用于小光斑大小透射小角X射线散射术的光束整形狭缝的制作方法
本专利申请根据35u.s.c.§119要求2016年4月22提交的美国临时专利申请第62/326,648号的优先权，所述临时专利申请的主题以全文引用的方式并入本文中。
所描述实施例涉及x射线度量系统和方法，且更具体地说，涉及用于提高测量准确性的方法和系统。
背景技术
半导体装置(例如逻辑装置和存储器装置)通常是通过应用到标本的一系列处理步骤来制造的。半导体装置的各种特征和多个结构层次通过这些处理步骤形成。举例来说，除其它之外的光刻技术是一种涉及在半导体晶片上产生图案的半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含(但不限于)化学机械抛光、蚀刻、沉积和离子植入。多个半导体装置可在单一半导体晶片上制造且接着分成单独的半导体装置。
在半导体制造工艺期间在各个步骤处使用度量工艺来检测晶片上的缺陷以促成更高产量。多种基于度量的包含散射术和反射检查实施方案的技术以及相关联的分析算法常用来表征纳米级结构的关键尺寸、膜厚度、组合物和其它参数。
传统地，散射术临界尺寸测量在由薄膜和/或重复周期结构构成的目标上执行。在装置制造期间，这些膜和周期结构通常表示实际装置几何形状和材料结构或中间设计。随着装置(例如逻辑装置和存储器装置)朝着较小纳米级尺寸移动，特征化变得更加困难。并入复杂三维几何形状和具有不同物理性质的材料的装置促进特征化难度。举例来说，现代存储器结构通常是较高纵横比的三维结构，其使得光辐射难以穿透到底层。利用红外式针对可见光的光学度量工具可穿透多个半透明材料层，但提供良好穿透深度的较长波长不提供对于较小异常的足够灵敏度。此外，表征复杂结构(例如，finfet)所需的增大数量的参数使得增大参数相关性。因此，表征目标的参数通常不能可靠地与可利用的测量解耦合。
在一个实例中，已采用较长波长(例如，近红外)来试图克服对于3dflash装置的穿透问题，所述3dflash装置在叠层中利用多晶硅作为交替材料中的一种。然而，类似于3dflash的结构的镜子本质上随着照明传播更深到膜堆叠中而导致光强度降低。这导致在深度下的灵敏度损耗和相关问题。在这种情境下，scd仅能够以较高灵敏度和较低相关性成功地提取减小的度量尺寸集。
在另一实例中，在现代半导体结构中越来越多的采用不透光高k材料。光辐射通常不能够穿透由这些材料构成的层。因此，利用薄膜散射术工具(例如椭偏仪或反射计)的测量变得越来越具有挑战性。
响应于这些挑战，已研发更复杂的光学度量工具。举例来说，已研发具有多个照明角、较短照明波长、更广照明波长范围及更多得自反射信号的完整信息采集(例如测量除更常规的反射性或椭偏信号以外的多个米勒矩阵元件(muellermatrixelements))。然而，这些方法尚未可靠地克服与多个高级目标(例如复杂3d结构、小于10nm的结构、采用不透光材料的结构)的测量和测量应用(例如线边缘粗糙度和线宽粗糙度测量)相关联的基本挑战。
原子力显微镜(afm)和扫描隧道显微镜(stm)能够实现原子分辨率，但其仅可探查标本的表面。此外，afm和stm显微镜需要较长的扫描时间。扫描电子显微镜(sem)实现中间分辨率水准，但不能够穿透结构到足够深度。因此，未良好表征较高纵横比空穴。此外，标本的所需充电对于成像性能具有不良影响。x射线反射计也遭受穿透问题，所述问题在测量较高纵横比结构时限制其有效性。
为克服穿透深度问题，采用传统成像技术，例如tem、sem等结合破坏性样本制备技术，例如聚焦离子束(fib)机械加工、离子碾磨、层或选择性蚀刻等。举例来说，透射式电子显微镜(tem)实现高分辨率水平且能够探查任意深度，但tem需要标本的破坏性分段。数种材料移除和测量迭代通常提供测量贯穿三维结构的关键度量参数所需的信息。但这些技术需要样本毁坏和冗长处理时间。由于蚀刻和度量步骤的偏移，因此完成这些类型的测量的复杂度和时间引入较大不准确度。此外，这些技术需要大量迭代，所述迭代引入登记误差。
透射小角x射线散射术(t-saxs)系统已展示解决挑战性测量应用的前景。当前t-saxs工具采用光束整形狭缝以形成入射于处于测量下的标本上的照明光束。在聚焦光学件限定光束的发散角之前或之后，光束发散整形狭缝位于光束路径中。束斑光束整形狭缝位于光束发散整形狭缝后的光束路径中以限定入射于晶片上的束斑的尺寸。
不利的是，可利用的x射线源在与光束传播方向正交的方向上具有有限尺寸。由于有限源尺寸，入射于标本上的束斑将由光束整形狭缝的大小和来自光学件(例如聚焦光学件、准直光学件等)的源的角尺寸限定。举例来说，光学系统的焦平面中的x射线源的图像的大小由其实际大小和光学件的放大率限定。光学件的放大率是聚焦光学件到图像的距离与聚焦光学件到源的距离的比率。此外，聚焦光学件的斜率和图误差将进一步增大束斑大小。当前系统不符合对于测量位于切割线中的度量目标的要求，其中需要50微米或更小的束斑大小。
为解决这个问题，可减小光束整形狭缝的大小。然而，这使得光子通量的显著减小，其使得显现低效的测量。此外，减小光束整形狭缝的大小并未完全地解决问题，这是因为光束发散始终促使光束扩散于入射点处，其中标本处于测量下。举例来说，在典型t-saxs系统中，光束整形狭缝距处于测量下的标本的表面超过250毫米。对于存在于这些系统中的典型光束发散，即使光束整形狭缝的大小无限地小，仍期望30-40微米的束斑大小。当然，此配置不可行，因为如果测量系统以此方式配置，那么无限小的照明量将投射到标本上。
光束发散对于束斑大小的影响可通过将光束整形狭缝更接近标本定位来减小。然而，在当前实践中，此对于t-saxs系统尚未实现。有效的t-saxs度量系统执行关于入射光束的以不同的入射角度定向的标本的测量。换句话说，标本是关于入射光束而倾斜的使得标本的表面法线距照明光束的光束轴定向多达30度，或超过30度。在这些条件下，如果传统光束整形狭缝未与标本间隔达明显距离，那么其以机械方式干扰标本。在由科磊公司(kla-tencorcorporation)实施的当前系统中，光束整形狭缝与处于测量下的标本之间的距离是260毫米。
美国专利第7,406,153号描述采用刀口光束框的掠入射工具，所述光束框与处于测量下的标本极为接近。然而，所公开的光束框仅在掠入射工具而非t-saxs工具的情况下起作用，其中在距法线高达50度的角度处正常照明或照明是所需的。
为进一步提高装置性能，半导体行业持续集中于竖直集成，而不是橫向按比例调整。因此，复杂的完全三维结构的精确测量是确保耐久性和持续按比例调整改进的关键。未来度量应用存在对于度量的挑战，因为越来越小分辨率需求、多参数相关性、越来越复杂的包含较高纵横比结构的几何体结构，以及不透光材料的增大使用。因此，用于改进的t-saxs测量的方法和系统是所需的。
技术实现要素：
