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CN112654861B - 小角度x射线散射测量 - Google Patents

小角度x射线散射测量 Download PDF

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CN112654861B
CN112654861B CN201980056235.3A CN201980056235A CN112654861B CN 112654861 B CN112654861 B CN 112654861B CN 201980056235 A CN201980056235 A CN 201980056235A CN 112654861 B CN112654861 B CN 112654861B
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Abstract

一种x射线装置，该x射线装置可以包括被配置为保持样品的底座；x射线源，该x射线源被配置为将x射线束引向样品的第一侧；检测器，该检测器位于样品的第二侧的下游，该检测器被配置为在样品测量时段期间检测已经透射通过样品的x射线的至少一部分；以及x射线强度检测器，该x射线强度检测器在射束强度监控时段期间定位在位于x射线源与样品的第一侧之间的测量位置处，以便检测x射线束到达样品之前的x射线束的至少一部分。

Description

小角度X射线散射测量
相关申请的交叉引用
本申请要求以下美国临时专利的权益：
(a)2018年7月5日提交的美国临时专利序列号62/694,097；
(b)2018年7月28日提交的美国临时专利序列号62/711,477；
(c)2018年7月28日提交的美国临时专利序列号62/711,478；
(d)2018年7月28日提交的美国临时专利序列号62/711,476；以及
(e)2018年11月8日提交的美国临时专利序列号62/757,297。
发明领域
本发明总体上涉及x射线分析，尤其涉及使用x射线散射法测量半导体器件的几何结构的方法和系统。
发明背景
x射线散射测量技术用于测量半导体器件的几何结构。
例如，美国专利7,481,579描述了一种检查方法，该方法包括引导x射线束撞击在包含分别在第一和第二薄膜层中形成的第一和第二特征的样品区域上，该第一和第二薄膜层覆盖在样品的表面上。从第一和第二特征衍射的x射线的图案被检测和分析，以评估第一和第二特征的对齐。
美国专利9,606,073描述了一种装置，该装置包括将样品保持在具有轴线的平面中的样品支撑件，该平面限定了由该平面隔开的第一区域和第二区域。第一区域中的源底座(mount)绕轴线旋转，并且源底座上的x射线源引导x射线的第一和第二入射束沿正交于轴线的射束轴线以第一和第二角度撞击在样品上。第二区域中的检测器底座在与轴线正交的平面中移动，并且检测器底座上的x射线检测器响应于第一和第二入射束接收透射过样品的x射线的第一和第二衍射束，并且分别响应于接收到的第一和第二衍射束输出第一和第二信号。处理器分析第一和第二信号，以便确定样品表面的轮廓。
美国专利9,269,468描述了一种x射线光学器件，其包括晶体，该晶体包含通道，该通道穿过该晶体并具有多个内表面。底座被配置为将晶体保持在相对于x射线束源的固定位置，并在两个预定义的布置之间自动移动晶体：第一布置，在该布置中，x射线束穿过通道同时从一个或更多个内表面衍射；以及第二布置，在该布置中，x射线束穿过通道而不会被晶体衍射。
美国专利8,243,878描述了一种分析方法，该方法包括将x射线的会聚束引向其上形成有外延层的样品的表面，并感测从样品衍射的x射线，同时将所感测的x射线分解为角度的函数，以便生成包括由于外延层引起的衍射峰和条纹的衍射光谱。
高纵横比洞的取向
在诸如但不限于半导体晶片的半导体对象中形成高纵横比(HAR)洞。纵横比(AR)被定义为洞的横向(晶片的平面外)尺寸与洞的侧向(平面内)尺寸之比。高纵横比可超过10：1。侧向尺寸可以为亚微米级的。HAR洞可能未填充或填充了可能与周围材料的成分不同的材料。
HAR洞的堆叠(也称为序列)可以提供具有比堆叠的每个HAR洞的AR更高的纵横比的结构。当序列的HAR洞相同且完全对齐时，则序列的AR为HAR洞的AR的和。
由于制造工艺的缺陷，HAR洞可能以偏离期望取向的方式被取向。HAR洞可能会相互未对齐。
附加地或可替代地，至少一个HAR洞可以以与期望的偏离角度偏离的角度(相对于晶片的表面)被取向。例如，尽管HAR洞应垂直于晶片的表面，但HAR洞可倾斜于晶片的表面。
越来越需要确定属于序列阵列的HAR洞序列的HAR洞的取向，其中，每个序列包括HAR洞。
提取与高纵横比洞的阵列有关的信息。
小角度x射线散射(SAXS)可用于测量半导体样品上或半导体样品内的HAR洞的阵列的排列和形状。SAXS涉及用x射线束照射半导体样品、晶片或试样。x射线束穿过半导体样品，并被对象阵列散射，从而提供检测器感测到的散射图案(也称为SAXS图案或SAXS强度分布)。
除了HAR洞的阵列之外，对象的阵列可以包括一个或更多个附加的重复结构，该结构包括由于x射线束由HAR洞的阵列以及由一个或更多个附加的重复结构的散射而生成的散射图案。
越来越需要提供一种用于提取关于HAR洞的阵列的信息的系统、方法和计算机程序产品。
从不同角度评估对象
小角度x射线散射(SAXS)可用于测量半导体样品上或半导体样品内的HAR洞的阵列的排列和形状。SAXS涉及用x射线束照射半导体样品、晶片或试样。x射线束穿过半导体样品，并被对象阵列散射，从而提供检测器感测到的散射图案(也称为SAXS图案或SAXS强度分布)。
在某些情况下，应从不同角度测量半导体对象。
越来越需要提供一种用于从不同角度检查半导体对象以提供更准确和精确的形状信息的系统和方法。
发明概述
根据以下结合附图对本发明的实施例的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：
附图简述
图1-3是根据本发明的实施例的小角度x射线散射(SAXS)系统的示意图；
图4是根据本发明的实施例的射束调节组件的示意图；
图5和图6是根据本发明的实施例的狭缝组件的示意图；
图7A和图7B是根据本发明的实施例的射束阻挡组件的示意图；
图8A是根据本发明的另一实施例的指示在不具有射束阻挡器的情况下由检测器感测到的x射线束的强度的图像的示意图；
图8B是根据本发明的实施例的指示在存在射束阻挡器的情况下由检测器感测到的x射线束的强度的图像的示意图；
图9A是根据本发明的另一实施例的指示在不具有射束阻挡器的情况下由检测器感测到的散射x射线束的强度的图像的示意图；
图9B是根据本发明的实施例的指示在存在射束阻挡器的情况下由检测器感测到的散射x射线束的强度的图像的示意图；
图10是根据本发明的实施例的扫描方案的示意图，其中包括传感器阵列的x射线检测器以小于传感器的内距离(inter-distance)的步长移动，以改善角分辨率；
图11示出了检测器和狭缝组件的一部分；
图12示出了检测器和狭缝组件的一部分；
图13示出了检测器和狭缝组件的一部分；
图14示出了检测器和狭缝组件的一部分；
图15示出了检测器和狭缝组件的一部分；
图16示出了检测器和狭缝组件的一部分；
图17示出了系统和检测器；
图18示出了系统和检测器；
图19示出了系统的一部分；
图20示出了方法；
图21示出了样品、x射线束和现有技术的XRF检测器；
图22示出了XRF检测器；
图23示出了样品、x射线束和XRF检测器；
图24示出了样品和检测器；
图25示出了样品和检测器；
图26示出了系统和检测器；
图27示出了系统和检测器；
图28示出了系统和检测器；
图29示出了系统和检测器；
图30示出了系统和检测器；
图31示出了方法；
图32示出了HAR洞的对齐堆叠的阵列和HAR洞的未对齐堆叠的阵列；
图33示出了HAR洞的对齐堆叠和HAR洞的未对齐堆叠的示例；
图34示出了当照射HAR洞的堆叠的阵列时获得的1D小角度X射线散射(SAXS)图案的示例；
图35示出了HAR洞的对齐堆叠的阵列的SAXS图案的不同范围的旋转与强度和之间的关系的示例；
图36示出了HAR洞的未对齐堆叠的阵列的SAXS图案的不同范围的旋转与强度和之间的关系的示例；
图37示出了HAR洞的未对齐堆叠的阵列和HAR洞的对齐堆叠的阵列的SAXS图案的第一范围的旋转与强度和之间的关系的示例；
图38示出了方法的示例；
图39示出了方法的示例；
图40示出了半导体对象的示例；
图41示出了半导体对象的和X射线散射测量装置的某些部分的示例；
图42示出了半导体对象的和X射线散射测量装置的某些部分的示例；
图43示出了方法的示例；
图44示出了半导体对象的示例；
图45示出了半导体对象的和X射线散射测量装置的某些部分的示例；
图46示出了半导体对象的和X射线散射测量装置的某些部分的示例；
图47-52示出了x射线束横截面和SAXS图案的通过的示例；以及
图53示出了当照射两个水平的HAR洞的阵列时获得的2D小角度X射线散射(SAXS)图案的示例。
实施例的详细描述
概述
下文描述的本发明的实施例提供了用于分析在各种类型的半导体器件和测试结构中形成的几何特征的改进的方法和系统。用于分析特征的X射线散射测量技术(诸如小角度X射线散射(SAXS)方法)通常会施加波长约为1埃的X射线。这样的波长适合于测量高纵横比(HAR)特征，诸如半导体晶片中制造的HAR洞或沟槽。基于分析从晶片以各种角度散射的X射线的强度来进行对特征的几何和其他特性的测量。
在一些实施例中，SAXS系统包括电动台，其被配置为移动平面样品，诸如具有彼此面对的前表面和后表面的晶片，其中前表面包括各种类型的特征，诸如HAR特征。附加地或可替代地，晶片的后表面可以被图案化为具有类似和/或其他类型的特征。
在一些实施例中，SAXS系统包括X射线源，该X射线源被配置为将X射线束朝着晶片的后表面引导。该SAXS系统还包括面向晶片的前表面的至少一个检测器，该检测器被配置为感测已经从晶片散射和/或透射通过晶片的X射线的至少一部分。检测器被配置为产生指示从晶片的前表面中的HAR特征散射的X射线的强度并被检测器接收的电信号。
在一些实施例中，SAXS系统包括处理器，该处理器被配置为基于从检测器接收到的电信号来测量所讨论的HAR特征的特性。
在一些实施例中，SAXS系统包括射束调节组件，该射束调节组件位于X射线源与晶片的后表面之间，并被配置为调节X射线束的特性。射束调节组件包括晶体，该晶体包含具有入口孔、出口孔和相对的内表面的v形通道，该内表面被布置成使得该通道从入口孔到出口孔逐渐变细。射束调节组件还包括X射线镜，该X射线镜具有带有多层涂层的弯曲基片。该镜被配置为收集射束并且将收集的射束以第一射束直径引导到通道的入口孔中，使得从出口孔发射的射束具有小于第一射束直径的第二射束直径。
在一些实施例中，SAXS系统包括第一狭缝，该第一狭缝位于X射线源与晶片的后表面之间，以便拦截射束并调节被拦截的射束的空间特性。第一狭缝包括通常彼此不平行的第一和第二可移动叶片。第一和第二叶片的边缘彼此紧邻定位，以便限定狭缝。在一些实施例中，处理器被配置为移动第一和第二叶片的边缘，以便通过调节狭缝的宽度来控制射束的空间特性。
在替代实施例中，SAXS系统包括第二狭缝，第二狭缝位于X射线源与晶片的后表面之间。第二狭缝包括具有多个无散射针孔的可移动叶片，每个无散射针孔具有不同的宽度。处理器被配置为定位选定的无散射针孔以通过移动可移动叶片来拦截射束，以便控制射束的空间特性。
在一些实施例中，SAXS系统包括光学测量仪器，该光学测量仪器被配置为将射束引导向晶片的背面，以使用检测器感测从其反射的光辐射，并且响应于所感测的光辐射由检测器输出指示晶片位置的信号。基于该信号，处理器被配置为估计位置参数，诸如晶片与检测器之间的距离以及晶片相对于检测器的取向。SAXS系统还包括马达，该马达由处理器控制，以便响应于该信号在X射线束和晶片之间对齐取向。
在一些实施例中，晶片包括单晶材料，并且检测器被配置为测量从单晶的晶格平面衍射的一个或更多个射束。SAXS系统还包括控制器，该控制器被配置为响应于所测量的衍射来校准光学测量仪器相对于晶格平面的位置。基于衍射的X射线，该控制器还被配置为测量晶片相对于检测器的取向，并基于所测量的取向驱动至少一个马达以使该晶片与入射X射线束之间的取向对齐。在其他实施例中，处理器可以代替控制器执行上述至少一些操作。
在一些实施例中，SAXS系统包括安装在一个或更多个致动器上的检测器，该致动器被配置为相对于散射的X射线在晶片的前表面上的位置范围内移动该检测器，以便根据散射角度测量透射的X射线的强度。与检测器元件的固有分辨率相比，这种配置允许以增加的角分辨率来测量透射的X射线的强度。在一些实施例中，处理器被配置为响应于由检测器产生的电信号来控制致动器，使得检测器的采集时间反向取决于所感测的X射线的强度。
在一些实施例中，检测器包括传感器元件的二维阵列(也称为矩阵)，其沿着矩阵的高度和宽度轴线具有预定义间距。致动器被配置为以比沿高度和宽度轴线的预定义间距更精细的分辨率位置范围内步进检测器。
在一些实施例中，SAXS系统包括具有一个或更多个射束挡块的射束阻挡器。射束阻挡器包括底座，该底座由对X射线透明的材料制成。一个或更多个射束挡块被保持在底座内，并且由对于X射线束至少部分不透明的材料制成。可以定位射束阻挡器，以使一个或更多个射束挡块在角度范围的一部分内阻挡X射线，而处于被阻挡部分的射束周围的角度的X射线则穿过底座到达检测器。在实施例中，至少一个射束挡块具有椭圆形形状，具有光滑的边缘，以防止射束从射束挡块散射。
所公开的技术通过提高检测器感测从HAR特征散射的X射线束的角分辨率，来提高SAXS系统检测HAR特征中小的几何变化的灵敏度。此外，所公开的技术可以用于减少SAXS系统的占地面积，同时保持测量的高灵敏度和分辨率。
系统描述
图1是根据本发明的实施例的小角度X射线散射(SAXS)系统10的示意图。在一些实施例中，为简洁起见，SAXS系统10在本文中也称为“系统10”，其被配置为使用散射测量技术来测量样品(在本示例中为晶片190)上的特征，如下文所述。
在一些实施例中，晶片190可包括任何合适的微结构或材料，诸如单晶、多晶、非晶态微结构或其任何合适的组合，诸如晶片190的不同位置处的不同微结构或材料。
在一些实施例中，系统10包括由高压电源单元(PSU)26驱动的X射线激励源，在本文中称为源100。在一些实施例中，源100被配置为发射X射线束130，为简洁起见，其在本文中也称为“入射射束130”或“射束130”，其具有合适的能量以穿过晶片190。
在一些实施例中，源100被配置为生成具有等于或小于0.1nm的波长且具有约150μm或更小的有效光斑尺寸的强烈的X射线发射。
在一些实施例中，源100可以包括任何合适类型的高亮度X射线源，诸如但不限于(a)固定固体阳极，(b)旋转固体阳极，(c)液态金属或(d)同步加速器。
在一些实施例中，基于固定固体阳极的源包括微焦点X射线管，其中真空中的高能电子(>＝50keV)伴随有钼(Mo)或银(Ag)阳极或任何其他合适的金属元素或合金。这种微焦点X射线管由多个供应商提供，诸如但不限于Incoatec股份有限公司(德国汉堡)或rtw-TECHNIKDR.WARRIKHOFF股份有限公司(德国柏林)。
在一些实施例中，旋转固体阳极微焦点X射线源可以包括Mo或Ag阳极或任何其他合适的金属元素或合金。合适的旋转阳极X射线源由多个供应商提供，诸如Bruker AXS股份有限公司(德国卡尔斯鲁厄)。
在一些实施例中，液态金属X射线源包括处于熔融状态的阳极。阳极可包含任何合适的一种或更多种元素或合金，诸如镓(Ga)和铟(In)的合金。合适的液态金属X射线源可以选自例如eXcillum AB(瑞典希斯塔)提供的一种或更多种金属射流(MetalJet)产品。
在一些实施例中，基于同步加速器的源包括基于紧凑型电子加速器的X射线源，诸如由Lyncean Technologies(USA，CA 94539，菲蒙市)提供的那些以及由科学界开发的其他源。
在一些实施例中，晶片190可以包括具有表面191和192的半导体晶片。在一些实施例中，表面191包括使用诸如沉积、光刻和蚀刻的任何合适的半导体工艺在表面191上和/或晶片190的主体中或在其上沉积的材料中产生的高纵横比(HAR)特征。须注意，在这些实施例中，表面192通常保持平坦和光滑，并且不包括HAR结构或通过光刻和蚀刻产生的另一图案。应当理解，在表面191上产生特征的过程中，某些层可以例如使用化学气相沉积(CVD)工艺作为覆盖层沉积在表面192的某些位置上，并且可能在表面192上引起某种意外的形貌。
在其他实施例中，表面192的至少一部分可以被图案化为具有前述的HAR特征和/或具有任何其他合适类型的特征。在替代实施例中，仅表面192可以包括前述的HAR特征。
在本公开的上下文中以及在权利要求书中，术语“纵横比”是指在晶片190中形成的给定特征的深度与宽度(例如，在圆洞的情况下为直径)之间或者在高度与宽度之间的算术比。此外，术语“高纵横比(HAR)”通常是指高于10的纵横比。HAR结构(在本文中也称为HAR特征)可以包括例如形成在逻辑器件(例如，微处理器)或与非(NAND)闪存器件或动态随机存取存储器(DRAM)器件或任何其他器件上的各种类型的三维(3D)结构。
在一些实施例中，HAR特征可以包括一个或更多个鳍式场效应晶体管(FET)、环绕栅极(GAA)FET、互补金属氧化物半导体(CMOS)器件的纳米线FET、DRAM器件的存取晶体管、3D与非闪存器件的一个或更多个通道、DRAM器件的一个或更多个3D电容器或任何其他类型的HAR特征。
