阅读说明：本技术 具有经宽带激光器产生的等离子体照明器的x射线计量系统 (X-ray metrology system with broadband laser generated plasma illuminator ) 是由 O·可哈达金 A·毕卡诺维 于 2019-01-07 设计创作，主要内容包括：本文中描述用于利用宽带、软X射线照明源的基于x射线的半导体计量的方法及系统。经激光器产生的等离子体LPP光源产生高亮度、宽带、软x射线照明。所述LPP光源将高度聚焦、短持续时间激光器源引导到处于液态或固态的非金属液滴目标。在一个实例中,液滴产生器按50千赫与400千赫之间的速率施配馈料的一系列标称50微米液滴。在一个方面中,每一激励光脉冲的持续时间小于一纳秒。在一些实施例中,每一激励光脉冲的持续时间小于0.5纳秒。在一些实施例中,所述LPP光源包含气体分离系统,所述气体分离系统将未消耗馈料与所述等离子体室中的其它气体分离且将所述经分离馈料提供回到所述液滴产生器。(Methods and systems for X-ray based semiconductor metrology with a broadband, soft X-ray illumination source are described herein. The plasma LPP light source produced by the laser produces high brightness, broadband, soft x-ray illumination. The LPP light source directs a highly focused, short duration laser source to a non-metallic droplet target in a liquid or solid state. In one example, the drop generator dispenses a series of nominal 50 micron drops of feed at a rate of between 50 kilohertz and 400 kilohertz. In one aspect, the duration of each excitation light pulse is less than one nanosecond. In some embodiments, the duration of each excitation light pulse is less than 0.5 nanoseconds. In some embodiments, the LPP light source includes a gas separation system that separates unconsumed feed from other gases in the plasma chamber and provides the separated feed back to the droplet generator.)

具有经宽带激光器产生的等离子体照明器的X射线计量系统

技术领域

所描述实施例涉及用于x射线计量及检验的经x射线激光器产生的等离子体辐射源及系统。

背景技术

通常通过应用于衬底或晶片的一系列处理步骤制造半导体装置，例如逻辑及存储器装置。通过这些处理步骤形成半导体装置的各种特征及多个结构层级。例如，光刻尤其是一种涉及在半导体晶片上产生图案的半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含但不限于化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。可在单个半导体晶片上制造多个半导体装置且接着将其分离成个别半导体装置。

在半导体制造工艺期间的每一个步骤使用计量过程来检测晶片上的缺陷以促成较高良率。通常使用数种基于计量的技术(包含散射测量及反射测量实施方案以及相关联分析算法)来特性化临界尺寸、叠加、膜厚度、组合物及纳米级结构的其它参数。

传统上，对由薄膜及/或重复周期性结构组成的目标执行测量。在装置制造期间，这些膜及周期性结构通常表示实际装置几何形状及材料结构或中间设计。随着装置(例如，逻辑及存储器装置)迈向更小纳米级尺寸，特性化变得更加困难。并入复杂三维几何形状及具有多样化物理性质的材料的装置促成特性化难度。例如，现代存储器结构通常是使光学辐射难以穿透到底层的高纵横比、三维结构。利用红外光到可见光的光学计量工具可穿透许多半透明材料层，但提供良好穿透深度的较长波长不能提供对小异常的足够敏感度。另外，特性化复杂结构(例如，FinFET)所要的参数数目增加导致参数相关性增大。因此，特性化目标的参数通常无法与可用测量可靠地脱离。

在一个实例中，不透明、高k材料越来越多地用于现代半导体结构中。光学辐射通常不能穿透由这些材料构成的层。因此，利用薄膜散射测量工具(例如椭偏仪或反射计)的测量变得越来越具有挑战性。

响应于这些挑战，已开发更复杂光学计量工具。例如，已开发具有多个照明角、较短照明波长、较宽照明波长范围及从经反射信号的更完整信息获取的工具(例如，除更常规反射性或椭偏信号以外，还测量多个穆勒矩阵元素)。然而，这些方法尚未可靠地克服与许多先进目标(例如，复杂3D结构、小于10nm的结构、采用不透明材料的结构)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。

基于x射线的计量系统已表明有望解决具有挑战性的测量应用。然而，适于基于x射线的计量技术(例如反射小角度x射线散射测量(SAXS)、相干衍射成像(CDI)、及其它基于x射线的成像及基于叠加的技术)的可靠软X射线照明源仍在开发中。