本文中描述用于减小有限源大小对于用于透射小角度x射线散射术(t-saxs)测量的照明束斑大小的影响的方法和系统。
在一个方面，光束整形狭缝安置于极为接近处于测量下的标本。光束整形狭缝具有细长轮廓，所述轮廓即使在t-saxs测量系统的较大入射角(例如高达60度的入射角)处也不会干扰晶片级组件。通过将光束整形狭缝紧靠着标本安置来最小化光束发散对于束斑大小的影响。此外，由于入射束斑的光束轮廓由边缘处的极小阴影区域清晰地限定，因此提高度量目标上的光束放置准确性。
在一些实施例中，光束整形狭缝机构包含多个独立致动光束整形狭缝。在一个实施例中，四个独立致动光束整形狭缝用于有效地阻断进入x射线光束的一部分并且产生具有盒状照明截面的输出光束。
在另一方面，光束整形狭缝机构的狭缝中的每一个沿着光束轴位于距标本的表面的不同距离处。以这种方式，狭缝如沿光束轴观看空间地重叠且无机械干扰。
在另一其它方面，光束整形狭缝机构配置成配合标本的定向而围绕光束轴旋转来最优化对于各入射角、方位角或两个的入射光束的轮廓。以这种方式，光束形状匹配度量目标的形状。
在另一方面，t-saxs系统的测量品质和性能是基于所测量的零顺序光束的性质来估算的。零顺序光束的所测量性质包含(但不限于)光束形状、强度、位置、轮廓、倾斜、旋转、不对称性或其任何组合。
在另一方面，度量系统的所测量品质和性能是基于所测量零顺序光束来控制的。在一些实例中，将上文描述的测量品质和性能的估值作为输入提供到反馈控制器。反馈控制器传达控制命令，所述控制命令引起度量系统的一或多个元件的状态的变化，其提高了测量系统品质和性能。
在其它方面，度量系统配置成产生标本的测量结构的结构性模型(例如，几何模型、材料模型或组合的几何和材料模型)，产生包含至少一个来自结构性模型的几何参数的t-saxs响应模型，并且通过利用响应模型执行测量数据的拟合分析来解析至少一个标本参数值。以这种方式，模拟t-saxs信号与测量数据的比较使得能够确定几何以及材料性质，例如样本的电子密度和元素辨识及组成。
在另一方面，相关的一个或多个参数的初始值估算是基于以关于测量目标的单一定向的入射x射线光束执行的t-saxs测量确定的。初始估算值经实施为相关参数的起始值用于利用从多个方向处的测量收集的测量数据的测量模型的回归。以这种方式，相关参数的闭合估算是通过相对较小的计算工作量来确定的，以及通过执行此闭合估算作为用于较大数据组的回归的开始点，相关参数的改进估算通过更少整体计算工作量获得。
在另一方面，t-saxs测量数据用于基于所检测到的绕射阶的测量强度而产生测量结构的图像。在一些实施例中，响应函数模型经通用化来描述来自通用电子密度筛网的散射。在限制此筛网中的建模的电子密度来推行连续性且稀疏边缘的同时将此模型与所测量信号匹配提供样本的三维图像。
前文是概述且因此必然地包含细节的简化、概括和省略；因此，所属领域的技术人员将了解所述概述仅是说明性的且并不意图以任何方式进行限制。本文所描述的装置和/或方法的其它方面、发明特征和优点将在本文阐述的非限制性详细描述中变得显而易见。
附图说明
图1是根据本文所描述的方法说明被配置成通过紧靠着处于测量下的标本的光束整形狭缝执行t-saxs测量的度量系统100的图式。
图2是通过关于以较大入射角的x射线辐射的入射光束定向的标本来说明图1中所描绘的度量系统100的图式。
图3描绘至少一个新颖方面的光束整形狭缝机构120的实施例。
图4描绘由角φ和θ描述的特定定向入射于晶片101上的x射线照明光束116。
图5描绘一个配置中的光束整形狭缝机构120的俯视图。
图6描绘另一配置中的光束整形狭缝机构120的俯视图。
图7是说明包含于与标本101分隔的真空环境中的度量系统100的元件的图式。
图8是根据本文所描述的方法说明被配置成基于t-saxs数据解析标本参数值的模型构建和分析引擎150的图式。
图9描绘如本文所描述的说明基于t-saxs测量通过紧靠着处于测量下的标本的光束整形狭缝来测量结构的示范性方法200的流程图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的背景实例和一些实施例，在附图中说明所述实施例的实例。
本文中描述用于减小由有限源大小限定的光束发散对于用于透射小角度x射线散射术(t-saxs)测量的照明束斑大小的影响的方法和系统。半导体制造环境中的实际t-saxs测量要求关于标本(例如半导体晶片)的表面和较小束斑大小(例如跨有效照明光斑小于50微米)的较大入射角范围上测量。
在一方面，光束整形狭缝位于极为接近处于测量下的标本处(即，小于100毫米)。光束整形狭缝具有细长轮廓，所述轮廓在t-saxs测量系统的入射角的全部工作范围内(例如入射角高达60度)不会干扰晶片级组件。通过将光束整形狭缝紧靠着标本安置来最小化光束发散对于束斑大小的影响。此外，由于入射束斑的光束轮廓由边缘处的极小阴影区域清晰地限定，因此提高度量目标上的光束放置准确性。
在一些实施例中，如本文所描述的由t-saxs测量表征的度量目标位于处于测量下的晶片的切割线内。在这些实施例中，度量目标经设定大小以适合于切割线的宽度内。在一些实例中，切割线宽度小于八十微米。在一些实例中，切割线小于五十微米。一般来说，半导体制造中采用的切割线的宽度趋向于较小。
在一些实施例中，如本文所描述的t-saxs测量特性化的度量目标位于处于测量下的晶片的有源裸片区域内且是功能性集成电路(例如存储器、图像传感器、逻辑装置等)的一部分。
一般来说，优选的是照明束斑大小密切匹配处于测量下的度量目标的横向尺寸以最小化来自围绕处于测量下的度量目标的结构的污染信号。在一些实施例中，处于测量下的度量目标的任何橫向尺寸小于50微米。在一些实施例中，处于测量下的度量目标的任何橫向尺寸为小于30微米。在一些实施例中，束斑大小小于50微米。在一些实施例中，束斑大小小于30纳米。这实现位于切割线内的度量目标的控制照明。
图1根据本文呈现的示范性方法说明用于测量标本的特征的t-saxs度量工具100的实施例。如图1中所展示，系统100可用于在由照明束斑照明的标本101的检验区域102上方执行t-saxs测量。
在描绘的实施例中，度量工具100包含x射线照明源110，所述x射线照明源被配置成产生适用于t-saxs测量的x射线辐射。在一些实施例中，x射线照明系统110被配置成产生介于0.01纳米与1纳米之间的波长。一般来说，任何适当的较高亮度x射线照明源能够以足以实现高产量的通量水平产生较高亮度x射线，可涵盖直插式度量以供应x射线照明用于t-saxs测量。在一些实施例中，x射线源包含可调谐单色器，所述单色器使得x射线源以不同的可选择波长传递x射线辐射。
