스(working gas)에 의해 둘러싸인 고압 전구들에서 생성된다. 실질적인 방사휘도(radiance) 개선들이 레이저 지속형 플라스마를 사용하여 달성되지만, 이러한 플라스마들의 온도는 일반적으로 이 램프들 내에서의 광물리학적(photophysical) 및 동역학적(kinetic) 프로세스들에 의해 제한된다. 이러한 플라스마들에서의 순수 원자 및 이온 방출은 일반적으로 200 nm보다 긴 파장들로 제한된다. 엑시머 방출은 레이저 지속형 플라스마들에서 171 nm에서의 파장 방출(예컨대, 크세논 엑시머 방출)을 위해 배열될 수 있지만, 이러한 소스들은 전형적으로 협대역이고, 파워가 제한되며, 방사휘도가 제한된다. 171 나노미터에서의 엑시머 방출은 낮은 압력들(예컨대, 3 바(bar) 이하)에서 최적화되며, 171 nm 방출의 파워는 높은 방사휘도를 위해 필요한 더 높은 압력들에서 크게 감소된다. 그 결과, 고압 전구 내의 단순 가스 혼합물은 고 처리량, 고 분해능 계측을 지원하기에 충분한 방사휘도 및 평균 파워로 200 nm 초과의 파장 커버리지(wavelength coverage)를 유지할 수 있을 뿐이다. 일부 예들에서, 고체 전극 타겟들이 이용되지만, 낮은 반복률, 전극 침식, 및 큰 플라스마 사이즈는 저 휘도 및 짧은 수명을 결과하여, x-선 기반 반도체 계측에 대한 그들의 유효성을 제한한다.
극자외선(EUV) 리소그래피 분야에서의 개발 노력은 높은 파워 레벨들(예컨대, 조명기의 중간 초점(intermediate focus)에서 210 와트의 평균 파워)로 13 나노미터에 중심을 둔 협대역 방사(예컨대, +/- 0.1nm)를 방출하는 광 소스들에 중점을 두고 있다. EUV 리소그래피를 위한 광 소스들은 레이저 용적 플라스마 아키텍처(laser droplet plasma architecture)를 사용하여 개발되었다. 예를 들어, 대략 100kHz의 펄스 반복 주파수들에서 동작하는 크세논, 주석, 및 리튬 용적 타겟들이 CO2 코히런트 소스들에 의해 펌핑된다. 실현된 광은 고 파워이다(예컨대, 조명기의 중간 초점에서의 210 와트의 평균 파워가 13 나노미터에서의 리소그래피 툴들에 대한 목표이다). 그렇지만, 결과적인 방사선은 상대적으로 낮은 에너지(92.6 전자 볼트)이며, 이는 계측 응용들에서 이러한 조명 소스들의 유용성을 심각하게 제한한다.
계측 응용들을 위한 요구된 방사휘도 및 평균 파워를 갖는 깨끗한 하드 x-선 조명 소스들이 요망된다.
깨끗한 하드 X-선 조명 소스를 이용하는 x-선 기반 반도체 계측을 위한 방법들 및 시스템들이 본 명세서에서 설명된다. 보다 구체적으로는, 레이저 생성 플라스마(LPP) 광 소스는 25,000 내지 30,000 전자 볼트의 범위에 있는 에너지를 갖는 고 휘도(high brightness)(즉, 1013　photons/(sec·mm2·mrad2) 초과) 하드 x-선 조명을 생성한다. 그러한 고 휘도를 달성하기 위해, LPP 광 소스는 고도로 포커싱된, 매우 짧은 지속기간의 레이저 빔을 액체 또는 고체 상태에 있는 조밀한 크세논 타겟 쪽으로 지향시킨다. 포커싱된 레이저 펄스와 고밀도 크세논 타겟의 상호작용은 플라스마를 착화(ignite)시킨다. 플라스마로부터의 방사선은 수집 광학장치에 의해 수집되고 측정 중인 시료 쪽으로 지향된다. 결과적인 플라스마 방출은 비금속 타겟 재료의 사용으로 인해 상대적으로 깨끗하다. 그 결과, 플라스마 챔버 및 플라스마 챔버 내의 광학 요소들은 플라스마로 인한 매우 낮은 레벨의 오염에 노출된다.
일 양태에서, 타겟 재료에서의 레이저 피크 에너지 밀도가 10^16W/cm^2 초과이도록, 액체 또는 고체 상태에 있는 크세논 타겟 재료는 2 피코초 미만의 펄스 지속기간으로 10 마이크로미터 미만의 레이저 스폿 사이즈에 의해 조명된다. 이것은 크세논 타겟 재료로부터의 효율적인 K-알파 생성을 가능하게 해준다. 결과적인 K-알파 생성은, 29,802 전자 볼트에 중심을 둔, 크세논의 좁은 공진 K-알파 라인에서 플라스마 조명 에너지를 생성한다.
일부 실시예들에서, 용적 생성기는 하나 이상의 펄스 레이저 조명 소스에 의해 조명되는 일련의 액체 또는 고체 크세논 용적들을 생성한다. 일부 다른 실시예들에서, 크세논 타겟 재료는 극저온으로 냉각된(cryogenically cooled) 회전 드럼 상에 배치된 고체 크세논 층으로서 레이저 조명 광의 초점(focal point)에 제공된다. 이 실시예들에서, 고체 크세논 타겟 재료를 레이저 조명 광의 초점으로 전달하기 위해, 극저온으로 냉각된 드럼은 연속적으로 회전된다.
일부 실시예들에서, 다수의 펄스 레이저 소스들로부터의 광 펄스들이 동시에 방출된다. 일부 다른 실시예들에서, 다수의 펄스 레이저 소스들로부터의 광 펄스들이 순차적으로 방출된다. 일부 실시예들에서, 펄스 레이저들 중 임의의 것으로부터의 방출 파장은 대략 1 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 각각의 펄스 레이저의 총 평균 파워는 대략 1 킬로와트 이하이다.
추가의 양태에서, 플라스마 챔버는 5 내지 200 Torr 범위에 있는 압력으로 유지되는 크세논 가스로 채워진다. 크세논 가스를 이 압력 범위 내에서 유지하는 것은 크세논 용적 형성에 적합한 환경을 제공한다. 게다가, 5 내지 200 Torr 범위에 있는 압력으로 유지되는 크세논 완충 가스(buffer gas)는 대략 10 센티미터의 거리 내에 플라스마에 의해 생성되는 실질적으로 모든 크세논 이온들을 포함하여 플라스마에 의해 생성되는 활성(energetic) 크세논 이온들 및 전자들을 열중성자화(thermalize)시킨다.
다른 추가의 양태에서, LPP 광 소스는 증발된 크세논을 플라스마 챔버로부터 다시 크세논 타겟 생성기로 재순환시키는 가스 재순환(gas recycle) 시스템을 포함한다.
전술한 바는 요약이고 따라서, 필요에 따라, 세부사항의 간략화, 일반화 및 생략을 포함하며; 결론적으로, 본 기술분야의 통상의 기술자는 요약이 예시적인 것에 불과하고 어떠한 방식으로도 제한하는 것이 아님을 이해할 것이다. 본 명세서에서 설명된 디바이스들 및/또는 프로세스들의 다른 양태들, 발명적 특징들(inventive features), 및 장점들은 본 명세서에 기재된 비제한적인 상세한 설명에서 명백해질 것이다.
도 1은 적어도 하나의 신규 양태에서의 레이저 생성 플라스마(laser produced plasma; LPP) 광 소스를 포함하는 계측 시스템을 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
도 2는 예시적인 모델 구축 및 분석 엔진을 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
도 3은 측정 중인 반도체 시료 쪽으로 하드 x-선 조명 광을 생성하는 방법의 플로차트이다.
본 발명의 배경 예들 및 일부 실시예들에 대해 이제 상세히 언급될 것이고, 이들의 예들이 첨부 도면들에 예시된다.
