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CN114981686A - 基于软性x射线散射测量的叠对测量方法及系统 - Google Patents

基于软性x射线散射测量的叠对测量方法及系统 Download PDF

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CN114981686A CN202180009795.0A CN202180009795A CN114981686A CN 114981686 A CN114981686 A CN 114981686A CN 202180009795 A CN202180009795 A CN 202180009795A CN 114981686 A CN114981686 A CN 114981686A
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Abstract

本文中提出用于基于软性X射线(SXR)散射测量的测量数据来执行叠对及边缘放置误差的方法及系统。聚焦在小照射光斑大小之上的短波长SXR辐射使得能够测量设计规则目标及裸片中作用装置结构。在一些实施例中，用具有在从10到5,000电子伏特的范围中的能量的SXR辐射来执行SXR散射测量的测量。因此，在SXR波长下的测量准许在密切表示实际装置叠对的过程设计规则下的目标设计。在一些实施例中，从同一计量目标同时执行叠对及形状参数的SXR散射测量的测量以使得能够准确测量边缘放置误差。在另一方面中，基于设计规则目标的SXR测量，通过将所述SXR测量校准到实际装置目标的参考测量来估计非周期性装置结构的叠对。

Description

基于软性X射线散射测量的叠对测量方法及系统
相关申请案的交叉参考
本专利申请案依据35U.S.C.§119主张来自于2020年1月7日提出申请的标题为“System and Method for Measuring Overlay and Edge Placement Error With SoftX-ray Scatterometry”的美国临时专利申请案第62/958,089号的优先权，所述美国临时专利申请案的标的物以其全文引用方式并入本文中。
技术领域
所描述实施例涉及计量系统及方法，且更特定来说涉及用于经改进测量准确度的方法及系统。
背景技术
通常通过应用于样品的处理步骤序列来制作例如逻辑及存储器装置的半导体装置。通过这些处理步骤来形成半导体装置的各种特征及多个结构层级。举例来说，其它处理步骤当中的光刻是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制作工艺。半导体制作工艺的额外实例包含但不限于化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。可在单个半导体晶片上制作多个半导体装置，且然后将其分离成个别半导体装置。
在半导体制造过程期间，在各个步骤处使用计量工艺来检测晶片上的缺陷以促成较高合格率。通常使用若干种基于计量的技术(包含散射测量及反射测量实施方案)及相关联分析算法来表征临界尺寸、膜厚度、组合物及纳米尺度结构的其它参数。
随着装置(例如，逻辑及存储器装置)朝向较小纳米尺度尺寸进展，表征变得更困难。并入有复杂三维几何结构及具有迥异物理性质的材料的装置加剧表征困难度。举例来说，现代存储器结构通常是高深宽三维结构，这使得光学辐射难以穿透到底部层。利用红外光到可见光的光学计量工具可穿透半透明材料的许多层，但提供良好穿透深度的较长波长不提供对小异常现象的充足敏感度。类似地，基于电子的计量工具在不损坏样本的情况下遭受穿透深度不足。另外，表征复杂结构(例如，FinFET)所需的越来越多数目的参数导致越来越多的参数相关性。因此，通常无法将表征目标的参数与可用测量可靠地解耦。对于一些结构参数，例如边缘放置误差(EPE)，当前不具有高吞吐量(例如，光学)测量解决方案。
当前，采用数种技艺来测量叠对及临界尺寸(CD)，同时取得不同程度的成功。通常采用光学及电子束计量技术对专门化计量目标执行CD及叠对测量。
光学叠对测量主要基于光学成像或非成像衍射(散射测量)。然而，这些方法尚未可靠地克服与许多高级目标(例如，复杂3D结构、小于10nm的结构、采用不通透材料的结构)的测量及测量应用(例如，线边缘粗糙度及线宽度粗糙度测量)相关联的基本挑战。
使用现有方法，通常基于通过光刻工具对形成于晶片上的各个位置处的专门化目标结构进行测量来评估叠对误差。在一些实例中，将空间分离的光栅用于基于成像的光学叠对测量。在一些其它实例中，将框中框结构用于基于成像的光学叠对测量。以这种形式，框形成于晶片的一个层上且第二较小框形成于另一层上。通过比较两个框的中心之间的对准来测量局部化叠对误差。在其中可获得目标结构的晶片上的位置处进行这类测量。在一些实例中，将叠对的光栅或交错的光栅用于基于散射测量的光学叠对测量或电子束叠对测量。
不幸地，这些专门化目标结构通常不符合用以产生电子装置的特定半导体制造工艺的设计规则。这导致对与根据适用设计规则制造的实际装置结构相关联的叠对误差的估计误差。
在一个实例中，基于图像的光学叠对计量严重受限于在光学波长下成像的分辨率。因此，仅能测量具有远大于设计规则的特征的目标。基于图像的光学叠对计量通常需要将用光学显微镜解析的图案，所述光学显微镜需要具有远超出设计规则临界尺寸的临界尺寸的粗线。
在另一实例中，基于0级衍射的基于散射测量的光学叠对计量对小叠对误差具有极低敏感度，这是因为敏感度随周期性目标的间距而降低。这驱使间距远大于装置的设计规则的尺寸。而且，这一测量方法的准确度在其中测量叠对的层中的任一者中存在任何不对称的情况下都急剧降级。另外，这一方法在单个测量中无法在正叠对误差与负叠对误差之间进行区分。
在另一实例中，基于高于零的衍射级的基于散射测量的光学叠对计量也需要相对大的间距目标以在非零传播衍射级处产生充足信号。通常从具有与照射光的光学波长相当的图案间距的周期性目标产生叠对不对称光学信号。在一些实例中，可使用在范围500nm到800nm中的间距值。同时，用于逻辑或存储器应用的实际装置间距(设计规则尺寸)小得多，例如，在范围100nm到400nm中或甚至低于100nm。另外，这一方法的准确度在其中测量叠对的层中的任一者中存在任何不对称的情况下都急剧降级。将照射的光学波长减小到深紫外光及真空紫外光范围中并没有帮助，这是因为这些光子被衰减且不足以穿透多个层结构来到达评估叠对及边缘放置误差所需的下伏图案。
基于电子的计量技术(例如扫描电子显微镜(SEM)及电子束计量)能够解析纳米尺度特征且测量非周期性结构(例如随机逻辑)。然而，基于电子的计量系统在用于测量实际装置时具有破坏性。另外，基于电子的计量系统具有低吞吐量。测量时间可以是每测量位点大约几秒。另外，基于电子的计量系统是提供极有限的三维测量能力的从上而下的成像系统。举例来说，当采用SEM来测量重叠的光栅之间的叠对时，其因为点扩展函数随穿透深度增加而丧失测量CD及EPE的能力。进一步细节描述于授予Gutman等人且受让与KLA-Tencor公司的美国专利第10,473,460号中，所述美国专利的内容以其全文引用方式并入本文中。一般来说，SEM实现中间分辨率水平，但不能够在不破坏样本的情况下将结构穿透到充足深度。另外，样品的所需充电对成像性能具有不利效果。
原子力显微镜(AFM)及扫描穿隧显微镜(STM)能够实现原子分辨率，但其仅可探测样品的表面。另外，AFM及STM显微镜需要长扫描时间。
透射电子显微镜(TEM)实现高分辨率水平且能够探测任意深度，但TEM需要对样品进行破坏性剖切。
为了克服对用于叠对及EPE测量的基于光学及电子的计量的一些限制，可采用绝对对位测量技术。采用具有等于任何两个图案之间的空间分离的范围的准确平移阶段来测量特征之间的绝对距离。采用这一结果来辅助对叠对、CD及EPE的评估。不幸地，绝对对位测量技术需要准确阶段，将复杂度添加到测量工具且限制吞吐量。而且，可无法在图案覆盖图案目标或装置结构上良好地执行所述技术。进一步细节描述于Shchegrov等人且受让与KLA-Tencor公司的WIPO公开案第2019/173171号中，所述WIPO公开案的内容以其全文引用方式并入本文中。
总而言之，对于逻辑装置及高级DRAM以及垂直或平面NAND装置，装置制作节点处低于20纳米的半导体装置合格率是许多参数的复杂函数，所述参数包含膜厚度、经图案化线的轮廓参数、覆盖误差及边缘放置误差(EPE)。其中，EPE具有最高要求处理窗且需要对CD及叠对进行计量及控制。当前，尚不存在用于EPE测量及许多设计规则叠对测量应用的高吞吐量光学计量解决方案。另外，充分计量的缺乏使得定义控制方案以改进装置合格率变得具有挑战性。
由于越来越小的分辨率需要、多参数相关性、越来越复杂的几何结构及不通透材料的越来越多的使用，未来计量应用针对计量提出挑战。因此，期望用于经改进叠对及形状测量的方法及系统。
发明内容
本文中提出用于基于软性X射线(SXR)散射测量的测量数据来执行叠对及边缘放置误差的方法及系统。聚焦在小照射光斑大小之上的短波长SXR辐射使得能够测量设计规则目标，即，具有与附近裸片中作用装置结构或裸片中作用装置结构自身相同或大约相同的间距的目标。除了提供叠对计量能力以外，本文中所描述的方法及系统还通过对所测量结构的几何参数进行强去相关来增强形状参数测量的精度及准确度。
SXR照射辐射使得能够穿透到目标的不通透区及下层中。在一些实施例中，用具有在从10到5,000电子伏特的范围中的能量的SXR辐射来执行SXR散射测量的测量。通常，衍射限制及其它光学效应控制了形状及叠对测量的最小可能的目标大小。由于SXR照射的相对短波长，可对具有相对小目标区的计量目标执行SXR散射测量的测量。
