(57)【要約】      （修正有）【課題】パターン構造のＸ線測定に用いられる方法およびシステムを提供する。【解決手段】この方法は，入射Ｘ線放射に対するパターン構造の検出された放射線反応に対応する測定信号を表すデータを処理し，上記データから実質的に背景雑音のない有効測定信号を減算し，ここで上記有効測定信号が反射回折次数の放射成分から形成されており，上記有効測定信号のモデルベース解釈によってパターン構造の一または複数のパラメータを決定することできるものであり，上記処理が，測定信号を解析してそこから背景雑音に対応する背景信号を抽出し，上記測定信号にフィルタリング処理を適用してそこから背景信号に対応する信号を減算し，これによって有効測定信号を得るものである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン構造のＸ線測定に用いられる方法であって，入射Ｘ線放射線に対するパターン構造の検出された放射線反応に対応する測定信号を表すデータを処理し，上記データから実質的に背景雑音のない有効測定信号を減算し，ここで上記有効測定信号が反射回折次数の放射成分から形成されており，上記有効測定信号のモデルベース解釈によってパターン構造の一または複数のパラメータの決定ができるものであり，上記処理が，上記測定信号を解析してそこから上記背景雑音に対応する背景信号を抽出し，上記測定信号にフィルタリング処理を適用してそこから背景信号に対応する信号を減算し，これによって上記有効測定信号を得る，方法。
【請求項２】
上記測定信号の解析およびそこからの背景信号の抽出が，反射回折次数の放射成分に対応する信号をフィルタリングして上記背景雑音を表す背景特徴を抽出するように上記測定信号を処理し，上記背景特徴に適合処理を適用して上記背景信号を得ることを含む，請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記背景信号の画像処理を適用して上記背景信号の修正画像表現を取得し，これを上記測定信号から減算される上記背景信号に対応する信号として用いる，請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
提供される上記測定信号に含まれる上記有効測定信号が，上記構造の放射線反応における反射次数の所定の角度範囲φＣＯＬに対応するものであり，さまざまな反射次数の放射成分が検出器の放射線感受性表面上のさまざまな空間的に分離された領域と干渉する，請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
上記測定信号の収集において用いられる最適化測定スキームを表すデータを提供し，上記最適化測定スキームが，上記測定信号に上記有効測定信号が含まれるものにし，上記有効測定信号が，上記構造の放射線反応における反射次数の角度範囲φＣＯＬに対応し，さまざまな反射次数の放射成分が検出器の放射線感受性表面上のさまざまな空間的に分離された領域と干渉する，請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
上記最適化測定スキームが，上記構造上のパターンの造形の配向に対して選択される照明放射線の角度範囲θＩＬＬおよび方位φＩＬＬを含み，照明放射線の上記選択された角度範囲θＩＬＬを用いることによって，上記照明放射線に対する上記構造の放射線反応における反射次数の上記角度範囲φＣＯＬが提供される，請求項５に記載の方法。
【請求項７】
上記最適化測定スキームを用いて上記パターン構造上で実行され，上記測定信号を表すデータを生成する一または複数の測定セッションを実行する，請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
上記有効測定信号にモデルベース適合処理を適用して，上記パターン構造の一または複数のパラメータを決定する，請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
データ入力および出力ユーティリティ，メモリユーティリティ，ならびにプロセッサユーティリティを含み，上記プロセッサユーティリティが，請求項１から７のいずれか一項に記載の方法を実行し，上記測定信号を処理し，上記有効測定信号を決定してこれを表すデータを上記パターン構造の一または複数のパラメータのさらなる解釈および決定のために生成するように構成されかつ作動する，制御装置。
【請求項１０】
測定される上記構造上のパターンを表す入力データを解析し，かつ上記パターンに対する照明放射線の選択角度範囲θＩＬＬおよび方位φＩＬＬを表す測定スキームデータを生成して，上記構造の放射線反応における反射次数の角度範囲φＣＯＬを提供するように構成されかつ作動する，測定スキーム制御器をさらに備え，さまざまな反射次数の放射成分が検出器の放射線感受性表面上のさまざまな空間的に分離された領域と干渉することによって，上記検出された測定信号からの実質的に背景雑音のない上記有効測定信号の減算が可能になる，請求項９に記載の制御装置。
【請求項１１】