在一些实施例中，系统10包括计算机20，计算机20包括处理器22、接口24和显示器(未示出)。处理器22被配置为控制以下描述的系统10的各种部件和组件，并处理从可移动检测器组件(在本文中称为检测器240)接收到的电信号。接口24被配置为在系统10的处理器22与各个部件和组件之间交换电信号。
通常，处理器22包括具有合适的前端和接口电路的通用处理器，该通用处理器以软件编程以执行本文描述的功能。该软件可以例如通过网络以电子形式下载到处理器，或者可以替代地或附加地被提供和/或存储在非暂时性有形介质上，诸如磁性、光学或电子存储器上。
在一些实施例中，射束130从源100发射并且穿过系统10的挡板和狭缝组件，该组件在本文中称为“组件110”，由对X射线不透明的任何合适材料制成。在一些实施例中，处理器22被配置为使用一个或更多个受控致动器(诸如马达或基于压电的驱动器(未示出))来设置组件110的位置。
在一些实施例中，组件110被配置为通过阻挡从射束130的设计光路偏转的任何X射线辐射来提高系统10的用户安全性。在一些实施例中，处理器22被配置为调节狭缝的位置和大小，以便控制射束130的发散度和空间形状。
在一些实施例中，系统10包括由处理器22控制的附加狭缝，其用于调节射束130的发散度、强度和光斑尺寸，并用于阻挡不希望的散射辐射。
在一些实施例中，系统10包括射束调节组件，其在本文中被称为“组件165”，其结构在下面的图4中详细描述。在一些实施例中，组件165包括光学元件，诸如反射镜120和狭缝125。反射镜120被配置为收集来自源100和组件110的射束130并塑造射束130的光学特性。例如，反射镜120被配置为产生准直射束或聚焦射束或其组合(例如，在x方向上准直并在y方向上聚焦)。狭缝125被配置为调节射束130的特性，诸如离开反射镜120的射束的发散角和光斑尺寸。
在一些实施例中，射束调节组件165可以包括真空室，以防止由于光学元件表面上的空气与电离辐射之间的相互作用而导致的一个或更多个前述光学元件的劣化。
在一些实施例中，射束调节组件165可具有多种配置，其中一些在下面的图4中详细描述。例如，处理器22可以指示射束调节组件165将第一射束塑造为具有小空间范围(即，光斑尺寸)的准直射束。处理器22可以将该射束配置用于测量布置在小尺寸测试垫上的特征，这是逻辑应用的情况，在该逻辑应用中，对在晶片190的相邻管芯之间的切割线中布置的测试结构进行度量。
在另一示例中，晶片190可包括具有重复特征的大阵列(例如，在存储块中)的存储器件(例如，DRAM、与非闪存)，或具有存储器部分的逻辑器件。在一些实施例中，处理器22可以将与第一射束相比具有更大光斑尺寸和更高强度的第二射束应用于管芯的选定存储块。处理器22可以交换反射镜122以将射束130聚焦在检测器240的有效表面上，以便增加相应的SAXS系统(例如，上述系统10、30或40)的分辨率。
在一些实施例中，系统10包括射束限制器，在本文中也称为狭缝组件140，其包括一个或更多个在下面的图5和图6中详细描述的狭缝和/或可移动叶片。狭缝组件140被配置为控制和/或改进晶片190的表面192上的入射射束130的位置和/或光斑尺寸和/或形状和/或会聚或发散角。
在一些实施例中，系统10包括电动旋转台(未示出)，其具有绕y轴并且以表面191为中心的旋转轴线。在一些实施例中，源100、射束调节组件165以及一个或更多个狭缝组件110和140安装在旋转台上，该旋转台由运动控制器和/或由处理器22控制。
在一些实施例中，处理器22可以调节或校准入射射束130与晶片190的表面192的法线之间的角度，以便改善系统10的测量条件。
在一些实施例中，系统10包括其上安装有晶片190的卡盘200。卡盘200被配置为机械地支撑晶片190，并允许将射束130引导到表面192的大部分区域(例如，如图1所示，不包括晶片190的斜角的至少一部分)或整个区域上。
在一些实施例中，卡盘200可以包括环形晶片支撑件，但是附加地或可替代地，卡盘200可以包括任何其他合适的设计，诸如三点运动学底座。
在一些实施例中，系统10包括底座，例如，电动的台，在本文中称为“台210”，其上安装有卡盘200。台210在系统10的xyz坐标系中由处理器22控制，并被设计为开放框架(即中心没有材料)，以便允许入射射束130直接撞击在晶片190的表面192上。
在一些实施例中，台210被配置为使晶片190相对于射束130在x和y方向上移动，以便设置晶片190相对于入射射束130的期望空间位置。台210进一步被配置为使晶片190沿z轴移动，以便改善射束130在表面192上的期望位置处或在晶片190上的任何其他合适位置处的聚焦。台210进一步被配置为绕平行于晶片190的表面192的相应的x轴和y轴施加旋转χ和/或ω，并且绕垂直于晶片190的表面192的z轴施加方位角旋转
在一些实施例中，处理器22被配置为选择预定义的方位角以使射束130与待测量的结构中的选定特征对齐。例如，处理器22可以选择第一方位角/>(未示出)，以使射束130相对于以一维(1D)布置在晶片190上的线结构对齐。此外，处理器22可以选择第二方位角/>(未示出)，以使射束130相对于以二维(2D)图案(诸如矩形或六边形晶格)布置在晶片190上的洞或通孔的图案或阵列对齐。
在替代实施例中，晶片190被安装在合适的固定夹具上(而不是台210上)，使得处理器22可以移动源100以及前述组件(例如，狭缝组件110以及组件165和140)，使得X射线束被引导到晶片190的任何一个或更多个期望位置。在其他实施例中，系统10可以包括任何其他合适的一组底座，诸如一组台(例如，用于晶片190的台，以及用于上述组件的xyz台)，并且处理器22被配置为通过控制一组台使表面191和192相对于射束130移动。
在一些实施例中，入射射束130撞击在表面192上，穿过晶片190并且从形成在晶片190的表面191中的前述HAR特征散射。在晶片190的替代配置中，如上所述，除了在表面191中图案化的HAR特征之外或作为其替代，表面192可包括HAR特征。在该晶片配置中，入射射束130也可以从在表面192上图案化的HAR特征中散射。在一些实施例中，系统10的检测器240被配置为检测从两个表面191和192的HAR特征散射的X射线光子，这将在下面详细描述。
在一些实施例中，入射射束130可以在垂直于晶片190的表面192的点111处或相对于晶片190以任何其他合适的角度撞击。在实施例中，一些入射射束130在其穿过晶片190时被吸收，并且透射射束220沿入射射束130的相同方向离开晶片190的表面191。从前述一个或更多个HAR特征散射的附加射束222相对于晶片190的表面191以与透射射束220不同角度离开。
在一些实施例中，检测器240被配置为检测撞击在检测器240的表面224上的一个或更多个区域226处的射束222的X射线光子。检测器240可以包括任何合适类型的一种或更多种检测器，诸如但不限于电荷耦合器件(CCD)、由多个供应商提供的CMOS相机或由硅(Si)或碲化镉(CdTe)检测层制成的阵列检测器，该碲化镉(CdTe)检测层由DECTRIS公司(瑞士巴登)制造，该公司提供1D Mythen检测器以及2D Pilatus和Eiger系列检测器。
在一些实施例中，检测器240可以安装在高精度的电动平移和/或旋转台(未示出)上，该台被配置为基于预定义的运动轮廓来移动和/或旋转检测器240，以便提高其感测效率。检测器240的台和运动控制的示例实施方式在下面的图10中详细描述。
在一些实施例中，上述检测器被配置为检测从晶片190散射的X射线束，在本文中称为射束222，并且包括足够小尺寸的感测元件，以便提供用于测量晶片190的HAR特征的小角度散射强度分布的必要角分辨率。
在一些实施例中，系统10包括用于校准和设置系统10的一个或更多个校准计215，以便精确地测量在晶片190中图案化的前述特征的特性。至少一个校准计215被配置为产生电信号，该电信号指示晶片190处的给定位置相对于预定义基准的高度和倾斜度，如将在下面详细描述的。电信号经由接口24发送到处理器22进行分析。
在一些实施例中，系统10可以包括两个校准计215。第一校准计215，其面向通常是平坦的并且没有HAR特征或其他类型的图案的表面192，以及第二校准计215，其面向通常被图案化并且还可以具有上述HAR特征的表面191。在图1的示例配置中，第二校准计是可选的，因此被示为虚线矩形。
在其他实施例中，系统10可以包括校准计215的任何其他合适的配置，例如，只有面向表面191的第二校准计，或者具有分别面向表面192和191的前述第一和第二校准计215。
在一些情况下，校准计215可以对晶片190的图案化表面(例如，在表面191上)和平坦表面(例如，非图案化或覆盖表面(blanket surface)192)的高度和倾斜度做出不同的响应，因此可能需要之前的校准步骤，以便提高高度和倾斜度测量的准确性。
在一些实施例中，处理器22可从前述第二校准计215接收指示被图案化的表面191的高度和倾斜度的信号。该图案可以影响由第二校准计执行的测量(例如，在其中引起偏移)。在这些实施例中，处理器22被配置为调节或校准入射射束130与晶片190的表面192的法线之间的角度，以便补偿图案引起的偏移，并因此提高由系统10进行的测量的质量。
注意，当校准计215测量表面192或任何其他非图案化表面的高度和倾斜度时，通常在测量中没有偏移。
在一些实施例中，校准计215(在本文中也称为光学测量仪器)可以包括光源和传感器(未示出)或任何其他合适的配置。校准计215被配置为在x轴和y轴的选定坐标处测量表面192的局部高度(例如，沿z轴的距离)和倾斜度(例如，相对于xyz坐标系的x-y平面)。在这些实施例中，光源和传感器被配置为在任何合适的波长下操作，例如可见光、红外(IR)或紫外(UV)，但是通常不在X射线范围内。
在一些实施例中，基于从校准计215接收到的电信号，处理器22被配置为计算指示表面191和192或晶片190的任何其他所选平面相对于任何合适参考(诸如xyz坐标系的xy平面)的高度和倾斜度的3D图并在系统10的显示器上显示该3D图。处理器22可以基于在表面192上测得的位置以及附加位置来计算3D图，该附加位置在测得的位置之间例如通过对两个或更多个测得的位置之间的高度和倾斜度进行插值计算出。
在一些实施例中，处理器22进一步被配置为针对任何基于X射线的对齐过程确定一个或更多个起始位置。对齐过程用于确定射束130相对于系统10所讨论的一个或更多个散射结构的零角度，在本文中称为ω0和χ0。
在一些实施例中，通过独立测量(a)表面191和192以及(b)晶片190的所讨论的散射特征(例如，HAR结构)相对于入射射束130的取向，处理器22被配置为计算散射特征相对于晶片190的表面191的取向。计算出的取向对于测量HAR结构(诸如3D与非闪存的通道洞)特别重要。
在一些实施例中，晶片190通常在晶体上生长，该晶体具有构成晶体的规则排列的原子。随后，从晶体上切下晶片190，使得表面在几个相对方向中的一个相对方向(在本文中称为晶片取向)上对齐。该表面也称为晶体硅的生长平面。取向对于晶片190的电特性很重要。不同的平面具有原子和晶格的不同排列，这影响了电流在晶片中产生的电路中流动的方式。硅晶片的取向通常使用米勒指数来分类，诸如(100)、(111)、(001)和(110)。
在一些实施例中，系统10可以包括集成光学显微镜50，其可以用于导航和图案识别，并且可以用在各种其他应用中，诸如光学检查和/或度量学，和/或用于复查晶片190上的图案和其他特征。
在一些实施例中，光学显微镜50电耦合到计算机20并且被配置为产生指示所讨论的图案的信号，使得处理器22可以执行图案识别或任何其他前述应用。
附加地或可替代地，系统10可以包括被配置为向系统10提供互补的度量或检查能力的其他合适类型的集成传感器(未示出)。
在一些实施例中，系统10包括一个或更多个X射线衍射(XRD)检测器，诸如XRD检测器54和56，该检测器被配置为检测从基本上垂直于晶片190的表面191和192的平面衍射的X射线光子。
现在参考插图52，它是系统10的顶视图。在一些实施例中，布置XRD检测器54和56以便产生衍射信号，如下所述，该衍射信号可以用于基于从晶格的某些平面衍射的X射线光子的晶片对齐。从XRD检测器54和56中的至少一者接收到的信号也可以用于其他应用。
如插图52所示，为了概念上的清楚起见，XRD检测器54和56、光学显微镜50和校准计215(可选的)的配置被简化并且通过示例的方式提供。在其他实施例中，系统10可以包括传感器、检测器、显微镜以及其他合适的部件和子系统的任何其他合适的配置和布置。
现在返回参考图1的侧视图。在一些实施例中，处理器22可以从XRD检测器54和56接收指示来自基本上垂直于晶片190的表面191和192的平面的劳厄衍射的强度的信号。例如，晶面(555)垂直于具有米勒指数(001)的硅晶片(在本文中称为Si(001))的表面。附加地或可替代地，处理器22可以从检测器54、56和240中的至少一者接收指示从晶片190的任何其他晶格平面衍射的射束222的第一部分的强度的信号。这些信号在本文中也称为衍射信号。
在一些实施例中，处理器22被配置为使用从基本上垂直于表面191的晶体平面衍射并由XRD检测器54和56感测到的X射线，以便确定入射射束和/或直射射束相对于单晶晶片的晶格平面的取向。
在其他实施例中，检测器240进一步被配置为感测从前述劳厄衍射衍射的X射线光子，并产生指示所感测的X射线光子的强度的信号。{尽管这不是这里的情况，但添加了该实施例以限制使用单个检测器来检测所有衍射和散射的X射线光子的工程设计}。
在一些实施例中，处理器22可以从检测器240接收指示通过表面192透射并且从表面191的HAR特征散射的射束222的一部分的强度的信号，在本文中也称为散射信号。
在替代实施例中，校准计215可以包括一个或更多个X射线检测器，其定位成测量来自基本上垂直于晶片190的表面191和192的平面的劳厄衍射，并产生指示所测量的劳厄衍射的强度的信号，在本文称为替代衍射信号。
在一些实施例中，基于上述衍射信号中的一个或更多个衍射信号，处理器22被配置为指示台210向晶片190施加ω和χ旋转。处理器22可以使用与由检测器240检测到的衍射X射线的最大强度相对应的晶片190的位置，以建立射束130相对于晶片190中的晶格的倾斜角。
在这些实施例中，处理器22被配置为通过使用在满足衍射条件的两个或更多个方位角处的测量来建立晶格平面与晶片190的表面之间的倾斜角。此外，处理器22可以将作为基于非X射线的量规的校准技术的X射线衍射(XRD)方法应用于射束130，以确定表面191和192的取向。例如，可以通过以晶格与表面191和192之间的已知倾斜角测量参考晶片或安装在载体晶片或工具上的任何合适的参考标记来执行校准。
在这些实施例中，检测器240可以包括各种合适类型的检测元件，诸如但不限于(a)由硅、锗或CdTe或其他合适材料制成的1D二极管的阵列，以及(b)基于CCD、CMOS传感器、PIN二极管或混合像素检测器技术的2D X射线直接或间接检测相机。
在替代实施例中，系统10除了校准计215之外还可以包括能量色散X射线(EDX)检测器组件(未示出)。EDX检测器组件包括硅基或锗基固态EDX检测器，以及具有单通道或多通道的电子分析仪。EDX检测器组件被配置为测量例如从晶片190的点111或从用于校准系统10的参考晶片的预定义位置发射的X射线荧光，并产生指示在点11处测量的X射线荧光的强度的电信号。
基于电信号，处理器22被配置为确定点111的第一位置以及由校准计215同时获取的第一位置和第二位置之间的偏移。
在一些实施例中，X射线源100和源100与晶片190之间的至少一些X射线光学器件被安装在第一台上，晶片190被安装在第二台(例如台210)上，并且光学显微镜50和光学测量仪器215中的至少一者被安装在第三台上。通过在基于XRF的信号与基于光学的信号之间进行比较，处理器22被配置为识别例如光学显微镜50的光学图案识别相机与X射线束130之间的空间偏移，并识别系统10的前述台之间的任意未对齐。
在一些实施例中，处理器22被配置为基于接收到的电信号来估计台210中的运动误差，诸如丝杠误差和台210的x轴和y轴之间的非正交性。此外，基于X射线荧光信号，处理器22被配置为通过估计系统10的坐标系中的一个或更多个点之间的偏移以及台210上各个点的实际位置来校准台210，该校准在本文中也称为台映射。
在一些实施例中，除上述EDX组件之外或代替上述EDX组件，系统10还可包括基于穿过合适的参考晶片(未示出)的X射线束的衰减的校准方案，该X射线束在本文中也称为直射射束。合适的参考晶片可以包括适于将直射射束强度衰减百分之几十的图案化特征，使得检测器240可以感测直射射束的光子而不会受到影响(例如，饱和)。在示例性实施例中，参考晶片可包括各种合适的元素或合金(诸如但不限于钨(W)、钽(Ta)、金(Au)或银(Ag))的具有任何合适的厚度(例如，约50μm)的各种图案。
在一些实施例中，例如在执行维护操作以准备系统10用于生产之后，处理器22可以使用校准计215在产品晶片(诸如晶片190)上的结构的测量期间在射束130与晶片190之间对齐，或者用于校准系统10。
在上述替代实施例中，系统10可以包括至少一个安装在晶片190的相对侧的校准计215，以便基于从表面191感测到的信号来测量晶片190的倾斜度。在实施例中，处理器22被配置为校准在覆盖层上测量的倾斜角与晶片的图案化区域之间的偏移。