在一些实施例中，发射具有光子能量大于15kev的辐射的一或多个x射线源用于确保x射线源以允许足够透射通过全部装置以及晶片衬底的波长供应光。作为非限制性实例，粒子加速器源、液体阳极源、旋转阳极源、固定固体阳极源、微聚焦源、微聚焦旋转阳极源以及逆康普顿源(inversecomptonsource)中的任一种可用作x射线源110。在一个实例中，可涵盖购自美国加利福尼亚州帕罗奥图市的林肯科技公司(lynceantechnologies,inc.,paloalto,california(usa))的逆康普顿源。逆康普顿源具有能够产生在光子能量范围内的x射线的额外优点，由此实现x射线源以不同的可选择波长传递x射线辐射。
示范性的x射线源包含电子束源，所述电子束源被配置成轰击固体或液体目标来刺激x射线辐射。用于产生高亮度、液体金属x射线照明的方法和系统描述于科磊公司2011年4月19日发布的美国专利第7,929,667号中，其全部内容以引用的方式并入本文中。
x射线照明源110在具有有限横向尺寸(即，与光束轴正交的非零尺寸)的源区域上方产生x射线放射。聚焦光学件111将源辐射聚焦到目标上。有限橫向源尺寸造成目标101上的有限光斑大小102，所述目标由来自源的边缘的光线117限定。在一些实施例中，聚焦光学件111包含椭圆形的聚焦光学元件。
光束发散控制狭缝112位于聚焦光学件111与光束整形狭缝机构120之间的光束路径中。光束发散控制狭缝112限制提供到处于测量下的标本的照明的发散。额外中间狭缝113位于光束发散控制狭缝112与光束整形狭缝机构120之间的光束路径中。中间狭缝113提供额外光束整形。然而，一般来说，中间狭缝113为任选的。
光束整形狭缝机构120位于紧接在标本101之前的光束路径中。在一个方面，光束整形狭缝机构120的狭缝位于极为接近标本101处以最小化因由有限源大小限定的光束发散所致的入射束斑大小的放大。在一些实施例中，光束整形狭缝机构120的狭缝位于光束入射标本101的50毫米的位置内。在一些实施例中，光束整形狭缝机构120的狭缝位于30毫米的光束入射标本101的位置内。在一些实施例中，光束整形狭缝机构120的狭缝位于10毫米的光束入射标本101的位置内。在一个实例中，因由有限源大小产生的阴影所致的束斑大小的扩增是大约一微米对于10微米x射线源大小和光束整形狭缝与标本101之间的25毫米距离。
光束整形狭缝机构120经整形使得当标本101在入射角广泛范围内定向时没有机械干扰标本定位系统140。在一些实施例中，以距法线入射改变多达60度的入射角将照明光束提供到标本101的表面。图2描绘在标本定位系统140关于入射照明光的光束将标本101定位在非法线入射角处时的t-saxs系统100。出于说明的目的，图2中未说明从标本101散射的光。如图2中所说明，标本101的表面法线关于入射照明光的光束轴而以角度α定向。在一些实施例中，光束整形狭缝机构120经整形使得当标本101以20度或超过20度的角度α定向时，没有机械干扰标本定位系统140。在一些实施例中，光束整形狭缝机构120经整形使得当标本101以40度或超过40度的角度α定向时，没有机械干扰标本定位系统140。在一些实施例中，光束整形狭缝机构120经整形使得当标本101以60度或超过60度的角度α定向时，没有机械干扰标本定位系统140。
一般来说，x射线光学件将x射线辐射整形且将其导入到标本101。在一些实例中，x射线光学件包含x射线单色器，所述x射线单色器将入射于标本101上的x射线光束单色化。在一个实例中，晶体单色器，例如loxley-tanner-bowen单色器用于将x射线辐射的光束单色化。在一些实例中，x射线光学件使用多层x射线光学件使x射线光束准直或聚焦到标本101的检验区域102上达小于1毫弧度(milliradian)的发散。在这些实例中，多层x射线光学件还充当光束单色器。在一些实施例中，x射线光学件包含一或多个x射线准直镜、x射线孔、x射线光束光阑、折射x射线光学件、衍射光学件，例如区域板、montel光学件、镜面x射线光学件，例如掠入射椭圆形镜、多毛细管光学件，例如中空毛细管x射线波导、多层光学件或系统或其任何组合。其它细节描述于美国专利公开案第2015/0110249号中，其内容以全文引用的方式并入本文中。
x射线检测器119收集从标本101散射的x射线辐射114且产生指示标本101的性质的输出信号135，根据t-saxs测量模态，所述输出信号对入射x射线辐射敏感。在一些实施例中，散射x射线114由x射线检测器119收集同时标本定位系统140安置且定向标本101以产生有角度地解析的散射x射线。
在一些实施例中，t-saxs系统包含一或多个具有高动态范围(例如大于105)的光子计数检测器和厚高度吸收性晶体衬底，所述衬底吸收导入光束(即，零顺序光束)且无损伤而具有极小附加后向散射。在一些实施例中，单一光子计数检测器检测所检测光子的位置和数量。
在一些实施例中，x射线检测器解析一或多个x射线光子能量且产生用于指示标本的性质的各x射线能量分量的信号。在一些实施例中，x射线检测器119包含ccd阵列、微通道板、光电二极管阵列、微波发射带比例计数器、气体填充比例计数器、闪烁器或荧光材料中的任一种。
以这种方式，检测器内的x射线光子相互作用由除像素位置和计数值数量以外的能量来辨别。在一些实施例中，x射线光子相互作用通过将x射线光子相互作用的能量与预定上阈值和预定下阈值进行比较来辨别。在一个实施例中，此信息经由输出信号135传达到计算系统130用于进一步处理和存储。
在另一方面，t-saxs系统用于基于一或多个散射光的绕射阶来确定标本的性质(例如结构参数值)。如图1中所描绘，度量工具100包含计算系统130，所述计算系统用于获取由检测器119产生的信号135且至少部分地基于所获取信号来确定标本的性质。
在一些实例中，基于t-saxs的度量涉及通过具有测量数据的预定测量模型的逆解析方案来确定样本的尺寸。测量模型包含几个(约十个)可调节参数且代表标本的几何形状和光学性质以及测量系统的光学性质。逆解析方法包含(但不限于)模型类回归、断层扫描、机器学习或其任何组合。以这种方式，目标轮廓参数是通过解析参数化的测量模型的值来估算的，其最小化测量散射x射线强度与模型化结果之间的误差。
在另一方面，在入射角的范围内执行t-saxs测量，其提供足够分辨率以及穿透深度来表征通过其全部深度的高纵横比结构。
在一些实施例中，期望以通过围绕x轴和y轴旋转描述的不同方向执行测量，所述x轴和y轴由图1中所描绘的坐标系146指示。这通过将可用于分析的数据集的数量和多样性扩展到包含多种大角度平面外方向来提高所测量参数的精确度和准确性并且降低参数之间的相关性。利用更深更多样数据组来测量标本参数还降低参数之间的相关性并且提高测量准确性。举例来说，在法线定向上，t-saxs能够解析构件的临界尺寸，但对于构件的侧壁角和高度极不灵敏。然而，通过收集广泛范围的平面外角位内的测量数据，可解析构件的侧壁角和高度。