パターン構造のＸ線測定に用いられる測定システムであって，測定される構造と干渉するように照明放射線を測定平面上に案内する照明チャネルを規定するように構成されかつ作動する照明装置，上記照明チャネル内に配置される角度範囲制御器，収集チャネルに沿って伝播する上記構造からの放射線反応を検出する検出装置，ならびに上記照明装置および上記検出装置とデータ通信するように構成された制御装置を備え，上記制御装置が，測定される上記構造上のパターンを表すデータを解析しかつ上記パターンに対する照明放射線の選択角度範囲θＩＬＬおよび方位φＩＬＬを表す測定スキームデータを生成して，上記構造の放射線反応における反射次数の角度範囲φＣＯＬを提供するように構成されて作動する測定スキーム制御器を含み，さまざまな反射次数の放射成分が検出器の放射線感受性表面上のさまざまな空間的に分離された領域と干渉することによって，実質的に背景雑音のない有効測定信号の減算が可能になる，測定システム。
【請求項１２】
上記角度範囲制御器は，選択された測定スキームにしたがう孔寸法を選択可能にするために，寸法を制御可能に可変させる孔アセンブリを備えている，請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
上記制御装置は，データ入力および出力ユーティリティ，メモリユーティリティ，およびプロセッサユーティリティを備え，上記プロセッサユーティリティが，請求項１から７のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されている，請求項１１または１２に記載のシステム。
【請求項１４】
上記角度範囲制御器は，選択された測定スキームにしたがう孔形状を選択可能にするために，形状を制御可能に可変させる孔アセンブリを備えている，請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
上記角度範囲制御器は，選択された測定スキームにしたがう孔形状を選択可能にするために，形状を制御可能に可変させる孔アセンブリをさらに備えている，請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，半導体ウエハ等のパターン構造の測定の分野のもので，Ｘ線測定技術を利用する測定システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体構造の製造は，高精密かつ高精度のメトロロジー技術および装置（metrology techniques and instruments）を必要とする。半導体技術が進歩し，装置寸法の小型化によって複雑化するタスクが増えていることから，この要件はますます重要になっている。この装置の継続開発のためには，測定性能における同様の向上を可能にする相補的メトロロジーツール（complementing metrology tools）が不可欠である。最も不可欠なのは，測定される構造の寸法特性評価（dimensional characterization）を可能にするメトロロジーソリューションである。限界寸法走査電子顕微鏡法（Critical-Dimensions Scanning Electron Microscopy）（ＣＤ−ＳＥＭ）および光学的限界寸法（Optical Critical Dimensions）（ＯＣＤ）等の技術が，製造プロセスのさまざまな段階のみならず，研究開発においても，製造工場において頻繁に利用されている。
【０００３】
装置寸法が小型化し，かつプロセス詳細に対する感度（sensitivity）がますます重要になるにつれて，試料のさらに多様かつ独立した物理的特性にアクセスする性能が最も重要になる。この課題は，付加的な物理的原理に基づく分裂的メトロロジー技術の導入（introduction of disruptive metrology techniques）を必要とする。そのような技術の一つがＸ線散乱計測（X-ray scatterometry）（ＸＲＳ）であり，単色Ｘ線からの散乱信号（scattered signal from monochromatic X-ray）が寸法特性評価のために解析される。このアプローチの例には，透過型（Transmission）ＳＡＸＳ（Ｔ−ＳＡＸＳ）としても知られる限界寸法小角Ｘ線散乱計測（Critical Dimension Small-Angle X-ray Scatterometry）（ＣＤ−ＳＡＸＳ），斜入射小角Ｘ線散乱計測（Grazing-incidence Small-Angle X-ray Scattrometry）（ＧＩ−ＳＡＸＳ），ならびにＸ線回折（X-ray Diffraction）（ＸＲＤ）または高分解能Ｘ線回折（High-Resolution X-ray Diffraction）（ＨＲ−ＸＲＤ）および逆空間マッピング（Reciprocal Space Mapping）（ＲＳＭ）技術がある。
【０００４】