在该实施例中，处理器22定位校准计215以将射束引导到与表面191的边缘相邻的第一点上，该第一点通常为覆盖层(即，没有图案)，并且测量晶片在x轴和y轴上的倾斜度。随后，处理器22定位校准计215以将射束引导到最靠近第一点(例如10mm-20mm)的图案上的第二点，并测量晶片在x轴和y轴上的倾斜度。
在一些实施例中，基于在第一点和第二点处的倾斜度测量，处理器22计算覆盖层和图案化表面之间的偏移。须注意，晶片通常为刚性的，使得实际倾斜角在10mm或20mm的距离内不改变。该偏移可用作晶片190或任何其他类型的测量晶片的覆盖层和图案化表面上的倾斜度测量之间的校准因子。在一些实施例中，处理器22可以将射束的光斑尺寸设置为足够小以仅照射晶片边缘附近的覆盖层表面，但是足够大以平均图案的各种特征上的倾斜度测量。
在一些实施例中，晶片190包括单晶材料，并且XRD检测器54和56中的至少一者被配置为测量射束220从单晶材料的晶格平面的衍射。在一些实施例中，响应于所测得的衍射，处理器22被配置为校准校准计215相对于晶格平面的合适参数(例如，取向)。
在图1中示意性地示出了校准计215的特定配置，以便演示用于改进由系统10执行的晶片190的特征(诸如，HAR结构)的测量的校准技术。然而，本发明的实施例决不限于这种特定种类的示例配置，并且可以使用任何适当的配置来实现上述校准计215的原理。
在实施例中，系统10包括由对X射线不透明或部分不透明的材料制成的射束阻挡组件，在本文中称为射束阻挡器230。
射束阻挡器230在系统10中被安装在晶片190和检测器240之间，并且被配置为遮挡至少一部分射束220辐射到检测器240。在某些情况下，至少一部分的入射射束130可以直接透射通过晶片190。
在一些实施例中，可以定位射束阻挡器230，以便在与入射射束130的空间范围可比的角度范围内部分阻挡直接透射的入射射束。
射束阻挡器的示例实施方式在下面的图7A和图7B中详细描述。
在一些实施例中，射束阻挡器230的不透明度水平和形状影响由检测器240产生的信号，如下面的图8A、图8B、图9A和图9B所示。
在一些实施例中，检测器组件可以包括单个检测器，或者布置在区域226周围的检测器阵列。射束检测器可以具有2D配置(即，区域检测器)或1D配置(即，线性检测器)，并且能够对X射线光子进行计数。检测器240可以为平坦的，或者可以具有任何合适的形状，诸如朝向射束222和220成角度的弧。响应于所捕获的光子，240被配置为生成电信号，该电信号经由接口24被传送到处理器22。检测器240的一种示例实施方式在下面的图10中详细描述。
在一些实施例中，系统10包括真空室280，其安装在晶片190和检测器240之间并且被配置为减少射束220从空气中的不期望散射。在一些实施例中，真空室280包括金属管，该金属管在每个端部具有对X射线透明的窗口，使得射束220和222可以在晶片190和检测器240之间穿过。
在一些实施例中，系统10包括合适的真空泵，诸如由处理器22控制的粗抽泵，以便控制真空室280中的真空水平，从而提高撞击在检测器240的有效表面上的X射线光子的信号-背景(SBR)比。
在一些实施例中，系统10被配置为测量晶片190的前述特征上的结构(例如，尺寸和形状)以及形态学参数。例如，基于从检测器240接收到的电信号，处理器22被配置为测量多种参数，诸如但不限于图案化结构的高度、深度、宽度和侧壁角度以及膜在晶片190上的任何位置处的厚度和密度。
在一些实施例中，处理器22包括用于分析从检测器240接收到的电信号的基于模型的软件。处理器22使用单个结构模型，以便模拟对于具有共同强度归一化因子的所有入射角的X射线散射。随后，处理器22例如基于拟合优度(GOF)参数的数值分析来比较所测得的强度分布和模拟的强度分布之间的相关性。
在一些实施例中，处理器22被配置为例如通过使用诸如差分进化(DE)的算法来迭代地调节模型的参数，以便最小化GOF参数并获得最佳拟合模型参数。
在一些实施例中，处理器22可以通过将例如通过临界尺寸扫描电子显微镜(CD-SEM)测量的所讨论的特征的上层的宽度引入由互补技术测量的模型参数值中来减小模型参数之间的相关性。
在一些实施例中，系统10可以包括一个或更多个校准目标，该校准目标具有周期性特征的阵列，这些周期性特征的阵列使用不同于SAXS的任何合适的参考技术(例如，原子力显微镜(AFM))来外部表征。处理器22可以将校准目标用作用于校准系统10的前述组件以及用于在(a)射束130和晶片190之间以及(b)射束222和检测器240之间对齐的参考。
在一些实施例中，基于上述的SAXS配置和软件算法，系统10被配置为检测整个晶片190中所讨论的特征中的无序参数。例如，侧壁的水平和垂直粗糙度以及间距变化，诸如在多图案化光刻工艺中可能出现的间距变化误差(pitch-walking error)，或者由于3D与非存储器中的蚀刻工艺而导致的通道洞的倾斜和扭曲。
通过示例的方式示出了系统10的配置，以便示出本公开的实施例解决的某些问题，并演示这些实施例在增强这种系统的性能中的应用。然而，本发明的实施例决不限于这种特定种类的示例系统，并且本文描述的原理可以类似地应用于用于测量任何合适类型的电子器件中的特征的其他种类的X射线系统。
图2是根据本发明的另一个实施例的SAXS系统30的示意图。在一些实施例中，为简洁起见，SAXS系统30在本文中也称为“系统30”，其配置类似于其中晶片190以相对于入射射束130的任何合适角度(45度)倾斜(在本文中也称为旋转)的系统10的配置。
在一些实施例中，处理器22被配置为指示台210在晶片190的平面中使晶片190沿倾斜轴线倾斜，诸如沿y轴的方位角旋转ω，并使至少一个前述狭缝组件平行于倾斜轴线取向。
在一些实施例中，系统30被配置为测量具有低纵横比(例如，高度与宽度之比小于十)的晶片190的结构。如上所述，处理器22被配置为相对于入射射束130旋转晶片190，或者可替代地，相对于晶片190旋转入射射束130。处理器22被配置为执行绕y轴在几十度的范围内的旋转，在本文中称为ω旋转。
在一些实施例中，旋转角度的范围可以是对称的，例如，相对于例如以上图1所示的晶片190的表面±50度。在替代实施例中，处理器22可以例如通过指示台210将晶片190旋转到前述范围内的期望角度来执行非对称旋转(例如，-10度至+60度)。
在一些实施例中，处理器22被配置为例如通过相对于射束130旋转晶片190的方位角来测量一个以上平面中的结构的轮廓。在本公开和权利要求书的上下文中，术语“轮廓”是指测得的特征的单个侧壁的形状，或者两个相邻侧壁之间的宽度沿其深度或高度的变化或作为深度的函数的洞的中心的偏移。洞的其他不对称性(诸如椭圆形横截面而不是圆形横截面)通常需要在不同的方位角和χ(chi)轴上进行测量。
例如，处理器22可以使用在不同方位角处执行的一系列强度测量来测量所选xy平面中的特征的轮廓。在一些实施例中，处理器22可以实现这种技术以用于测量3D与非存储器件中的通道洞的直径或逻辑器件的局部互连结构的通孔和/或金属线的宽度。
在实施例中，射束阻挡器230被定位成紧邻检测器240。在另一个实施例中，射束阻挡器230可以被定位成紧邻晶片190。
图3是根据本发明的另一个实施例的SAXS系统40的示意图。在一些实施例中，为简洁起见，SAXS系统40的配置在本文中也被称为“系统40”，其类似于射束阻挡器230被定位成紧邻晶片190的系统10的配置。
在一些实施例中，处理器22被配置为将射束阻挡器230的位置控制在沿着射束220的路径的任何合适的位置处，以便减小检测器240感测到的不希望的背景和杂散散射的水平。
在一些实施例中，处理器22可以将射束阻挡器230的位置设置在沿着射束220的路径的一个或更多个预定义的安装位置处。附加地或可替代地，处理器22可以通过控制被配置为将射束阻挡器230移动和保持在晶片190和检测器240之间的任何合适位置的电动台(未示出)来调节射束阻挡器230的位置。
例如在下面的图7A中详细描述了射束阻挡器230和相关组件(诸如前述台)的结构。此外，在下面的图8B和图9B中详细描述了与在测量晶片190的所讨论的特征时射束阻挡器230的功能和应用有关的实施例。
通过示例的方式提供了系统10、30和40的配置。然而，本发明的实施例决不限于这种特定种类的示例系统，并且本文描述的原理可以类似地应用于其他种类的度量系统，诸如但不限于基于反射的X射线度量系统，其X射线源和检测器组件均位于晶片的同一侧。
图4是根据本发明的实施例的射束调节组件165的示意图。射束调节组件165可以用在上述系统10、30和40中的任一系统中，或者用在施加X射线束以测量晶片190或任何其他类型的晶片中产生的特征的度量系统的任何其他合适的配置中。
在一些实施例中，射束调节组件165包括多组狭缝组件，在本文中称为组件110、300和320。须注意，如图1-3所示，组件110可以在射束调节组件165的外部，或者如图4所示并入其中。类似地，组件320可以是射束调节组件165的一部分或在其外部。
如以上图1中所述，射束调节组件165的狭缝组件被配置为阻挡从射束130的设计光路偏转的不期望的散射X射线辐射，和/或调节射束130的发散度、强度和光斑尺寸。
在一些实施例中，射束调节组件165包括反射镜120，该反射镜120被配置为在射束穿过组件110之后塑造射束130的光学特性，如以上图1中所述。
在一些实施例中，反射镜120包括弯曲的基片122，该弯曲的基片122涂覆有多个层124，例如，使诸如W、Mo或镍(Ni)的重元素与诸如碳或硅的轻元素的的薄(例如，一微米的数量级)层交替。用于X射线光学器件的这种反射镜由多家供应商提供，诸如Incoatec股份有限公司(德国汉堡)、AXO DRESDEN股份有限公司(德国德累斯顿)或Xenocs(法国Sassenage)。在一些实施例中，反射镜120的配置适于在两个方向(x，y)上提供准直射束。在其他实施例中，反射镜120被配置为在一个方向(例如，x方向)上准直射束130并且在正交方向(例如，y方向)上聚焦射束130。
在一些实施例中，反射镜120被配置为将射束130聚焦在表面191上，以便获得最小的光斑尺寸。在其他实施例中，例如在HAR结构的成像中，将X射线束聚焦在检测器240上可以为系统10提供由检测器240感测到的X射线束的改进的角分辨率。
在2D准直射束的情况下，射束调节组件165可包括彼此面对的两个光学器件，例如两个反射镜120，以便增加从源100收集的立体角(即，二维角)并增大射束130的X射线通量。
在一些实施例中，射束调节组件165可包括安装在由处理器22控制的一个或更多个电动致动器上的多个多层反射镜(诸如反射镜120)的任何合适的配置。处理器22可以布置射束调节组件165的每个反射镜120的配置，以便通过调节射束130的光学特性来获得最合适的测量条件。
在一些实施例中，射束调节组件165包括由锗(Ge)或任何其他合适的材料的单晶制成的晶体310。晶体310具有v形通道312，该v形通道312包括入口孔316、出口孔318以及相对的内表面314和315，该内表面被布置为使得通道312从入口孔316到出口孔318逐渐变细，该出口孔318小于孔316。
在一些实施例中，射束130穿过狭缝组件110进入反射镜120，并且随后穿过狭缝组件300和入射孔316。随后，射束130撞击在内表面314上，然后撞击在内表面315上，并通过出射孔318离开晶体310。
在一些实施例中，射束调节组件165用作分散元件，并且另外还用作射束压缩光学器件，该射束压缩光学器件被配置为在离开组件165的狭缝组件320之后减小射束130的光斑尺寸。射束调节组件165的配置使得射束能够压缩，并且与替代技术(诸如，具有带有平行面的通道的晶体或者使用具有一个或更多个窄孔的一个或更多个狭缝)相比，减少了通量的损失。
在图4的示例配置中，狭缝组件110、300和320在反射镜120和晶体310之前和之后安装，以便改善沿上述光路的射束130的整形。在其他实施例中，射束调节组件165可包括插入源100与反射镜120之间和/或反射镜120与晶体310之间和/或晶体310与狭缝组件140之间的狭缝组件的任何其他合适的配置或系统10、30和40中的任一系统的任何其他部件或组件。例如，狭缝组件320可以从组件165的配置中移除，并且可以从系统10、30和40中的任一系统的配置中排除。
图5是根据本发明的实施例的狭缝组件140的示意图。如图1-3所示，狭缝组件140(在本文中也称为射束限制器)位于源100和晶片190的表面192之间，以便拦截射束130。
在一些实施例中，狭缝组件140包括两个或更多个可移动板520，该两个或更多个可移动板520沿着平移轴线522以彼此间隔预定义距离定位以便限定狭缝512。板520之间的距离可以由处理器22可控制，例如使用一个或更多个致动器(未示出)来使一个或更多个板520沿着平移轴线522移动。可替代地，板520之间的距离可以恒定，例如，通过不使板520相对于彼此移动，或者通过选择合适类型的狭缝512，该狭缝512具有彼此以期望距离定位的静态板。
在一些实施例中，狭缝组件140包括两个或更多个可移动叶片510A和510B，它们彼此不平行，并且具有彼此紧邻定位的相应边缘514A和514B，以便限定微狭缝515。
在一些实施例中，微狭缝515被配置为阻挡射束130的撞击在叶片510A和510B上的部分而不产生散射射束，因此叶片510A和510B在本文中也称为“防散射叶片”。在一些实施例中，叶片510A和510B由诸如钽(Ta)、Ge、磷化铟(InP)的单晶材料或诸如碳化钨的多晶材料制成，并且具有约1mm的厚度或任何其他合适的厚度。
在本公开的上下文中以及在权利要求中，术语“单晶(single-crystal)”和“单晶(mono-crystal)”可互换使用，并且是指具有由一种晶体制成的结构的材料。
在一些实施例中，狭缝组件140包括致动器500A和500B，其被配置为沿着各自的平移轴线516A和516B移动各自的叶片510A和510B，以便调节微狭缝515的宽度。在实施例中，平移轴线516A和516B中的至少一者在x-y平面中基本上正交于平移轴线522。
在一些实施例中，致动器500A和500B包括一个或更多个压电线性马达，例如由PiezoMotor(瑞典乌普萨拉)提供的Piezo LEGS Linear 6G系列或来自其他供应商诸如Physik Instrumente(德国卡尔斯鲁厄)的类似产品。这些马达可以配备集成的高分辨率位置传感器。
在一些实施例中，处理器22被配置为将狭缝组件140定位在任何合适的靠近晶片190的表面192的地方。微狭缝515的设计允许处理器22定位狭缝组件140，使得边缘514A和514B中的至少一者被定位在距表面192小于十毫米(10mm)的距离处。在其他实施例中，处理器22可以将微狭缝515定位在距表面192任何选定的距离处，例如在100mm和几毫米之间。
在一些实施例中，微狭缝515的配置允许处理器22即使在晶片190倾斜时也将狭缝组件140定位成紧邻表面192(例如，下至几毫米)，如上面的图2所示。
在一些实施例中，处理器22被配置为设置(a)微狭缝515和表面192之间、(b)边缘514A和514B之间以及(c)板520之间的距离，以便获得射束130在撞击在表面192上并与晶片190的结构和主体相互作用之前的期望光学特性。
现在参考插图502，插图502是狭缝组件140和射束130之间的拦截的顶视图。在插图502的示例中，处理器22被配置为通过(a)沿着各自的平移轴线516A和516B移动叶片510A和510B，以及(b)沿平移轴线522移动板520，将射束130的空间形状从圆524的圆形形状改变为由虚线矩形526示出的矩形形状。注意，在该示例中，仅射束130在虚线矩形526的区域内的部分撞击在表面192上，而射束130的位于圆524的边缘和虚线矩形526之间的其余部分被狭缝组件140阻挡。如上所述并如插图502所示，平移轴线516A和516B中的至少一者与平移轴线522正交。
狭缝组件140的配置为了概念上的清楚起见被简化并且以示例的方式被提供。在其他实施例中，狭缝组件140可包括多于两个的叶片510A和510B，和/或多于两个的板520。此外，板520的边缘和/或边缘514A和514B可以具有任何合适的形状，例如，板520以及边缘514A和514B都可以具有侵入到各个板520以及叶片510A和510B的区域中的弧，以便形成从狭缝组件140出射的射束130的圆形形状而不是前述的矩形形状。
在其他实施例中，平移轴线516A和516B可以彼此平行或不平行，并且平移轴线516A和516B中的至少一者可以不正交于平移轴线522。
图6是根据本发明的另一实施例的狭缝组件150的示意图。狭缝组件150可以代替例如图1-3所示的狭缝组件140。
在一些实施例中，狭缝组件150包括沿着可移动叶片550的平移轴线610布置的3-针孔准直系统，在本文中也称为孔604、606和608。
在一些实施例中，狭缝组件150包括致动器600，其被配置为使叶片550沿平移轴线610移动。
现在参考插图602，插图602是射束130和叶片550之间的拦截的顶视图。
在一些实施例中，每个孔604、606和608包括固定大小的孔，诸如由Incoatec股份有限公司(德国汉堡)生产的SCATEX无散射针孔。在叶片550的示例中，孔604、606和608具有圆形形状，并且每个孔具有不同的直径，例如在约20μm和500μm之间。
在一些实施例中，用作无散射针孔的框架的叶片550由Ge制成以用于具有低能量光子的X射线束，或由Ta制成以用于具有更高能量的光子束。
在一些实施例中，孔604、606和608的配置适于减少通常在X射线束穿过其他类型的孔时发生的不期望的寄生散射。