收集相对于晶片表面法线的随x射线入射角变化而变化的绕射辐射强度的测量。包含于多个绕射阶中的信息在考虑中的各模型参数之间通常是独特的。因此，x射线散射产生用于具有较小误差和减小参数相关性的相关参数值的估算结果。
如图1中所说明，度量工具100包含标本定位系统140，所述标本定位系统被配置成关于散射计的光束轴在较大的入射角度范围内对准标本101且定向标本101对准。换句话说，标本定位系统140被配置成围绕与标本101的表面旋转平面对准的一或多个轴在较大角范围内旋转标本101。在一些实施例中，标本定位系统140被配置成围绕与标本101的表面旋转平面对准的一或多个轴在至少120度的范围内旋转标本101。在一些实施例中，标本定位系统被配置成围绕旋转对准平面内以及标本101的表面的一或多个轴在至少90度的范围内旋转标本101。以这种方式，通过度量系统100在标本101的表面上的任何数目的位置上收集标本101的角解析测量。在一个实例中，计算系统130将命令信号传达到标本定位系统140的运动控制器145，所述命令信号指示标本101的理想位置。作为响应，运动控制器145产生命令信号到标本定位系统140的各个致动器来实现标本101的所需定位。
作为非限制性实例，如图1中所说明，标本定位系统140包含边缘握持夹盘141，所述边缘握持夹盘将标本101固定地附接到标本定位系统140。旋转致动器142被配置成关于周长框架143旋转边缘握持夹盘141和所附接标本101。在描绘的实施例中，旋转致动器142被配置成围绕图1中所说明的坐标系146的x轴旋转标本101。如图1中所描绘，围绕z轴旋转标本101是平面上旋转标本101。围绕x轴和y轴(未展示)旋转是平面外旋转标本101，这关于度量系统100的散射术元件有效地倾斜标本的表面。尽管未说明，但第二旋转致动器被配置成围绕y轴旋转标本101。线性致动器144被配置成在x方向上平移周长框架143。另一线性致动器(未展示)被配置成在y方向上平移周长框架143。以这种方式，标本101的表面上的每一位置可用于在平面外角位置的范围内测量。举例来说，在一个实施例中，标本101的位置在数个角内测量，所述数个角在关于标本101的法线定向的-45度到+45度的范围内递增。
一般来说，标本定位系统140可包含任何适合的机械元件组合来实现所需线性和角定位性能，包含(但不限于)测角器阶段、六足阶段、角阶段和线性阶段。
一般来说，照明光学件系统的焦平面是针对各测量应用程序来优化的。以这种方式，系统100被配置成取决于测量应用程序将焦平面安置于标本内的各个深度处。在一个实例中，标本定位系统140被配置成在z方向上移动标本101来将光学系统的焦平面内的晶片安置于标本101内的所需深度处。
图3描绘至少一个新颖方面的光束整形狭缝机构120的实施例。光束整形狭缝机构120包含多个独立致动的光束整形狭缝。在图3中所描绘的实施例中，光束整形狭缝机构120包含四个独立致动光束整形狭缝126-129。这四个光束整形狭缝有效地阻断入射光束115的一部分并且产生具有盒状照明截面的输出光束。
图5描绘图3中所描绘的光束整形狭缝机构120的俯视图。如图5和6中所说明，光束轴垂直于绘图页。如图5中所描绘，入射光束115具有较大截面。在一些实施例中，入射光束115具有大约一毫米的直径。此外，由于光束定点误差，狭缝126-129内的入射光束115的位置可具有大约三毫米的不定性。为了容纳入射光束的大小和光束位置的不定性，各狭缝具有大约六毫米的长度l。如图5中所描绘，各狭缝可在垂直于光束轴的方向上移动。在图5的说明中，狭缝126-129位于距光束轴的最大距离处(即，狭缝完全地打开且其并不限制穿过光束整形狭缝机构120的光)。
图6描绘光束整形狭缝机构120的狭缝126-129，所述狭缝在阻断入射光束115的一部分的位置中，使得传递到处于测量下的标本的出射光束116具有减小的大小和明确定义的形状。如图6中所描绘，狭缝126-129中的每一个已朝内朝着光束轴移动来实现所需输出光束形状。
如图3中所描绘，例如，狭缝126耦合到细长枢轴臂结构125。枢轴臂结构125围绕枢轴接头124枢转，使得狭缝126在垂直于如参考图5和6所描述的光束轴的方向上移动。致动器123通过围绕枢轴接头124旋转枢轴臂结构125和狭缝126来定位枢轴臂结构125和狭缝126。在图3中所描绘的实施例中，致动器123是提供高硬度定位能力的线性压电致动器。在一些实施例中，致动器123在垂直于光束轴的方向上定位狭缝126，其中定位不定性小于十微米。在一些实施例中，致动器123在垂直于光束轴的方向上定位狭缝126，其中定位范围为大约两毫米或超过两毫米。测量系统122精确地测量枢轴臂结构125和狭缝126的位置。在图3中所描绘的实施例中，测量系统122是测量致动器123的移位的线性编码器。以这种方式，实现枢轴臂结构125和狭缝126的封闭回路位置控制。
在一方面，细长枢轴臂结构125在距枢轴接头124距离s处安置狭缝126。在一些实施例中，s大于一百毫米。在一些实施例中，s大于一百五十毫米。另一方面，细长枢轴臂结构125在距致动器123距离，即大于距离s处安置狭缝126。以这种方式，光束整形狭缝机构120的轮廓较小靠近标本101的表面。如果致动器靠近标本101的表面安置(例如小于100毫米)，那么光束整形狭缝机构120的轮廓将过大且将尤其在以较大入射角(例如大于30度的α)测量期间干扰标本定位系统140的组件。在一些实施例中，狭缝126与标本101的表面之间的距离d小于五十毫米。在一些实施例中，狭缝126与标本101的表面之间的距离d小于三十毫米。在一些实施例中，狭缝126与标本101的表面之间的距离d小于十毫米。
如图3中所描绘，枢轴接头124被配置成使得枢轴臂结构125关于框架121旋转，致动器123关于框架121移动枢轴臂结构125，以及测量系统122关于框架121测量枢轴臂结构125的位置。类似地，与狭缝127-129相关联的枢轴臂结构也关于框架121旋转，与狭缝127-129相关联的致动器关于框架121移动相应枢轴臂结构，以及与狭缝127-129相关联的测量系统关于框架121移动测量相应枢轴臂结构的位置。举例来说，狭缝127和其相关联的枢轴臂结构围绕轴b旋转，以及狭缝128和其相关联的枢轴臂结构围绕轴a旋转。
作为非限制性实例，提供图3中所描绘的具体机构。一般来说，适用于将光束整形狭缝靠近标本101的表面安置以及将致动器远离标本101安置的任何机构以及相关联的致动和测量技术涵盖于此专利文献的范围内。举例来说，胜于枢轴接头，线性关节(例如线性支撑结构或挠曲机构)可用于允许细长臂结构125和狭缝126在垂直于光束轴的方向上移动。在这些实施例中，线性致动器可被配置成在垂直于光束轴的方向上移动细长臂结构125和狭缝126。在另一实施例中，旋转致动器可用于围绕枢轴接头124来旋转细长臂结构125和狭缝126。在一些实施例中，独立地控制各狭缝的位置(即，致动器独立地移动各狭缝)。在一些其它实施例中，单一致动器控制超过一个狭缝的位置。在这些实施例中的一些中，单一致动器控制狭缝之间的间隙，且另一致动器控制关于处于测量下的标本的狭缝间隙的偏移位置(即，在垂直于入射x射线光束的方向上的所有狭缝的位置)。