たとえば，すべて本願の譲受人に譲渡されているＵＳ２０１７／００１８０６９，ＵＳ２０１６／０１３９０６５およびＵＳ２０１６／０３６３８７２は，Ｘ線技術に基づくさまざまな測定技術を記載する。ＵＳ２０１７／００１８０６９は，構造にとって重要なパラメータの測定に用いられるハイブリッド・メトロロジー技術を記載する。この技術によれば，同一構造について測定される種類の異なる第１および第２の測定データが提供され，これらの測定データのうちの一つがＸ線測定データを含み得るものであり，これらの第１および第２の測定データが処理されて，第１および／または第２の測定データを解釈するための最適化モデルデータに対する第１および第２パラメータが決定される。ＵＳ２０１６／０１３９０６５は，ＸＲＤまたはＨＲ−ＸＲＤ測定を利用して試料のパラメータを測定するための測定技術を記載する。この技術は，試料の構造の幾何学パラメータについての情報，たとえばパターン特徴によってＸＲＤ測定を最適化すること，およびこれとは逆に，別の幾何学関連測定を最適化／解釈するためのＸＲＤ測定データを利用し，これによって試料形状および材料特性／組成の両方を決定できるようにすることを提供する。上記幾何学関連データは，光学測定，たとえば光学限界寸法（Optical Critical  Dimensions）（ＯＣＤ）測定，ＣＤ−ＡＦＭ，ＣＤ−ＳＥＭ，ならびにその他のＸ線技術といった様々な測定技術によって提供される。ＵＳ２０１６／０３６３８７２は，試験下ツール（tool under test）（ＴｕＴ）と基準測定システム（reference measurement system）（ＲＭＳ）による様々な組み合わせ測定を利用する，メトロロジー測定の計画に用いられる方法およびシステムを記載するもので，Ｘ線ベースツール，たとえばＸＲＤ，Ｘ線光電子分光（X-ray photoelectron spectroscopy）（ＸＰＳ），Ｘ線ラマン散乱（X-ray Raman scattering）（ＸＲＳ）が基準／ＣＤ測定として用いられる。
【０００５】
ＵＳ９，５８８，０６６は，マルチアングル（多角）Ｘ線反射分光計測（multi-angle X-ray reflectance scatterometry）（ＸＲＳ）を用いて周期構造を測定する方法およびシステムを記載する。この技術は，周期構造を有する試料上に入射Ｘ線ビームを衝突させて散乱Ｘ線ビームを生成することを含み，上記入射Ｘ線ビームが複数の入射角および複数の方位角を同時に提供する。
【発明の概要】
【０００６】
概要
当該技術分野において，パターン構造の測定に関し，Ｘ線散乱計測を利用して，粗さ（roughness）や測定信号の背景雑音（background noise）といった影響を効率的に除去し，それによって測定技術の信号対雑音を大幅に改善する新規の測定技術が必要である。
【０００７】
粗さおよび背景雑音に関連する影響は以下のような関連性がある。既知のＸ線技術は，標準的な光学技術よりも著しく短い波長（１Å未満〜数ナノメートル）を用いるものである。パターン構造（たとえば半導体ウエハ）における造形寸法は，それ自体がこの範囲内にあることを特性とし，測定信号が測定される構造形状に非常に影響される可能性がある。Ｘ線測定からの構造に関する情報を解釈するために，測定信号を寸法特性と関連付ける何らかの手段が必要である。一例としてはＯＣＤに用いられるのと同様のアプローチであって，モデルベースの測定であり，モデルは，何らかの推定構造からの予想（理論的）データを計算するために使用されて，測定データと比較される。推定構造の寸法は，計算された／理論的な信号と測定信号の間で最適一致（最適合致）に達するまでモデルパラメータとして修正される。その他の既知のアプローチは，Ｘ線散乱計測信号を何らかの特定の測定された形状と関連付ける能力にも基づくものである。
【０００８】
しかしながら，Ｘ線散乱計測は，そのような解釈プロセスにおいて，相当なさらなる困難に悩まされる可能性がある。これは，測定信号が何らかの要因の影響を強く受けるためであり，この要因は，測定される公称構造に直接には関連していなかったり，解釈プロセスを混乱させる働きをしたりする。これらの要因には粗さや背景雑音の影響が含まれる。
【０００９】
より詳細には，粗さの影響は，その意図した形状による構造のわずかな不均一偏差（small ununiformed deviation）と関連するものであり，あらゆる製造プロセスにおける固有の要素である。この点について，一般的な非平滑形状，すなわちナノメートルスケールの粗さ構造を有する単純エッチングされたグレーティング線（パターン特徴）を示す図１を参照する。波長が一般的に数百ナノメートルである光学散乱計測方法では，公称構造からのパターン特徴のこれらのわずかな偏差は典型的には平均され，測定への影響は軽いものになる。しかしながら，Ｘ線法では，波長が粗さと同様の長さスケールを有するために，測定への影響が大いに増幅されることになる。その結果，粗さの影響を無視することは，測定データ解釈プロセスにおいて重大なエラーにつながる可能性がある。
【００１０】
背景雑音に関しては，収集信号が弱いというＸ線測定技術の共通する特性に関連し，これが原因となる雑音源に対する感度を増大させる。典型的な信号の弱さの原因は，典型的な光学メトロロジーに利用可能なものよりも小さい光子束を提供する照明光源特性と，試料が持つ断面積の小ささとの組み合わせである。その結果，背景雑音要因が解釈精度を低下させ，測定における無視できないエラーにつながる可能性がある。
【００１１】
そのような粗さおよび背景雑音の寄与／影響は，測定されるＸ線信号に付加される滑らかに変化する強度分布によって特徴付けられ，これは一般に反射強度の激しい変化を含む主要回折信号とは対照的である。この発明は，特別な測定モードおよびデータ解釈アプローチに基づくＸ線散乱計測の新規なアプローチを提供するもので，粗さおよび背景雑音の影響を効率的に除去することができるようにするものである。