在一些实施例中，致动器600可包括联接至驱动杆620的任何合适类型的马达，该致动器被配置为使叶片550沿平移轴线610移动。
在其他实施例中，致动器600的配置可以类似于以上图5中描述的致动器500A和500B的配置。
在一些实施例中，处理器22被配置为通过指示致动器600定位叶片550的选定孔以拦截射束130来确定射束130的光学特性。在图6的示例中，致动器600将孔606定位成使得射束130穿过其中，并且射束130的超过孔606内的区域的部分将被阻挡。
图7A是根据本发明的实施例的射束阻挡器230的示意图。在一些情况下，入射射束130的撞击在表面192上的至少一部分直接透射穿过晶片190并从表面191出射作为射束220的一部分，而不会被散射。射束220的直接透射部分在本文中被称为“直射射束”。
在一些实施例中，定位射束阻挡器230以便衰减直射射束的X射线辐射，射束阻挡器230通常定位在射束220的中心。该衰减是必要的，例如，以防止损坏检测器240和/或防止检测器饱和并在非线性区域中工作。另一方面，太大的衰减将消除对处理器22可用于跟踪射束220中心的角位置和强度的基本信号的检测。因此，通常选择射束阻挡器230的衰减，使得在检测器240处将透射射束的强度衰减到每秒几百或数千个光子。
在一些实施例中，射束阻挡器230包括一个或更多个射束阻挡元件，诸如射束挡块232，其通常具有椭圆形或任何其他合适的形状。在一些实施例中，射束挡块232由对X射线部分不透明的材料(也称为高Z材料)制成，该材料通常包括金属元素，诸如钽或钨，和/或任何合适的金属合金。
如上所述，选择射束挡块232的衰减以能够可靠地测量射束220的角位置和强度，并且同时防止检测器240的感测中的损坏和非线性失真。
在一些实施例中，射束挡块232进一步被配置为最小化来自源的背景强度，诸如空气或荧光的散射以及来自在检测器240的有效区域或表面之后的电子器件的其他散射。注意，由于检测器材料的有限厚度或低吸收性，例如，450μm的硅，具有10keV或更高能量的高能X射线，检测器240的有效区域可被部分照射。
在一些实施例中，射束挡块232具有弯曲的和/或光滑的边缘，以便减小直射射束的散射强度。
在一些实施例中，射束阻挡器230包括基体236，在本文中也称为底座。基体236由适合于不散射X射线的材料块制成，诸如但不限于金刚石或聚合物，诸如双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯(BoPET)聚酯的薄片，在本文中也称为MylarTM或聚(4,4'-氧二亚苯基-均苯四甲酰亚胺)聚酰亚胺，在本文中也称为
在一些实施例中，射束挡块232被安装在形成于基体236中的凹口(未示出)中，并且由基体材料机械地支撑而不使用可能散射X射线且因此可以增加背景信号相对于测量的水平的粘合剂。由于粘合剂可能会随着时间的推移而在X射线照射下降解，因此可以使用用于电子制造的技术来制造吸收特征，诸如利用适当的金属化沉积薄的粘合和种子层，然后电镀厚的X射线吸收材料(诸如金(Au))，或通过使用利用结合了高浓度金属纳米粒子的油墨的增材印刷技术，然后进行退火工艺。
在其他实施例中，可以使用任何其他合适的技术(诸如不散射X射线的粘合剂)将射束挡块232联接到基体236。注意，射束挡块232适于衰减直射射束，使得周围的散射射束(在图1中示为射束222)不会被衰减，因为支撑结构对于射束222的散射X射线是透明的。
在一些实施例中，射束挡块232的材料允许直射射束的足够强度被部分地透射，使得处理器22可以确定检测器240感测到的直射射束的强度和位置，而无需将射束挡块232移离直射射束。
在一些实施例中，射束阻挡器230包括底座，在本文中也称为高精度电动台233，其由处理器22控制并且被配置为沿一个或更多个轴线移动。例如，分别在以上图1和图2中示出的系统10和30的配置中的平移x轴和y轴。
在一些实施例中，基体236被安装在台233上，使得处理器22设置射束挡块232相对于穿过晶片190透射的直射射束的位置。在其他实施例中，台233可以包括旋转轴线(未示出)，以便改善射束挡块232与射束220、特别是与其直射射束的对齐。在另一个实施例中，台233也被配置为在z轴上移动，以便能够进行以上图3所示的系统40的配置，或者进一步提高直射射束的衰减水平。
在某些情况下，晶片190或系统10的任何其他元件对直射射束的衰减可能足够高。因此，在其他实施例中，处理器22被配置为将射束阻挡器230移离射束220的路径。在这些实施例中，射束挡块232没有拦截射束220，因此处理器22可以基于检测器240感测到的直射射束的方向和强度来监控直接X射线束的强度和位置。
射束阻挡器230的配置为了概念上的清楚起见被简化并且以示例的方式被提供。在其他实施例中，射束阻挡器230可以包括以任何其他合适的配置中布置的任何其他合适的部件和/或组件，以用于衰减直射射束的强度和/或用于管理对从晶片190散射的一个或更多个射束222的感测。例如，射束阻挡器可以包括多个射束挡块232，或者可以包括可以调节其间隔以便改变阻挡器的有效宽度的两条细线。
图7B是根据本发明的实施例的射束阻挡器330的示意图。射束阻挡器可以代替例如以上图1的射束阻挡器230。在一些实施例中，射束阻挡器330包括由合成金刚石或上述基体236的材料或适于不散射射束220的X射线的任何其他合适材料制成的基体333。
在一些实施例中，射束阻挡器330包括多种类型的射束挡块，每种均由合适材料制成。例如，具有约50μm的厚度或任何其他合适厚度的金基射束挡块，或具有在50μm和100μm之间的典型厚度或任何其他合适厚度的钨基射束挡块。钨基射束挡块可以例如通过激光切割合适的钨箔来生产。
在一些实施例中，使用任何合适的技术，诸如使基体凹进并且将射束挡块设置到凹进图案中，或者任何合适的方法，诸如以上在图7A中所描述的那些，将射束挡块联接到基体333。例如，可以将金沉积到凹进图案中，并且可以将如上所述的激光切割钨片附着到凹进图案。
在一些实施例中，射束阻挡器330包括射束挡块的多种几何形状和布置。在图7B的示例中，射束阻挡器330包括五个条形射束挡块，它们沿着X轴排成一排，彼此之间相距5mm，并且具有(沿Y轴测量的)约10mm的相似长度。条形射束挡块具有不同的宽度，例如在0.1mm和0.5mm之间。例如，射束挡块332和334(沿X轴测量的)宽度分别约为0.5mm和0.3mm，并且射束挡块332和334之间的条的宽度约为0.4mm。
在一些实施例中，射束阻挡器330包括五个正方形的射束挡块，其沿着上述的条形射束挡块的X轴具有相同的布置(例如，宽度和距离)。例如，射束挡块336和338的宽度分别为0.4mm和0.2mm，并且在其间布局的正方形射束挡块的宽度为0.3mm。
在一些实施例中，射束阻挡器330可以包括其他形状的射束挡块。例如，T形射束挡块335和339以及L形射束挡块337都以任何合适的取向布置并且彼此之间具有任何合适的宽度、长度和距离。在图7B的示例中，T形和L形的射束挡块的典型宽度为0.2mm，长度在1mm至2mm之间，并且在相邻的射束挡块之间的距离约为5mm。附加地或可替代地，T形和L形的射束挡块可以用作对齐标记，以精确地定位所选的射束挡块以阻挡上述射束。
以示例的方式提供了射束阻挡器330的配置。在其他实施例中，射束阻挡器330可以包括任何其他组的射束挡块，其具有任何合适的形状和尺寸并且以任何合适的布局布置。
图8A是根据本发明的另一实施例的图像402的示意图，该图像指示在没有射束阻挡器230的情况下由检测器240感测到的射束220的强度。在图8A的示例中，在x轴和y轴上均被准直的入射射束130撞击在包括诸如DRAM器件的HAR电容器的特征的六边形阵列的晶片190上。
在一些实施例中，图像402包括斑点420，其指示检测器240感测到的直射射束的强度。图像402还包括多个斑点410，其指示从DRAM器件的六边形阵列散射的各个射束222。在一些实施例中，斑点410和420的灰度级指示由检测器240感测到的射束220的强度(例如，光子通量及其各自的能量)。在本示例中，白色指示高强度，而深色指示检测器240感测到的较低强度。
在一些实施例中，图像402包括位于检测器240的区域226内的斑点410和斑点420之间的位置404，也如图1所示。图像402还包括位于检测器240的区域226之外的区域400，本文称为背景。
在一些实施例中，处理器22被配置为设置射束130的特性，使得(a)斑点410具有相干散射，因此显得明亮，(b)斑点410之间的位置404具有非相干散射，因此显得比位于环绕紧邻斑点420的区域的虚拟圆405内的斑点410更暗，并且(c)区域400没有散射，或散射水平低于预定义阈值，并因此呈现黑色。
在一些实施例中，在不存在射束阻挡器230的情况下，直射射束的高强度导致检测器240在斑点420的区域处饱和，并且因此跨区域226进行非线性感测。因此，斑点420呈现白色，并且圆405内的区域显得比区域226的外围区域实质上更亮。
如上所述，由于相干散射，斑点410显得比圆405的区域内的位置404更亮。然而，由于来自检测器240的非相干背景的增加，斑点410显得比区域226的外围处的位置404更暗。因此，检测器240的可靠感测区域被限制在圆405内的区域，其受制于来自检测器240的增加的背景(非相干X射线强度)引起的有限的对比度。
图8B是根据本发明的实施例的图像406的示意图，该图像指示在存在射束阻挡器230的情况下由检测器240感测到的射束220的强度。与图8A的示例相似，在x轴和y轴上均准直的入射射束130撞击在包括前述DRAM器件的HAR电容器的六边形阵列的晶片190上。
在一些实施例中，图像406包括斑点430，其指示检测器240感测到的直射射束的强度。图像406还包括多个斑点440，其指示从DRAM器件的六边形阵列散射的各个射束222。
在一些实施例中，射束阻挡器230衰减由检测器240感测到的直射射束的强度，因此，斑点430呈深灰色并且检测器240不引入例如在上面的图8A中所示的明显的背景强度。
在一些实施例中，与区域226的外围相比，来自HAR特征的相干散射的感测强度在圆405内显得更强。然而，检测器240的线性感测将从位置404检测到的强度降低到区域400的背景水平。因此，在区域226内，所有斑点440和区域404之间的对比度足够高，以高准确度和高精度进行测量。术语“准确度”是指测量所讨论特征的实际大小，术语“精度”是指对所讨论的给定特征执行的多次测量的可重复性。
在一些实施例中，射束阻挡器230的存在允许处理器22监控部分衰减的直射射束(例如，在HAR结构的测量期间)，以便控制指示射束130和220的特性的参数，诸如射束130和220两者在晶片190和检测器240上的相应位置处的入射通量。
图9A是根据本发明的另一实施例的图像502的示意图，该图像指示在没有射束阻挡器230的情况下由检测器240感测到的射束220的强度。在图9A的示例中，在x轴上准直并在y轴上聚焦在晶片190上(例如，在表面191上)的入射射束130撞击在包括1D(线)或长且窄的2D特征的晶片190上，诸如器件中的线或沟槽或切割线或管芯上其他位置的专用度量垫。
在一些实施例中，图像502包括斑点526，其指示检测器240感测到的直射射束的强度。图像502还包括多个特征510，其指示从阵列散射的各个射束222。在一些实施例中，特征510和斑点526的灰度级指示由检测器240感测到的射束220的强度。如上面的图8A中所述，白色指示高强度，而较深色指示检测器240感测到的较低强度。
在一些实施例中，图像502包括位于检测器240的区域226内的特征510和斑点526之间的位置504。图像502还包括位于检测器240的区域226之外的区域400。
在一些实施例中，处理器22被配置为设置射束130的特性，使得特征510具有相干散射，位置504具有非相干散射，并且区域400没有散射。
在一些实施例中，在不存在射束阻挡器230的情况下，直射射束的高强度导致足够高的背景强度和跨区域226的对比度损失。因此，斑点526呈现白色，并且虚拟矩形505内的区域显得比区域226的外围区域实质上更亮。
如上所述，由于相干散射，特征410显得比圆405的区域内的位置504更亮。然而，来自检测器240的增加的背景导致在区域226的外围处对比度的损失。因此，检测器240的可靠感测区域限于矩形505内的区域。注意，在没有射束阻挡器230的情况下，检测器240的可靠感测区域的形状和大小取决于所测得的特征的类型(例如，几何形状)(例如，图8A中的圆形和图9A中的线性)、射束130的特性以及系统的其他参数，诸如在例如以上图2的系统30中示出的晶片190的倾斜角。
图9B是根据本发明的实施例的图像506的示意图，该图像指示在存在射束阻挡器230的情况下由检测器240感测到的射束220的强度。在一些实施例中，处理器22以类似的方式将入射射束130设置为以上在图9A中描述的设置。因此，在x轴上准直并在y轴上聚焦的射束130撞击在包括线或沟槽的前述布局的晶片190上。
在一些实施例中，图像506包括斑点530，其指示检测器240感测到的直射射束的强度。图像506还包括多个特征540，其指示从与非闪存器件的阵列散射的各个射束222。
在一些实施例中，射束阻挡器230衰减由检测器240感测到的直射射束的强度，因此，斑点530呈深灰色并且检测器240没有被过量强度饱和。
在一些实施例中，与区域226的外围相比，来自线或沟槽的相干散射的感测强度在矩形505内显得更强。然而，检测器240的线性感测将从位置504检测到的强度降低到区域400的背景水平。因此，在区域226内，所有特征540和区域504之间的对比度足够高，以高准确度和高精度进行测量。
如以上在图8B中所述，射束阻挡器230的存在允许处理器22监控部分衰减的直射射束，以便控制指示射束130和220的特性的参数。
图10是根据本发明的实施例的扫描方案的示意图，其中包括传感器243的阵列的检测器240以小于传感器的内距离的步长移动，以改善角分辨率。在一些实施例中，检测器240包括1D或2D传感器元件的阵列，在本文中称为传感器243。在图10的示例中，检测器240包括2D传感器243，每个2D传感器在x轴和y轴上具有预定义间距，在本文中分别称为Px和Py。
在本公开的上下文中以及在权利要求中，术语“Px”和“宽度轴”可互换使用，并且术语“Py”和“高度轴”也可互换使用。在一些实施例中，每个传感器243被配置为产生电信号，该电信号指示直射射束的和撞击在其有效表面上的射束222的强度。在一些实施例中，处理器22被配置为基于从每个传感器243接收到的电信号来产生图像，在本文中称为像素。因此，每个像素在x和y轴上的大小通常分别约为Px和Py。
在一些实施例中，检测器240安装在包括平移和旋转马达(未示出)的电动台246上。在一些实施例中，平移马达被配置为使检测器240在x轴和y轴上移动以在x-y平面中扫描，并且在z轴上移动以提高射束222在传感器243的有效表面上的聚焦。在一些实施例中，平移马达被配置为例如使检测器240绕z轴旋转，以使传感器243与射束222的散射X射线光子的方向对齐。
在一些实施例中，台246包括高精度编码器和/或干涉仪(未示出)，其被配置为以预定义频率测量台246的各个轴的平移和旋转位置。
在一些实施例中，系统10可以包括运动控制组件(未示出)，该运动控制组件由处理器22控制。运动控制组件包括控制器(未示出)，该控制器被配置为针对每个马达确定各自的运动轮廓(例如，速度、加速度和减速度)。运动控制组件还包括一个或更多个驱动器，这些驱动器由前述控制器控制，并被配置为驱动台246的马达以根据相应运动轮廓并基于每个轴线的相应编码器或干涉仪测量的当前位置进行运动。
在其他实施例中，处理器22进一步被配置为控制台246的运动，并且处理器22可用于此目的，作为对控制器的补充或代替。
在一些实施例中，台246被配置为使检测器240沿x轴和y轴以选定的相应步长移动，在本文中称为Dx和Dy，其通常明显小于相应的Px和Py。因此，台246被配置为以等于上述像素大小的一小部分的步长移动检测器240。
下面的公式1和2提供了明确的表达式，分别用于估计Dx和Dy的大小：
(1)Dx＝px/m
(2)Dy＝py/n
其中，n和m通常为分别指示x轴和y轴上的选定步长的整数。
在一些实施例中，处理器22被配置为接收由给定传感器243产生的电信号，并响应于所接收到的信号来设置晶片190的旋转速度。须注意，传感器243的采集时间反向取决于感测到的X射线的强度。例如，如果在晶片190的给定区域处接收到的电信号指示感测到的X射线的相对较低强度，则处理器22可以指示控制器在给定区域处使检测器240的运动减速，以便增加光子的通量，从而增加在给定区域处感测到的SBR。
类似地，在晶片190的不同旋转角度处的感测X射线的强度相对高的情况下，处理器22可以指示控制器在不同区域处使检测器240的运动加速，以便增加测量吞吐量。
在一些实施例中，处理器22或检测器240的控制器被配置为控制采集时间，使得检测器240在晶片190上的测量位置上接收到预定义的强度范围。预定义的强度范围实现了足够的强度以获得高SBR，并且还防止了检测器240的各个传感器中的饱和和非线性感测。
在一些实施例中，处理器22被配置为在采集时间t处从给定传感器243采集基于射束222的散射光子的强度的图像。因此，在n×m个子像素的阵列中，处理器22为每个子像素分配t/(m×n)的均匀时间间隔，以便在采集时间t内采集n×m个子图像。
在一些实施例中，处理器22被配置为使用各自的步长Dx和Dy沿着x轴和y轴以光栅图案移动检测器240，以便在跨越单个像素的总面积的检测器240的不同位置处测量每个时间间隔的强度分布。