在一些实施例中，光束整形狭缝机构120的致动器中的每一个位于比光束整形狭缝126-129中的任一个至少五倍更远离标本101处。换句话说，如果在与光束轴对准的方向上的光束整形狭缝126-129中的每一个之间的距离比x更近，那么在与光束轴对准方向上的致动器中的每一个与标本101之间的距离是至少5x。
狭缝126-129由最小化散射且有效地阻断入射辐射的材料构成。示范性材料包含单晶材料，例如锗、砷化镓、磷化铟等。通常，狭缝材料沿着晶粒边界断裂，而不是锯切以最小化跨结构性边界的散射。此外，狭缝关于入射光束定向使得入射辐射与狭缝材料的内部结构之间的相互作用产生最小的散射量。将晶体材料附接到由高密度材料(例如钨)制成的刀片以完全阻断狭缝的一侧上的x射线光束。如图3中所描绘，各狭缝具有矩形截面(图3中可见的用于狭缝126和129)，所述矩形截面具有高度h和宽度w。在一些实施例中，宽度为大约0.5毫米，且高度为大约1-2毫米。如图5中所描绘，狭缝的长度l为大约6毫米。
在另一方面，光束整形狭缝机构120的狭缝中的每一个沿着光束轴位于距标本101的表面的不同距离处。如图3中所说明，狭缝126-129中的每一个关于另一个安置在平面外。以这种方式，狭缝126-129可如沿光束轴观看空间地重叠且无机械干扰。
在另一其它方面中，光束整形狭缝机构120配置成配合标本的定向而围绕光束轴旋转来最优化对于各入射角、方位角或两个的入射光束的轮廓。以这种方式，光束形状匹配度量目标的形状。如图3中所描绘，框架121耦合到旋转致动器147。旋转致动器147围绕轴c旋转框架121和所有附接机构、致动器、传感器以及狭缝。轴c与入射光束115的光束轴标称地对准。轴c是以机械方式限定的轴，但光束轴由光束自身限定，其由于光束定点误差、波动等而经受改变。在完美世界中，轴c和光束轴完美地对准，然而，实际上存在标称差。在一些实施例中，光束整形狭缝机构120可围绕轴c旋转至少九十度。在一些实施例中，光束整形狭缝机构120可围绕轴c旋转到任何定向。
在一些实施例中，x射线照明源110、聚焦光学件111、狭缝112和113或其任何组合保持在与标本101相同的气氛环境(例如气体净化环境)中。然而，在一些实施例中，这些元件中的任一个之间以及内部的光学长度较长，且空气中散射的x射线有助于噪声到检测器上的图像。因此，在一些实施例中，x射线照明源110、聚焦光学件111和狭缝112和113中的任一个保持在通过真空窗口与彼此和标本(例如标本101)分离的局部真空环境中。
类似地，在一些实施例中，x射线检测器119保持在与101相同的气氛环境(例如气体净化环境)中。然而，在一些实施例中，标本101与x射线检测器119之间的距离过长，且散射于空气中的x射线有助于噪声到所检测到的信号。因此，在一些实施例中，x射线检测器中的一或多个保持在通过真空窗口与标本(例如标本101)分隔开的局部真空环境中。
图7是说明含有x射线照明源110的真空腔室160、含有聚焦光学器件111的真空腔室162和含有狭缝112和113的真空腔室163的图式。各真空腔室的开口由真空窗口覆盖。举例来说，真空腔室160的开口由真空窗口161覆盖。类似地，真空腔室163的开口由真空窗口164覆盖。真空窗口可由对x射线辐射(例如开普顿(kapton)、铍(beryllium)等)大体上透明的任何合适材料构成。适合的真空环境保持在各真空腔室内以最小化照明光束的散射。适合的真空环境可包含任何适合的真空度、包含具有较小原子数的气体(例如氦)的任何适合的冲洗环境或其任何组合。以这种方式，尽可能多的光束路径位于真空中以最大化通量且最小化散射。
在一些实施例中，包含标本101的完整光学系统保持在真空中。然而，一般来说，由于与标本定位系统140的构造相关联的复杂度，因此与将标本101保持在真空中相关联的成本较高。
在另一其它方面中，光束整形狭缝机构120以机械方式与真空腔室163整合以最小化经受气氛环境的光束路径长度。一般来说，期望在标本101入射之前尽可能多的将光束包封在真空中。在一些实施例中，真空光束线延伸到光束整形狭缝机构120的输入端处的中空圆柱形腔室中。真空窗口164位于光束整形狭缝机构120内的真空腔室163的输出端处使得入射光束115保持在光束整形狭缝机构120的一部分内的真空中，接着在与狭缝126-129和标本101中的任一个相互作用之前穿过真空窗口164。
如本文所描述，在相对于半导体晶片的表面法线的照明x射线光束的多个方向处执行t-saxs测量。通过关于x射线照明光束的晶片101的任何两个角旋转来描述各定向，或反过来也如此。在一个实例中，可关于固定到晶片的坐标系统来描述定向。图4描绘以描述为角φ和θ的特定定向入射于晶片101上的x射线照明光束116。坐标框架xyz固定度量系统而坐标框架x'y'z'固定到晶片101。y与晶片101的表面的平面内的轴对准。x和z并不与晶片101的表面对准。z'与垂直于晶片101的表面的轴对准，且x'和y'在平面上与晶片101的表面对准。如图4中所描绘，x射线照明光束116与z轴对准且因此处于xz平面内。角φ关于xz平面中的晶片的表面法线描述x射线照明光束116的定向。此外，角θ关于x'z'平面描述xz平面的定向。θ和φ一起关于晶片101的表面唯一地限定x射线照明光束116的定向。在此实例中，x射线照明光束关于晶片101的表面的定向是通过围绕垂直于晶片101的表面的轴(即，z'轴)的旋转和围绕与晶片101的表面对准的轴(即，y轴)的旋转来描述的。在一些其它实例中，x射线照明光束关于晶片101的表面的定向是通过围绕与晶片101的表面对准的第一轴的旋转和与晶片101的表面对准且垂直于如参考图1所描述的第一轴的另一轴来描述的。
另一方面，t-saxs系统的测量品质和性能是基于所测量的零顺序光束的性质来估算的。零顺序光束的所测量性质包含(但不限于)光束形状、强度、位置、轮廓、倾斜、旋转、不对称性或其任何组合。
在一些实例中，照明源的总通量是基于通过检测器检测的所有光的总和来估算的。在不存在外部扰动的情况下，总测量通量仅取决于目标吸收。在一些实例中，在无目标的情况下执行测量。
在一些实例中，系统的透射效率是基于由检测器检测的所有光的总和来估算的。在这些实例中，在随着光离开照明源但在与照明光学件相互作用之前测量由照明源发射的光。此外，对由检测器检测的光求和。检测器处检测的光与由照明源发射的光之间的通量比提供光学系统的透射效率的估计值。在一些实例中，在无目标的情况下执行测量。在一些其它实例中，采用具有已知吸收特征的目标。