SXR穿透到下层使得SXR散射测量的测量能够对估计叠对、CD及EPE所需的信号具有相对高敏感度。而且，与具有大得多的间距的传统叠对目标相比，设计规则目标的SXR散射测量的叠对测量更密切地表示实际装置叠对。SXR散射测量使得能够对设计规则目标进行叠对测量，这是因为照射波长短于所述所测量设计规则目标的周期。因此，在SXR波长下的测量准许在过程设计规则下的目标设计。
在一些实例中，SXR散射测量的叠对测量是基于对实际装置结构(例如，SRAM)的直接测量。
在一些实施例中，设计规则目标包含各自具有下伏周期性的多个层。SXR散射测量使得能够测量对下层图案具有高敏感度的多层设计规则目标。在这些实施例中的一些实施例中，设计规则目标的顶层是光致抗蚀剂层。以这种方式，SXR散射测量实现开发后检测(ADI)过程监视。
在一个方面中，SXR散射测量系统经配置以依据从被测结构散射的非零衍射级来估计设计规则计量目标或裸片中作用装置结构的不同层之间的叠对误差。由于SXR辐射的相对短波长，非零衍射级及特定来说+/-1衍射级提供对叠对误差的相对高敏感度。
在一些实施例中，依据从同一计量目标收集的SXR散射测量的测量同时执行SXR散射测量的叠对及形状参数测量。这使得能够测量边缘放置误差(EPE)，例如端线缩短、线到触点距离等。因此，SXR散射测量在不具有由于目标偏置的误差的情况下实现边缘放置误差(EPE)测量，所述目标偏置在对不同目标执行叠对及CD测量时发生。另外，对来自同一计量目标的叠对及CD结构参数进行同时测量改进了测量准确度及吞吐量两者。
在一些实施例中，采用来自在相反方向上各自具有标称偏移的计量目标的两个单元的SXR散射测量的测量信号来解析叠对误差。
在一些实例中，基于SXR散射测量的计量涉及确定通过具有所测量SXR散射测量数据的经预定测量模型的逆解来表征样本的所关注参数，例如，叠对误差、形状参数等。以这种方式，通过对参数化测量模型的值求解来估计目标参数，所述值最小化所测量经散射x射线强度与经建模结果之间的误差。
在一些实施例中，基于基于经训练机器学习的测量模型，从一或多个非零衍射级内的所检测强度直接确定与测量目标或裸片中目标相关联的叠对误差值。在这些实施例中，基于经训练机器学习的模型直接从SXR测量数据提取叠对误差。
在一些实施例中，基于SXR散射测量的叠对测量涉及用SXR辐射来照射样本且检测相对于样本的多个入射角、多个波长或两者的所得衍射级的强度。而且，基于多个测量例子中的每一者处的一或多个非零衍射级中的每一者内的多个强度的调制来确定与测量目标相关联的叠对误差。
在另一方面中，所述实际装置目标是非周期性的。基于对具有充足周期性的设计规则目标进行测量，通过将叠对测量校准到参考测量，SXR散射测量技术可用于估计非周期性结构的叠对。这有效地克服了需要所测量目标为周期性或大约周期性的散射测量的测量的限制。
在一些实施例中，以在不同层处具有不同间距来设计多层叠对计量目标，使得从一个层产生的衍射级相长地干涉另一层的不同衍射级。相反地，通过形状参数来主导不受制于叠对的相长干涉的在不同级数对处检测的强度测量。因此，在一些实施例中，将计量叠对目标设计成具有特定光栅结构，以增加在特定光栅级对处对叠对的敏感度，且也提供对形状参数值估计有用的强度数据。
在一些实施例中，将多层叠对计量目标设计成在不同层处具有不同间距定向，使得从一个层产生的衍射级相长地干涉另一层的不同衍射级。一般来说，具有不同周期性(例如，不同光栅间距)、不同间距定向或其任一组合的一组层产生一组散射矢量，每一散射矢量与不同层相关联。将叠对计量目标设计成使得对预定的一子组散射矢量进行对准。以这种方式，对与预定的一子组散射矢量对应的层当中的叠对的敏感度得到增强。
前述内容是发明内容且因此必然含有对细节的简化、概述及省略；因此，所属领域的技术人员将了解，发明内容仅是说明性的且不以任何方式为限制性的。在本文中所陈述的非限制性具体实施方式中，本文中所描述的装置及/或工艺的其它方面、发明性特征及优点将变得显而易见。
附图说明
图1是图解说明在微电子芯片的静态随机存取存储器(SRAM)区10中制作的线结构11的硬掩模图案的图式。
图2是图解说明底部抗反射涂覆(BARC)层12及安置在图1中所描绘的线结构的图案的顶部上的抗蚀剂层13的图式。
图3是图解说明根据本文中所提出的示范性方法的用于测量样品的特性的软性X射线(SXR)计量工具100的实施例的图式。
图4是图解说明包含作用场401到404、栅极405到408及触点409到421的装置结构400的俯视图的图式。
图5A描绘具有从彼此偏移一定距离的经堆叠光栅结构的单元，所述距离等于在一个方向上的标称偏移+OFFSET与叠对误差OVL的和。
图5B描绘具有从彼此偏移一定距离的经堆叠光栅结构的单元，所述距离等于在与图5A中所描绘的标称偏移相反的方向上的标称偏移-OFFSET与叠对误差OVL的和。
图6是图解说明模型构建及分析引擎180的图式，所述模型构建及分析引擎经配置以基于如本文中所描述的模型拟合分析来估计叠对。
图7是图解说明晶片101的图式，所述晶片包含由x射线辐射束以入射角及方位角照射的计量目标120。
图8描绘包含不同层中线151及152的两个周期性阵列的层式计量目标150。
图9描绘图解说明图8中所图解说明的计量目标的角度范围的-2及+2衍射级的强度与对应所测量值的经简化模型的拟合的模拟的曲线图170。
图10是图解说明半导体裸片的图式，所述半导体裸片包含在作用装置区中制作的作用装置结构及在划线区中制作的设计规则计量目标。
图11是图解说明基于如本文中所描述的经校准SXR测量来估计叠对的示范性方法200的流程图。
具体实施方式
现将详细参考背景技术实例及本发明的一些实施例，在附图中图解说明本发明的实例。
图1描绘在微电子晶片的静态随机存取存储器(SRAM)区10中制作的线结构11的硬掩模图案。通过将多种图案化技术与切口掩模组合来形成作用区域的复杂布局。切口掩模选择性地移除用于将衬底图案化到作用区域中的硬掩模层的部分。图2描绘底部抗反射涂覆(BARC)层12及安置在图1中所描绘的线结构的图案的顶部上的抗蚀剂层13。所述抗蚀剂层是用于选择性地移除抗蚀剂层13的开口14下方的硬掩模图案的一部分。如图1中所描绘，线结构11的硬掩模图案甚至由BARC层12掩埋在抗蚀剂层13的开口14内。
为了给切口掩模过程提供充分合格率，需要对形状参数(例如，CD、HT、SWA、轮廓参数等)、膜厚度及叠对进行可靠测量。叠对计算揭露其是依据来自四重图案化过程的先前步骤的许多结构参数。切口的边缘与邻近线结构之间的间隙的分布及因此过程的合格率取决于所有过程参数的复杂相互作用。
在另一实例中，边缘放置距离(EPD)及相关联边缘放置误差(EPE)是在进行装置电触点之后进行监视及控制的重要参数。将所期望EPD与实际EPD之间的差称为EPE。EPD与EPE是叠对与CD误差两者的函数。
提出了用于基于软性X射线(SXR)散射测量的测量数据来执行结构及材料的叠对及边缘放置误差的方法及系统。聚焦在小照射光斑大小之上的短波长SXR辐射使得能够测量设计规则目标，即，具有与附近裸片中作用装置结构或裸片中作用装置结构自身相同或大约相同的间距的目标。本文中所提出的方法及系统可应用于位于功能性裸片之内或之外的二维及三维设计规则计量目标。除了提供叠对计量能力以外，本文中所描述的方法及系统还通过对所测量结构的几何参数进行强去相关来增强形状参数测量的精度及准确度。
SXR照射辐射使得能够穿透到目标的不通透区及下层中。使用SXR散射测量的可测量几何参数的实例包含孔大小、孔密度、线边缘粗糙度、线宽度粗糙度、侧壁角度、轮廓、临界尺寸、叠对、边缘放置误差及间距。可测量材料参数的实例包含电子密度、元素识别及组合物。在一些实例中，SXR散射测量使得能够测量小于10nm的特征以及其中需要测量几何参数及材料参数的高级半导体结构(例如自旋转移转矩MRAM)。
在一些实施例中，用具有在从10到5,000电子伏特的范围中的能量的SXR辐射来执行SXR散射测量的测量。通常，衍射限制及其它光学效应控制形状及叠对测量的最小可能的目标大小。由于SXR照射的相对短波长，可对具有相对小目标区的计量目标执行SXR散射测量的测量。在一些实施例中，对在具有大于5微米的最大广度尺寸的区内的计量目标执行SXR散射测量的测量。在一些实施例中，对在具有大于2微米的最大广度尺寸的区内的计量目标执行SXR散射测量的测量。
在一些实施例中，设计规则目标包含各自具有下伏周期性的多个层。SXR散射测量使得能够测量对下层图案具有高敏感度的多层设计规则目标。在这些实施例中的一些实施例中，设计规则目标的顶层是光致抗蚀剂层。以这种方式，SXR散射测量实现开发后检测(ADI)过程监视。
SXR穿透到下层使得SXR散射测量的测量能够对估计叠对、CD及EPE所需的信号具有相对高敏感度。而且，与具有大得多的间距的传统叠对目标相比，设计规则目标的SXR散射测量的叠对测量更密切地表示实际装置叠对。在一些实例中，SXR散射测量的叠对测量是基于对实际装置结构(例如，SRAM)的直接测量。
在一个方面中，SXR散射测量系统经配置以依据从被测结构散射的非零衍射级来估计设计规则计量目标或裸片中作用装置结构的不同层之间的叠对误差。
图3图解说明用于在至少一个新颖方面中测量样品的特性的SXR散射测量工具100的实施例。如图3中所展示，系统100可用于在由入射照射束光斑照射的样品101的测量区102内执行SXR散射测量的测量。
在所描绘实施例中，计量工具100包含x射线照射源110、聚焦光学器件111、束发散控制狭缝112及狭缝113。x射线照射源110经配置以产生适合于SXR散射测量的测量的SXR辐射。在一些实施例中，x射线照射源110是多色、高亮度、大集光率(etendue)源。在一些实施例中，x射线照射源110经配置以产生在10到5000电子伏特之间的范围中的x射线辐射。一般来说，请审慎考虑能够以足以实现高吞吐量直列式计量的通量水平产生高亮度SXR的任何适合高亮度x射线照射源以供应用于SXR测量的x射线照射。