【００１２】
簡単にするために，以下の説明において，これらの要因の両方（粗さおよび背景雑音の影響）を，「背景寄与」（background contributions）と呼ぶことにする。また，以下の説明において，周期構造からの正反射（鏡面反射）（specular reflection）および回折次数（diffracted orders）のような影響／特徴を，「通常反射」（ordinary reflection）と呼ぶことにする。
【００１３】
この発明は，実質的に背景寄与のない有効測定信号を得ることができる，簡単かつ効果的な技術を提供する。いくつかの実施形態では，これは，所定角度分布（a certain angular distribution）（画像範囲）（image span）を有する，パターン構造から収集される測定データを処理することによって実施される。上記処理は，回折次数に対応する測定データの部分（パターン構造からの反射／反応）を特定し，その部分を測定信号から除去することを含む。上述のように，回折次数に関する信号は，比較的滑らかな強度変化と比較したときに，激しい強度変化を含むものとして特定することができる。そして，上記測定信号／データの残りの部分（すなわち，背景信号のみ）がさらなる処理を受け，画像範囲の全体にわたる背景を表す画像データが決定される。その後，そのように決定された背景信号がオリジナルの測定信号から減算されて，反射／回折次数の純粋な画像（a clean image of the reflection/diffraction）が得られる。その後このデータを使用／解釈し，パターン構造のさまざまなパラメータ／情報を決定することができる。
【００１４】
上記技術は，最適な測定スキームの選択によって，すなわち測定される構造上のパターンに対する入射放射線（入射光）（incident radiation）の角度範囲およびその方位（azimuth orientation）の選択（所定の照明波長についてのもの）によって，さらに最適化することができる。選択される測定スキームは反射次数の所要の角度範囲（画像範囲）が得られるものであり，すなわちさまざまな反射次数の放射成分が，実質的に重なり合わない，すなわちギャップによって互いに空間的に分離された，検出器の放射線感受性表面（radiation sensitive surface）（ピクセルマトリックス）上のさまざまな領域と干渉（相互作用）するものである。
【００１５】
すなわち，この発明は，一実施態様において，パターン構造のＸ線測定に用いられる方法を提供するもので，この方法は，入射Ｘ線放射線に対するパターン構造の検出された放射線反応（応答）に対応する測定信号を表すデータを処理し，上記データから実質的に背景雑音のない有効測定信号を減算し，ここで上記有効測定信号が反射回折次数の放射成分から形成されており，上記有効測定信号のモデルベース解釈（model based interpretation）によってパターン構造の一または複数のパラメータを決定することができるものであり，上記処理が，測定信号を解析してそこから背景雑音に対応する背景信号を抽出し，上記測定信号にフィルタリング処理を適用してそこから背景信号に対応する信号を減算し，これによって有効測定信号を得るものである。
【００１６】
測定信号の解析および背景信号の抽出は，測定信号を処理して反射回折次数の放射成分に対応する信号をフィルタリングして背景雑音を表す背景特徴（background signature）を抽出し，上記背景特徴に適合処理（fitting procedure）を適用して上記背景信号を得ることを含めることができる。
【００１７】
上記方法は，上記測定信号から減算される背景信号に対応する信号として用いられることになる，背景信号の修正画像表現（corrected image representation）を取得する（得る）ための背景信号の画像処理をさらに含んでもよい。
【００１８】
好ましくは，処理される測定信号に含まれる有効測定信号は，上記構造の放射線反応における反射次数の所定の角度範囲に対応し，さまざまな反射次数の放射成分（radiation components of different reflection orders）が検出器の放射線感受性表面上のさまざまな空間的に分離された領域（different spatially separated regions）と干渉する。
【００１９】
この方法は，上記測定信号の収集において用いられる最適化測定スキームを表すデータを提供するステージを含むことができ，上記最適化測定スキームが，上記測定信号に上述したように角度範囲に対応する有効測定信号が含まれるものにする。より詳細には，最適化測定スキームは，構造上のパターンの造形の配向（an orientation of features of the pattern on the structure）に対して選択される照明放射線の角度範囲および方位を含み，照明放射線の上記選択された角度範囲を用いることによって，上記照明放射線に対する上記構造の放射線反応における反射次数の所要角度範囲が提供される。
【００２０】