在一些实施例中，处理器22被配置为将从各个传感器243接收到的n×m个子图像组合成单个像素。处理器22可以将任何适当的方法(诸如但不限于简单的算术插值)或任何适当的图像处理算法应用于接收到的子图像，以便增加组合图像的分辨率(例如，角分辨率)。
在一些实施例中，通过应用子像素步进并组合个子图像以形成具有改善的角分辨率的单个图像，处理器22克服了由各个检测器组件的可用像素大小引起的SAXS系统的分辨率限制。
下面的公式(3)提供了一个表达式，该表达式用于计算像素大小为p的检测器的角分辨率Δθ，该检测器位于距所讨论晶片的距离d处：
(3)Δθ＝p/d
基于172um的典型像素大小，需要约5-6米的距离才能获得大约0.3mrad-0.5mrad的角分辨率。
在一些实施例中，如上所述，通过使用子像素步进并组合n×m个子图像，检测器240与晶片190之间的设计距离可以例如减小到三分之一，例如，减小到小于两米，同时保持所需的角分辨率。
在一些实施例中，处理器22被配置为通过将检测器240的速度增加到能够以足够高的SBR采集子图像的最大水平来减少测量晶片190中所讨论特征的总周期时间，如将要在下文中详细描述的。
散射射束222的强度通常取决于散射对象的电子密度分布p(r)的傅立叶变换。对于弱散射，可以使用公式(4)计算散射幅度“A”：
(4)A(Q)∝∫Vρe(r)exp(-iQ·r)dr
其中，Q是散射矢量并由X射线波长λ以及入射射束130和散射射束222相对于晶片190的各自角度确定。
下面的公式(5)提供了一个众所周知的表达式，该表达式用于计算运动学近似中的散射强度：
(5)I(Q)＝(|A(Q)|)2+Ib(Q)
其中，Ib(Q)是任何来源(诸如荧光或来自晶片中的结构超出了辐射或工具的部分(即狭缝或射束阻挡器)的相干长度的散射)的非相干“背景”强度贡献系统。
电子密度ρe与晶片190的散射对象的折射率“n”有关。下面的公式(6)提供了用于计算折射率n的表达式：
(6)n＝1-δ-iβ
其中，δ和β分别为波物质相互作用的色散和吸收分量。
注意，在硬X射线范围内，对于所有材料的折射率值都接近于1，其中δ的值在10-6的数量级上。
因此，以下公式(7)可用于计算电子密度ρe：
(7)其中，re是等于2.818x10-15米的经典电子半径的值。
在一些实施例中，处理器22被配置为计算物理模型，该物理模型包括上述所讨论的特征的形貌和材料。处理器22被配置为使用任何合适的参数(诸如，数值拟合优度(GOF))在计算的强度和测量的强度之间进行比较，并且调节模型参数以便最小化计算的数据和测量的数据之间的差异。
处理器22拟合的数据集可以包括一个或更多个1D数据集，诸如沿或跨射束130和/或检测器240相对于晶片190或散射的强度图案的一系列2D图像或其组合的不同取向的衍射峰所积分的强度分布。
如上所述，处理器22被配置为通过在晶片190上的不同位置处使用不同的采集时间采集数据来减少所讨论的特征的测量时间。在一些实施例中，处理器22可以在各种条件下通过检测器240应用不同的采集时间。例如，当测量不同类型的特征(例如，几何结构和/或材料)和/或布局(例如，单个特征或特征的密集阵列)和/或射束130与晶片190的表面192之间的角度和/或射束222与检测器240的有效表面之间的角度时。
在一些实施例中，处理器22被配置为调节信号采集时间，以便获得足够的强度，该强度实现从检测器240接收到的电信号的足够高的SBR。具有基于N个计数的平均强度的散射X射线的测量不确定性通常由泊松计数统计数据决定，使得标准误差由√N给出，且部分误差由1/(√N)给出。因此，处理器22可以通过增加计数的数量来减少测量不确定性。
如上所述，处理器22可以在检测器240感测到的射束222的强度高的一些位置减少采集时间，并且在感测X射线的强度较低的其他位置增加采集时间，以便获得足够但不多余的X射线光子计数统计数据。
在替代实施例中，处理器22可以对从检测器240接收到的原始电信号(诸如针对一个或更多个旋转角度的1D强度轮廓和/或2D图像)进行诸如下采样和主成分分析(PCA)的预处理。随后，处理器22可将一种或更多种机器学习算法应用于预处理的数据和可用于评估数据值(诸如(例如，所讨论特征的)电测试数据)的互补数据。
在这些实施例中，处理器22可以使用任何合适类型的机器学习算法，诸如由谷歌(加利福尼亚州山景城)最初开发的TensorFlow开源机器学习框架，来作为使用神经网络进行深度学习的训练板块。
处理器22随后可将基于先前数据集获得的训练后的模型应用于在后续晶片190上测量的数据，以便预测各个被测器件的电性能，或基于在后续晶片190上测量的数据为系统10、30和40的用户提供其他有用的属性。须注意，使用这样的机器学习算法的实施例可能需要高采样，以便开发可靠的基于回归的模型。
在一些实施例中，检测器240包括电子电路(未示出)，该电子电路被配置为区分射束220的低能和高能光子。在一些实施例中，处理器22被配置为减小例如由X射线荧光和高能宇宙射线引起的背景强度。
在其他实施例中，处理器22被配置为使用基于软件的滤波器结合上述子像素分辨率增强来去除许多高能宇宙射线。在这些实施例中，检测器240可以不包括上述基于硬件的宇宙射线区分。
X射线束在撞击在样品上之前的检测
已经发现，在SAXS系统中穿过半导体晶片的直射射束的强度可能不是入射到半导体晶片上之前X射线束的强度的准确量度。入射射束强度的准确测量提高了半导体样品的微观结构的测量质量(诸如临界尺寸)。
例如，当以零(或小的)倾斜角照射半导体晶片的高纵横比(HAR)洞时，来自HAR洞的散射可能会很明显。HAR表示深度与宽度之比，而纵横比超过10：1则被视为高纵横比。
在这种情况下，可以通过将样品旋转某个已知倾斜角并根据I(ω)＝I0*exp[-mu*t/cos(ω)]校正强度来估算直射射束强度，其中，mu是基片(通常为Si)在入射X射线能量下的线性衰减系数，t是基片的厚度。样品的旋转需要大型且复杂的硬件并且非常耗时。
如果散射不是可忽略不计的小(例如，<1％)，则旋转样品比直射射束由于衰减的减小更强地有效降低了散射X射线的强度。
提供了一种系统、计算机程序产品和方法，其在x射线束的路径中选择性地放置传感器(x射线强度检测器)，以便在x射线束到达半导体样品之前测量x射线束的强度。
传感器可以在射束强度监控时段期间定位在x射线束的路径中，并且可以在半导体样品测量时段期间定位在x射线束的路径外。SAXS图案的相对弱的强度可能需要从x射线的路径中移除传感器，以免明显降低射束的强度。
传感器可以被插入到x射线束的路径中并且可以使用任何类型的运动(线性运动、非线性运动(诸如但不限于旋转运动)或非线性运动和线性运动的组合)从所述路径中移除。
线性运动可以沿任何方向，并且旋转运动可以绕任何旋转轴线。
图11-14示出了旋转的各种非限制性示例。在这些图中，传感器702可以由机械机构(在一些图中未示出)保持和移动。机械机构可以是附接到致动器的臂。传感器702可以由任何其他保持和/或移动机构保持和/或移动。
图11的上部示出了x轴运动715、y轴运动715、沿着对x轴和y轴取向的轴线713的线性运动以及各种旋转711、714和715。应当注意，旋转绕支撑传感器的支撑元件进行。仅当这样的旋转将传感器从x射线束的路径移开时，才可以使用绕传感器的中心旋转传感器本身。
图12示出了传感器702在x射线束的路径之外(在“外部位置”)。
图13示出了传感器702在路径x射线束内(由板520形成的孔或微狭缝上方)的各种旋转，板520沿叶片510A和510B可移动，叶片510A和510B沿相应的平移轴线516A和516B可移动。
在图13的上部，传感器702位于孔上方，并且处于测量位置。
图13的中部和下部示出了在外部位置处的传感器702以及在外部位置和测量位置之间的路径(分别为717和718)。
在图13的中部，传感器702在平行于板520的平面的平面中旋转，而在图13的下部，传感器702在垂直于板520的平面的平面中旋转。
可以在与板520的平面具有任何空间关系的任何平面中进行旋转。
图13的上部和中部是顶视图，而图13的下部是侧视图。
图14-16示出了在(a)传感器702和致动器701与(b)微狭缝组件140之间的不同空间关系，微狭缝组件140包括致动器600，致动器600移动叶片550，叶片550包括使用“无散射针孔”技术制造的一系列固定大小的孔。这些图示出了将传感器702定位在x射线束的路径(测量位置)中和x射线束的路径外(外部位置)的运动的各种示例。
图15和图16还示出了当传感器从路径上移开时x射线束的路径。当位于x射线束的路径(测量位置)中时，传感器702与最近的射束整形元件之间的距离可以是例如毫米级的(1mm、几毫米或低于1mm)。可以使用其他距离。类似地，可以使用比图16所示的旋转角度更小的旋转角度，以便使传感器702远离射束整形元件移动毫米距离，以减小机构的整体尺寸。
图17-18示出了图1的系统10，该系统还包括传感器702。
图17和图18提供了在射束整形之后传感器702在x射线束的路径中(图18)和在x射线的路径之外(图17)的相对位置的示例。
图19示出了定位在图4的射束调节组件165之后的传感器702的一个示例。
传感器702可以是能够测量x射线束的强度的任何类型的传感器。例如，传感器可以是硅传感器、砷化镓传感器、CdTe传感器、钉扎二极管(pin diode)等。传感器702可以输出指示x射线束的强度的输出电流或其他物理特性。又根据另一示例，传感器可以是发出强x射线荧光的金属箔，而荧光X射线的强度反映了x射线束的强度。
图20示出了方法905。
方法905包括：
a.步骤915：通过位于x射线束的路径中并且在半导体样品之前的传感器测量x射线束的强度。步骤915在射束强度时段期间发生。步骤915可以包括或可以在将传感器放置在x射线束的路径之前。
b.步骤925：在传感器不在x射线束的路径中时用x射线束照射半导体样品，并检测来自半导体样品的信号(诸如SAXS图案)。步骤925在半导体样品测量时段期间发生。步骤925可以包括或可以在将传感器放置在x射线束的路径之外之前。
c.步骤935：处理在步骤935期间检测到的信号，以提供关于半导体样品的指示，例如半导体样品的测量。
可以执行步骤915、925和935的多次迭代。
例如，这些步骤的迭代可以在晶片的测量期间进行多次。例如，在每个样品倾斜之后。然后强度可以用于归一化测量数据，或被包含在参数模型中以缩放强度，以补偿由于例如温度变化引起的长期漂移。
已经发现，阻挡直射射束改善了散射辐射的测量质量。当在到达半导体样品之前测量x射线束的强度时，直射射束可能被静态射束阻挡器衰减和阻挡或部分阻挡。这简化了系统，因为不需要射束阻挡器在(a)阻挡直射射束的第一位置和(b)不阻挡直射射束或SAXS图案的任何部分的第二位置之间移动。
例如，当使用带有高吸收传感器(诸如厚CdTe或GaAs)的检测器时，任何装置都可能不需要射束阻挡器。
在任何装置中，射束阻挡器都可以被移除以利用短测量来测量直射射束强度，然后被插入以测量来自结构的散射，这会花费多得多的时间，从而通过避免对射束的最强烈部分的长时间暴露来保护检测器免于损坏。
带有XRF传感器的系统
涉及一种以上基于X射线的分析技术的半导体度量工具在本领域中是众所周知的，诸如Vu等人(US 6,381,303)将XRF和XRR组合在一起，特别是SAXS+XRF组合可从Yokin等人(US 7,551,719)、Paris等人(2007)或Beckman等人US9,778,213知晓。该装置可用于利用一种以上的技术使用一个或更多个X射线束和检测器依次或同时进行测量。在以前的SAXS+XRF工具中，检测器由离散的X射线检测器或X射线检测器阵列组成，这些X射线检测器偏离入射X射线束的侧面，如图21所示(x射线131沿垂直于样品190的某个轴线传播，而X射线检测器744位于距样品相对较远的x射线束的一侧且以一定角度定向)。
尽管使用现成的部件方便地实现该配置，但是由于需要将检测器移出入射X射线束的路径，这限制了收集的可能立体角，这连累了在给定时间内此类系统在测量精度方面的性能。
可以在透射几何SAXS工具内提供x射线荧光(XRF)检测器，该x射线荧光检测器解决了由于检测器的收集的有限立体角而导致的性能限制。XRF检测器可以包括一个或更多个硅漂移检测器(SDD)，其在包含允许射束穿过的孔的单个模块上整体制造。
图22示出了XRF检测器750，其包括孔7501和形成单个检测区域7502的一个或更多个SSD。
图22还示出了XRF检测器750'，其包括孔7501和形成多个检测区域7502A、7502B、7502C和7502D的一个或更多个SSD。
独立检测区域的数量、独立区域的形状和/或大小可能与图22中所示的不同。
孔允许x射线束在撞击在样品上之前穿过XRF检测器。
由于检测器并未定位成偏离入射X射线束的侧面，因此可以将其放置在非常靠近样品表面(1-2mm)的位置，并收集从样品发射的荧光X射线的大得多的立体角。
发射的X射线的量化可以为直接提取，诸如对特定能量感兴趣区域(ROI)内的X射线光子数进行计数，或者根据拟合以分离重叠的峰。
可以在组合的透射SAXS和XRF工具中以两种主要方式使用这种设置，如下所公开：
1)放置在晶片背面附近(例如，距晶片背面小于5mm的距离)以测量荧光X射线，诸如来自Si晶片的Si Ka辐射，以便以比现有技术中已知设置更高的精度监控入射射束的强度。
2)放置在晶片正面附近(例如，距晶片正面小于5mm的距离)，以测量从在基片上或基片内图案化的结构(诸如逻辑或存储器结构，包括但不限于FinFET和环绕栅极(GAA)晶体管、DRAM、与非或诸如相变或磁存储器等新型技术)发射的X射线。可以按顺序或同时测量XRF和SAXS信号，并且可以多种方式使用uXRF信号，包括独立使用以监控含W金属的结构内材料的体积，从而量化和监控空洞。
在这两种设置中，XRF检测器都足够小，使得其可以在需要时与样品一起旋转(可选)，以保持与样品表面的紧密距离。例如，这种检测器的示例是PNDetector(德国慕尼黑)制造的Rococo系列。
由于透射SAXS系统中的X射线束具有相对高的能量(通常大于15keV)，因此该入射X射线束只能激发相对高的Z材料(诸如W)。因此，在另一个实施例中，设想第二X射线束可以以与SAXS X射线束不同的能量入射到样品的前部尺寸上。此射束的特性(包括能量、大小和角发散度)可以与SAXS射束不同，并且分别进行优化以从未由SAXS射束有效激发的元素激发荧光。可能的激发包括但不限于来自普通X射线管(诸如Cu、Rh、Mo)的X射线发射。
图23和图24示出了XRF检测器750，其位于样品190的上游，并且允许x射线130穿过XRF检测器750并撞击在样品190上。在图23中，x射线垂直于样品190并且垂直于XRF检测器750，而在图24中，x射线不垂直于样品和XRF检测器750。
XRF检测器很小且因此靠近样品190，其可以随样品旋转。
XRF检测器与样品190的接近度和允许x射线穿过其中的孔使得XRF检测器能够在大立体角范围内收集发射的荧光x射线。大立体角范围可以超过0.5sr，可以约为1sr，或可以超过1sr。
图25示出了样品190、x射线束130和XRF检测器750(具有孔7501)以及照射样品190的第二侧(在穿过孔7501时)的第二x射线束132的示例。在这种情况下，XRF检测器750可以检测从样品190的第二侧上或内部的结构发射的荧光x射线。可以优化第二x射线束132以激发某些感兴趣元素的X射线荧光。
图26和图27示出了系统10，其中XRF检测器750以不同的样品倾斜角定位在样品190的上游。
图28示出了系统10，其中XRF检测器750位于样品190的下游，并且具有第二x射线132，第二x射线132通过XRF检测器750的孔照射样品。
图29和图30示出了系统10，其中检测器702(x射线强度检测器)位于样品上游，XRF检测器750位于样品190下游，并且具有第二x射线束130'，第二x射线束130'通过XRF检测器750的孔照射样品。在图29中，检测器702位于外部位置，并且在图30中，检测器702处于测量位置。
检测整个x射线束可能比对一部分x射线束进行采样更为准确。
图31示出了方法1200。
方法1200可以包括步骤1210、1220、1230、1240、1250和1260。
步骤1210可以包括通过底座保持样品。
步骤1220可以包括将x射线束朝向样品的第一侧引导。
步骤1210可以包括或可以在其之后将XRF检测器放置在距样品的第一侧小于五毫米的范围内。
步骤1210可以包括或可以在其之后将XRF传感器定位在样品的第二侧的下游。
步骤1230可包括通过位于样品的第二侧下游的小角度x射线散射(SAXS)检测器检测由已经透射通过样品并从第二侧离开的x射线形成的SAXS图案的至少一部分。
步骤1210可以包括或者可以在其之后将XRF传感器定位在第二侧的下游，其中步骤1230可以包括检测穿过XRF传感器的孔的SAXS图案的至少一部分。
应当注意，XRF传感器可以通过移动机构在测量位置(在其中执行XRF测量)和外部位置之间移动。
步骤1240可包括通过x射线荧光(XRF)检测器检测从样品发射的荧光x射线。
步骤1250可以包括对检测做出响应。响应可以包括评估样品、评估x射线束特性等。
方法1200还可以包括将XRF定位在样品的上游，并基于由XRF检测器检测到的荧光x射线来确定x射线束的强度。
XRF检测器可以包括孔。x射线束可以穿过孔。
XRF传感器可以位于样品的第一侧的上游。
步骤1220可以包括引导x射线穿过孔。
方法1200还可包括将XRF定位在样品的下游(例如，面向样品的第二侧)，并用可穿过XRF传感器的孔的另一x射线束(1260)照射样品。步骤1260之后可以是步骤1220。