깨끗한 하드 X-선 조명 소스를 이용하는 x-선 기반 반도체 계측을 위한 방법들 및 시스템들이 본 명세서에서 설명된다. 보다 구체적으로는, 레이저 생성 플라스마(LPP) 광 소스는 25,000 내지 30,000 전자 볼트의 범위에 있는 에너지를 갖는 고 휘도(즉, 1013　photons/(sec·mm2·mrad2) 초과) 하드 x-선 조명을 생성한다. 그러한 고 휘도를 달성하기 위해, LPP 광 소스는 고도로 포커싱된(예컨대, 타겟 상의 10 마이크로미터 미만의 조명 스폿), 매우 짧은 지속기간(예컨대, 2 피코초 미만)의 레이저 빔을 액체 또는 고체 상태에 있는 조밀한 크세논 타겟 쪽으로 지향시킨다. 포커싱된 레이저 펄스와 고밀도 크세논 타겟의 상호작용은 플라스마를 착화시킨다. 플라스마로부터의 방사선은 수집 광학장치에 의해 수집되고 측정 중인 시료 쪽으로 지향된다. 결과적인 플라스마 방출은 비금속 타겟 재료의 사용으로 인해 상대적으로 깨끗하다. 그 결과, 플라스마 챔버 및 플라스마 챔버 내의 광학 요소들은 플라스마로 인한 매우 낮은 레벨의 오염에 노출된다.
도 1은 적어도 하나의 신규 양태에서의 레이저 생성 플라스마(LPP) 광 소스(110)를 포함하는 x-선 기반 계측 시스템(100)을 묘사한다. LPP 광 소스(110)는 플라스마 챔버(153), 용적 생성기(111), 및 펄스 레이저 조명 소스들(113A 및 113B)을 포함한다. 플라스마 챔버(153)는 플라스마 챔버 내에서의 완충 가스(123)의 흐름을 포함하는 하나 이상의 벽을 포함한다. 용적 생성기(111)는 비금속 공급 재료(non-metallic feed material)(112)의 일련의 용적들을 플라스마 챔버(153) 내로 분배(dispense)한다.
일 양태에서, 용적 생성기(111)에 의해 생성되는 크세논 용적들은 플라스마 챔버(153)에서 고체 또는 액체 상태에 있다. 다른 양태에서, 비금속 공급 재료(112)의 각각의 용적은 직경이 50 마이크로미터 미만이다. 또 다른 양태에서, 크세논 타겟에 입사하는 레이저 스폿은 직경이 10 마이크로미터 미만이다. 일부 실시예들에서, 용적 생성기(111)는 상업적으로 이용가능한 잉크젯 기술에 기초한 고주파 유체 분배기(high frequency fluid dispenser)이다. 일 예에서, 용적 생성기(111)는 50 내지 400 킬로헤르츠의 레이트로 공급 재료(112)의 일련의 용적들을 분배한다.
추가의 양태에서, 타겟 재료에 제공되는 각각의 여기 광 펄스의 지속기간은 2 피코초 미만이다. 일부 실시예들에서, 각각의 여기 광 펄스의 지속기간은 1 피코초 미만이다.
본 명세서에서 설명된 바와 같이, 고 에너지, 고 피크 파워, 피코초 레이저 조명은 10^16W/cm^2 초과인 타겟 재료에서의 레이저 피크 에너지 밀도를 결과한다. 이것은 (예컨대, 10-5 초과의) 크세논 타겟 재료로부터의 효율적인 K-알파 생성을 가능하게 해준다. 결과적인 K-알파 생성은, 29,802 전자 볼트에 중심을 둔, 크세논의 좁은 공진 K-알파 라인에서 플라스마 조명 에너지를 생성한다.
도 1에 묘사된 바와 같이, 펄스 레이저들(113A 및 113B)은 일련의 여기 광 펄스들을 생성한다. 각각의 여기 광 펄스는 공급 재료(112)의 용적 쪽으로 지향된다. 빔 결합기(147)는 플라스마 챔버(153)로 전달하기 위해 펄스 레이저들(113A 및 113B)의 광 출력을 결합시킨다. 일부 실시예들에서, 빔 결합기(147)는 타겟 재료에서의 레이저 조명의 포커싱을 더욱 최적화하기 위해 빔 컨디셔닝(예컨대, 빔 확장, 콜리메이션 등)을 제공한다. 여기 광은 조명 광학장치(114)에 의해 매우 작은 스폿 사이즈에 걸쳐 용적들 상으로 포커싱된다. 일부 실시예들에서, 여기 광은 10 마이크로미터 미만의 스폿 사이즈로 용적들 상으로 포커싱된다. 바람직한 실시예에서, 여기 광은 5 마이크로미터 미만의 스폿 사이즈로 용적들 상으로 포커싱된다. 1.3 미만의 품질 인자(quality factor)(M2)를 갖는 레이저 광은 상대적으로 작은 개구수(numerical aperture; NA)를 갖는 10 마이크로미터 미만의 스폿 사이즈로 포커싱된다. 따라서, 복잡한 고 NA 광학장치가 요구되지 않는다.
여기 광의 스폿 사이즈가 감소됨에 따라, 유도 플라스마의 스폿 사이즈가 감소된다. 바람직한 실시예에서, 플라스마(115)의 스폿 사이즈는 10 마이크로미터 미만이다.
도 1에 묘사된 바와 같이, 레이저 조명 빔은 조명 윈도(116)를 통해 플라스마 챔버(153)에 유입된다. 그에 부가하여, 하나 이상의 부가 광학 요소(예컨대, 금속 광학장치(148 및 149))는 레이저 조명 빔을 타겟 쪽으로 지향시키지만, 플라스마(115)에 의해 생성되는 x-선 방사선을 조명 윈도(116)를 통해 역반사시키지는 않는다. 조명 윈도(116)를 통한 x-선 방사선의 역반사(back reflection)는 시스템 동작에 영향을 미치는 조명 윈도(116)의 안전 위험 및 또한 재료 열화를 잠재적으로 야기할 수 있다. 일 실시예에서, 최종 금속 광학 요소(149)는 x-선 방사선의 역방향 반사(backward reflection)를 피하기 위해 비-법선 입사 구성(non-normal incidence configuration), 비-스침 입사 구성(non-grazing incidence configuration), 또는 둘 다로 배열된다.
일부 실시예들에서, 다수의 펄스 레이저 소스들로부터의 광 펄스들이 동시에 방출된다. 일부 다른 실시예들에서, 다수의 펄스 레이저 소스들로부터의 광 펄스들이 순차적으로 방출된다. 도 1에 묘사된 바와 같이, 컴퓨팅 시스템(130)은 제어 신호(135A)를 펄스 레이저(113A)에 그리고 제어 신호(135B)를 펄스 레이저(113B)에 전달한다. 일 예에서, 제어 신호들(135A 및 135B)은 펄스 레이저들(113A 및 113B) 각각으로 하여금 동시에 레이저 광의 펄스를 방출하게 한다. 이 예에서, 방출된 펄스들은 동시에 결합되고 결합된 펄스로서 타겟에 전달된다. 다수의 펄스 레이저들로부터의 레이저 광의 펄스들을 동시에 전달함으로써, 타겟에 제공되는 조명 파워가 사실상 증가된다. 다른 예에서, 제어 신호들(135A 및 135B)은 펄스 레이저들(113A 및 113B) 각각으로 하여금 임의의 주어진 시간에 단지 하나의 펄스 방출이 발생하도록 시간상 순차적으로 레이저 광의 펄스를 방출하게 하고, 상이한 펄스 레이저들에 의해 생성되는 펄스들 사이의 간격은 일정하다. 이 예에서, 방출된 펄스들은 타겟에 순차적으로 전달된다. 다수의 펄스 레이저들로부터의 레이저 광의 펄스들을 순차적으로 전달함으로써, 타겟에 제공되는 레이저 조명의 반복률이 사실상 증가된다.
도 1에 묘사된 바와 같이, LPP 소스(110)는 2개의 펄스 레이저(113A 및 113B)를 포함한다. 그렇지만, 일반적으로, LPP 소스(110)는 임의의 개수의 펄스 레이저 조명 소스(예컨대, 하나의 레이저 또는 많은 레이저들)을 포함할 수 있다. 더욱이, 다수의 펄스 레이저 소스들이 이용될 때, 펄스 레이저 소스들 중 임의의 것의 방출은 원하는 광학 파워 및 반복률로 조명광을 타겟에 전달하기 위해 순차적으로, 동시에, 또는 둘 다로 전달될 수 있다. 예를 들어, 2개의 펄스 레이저의 제1 세트가 동시에 광을 방출하고 2개의 펄스 레이저의 제2 세트가 동시에 광을 방출하는 반면, 제1 세트와 제2 세트가 순차적으로 광을 방출하도록, 2개의 펄스 레이저의 2개의 세트가 제어될 수 있다. 일반적으로, 타겟 재료에 제공되는 조명의 반복률은 5 내지 50 킬로헤르츠의 범위에 있다.