この方法は，最適化測定スキームを用いてパターン構造上で実行され，上記測定信号を表すデータを生成する一または複数の測定セッションを含んでもよい。
【００２１】
この方法は，上記のように抽出される有効測定信号のモデルベース処理（適合処理，適合手順）（fitting procedure）を含んでもよく，パターン構造の一または複数のパラメータが決定される。
【００２２】
他の観点において，この発明は，データ入力および出力ユーティリティ，メモリユーティリティ，および上記の方法を実行するように構成されかつ作動するプロセッサユーティリティを備え，プロセッサユーティリティが，パターン構造の一または複数のパラメータのさらなる解釈および決定のために測定信号を処理し，有効測定信号を決定し，これを示すデータを生成する，そのような制御装置を提供する。
【００２３】
上記制御装置は，測定される構造上のパターンを表す入力データを解析し，かつパターンに対する照明放射線の選択角度範囲および方位を表す最適化測定スキームデータを生成して，上記構造の放射線反応における反射次数の角度範囲を提供するように構成されかつ作動する，測定スキーム制御器（コントローラ）をさらに含んでもよく，さまざまな反射次数の放射成分が検出器の放射線感受性表面上のさまざまな空間的に分離された領域と干渉することによって，上記検出される測定信号からの実質的に背景雑音のない有効測定信号の減算が可能になる。
【００２４】
さらなる態様において，この発明は，パターン構造のＸ線測定に用いられる測定システムを提供する。このシステムは，測定される構造と干渉するように照明放射線を測定平面上に案内する照明チャネルを規定するように構成されかつ作動する照明装置（ユニット），上記照明チャネル内に配置される角度範囲制御器（コントローラ），収集チャネルに沿って伝播する上記構造からの放射線反応を検出する検出装置（ユニット），上記照明装置および検出装置とデータ通信するように構成された制御装置（ユニット）であって，上記制御装置は，測定される構造上のパターンを表すデータを解析しかつパターンに対する照明放射線の選択角度範囲および方位を表す測定スキームデータを生成して，構造の放射線反応における反射次数の角度範囲を提供するように構成されて作動する，測定スキーム制御器（コントローラ）を含み，さまざまな反射次数の放射成分が検出器の放射線感受性表面上のさまざまな空間的に分離された領域と干渉することによって，実質的に背景雑音のない有効測定信号の減算が可能になる。
【００２５】
上記角度範囲制御器は，選択された測定スキームにしたがう孔寸法および／または形状を選択可能にするために，寸法および／または形状を制御可能に可変させる孔アセンブリを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ナノメートルスケールの一般的な表面粗さを示すパターン構造の表面の一部の画像である。
【図２】この発明によるＸ線測定スキームの原理を概略的に示す。
【図３】Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥは，この発明の技術によるデータ処理および解析の例を概略的に示す。
【図４】この発明の測定スキームによる放射伝播スキームを概略的に示す。
【図５Ａ】図４において例示する測定スキームを実施するためのこの発明の測定システムのブロック図である。
【図５Ｂ】この発明のデータ解析方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
この明細書において開示される主題をより良く理解し，実際にどのように実行するかを例示するために，以下，単なる非限定的例として，添付図面を参照して実施形態を説明する。
【００２８】
この発明は，半導体ウエハ等の周期パターン構造の測定に関するもので，上記パターンは，一般的に一方向または二方向に沿う単位セルの何らかの周期性を含む。各単位セルは，さまざまな光学特性の離間領域のパターン（a pattern of spaced-apart regions）（たとえば線（ライン）および空間）を含む。この発明の技術は，粗さおよび背景雑音の影響に関連するＸ線測定の上述した課題の解決を目的とする。図１はナノメートルスケールの表面粗さを有する構造の表面を例示している。
【００２９】
図２を参照して，図２は，この発明のＸ線（ＧＩ−ＳＡＸＳ，ならびにＸＲＳおよびＴ−ＳＡＸＳ等）測定スキーム10の原理を概略的に示している。図示するように，試料12に入射放射線の立体角14内の照明角度の範囲を包含するＸ線放射線が照射され，試料12とのＸ線干渉によって，ゼロ次回折および高次回折を含む反射／回折次数の形態において，上記試料の放射線反応（応答）（radiation response）16が生じる。上記放射線反応16は放射線感受性表面（radiation sensitive surface）を有する２Ｄセンサマトリックス18によって検出され，さまざまな回折次数がセンサマトリックス18のさまざまな領域（センサ素子／ピクセル，またはセンサ素子／ピクセル群）によって検出される。これらの回折次数の解析によって測定される構造12の特性評価が可能になる。
【００３０】