样品可以在不同的时间点期间或在部分重叠的时间段期间同时被x射线束和其他x射线束照射。
XRF检测器可以被成形和定位以在大立体角范围内检测从样品发射的荧光x射线。大立体角范围可以超过0.5sr、可以约为1sr或可以超过1sr。
步骤1240可以包括通过XRF检测器的一个或更多个辐射感测元件检测从样品发射的荧光x射线。
确定HAR洞的取向
可以提供一种用于确定HAR洞的堆叠的阵列中的HAR洞的取向的方法。该确定可以包括生成指示HAR洞的堆叠的阵列中的HAR洞的取向的取向信息。
假设该阵列包括HAR洞的基本上相同的堆叠，并且通过照射阵列获得的小角度X射线散射(SAXS)图案指示每个堆叠的HAR洞的取向。
该方法可以包括相对于晶片的表面确定堆叠的一个或更多个HAR洞的取向。该方法可以包括确定堆叠的HAR洞之间的未对齐。
图32的下部示出了HAR洞的对齐堆叠800的阵列。图32的上部示出了HAR洞的未对齐堆叠800'的阵列。
图33的左侧示出了对齐堆叠800，其包括第一HAR洞801和第二HAR洞802。
在晶片的第一层812中形成第一HAR洞801。
在晶片的第二层814中形成第二HAR洞802。
第一层812的上表面被标记为811。第二层814的底表面被标记为815。第一层812的下表面和第二层的上表面被标记为813。
两个HAR洞相互对齐并且垂直于晶片的第一层812的上表面811。
图33的右侧示出了未对齐堆叠800′，其包括第一HAR洞801和第二HAR洞802。两个洞都不垂直于第一层812的上表面811，并且还相互未对齐(未对齐角MA 823)。
第一HAR洞801相对于法线819以第一角度OR1 821取向。第二HAR洞802相对于法线819以第二角度OR2 822取向。在此示例中，OR1与OR2不同。
图33的底部示出了未对齐堆叠800″，其包括第一HAR洞801和第二HAR洞802。两个HAR洞都不垂直于第一层812的上表面811，并且也相互未对齐。第一HAR洞801相对于法线819以第一角度OR1 821取向。第二HAR洞802相对于法线819以第二角度OR2 822取向。在此示例中，OR1与OR2不同。图33的底部还示出了笔直通过两个洞的笔直通过路径818。路径818取向为与法线819偏离OR3 824。
应当注意，一个HAR洞可以正交于第一表面，而另一个HAR洞可以相对于法线819取向。又例如，堆叠的一个HAR洞可以与堆叠的另一个HAR洞在空间上偏移，使一个HAR洞的中心与堆叠的另一个HAR洞的中心间隔开。
应当注意，每个堆叠可以包括两个以上的HAR洞。
图34示出了SAXS图案1600，其表示辐射强度与传感器的收集角的关系。SAXS图案的中心对应于零收集角。
定义了图案的一个或更多个角度范围。一个或更多个角度范围可以以任何方式和/或通过任何实体来定义。
一个或更多个角度范围可以是固定的、可以随时间变化、可以使用机器学习来定义或者可以以任何其他方式来定义。可以选择角度范围以提供取向信息。
对于阵列和照射X射线之间的不同角度关系，获得了不同的SAXS图案。可以通过旋转阵列和/或通过绕旋转轴线旋转X射线来获得不同的角度关系。
图53示出了当照射两个水平的HAR洞的阵列时获得的2D小角度X射线散射(SAXS)图案的示例，该图案示出了由于洞的顶部和底部水平之间的平面内空间偏移而引起的干涉图案。x和y方向上的偏移值分别表示为X JS和Y JS。
该方法可以包括针对不同的SAXS图案中的每个图案，计算一个或更多个角度范围中的每个角度范围内的强度和。
该方法还可以包括：计算以下项之间的一个或更多个关系(角度-强度和关系)：(ii)与不同SAXS图案的一个或更多个角度范围有关的一个或更多个强度和(与不同角度关系有关)，以及(ii)照射x射线和样品之间的不同角度关系。
可以处理这些一个或更多个角度-强度和关系，以提供取向和n平面偏移信息。
X射线散射的强度与散射结构相对于其周围环境的电子密度差成比例。因此，关系的和可以具有对应于第一HAR洞的取向的第一峰和对应于第二HAR洞的取向的第二峰。
可以存在第三峰(未示出-位于第一峰和第二峰之间)，该第三峰表示x射线经过笔直通过路径的通路。
应当注意，在某些情况下，可以合并不同的峰(例如-当峰彼此之间的距离不够远时)。
角度-强度和关系的处理可以包括将角度-强度和关系与(HAR洞的已知堆叠的)一个或更多个参考角度-强度和关系进行比较，可以包括将神经网络/深度学习/机器学习应用于角度-强度和关系，以任何其他方式提供取向和/或空间偏移信息或从角度-强度和关系中提取取向信息。该处理可以包括利用倾斜角的有限子集而不仅仅是不同峰的物理建模，而且相干地照射洞的两个阵列处的干涉图案。
可以将不同阵列的角度-强度和关系进行相互比较。
图35(从上到下)示出了三个角度-强度和关系：
对于对齐堆叠以及对于第一角度范围1601获得的第一角度-强度和关系1611。
对于对齐堆叠以及对于第二角度范围1602获得的第二角度-强度和关系1612。
对于对齐堆叠以及对于第三角度范围1603获得的第三角度-强度和关系1613。
图36(从上到下)示出了三个角度-强度和关系：
对于未对齐堆叠(没有笔直通过路径)以及对于第一角度范围1601获得的第四角度-强度和关系1621。
对于未对齐堆叠(没有笔直通过路径)以及对于第二角度范围1602获得的第五角度-强度和关系1622。
对于未对齐堆叠(没有笔直通过路径)以及对于第三角度范围1603获得的第六角度-强度和关系1623。
第五和第六角度-强度和关系包括两个不同的峰，因此传达了比第四角度-强度和关系更多的取向信息。
图37示出了两个角度-强度和关系：
对于对齐堆叠以及对于第一角度范围1601获得的第七角度-强度和关系1631。
对于未对齐堆叠(没有笔直通过路径)以及对于第一角度范围1601获得第八角度-强度和关系1632。
第七和第八角度-强度和关系都具有单个峰，但彼此不同，并可以提供堆叠是对齐还是未对齐的指示。
可通过进一步处理，例如，将这些角度-强度和关系与已知堆叠的参考角度-强度和关系进行比较，从第七和第八角度-强度和关系获得更详细的取向信息。
取向信息可以通过可以包括利用倾斜角的有限子集而不仅仅是不同峰的物理建模而且相干地照射了洞的两个阵列处的干涉图案来获得。
图38示出了方法1700。
方法18可以包括步骤1710、1720、1730和1740。步骤1710之后是步骤1720。步骤1720之后是步骤1730。步骤1730之后是步骤1740。
步骤1710：针对晶片和照射X射线之间的不同角度关系获得不同的SAXS图案。可以通过旋转阵列和/或通过绕旋转轴线旋转X射线来获得不同的角度关系。
步骤1720：对于不同的SAXS图案中的每个SAXS图案，计算一个或更多个角度范围中的每个角度范围内的强度和。
步骤1730：计算以下项之间的一个或更多个关系(角度-强度和关系)：(i)与不同SAXS图案的一个或更多个角度范围有关的一个或更多个强度和(与不同角度关系有关)以及(ii)照射x射线和样品之间的不同角度关系。
步骤1740：处理一个或更多个角度-强度和关系以提供取向信息。
方法1700可以由获得SAXS图案的装置执行，或者可以由不属于所述装置的计算机计算。
提取与HAR洞的阵列有关的信息。
可以提供用于提取关于HAR洞的阵列的信息的装置、方法和计算机程序产品。
可以提供一种装置、方法和计算机程序产品，该装置、方法和计算机程序产品可以基本上从SAXS图案中去除由不同于HAR洞的阵列的其他结构引起的x射线束的散射的贡献(其他结构可以是例如，与HAR阵列的HAR洞的间距有很大不同的结构、具有与阵列的HAR洞可能有很大不同高度的结构、可以形成非重复结构的其他结构、可以是一个或更多个附加重复结构)，因此SAXS图案更能代表HAR洞的阵列引起的散射。为了简化说明，假定这些其他结构是一个或更多个附加重复结构。HAR洞是HAR结构的非限制性示例。
该方法可以用于从SAXS图案中基本上去除其他噪声，诸如但不限于来自位于有效区域后面的检测器的电子器件的散射。到达有效区域的散射图案的至少一部分穿过该有效区域，到达电子器件，并且可以朝着该有效区域(由电子器件)反向散射。
来自电子器件的散射仅仅是可以从SAXS图案中去除的噪声的非限制性示例。这样的散射可能是微不足道的，并且该方法、系统和计算机程序产品可以作必要的变通以应用于其他噪声和/或即使在这种散射不明显的情况下也可以应用。
可以提供一种装置、方法和计算机程序产品，其可以通过将半导体样品的其他散射元素(诸如一个或更多个附加重复结构)视为“背景”辐射源来分析复杂结构(诸如HAR洞)。在简化模型中，强度假定为来自HAR洞的强度与来自一个或更多个附加重复结构(称为底层)的强度的不相干和，即I_总(q)＝I_HAR(q)+I_底层(q)+I_系统(q)＝I_HAR(q)+I_有效背景(q)。
HAR洞的分析可能需要可靠的模型(由于底层的复杂性或未知而可能无法实现)或I_底层(q)+I_系统(q)的估计。
为了估计该“背景”强度分布，可以在x射线束和半导体样品之间引入相对倾斜(例如，通过绕ω轴线旋转半导体样品)，以使其足够高，以使I_HAR(q)～0，通常在5-10度范围内(不是硬范围，而是示例)的某处。
然后，可以直接使用这些数据，也可以使用非线性回归拟合这些数据，以给出涉及峰值函数的参数模型，诸如X射线分析中遇到的峰值函数，例如Gaussian、Lorenzian、Pseudo-Voigt或Pearson-VII之和。当无法使用常见的峰值函数很好地对其进行建模时，直接使用经验背景可能是有利的，例如，可能是系统中狭缝的散射强度的情况。
一旦确定了该“有效背景”模式的参数，则它们将保持恒定或仅略有变化，然后将强度贡献以低倾斜角添加到I_HAR(q)，以便对总的散射强度分布进行建模。
通过考虑底层的强度，我们可以获得对HAR洞分析的更准确结果。
图39示出了方法1900。
方法1900可以从在半导体元件和x射线束之间引入第一角度关系的步骤1910开始。
步骤1910之后可以为步骤1920，其以x射线束照射半导体对象，同时保持第一角度关系并通过传感器检测第一SAXS图案。
在保持第一空间关系的同时，x射线束(在撞击在半导体元件上之前)与HAR洞对齐(或基本上对齐)，并且正交于(或基本上正交于)一个或更多个附加重复结构的纵轴。
在保持第一空间关系的同时，传感器感测第一SAXS图案，该图案具有向后散射的辐射分量(从电子器件向后散射)，并且还包括受HAR洞的阵列和受一个或更多个附加重复结构影响很大的散射图案。
步骤1920之后可以是在半导体元件和x射线束之间引入第二角度关系的步骤1930。
步骤1930之后可以是步骤1940，其以x射线束照射半导体对象，同时保持第二角度关系并通过传感器检测第二SAXS图案。
在保持第二空间关系的同时，x射线束(在撞击在半导体元件上之前)与HAR洞未对齐(或基本上对齐)，并且相对于一个或更多个附加重复结构的纵轴倾斜(或基本上倾斜)。
在保持第二角度关系的同时，保持第二空间关系，传感器感测第二SAXS图案，该图案具有向后散射的辐射分量(从电子器件向后散射)，并且还包括仍然受到一个或更多个附加重复结构影响很大但受HAR洞的阵列的影响较小的散射图案。
步骤1940之后是步骤1950，该步骤在第一SAXS图案和第二SAXS图案之间进行比较以生成关于HAR洞的阵列的信息。
特别地，步骤1950可以包括从第二SAXS图案中减去第一SAXS图案以提供表示由HAR洞的阵列对x射线束的散射的SAXS图案。
可以通过旋转x射线束和半导体对象中的至少一者来执行角度关系的改变。
第一空间关系的保持可以与x射线束和半导体对象之间的第一角度范围相关联。已经发现，当HAR洞的纵横比超过10：1(例如可以为40：1)时，第一角度范围可以从完美对齐开始在正2度和负2度之间的范围内。
第二空间关系的保持可以与x射线束和半导体对象之间的第二角度范围相关联。已经发现，当HAR洞的纵横比超过10：1(例如可以为40：1)时，第二角度范围可以包括与完美对齐至少2度或3度的偏差。
可替代地或另外地，该方法可以包括将样品平移到不包含HAR洞的样品的一部分，诸如切割线测试垫；以及获得受HAR洞的阵列影响较小的附加SAXS图案。
第二SAXS图案和/或附加SAXS图案可用于提供SAXS图案，该图案可以是可以与(第一SAXS图案)一起使用以隔离HAR洞的阵列对SAXS图案的贡献的背景SAXS图案。
图40示出了诸如半导体对象的样品的示例。
半导体对象包括HAR洞1882的阵列和一个或更多个附加重复结构，诸如晶体管1884(2)和互连1884(1)。HAR洞1882可以位于垂直与非(或3D与非)存储器阵列内的多个层之间。
形成一个或更多个附加重复结构的结构元件的纵横比远小于HAR洞的纵横比。这些结构元件(沿x轴)可以比HAR洞要薄得多。因此，归因于HAR洞的散射比归因于一个或更多个附加重复结构的散射对旋转敏感得多。
图41示出了半导体对象的和X射线散射测量装置的某些部分的示例。在该图中，在x射线1852和半导体对象1880之间保持第一角度关系。
在图41中，HAR洞1882和一个或更多个附加重复结构(共同标记为1884)散射x射线以提供由于HAR洞的阵列以及一个或更多个附加重复结构对x射线束的散射而生成的散射图案1854。
传感器1820具有有效区域1822和电子器件1824。电子器件反向散射辐射以提供反向散射辐射1856。
传感器1820感测第一SAXS图案，该图案具有(从电子器件反向散射的)反向散射的辐射分量，并且还包括由于HAR洞的阵列以及一个或更多个附加重复结构对x射线束的散射而生成的散射图案。
图42示出了半导体对象的和x射线散射测量装置的某些部分的示例。在该图中，在x射线1852和半导体对象1880之间保持第二角度关系。
在图42中，HAR洞1882几乎不影响第二SAXS图案，而一个或更多个附加重复结构(共同标记为1884)散射x射线，以提供由于一个或更多个附加重复结构对x射线束的散射而生成的散射图案1854。
电子器件1824反向散射辐射以提供反向散射辐射1856。
传感器1820感测第二SAXS图案，该图案具有(从电子器件反向散射的)反向散射的辐射分量，并且还包括由于一个或更多个附加重复结构对x射线束的散射而生成的散射图案。
从不同角度评估对象
可以提供用于从不同角度检查半导体对象的装置、方法和计算机程序产品。
半导体对象包括结构元件的阵列。这些结构元件的电子密度与其周围环境的电子密度基本上不同。这些结构元件具有特定方向的纵轴，并且表现出高纵横比(HAR)。
结构元件的非限制性示例是HAR洞，填充的HAR洞或未填充的HAR洞。注意，结构元件可以不同于HAR洞。为了简化说明，假定结构元件为HAR洞。
当X射线与结构对齐时，发生最强烈的散射(最强的SAXS图案)，这是因为这是使净路径最小化从而使阵列中对象之间的相位差最小化的方向，并从而最小化由相消干涉对强度的降低。在此“前向”方向上，由于高强度，存在可见的最高数量的衍射峰，因此在两个方向(沿x轴和y轴)都获得良好的角分辨率可能是有益的。
偏离此设置的角偏移(在命中半导体对象之前)会提供较低质量的SAXS图案。
根据本发明的实施例，可以提供一种方法，该方法根据x射线束和半导体对象之间的角度关系来确定一个或更多个x射线束参数(诸如，x射线束的形状和/或大小)。
例如，当x射线束与HAR洞对齐(在命中半导体对象之前)(假设传感器和半导体对象彼此平行)时，x射线束可以在x轴和y轴两者上准直。例如，这将导致x射线束在传感器的平面、半导体对象的平面和x射线源的输出(例如在形成射束横截面的狭缝微平面)处的圆形横截面。
所建议的系统和方法可以改变照射样品的角度范围而不改变(样品上的)照射区域。在一定的空间关系下，在与特征/样品正交的射束附近可存在低范围的入射角(准直射束)，而在另一个空间关系(例如较大倾斜度)下，可能会增加角度范围。在两种情况下，例如通过将x射线束聚焦在斑点上都可以将(样品上的)斑点保持在相对小的区域处。位于光学器件之前和朝向源的样品之前的狭缝(孔)可以被增加以增加角度范围。另外，所建议的系统和方法可以通过改变光学器件之前和样品之前的狭缝的孔的大小来改变照射区域而不改变照射样品的角度范围。
假设半导体对象相对于检测器并且相对于x射线束旋转，x射线束可以沿x轴准直，而在传感器平面处和x射线源的输出处沿y轴不准直，并且具有椭圆的形状。在半导体对象的平面上，x射线束为圆形的。
椭圆的偏心度随角度未对齐而变化。
入射角的较大范围可以增加SAXS图案的强度，但可以增加SAXS图案的衍射级之间的重叠。随着倾斜角的增加而发生的重叠可以被容忍并且是有益的，因为可以通过使用以较小的角度未对齐获得的较少重叠甚至非重叠的SAXS图案获得的SAXS图案来补偿重叠。
对于较高的倾斜角，强度增益可以优于在角分辨率上的损失，因为与样品的低倾斜角相比，衍射峰更少，并且它们具有相对低的强度。
可以以各种方式来执行样品处的角度照射范围的变化，例如，通过使用可调的形状和/或大小的孔，通过在形状和/或大小互不相同的孔之间进行选择，通过使用针对准直射束和聚焦射束等而优化的不同反射和/或衍射光学器件。
x射线束的参数(例如，x射线束的椭圆形横截面的大小和/或偏心率)可以是基于以下中至少一者的集合：
x射线束与HAR洞和x射线束对齐的特定方向之间的偏角。例如，射束的大小可以随着样品角度的增加而减小，以便在样品上保持恒定的照射面积，这对于小型测试垫结构可能是重要的。另外，当X射线束基本上平行于HAR洞的轴线时，可以减小X射线束的发散度(提高分辨率)，以便清楚地分辨出各个衍射级并增加对用于评估HAR洞的平均形状的较高发散度不可访问的阵列内无序的敏感性。例如，对于面内间距约为150nm的HAR洞，典型高分辨率发散度可以为约0.2mrad，而用于评估平均形状的高通量发散度可以为大约0.4-0.5mrad。