在一些实施例中，x射线源包含使得x射线源能够递送在不同可选择波长下的x射线辐射的可调谐单色仪。在一些实施例中，采用一或多个x射线源来确保x射线源供应在允许足以穿透到被测样品中的波长下的光。
在一些实施例中，照射源110是高谐波产生(HHG)x射线源。在一些其它实施例中，照射源110是摆动器/波荡器同步加速器辐射源(SRS)。示范性摆动器/波荡器SRS描述于美国专利第8,941,336及8,749,179号中，所述美国专利的内容以其全文引用方式并入本文中。
在一些其它实施例中，照射源110是激光产生的等离子(LPP)光源。在这些实施例中的一些实施例中，LPP光源包含氙、氪、氩、氖及氮发射材料中的任一者。一般来说，针对谐振SXR区域中的亮度来最优化对适合LPP目标材料的选择。举例来说，由氪发射的等离子在硅K边缘处提供高亮度。在另一实例中，由氙发射的等离子遍及(10到5000eV)的整个SXR区域而提供高亮度。
还可针对可靠及长寿命光源操作来最优化LPP目标材料选择。例如氙、氪及氩等惰性气体目标材料是惰性的，且可在仅需最少或无需去污染处理的情况下在闭环操作中重复使用。示范性SXR照射源描述于Khodykin等人且受让与KLA-Tencor公司的美国专利公开案第2019/0215940号中，所述美国专利公开案的内容以其全文引用方式并入本文中。
在一些实施例中，由照射源(例如，照射源110)发射的波长是可选择的。在一些实施例中，照射源110是LPP光源，其由计算系统130控制以最大化一或多个所选择光谱区域中的通量。目标材料处的激光峰值强度控制等离子温度及因此所发射辐射的光谱区域。通过调整脉冲能量、脉冲宽度或两者使激光峰值强度发生变化。在一个实例中，100皮秒脉冲宽度适合于产生SXR辐射。如图3中所描绘，计算系统130将命令信号136传递到照射源110，这致使照射源110调整从照射源110发射的波长的光谱范围。在一个实例中，照射源110是LPP光源，且LPP光源调整脉冲持续时间、脉冲频率及目标材料组合物中的任一者以实现从LPP光源发射的波长的所期望光谱范围。
通过非限制性实例的方式，粒子加速器源、液体阳极源、旋转阳极源、静止固体阳极源、微焦源、微焦旋转阳极源、基于等离子的源及逆康普顿源中的任一者可用作x射线照射源110。
示范性x射线源包含经配置以轰击固体或液体目标以模拟x射线辐射的电子束源。用于产生高亮度液体金属x射线照射的方法及系统描述于在2011年4月19日颁予KLA-Tencor公司的美国专利第7,929,667号中，所述美国专利的全文以引用方式并入本文中。
x射线照射源110在具有有限横向尺寸(即，正交于束轴线的非零尺寸)的源区内产生x射线发射。在一个实施例中，照射源110的源区由小于20微米的横向尺寸表征。在一些实施例中，源区由10微米或更小的横向尺寸表征。小的源大小使得能够以高亮度照射样品上的小目标区，因此改进测量精度、准确度及吞吐量。
一般来说，x射线光学器件将x射线辐射塑形且将其引导到样品101。在一些实例中，x射线光学器件使用多层x射线光学器件将x射线束准直或聚焦到样品101的测量区102上以实现小于1毫弧度的发散。在一些实施例中，x射线光学器件包含一或多个x射线准直镜、x射线孔隙、x射线射束截捕器、折射x射线光学器件、衍射光学器件(例如波带片)、Schwarzschild光学器件、Kirkpatrick-Baez光学器件、Montel光学器件、Wolter光学器件、镜面x射线光学器件(例如椭球面镜)、多毛细管光学器件(例如中空毛细管x射线波导)、多层光学器件或系统或者其任一组合。进一步细节描述于美国专利公开案第2015/0110249号中，所述美国专利公开案的内容以其全文引用方式并入本文中。
如图3中所描绘，聚焦光学器件111将源辐射聚焦到位于样品101上的计量目标上。有限横向源尺寸导致通过来自源的边缘的射线116以及由束狭缝112及113提供的任何束塑形定义的目标上的有限光斑大小102。
在一些实施例中，聚焦光学器件111包含经椭圆塑形的聚焦光学元件。在图3中所描绘的实施例中，聚焦光学器件111在椭圆的中心处的放大率是大约1。因此，投射到样品101的表面上的照射光斑大小与照射源的大小大约相同，针对由于标称入射角G的束扩展进行调整。
在又一方面中，聚焦光学器件111收集源发射并选择一或多个离散波长或光谱带，且以所期望标称入射角将所选择光聚焦到样品101上。
选择标称入射角以实现计量目标的所期望穿透，以最大化信号信息内容同时保持在计量目标边界内。硬性x射线的临界角极小，但软性x射线的临界角显著较大。作为这一额外测量灵活性的结果，SXR测量更深地探测到对标称入射角的精确值具有较小敏感度的结构中。
在一些实施例中，聚焦光学器件111包含经分级多层，其选择用于投射到样品101上的所期望波长或波长范围。在一些实例中，聚焦光学器件111包含经分级多层结构(例如，层或涂覆)，其选择一个波长且在围绕标称入射角的入射角范围内将所选择波长投射到样品101上。在一些实例中，聚焦光学器件111包含经分级多层结构，其选择波长范围且在一个入射角内将所选择波长投射到样品101上。在一些实例中，聚焦光学器件111包含经分级多层结构，其选择波长范围且在入射角范围内将所选择波长投射到样品101上。
经分级多层式光学器件是优选的，以最小化当单层光栅结构太深时发生的光损耗。一般来说，多层光学器件选择经反射波长。所选择波长的光谱带宽度最优化提供到样品101的通量、所测量衍射级中的信息内容，且防止信号经由检测器处的角度色散及衍射峰值重叠的降级。另外，采用经分级多层光学器件来控制发散。针对检测器处的通量及最小空间重叠而最优化每一波长下的角度发散。
在一些实例中，经分级多层光学器件选择波长来增强来自特定材料界面或结构尺寸的衍射信号的对比度及信息内容。举例来说，可选取所选择波长来跨越元件特定的谐振区域(例如，硅K边缘、氮K边缘、氧K边缘等)。另外，在这些实例中，也可调谐照射源以最大化所选择光谱区域中的通量(例如，HHG光谱调谐、LPP激光调谐等)。
在一些实施例中，聚焦光学器件111包含各自具有椭圆表面形状的多个反射光学元件。每一反射光学元件包含衬底及经调谐以反射不同波长或波长范围的多层涂覆。在一些实施例中，在每一入射角处布置各自反射不同波长或波长范围的多个(例如，1到5个)反射光学元件。在又一实施例中，在不同标称入射角处布置各自反射不同波长或波长范围的多组(例如，2到5组)反射光学元件。在一些实施例中，多组反射光学元件在测量期间将照射光同时投射到样品101上。在一些其它实施例中，多组反射光学元件在测量期间将照射光依序投射到样品101上。在这些实施例中，采用主动快门或孔径来控制投射到样品101上的照射光。
在一些实施例中，通过主动定位聚焦光学器件的一或多个镜元件来调整投射到同一计量区上的波长范围、AOI、方位角或其任一组合。如图3中所描绘，计算系统130将命令信号137传递到致动器系统115，这致使致动器系统115调整聚焦光学器件111的光学元件中的一或多者的位置、对准或两者以实现投射到样品101上的所期望波长范围、AOI、方位角或其任一组合。
一般来说，针对每一波长而选择入射角以最优化通过被测计量目标对照射光的穿透及吸收。在许多实例中，测量多个层结构且选择入射角以最大化与所关注的所期望层相关联的信号信息。在叠对计量的实例中，选择波长及入射角以最大化由来自先前层与当前层的散射之间的干涉引起的信号信息。另外，也选择方位角以最优化信号信息内容。另外，选择方位角以确保检测器处的衍射峰值的角度分离。
在一些实施例中，SXR散射测量系统(例如，计量工具100)包含一或多个束狭缝或孔隙以将入射在样品101上的照射束114塑形，且选择性地阻挡将以其它方式照射被测计量目标的照射光的一部分。一或多个束狭缝定义束大小及形状，使得x射线照射光斑在被测计量目标的区内拟合。另外，一或多个束狭缝定义照射束发散以最小化检测器上的衍射级的重叠。
在一些实施例中，SXR散射测量系统(例如，计量工具100)包含一或多个束狭缝或孔隙以选择同时照射被测计量目标的一组照射波长。在这些实施例中，一或多个狭缝经配置以使包含多个照射波长的照射穿过。一般来说，被测计量目标的同时照射是优选的以增加信号信息及吞吐量。然而，实际上，检测器处的衍射级的重叠限制了照射波长的范围。在一些实施例中，一或多个狭缝经配置以使不同照射波长依序穿过。在一些实例中，较大角度发散处的依序照射提供较高吞吐量，这是因为当束发散较大时，与同时照射相比，依序照射的信噪比可能较高。当依序执行测量时，衍射级的重叠问题并非议题。这增加了测量灵活性且改进了信噪比。
图3描绘位于聚焦光学器件111与束塑形狭缝113之间的束路径中的束发散控制狭缝112。束发散控制狭缝112限制了提供到被测样品的照射的发散。束塑形狭缝113位于束发散控制狭缝112与样品101之间的束路径中。束塑形狭缝113进一步将入射束114塑形且选择入射束114的照射波长。束塑形狭缝113位于紧接在样品101之前的束路径中。在一些实施例中，束塑形狭缝113的狭缝位于紧接近于样品101处，以最小化由于通过有限源大小定义的束发散的入射束光斑大小的放大。如图3中所描绘，计算系统130将命令信号138传递到束发散控制狭缝112，这致使束发散控制狭缝112的主动元件调整束发散控制狭缝112的光学元件中的一或多者的位置、对准或两者以实现所期望束发散。类似地，如图3中所描绘，计算系统130将命令信号139传递到束塑形狭缝113，这致使束塑形狭缝113的主动元件调整束塑形狭缝113的光学元件中的一或多者的位置、对准或两者以实现投射到样品101上的所期望束形状。
在一些实施例中，束塑形狭缝113包含多个经独立致动的束塑形狭缝。在一个实施例中，束塑形狭缝113包含四个经独立致动的束塑形狭缝。这四个束塑形狭缝有效地阻挡传入束的一部分且产生具有框形状的照射横截面的照射束114。