일부 실시예들에서, 펄스 레이저들(113A 및 113B) 중 임의의 것으로부터의 방출 파장은 대략 1 마이크로미터 이하이다. 일반적으로, LPP(110)의 펄스 레이저는 임의의 고체 상태 레이저(solid state laser)(예컨대, Nd:YAG, Er:YAG, Yb:YAG, Ti:사파이어, Nd:바나데이트 등) 또는 가스 방전 레이저(gas-discharge laser)(예컨대, 엑시머 레이저)이다. 일부 실시예들에서, 각각의 펄스 레이저의 총 평균 파워는 대략 1 킬로와트 이하이다.
추가의 양태에서, 플라스마 챔버(153)는 완충 가스(123)로 채워진다. 바람직한 실시예에서, 완충 가스(123)는 크세논 가스이다. 크세논 가스(123)는 플라스마에 의해 생성되는 x-선 방사선을 거의 흡수하지 않으며 레이저 생성 광학 방사선에 대해 투명하다. 일부 예들에서, 크세논 가스(123)는 크세논 가스의 1,000 torr-cm의 경로 길이에 대해 플라스마(115)에 의해 생성되는 10-5 미만의 x-선 방사선을 흡수한다. 게다가, 크세논은 x-선 필터(117) 상에서 응축되지 않는 불활성 가스이다.
다른 추가의 양태에서, 크세논 완충 가스는 5 내지 200 Torr의 범위에 있는 압력으로 유지된다. 크세논 가스를 이 압력 범위 내에서 유지하는 것은 크세논 용적 형성에 적합한 환경을 제공한다. 게다가, 5 내지 200 Torr 범위에 있는 압력으로 유지되는 크세논 완충 가스는 플라스마(115)로부터 대략 10 센티미터 이하의 거리 내에 플라스마(115)에 의해 생성되는 실질적으로 모든 크세논 이온들을 포함하여 플라스마(115)에 의해 생성되는 활성 크세논 이온들 및 전자들을 열중성자화시킨다.
크세논 완충 가스의 압력이 너무 낮으면, 액체 크세논의 증발은 용적 생성기(111)에 의해 방출되는 크세논 스트림이 이산 용적들로의 분열(breakup)되는 것을 방지한다. 더욱이, 크세논 완충 가스의 압력이 너무 낮으면, 크세논 완충 가스는 대략 10 센티미터 이하의 거리들에서 플라스마(115)에 의해 생성되는 모든 활성 크세논 이온들을 중단시킬 수 없다.
레이저 조명 윈도(116), 수집기(118), 및 x-선 필터(117)와 같은 광학 요소들은 플라스마(115)로부터의 재료 퇴적에 민감하다. 일부 실시예들에서, 플라스마(115)와 플라스마 챔버(153)의 광학 요소들(예컨대, 윈도들(116 및 117) 및 수집기(118)) 사이의 거리는 적어도 10 센티미터이다. 이러한 방식으로, 크세논 가스(123)는 조명 윈도(116), 수집기(118), 및 x-선 필터(117)를 플라스마(115)에 의해 생성되는 재료에 의한 오염으로부터 보호한다.
도 1에 묘사된 바와 같이, LPP 광 소스(110)은 펄스 레이저 조명 소스들(113A 및 113B)에 의해 조명되는 액체 또는 고체 크세논의 일련의 용적들을 생성하는 용적 생성기를 포함한다. 일부 다른 실시예들에서, 크세논 타겟 재료는 극저온으로 냉각된 회전 드럼 상에 배치된 고체 크세논 층(예컨대, 크세논의 동결 층(frozen layer))으로서 레이저 조명 광의 초점에 제공된다. 이러한 방식으로, 플라스마는 드럼의 표면에서 생성되고 방출된 x-선 방사선은 반도체 계측을 위해 수집된다. 이 실시예들에서, 고체 크세논 타겟 재료를 레이저 조명 광의 초점으로 전달하기 위해, 극저온으로 냉각된 드럼은 연속적으로 회전된다. 앞서 설명된 바와 같이, 크세논 타겟에 입사하는 레이저 스폿은 직경이 10 마이크로미터 미만이다.
여기 광 펄스와 크세논 타겟(예컨대, 크세논 용적 또는 크세논 시트)의 상호작용은 크세논을 이온화시켜 매우 높은 휘도를 갖는 조명 광(124)을 방출하는 플라스마(115)를 형성한다.바람직한 실시예에서, 플라스마(115)의 휘도는 1014　photons/(sec)·(mm2)·(mrad2) 초과이다. 조명 광은 약 25,000eV 내지 약 30,000eV의 범위에 있는 에너지를 갖는 광을 포함한다.
조명 광(124)은 수집기(118)에 의해 수집되고, 측정 중인 시료(150) 상으로 포커싱된다. 도 1에 묘사된 실시예에서, 수집기(118)는 플라스마(115)에 의해 방출되는 조명 광(124)을 수집하고 조명 광(124)을 윈도(117)를 통해 지향시킨다. 일부 실시예들에서, 윈도(117)는 관심 파장 범위 내의 x-선 방사선에 대해 투명하도록 그리고 관심 파장 범위 밖의 방사선을 실질적으로 흡수하도록 구성된 x-선 필터이다.
수집기(120)는 플라스마(115)로부터 생성되는 조명 광을 수집하기 위해 임의의 적합한 형상일 수 있다. 적합한 예들은 타원형 수집기들 및 다수의 표면 컨투어들(surface contours)을 갖는 수집기들을 포함한다. 플라스마로부터 방출되는 광을 수집하기 위한 예시적인 기술들은 2010년 4월 27일자로 KLA-Tencor Technologies Corp.에게 발행된 미국 특허 제7,705,331호에 설명되어 있으며, 이 미국 특허 전체는 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
도 1에 묘사된 실시예에서, 조명 광(124)은 윈도(117)를 통해 플라스마 챔버(153)를 빠져 나가고 미러(125)에 의해 시료(150)를 향해 재지향된다. 그에 부가하여, 조명 광학장치(126)는 측정 영역(129)에 걸쳐 시료(150)에 입사하는 조명 광(124)을 추가적으로 셰이핑하는 데 사용된다. 조명 광학장치(126)는 조명 광을 시료 쪽으로 효율적으로 투과(transmit)시키기 위한 중공 광학 균질화기(hollow optical homogenizer) 또는 반사성 광 튜브(reflective light tube)를 포함할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 조명 및 수집 대물렌즈가 이용될 수 있다. 이 실시예들에서, 조명 광학장치(126)는 조명 광을 대물렌즈 쪽으로 투과시킨다.
측정 영역(129)에 걸친 시료(150)의 조명은 광을 시료(150)로부터 산란시킨다. 산란 광(128)은 검출기(127)에 의해 검출된다. 검출기(127)는 검출기(127)의 활성 영역(들)에 입사하는 산란 광을 나타내는 신호들(151)을 생성한다. 검출기(127)는 신호들(151)을 분석을 위해 컴퓨팅 시스템(130)으로 전달한다. 컴퓨팅 시스템(130)은 취득된 신호들(151)에 적어도 부분적으로 기초하여 시료(150)의 속성들을 결정한다.
다른 추가의 양태에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 시료의 측정된 구조체의 구조적 모델(structural model)(예컨대, 기하학적 모델, 재료 모델, 또는 결합된 기하학적 및 재료 모델)을 생성하고, 구조적 모델로부터의 적어도 하나의 기하학적 파라미터를 포함하는 x-선 산란측정법 응답 모델을 생성하며, x-선 산란측정법 응답 모델을 사용하여 x-선 산란측정법 측정 데이터의 피팅 분석을 수행함으로써 적어도 하나의 시료 파라미터 값을 분해(resolve)하도록 구성된다. 분석 엔진은 시뮬레이션된 x-선 산란측정법 신호들을 측정된 데이터와 비교하고 그에 의해 샘플의 기하학적 속성들은 물론 전자 밀도와 같은 재료 속성들의 결정을 가능하게 해주는 데 사용된다. 도 1에 묘사된 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 모델 구축 및 분석 기능성을 구현하도록 구성된 모델 구축 및 분석 엔진으로서 구성된다.