感测到的SAXS图案的任何测量和/或估计的参数(诸如但不限于SAXS图案的测量和/或估计的SNR)。例如，可以在一个方向上调节X射线束的发散角，以在测量在样品的平面中的两个方向上均不需要高分辨率的2D结构(诸如HAR沟槽)时显著提高入射通量，从而提高准确性/精度或吞吐量，以确定结构的形状。
SAXS图案的不同波瓣之间的预期重叠取决于结构相对于入射X射线束的发散度的间距，较小的间距结构在相邻衍射级之间具有较大间隔，因此可以受益于通量比大间距结构更高的较高发散度的射束。例如，对于间距约为150nm的3D与非通道洞，间距<100nm的动态随机存取存储器(DRAM)电容器结构的散射可以使用更高发散度(例如>0.5mrad)有利地测量，其中发散度>0.5mrad将导致相邻衍射级之间的明显重叠，这将降低后面结构的轮廓的准确性和精度。
在先前测量中已经获得了信息，特别是当在先前测量期间x射线束与半导体对象之间存在一个或更多个不同的角度关系时获得的信息。信息
半导体对象的结构的重要性和/或优先级，或者可能存在于SAXS图案的波瓣之间的重叠区域中的信息的相关性。例如，在垂直堆叠HAR洞的两个阵列的情况下，相比于由于与相邻衍射级之间的间隔相比具有相当低频率的干涉图案而需要洞的准确形状的情况，可以使用具有增加的发散度、更高通量和更高吞吐量的射束来确定有关阵列之间的面内偏移的信息(参见图53)。
应当注意，x射线束的形状可以是椭圆形或非椭圆形，可以是多边形、弯曲形状等。
应当注意，x射线束能量密度可以从一个测量到另一个测量改变。
图43示出了方法1000。
方法1000可以从步骤1010开始，该步骤1010接收或确定x射线束的参数(诸如但不限于强度、发散度、形状和大小中的至少一者)，并确定半导体元件与x射线束之间的角度关系。
步骤1010之后可以是在半导体元件和x射线束之间引入角度关系的步骤1020。
步骤1020之后可以是步骤1030，步骤1030在保持角度关系的同时，通过具有参数的x射线束照射半导体对象，并通过传感器检测SAXS图案(或任何其他信号)。
步骤1030之后可以是步骤1010，在步骤1010期间，该方法可以改变(a)x射线束的一个或更多个参数和(b)角度关系中的至少一者。
可以执行步骤1010-1030的多次迭代。
步骤1010的确定可以响应于步骤1030的结果。例如，可以处理和/或分析SAXS图案(或任何其他信号)以确定SAXS图案(或任何其他信号)的一个或更多个参数。
步骤1010可以包括基于以下至少一者来确定x射线束的参数(例如，椭圆形横截面的尺寸和/或偏心率)：
a.偏角。
b.感测到的SAXS图案的任何测量和/或估计的参数(诸如但不限于SAXS图案的测量和/或估计的SNR)。
c.SAXS图案的不同波瓣之间的预期重叠。
d.在先前的测量中已经获得的信息-当在x射线束与半导体对象之间存在一个或更多个不同的角度关系时。
e.半导体对象的结构的重要性和/或优先级。
f.可存在于SAXS图案的波瓣之间的重叠区域中的信息的相关性。
例如，
x射线束与其中HAR洞和x射线束对齐的特定方向之间的偏角。例如，射束的大小可以随着样品角度的增加而减小，以便在样品上保持恒定的照射面积，这对于小型测试垫结构可能是重要的。另外，当X射线束基本上平行于HAR洞的轴线时，可以减小X射线束的发散度(提高分辨率)，以便清楚地分辨出各个衍射级并增加对用于评估HAR洞的平均形状的较高发散度不可访问的阵列内无序的敏感性。例如，对于面内间距为约150nm的HAR洞，典型高分辨率发散度可以为约0.2mrad，而用于评估平均形状的高通量发散度可以为大约0.4-0.5mrad。
感测的SAXS图案的任何测量和/或估计的参数(诸如但不限于SAXS图案的测量和/或估计的SNR)。例如，可以在一个方向上调节X射线束的发散角，以在测量在样品的平面中的两个方向上均不需要高分辨率的2D结构(诸如HAR沟槽)时，显著提高入射通量，从而提高准确性/精度或吞吐量，以确定结构的形状。
SAXS图案的不同波瓣之间的预期重叠取决于结构相对于入射X射线束的发散度的间距，其中较小的间距结构在相邻衍射级之间具有较大间隔，因此可以受益于具有比大间距结构更高通量的较高发散度的射束。例如，对于间距约为150nm的3D与非通道洞，间距>100nm的动态随机存取存储器(DRAM)电容器结构的散射可以使用更高的发散度(例如>0.5mrad)有利地测量，其中发散度>0.5mrad将导致相邻衍射级之间的明显重叠，这将降低后面结构的轮廓的准确性和精度。
在先前的测量中已经获得信息，特别是当在先前的测量期间x射线束与半导体对象之间存在的一个或更多个不同的角度关系时获得的信息。信息
半导体对象的结构的重要性和/或优先级，或者可能存在于SAXS图案的波瓣之间的重叠区域中的信息的相关性。例如，在垂直堆叠HAR洞的两个阵列的情况下，相比于由于与相邻衍射级之间的间隔相比具有相当低频率的干涉图案而需要洞的准确形状的情况，可以使用具有增加的发散度、更高通量和更高吞吐量的射束来确定有关阵列之间的面内偏移的信息(参见图53)。
应当注意，在步骤1010-1030的一次或更多次迭代期间，可以用在特定方向上传播的x射线照射半导体对象。
图44示出了半导体对象的示例。
半导体对象包括HAR洞1882的阵列。HAR洞1882可以位于垂直与非(或3D与非)存储器阵列或测试结构内的多个层之间。
图45示出了半导体对象的和X射线散射测量装置的某些部分的示例。在该图中，在x射线1852和半导体对象1880之间保持第一角度关系。
在图45中，HAR洞1882散射x射线以提供由于HAR洞的阵列对x射线束的散射而生成的散射图案854。
图46示出了半导体对象的和x射线散射测量装置的某些部分的示例。在该图中，在x射线1852和半导体对象1880之间保持第二角度关系。
图47-52示出了在(a)微狭缝140的平面140'、(b)半导体对象190的平面190'和(c)传感器140的平面124'处的x射线束的横截面。
图47-50示出了四个角度关系的四个示例，从对齐开始(图47，在三个平面124'、190'和140'处的圆形横截面1011、1021和1031)，继续是在图48、图49和图50中不断增大的偏心率的椭圆形横截面(对应于增加的未对齐)(在平面124'处的椭圆形横截面1012、1013和1014，在平面140'处的椭圆形横截面1032、1033和1034)和在半导体平面190'处的圆形横截面1022、1023和1024。
图51示出了当入射射束与HAR洞对齐时获得的非重叠SAXS图案1041，并且还示出了当入射射束与HAR洞未对齐时获得的重叠SAXS图案1042。
图52示出了在较高平铺的情况下获得的SAXS图案1043，该图示出了较高的发散度和较小的强度。
可以提供一种x射线装置，该x射线装置可以包括可以被配置为保持样品的底座；x射线源，其可以被配置为将x射线束引向样品的第一侧；检测器，其位于样品的第二侧的下游，该检测器可以被配置为在样品测量时段期间检测已经透射通过样品的x射线的至少一部分；以及x射线强度检测器，其可以在射束强度监控时段期间位于可以位于x射线源与样品的第一侧之间的测量位置处，以便检测x射线束到达样品之前的x射线束的至少一部分。
样品测量时段和射束强度监控时段不重叠。
当位于测量位置处时，x射线强度检测器可以被配置为接收整个x射线束。
x射线装置可以包括机械机构，该机械机构可以被配置为在(a)测量位置和(b)x射线强度检测器可以位于x射线束的路径外部的外部位置之间移动x射线强度检测器。
机械机构可以被配置为通过在可以平行于样品的第一侧的平面的平面内的旋转运动在测量位置和外部位置之间移动x射线强度检测器。
机械机构可以被配置为通过在可以不平行于样品的第一侧的平面的平面内的旋转运动在测量位置和外部位置之间移动x射线强度检测器。
机械机构可以被配置为通过在可以平行于样品的第一侧的平面的平面内的线性运动在测量位置和外部位置之间移动x射线强度检测器。
机械机构可以被配置为通过在可以不平行于样品的第一侧的平面的平面内的线性运动在测量位置和外部位置之间移动x射线强度检测器。
x射线装置可以包括位于测量位置上游的射束限制器，其中，该射束限制器可以包括至少一个机械元件，该至少一个机械元件被配置为确定x射线束的形状和x射线束的横截面的大小中的至少一者。
机械机构可以被配置为通过可以平行于至少一个机械元件的运动在测量位置和外部位置之间移动x射线强度检测器。
机械机构可以被配置为通过可以不平行于至少一个机械元件的运动在测量位置和外部位置之间移动x射线强度检测器。
射束限制器可以包括第一和第二叶片，第一和第二叶片具有相互靠近定位的第一边缘和第二边缘，以在距样品的第一侧小于mm的距离处限定狭缝，x射线的射束将穿过该狭缝；以及第一致动器和第二致动器，其可以被配置为沿着相应的第一平移轴线和第二平移轴线移动第一叶片和第二叶片，以便调节狭缝的宽度。
样品测量时段和射束强度监控时段部分重叠。
x射线装置可以是半导体度量工具。
可以提供一种方法，该方法可以包括：通过底座保持样品；将x射线束引向样品的第一侧；在样品测量时段期间，通过位于样品的第二侧下游的检测器，检测已经透射通过样品并通过第二侧出射的x射线的至少一部分；以及在射束强度监控时段期间，通过位于可位于x射线源和样品的第一侧之间的测量位置处的x射线强度检测器，在x射线束到达样品之前检测x射线束的至少一部分。
样品测量时段和射束强度监控时段不重叠。
当位于测量位置处时，x射线强度检测器可以被配置为接收整个x射线束。
该方法可以包括机械机构，该机械机构可以被配置为在(a)测量位置和(b)x射线强度检测器可以位于x射线束的路径外部的外部位置之间移
动x射线强度检测器。
该方法可以包括通过在可以平行于样品的第一侧的平面的平面内的旋转运动在测量位置和外部位置之间移动x射线强度检测器。
该方法可以包括通过在可以不平行于样品的第一侧的平面的平面内的旋转运动在测量位置和外部位置之间移动x射线强度检测器。
该方法可以包括通过在可以平行于样品的第一侧的平面的平面内的线性运动在测量位置和外部位置之间移动x射线强度检测器。
该方法可以包括通过在可以不平行于样品的第一侧的平面的平面内的线性运动在测量位置和外部位置之间移动x射线强度检测器。
该方法可以包括：通过位于测量位置上游并且可以包括至少一个机械元件的射束限制器来确定x射线束的形状和x射线束的横截面的大小中的至少一者。
该方法可以包括通过可以平行于至少一个机械元件的运动在测量位置和外部位置之间移动x射线强度检测器。
该方法可以包括通过可以不平行于至少一个机械元件的运动在测量位置和外部位置之间移动x射线强度检测器。
射束限制器可以包括第一和第二叶片，第一和第二叶片具有相互靠近定位的第一边缘和第二边缘，以在距样品的第一侧小于mm的距离处限定狭缝，x射线的射束将穿过该狭缝；以及第一致动器和第二致动器，其中，该方法可以包括通过第一致动器和第二致动器使第一叶片和第二叶片沿着相应的第一平移轴线和第二平移轴线移动，以便调节狭缝的宽度。
样品测量时段和射束强度监控时段部分重叠。
可以提供一种非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质可以存储指令，该指令用于：通过底座保持样品；将x射线束引向样品的第一侧；在样品测量时段期间，通过位于样品的第二侧下游的检测器，检测已经透射通过样品并通过第二侧出射的x射线的至少一部分；以及在射束强度监控时段期间，通过位于可位于x射线源和样品的第一侧之间的测量位置处的x射线强度检测器，在x射线束到达样品之前检测x射线束的至少一部分。
可以提供一种x射线装置，该x射线装置可以包括可以被配置为保持样品的底座；x射线源，其可以被配置为将x射线束引向样品的第一侧；小角度x射线散射(SAXS)检测器，其可以定位在样品的第二侧的下游，并被配置为检测由已透射通过样品并通过第二侧出射的x射线形成的SAXS图案的至少一部分；以及x射线荧光(XRF)检测器，其可以被配置为检测从样品发射的荧光x射线；其中，XRF检测器可以包括孔。
XRF传感器可以位于样品的第一侧的上游。
XRF检测器可以包括孔，并且其中x射线源可以被配置为引导x射线束穿过孔。
XRF检测器可位于距离样品的第一侧小于五毫米的范围内。
XRF传感器可以位于样品的第二侧的下游。
孔的形状和大小可以设置成使得SAXS图案的至少一部分能够到达SAXS检测器。
该装置可以包括附加的x射线源，其可以被配置为引导另一x射线束穿过孔。
XRF检测器可以被成形和定位以在大立体角内检测从样品发射的荧光x射线。
XRF检测器可以包括至少一个独立的辐射感测段。
XRF检测器可以包括至少一个独立的硅漂移检测器。
可以提供一种方法，该方法可以包括通过底座保持样品；将x射线束引向样品的第一侧；由可以定位在样品的第二侧下游的小角度x射线散射(SAXS)检测器检测由已透射通过样品并通过第二侧出射的x射线形成的SAXS图案的至少一部分；以及由x射线荧光(XRF)检测器检测从样品发射的荧光x射线；其中，XRF检测器可以包括孔。
XRF传感器可以位于样品的第一侧的上游。
XRF检测器可以包括孔，并且其中，该方法可以包括通过x射线源引导x射线束穿过孔。
XRF检测器可位于距离样品的第一侧小于五毫米的范围内。
XRF传感器可以位于样品的第二侧的下游。
孔的形状和大小可以设置成使得SAXS图案的至少一部分能够到达SAXS检测器。
该装置可以包括附加的x射线源，其可以被配置为引导另一x射线束穿过孔。
XRF检测器可以被成形和定位以在大立体角内检测从样品发射的荧光x射线。
XRF检测器可以包括至少一个独立的辐射感测段。
XRF检测器可以包括至少一个独立的硅漂移检测器。
可以提供一种非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质可以存储指令，该指令用于：通过底座保持样品；将x射线束引向样品的第一侧；由可以定位在样品的第二侧的下游的小角度x射线散射(SAXS)检测器检测由已透射通过样品并通过第二侧出射的x射线形成的SAXS图案的至少一部分；以及由x射线荧光(XRF)检测器检测从样品发射的荧光x射线；其中，XRF检测器可以包括孔。
可以提供一种用于确定样品的高纵横比(HAR)结构的阵列的取向的方法，该方法可以包括：针对样品与照射样品的x射线束之间的不同角度关系或平面内空间关系中的至少一者获得不同的小角度x射线散射(SAXS)图案；其中，每个SAXS图案表示由SAXS传感器检测到的散射x射线的角强度分布；对于至少一些不同SAXS图案，计算在角强度分布的至少一个角度范围内的强度的至少一个和，以提供第一多个和；并且至少基于第一多个和来确定HAR洞的阵列的取向。
该确定可以包括将第一多个和与可以与HAR洞的阵列的已知取向相关联的参考和进行比较。
该计算可以包括针对所有不同SAXS图案计算在至少一个角度范围内的强度的至少一个和。
该计算可以包括针对一个或更多个不同SAXS图案计算在角强度分布的两个或更多个角度范围内的强度的两个或更多个和。
获得不同SAXS图案可以包括相对于照射样品的x射线束旋转样品以提供不同SAXS图案。
获得不同SAXS图案可以包括相对于样品旋转照射样品的x射线束以提供不同SAXS图案。
可以提供一种非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质可以存储指令，该指令用于：针对可以包括高纵横比(HAR)洞的阵列的样品与照射样品的x射线束之间的不同角度关系和/或平面内空间关系获得不同的小角度x射线散射(SAXS)图案；其中，每个SAXS图案表示由SAXS传感器检测到的散射x射线的角强度分布；对于至少一些的不同SAXS图案，计算在角强度分布的至少一个角度范围内的强度的至少一个和，以提供第一多个和；并且基于第一多个和来确定HAR洞的阵列的取向。
该确定可以包括将第一多个和与可以与HAR洞的阵列的已知取向相关联的参考和进行比较。
该计算可以包括针对所有的不同SAXS图案计算在至少一个角度范围内的强度的至少一个和。
该计算可以包括针对一个或更多个不同SAXS图案计算在角强度分布的两个或更多个角度范围内的强度的两个或更多个和。
获得不同SAXS图案可以包括相对于照射样品的x射线束旋转样品以提供不同SAXS图案。
获得不同SAXS图案可以包括相对于样品旋转照射样品的x射线束以提供不同SAXS图案。
可以提供一种装置，该装置可以包括可以被配置为保持可以包括高纵横比(HAR)洞的阵列的样品的底座；x射线光学器件，其可以被配置为针对样品与照射样品的x射线束之间的不同角度关系获得不同的小角度x射线散射(SAXS)图案；其中，每个SAXS图案表示由SAXS传感器检测到的散射x射线的角强度分布；处理器，其可以被配置为(a)对于至少一些不同SAXS图案，计算在角强度分布的至少一个角度范围内的强度的至少一个和，以提供第一多个和；并且(b)基于第一多个和来确定HAR洞的阵列的取向。
该确定可以包括将第一多个和与可以与HAR洞的阵列的已知取向相关联的参考和进行比较。
该计算可以包括针对所有的不同SAXS图案计算在至少一个角度范围内的强度的至少一个和。
该计算可以包括针对一个或更多个不同SAXS图案计算在角强度分布的两个或更多个角度范围内的强度的两个或更多个和。
获得不同SAXS图案可以包括相对于照射样品的x射线束旋转样品以提供不同的SAXS图案。
获得不同SAXS图案可以包括相对于样品旋转照射样品的x射线束以提供不同SAXS图案。