束塑形狭缝113的狭缝由最小化散射且有效地阻挡入射辐射的材料构造。示范性材料包含单晶材料，例如锗、砷化镓、磷化铟等。通常，狭缝材料沿着结晶方向经切开而非锯开，以跨越结构边界来最小化散射。另外，狭缝相对于传入束而定向，使得传入辐射与狭缝材料的内部结构之间的相互作用产生最少量的散射。晶体附接到由高密度材料(例如，钨)制成的每一狭缝固持器以便在狭缝的一个侧上完全阻挡x射线束。
在一些实施例中，SXR散射测量系统的聚焦光学器件以至少五的缩小率(即，0.2或更小的放大因子)将照射源的图像投射到被测样品上。在一些实施例中，如本文中所描述的SXR散射测量系统采用具有由20微米或更小的横向尺寸表征的源区(即，源大小是20微米或更小)的SXR照射源。在一些实施例中，以至少五的缩小因子(即，将源的图像投射到比源大小小五倍的晶片上)来采用聚焦光学器件以将照射投射到具有四微米或更小的入射照射光斑大小的样品上。
在一些实施例中，照射源110是具有10微米或更小的源大小的LPP光源，且聚焦光学器件111具有大约10的缩小因子。这使得SXR散射测量工具能够将照射光聚焦到具有1到2微米的尺寸的计量目标上。测量具有1到2微米的尺寸的目标的能力减小了致力于专门化计量目标的晶片面积。另外，测量具有1到2微米的尺寸的目标的能力使得能够直接测量装置结构而非专门化计量目标。测量装置结构直接消除目标到装置的偏置。这显著改进了测量质量。另外，对裸片中目标的测量实现裸片内参数变化的表征。所关注示范性参数包含临界尺寸、叠对及边缘放置误差。
X射线检测器119根据SXR散射测量的测量收集从样品101散射的x射线辐射118且产生指示对入射x射线辐射敏感的样品101的性质的输出信号135。在一些实施例中，经散射x射线118由x射线检测器119收集，而样品定位系统140将样品101定位且定向以产生经角度解析的经散射x射线。
在一些实施例中，SXR散射测量系统包含具有高动态范围(例如，大于105)的一或多个光子计数检测器。在一些实施例中，单个光子计数检测器检测所检测光子的位置及数目。
在一些实施例中，x射线检测器解析一或多个x射线光子能量且针对每一x射线能量分量产生指示样品的性质的信号。在一些实施例中，x射线检测器119包含以下各项中的任一者：CCD阵列、微通道板、光电二极体阵列、微条带比例计数器、以气体填充的比例计数器、闪烁器或荧光材料。
以这种方式，除像素位置及计数数目以外，还通过能量来区分检测器内的X射线光子相互作用。在一些实施例中，通过比较X射线光子相互作用的能量与预定上部阈值及预定下部阈值来区分X射线光子相互作用。在一个实施例中，经由输出信号135将这一信息传递到计算系统130以进行进一步处理及存储。
由于衍射中的角度色散，在检测器平面处分离由具有多个照射波长的周期性目标的同时照射引起的衍射图案。在这些实施例中，采用了积分检测器。使用面积检测器(例如，真空兼容背侧CCD或混合像素阵列检测器)来测量衍射图案。针对布拉格(Bragg)峰值积分而最优化角度采样。如果采用像素水平模型拟合，那么针对信号信息内容而最优化角度采样。选择采样率以防止零级信号饱和。
在一些实例中，可期望以大波长范围、入射角范围及方位角范围执行测量以增加所测量参数值的精度及准确度。这一方法通过延伸可用于分析的数据集的数目及多样性来减少参数当中的相关性。
收集经衍射辐射的强度依据相对于晶片表面法线的照射波长及x射线入射角的测量。含纳于多个衍射级中的信息在考虑中的每一模型参数之间通常是唯一的。因此，x射线散射以小误差及经减少参数相关性产生所关注参数的值的估计结果。
在一些实施例中，计量工具100包含固定地支撑晶片101且耦合到样品定位系统140的晶片卡盘103。样品定位系统140经配置以相对于照射束114以六个自由度主动定位样品101。在一个实例中，计算系统130将命令信号(未展示)传递到指示样品101的所期望位置的样品定位系统140。作为响应，样品定位系统140向样品定位系统140的各种致动器产生命令信号以实现对样品101的所期望定位。
在又一方面中，采用SXR散射测量系统以基于经散射光的一或多个衍射级来确定样品的性质(例如，结构参数值)。如图3中所描绘，计量工具100包含经采用以获取由检测器119产生的信号135且至少部分地基于所获取信号来确定样品的性质的计算系统130。
SXR散射测量使得能够对设计规则目标进行叠对测量，这是因为照射波长短于所测量结构的周期。与其中对大于设计规则目标的叠对进行测量的现有技术相比，这提供了显著益处。SXR波长的使用准许目标设计依过程设计规则(即，没有“非零偏移”)。非零偏移的减小是经减小图案放置误差及为在装置间距处进行图案化而最优化的过程的结果。图案放置误差取决于由图案间距驱动的制造过程。随着图案间距减小，图案放置误差也减小。而且，随着将制造过程最优化到装置间距，装置特性图案的局部不对称变形(例如，类似装置的图案)减少。
用于SXR测量的叠对计量目标可包含一维周期性阵列或二维周期性阵列。一维目标沿着入射平面展现大角度发散，从而增加通量及吞吐量。对于二维目标，衍射角度色散对于两个平面中轴是不等效的。因此，对于平行于入射平面的样本方向，可施加额外超周期。在这些实例中，通过单个子系统在同一目标上旋转晶片并执行依序正交测量可为有利的。
在一个方面中，基于非零衍射级，采用SXR散射测量信号来解析叠对误差。由于SXR辐射的相对短波长，非零衍射级及特定来说+/-1衍射级提供了对叠对误差的相对高敏感度。
一般来说，目标设计及相关联测量算法取决于是采用0级还是1级散射测量而有所不同。对于0级散射测量，计量目标的每一所测量区(即，单元)依据波长、入射角及方位角来产生单个0级信号。然而，对于1级散射测量，计量目标的每一所测量区(即，单元)依据波长、入射角及方位角来产生两个信号，即，+1衍射级信号及-1衍射级信号。因此，在一些实例中，基于第1级散射测量，需要较少单元来提取充足信号信息以解析所关注参数，例如，叠对或形状参数。在这些实例中，可采用较小计量目标。为了高效，第1级散射测量需要相对高的光瞳均匀性。减小光瞳非均匀性效果的校准方法提供于Mieher等人且受让与KLA-Tencor公司的美国专利公开案第2004/0169861号中，所述美国专利公开案的内容以其全文引用方式并入本文中。
在又一方面中，采用零级、非零级或其任一组合下的SXR散射测量信号来解析表征被测结构形状参数的值，例如，CD、H、SWA、轮廓参数等。在一些实施例中，依据从同一计量目标收集的SXR散射测量的测量同时执行SXR散射测量叠对及形状参数测量。这使得能够测量边缘放置误差(EPE)，例如端线缩短、线到触点距离等。因此，SXR散射测量在不具有由于目标偏置的误差的情况下实现边缘放置误差(EPE)测量，所述目标偏置在对不同目标执行叠对及CD测量时发生。另外，对来自同一计量目标的叠对及CD结构参数进行同时测量改进了测量准确度及吞吐量两者。
在一个实例中，基于如本文中所描述的叠对测量以及基于在多个不同入射角及多个不同方位角处测量的每一x射线衍射级内的强度测量的形状参数的测量来估计层之间的边缘放置误差。边缘放置误差(EPE)组合叠对与形状参数(例如，CD)误差。在一个实例中，EPE是CD值(例如，图8中所描绘的宽度W)与叠对值(例如，图8中所描绘的叠对D)之间的差。因此，通过采用本文中所描述的计算高效的叠对测量且使用同一强度测量数据来估计CD参数值，从而流线化EPE的测量。
图4描绘装置结构400的俯视图，所述装置结构包含作用场401到404、栅极405到408及触点409到420。图4图解说明栅极407与触点418之间的边缘放置距离EPD1。图4也图解说明栅极408与触点418之间的边缘放置距离EPD2以及栅极406与触点414之间的边缘放置距离EPD3。必须小心控制边缘放置距离以确保高装置合格率。如果与这些边缘放置距离中的任一者相关联的边缘放置误差过大，那么装置将失效。如图4中所图解说明，叠对误差及CD误差两者引起EPE。举例来说，如果与触点相关联的层同与栅极相关联的层未对准，那么导致EPE。类似地，如果与触点结构相关联的CD从标称尺寸偏离，那么导致EPE。举例来说，触点413及416过大。结果是每一触点与对应栅极结构之间的重叠及装置失效。而且，每一所测量结构的三维形状充当角色。在一些实例中，不能忽略侧壁角度。在这些实例中的一些实施例中，结构由顶部CD尺寸及底部CD尺寸而非单个CD尺寸表征。
关于EPE测量的额外细节描述于Shchegrov等人的美国专利公开案第2016/0003609中，所述美国专利公开案以其全文引用方式并入本文中。
在一些实施例中，采用来自在相反方向上各自具有标称偏移的计量目标的两个单元的SXR散射测量的测量信号来解析叠对误差。
图5A描绘具有堆叠在另一光栅结构162A上方的光栅结构161A的单元160A。光栅结构161A及162A具有相同间距，但光栅结构161A从光栅结构162A偏移一定距离，所述距离等于在一个方向上的标称偏移+OFFSET与叠对误差OVL的和。
图5B描绘具有堆叠在另一光栅结构162B上方的光栅结构161B的单元160B。光栅结构161B及162B具有相同间距，但光栅结构161A从光栅结构162A偏移一定距离，所述距离等于在与计量目标160A相比相反的方向上的标称偏移-OFFSET与叠对误差OVL的和。标称地，计量目标160A及160B相同，惟顶部光栅结构相对于底部光栅结构的偏移方向相反。
与测量目标相关联的叠对误差OVL的值是基于与单元160A相关联的+1衍射级及-1衍射级内的所检测强度之间的差以及与单元160B相关联的+1衍射级及-1衍射级内的所检测强度之间的差。在一个实例中，计算系统130确定差信号D1及D2，如由方程式(1)所说明，其中IA +1是来自单元160A的+1级的所测量强度，IA -1是来自单元160A的-1级的所测量强度，IB +1是来自单元160B的+1级的所测量强度，且IB -1是来自单元160B的-1级的所测量强度。
Figure BDA0003732308770000161
Figure BDA0003732308770000162