도 2는 컴퓨팅 시스템(130)에 의해 구현되는 예시적인 모델 구축 및 분석 엔진(101)을 예시하는 다이어그램이다. 도 2에 묘사된 바와 같이, 모델 구축 및 분석 엔진(101)은 시료의 측정된 구조체의 구조적 모델(103)을 생성하는 구조적 모델 구축 모듈(102)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 구조적 모델(103)은 시료의 재료 속성들을 또한 포함한다. 구조적 모델(103)은 x-선 산란측정법 응답 함수 구축 모듈(104)에 대한 입력으로서 수신된다. x-선 산란측정법 응답 함수 구축 모듈(104)은 구조적 모델(103)에 적어도 부분적으로 기초하여 풀 빔(full beam) x-선 산란측정법 응답 함수 모델(105)을 생성한다. 일부 예들에서, x-선 산란측정법 응답 함수 모델(105)은 x-선 폼 팩터들(x-ray form factors)에 기초하며,
여기서 F는 폼 팩터이고, q는 산란 벡터이며, ρ(r)은 수학식 1에 나타낸 바와 같이 구면 좌표들(spherical coordinates)로 된 시료의 전자 밀도이다. x-선 산란 강도는 그러면 수학식 2에 의해 주어진다.
x-선 산란측정법 응답 함수 모델(105)은 피팅 분석 모듈(106)에 대한 입력으로서 수신된다. 피팅 분석 모듈(106)은 모델링된 x-선 산란측정법 응답을 대응하는 측정된 데이터와 비교하여 시료의 기하학적 속성들은 물론 재료 속성들을 결정한다.
일부 예들에서, 실험 데이터에 대한 모델링된 데이터의 피팅은 카이 제곱 값(chi-squared value)을 최소화함으로써 달성된다. 예를 들어, x-선 산란측정법 측정들의 경우, 카이 제곱 값은 수학식 3으로서 정의될 수 있고,
여기서, 는 "채널" j에서의 측정된 x-선 산란측정법 신호들(151)이고, 여기서 인덱스 j는 회절 차수, 에너지, 각 좌표(angular coordinate) 등과 같은 시스템 파라미터들의 세트를 나타낸다. 는 구조체(타겟) 파라미터들(v1, ...,vL)의 세트에 대해 평가되는, "채널" j에 대한 모델링된 x-선 산란측정법 신호(Sj)이며, 여기서 이러한 파라미터들은 기하학적 속성들(CD, 측벽 각(sidewall angle), 오버레이 등) 및 재료 속성들(전자 밀도 등)을 나타낸다. 는 제j 채널과 연관된 불확실성이다. 는 x-선 계측에서의 채널들의 총수이다. L은 계측 타겟을 특성화하는 파라미터들의 개수이다.
수학식 3은 상이한 채널들과 연관된 불확실성들이 상관되지 않는다고 가정한다. 상이한 채널들과 연관된 불확실성들이 상관되는 예들에서는, 불확실성들 사이의 공분산(covariance)이 계산될 수 있다. 이러한 예들에서, 풀 빔 x-선 산란측정법 측정들을 위한 카이 제곱 값은 수학식 12로서 표현될 수 있고,
여기서, 는 SAXS 채널 불확실성들의 공분산 행렬이고, T는 전치행렬(transpose)을 나타낸다.
일부 예들에서, 피팅 분석 모듈(106)은 x-선 산란측정법 응답 모델(105)을 사용하여 x-선 산란측정법 측정 데이터(151)에 대한 피팅 분석을 수행함으로써 적어도 하나의 시료 파라미터 값을 분해한다. 일부 예들에서, 는 최적화되어 있다. 도 1에 묘사된 실시예에서, 결정된 값들(152)은 메모리(190)에 저장된다.
위에서 설명된 바와 같이, x-선 산란측정법 데이터의 피팅은 카이 제곱 값들의 최소화에 의해 달성된다. 그렇지만, 일반적으로, 풀 빔 x-선 산란측정법 데이터의 피팅은 다른 함수들에 의해 달성될 수 있다.
x-선 산란측정법 계측 데이터의 피팅은 관심의 기하학적 및/또는 재료 파라미터들에 대한 감도를 제공하는 임의의 유형의 x-선 산란측정법 기술에 유리하다. 시료와의 x-선 산란측정법 빔 상호작용을 설명하는 적절한 모델들이 사용되는 한, 시료 파라미터들은 결정론적(예컨대, CD, SWA 등) 또는 통계적(예컨대, 측벽 조도(sidewall roughness)의 rms 높이, 조도 상관 길이(roughness correlation length) 등)일 수 있다.
일반적으로, 컴퓨팅 시스템(130)은, RTCD(Real Time Critical Dimensioning)를 이용하여, 실시간으로 모델 파라미터들에 액세스하도록 구성되거나, 또는 시료(150)와 연관된 적어도 하나의 시료 파라미터 값의 값을 결정하기 위해 미리 계산된 모델들의 라이브러리들에 액세스할 수 있다. 일반적으로, 시료의 할당된 CD 파라미터들과 측정된 시료와 연관된 CD 파라미터들 사이의 차이를 평가하기 위해 어떤 형태의 CD-엔진이 사용될 수 있다. 시료 파라미터 값들을 계산하기 위한 예시적인 방법들 및 시스템들은 2010년 11월 2일자로 KLA-Tencor Corp.에게 발행된 미국 특허 제7,826,071호에 설명되어 있으며, 이 미국 특허 전체는 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
일부 예들에서, 모델 구축 및 분석 엔진(101)은 피드 사이드웨이 분석(feed sideways analysis), 피드 포워드 분석(feed forward analysis), 및 병렬 분석(parallel analysis)의 임의의 조합에 의해 측정된 파라미터들의 정확도를 개선시킨다. 피드 사이드웨이 분석은 동일한 시료의 상이한 영역들 상에서 다수의 데이터 세트들을 취하고 제1 데이터 세트로부터 결정되는 공통 파라미터들을 분석을 위해 제2 데이터 세트 상으로 전달하는 것을 말한다. 피드 포워드 분석은 상이한 시료들 상에서 데이터 세트들을 취하고 공통 파라미터들을 단계별 사본의 정확한 파라미터 피드 포워드 접근법(stepwise copy exact parameter feed forward approach)을 사용하여 후속 분석들로 순방향으로 전달하는 것을 말한다. 병렬 분석은, 피팅 동안 적어도 하나의 공통 파라미터가 커플링되는, 다수의 데이터세트들에 대한 비선형 피팅 방법론의 병렬 또는 동시 적용을 말한다.
다중 툴 및 구조체 분석(multiple tool and structure analysis)은 회귀(regression), 룩업 테이블(즉, "라이브러리" 매칭), 또는 다수의 데이터세트들의 다른 피팅 절차에 기초한 피드 포워드, 피드 사이드웨이, 또는 병렬 분석을 지칭한다. 다중 툴 및 구조체 분석을 위한 예시적인 방법들 및 시스템들은 2009년 1월 13일자로 KLA-Tencor Corp.에게 발행된 미국 특허 제7,478,019호에 설명되어 있으며, 이 미국 특허 전체는 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
하나의 추가의 양태에서, 계측 툴(100)은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 빔 제어 기능성을 구현하도록 구성된 컴퓨팅 시스템(예컨대, 컴퓨팅 시스템(130))을 포함한다. 도 1에 묘사된 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 입사 조명 빔(124)의 강도, 발산, 스폿 사이즈, 편광, 스펙트럼, 및 위치결정과 같은 조명 속성들 중 임의의 것을 제어하도록 동작가능한 빔 제어기로서 구성된다.