在一些实例中，对于光束轴的检测器的相对对准是基于检测器上的零顺序光束的入射位置来估算的。
在一些实例中，光学子系统中的缺陷或未对准是基于检测器处测量的零顺序光束的形状(例如，不对称性、粗糙度、旋转)来估算的。光束整形光学件、狭缝、孔、照明源等的缺陷或未对准可以此方式表征。在多个实例中，照明光学件的斜率的误差将自身显示为检测器处检测的光束形状的精细结构。所检测到的光束形状的较小变化对应于照明光学件上的光束的位置。此外，由于相对于由于狭缝的锐边缘的位置的光学件斜率误差，因此狭缝上的光束的位置是通过监测精细结构的位置来确定的。
在另一方面，度量系统的测量品质和性能是基于所测量零顺序光束来控制的。在一些实例中，将上文描述的测量品质和性能的估值作为输入提供到反馈控制器(例如，计算系统130)。反馈控制器传达控制命令，所述控制命令引起度量系统的一或多个元件的状态的变化，其提高测量系统品质和性能。
在一些实例中，将控制命令提供到照明源。作为响应，调节照明源来改变所扫描的光斑大小和形状、照明电力、光斑补偿、入射角等。在一个实例中，调节入射于源目标上的电子束的参数来改变所扫描的光斑大小和形状、照明电力、光斑补偿、入射角等。
在一些实例中，将控制命令提供到控制度量系统的一或多个光学元件的位置的一或多个定位装置。作为响应，一或多个定位装置改变一或多个光学元件的位置/定向来调节入射角、照明源与照明光学件之间的焦距、光束定位、束斑大小、光学件上的束斑的位置以最小化表面粗糙度的影响等。
一般来说，如本文所描述的测量品质和性能的估算和控制可在目标存在或不存在于光束路径中的情况下执行。
在另一其它方面，计算系统130配置成产生标本的测量结构的结构性模型(例如，几何模型、材料模型或组合的几何和材料模型)，产生包含至少一个来自结构性模型的几何参数的t-saxs响应模型，并且通过利用t-saxs响应模型执行t-saxs测量数据的拟合分析来解析至少一个标本参数值。分析引擎用于将模拟t-saxs信号与测量数据进行比较，由此允许确定几何以及材料性质，例如样本的电子密度。在图1中所描绘的实施例中，计算系统130被配置成模型构建和分析引擎，所述模型构建和分析引擎被配置成实现如本文所描述的模型构建和分析功能。
图8是说明由计算系统130实施的示范性模型构建和分析引擎150的图式。如图8中所描绘，模型构建和分析引擎150包含结构性模型构建模块151，所述结构性模型构建模块产生标本的测量结构的结构性模型152。在一些实施例中，结构性模型152也包含标本的材料性质。结构性模型152经接收作为t-saxs响应函数构建模块153的输入。t-saxs响应函数构建模块153至少部分地基于结构性模型152产生t-saxs响应函数模型155。在一些实例中，t-saxs响应函数模型155是基于x射线形状因数，
其中f是形状因数，q是散射向量，以及ρ(r)是球面坐标中的标本的电子密度。x射线散射强度随后由下式给出：
t-saxs响应函数模型155经接收作为拟合分析模块157的输入。拟合分析模块157将模型化t-saxs响应与对应测量数据进行比较以确定标本的几何以及材料性质。
在一些实例中，模型化数据与实验数据的拟合通过最小化卡方值(chi-squaredvalue)来实现。举例来说，对于t-saxs测量，卡方值可定义为：
其中，
等式(4)假定与不同信道相关联的不确定性是不相关的。在与不同信道相关联的不确定性是相关的实例中，可计算不确定性之间的协方差。在这些实例中，对于t-saxs测量的卡方值可表述为
其中，vsaxs是saxs信道不确定性的协方差矩阵，且t表示转置。
在一些实例中，拟合分析模块157通过利用t-saxs响应模型155对t-saxs测量数据135执行拟合分析来解析至少一个标本参数值。在一些实例中，
如上文所描述，t-saxs数据的拟合是通过最小化卡方值来实现的。然而，一般来说，t-saxs数据的拟合可通过其它功能来实现。
t-saxs度量数据的拟合有利于任何类型的t-saxs技术，其提供对于相关的几何和/或材料参数的灵敏度。只要使用描述t-saxs光束与标本相互作用的正确模型，那么标本参数可以是确定性(例如，cd、swa等)或统计性(例如侧壁粗糙度的rms高度、粗糙度相关性长度等)。
一般来说，计算系统130被配置成实时存取模型参数，采用实时关键尺寸标定(rtcd)，或其可存取用于确定与标本101相关联的至少一个标本参数值的值的预计算模型库。一般来说，某一形式的cd引擎可用于评估标本的指定cd参数与测量标本相关联的cd参数之间的差异。用于计算标本参数值的示范性方法和系统描述于科磊公司(kla-tencorcorp.)2010年11月2日发布的美国专利第7,826,071号中，，其全部内容以引用的方式并入本文中。
在一些实例中，模型构建和分析引擎150通过侧馈分析、前馈分析及平行分析的任何组合来提高所测量参数的准确性。侧馈分析是指采用相同标本的不同区域上的多个数据集且将根据第一数据集确定的共同参数传送到第二数据集上用于分析。前馈分析是指采用不同标本上的数据集且使用步进式拷贝精确参数前馈方式将共同参数朝前传送到后续分析。平行分析是指将非线性拟合方法平行或同时应用到多个数据集，其中在拟合期间至少一个共同参数耦合。
多个工具和结构分析是指基于回归的前馈、侧馈或平行分析、查询表(即，“库”匹配)，或多个数据集的另一拟合过程。用于多个工具和结构分析的示范性方法和系统描述于科磊公司2009年1月13日发布的美国专利第7,478,019号中，其全部内容以引用的方式并入本文中。
在另一其它方面，相关的一个或多个参数的值的初始估计值是基于以关于测量目标的单一定向的入射x射线光束执行的t-saxs测量来确定。初始估算值经实施为相关参数的起始值用于利用从多个方向处的t-saxs测量收集的测量数据的测量模型的回归。以这种方式，相关参数的闭合估算是通过相对较小的计算工作量来确定的，以及通过执行这个闭合估算作为用于较大数据组的回归的开始点，相关参数的改进估算通过更少整体计算工作量获得。
另一方面，度量工具100包含计算系统(例如计算系统130)，所述计算系统被配置成实施如本文所描述的光束控制功能。在图1中所描绘的实施例中，计算系统130被配置成光束控制器，所述光束控制器可操作来控制照明性质，例如入射照明光束116的强度、发散、光斑大小、极化、频谱和定位中的任一个。