假定差分信号值与实际偏移之间存在线性关系，那么叠对误差由差分信号直接确定，如由方程式(2)所说明，其中偏移是如上文中所描述的标称偏移距离的量值。
Figure BDA0003732308770000163
在一些实例中，基于SXR散射测量的计量涉及确定通过具有所测量SXR散射测量数据的经预定测量模型的逆解来表征样本的所关注参数，例如，叠对误差、形状参数等。逆求解方法包含但不限于基于模型的回归、断层扫描、机器学习或其任一组合。以这种方式，通过对参数化测量模型的值求解来估计目标参数，所述值最小化所测量经散射x射线强度与经建模结果之间的误差。
在一些实施例中，计算系统130经配置以产生样品的所测量结构的结构模型(例如，几何模型、材料模型或经组合几何及材料模型)，产生包含来自结构模型的至少一个几何参数的SXR响应模型，且通过执行SXR测量数据与SXR响应模型的拟合分析来解析至少一个样品参数值。使用分析引擎来比较所模拟SXR信号与所测量数据，由此允许确定样本的例如电子密度的几何以及材料性质。在图3中所描绘的实施例中，将计算系统130配置为如本文中所描述的经配置以实施模型构建与分析功能性的模型构建及分析引擎。
图6是图解说明由计算系统130实施的示范性模型构建及分析引擎180的图式。如图6中所描绘，模型构建及分析引擎180包含产生样品的所测量结构的结构模型181的结构模型构建模组182。将结构模型182接收为到SXR响应函数构建模组183的输入。SXR响应函数构建模组183至少部分地基于结构模型182而产生SXR响应函数模型184。在一些实例中，SXR响应函数模型184是基于x射线形式因子，也称为结构因子。
Figure BDA0003732308770000164
其中F是形式因子，q是散射矢量，且ρ(r)是球面座标中的样品的电子密度。接着，x射线散射强度由以下方程式给出。
Figure BDA0003732308770000171
将SXR响应函数模型184接收为到拟合分析模型185的输入。拟合分析模型185比较经建模SXR响应与对应所测量数据135以确定样品的几何以及材料性质。
在一些实例中，通过最小化卡方值来实现经建模数据与实验数据的拟合。举例来说，对于SXR测量，可将卡方值定义为
Figure BDA0003732308770000172
其中，
Figure BDA0003732308770000173
是“通道”j中的所测量SXR信号135，其中指数j描述一组系统参数，例如衍射级、能量、角度坐标等。
Figure BDA0003732308770000174
是针对一组结构(目标)参数v1，...，vL评估的“通道”j的经建模SXR信号Sj，其中这些参数描述几何(CD、侧壁角度、叠对等)及材料(电子密度等)。σSXR，j是与第j通道相关联的不确定因素。NSXR是x射线计量中的通道的总数目。L是表征计量目标的参数的数目。
方程式(5)假定与不同通道相关联的不确定因素不相关。在其中与不同通道相关联的不确定因素相关的实例中，可计算不确定因素之间的协方差。在这些实例中，可将SXR测量的卡方值表达为
Figure BDA0003732308770000175
其中，VSXR是SXR通道不确定因素的协方差矩阵，且T表示转置。
在一些实例中，拟合分析模型185通过对SXR测量数据135与SXR响应模型184执行拟合分析来解析至少一个样品参数值。在一些实例中，将
Figure BDA0003732308770000176
最优化。
如上文中所描述，通过最小化卡方值来实现SXR数据的拟合。然而，一般来说，可通过其它函数来实现SXR数据的拟合。
SXR计量数据的拟合对于提供对所关注几何及/或材料参数的敏感度的任何类型的SXR技术有利。样品参数可以是确定性的(例如，CD、SWA等)或统计的(例如，侧壁粗糙度的rms高度、粗糙度相关长度等)，只要使用描述与样品的SXR束相互作用的恰当模型即可。
一般来说，计算系统130经配置以采用实时临界尺寸(RTCD)来实时存取模型参数，或其可存取经预计算模型的程序库以便确定与样品101相关联的至少一个样品参数值的值。一般来说，可使用某种形式的CD引擎来评估样品的经指派CD参数同与所测量样品相关联的CD参数之间的差。用于计算样品参数值的示范性方法及系统描述于在2010年11月2日颁予KLA-Tencor公司的美国专利第7,826,071号中，所述美国专利的全文以引用方式并入本文中。
在一些实例中，模型构建及分析引擎180通过侧馈分析、前馈分析及并行分析的任一组合来改进所测量参数的准确度。侧馈分析是指采取关于同一样品的不同区上的多个数据集且将从第一数据集确定的共同参数传送到第二数据集上以供分析。前馈分析是指采取关于不同样品的数据集且使用逐步复制准确参数前馈方法将共同参数前向传递到后续分析。并行分析是指将非线性拟合方法并行或同时应用于多个数据集，其中在拟合期间耦合至少一个共同参数。
多工具及结构分析是指基于回归、查找表(即，“程序库”匹配)或多个数据集的另一拟合过程的前馈、侧馈或并行分析。用于多工具及结构分析的示范性方法及系统描述于在2009年1月13日颁予KLA-Tencor公司的美国专利第7,478,019号中，所述美国专利的全文以引用方式并入本文中。
在再一方面中，基于以入射x射线束相对于测量目标的单个定向执行的SXR测量而确定一或多个所关注参数的值的初始估计。将初始所估计值实施为针对具有以多个定向从SXR测量收集的测量数据的测量模型的回归的所关注参数的起始值。以这种方式，用相对小量的计算努力来确定对所关注参数的密切估计，且通过将这一密切估计实施为对大得多的数据集进行回归的起始点，用较小总体计算努力来获得所关注参数的精细化估计。
在一些实施例中，基于基于经训练机器学习的测量模型，从一或多个非零衍射级内的所检测强度直接确定与测量目标或裸片中目标相关联的叠对误差值。在这些实施例中，基于经训练机器学习的模型直接从SXR测量数据提取叠对误差。
在一些实施例中，由SXR计量系统测量的目标并非周期性的，然而基于经训练机器学习的测量模型能够从SXR测量提取叠对误差。
在一些实施例中，基于从具有已知叠对误差值的实验设计(DOE)目标收集的SXR测量数据来训练基于机器学习的测量模型。在一些实施例中，与目标相关联的叠对误差是由受信任参考计量系统(例如基于电子束的计量系统、扫描电子显微镜等)测量。在一些实施例中，DOE目标是设计规则计量目标。在一些实施例中，DOE目标是裸片中作用装置结构。
在一些实例中，基于机器学习的测量模型是神经网络模型、支持矢量机模型等。额外细节描述于授予Shchegrov等人且受让与KLA-Tencor公司的美国专利第10,352,876中，所述美国专利的内容以其全文引用方式并入本文中。
在一些其它实施例中，基于从实验设计(DOE)目标(例如，周期性目标)收集的SXR测量数据及与紧接近于所测量DOE目标的裸片中作用装置结构相关联的已知叠对误差值来训练基于机器学习的测量模型。在这些实施例中，与裸片中作用装置结构相关联的叠对误差是由受信任参考计量系统(例如基于电子束的计量系统、扫描电子显微镜等)测量。以这种方式，基于经训练机器学习的测量模型基于从附近设计规则计量目标收集的SXR散射测量的测量数据来估计裸片中作用装置结构的叠对误差。
图10图解说明半导体裸片190，其包含作用装置区191及外切作用装置区的划线区192。在划线区192内制作若干个设计规则计量目标，例如设计规则目标193。类似地，在作用装置区191内制作若干个作用装置结构，例如作用装置结构194。在一些实施例中，基于经训练机器学习的测量模型基于对设计规则目标193进行SXR散射测量的测量来估计与作用装置结构194相关联的叠对误差。
关于基于机器学习的测量模型的额外细节描述于Shchegrov等人的美国专利公开案第2016/0003609号中，所述美国专利公开案以其全文引用方式并入本文中。
在一些其它实施例中，基于从实验设计(DOE)目标收集的SXR测量数据及基于SXR测量数据确定的形状参数值来训练基于机器学习的测量模型。在一些实例中，采用SXR测量数据来估计如上文中所描述的形状参数(例如，CD、H、SWA、轮廓参数等)值。采用这些形状参数值连同SXR测量数据及与紧接近于所测量DOE目标的裸片中作用装置结构相关联的已知叠对误差值来训练基于机器学习的测量模型。额外结构信息改进了经训练模型的准确度。
在一些实施例中，基于SXR散射测量的叠对测量涉及用SXR辐射照射样本且检测相对于样本的多个入射角、多个波长或两者的所得衍射级的强度。而且，基于多个测量例子中的每一者处的一或多个非零衍射级中的每一者内的多个强度的调制来确定与测量目标相关联的叠对误差。
在这些实施例中，以若干个不同入射角及方位角执行计量目标的SXR散射测量的测量。图7描绘包含计量目标120的晶片101。x射线照射源用x射线辐射束114以入射角AOI及方位角Az照射计量目标120。相对于固定到样品101的座标系{BX,BY,BZ}来定义入射x射线辐射束的入射角及方位角。如图7中所描绘，计量目标120包含光栅结构，其在BY方向上延伸且在BX方向上是周期性的。将入射角定义为入射束相对于BZ轴投射到BX-BZ平面上的角度。在这种意义上，可将入射角的改变视为晶片101围绕与晶片101共面的BY轴的旋转。类似地，将方位角定义为入射束相对于BX轴投射到BX-BY平面上的角度。在这种意义上，可将方位角的改变视为晶片101围绕法向于晶片101的BZ轴的旋转。
如图3中所图解说明，计量工具100包含样品定位系统140，其经配置以在相对于SXR散射计的大的平面外角度定向范围内既将样品101对准又将样品101定向。换句话说，样品定位系统140经配置以在大角度范围内围绕一或多个旋转轴旋转样品101，所述一或多个旋转轴与样品101的表面共面且法向于样品101的表面而对准。以这种方式，样品101的表面上的每个位置可用于在旋转范围内围绕固定到样品101的座标系{BX,BY,BZ}的轴进行测量。