도 1에 예시된 바와 같이, 컴퓨팅 시스템(130)은 검출기(127)에 통신가능하게 커플링된다. 컴퓨팅 시스템(130)은 검출기(127)로부터 측정 데이터(151)를 수신하도록 구성된다. 일 예에서, 측정 데이터(151)는 시료의 측정된 응답의 지시(indication)(즉, 회절 차수들의 강도들)를 포함한다. 검출기(127)의 표면 상에서의 측정된 응답의 분포에 기초하여, 시료(150) 상에서의 조명 빔(124)의 입사 위치 및 면적이 컴퓨팅 시스템(130)에 의해 결정된다. 일 예에서, 측정 데이터(151)에 기초하여 시료(150) 상에서의 조명 빔(124)의 입사 위치 및 면적을 결정하기 위해 패턴 인식 기술들이 컴퓨팅 시스템(130)에 의해 적용된다. 일부 예들에서, 입사 조명 빔(124)이 시료(101)에 대해 원하는 위치 및 각 배향(angular orientation)으로 도달하도록, 컴퓨팅 시스템(130)은 원하는 조명 빔 에너지를 선택하고 조명 빔(124)을 재지향시키고 리셰이핑(reshape)하기 위해 커맨드 신호(도시되지 않음)를 조명 광학장치(126)에게 전달한다. 일부 다른 예들에서, 입사 조명 빔(124)이 시료(150)에 대해 원하는 위치 및 각 배향으로 도달하도록, 컴퓨팅 시스템(130)은 시료(150)를 위치결정하고 배향시키기 위해 커맨드 신호(137)를 웨이퍼 위치결정 시스템(140)에게 전달한다. 일부 다른 예들에서, 입사 조명 빔(124)이 시료(150)에 대해 원하는 위치 및 각 배향으로 도달하도록, 컴퓨팅 시스템(130)은 원하는 조명 파장을 선택하고 조명 빔(124)을 재지향시키고 리셰이핑하기 위해 커맨드 신호들(135 및 136)을 LPP 광 소스(110)에게 전달한다.
일부 실시예들에서, 상이한 배향들에서 측정들을 수행하는 것이 바람직하다. 이것은 측정된 파라미터들의 정밀도 및 정확도를 증가시키고 다양한 대각 평면외 배향들(large-angle, out of plane orientations)을 포함하도록 분석에 이용가능한 데이터 세트들의 개수 및 다양성을 확장함으로써 파라미터들 간의 상관들을 감소시킨다. 더 깊고 더 다양한 데이터 세트를 사용하여 시료 파라미터들을 측정하는 것은 또한 파라미터들 간의 상관들을 감소시키고 측정 정확도를 개선시킨다. 예를 들어, 법선 배향(normal orientation)에서, x-선 산란측정법은 피처의 임계 치수를 분해할 수 있지만, 피처의 측벽 각 및 높이에 대체로 둔감하다. 그렇지만, 넓은 범위의 평면외 각 위치들(out of plane angular positions)에 걸쳐 측정 데이터를 수집하는 것에 의해, 피처의 측벽 각 및 높이가 분해될 수 있다.
도 1에 예시된 바와 같이, 계측 툴(100)은 산란계(scatterometer)에 대해 큰 범위의 평면외 각 배향들에 걸쳐 시료(150)를 정렬시키도 하고 시료(150)를 배향시키기도 하도록 구성된 시료 위치결정 시스템(140)을 포함한다. 환언하면, 시료 위치결정 시스템(140)은 시료(150)의 표면과 평면 내에 정렬된 하나 이상의 회전 축을 중심으로 큰 각 범위(angular range)에 걸쳐 시료(150)를 회전시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 시료 위치결정 시스템(140)은 시료(150)의 표면과 평면 내에 정렬된 하나 이상의 회전 축을 중심으로 적어도 90도의 범위 내에서 시료(150)를 회전시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 시료 위치결정 시스템은 시료(150)의 표면과 평면 내에 정렬된 하나 이상의 회전 축을 중심으로 적어도 60도의 범위 내에서 시료(150)를 회전시키도록 구성된다. 일부 다른 실시예들에서, 시료 위치결정 시스템(140)은 시료(150)의 표면과 평면 내에 정렬된 하나 이상의 회전 축을 중심으로 적어도 1도의 범위 내에서 시료(150)를 회전시키도록 구성된다. 이러한 방식으로, 시료(150)의 각도 분해된(angle resolved) 측정들이 시료(150)의 표면 상의 임의의 개수의 위치들에 걸쳐 계측 시스템(100)에 의해 수집된다. 일 예에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 시료(150)의 원하는 위치를 지시하는 커맨드 신호들(137)을 시료 위치결정 시스템(140)의 모션 제어기(145)에게 전달한다. 이에 응답하여, 모션 제어기(145)는 시료(150)의 원하는 위치결정을 달성하기 위해 시료 위치결정 시스템(140)의 다양한 액추에이터들에 대한 커맨드 신호들을 생성한다.
비제한적인 예로서, 도 1에 예시된 바와 같이, 시료 위치결정 시스템(140)은 시료(150)를 시료 위치결정 시스템(140)에 고정되게 부착하기 위한 에지 그립 척(edge grip chuck)(141)을 포함한다. 회전 액추에이터(142)는 외주부 프레임(perimeter frame)(143)에 대해 에지 그립 척(141) 및 부착된 시료(150)를 회전시키도록 구성된다. 묘사된 실시예에서, 회전 액추에이터(142)는 도 1에 예시된 좌표계(146)의 x-축을 중심으로 시료(150)을 회전시키도록 구성된다. 도 1에 묘사된 바와 같이, z-축을 중심으로 한 시료(150)의 회전은 시료(150)의 평면내 회전(in plane rotation)이다. x-축 및 y-축(도시되지 않음)을 중심으로 한 회전들은 계측 시스템(100)의 계측 요소들에 대해 시료의 표면을 사실상 경사지게 하는(tilt) 시료(150)의 평면외 회전들이다. 비록 예시되어 있지는 않지만, 제2 회전 액추에이터는 y-축을 중심으로 시료(150)를 회전시키도록 구성된다. 선형 액추에이터(144)는 외주부 프레임(143)을 x-방향으로 병진이동시키도록 구성된다. 다른 선형 액추에이터(도시되지 않음)는 외주부 프레임(143)을 y-방향으로 병진이동시키도록 구성된다. 이러한 방식으로, 시료(150)의 표면 상의 모든 위치는 일정 범위의 평면외 각 위치들에 걸쳐 측정에 이용가능하다. 예를 들어, 일 실시예에서, 시료(150)의 위치는 시료(150)의 법선 배향에 대해 -45도 내지 +45도의 범위 내에서 몇 개의 각 증분들(angular increments)에 걸쳐 측정된다.
일반적으로, 시료 위치결정 시스템(140)은, 고니오미터(goniometer) 스테이지들, 헥사포드(hexapod) 스테이지들, 각도 스테이지들(angular stages), 및 선형 스테이지들을 포함하지만 이들로 제한되지 않는, 원하는 선형 및 각 위치결정 성능(linear and angular positioning performance)을 달성하기 위해 기계적 요소들의 임의의 적당한 조합을 포함할 수 있다.
다른 추가의 양태에서, LPP 광 소스(110)는 증발된 크세논을 다시 크세논 타겟 생성기(예컨대, 용적 생성기(111))로 재순환시키는 가스 재순환 시스템(120)을 포함한다. 도 1에 묘사된 바와 같이, 가스 재순환 시스템(120)은 플라스마 챔버(153)로부터의 크세논 가스(예컨대, 증발된 크세논)의 흐름(119)을 수용한다. 크세논 완충 가스(123)와 (즉, 플라스마(115)에 의한 가열 이후의) 증발된 크세논은 구별할 수 없기 때문에, 흐름(119)은 완충 가스로서 이용되는 크세논과 플라스마(115)에 의해 기화되는 크세논을 포함한다. 가스 재순환 시스템(120)은 크세논 가스를 회수하고 회수된 크세논(121)을 재사용되도록 용적 생성기(111)로 수송한다. 그에 부가하여, 가스 재순환 시스템(120)은 크세논 가스를 회수하고 회수된 크세논(122)을 다시 플라스마 챔버(123)로 수송한다.