このように，一般にＸ線散乱計測は，３つの主要機能部，すなわち照明部，測定されるパターン構造部，および放射線反応の検出部を含む。照明モード／構成は，単色Ｘ線放射線（monochromatic X-ray radiation）14を試料／構造12に向けて案内するためのものである。このビーム14は（Ｔ−ＳＡＸＳにおいて用いられるように）コリメート（平行）させることができるが，最も一般的には，図２に示すように角度範囲を持つ。上記照明ビーム14は構造上に焦点が合わせられ（コリメートビームであれば焦点合わせは必要とされない），上記構造から反射される。メトロロジーの目的のために，上記測定される構造12はパターン表面12Ａを有し，上記パターンは，典型的には周期的造形集合（periodic set of features），すなわち検討下のエレメント（すなわちトランジスタ，メモリセル等の配列）を含む。この構造からの反射に応じて，Ｘ線は正反射方向（specular direction）（ゼロ次反射／回折）と，上記構造からの高反射／回折次数に対応する方向（複数）（directions corresponding to high reflection/diffraction orders）との両方に散乱される。反射放射線16は上記検出器の２Ｄマトリックス18によって検出／測定され，上記照明14の入射角および方位ごとに反射の画像20が作成される。
【００３１】
さまざまなＳＡＸＳの実施において，さまざまなデータ収集のシーケンス（sequence of data acquisition）が必要される（たとえば，Ｔ−ＳＡＸＳでは試料を回転させて一連の画像を順次取得することが必要とされ，そこから反射信号の完全２次元依存性が推測される）。簡単にするために，以下の説明では，測定シーケンスの代表としてＧＩ−ＳＡＸＳを代表とする。ＧＩ−ＳＡＸＳでは複数の入射角がそれぞれの測定画像において探索される（probed）。もっとも，この発明は，なんらかの特定タイプのＸ線測定技術に限定はされず，この点に関して，この発明は広く解釈されるべきであることを理解されたい。
【００３２】
この発明は，角度範囲によって照明される上記構造からの反射回折次数を互いに分離し，非公称信号だけが到達する領域を画像中に残す（leaving regions in the image where only non-nominal signals arrive）ことができるという事実に基づく。この発明は，角度範囲によって照明されている構造からの反射回折次数を互いに分離することができるという事実に基づく。これは，隣り合う回折次数の角度範囲がそれらの分離（距離間隔）よりも小さい（the angular span of adjacent diffraction orders is smaller than their separation）ことを意味する。このように，隣り合う回折次数の間には，名目上放射が起こり得ず，かつ非公称信号（non-nominal signal）のみが測定される領域が存在する。このような「非公称」信号源の例には，迷光（stray light），粗さ関連反射（roughness-related reflections），欠陥／パターンの不規則性による反射（reflections from defects/pattern irregularities）等がある。すなわち，この領域において得られる信号はもっぱら「背景」寄与に関連しており，多くの場合除去することが大変望ましい。この分離（距離間隔）は照明角度範囲の適切な選択によって制御することができ，照明角度範囲は，測定される構造およびその方位配向にしたがって選択される。このことは以下でさらに詳細に説明する。回折次数が分離されると，直接反射からの寄与分，すなわち周期パターンからの回折次数に関連する反射からの寄与分と，背景寄与分を隔離（分離）することができる。
【００３３】
上記のように，背景反射成分（背景雑音）は，測定されるＸ線信号に付加される，滑らかに変化する強度分布（smooth-varying intensity distributions）によって特徴付けられ，一般に反射強度において激しい変化を含む主要回折信号とは対照的である。これによって，通常反射が存在する領域においてこれらの成分から上記寄与分を推測するアルゴリズムアプローチを利用することができる。この寄与分が得られると，それを通常反射領域から減算することができ，測定信号の明快な解析および解釈が可能になる。
【００３４】
図３Ａ〜図３Ｅを参照して，これらはこの発明の解析方法論を概略的に例示するものである。図３Ａは，検出／測定信号ＭＳ（原信号／画像）を，照明角度シータおよび照明方位の関数として示している。測定信号ＭＳは，反射次数（reflected orders）ＲＯおよびパターン領域ＰＲからの反射に関連する背景特徴（background signature）ＢＳによって形成される。背景特徴ＢＳ（背景雑音）を作るパターン造形ＰＲの領域は隔離されるべきである。後述するように，回折次数ＲＯが上記検出器の放射線感受性表面（２次元マトリックス）上で空間的に分離されるように測定は設定される。図３Ｂに示すように，回折次数ＲＯが除去されると，背景のみの信号ＢＳを特定することができる。背景信号を強調（拡張）するために専用アルゴリズムを使用することができる。この例ではローレンツ適合（Lorentzian fit）が用いられる（図３Ｃ）。次に背景信号ＢＳは内挿（interpolation）／外挿（extrapolation）を受け，その結果，図３Ｄに示すように，全体画像範囲にわたって背景を表す画像になる。そして，背景信号ＢＳが測定信号ＭＳから減算され，反射次数ＲＯのクリーンな画像を提供することができる。