如图1中所说明，计算系统130以通信方式耦合到检测器119。计算系统130被配置成从检测器119接收测量数据135。在一个实例中，测量数据135包含标本的测量响应的指示(即，绕射阶的强度)。基于检测器119的表面上的测量响应的分布，标本101上的照明光束116的入射位置和区域是通过计算系统130来确定的。在一个实例中，由计算系统130应用图案辨识技术来基于测量数据135确定标本101上的照明光束116的入射位置和区域。在一些实例中，计算系统130将命令信号137传达到x射线照明源110来选择所需照明波长，或重导向x射线放射。在一些实例中，计算系统130将命令信号136传达到光束整形狭缝机构120来改变束斑大小，使得入射照明光束116以所需束斑大小和定向到达标本101。在一个实例中，命令信号136使得图3中所描绘的旋转致动器147关于标本101而将光束整形狭缝机构120旋转到所需定向。在另一实例中，命令信号136使得与狭缝126-129中的每一个相关联的致动器改变位置来将入射光束116重塑为所需形状和大小。在一些其它实例中，计算系统130将命令信号传达到晶片定位系统140来定位且定向标本101，使得入射照明光束116关于标本101到达所需位置和角定向。
在另一方面，t-saxs测量数据用于基于所检测到的绕射阶的测量强度而产生测量结构的图像。在一些实施例中，t-saxs响应函数模型经通用化以描述来自通用电子密度筛网的散射。在限制此筛网中的建模的电子密度来推行连续性且稀疏边缘的同时将此模型与所测量信号匹配提供样本的三维图像。
尽管基于几何模型的参数反演是优选的用于基于t-saxs测量的临界尺寸(cd)度量，但当测量标本偏离几何体模型的假定时，从相同t-saxs测量数据产生的标本的映射适用于鉴别且校正模型误差。
在一些实例中，将图像与结构性特征进行比较，所述结构性特征是通过相同散射术测量数据的基于几何模型的参数反演来估算的。偏差用于更新所测量结构的几何模型且提高测量性能。在测量集成电路来控制、监视及故障检修(trouble-shoot)其制造工艺时，汇聚到准确参数测量模型上的能力特别地重要。
在一些实例中，图像是电子密度、吸收率、复杂折射率或这些材料特征的组合的二维(2-d)映射。在一些实例中，图像是电子密度、吸收率、复杂折射率或这些材料特征的组合的三维(3-d)映射。映射是使用相对较少的物理约束产生的。在一些实例中，一或多个相关参数，例如临界尺寸(cd)、侧壁角(swa)、叠对、边缘放置错误、间距行走(pitchwalk)等是直接地根据所得映射估算的。在一些其它实例中，当样本几何形状或材料偏离由基于模型的cd测量所采用的参数结构性模型涵盖的期望值范围外时，映射适用于调试晶片工艺。在一个实例中，映射与由根据其所测参数的参数结构性模型预测的结构的呈现之间的差异用于更新参数结构性模型并且提高其测量性能。其它细节描述于美国专利公开案第2015/0300965号中，其内容是以全文引用的方式并入本文中。额外细节描述于美国专利公开案第2015/0117610号中，其内容是以全文引用的方式并入本文中。
在另一方面，模型构建和分析引擎150用于产生用于组合x射线和光学测量分析的模型。在一些实例中，光学模拟是基于(例如)严格耦合波分析(rcwa)，其中求解麦克斯韦方程组(maxwell'sequations)来计算光信号，例如对于不同极化的反射率、椭偏参数、相位改变等。
一或多个相关的参数的值是基于利用组合的几何学上参数化的响应模型的多个不同的入射角处的x射线衍射次序的所检测到的强度和所检测到的光学强度的组合的拟合分析确定的。光学强度是通过光学度量工具测量的，所述光学度量工具可以或不可以机械方式与x射线度量系统，例如图1中所描绘的系统100整合。其它细节描述于美国专利公开案第2014/0019097号和美国专利公开案第2013/0304424号中，每个专利公开案的内容以全文引用的方式并入本文中。
一般来说，度量目标表征为高宽比，所述高宽比定义为度量目标的最大高度尺寸(即，垂直于晶片表面的尺寸)除以最大横向范围尺寸(即，与晶片表面对准的尺寸)。在一些实施例中，处于测量下的度量目标具有至少二十的高宽比。在一些实施例中，度量目标具有至少四十的高宽比。
应认识到，贯穿本公开描述的各个步骤可通过单一计算机系统130或替代地多个计算机系统130来实行。另外，系统100的不同子系统(例如标本定位系统140)可包含适用于实现本文中所描述的步骤的至少一部分的计算机系统。因此，前述描述不应解释为限制本发明，而仅为说明。另外，一或多个计算系统130可被配置成执行本文中所描述的方法实施例中的任一个的任何其它步骤。
此外，计算机系统130可以所属领域中已知的任何方式以通信方式耦合到x射线照明源110、光束整形狭缝机构120和检测器119。举例来说，一或多个计算系统130可耦合到分别地与x射线照明源110、光束整形狭缝机构120和检测器119相关联的计算系统。在另一实例中，可通过耦合到计算机系统130的单一计算机系统来直接地控制x射线照明源110、光束整形狭缝机构120和检测器119中的任一个。
计算机系统130可被配置成通过可包含有线和/或无线部分的发射媒体从系统的子系统(例如x射线照明源110、光束整形狭缝机构120、检测器119等等)中接收和/或获取数据或信息。以这种方式，发射媒体可充当计算机系统130与系统100的其它子系统之间的数据链路。
度量系统100的计算机系统130可被配置成通过可包含有线和/或无线部分的发射媒体来从其它系统接收和/或获取数据或信息(例如测量结果、模型化输入、模型化结果等)。以这种方式，发射媒体可充当计算机系统130与其它系统(例如存储器车载度量系统100、外部存储器或外部系统)之间的数据链路。举例来说，计算系统130可被配置成经由数据链路从存储媒体(即，存储器132或180)接收测量数据(例如信号135)。例如，可将使用检测器119获得的波谱结果存储在永久性或半永久性存储器装置(例如存储器132或180)中。在这点上，可从车载存储器或从外部存储器系统导入测量结果。另外，计算机系统130可经由发射媒体将数据发送到其它系统。例如，可将由计算机系统130确定的标本参数值170存储在永久性或半永久性存储器装置(例如存储器180)中。在这点上，可将测量结果导出到另一系统。
计算系统130可包含(但不限于)个人计算机系统、主计算机系统、工作站、图像计算机、平行处理器或所属领域中已知的任何其它装置。一般来说，术语“计算系统”可大致定义来涵盖具有一或多个处理器的任何装置，所述处理器执行来自存储媒体的指令。
可经由发射媒体，例如电线、电缆或无线发射链路发射执行例如本文中所描述的那些的方法的程序指令134。举例来说，如图1中所说明，经由总线133将存储在存储器132中的程序指令发射到处理器131。将程序指令134存储在计算机可读媒体(例如存储器132)中。示范性计算机可读媒体包含只读存储器、随机存取存储器、磁碟或光碟或磁带。
在一些实施例中，如本文所描述的散射术分析经实施为制造工艺工具的部分。制造工艺工具的实例包含(但不限于)光刻曝光工具、膜沉积工具、植入工具和蚀刻工具。以这种方式，t-saxs分析的结果用于控制制造工艺。在一个实例中，将从一或多个目标收集的t-saxs测量数据发送到制造工艺工具。t-saxs测量数据如本文所描述来分析且结果用于调节制造工艺工具的操作。