도 1에 묘사된 바와 같이, 시스템(100)은 플라스마(115)를 생성하기 위해 용적에 포커싱되는 2개의 레이저를 포함한다. 그렇지만, 시스템(100)은 하나의 레이저 또는 2개 초과의 레이저를 포함할 수 있다. 각각의 레이저는 상이하게 또는 동일하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 레이저들은 동일한 또는 상이한 시간들에 용적 쪽으로 지향될 수 있는 상이한 특성들을 갖는 광을 생성하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 레이저들은 동일한 또는 상이한 방향들로부터 용적 쪽으로 광을 지향시키도록 구성될 수 있다. 여기 광을 타겟 쪽으로 지향시키기 위한 예시적인 기술들은 전술한 미국 특허 제7,705,331호에 설명되어 있으며, 이 미국 특허 전체는 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
도 1은 일 실시예에서의 투과 소각 x-선 산란측정법(small angle x-ray scatterometry; SAXS) 시스템을 묘사한다. 그렇지만, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 LPP 광 소스를 이용하는 다른 x-선 기반 계측 시스템들이 본 특허 문서의 범위 내에서 고려될 수 있다. 일부 예들에서, 코히런트 회절 이미징(coherent diffractive imaging; CDI) 기반 계측 시스템은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 LPP 광 소스를 포함한다. 다른 예들에서, LPP 광 소스는 이미징 x-선 계측 시스템의 일부로서 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 이미징 대물렌즈는 수집된 광을 검출기 쪽으로 지향시킨다. 일부 실시예들에서, 광 소스(110)에 의해 생성되는 조명 광은 조명 광학장치(126)에 의해 대물렌즈 쪽으로 투과된다. 일부 실시예들에서, 조명 광학장치(126) 및 이미징 대물렌즈는 주로 동일한 요소들로 구성되고 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 광 소스(110)에 의해 생성되는 조명 광은, 이미징 대물렌즈의 요소들을 통해 먼저 지향되는 일 없이, 조명 광학장치(126)에 의해 직접 시료(150) 쪽으로 투과된다. 시료(150)에 입사하는 조명 광에 응답하여, 시료(150)로부터의 광은 이미징 대물렌즈에 의해 수집되고, 확대되며, 검출기 쪽으로 지향된다.
일부 실시예들에서, 적절한 시야로 설계되는 이미징 대물렌즈가 이용된다. 대물렌즈를 통한 광 경로는 바람직하게는 각각의 상호작용과 연관된 흡수 손실들을 최소화하기 위해 반사 표면들과의 최소 횟수의 상호작용들을 포함해야 한다. 모든 반사 컴포넌트들이 4 미러, 4 패스 설계(four mirror, four pass design)를 사용하는 대물렌즈에 대한 예시적인 설계들은 2008년 4월 1일자로 KLA-Tencor Technologies Corp.에게 발행된 미국 특허 제7,351,980호에 설명되어 있으며, 이 미국 특허 전체는 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. 그에 부가하여, 모든 반사 컴포넌트들이 4 미러, 6 패스 설계(four mirror, six pass design)를 사용하는 대물렌즈에 대한 예시적인 설계들은 미국 특허 공개 제2010/0188738 A1호에 설명되어 있으며, 이 미국 특허 공개 전체는 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
조명 방향은 웨이퍼 상의 구조체가 계측 시스템(100)과 같은 계측 시스템에 의해 어떻게 분해되는지에 영향을 미친다. 일부 실시예들에서, 논의된 광학 구성들은 조명 목적들을 위해 특별히 최적화된 반사 요소들 중 하나 이상에서 불균일한 광학 속성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 조명 경로에서의 높은 노출 에너지로 인한 코팅 내구성을 증가시키도록 코팅들이 최적화될 수 있다.
도 3은 적어도 하나의 발명 양태에 따른 x-선 기반 계측을 위한 하드 x-선 조명 광을 생성하기에 적합한 방법(200)을 예시한다. 방법(200)의 데이터 프로세싱 요소들이 프로그램 명령어들(134)의 일부로서 저장되고 컴퓨팅 시스템(130)의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 미리 프로그래밍된 알고리즘을 통해 수행될 수 있다는 것이 인식된다. 이하의 설명이 도 1에 묘사된 시스템(100)의 맥락에서 제시되지만, 시스템(100)의 특정의 구조적 양태들이 제한들을 나타내지 않으며 단지 예시적인 것으로 해석되어야 한다는 것이 본 명세서에서 인식된다.
블록(201)에서, 크세논 가스의 흐름이 플라스마 챔버 내에 제공된다.
블록(202)에서, 고체 또는 액체 상태에 있는 일련의 크세논 타겟들이 플라스마 챔버에서 타겟 위치에 제공된다.
블록(203)에서, 플라스마 챔버에서의 타겟 위치 쪽으로 지향되는 일련의 여기 광 펄스들이 생성된다. 일련의 여기 광 펄스들의 각각의 펄스는 2 피코초 미만의 지속기간을 갖는다. 일련의 여기 광 펄스들 중 한 펄스와 일련의 크세논 타겟들 중 대응하는 크세논 타겟의 상호작용은 크세논 타겟을 이온화시켜, 대략 25,000 전자 볼트 내지 대략 30,000 전자 볼트의 범위에 있는 에너지를 갖는 일정 양의 x-선 조명 광을 방출하는 플라스마를 형성한다. 결과적인 X-선 조명 광은 측정 중인 반도체 시료를 조명하는 데 사용가능하다.
블록(204)에서, X-선 조명 광에 응답하여 시료로부터 산란되는 X-선 방사선의 양이 검출된다.
블록(205)에서, 검출된 X-선 방사선의 양에 기초하여 측정 중인 시료의 적어도 하나의 관심 파라미터의 값이 결정된다.
본 개시내용 전반에 걸쳐 설명된 다양한 단계들이 단일 컴퓨터 시스템(130) 또는, 대안적으로, 다중 컴퓨터 시스템(130)에 의해 수행될 수 있음이 인식되어야 한다. 더욱이, 시료 위치결정 시스템(140), 가스 재순환 시스템(120), 용적 생성기(111), 레이저(113), 및 검출기(127)와 같은, 시스템(100)의 상이한 서브시스템들은 본 명세서에서 설명된 단계들의 적어도 일 부분을 수행하기에 적합한 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다. 따라서, 전술한 설명은 본 발명에 대한 제한으로서 해석되어서는 안되며 단지 예시로서 해석되어야 한다. 게다가, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(130)은 본 명세서에 설명된 방법 실시예들 중 임의의 방법 실시예의 임의의 다른 단계(들)을 수행하도록 구성될 수 있다.
그에 부가하여, 컴퓨터 시스템(130)은 본 기술분야에서 알려진 임의의 방식으로 시료 위치결정 시스템(140), 가스 재순환 시스템(120), 용적 생성기(111), 레이저(113), 및 검출기(127)에 통신가능하게 커플링될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(130)은 시료 위치결정 시스템(140), 가스 재순환 시스템(120), 용적 생성기(111), 레이저(113), 및 검출기(127)와, 제각기, 연관된 컴퓨팅 시스템들에 커플링될 수 있다. 다른 예에서, 시료 위치결정 시스템(140), 가스 재순환 시스템(120), 용적 생성기(111), 레이저(113), 및 검출기(127) 중 임의의 것은 컴퓨터 시스템(130)에 커플링된 단일 컴퓨터 시스템에 의해 직접 제어될 수 있다.
컴퓨터 시스템(130)은 유선 및/또는 무선 부분들을 포함할 수 있는 전송 매체에 의해 시스템의 서브시스템들(예컨대, 시료 위치결정 시스템(140), 가스 재순환 시스템(120), 용적 생성기(111), 레이저(113), 및 검출기(127) 등)로부터 데이터 또는 정보를 수신 및/또는 취득하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 전송 매체는 컴퓨터 시스템(130)과 시스템(100)의 다른 서브시스템들 사이의 데이터 링크로서 역할할 수 있다.