【００３５】
好ましくは，このアプローチは照明角度範囲14の正しい選択を利用するものである。この選択は，上記検出器の２次元センシングマトリックス上で空間的に分離されるさまざまな回折次数を有するという要件に基づく。この実施例では，図２に概略的に示した測定設定が基準として考慮されて，本ケースに適する所要の照明角度範囲が解析される。他の形状に対する同様の解析は明快であることを理解されたい。
【００３６】
以下，回折次数間の角度分離の導出（derivation for the angular separation between diffraction orders）を説明する。これにより，回折反射次数間に重なりが存在しない許容照明角度範囲を設定することができる。
【００３７】
この点について図４を参照する。図４は試料上のパターン配向に対する放射伝播スキーム（radiation propagation scheme）を概略的に示すものである。この例において示すように，パターンＰは，Ｘ軸（グレーティング軸を規定する）に沿って延在し，かつＹ軸に沿って離間関係で配置された平行造形（parallel features）（線）Ｌによって形成されるグレーティングとして構成されている。照明放射線14（角度範囲）は，（試料の法線に対する）角度θＩＬＬおよび方位角φＩＬＬによって試料12のパターン表面上に入射する。この例では，方位はグレーティング軸に対して規定されているが，これは必須の制約ではない。
【００３８】
波長λおよび波数ｋ０＝２π／λの放射を考えると，横波数（transverse wavenumber）ｋＩＬＬ（すなわち試料平面上の波数）は，以下で求められる。
【００３９】
【数１】
2019060849.tif 000002
【００４０】
照明放射線14とグレーティングＰとの干渉は，グレーティングからの回折次数に対応する，一連の離散方向に反射される放射線によって形成される放射反応（radiation response）をもたらす。一般的に，詳細に図示はされていないが，グレーティングＰは，ｘ方向のピッチＰｘおよびｙ方向のピッチＰｙをもつ，二方向における造形Ｌの周期性（周期性が一方向のみに存在する場合は，どちらかがゼロであってよい）を持つ。回折次数は（ｎｘ，ｎｙ）で示され，ここでｎｘ次数はｘ方向の周期性から生じるもの，ｎｙ次数はｙ方向の周期性から生じるものである。
【００４１】
（ｎｘ，ｎｙ）回折次数は，以下で求められる横波数を有するものになる。
【００４２】
【数２】
2019060849.tif 000003
【００４３】
この次数の反射方向は以下で求められる。
【００４４】
【数３】
2019060849.tif 000004
【００４５】
これらの関係によって，あらゆる照明角度範囲がすべての反射次数の角度範囲と関連付けられることが明白である。特に，反射次数間に重なりが予想されるかどうかを確認することが可能である。
【００４６】
再び図１および図４を参照して，この発明は，所定の波長λの照明について，測定される構造上のパターンＰに対する入射放射線14の角度範囲θＩＬＬおよびその方位φＩＬＬを制御／選択して，反射次数16の所要の角度範囲φＣＯＬ（a required angular spanφＣＯＬ  of the reflection orders）を提供することができるようにする。反射次数16の所要の角度範囲φＣＯＬは，さまざまな反射次数の放射成分が，隙間Ｇによって互いに空間的に分離された上記検出器の放射線感受性表面18上のさまざまな領域Ｒと干渉する，そのようなものである。Ｇの値についても，収集チャネルの長さ（the length of the collection channel）によって制御することができることを理解されたい。
【００４７】
この角度範囲の照明範囲の制限／選択を実施するために，いくつかのアプローチが可能である。いくつかの例として，光路上に配置された寸法制御可能な単一孔（a single aperture with controllable dimensions）の使用，または光路上に配置された交換可能な複数孔（an interchangeable set of apertures）の使用がある。これらは測定される試料のピッチにしたがって交換または修正することができる。さらに，孔の形状をさまざまにすることができるようにすることによって，柔軟性を得ることができる。測定される構造上のパターンが二方向に周期的である場合，このアプローチは，両方の方向において高回折次数の分離を保証することができることを理解されたい。
【００４８】
より一般的には，このような分離を，反射次数の一のサブグループのみについて（only on one subgroup of the reflection orders）実施することができる。たとえば，一方向のグレーティングピッチに関する回折次数を分離可能としつつ，別の方向におけるピッチに関する次数はオーバーラップしたまま残すことができる。このアプローチでは，一部の背景信号が除去されないことがあり，これによってもたらされる結果は低下するが，実際に実施するのが容易で，使用目的によっては適切／十分になり得る。