如本文所描述的散射术测量可用于确定多种半导体结构的特征。示范性结构包含(但不限于)finfet、低尺寸结构，例如纳米线或石墨烯、次10nm结构、光刻结构、穿衬底通孔(tsv)、存储器结构，例如dram、dram4f2、flash、mram及高纵横比存储器结构。示范性结构性特征包含(但不限于)几何参数，例如线边缘粗糙度、线宽粗糙度、孔大小、孔密度、侧壁角度、轮廓、临界尺寸、间距、厚度、叠对及材料参数，例如电子密度、组合物、颗粒结构、形态、应力、应变及元素鉴别。在一些实施例中，度量目标是周期性结构。在一些其它实施例中，度量目标是非周期性的。
在一些实例中，利用如本文所描述的t-saxs测量系统执行高纵横比半导体结构的关键尺寸、厚度、叠对及材料性质的测量，所述半导体结构包含(但不限于)自旋转移力矩随机存取存储器(stt-ram)、三维nand存储器(3d-nand)或竖直nand存储器(v-nand)、动态随机存储器(dram)、三维快闪存储器(3d-flash)、电阻性随机存取存储器(re-ram)及相变随机存取存储器(pc-ram)。
图9说明适用于通过本发明的度量系统100实施的方法200。在一方面，应认识到，方法200的数据处理框可经由预编程算法实行，所述预编程算法由计算系统130的一或多个处理器执行。虽然以下描述存在于度量系统100的情况下，但是本文中应认识到，度量系统100的具体结构性方面并不表示限制性且应仅解释为说明性。
在框201中，一定量的x射线辐射产生于有限放射区域上方。
在框202中，通过将多个光束整形狭缝定位于x射线辐射的光束的光束路径中来整形入射于处于测量下的标本上的产生的x射线辐射量的光束。多个光束整形狭缝中的每一个在与x射线辐射的光束对准的方向上位于处于测量下的标本的一百毫米内。
在框203中，关于x射线辐射的入射光束来将处于测量下的标本定位于多个入射角处。多个入射角在法线入射到距法线入射至少四十度之间变化。
在框204中，与从处于测量下的标本散射的一定量的辐射相关联的一或多个强度响应于多个入射角中的每一个处的x射线辐射的入射光束而被检测到。
在框205中，与安置于处于测量下的标本上的测量目标相关联的相关参数的值是基于所检测到的强度确定的。
如本文所描述，术语“临界尺寸”包含结构的任何临界尺寸(例如底部临界尺寸、中部临界尺寸、顶部临界尺寸、侧壁角、光栅高度等)，任何两个或超过两个结构之间的临界尺寸(例如两个结构之间的距离)，以及两个或超过两个结构之间的移位(例如覆盖光栅结构之间的叠对移位等)。结构可包含三维结构、图案化结构、叠对结构等。
如本文所描述，术语“临界尺寸应用”或“临界尺寸测量应用”包含任何临界尺寸测量。
如本文所描述，术语“度量系统”包含至少部分采用来在任何方面表征标本的任何系统，包含临界尺寸应用和叠对度量应用。然而，技术的此类术语并不限制如本文所描述的术语“度量系统”的范围。此外，本文中所描述的度量系统可配置成测量图案化晶片和/或未图案化晶片。度量系统可被配置为led检验工具、边缘检验工具、背侧检验工具、宏观检验工具或多模检验工具(涉及同时来自一或多个平台的数据)，以及受益于本文中所描述的测量技术的任何其它度量或检测工具。
本文中描述各种实施例用于半导体处理系统(例如检验系统或光刻系统)，所述半导体处理系统可用于处理标本。术语“标本”在本文中用以指晶片、光罩或可以通过所属领域中已知的方式来处理(例如打印或检验缺陷)的任何其它样本。
如本文所使用，术语“晶片”通常是指由半导体或非半导体材料形成的衬底。实例包含(但不限于)单晶硅、砷化镓及磷化铟。此类衬底可通常在半导体制造设备中发现和/或处理。在一些情况下，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。可替代地，晶片可包含形成于衬底上的不同材料的一或多个层。形成于晶片上的一或多个层可以是“图案化的”或“未图案化的”。举例来说，晶片可包含多个具有可复验图案特征的裸片。
"光罩"可以是处于光罩制造工艺的任意阶段的光罩或完成的光罩，所述完成的光罩可以或可以不释放用于半导体制造设备。光罩或“掩模”通常定义为大体上透明的衬底，所述衬底具有形成于其上的大体上不透光区且配置呈图案形式。衬底可以包含(例如)玻璃材料，例如非晶形sio2。光罩可在光刻工艺的曝光步骤期间安置于抗覆盖晶片上方使得可将光罩上的图案转印到抗蚀剂。
形成于晶片上的一或多个层可以是图案化或未图案化的。举例来说，晶片可包含多个裸片，所述裸片各自具有可复验图案特征。此类材料层的形成和处理可最终产生完整装置。多种不同类型装置可形成于晶片上，且如本文中所使用的术语晶片希望涵盖其上制造所属领域中已知的任何类型的装置的晶片。
在一或多个示范性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实施。如果实施于软件中，则可将功能作为一或多个指令或代码存储在计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体发射。计算机可读媒体包含计算机存储媒体和通信媒体两个，所述通信媒体包含有助于将计算机程序从一处传送到另一处的任何媒体。存储媒体可以是可由通用或专用计算机接入的任何可用媒体。借助于实例但并非限制，此类计算机可读媒体可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储装置、磁盘存储器或其它磁性存储装置，或可用于携载或存储呈指令或数据结构形式的所要程序码装置且可由通用或专用计算机或通用或专用处理器存取的任何其它媒体。并且，适当地将任何连接称作计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴缆线、光纤缆线、双绞线、数字订户线(dsl)或无线技术(例如，红外线、无线电和微波)从网站、服务器或其它远程源发射软件，那么随后同轴缆线、光纤缆线、双绞线、dsl或无线技术(例如，红外线、无线电和微波)包含在媒体的定义中。如本文中所使用的磁盘和光盘包含压缩光盘(cd)、激光光盘、xrf盘、数字多功能光盘(dvd)、软磁盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘使用激光以光学方式再现数据。以上各项的组合也应包含在计算机可读媒体的范围内。
尽管上文描述某些具体实施例是用于指导性目的，但此专利文献的教示具有一般适用性且不限于上文所描述的具体实施例。因此，所描述实施例的各个特征的各种修改、调适及组合可在不脱离本发明的范围的情况下如权利要求中所阐述来实践。
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