在图3中所描绘的实施例中，图解说明单个入射x射线辐射束。单个束相对于晶片的定向由单个标称入射角及方位角定义。对于采用单个照射束的实施例，依序执行与多个不同入射角及方位角相关联的x射线衍射测量。然而，一般来说，可同时执行与多个不同入射角及方位角相关联的x射线衍射测量。在一些实施例中，可采用一或多个x射线源及一或多组x射线光学器件，使得在入射角及方位角中离散或连续地从多个方向同时照射计量目标。
当以多个不同入射角及多个不同方位角进行测量时，计量目标的不同层中的两个或更多个结构的垂直堆叠以强烈且独特方式影响经x射线衍射的信号。因此，可基于所测量强度来估计叠对及形状参数值。
在这些实施例中，叠对的估计涉及共同级的强度调制的参数化，使得低频率形状调制由基函数集或比率描述，且高频率叠对调制由包含指示叠对的参数的仿射圆函数描述。
在一个实例中，从正准叠对问题的分析导出参数化。图8描绘层式计量目标150，其包含各自具有周期性P的两个周期性线阵列151及152。线阵列通过距离S来垂直分离，且线阵列通过叠对距离D来偏移。线阵列中的每一者的高度及宽度分别由参数H及W赋予。
另外，顶部线的电子密度由参数δ0赋予，且底部线由δ1赋予。计量目标150由具有波长λ的x射线辐射束照射。当光射线的投射垂直于光栅的周期性时，入射x射线辐射束以入射角θ及方位角
Figure BDA0003732308770000203
照射在计量目标上，其中
Figure BDA0003732308770000204
对于此种光栅，我们将波长数目定义为k0＝2π/λ，且将1D周期性方向上的光栅数目定义为kx＝2π/P，其中m是级数。依据法向于晶片的轴来测量入射角。
衍射强度的分析提供每一级的强度的近似值，如方程式(7)中所说明。
Figure BDA0003732308770000201
方程式(7)说明，不仅通过改变入射角θ而且通过改变方位角
Figure BDA0003732308770000202
而存在级强度的调制。以另一方式陈述，通过改变入射角，我们可期望衍射级从与BX对准的光栅周期性尺寸的投射到与BZ对准的方向的调制。另外，通过改变方位角，我们可期望衍射级从与BX对准的光栅周期性尺寸的投射到与BY对准的方向的调制。另外，可协调入射角及方位角的改变以增强叠对信号。举例来说，由于入射角因比例因子
Figure BDA0003732308770000211
的改变，改变方位角可减慢形状及叠对调制。最终，方程式(7)也说明，由于形状参数W及H的级强度的调制相对于方程式(7)的最后一项所描述的叠对调制通常具有低空间频率。
由于由于形状引起的相对低空间频率调制，这一调制可通过低阶多项式(例如，线性或二次函数)来建模。接着，由于分离距离S及叠对D的调制可由方程式(7)中所说明的余弦项表示。因此，每一级的强度的经简化模型分别采取如由方程式(8a)及(8b)所说明的加法及乘法形式。
Figure BDA0003732308770000212
Figure BDA0003732308770000213
在不具有形状的明确知识的情况下，由方程式(8a)的第一项及方程式(8b)的第一因子定义的形状函数将形状调制建模为由参数aj加权的基函数θj的线性组合。如方程式(8a)及(8b)中所说明，采用单项式基来描述形状改变。然而，一般来说，可采用任何多项式、有理数或任何种类的基集。
参数b定义调制深度。参数D及S定义叠对。通过改变入射角、方位角或两者，可使用任何适合曲线拟合常式将任何阶的所得数据与参数aj、b、D及S拟合。叠对由参数D的拟合赋予。
上文中所描述的用于叠对测量的经简化模型图解说明基于入射角及方位角的改变而建模衍射级的强度变化的现象学方法。一般来说，所述模型可以是基于其它波形及非多项式基函数。
通过将所测量强度信号与现象学简单函数拟合，可以计算高效的方式估计与多个层相关联的叠对偏移。因此，以相对低计算成本执行且不具有外部参考计量测量，从而克服了基于SEM、光学计量或其它所提议x射线计量技术的当前方法的限制。
图9描绘对指示图8中所描绘的计量目标150的拟合结果进行模拟的曲线图170。标绘线171描绘对角范围的-2衍射级的正规化强度的模拟。标绘线172描绘对同一角范围的+2衍射级的正规化强度的模拟。标绘线173描绘通过参考方程式(8)所描述的类型的模型的所模拟衍射强度的拟合的结果。如图9中所图解说明，参考方程式(8)所描述的经简化模型提供与所模拟强度值的接近拟合。
如由方程式(8)所说明，叠对调制是衍射级的偶函数。因此，可平均或联合拟合来自正级及负级两者数据。另外，可联合拟合多个级。在一些实例中，角空间中的不同范围可用于每一不同衍射级。额外细节描述于Hench等人且受让与KLA-Tencor公司的WIPO公开案第WO2016176502A1号中，所述WIPO公开案的内容以其全文引用方式并入本文中。
在一些实施例中，实际装置目标是非周期性的。通过将叠对测量校准到参考测量，基于对具有充足周期性的设计规则目标进行测量，SXR散射测量技术可用于估计非周期性结构的叠对。这有效地克服了需要所测量目标是周期性或大约周期性的的散射测量的测量的限制。
在一些实施例中，作为开发后检测(ADI)过程监视的一部分，采用经校准SXR测量来估计与裸片中作用装置结构相关联的叠对误差。在一些实施例中，裸片中作用装置结构是非周期性逻辑装置。
在一些实施例中，采用单个叠对误差校准值来校准基于SXR散射测量的叠对测量。采用参考计量系统(例如，SEM)来测量与裸片中作用装置结构相关联的叠对误差。另外，采用SXR散射测量系统(例如，SXR散射测量工具100)来测量附近设计规则计量目标。由SXR散射测量系统测量的叠对误差与由参考计量系统测量的叠对误差之间的差是叠对误差校准值。设计规则计量目标的后续叠对测量由叠对误差校准值调整以估计与附近裸片中作用装置结构相关联的叠对误差。更具体来说，将叠对误差校准值添加到由SXR散射计测量的叠对误差以估计与裸片中作用装置结构相关联的叠对误差。这一方法的限制是，其不补偿由对不同于SXR测量的目标执行参考测量的事实诱发的目标误差。
在一个实例中，通过将SEM校准后馈到裸片中作用装置结构的SXR测量来克服这一限制。这一方法在其中SXR测量不对所测量目标施加任何物理改变的情形中是可行的。
在另一实例中，采用两个叠对误差校准值来校准基于SXR散射测量的叠对测量。在这些实施例中，采用参考计量系统(例如，SEM)来测量与裸片中作用装置结构相关联的叠对误差且测量与附近设计规则计量目标相关联的叠对误差。另外，采用SXR散射测量系统(例如，SXR散射测量工具100)来测量与附近设计规则计量目标相关联的叠对误差。与由参考计量系统测量的裸片中作用装置结构相关联的叠对误差同与附近设计规则计量目标相关联的叠对误差之间的差是第一叠对误差校准值。与由参考计量系统测量的设计规则目标相关联的叠对误差同与由SXR散射测量系统测量的设计规则目标相关联的叠对误差之间的差是第二叠对误差校准值。通过第一叠对误差校准值及第二叠对误差校准值两者来调整设计规则计量目标的后续叠对测量以估计与附近裸片中作用装置结构相关联的叠对误差。更具体来说，将第一叠对误差校准值及第二叠对误差校准值添加到由SXR散射计测量的叠对误差以估计与裸片中作用装置结构相关联的叠对误差。
由电子束工具执行的参考测量可在高(例如，10kV或更高)电压下执行以将一或多个下伏层成像。一般来说，可调整电子束工具的着陆能量以最大化成像性能。
如本文中所描述的SXR散射测量工具能够执行与半导体制造相关的许多不同类型的测量。举例来说，可采用SXR散射测量工具来测量一或多个目标的特性，例如临界尺寸、叠对、侧壁角度、膜厚度、过程相关参数(例如，焦点及/或剂量)等。测量目标可包含周期性的所关注区域，例如存储器裸片中的光栅。测量目标可包含多个层，且一或多个层的厚度可由SXR散射测量工具测量。测量目标可位于划线内或位于裸片自身内。在一些实施例中，多个目标由一或多个计量工具同时或依序测量，如US 7,478,019中所描述，所述US 7,478,019的内容以其全文引用方式并入本文中。举例来说，来自这类测量的数据可经组合且用于半导体制造工艺中，以前馈、后馈及侧馈对过程(例如，光刻、蚀刻)的校正。
所关注参数的测量通常涉及若干个算法。在一些实施例中，使用电磁解算器来建模入射束与样本的相互作用，且使用例如RCWA、FEM、矩量法、表面积分法、体积积分法、FDTD、波恩(Born)近似法(BA)、畸变波BA(DWBA)及其它算法的算法。对于基于模型的测量，通常使用几何引擎或在一些情形中过程建模引擎或两者的组合来建模所关注目标。举例来说，在从KLA公司(Milpitas,California)购得的AcuShape软件中实施几何引擎。
可通过若干种数据拟合及最优化技术及技艺来分析所收集数据，所述数据拟合及最优化技术及技艺包含：程序库；快速降级模型；回归；机器学习算法，例如神经网络、支持矢量机(SVM)；降维算法，例如PCA(主要分量分析)、ICA(独立分量分析)、LLE(局部线性嵌入))；稀疏表示，例如傅立叶变换或小波变换；卡尔曼滤波器；促进相同或不同工具类型间匹配的算法以及其它。也可通过不包含建模、最优化及/或拟合的算法来分析所收集数据，以提取关于结构的尺寸及材料信息。
在一些实施例中，设计多层叠对计量目标，使得两个层的每一组合之间的所述一组分离参数有所不同，且最大化所有层组合之间的最小分离距离，这受制于对计量目标的整体高度的约束。
在一些实施例中，以在不同层处具有不同间距来设计多层叠对计量目标，使得从一个层产生的衍射级相长地干涉另一层的不同衍射级。在一个实施例中，位于第一层中的周期性光栅结构具有等于2A的间距，其中A是任意正值常数。位于不同层中的另一周期性结构具有等于3A的间距。在此实例中，第一层的第二衍射级相干地干涉第二层的第三衍射级。因此，通过两个层之间的叠对来主导在这些级对处检测的强度测量。相反地，通过形状参数来主导不受制于叠对的相长干涉的在不同级数对处检测的强度测量。因此，在一些实施例中，将计量叠对目标设计成具有特定光栅结构，以增加在特定光栅级对处对叠对的敏感度，且也提供对形状参数值估计有用的强度数据。