【００４９】
次に，図５Ａおよび図５Ｂを参照して，図５Ａおよび図５Ｂは，この発明の測定システム100のブロック図（図５Ａ）およびこの発明の方法のフロー図200（図５Ｂ）を概略的に示している。上記システム100φＣＯＬは，照明放射線14を測定平面（試料平面）上に案内する（方向づける）照明チャネルを規定する照明装置102と，収集チャネルに沿って伝播する試料12からの放射線反応を検出する検出装置104と，上記照明装置および上記検出装置と（任意の既知の適切な通信技術およびプロトコルを用いた有線または無線信号伝送を通じて）データ／信号通信するように構成される制御装置106とを含む。さらに，システム100には，上記照明チャネル中に位置する角度範囲制御器110が設けられる。
【００５０】
制御装置106は，特に，入力および出力ユーティリティ106Ａおよび106Ｂ，メモリユーティリティ106Ｃ，およびデータプロセッサ106Ｄといった機能および構造ユーティリティを含むコンピュータシステムとして構成される。制御装置106は，照明チャネルに関して，構造物／試料12上のパターンＰ（たとえば，１つの軸または２つの軸に沿うパターンピッチ）およびその方位を表すデータを受信して解析するように構成され，かつ角度範囲制御器110を作動させるための照明角度範囲の最適選択を表すデータを生成するように構成された測定スキーム制御器（いわゆる方位制御器）106Ｅをさらに含む。測定下の構造物は回転駆動されるステージ／サポート108上に配置することができ，必要に応じて，上記照明チャネルに対するパターン配向を調整してもよいことに留意されたい。上記角度範囲制御器は上述のように構成してもよい，すなわち制御可能に変化する寸法および／または形状を有する単一孔，あるいはさまざまな寸法／形状の交換可能な複数の孔を含んでもよい。これによって選択される測定スキームにしたがう孔形状の選択が可能になる。
【００５１】
このように，方位制御器106Ｅは，角度範囲制御器110，場合によってはさらに（そのドライブを介して）ステージ108を作動させて，高い反射次数に対応する異なる領域であってそれらの間に隙間がある測定画像が形成されるように，すなわちさまざまな次数間に重なりが存在しないように，照明角度範囲14を選択する。このような画像が上記の図３Ａに例示されている。
【００５２】
この状況が保証されると，すなわち所望の配向が得られる（図５Ｂのステップ202）と，以下の測定スキームが実行されて背景信号／寄与の影響が除去される。検出装置104のピクセルマトリックスによって測定信号ＭＳが検出され，検出装置104はそれを表す測定データを生成し（ステップ204），このデータを制御装置106に伝達し，そこでこのデータがデータプロセッサ106Ｄによって処理される（ステップ206）。データプロセッサ106Ｄは，反射回折次数の放射成分に対応する信号（「アクティブ信号」を表す）をフィルタリングし，背景特徴（「雑音」を表す）のみを残す（ステップ208）ように構成される（あらかじめプログラムされる）解析器モジュール112を含む。これは上記の図３Ｂにおいて示されている。次に，背景特徴信号が適合モジュール114によって内挿（および外挿）され（ステップ210），全体測定画像またはその選択部分に対する背景寄与が推測される。この目的のために，適合モジュール114は，背景信号について何らかの基礎的機能形状／形態（some underlying functional shape/form）を利用する（たとえば，図３Ｃに示すアプローチであり，これにしたがって各入射角が，ローレンツ型線形もしくはその他の機能的形態または二次元機能的形態によって，および何らかの理論モデルに基づく適合アプローチを用いて，別々に適合される）。これによって背景信号のみになる（ステップ212）。このようにして得られる背景信号のみを表す画像を，選択的に，任意の適切な画像プロセッサ116によってさらに処理して，この画像を平滑化および修正してもよい（任意のステップ214）。次に初期画像（測定データ）がフィルタモジュール118によって処理されて，初期画像から背景信号／画像（画像プロセッサによって処理されているかまたは処理されていないもの）が減算され（ステップ216），最終的な背景除去済信号が得られる（ステップ218）。最終信号はアクティブ／有効測定データ（active/effective measured data）を表し，任意の既知の適切な技術，たとえばモデルベースのデータ解釈を用いて解析および解釈するために使用することができる。
【００５３】
このように，この発明は，パターン構造のＸ線散乱測定に用いられる簡単かつ効果的な技術を提供する。この発明によると，測定スキームは，背景雑音のない有効測定信号の減算をすることができ，次に任意の既知の適切な解釈アプローチを用いてこの測定信号を解釈して構造パラメータを決定することができるように最適化される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【外国語明細書】
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