시스템(100)의 컴퓨터 시스템(130)은 유선 및/또는 무선 부분들을 포함할 수 있는 전송 매체에 의해 다른 시스템들로부터 데이터 또는 정보(예컨대, 모델링 입력들, 모델링 결과들 등)를 수신 및/또는 취득하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 전송 매체는 컴퓨터 시스템(130)과 다른 시스템들(예컨대, 메모리 온-보드 시스템(100), 외부 메모리, 또는 외부 시스템들) 사이의 데이터 링크로서 역할할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(130)은 데이터 링크를 통해 저장 매체(즉, 메모리(132))로부터 측정 데이터(예컨대, 신호들(151))를 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 검출기(127)를 사용하여 획득되는 측정 결과들은 영구적 또는 반영구적 메모리 디바이스(예컨대, 메모리(132))에 저장될 수 있다. 이 점에서, 측정 결과들은 온-보드 메모리로부터 또는 외부 메모리 시스템으로부터 임포트(import)될 수 있다. 더욱이, 컴퓨터 시스템(130)은 데이터를 전송 매체를 통해 다른 시스템들에게 송신할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(130)에 의해 결정되는 파라미터 값들(152)은 영구적 또는 반영구적 메모리 디바이스(예컨대, 메모리(190))에 저장될 수 있다. 이 점에서, 측정 결과들이 다른 시스템으로 익스포트(export)될 수 있다.
컴퓨팅 시스템(130)은 개인 컴퓨터 시스템, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터, 병렬 프로세서, 또는 본 기술분야에서 알려진 임의의 다른 디바이스를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 일반적으로, 용어 "컴퓨팅 시스템"은, 메모리 매체로부터의 명령어들을 실행하는, 하나 이상의 프로세서를 가지는 임의의 디바이스를 포괄하도록 광의적으로 정의될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 것들과 같은 방법들을 구현하는 프로그램 명령어들(134)은 와이어, 케이블, 또는 무선 전송 링크와 같은 전송 매체를 통해 전송될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 예시된 바와 같이, 메모리(132)에 저장되는 프로그램 명령어들은 버스(133)를 통해 프로세서(131)에게 전송된다. 프로그램 명령어들(134)은 컴퓨터 판독가능 매체(예컨대, 메모리(132))에 저장된다. 예시적인 컴퓨터 판독가능 매체들은 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광학 디스크, 또는 자기 테이프를 포함한다.
본 명세서에서 설명된 바와 같은 계측 기술들은 반도체 구조체들의 특성들을 결정하는 데 사용될 수 있다. 예시적인 구조체들은 FinFET들, 나노와이어들 또는 그래핀과 같은 저차원 구조체들, 10 nm 미만(sub 10 nm) 구조체들, 박막들, 리소그래픽 구조체들, 실리콘 관통 비아들(through substrate vias; TSV들), DRAM, DRAM 4F2, FLASH와 같은 메모리 구조체들 및, 3D-NAND 구조체들과 같은, 고 애스펙트비 메모리 구조체들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 예시적인 구조적 특성들은 라인 에지 조도, 라인 폭 조도, 기공 크기, 기공 밀도, 측벽 각, 프로파일, 막 두께, 임계 치수, 피치와 같은 기하학적 파라미터들, 및 전자 밀도, 결정립 구조(grain structure), 모폴로지(morphology), 배향, 응력, 변형(strain), 원소 ID(elemental identification), 및 재료 조성과 같은 재료 파라미터들을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다.
일부 실시예들에서, 본 명세서에서 설명된 기술들은 제조 프로세스 툴의 일부로서 구현될 수 있다. 제조 프로세스 툴들의 예들은 리소그래픽 노광 툴들, 막 퇴적 툴들, 주입 툴들, 및 에칭 툴들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 이러한 방식으로, 온도 측정들의 결과들은 제조 프로세스를 제어하는 데 사용된다.
시료를 프로세싱하는 데 사용될 수 있는 반도체 프로세싱 시스템(예컨대, 검사 시스템, 계측 시스템, 또는 리소그래피 시스템)에 대한 다양한 실시예들이 본 명세서에서 설명된다. 용어 "시료"는 본 기술분야에서 알려진 수단에 의해 프로세싱될 수 있는(예컨대, 인쇄될 또는 결함들에 대해 검사될 수 있는) 웨이퍼, 레티클, 또는 임의의 다른 샘플을 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 “시료"는 웨이퍼를 일반적으로 지칭한다. 그렇지만, 본 명세서에서 설명된 방법들 및 시스템들이 본 기술분야에서 알려진 임의의 다른 시료의 조명을 제공하는 데 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "웨이퍼"는 반도체 또는 비-반도체 재료로 형성되는 기판들을 일반적으로 지칭한다. 예들은 단결정 실리콘, 갈륨 비화물, 및 인듐 인화물을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 그러한 기판들은 반도체 제조 설비들에서 흔히 발견되고 그리고/또는 프로세싱될 수 있다. 일부 경우들에서, 웨이퍼는 기판만(즉, 베어 웨이퍼(bare wafer))을 포함할 수 있다. 대안적으로, 웨이퍼는 기판 상에 형성되는 상이한 재료들의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 웨이퍼 상에 형성되는 하나 이상의 층은 "패터닝될" 수 있거나 또는 "패터닝되지 않을" 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 반복가능한 패턴 피처들을 갖는 복수의 다이들을 포함할 수 있다.
“레티클"은 레티클 제조 프로세스의 임의의 스테이지에서의 레티클일 수 있거나, 또는 반도체 제조 설비에서 사용하기 위해 발매될(released) 수 있는 또는 발매되지 않을 수 있는 완성된 레티클일 수 있다. 레티클, 또는 "마스크"는, 실질적으로 불투명한 영역들이 상부에 형성되어 어떤 패턴으로 구성되는, 실질적으로 투명한 기판으로서 일반적으로 정의된다. 기판은, 예를 들어, 석영과 같은 유리 재료를 포함할 수 있다. 레티클은 레티클 상의 패턴이 레지스트에 전사될 수 있도록 리소그래피 프로세스의 노광 단계 동안 레지스트로 피복된 웨이퍼(resist-covered wafer) 위에 배치될 수 있다.
웨이퍼 상에 형성되는 하나 이상의 층은 패터닝될 수 있거나 또는 패터닝되지 않을 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는, 각각이 반복가능한 패턴 피처들을 갖는, 복수의 다이들을 포함할 수 있다. 그러한 재료 층들의 형성 및 프로세싱은 궁극적으로는 완성된 디바이스들을 결과할 수 있다. 많은 상이한 유형들의 디바이스들이 웨이퍼 상에 형성될 수 있으며, 용어 웨이퍼는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 본 기술분야에서 알려진 임의의 유형의 디바이스가 상부에 제조되고 있는 웨이퍼를 포괄하도록 의도된다.
하나 이상의 예시적인 실시예에서, 설명되는 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능들은 하나 이상의 명령어 또는 코드로서 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장될 수 있거나 컴퓨터 판독가능 매체를 통해 전송될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체들은 한 장소로부터 다른 장소로의 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하여 컴퓨터 저장 매체들 및 통신 매체들 둘 다를 포함한다. 저장 매체들은 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체들일 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 그러한 컴퓨터 판독가능 매체들은 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장 디바이스들, 자기 디스크 저장 디바이스들 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 원하는 프로그램 코드 수단을 명령어들 또는 데이터 구조들의 형태로 운반하거나 저장하는 데 사용될 수 있고 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터, 또는 범용 프로세서 또는 특수 목적 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속(connection)이 컴퓨터 판독가능 매체라고 적절히 지칭된다. 예를 들어, 소프트웨어가 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선(twisted pair), 디지털 가입자 회선(digital subscriber line; DSL), 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들을 사용하여 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 전송되는 경우, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선, DSL, 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들은 매체의 정의에 포함된다. 디스크(disk) 및 디스크(disc)는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, CD(compact disc), 레이저 디스크(laser disc), 광학 디스크(optical disc), DVD(digital versatile disc), 플로피 디스크(floppy disk) 및 블루레이 디스크(blu-ray disc)를 포함하는 데, 여기서 디스크들(disks)은 보통 데이터를 자기적으로 재생하는 반면, 디스크들(discs)은 데이터를 레이저들을 사용하여 광학적으로 재생한다. 상기한 것들의 조합들이 컴퓨터 판독가능 매체들의 범위 내에 또한 포함되어야 한다.
비록 소정의 특정 실시예들이 교수적인 목적들을 위해 위에서 설명되었지만, 이 특허 문서의 교시들은 일반적인 적용가능성(general applicability)을 가지며 위에서 설명된 특정 실시예들로 제한되지 않는다. 그에 따라, 설명된 실시예들의 다양한 피처들의 다양한 수정들, 적응들(adaptations), 및 조합들이 청구범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 실시될 수 있다.