类似地，将多层叠对计量目标设计成在不同层处具有不同间距定向，使得从一个层产生的衍射级相长地干涉另一层的不同衍射级。一般来说，具有不同周期性(例如，不同光栅间距)、不同间距定向或其任一组合的一组层产生一组散射矢量，每一散射矢量与不同层相关联。将叠对计量目标设计成使得对预定的一子组散射矢量进行对准。以这种方式，对与预定的一子组散射矢量对应的层当中的叠对的敏感度得到增强。
一般来说，叠对计量目标可包含1D周期性结构(即，其中在一个方向上是周期性的且在另一方向上是恒定的)、2D周期性结构(即，在两个方向上是周期性的)或其任一组合。对于2D周期性目标，两个周期性方向可彼此垂直或可彼此不垂直。而且，组成结构中的每一者的间距可相同或有所不同。
应认识到，本发明通篇所描述的各种步骤可由单计算机系统130或(另一选择是)多计算机系统130执行。而且，系统100的不同子系统(例如样品定位系统140)可包含适合于执行本文中所描述的步骤的至少一部分的计算机系统。因此，前述说明不应解释为对本发明的限制而仅为说明。此外，一或多个计算系统130可经配置以执行本文中所描述的方法实施例中的任一者的任一(任何)其它步骤。
另外，计算机系统130可以本领域中已知的任何方式通信地耦合到检测器119及照射光学器件115。举例来说，一或多个计算系统130可耦合到分别与检测器119及照射光学器件115相关联的计算系统130。在另一实例中，检测器119及照射光学器件115中的任一者可由耦合到计算机系统130的单计算机系统直接控制。
计算机系统130可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体从系统的子系统(例如，检测器119、照射光学器件115等等)接收及/或获取数据或信息。以这种方式，传输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。
计量系统100的计算机系统130可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体从其它系统接收及/或获取数据或信息(例如，测量结果、建模输入、建模结果等)。以这种方式，传输媒体可充当计算机系统130与其它系统(例如，存储器板上计量系统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可经配置以经由数据链路从存储媒体(即，存储器132或190)接收测量数据(例如，信号135)。举例来说，使用由检测器119收集的散射测量数据可存储于永久或半永久存储器装置(例如，存储器132或190)中。就这一点来说，可从板上存储器或从外部存储器系统导入测量结果。而且，计算机系统130可经由传输媒体将数据发送到其它系统。举例来说，由计算机系统130确定的叠对值186可存储于永久或半永久存储器装置(例如，存储器190)中。就这一点来说，测量结果可导出到另一系统。
计算系统130可包含但不限于个人计算机系统、大型计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或本领域中已知的任一其它装置。一般来说，术语“计算系统”可宽泛地定义为涵盖具有执行来自存储器媒体的指令的一或多个处理器的任一装置。
实施例如本文中所描述的那些方法的方法的程序指令134可经由传输媒体(例如导线、电缆或无线传输链路)传输。举例来说，如图3中所图解说明，存储于存储器132中的程序指令经由总线133传输到处理器131。程序指令134存储于计算机可读媒体(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、磁盘或光盘，或者磁带。
在一些实施例中，将如本文中所描述的散射测量分析实施为制作过程工具的一部分。制作过程工具的实例包含但不限于光刻曝光工具、膜沉积工具、植入工具及蚀刻工具。以这种方式，使用SXR散射测量分析的结果来控制制作过程。在一个实例中，将从一或多个目标收集的SXR散射测量的测量数据发送到制作过程工具。如本文中所描述地分析SXR散射测量的测量数据且使用结果来调整制作过程工具的操作。
可使用如本文中所描述的散射测量的测量来确定各种半导体结构的特性。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)、小于10nm的结构、光刻结构、穿衬底通孔(TSV)、存储器结构(例如DRAM、DRAM 4F2、快闪、MRAM)及高深宽存储器结构。示范性结构特性包含但不限于几何参数(例如线边缘粗糙度、线宽度粗糙度、孔大小、孔密度、侧壁角度、轮廓、临界尺寸、间距)及材料参数(例如电子密度、组合物、颗粒结构、形态、应力、应变及元素识别)。
图11图解说明适合于通过本发明的计量系统100的实施方案的方法200。在一个方面中，应认识到，可经由由计算系统130的一或多个处理器执行的预编程算法实施方法200的数据处理块。虽然在计量系统100的上下文中提出以下说明，但在本文中应认识到，计量系统100的特定结构方面不表示限制且应仅解释为说明性的。
在框201中，用具有在介于10与5,000电子伏特之间的范围中的能量的软性X射线(SXR)辐射束来照射安置在衬底上的设计规则目标的第一例子。所述设计规则目标是多层目标。
在框202中，检测与响应于入射SXR辐射束而从设计规则目标的第一例子散射的SXR辐射量的+1/-1衍射级相关联的第一多个强度。
在框203中，基于+1/-1衍射级内的第一多个所检测强度来估计与设计规则目标的第一例子相关联的第一叠对误差值。
在框204中，基于通过扫描电子显微镜对第一裸片中作用装置结构的测量来估计与第一裸片中作用装置结构相关联的叠对误差值。根据同一制作过程规则来制作设计规则目标的第一例子及第一裸片中作用装置结构。
在框205中，基于与第一裸片中作用装置结构相关联的叠对误差值以及与设计规则目标的第一例子相关联的第一叠对误差值来确定叠对校准值。
如本文中所描述，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、中间临界尺寸、顶部临界尺寸、侧壁角度、光栅高度等)、任何两个或两个以上结构之间的临界尺寸(例如，两个结构之间的距离)，以及两个或两个以上结构之间的位移(例如，叠对光栅结构之间的叠对位移等)。结构可包含三维结构、经图案化结构、叠对结构等。
如本文中所描述，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。
如本文中所描述，术语“计量系统”包含至少部分地用于在包含临界尺寸应用及叠对计量应用的任何方面中表征样品的任何系统。然而，这些技术术语并不限制如本文中所描述的术语“计量系统”的范围。另外，本文中所描述的计量系统可经配置以用于测量经图案化晶片及/或未图案化晶片。计量系统可配置为LED检测工具，边缘检测工具、背侧检测工具、大型检测工具或多模式检测工具(涉及同时来自一或多个平台的数据)，以及受益于被测成像或结构的任何其它计量或检测工具。
在本文中描述各种实施例用于可用于处理样品的半导体处理系统(例如，计量系统或光刻系统)。本文中所使用的术语“样品”是指晶片、光罩或可由本领域中已知的方式进行处理(例如，印刷或检测缺陷)的任何其它样本。
如本文中所使用，一般来说，术语“晶片”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。这些衬底通常可发现于及/或处理于半导体制作设施中。在一些情形中，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。另一选择是，晶片可包含形成于衬底上的一或多个不同材料层。形成于晶片上的一或多个层可“经图案化”或“未经图案化”。举例来说，晶片可包含具有可重复图案特征的多个裸片。
“光罩”可以是在光罩制作过程的任何阶段处的光罩或者可被释放或不可被释放以供在半导体制作设施中使用的完成光罩。光罩或“掩模”通常定义为其上基本上形成有且配置成图案的不通透区域的基本上透明衬底。举例来说，衬底可包含例如非晶SiO2的玻璃材料。光罩可在光刻过程的曝光步骤期间沉积于抗蚀剂叠对的晶片上方，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经图案化或未图案化。举例来说，晶片可包含各自具有可重复图案特征的多个裸片。这些材料层的形成及处理可最终产生完成装置。可在晶片上形成许多不同类型的装置，且如本文中所使用的术语晶片打算涵盖上面制作有本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，所描述的功能可以硬件、软件、固件或其任一组合实施。如果以软件实施，那么所述功能可作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或者经由计算机可读媒体传输。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及通信媒体两者，所述通信媒体包含促进将计算机程序从一个地方递送到另一地方的任何媒体。存储媒体可以是可由一般用途或特殊用途计算机存取的任何可用媒体。通过实例而非限制方式，这种计算机可读媒体可包括：RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置或者可用于以指令或数据结构的形式载运或存储所期望程序代码构件且可由一般用途或特殊用途计算机或者一般用途或特殊用途处理器存取的任何其它媒体。而且，可将任何连接恰当地称为计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)或无线技术(例如红外线、无线电及微波)从网站、服务器或其它远程源传输软件，那么所述同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(例如红外线、无线电及微波)都包含于媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘及盘片包含光盘(CD)、激光盘片、XRF盘片、数字多功能盘片(DVD)、软磁盘及蓝光盘片，其中磁盘通常以磁性方式复制数据而盘片利用激光以光学方式复制数据。上文的组合也应包含于计算机可读取媒体的范围内。