可以提供一种用于确定样品的高纵横比(HAR)结构的阵列的取向和形状的方法，该方法可以包括在x射线束可以基本上平行于阵列的HAR洞时，用x射线束照射样品；其中，样品还可以包括一个或更多个附加重复结构；其中，形成一个或更多个附加重复结构的结构元件的纵横比可以远小于HAR洞的纵横比；由SAXS检测器感测第一小角度x射线散射(SAXS)图案；改变样品与x射线束的光轴之间的空间关系；在x射线束可以基本上倾斜于阵列的HAR洞时，用x射线束照射样品；由SAXS检测器感测第二SAXS图案；确定第一SAXS图案和第二SAXS图案之间的关系；并基于第一SAXS图案和第二SAXS图案之间的关系，生成有关HAR洞的阵列的信息。
一个或更多个附加重复结构可以基本上平行于HAR洞的阵列。
空间关系的改变可以包括改变x射线束与样品之间的空间关系，以基本上消除阵列对第二SAXS图案的影响。
空间关系的改变可以包括旋转样品。
空间关系的改变可以包括旋转x射线束。
该方法可以包括基于该关系估计附加重复结构和反向散射的x射线辐射的组合效果。
通过与和HAR洞的纵轴的完美对齐偏离至多两度，x射线束可以基本上平行于阵列的HAR洞。
可以提供一种非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质可以存储指令，该指令用于在x射线束可以基本上平行于属于样品的HAR洞的阵列的高纵横比(HAR)洞时，利用x射线束照射样品；其中，样品还可以包括一个或更多个附加重复结构；其中，形成一个或更多个附加重复结构的结构元件的纵横比可以远小于HAR洞的纵横比；由SAXS检测器感测第一小角度x射线散射(SAXS)图案；改变样品与x射线束的光轴之间的空间关系；在x射线束可以基本上倾斜于阵列的HAR洞时，用x射线束照射样品；由SAXS检测器感测第二SAXS图案；确定第一SAXS图案和第二SAXS图案之间的关系；基于第一SAXS图案和第二SAXS图案之间的关系，生成有关HAR洞的阵列的信息。
一个或更多个附加重复结构可以基本上平行于HAR洞的阵列。
空间关系的改变可以包括改变x射线束与样品之间的空间关系，以基本上消除阵列对第二SAXS图案的影响。
空间关系的改变可以包括旋转样品。
空间关系的改变可以包括旋转x射线束。
非暂时性计算机可读介质可以存储用于基于该关系来估计附加重复结构和反向散射的x射线辐射的组合效果的指令。
通过与和HAR洞的纵轴的完美对齐偏离最多两度，x射线束可以基本上平行于阵列的HAR洞。
可以提供一种装置，该装置可以包括可以被配置为保持样品的底座，该样品可以包括高纵横比(HAR)洞的阵列并且可以包括一个或更多个附加重复结构；其中，形成一个或更多个附加重复结构的结构元件的纵横比可以远小于HAR洞的纵横比；x射线光学器件，该x射线光学器件可以被配置为(i)在x射线束可以基本上平行于HAR洞的阵列的高纵横比(HAR)洞时，用x射线束照射样品，(ii)由SAXS检测器感测第一小角度x射线散射(SAXS)图案；(iii)改变样品与x射线束的光轴之间的空间关系；(iv)在x射线束可基本上倾斜于阵列的HAR洞时，用x射线束照射样品；(v)由SAXS检测器感测第二SAXS图案；以及处理器，该处理器可以被配置为(i)确定第一SAXS图案和第二SAXS图案之间的关系；并且(ii)基于第一SAXS图案和第二SAXS图案之间的关系生成关于HAR洞的阵列的信息。
一个或更多个附加重复结构可以基本上平行于HAR洞的阵列。
空间关系的改变可以包括改变x射线束与样品之间的空间关系，以基本上消除阵列对第二SAXS图案的影响。
空间关系的改变可以包括旋转样品。
空间关系的改变可以包括旋转x射线束。
该装置可以包括基于该关系估计附加重复结构和反向散射的x射线辐射的组合效果。
通过与和HAR洞的纵轴的完美对齐偏离最多两度，x射线束可以基本上平行于阵列的HAR洞。
可以提供一种用于评估可以包括结构元件的阵列的样品的方法，该方法可以包括：获得样品和表现出第一准直值的x射线束之间的第一角度关系的第一小角度x射线散射(SAXS)图案；在x射线束表现出与第一准直值不同的第二准直值时，针对样品和x射线束之间的第二角度关系获得第二SAXS图案；其中，第二角度关系不同于第一角度关系；并且其中，获得第一和第二SAXS图案可以包括在获得第一和第二SAXS图案期间基本上保持样品的第一侧上的x射线的横截面的面积。
该方法可以包括针对样品和x射线束之间的至少一个附加角度关系获得至少一个附加SAXS图案；其中，每个附加角度关系、第一和第二角度关系彼此不同；其中，获得每个附加SAXS图案可以包括在改变x射线束的准直的同时基本上保持样品的第一侧上的x射线的横截面的面积。
该方法可以包括至少基于第一SAXS图案和第二SAXS图案来评估样品。
第一SAXS图案的获得和第二SAXS图案的获得由于x射线束的强度而进一步彼此不同。
x射线束的横截面具有圆形形状，并且其中，第一准直值和第二准直值之间的差确定第一SAXS图案和第二SAXS图案的衍射级的偏心率。
第一角度关系可以是第一照射角度，第二角度关系可以是第二照射角度，其中，第二照射角度超过第一照射角度，并且其中第一准直值表示可以比具有第二准直值的x射线束更准直的x射线束。
该方法可以包括至少基于与第二SAXS图案相关联的信噪比来确定第二准直值。
该方法可以包括至少基于第二SAXS图案的波瓣之间的预期重叠来确定第二准直值。
该方法可以包括基于从第一SAXS图案获得的信息来确定第二准直值。
该方法可以包括基于结构元件的阵列的优先级或重要性来确定第二准直值。
可以提供一种非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质可以存储指令，该指令用于：获得样品和表现出第一准直值的x射线束之间的第一角度关系的第一小角度x射线散射(SAXS)图案；其中，该样品可以包括结构元件的阵列；在x射线束表现出与第一准直值不同的第二准直值时，针对样品和x射线束之间的第二角度关系获得第二SAXS图案；其中，第二角度关系不同于第一角度关系；并且其中，获得第一和第二SAXS图案可以包括在获得第一和第二SAXS图案期间基本上保持样品的第一侧上的x射线的横截面的面积。
该非暂时性计算机可读介质可以存储指令，该指令用于：针对样品和x射线束之间的至少一个附加角度关系获得至少一个附加SAXS图案；其中，每个附加角度关系、第一和第二角度关系彼此不同；其中，获得每个附加SAXS图案可以包括在改变x射线束的准直的同时基本上保持样品的第一侧上的x射线的横截面的面积。
该非暂时性计算机可读介质可以存储用于至少基于第一和第二SAXS图案来评估样品的指令。
第一SAXS图案的获得和第二SAXS图案的获得由于x射线束的强度而进一步彼此不同。
x射线束的横截面具有圆形形状，并且其中，第一准直值和第二准直值之间的差确定第一SAXS图案和第二SAXS图案的衍射级的偏心率。
第一角度关系可以是第一照射角度，第二角度关系可以是第二照射角度，其中，第二照射角度超过第一照射角度，并且其中，第一准直值表示可以比具有第二准直值的x射线束更准直的x射线束。
该非暂时性计算机可读介质可以存储用于至少基于与第二SAXS图案相关联的信噪比来确定第二准直值的指令。
该非暂时性计算机可读介质可以存储用于至少基于第二SAXS图案的波瓣之间的预期重叠来确定第二准直值的指令。
该非暂时性计算机可读介质可以存储用于基于从第一SAXS图案获得的信息来确定第二准直值的指令。
该非暂时性计算机可读介质可以存储用于基于结构元件的阵列的优先级或重要性来确定第二准直值的指令。
可以提供一种x射线装置，该x射线装置可以包括用于保持样品的底座，该样品可以包括结构元件的阵列；x射线光学器件，其可以被配置为获得样品和表现出第一准直值的x射线束之间的第一角度关系的第一小角度x射线散射(SAXS)图案；并且在x射线束表现出与第一准直值不同的第二准直值时，针对样品和x射线束之间的第二角度关系获得第二SAXS图案；其中，第二角度关系不同于第一角度关系；其中，获得第一和第二SAXS图案可以包括在获得第一和第二SAXS图案期间基本上保持样品的第一侧上的x射线的横截面的面积。
x射线装置可以包括处理器，该处理器可以被配置为至少基于第一和第二SAXS图案来评估样品。
处理器可以被配置为至少基于与第二SAXS图案相关联的信噪比来确定第二准直值。
处理器可以被配置为至少基于第二SAXS图案的波瓣之间的预期重叠来确定第二准直值。
处理器可以被配置为基于从第一SAXS图案获得的信息来确定第二准直值。
处理器可以被配置为基于结构元件的阵列的优先级或重要性来确定第二准直值。
该装置可以被配置为针对样品和x射线束之间的至少一个附加角度关系获得至少一个附加SAXS图案；其中，每个附加角度关系、第一和第二角度关系彼此不同；其中，获得每个附加SAXS图案可以包括在改变x射线束的准直的同时基本上保持样品的第一侧上的x射线的横截面的面积。
第一SAXS图案的获得和第二SAXS图案的获得由于x射线束的强度而进一步彼此不同。
x射线束的横截面具有圆形形状，并且其中，第一准直值和第二准直值之间的差确定第一SAXS图案和第二SAXS图案的衍射级的偏心率。
第一角度关系可以是第一照射角度，第二角度关系可以是第二照射角度，其中，第二照射角度超过第一照射角度，并且其中，第一准直值表示可以比具有第二准直值的x射线束更准直的x射线束。
术语“被配置为”可以表示“构造并布置为”。
任何对“包括”的引用都应作必要的变通以适用于“由…组成”和“基本上由…组成”。
可以提供任何方法的任何步骤的任何组合。因此，来自两种或更多种
方法的步骤可以成为本申请涵盖的方法的一部分。
可以提供存储在任何非暂时性计算机可读介质中的任何指令的任何组合。因此，计算机可读介质可以存储用于执行说明书中示出的一种或更多种方法的步骤的任何组合的指令。
可以提供本申请中示出的任何部件(例如，传感器、光学器件、机械元件、检测器等)的任意组合。
对方法、装置(包括x射线装置)和非暂时性计算机可读介质中任何一者的任何引用都应作必要的变通后应用于该方法、装置(包括x射线装置)和非暂时性计算机可读介质中的任何另一者。
附图可以按比例绘制，也可以不按比例绘制。
尽管本文描述的实施例主要针对单晶、多晶或非晶样品(诸如半导体晶片)的X射线分析，但是本文描述的方法和系统也可以用于纳米结构的阵列的其他应用技术中。
因此，应当理解，上述实施例是作为示例引用的，并且本发明不限于上文已经具体示出和描述的内容。而是，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合，以及本领域技术人员在阅读前述描述后将想到的并且在现有技术中未公开的其变型和修改。通过引用并入本专利申请的文献应被认为是本申请的组成部分，但是除在这些并入文献中以与本说明书中明确或隐含的定义相抵触的方式定义任何术语之外，仅应该考虑本说明书中的定义。

Claims (28)

1.一种x射线装置，包括：
底座，所述底座被配置为保持样品；
x射线源，所述x射线源被配置为将x射线束引向所述样品的第一侧；
检测器，所述检测器位于所述样品的第二侧的下游，所述检测器被配置为在样品测量时段期间检测已经透射通过所述样品的x射线的至少一部分；以及
x射线强度检测器，所述x射线强度检测器在射束强度监控时段期间被定位在位于所述x射线源和所述样品的所述第一侧之间的测量位置处，以便检测在所述x射线束到达所述样品之前的所述x射线束的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的x射线装置，其中，所述样品测量时段和所述射束强度监控时段不重叠。
3.根据权利要求1所述的x射线装置，其中，当位于所述测量位置处时，所述x射线强度检测器被配置为接收整个所述x射线束。
4.根据权利要求1所述的x射线装置，包括机械机构，所述机械机构被配置为在(a)所述测量位置和(b)外部位置之间移动所述x射线强度检测器，在所述外部位置中所述x射线强度检测器位于所述x射线束的路径外部。
5.根据权利要求4所述的x射线装置，其中，所述机械机构被配置为通过在平行于所述样品的所述第一侧的平面的平面内的旋转运动在所述测量位置和所述外部位置之间移动所述x射线强度检测器。
6.根据权利要求4所述的x射线装置，其中，所述机械机构被配置为通过在不平行于所述样品的所述第一侧的平面的平面内的旋转运动在所述测量位置和所述外部位置之间移动所述x射线强度检测器。
7.根据权利要求4所述的x射线装置，其中，所述机械机构被配置为通过在平行于所述样品的所述第一侧的平面的平面内的线性运动在所述测量位置和所述外部位置之间移动所述x射线强度检测器。
8.根据权利要求4所述的x射线装置，其中，所述机械机构被配置为通过在不平行于所述样品的所述第一侧的平面的平面内的线性运动在所述测量位置和所述外部位置之间移动所述x射线强度检测器。
9.根据权利要求4所述的x射线装置，包括位于所述测量位置上游的射束限制器，其中，所述射束限制器包括至少一个机械元件，所述机械元件被配置为确定所述x射线束的形状和所述x射线束的横截面的大小中的至少一者。
10.根据权利要求9所述的x射线装置，其中，所述机械机构被配置为通过平行于所述至少一个机械元件的运动在所述测量位置和所述外部位置之间移动所述x射线强度检测器。
11.根据权利要求9所述的x射线装置，其中，所述机械机构被配置为通过不平行于所述至少一个机械元件的运动在所述测量位置和所述外部位置之间移动所述x射线强度检测器。
12.根据权利要求9所述的x射线装置，其中，所述射束限制器包括第一叶片和第二叶片以及第一致动器和第二致动器，所述第一叶片和所述第二叶片具有相互靠近定位的相应的第一边缘和第二边缘，以在距所述样品的所述第一侧小于25mm的距离处限定狭缝，所述x射线的射束将穿过所述狭缝，所述第一致动器和所述第二致动器被配置为沿着相应的第一平移轴线和第二平移轴线移动所述第一叶片和所述第二叶片，以便调节所述狭缝的宽度。
13.根据权利要求1所述的x射线装置，其中，所述样品测量时段和所述射束强度监控时段部分重叠。
14.根据权利要求1所述的x射线装置，其中，所述x射线装置是半导体度量工具。
15.一种方法，包括：
用底座保持样品；
将来自x射线源的x射线束引向所述样品的第一侧；
在样品测量时段期间，通过位于所述样品的第二侧下游的检测器，检测已经透射通过所述样品并通过所述第二侧出射的x射线的至少一部分；以及
在射束强度监控时段期间，通过被定位在位于所述x射线源和所述样品的所述第一侧之间的测量位置处的x射线强度检测器，检测所述x射线束到达所述样品之前所述x射线束的至少一部分。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述样品测量时段和所述射束强度监控时段不重叠。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，当位于所述测量位置处时，所述x射线强度检测器被配置为接收整个所述x射线束。
18.根据权利要求15所述的方法，包括机械机构，所述机械机构被配置为在(a)所述测量位置和(b)外部位置之间移动所述x射线强度检测器，在所述外部位置中所述x射线强度检测器位于所述x射线束的路径外部。
19.根据权利要求18所述的方法，包括通过在平行于所述样品的所述第一侧的平面的平面内的旋转运动在所述测量位置和所述外部位置之间移动所述x射线强度检测器。
20.根据权利要求18所述的方法，包括通过在不平行于所述样品的所述第一侧的平面的平面内的旋转运动在所述测量位置和所述外部位置之间移动所述x射线强度检测器。
21.根据权利要求18所述的方法，包括通过在平行于所述样品的所述第一侧的平面的平面内的线性运动在所述测量位置和所述外部位置之间移动所述x射线强度检测器。
22.根据权利要求18所述的方法，包括通过在不平行于所述样品的所述第一侧的平面的平面内的线性运动在所述测量位置和所述外部位置之间移动所述x射线强度检测器。
23.根据权利要求18所述的方法，包括：通过位于所述测量位置上游的射束限制器来确定所述x射线束的形状和所述x射线束的横截面的大小中的至少一者，并且所述射束限制器包括至少一个机械元件。
24.根据权利要求23所述的方法，包括通过平行于所述至少一个机械元件的运动在所述测量位置和所述外部位置之间移动所述x射线强度检测器。
25.根据权利要求24所述的方法，包括通过不平行于所述至少一个机械元件的运动在所述测量位置和所述外部位置之间移动所述x射线强度检测器。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述射束限制器包括第一叶片和第二叶片以及第一致动器和第二致动器，所述第一叶片和所述第二叶片具有相互靠近定位的相应的第一边缘和第二边缘，以在距所述样品的所述第一侧小于25mm的距离处限定狭缝，所述x射线的射束将穿过所述狭缝，其中，所述方法包括由所述第一致动器和所述第二致动器沿着相应的第一平移轴线和第二平移轴线移动所述第一叶片和所述第二叶片，以便调节所述狭缝的宽度。
27.根据权利要求15所述的方法，其中，所述样品测量时段和所述射束强度监控时段部分重叠。
28.一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质存储指令，所述指令用于：通过底座保持样品；将来自x射线源的x射线束引向所述样品的第一侧；在样品测量时段期间，通过位于所述样品的第二侧下游的检测器，检测已经透射通过所述样品并通过所述第二侧出射的x射线的至少一部分；以及在射束强度监控时段期间，通过被定位在位于所述x射线源和所述样品的所述第一侧之间的测量位置处的x射线强度检测器，在所述x射线束到达所述样品之前检测所述x射线束的至少一部分。
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