Claims (20)

  1. 레이저 생성 플라스마 광 소스(laser produced plasma light source)로서,
    플라스마 챔버 내에서의 크세논 가스의 흐름을 포함하는 상기 플라스마 챔버;
    고체 또는 액체 상태에 있는 일련의 크세논 타겟들을 상기 플라스마 챔버 내에서 타겟 위치에 제공하는 크세논 타겟 생성기;
    상기 플라스마 챔버 내에서의 상기 타겟 위치 쪽으로 지향되는 일련의 여기 광 펄스들을 생성하는 하나 이상의 펄스 레이저 소스 - 상기 일련의 여기 광 펄스들의 각각의 펄스는 2 피코초 미만의 지속기간을 가지며, 상기 일련의 여기 광 펄스들 중 한 펄스와 상기 일련의 크세논 타겟들 중 대응하는 크세논 타겟과의 상호작용은 상기 크세논 타겟을 이온화시켜, 25,000 전자 볼트 내지 30,000 전자 볼트의 범위 내에 있는 에너지를 갖는 X-선 조명 광의 양을 방출하는 플라스마를 형성하고, 상기 X-선 조명 광은 측정 중인 반도체 시료를 조명하는 데 사용가능함 - ; 및
    상기 플라스마 챔버로부터 크세논 가스의 양을 회수하고 제1 양의 상기 회수된 크세논 가스를 완충 가스로서 상기 플라스마 챔버에 제공하도록 구성된 가스 재순환 시스템
    을 포함하는, 레이저 생성 플라스마 광 소스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 크세논 타겟 생성기는:
    고체 또는 액체 상태에 있는 일련의 크세논 용적들(droplets of Xenon)을 상기 플라스마 챔버 내로 분배하는 용적 생성기(droplet generator)를 포함하는, 레이저 생성 플라스마 광 소스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 크세논 타겟 생성기는:
    상기 플라스마 챔버 내에 배치된 극저온으로(cyrogenically) 냉각된 드럼 - 상기 극저온으로 냉각된 드럼은, 상기 극저온으로 냉각된 드럼의 외향 표면(outward facing surface) 상에서 각각의 여기 광 펄스의 초점에 배치되는 고체 크세논 재료 층을 가짐 - 을 포함하는, 레이저 생성 플라스마 광 소스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 펄스 레이저 소스는, 여기 광 펄스들을 동시에 방출하는 적어도 2개의 펄스 레이저 소스를 포함하는, 레이저 생성 플라스마 광 소스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 펄스 레이저 소스는, 여기 광 펄스들을 순차적으로 방출하는 적어도 2개의 펄스 레이저 소스를 포함하는, 레이저 생성 플라스마 광 소스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가스 재순환 시스템은 또한, 제2 양의 상기 회수된 크세논 가스를 상기 크세논 타겟 생성기에 제공하도록 구성되는, 레이저 생성 플라스마 광 소스.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서, 상기 회수된 크세논 가스의 양은 증발된 크세논 타겟 재료의 양을 포함하는, 레이저 생성 플라스마 광 소스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 플라스마 챔버의 윈도와 상기 플라스마 사이의 거리는 적어도 10 센티미터인, 레이저 생성 플라스마 광 소스.
  10. 제1항에 있어서, 공급 재료의 일련의 용적들 각각은 직경이 50 마이크로미터 미만인, 레이저 생성 플라스마 광 소스.
  11. 제1항에 있어서, 상기 플라스마의 휘도는 1014　photons/(sec)·(mm2)·(mrad2) 초과인, 레이저 생성 플라스마 광 소스.
  12. 제1항에 있어서, 상기 플라스마 챔버 내의 상기 크세논 가스의 압력은 5 torr 내지 200 torr의 범위 내에 있는, 레이저 생성 플라스마 광 소스.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 플라스마에 의해 방출되는 상기 조명 광의 양을 수집하고, 상기 조명 광의 양을 상기 플라스마 챔버의 X-선 윈도를 통해 지향시키는 수집기
    를 추가로 포함하는, 레이저 생성 플라스마 광 소스.
  14. 계측 시스템으로서,
    레이저 생성 플라스마 광 소스 - 상기 레이저 생성 플라스마 광 소스는:
    플라스마 챔버 내에서의 크세논 가스의 흐름을 포함하는 상기 플라스마 챔버;
    고체 또는 액체 상태에 있는 일련의 크세논 타겟들을 상기 플라스마 챔버 내에서 타겟 위치에 제공하는 크세논 타겟 생성기;
    상기 플라스마 챔버 내에서의 상기 타겟 위치 쪽으로 지향되는 일련의 여기 광 펄스들을 생성하는 하나 이상의 펄스 레이저 소스 - 상기 일련의 여기 광 펄스들의 각각의 펄스는 2 피코초 미만의 지속기간을 가지며, 상기 일련의 여기 광 펄스들 중 한 펄스와 상기 일련의 크세논 타겟들 중 대응하는 크세논 타겟과의 상호작용은 상기 크세논 타겟을 이온화시켜 X-선 조명 광의 양을 방출하는 플라스마를 형성함 -;
    상기 플라스마에 의해 방출되는 상기 X-선 조명 광을 수집하고 상기 X-선 조명 광을 측정 중인 시료를 향해 지향시키는 수집기; 및
    상기 플라스마 챔버로부터 크세논 가스의 양을 회수하고 제1 양의 상기 회수된 크세논 가스를 완충 가스로서 상기 플라스마 챔버에 제공하도록 구성된 가스 재순환 시스템
    을 포함함 -;
    상기 시료에 입사하는 상기 X-선 조명 광에 응답하여 상기 시료로부터 산란되는 X-선 방사선의 양을 검출하는 x-선 검출기; 및
    상기 검출된 X-선 방사선의 양에 기초하여 상기 시료의 모델과 연관된 관심 파라미터의 값을 결정하도록 구성된 컴퓨팅 시스템
    을 포함하는, 계측 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 계측 시스템은, 투과 소각 x-선 산란측정법 시스템(transmissive small angle x-ray scatterometry system) 중 임의의 것으로서 구성되는, 계측 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 플라스마 챔버의 윈도와 상기 플라스마 사이의 거리는 적어도 10 센티미터인, 계측 시스템.
  17. 제14항에 있어서, 상기 플라스마 챔버 내의 상기 크세논 가스의 압력은 5 torr 내지 200 torr의 범위 내에 있는, 계측 시스템.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 가스 재순환 시스템은 또한, 제2 양의 상기 회수된 크세논 가스를 상기 크세논 타겟 생성기에 제공하도록 구성되는, 계측 시스템.
  19. 방법으로서,
    플라스마 챔버 내에 크세논 가스의 흐름을 제공하는 단계;
    고체 또는 액체 상태에 있는 일련의 크세논 타겟들을 상기 플라스마 챔버 내에서 타겟 위치에 제공하는 단계;
    상기 플라스마 챔버 내에서의 상기 타겟 위치 쪽으로 지향되는 일련의 여기 광 펄스들을 생성하는 단계 - 상기 일련의 여기 광 펄스들의 각각의 펄스는 2 피코초 미만의 지속기간을 가지며, 상기 일련의 여기 광 펄스들 중 한 펄스와 상기 일련의 크세논 타겟들 중 대응하는 크세논 타겟과의 상호작용은 상기 크세논 타겟을 이온화시켜, 25,000 전자 볼트 내지 30,000 전자 볼트의 범위 내에 있는 에너지를 갖는 X-선 조명 광의 양을 방출하는 플라스마를 형성하고, 상기 X-선 조명 광은 측정 중인 반도체 시료를 조명하는 데 사용가능함 -;
    상기 플라스마 챔버로부터 크세논 가스의 양을 회수하는 단계;
    제1 양의 상기 회수된 크세논 가스를 완충 가스로서 상기 플라스마 챔버에 제공하는 단계;
    상기 X-선 조명 광에 응답하여 상기 반도체 시료로부터 산란되는 X-선 방사선의 양을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 X-선 방사선의 양에 기초하여 상기 측정 중인 상기 반도체 시료의 적어도 하나의 관심 파라미터의 값을 결정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 일련의 크세논 타겟들을 제공하는 크세논 타겟 생성기에 제2 양의 상기 회수된 크세논 가스를 제공하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
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