尽管在上文中出于指导性目的而描述一些特定实施例，但本专利文件的教导内容具有一般适用性且不限于上文所描述的特定实施例。因此，可在不违背如权利要求书中所陈述的本发明的范围的情况下实践对所描述的实施例的各种特征的各种修改、改动及组合。

Claims (22)

1.一种计量系统，其包括：
软性X射线(SXR)照射源，其经配置以用具有在介于10与5,000电子伏特之间的范围中的能量的SXR辐射束来照射安置在衬底上的测量目标的第一例子，其中所述测量目标包含：第一结构，其安置在制作于所述衬底上方第一高度处的第一层中；及第二结构，其安置在制作于所述衬底上方第二高度处的第二层中；
x射线检测器，其经配置以检测各自与响应于入射x射线辐射束而从所述测量目标散射的x射线辐射量的一或多个非零衍射级相关联的多个强度；及
计算系统，其经配置以：
基于所述一或多个非零衍射级中的每一者内的所述多个所检测强度来估计与所述测量目标或对应裸片中作用装置结构相关联的叠对误差值。
2.根据权利要求1所述的计量系统，所述x射线检测器进一步经配置以检测与响应于所述入射x射线辐射束而从所述测量目标散射的所述x射线辐射量的零衍射级相关联的强度，且所述计算系统进一步经配置以：
基于所述零衍射级内的所述所检测强度、所述一或多个非零x射线衍射级中的每一者内的所述多个所检测强度或其任一组合来估计表征所述测量目标的形状的一或多个参数的值；及
基于所述所估计叠对值及表征所述测量目标的所述形状的所述一或多个参数的所述所估计值来估计所述测量目标的边缘放置误差的值。
3.根据权利要求1所述的计量系统，所述SXR照射源进一步经配置以用所述SXR辐射束来照射安置在所述衬底上的所述测量目标的第二例子，其中所述测量目标的所述第一例子的所述第一结构在与所述第一层对准的方向上从所述测量目标的所述第一例子的所述第二结构偏移一偏移距离，其中所述测量目标的所述第二例子的所述第一结构在同与所述第一层对准的所述方向相反的方向上从所述测量目标的所述第二例子的所述第二结构偏移所述偏移距离，所述x射线检测器经配置以检测各自与响应于所述入射x射线辐射束而从所述测量目标的所述第二例子散射的x射线辐射量的一或多个非零衍射级相关联的多个强度，且其中对与所述测量目标相关联的所述叠对误差值的所述估计是基于与所述测量目标的所述第一例子相关联的+1衍射级及-1衍射级内的所述所检测强度之间的差以及与所述测量目标的所述第二例子相关联的所述+1衍射级及所述-1衍射级内的所述所检测强度之间的差。
4.根据权利要求1所述的计量系统，其中对与所述测量目标相关联的所述叠对误差值的所述估计是基于利用基于物理的测量模型对所述一或多个非零衍射级内的所述所检测强度的拟合分析。
5.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述SXR辐射束在多个测量例子处各自以不同标称入射角、不同标称方位角或两者入射在所述测量目标上。
6.根据权利要求5所述的计量系统，其中对与所述测量目标相关联的所述叠对误差值的所述估计是基于所述多个测量例子中的每一者处的所述一或多个非零衍射级中的每一者内的所述多个强度中的调制。
7.根据权利要求1所述的计量系统，其中通过基于经训练机器学习的测量模型从所述一或多个非零衍射级内的所述所检测强度直接确定与所述测量目标或所述对应裸片中目标相关联的所述叠对误差值。
8.根据权利要求7所述的计量系统，其中所述测量目标并非周期性的。
9.根据权利要求7所述的计量系统，所述软性X射线(SXR)照射源进一步经配置以用具有在介于10与5,000电子伏特之间的范围中的能量的所述SXR辐射束来照射多个实验设计(DOE)测量目标，所述x射线检测器进一步经配置以检测各自与响应于所述入射x射线辐射束而从所述多个DOE测量目标中的每一者散射的x射线辐射量的一或多个非零衍射级相关联的多个强度，所述计算系统进一步经配置以基于与所述DOE测量目标或对应裸片中目标中的每一者相关联的所述所检测多个强度及已知叠对误差值来训练所述基于机器学习的测量模型。
10.根据权利要求9所述的计量系统，其中通过参考计量系统从对所述DOE测量目标或对应裸片中目标的测量确定所述已知叠对误差值。
11.根据权利要求1所述的计量系统，其中对与所述对应裸片中作用装置结构相关联的所述叠对误差值的所述确定涉及基于所述一或多个非零衍射级中的每一者内的所述多个所检测强度的与所述测量目标相关联的所述所估计叠对误差值与校正值的加总。
12.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述第一层是抗蚀剂层。
13.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述测量目标是安置在划线或裸片中作用装置结构内的设计规则目标。
14.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述对应裸片中作用装置结构并非周期性的。
15.一种方法，其包括：
用具有在介于10与5,000电子伏特之间的范围中的能量的软性X射线(SXR)辐射束来照射安置在衬底上的设计规则目标的第一例子，其中所述设计规则目标是多层目标；
检测与响应于入射SXR辐射束而从所述设计规则目标的所述第一例子散射的SXR辐射量的+1/-1衍射级相关联的第一多个强度；
基于所述+1/-1衍射级内的所述第一多个所检测强度来估计与所述设计规则目标的所述第一例子相关联的第一叠对误差值；
基于通过扫描电子显微镜对第一裸片中作用装置结构的测量来估计与所述第一裸片中作用装置结构相关联的叠对误差值，其中根据同一制作过程规则来制作所述设计规则目标的所述第一例子及所述第一裸片中作用装置结构；及
基于与所述第一裸片中作用装置结构相关联的所述叠对误差值及与所述设计规则目标的所述第一例子相关联的所述第一叠对误差值来确定叠对校准值。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：
用具有在介于10与5,000电子伏特之间的范围中的能量的SXR辐射束来照射所述设计规则目标的第二例子；
检测各自与响应于所述入射SXR辐射束而从所述设计规则目标的所述第二例子散射的SXR辐射量的所述+1/-1衍射级相关联的第二多个强度；
基于所述+1/-1衍射级内的所述多个所检测强度来估计与所述设计规则目标的所述第二例子相关联的叠对误差值；
基于与所述设计规则目标的所述第二例子相关联的所述叠对误差值与所述叠对校准值的加总来估计与第二裸片中作用装置结构相关联的叠对误差值。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述叠对校准值是与所述第一裸片中作用装置结构相关联的所述叠对误差值同与所述设计规则目标的所述第一例子相关联的所述第一叠对误差值之间的差。
18.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：
基于通过所述扫描电子显微镜对所述设计规则目标的所述第一例子的测量来估计与所述设计规则目标的所述第一例子相关联的第二叠对误差值，其中对所述叠对校准值的所述确定是基于与所述设计规则目标的所述第一例子相关联的所述第一叠对误差值与所述第二叠对误差值之间的差以及与所述第一裸片中作用装置结构相关联的所述叠对误差值同与所述设计规则目标的所述第一例子相关联的所述第二叠对误差值之间的差。
19.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括：
检测与响应于所述入射x射线辐射束而从所述设计规则目标的所述第二例子散射的所述x射线辐射量的零衍射级相关联的强度；
基于所述零衍射级内的所述所检测强度、所述+1/-1衍射级内的所述多个所检测强度或其任一组合来估计表征所述设计规则目标的形状的一或多个参数的值；及
基于与所述设计规则目标的所述第二例子相关联的所述叠对误差值及表征所述设计规则目标的所述第二例子的所述形状的所述一或多个参数的所述值来估计所述设计规则目标的所述第二例子的边缘放置误差的值。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述设计规则目标被安置在划线内或者是裸片中作用装置结构。
21.根据权利要求15所述的方法，其中所述裸片中作用装置结构并非周期性的。
22.一种计量系统，其包括：
软性X射线(SXR)照射源，其经配置以用具有在介于10与5,000电子伏特之间的范围中的能量的SXR辐射束来照射安置在衬底上的测量目标的第一例子，其中所述测量目标包含：第一结构，其安置在制作于所述衬底上方第一高度处的第一层中；及第二结构，其安置在制作于所述衬底上方第二高度处的第二层中；
x射线检测器，其经配置以检测各自与响应于入射x射线辐射束而从所述测量目标散射的x射线辐射量的一或多个非零衍射级相关联的多个强度；及
非暂时性计算机可读媒体，其存储在由一或多个处理器执行时致使所述一或多个处理器进行以下操作的指令：
基于所述一或多个非零衍射级中的每一者内的所述多个所检测强度来估计与所述测量目标或对应裸片中作用装置结构相关联的叠对误差值。
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