在一些其它实例中，可由激光器直接提供照明光。一种方法是将较长波长源谐波升频转换为较短波长。然而，此方法尚未产生实用软x射线照明源。

在一些实例中，可由通过连续波长激光器(例如，激光器持续等离子体)泵浦的光源提供照明光。在由工作气体环绕的高压灯泡中在低于激光器等离子体的温度下产生激光器持续等离子体。虽然利用激光器持续等离子体获得显著辐射率改进，但这些等离子体的温度通常受这些灯内的光物理及动力学过程限制。这些等离子体中的纯原子及离子发射通常限于比200nm长的波长。准分子发射可经布置于激光器持续等离子体中以进行171nm的波长发射(例如，氙准分子发射)，但这些源通常是窄带，功率受限且辐射率受限。171纳米的准分子发射在低压(例如，3巴及以下)下优化，且171nm发射的功率在高辐射率所需的较高压力下大幅减小。因此，高压灯泡中的简单气体混合物仅能够以足够辐射率及平均功率维持200nm以上的波长覆盖以支持高处理量、高分辨率计量。在一些实例中，采用固体电极目标，但低重复率、电极腐蚀及大等离子体大小导致低亮度及短寿命，从而限制其对基于x射线的半导体计量的有效性。

极紫外(EUV)光刻领域的开发努力集中于在高功率电平(例如，在照明器的中间焦点处是210瓦的平均功率)下发射以13纳米为中心的窄带辐射(例如，+/-0.1nm)的光源。已使用激光器液滴等离子体架构开发用于EUV光刻的光源。例如，由CO2相干源泵浦在近似100kHz的脉冲重复频率下操作的氙、锡及锂液滴目标。经实现光是高功率的(例如，在照明器的中间焦点处210瓦的平均功率是在13纳米下的光刻工具目标)。然而，包括半导体晶片的材料对13纳米的窄带光几乎不展现反射性。

已执行实验以从基于气体射流的经激光器产生的等离子体提供宽带、软x射线照明。额外细节通过穆勒(Muller)等人的“使用脉冲气体射流的ns及ps激光诱导的软x射线源的发射性质(Emission properties of ns and ps laser-induced soft x-ray sourcesusing pulsed gas jets)”，《光学快报》(Opt.Express 21)，第12831页到第12842页(2013年)描述，所述文档的全部内容以引用方式并入本文中。气体射流的使用导致大等离子体(例如，几百微米)。此大等离子体光斑大小严重限制此照明源对实际半导体计量应用的有效性。

期望具有计量应用所要的辐射率及平均功率的宽带、软X射线照明源。

发明内容

本文中描述用于利用宽带、软X射线照明源的基于x射线的半导体计量的方法及系统。经激光器产生的等离子体(LPP)光源产生高亮度、宽带、软x射线照明。所述LPP光源将高度聚焦、短持续时间激光器源引导到处于液态或固态的非金属液滴目标。激励光脉冲与馈料的一或多个液滴的相互作用致使所述液滴离子化以形成发射具有非常高亮度的照明光的等离子体。在优选实施例中，所述等离子体亮度大于10¹⁴光子/(秒)·(mm²)·(mrad²)。所述照明光包括从约1纳米到约20纳米的光谱区域中的宽带光。由收集光学器件收集来自所述等离子体的辐射且将所述辐射引导到被测样品。

在一些实施例中，非金属馈料的每一液滴的直径小于200微米。在优选实施例中，非金属馈料的每一液滴的直径小于40微米。在一些实施例中，液滴产生器是基于市售喷墨技术的高频流体施配器。在一个实例中，液滴产生器按50千赫与400千赫之间的速率施配馈料的一系列标称50微米液滴。

在进一步方面中，每一激励光脉冲的持续时间小于一纳秒。在一些实施例中，每一激励光脉冲的持续时间小于0.5纳秒。

在另一进一步方面中，LPP光源的等离子体室填充有缓冲气体。缓冲气体吸收由等离子体产生的非常少软X射线辐射，但使由等离子体产生的快速离子热化。因此，缓冲气体保护LPP光源的光学元件免受由等离子体产生的材料污染。在一些实施例中，等离子体与LPP光源的光学元件之间的距离是至少十厘米。在优选实施例中，在相对低压力下(例如，在0.1托与100托之间)维持穿过等离子体室的缓冲气体流。

在另一进一步方面中，LPP光源包含气体分离系统，所述气体分离系统将馈料与缓冲气体分离且将经分离馈料提供回到液滴产生器。

前述内容是概要且因此必然含有细节的简化、概括及省略；因此，所属领域的技术人员将明白，所述概要仅是阐释性的且不以任何方式进行限制。如由权利要求书单独定义的本文中所描述的装置及/或过程的其它方面、发明特征及优点将在本文中所阐述的非限制性详细描述中变得显而易见。

附图说明

图1是说明至少一个新颖方面中的包含经激光器产生的等离子体(LPP)光源的计量系统的简化图。

图2是说明一个实施例中的气体分离系统的简化图。

图3是说明示范性模型建立及分析引擎的简化图。

图4是向被测半导体样品产生宽带、软x射线照明光的方法的流程图。

具体实施方式

现将详细参考本发明的背景实例及一些实施例，其实例是在所附图式中说明。

本文中描述用于利用宽带、软X射线照明源的基于x射线的半导体计量的方法及系统。更具体来说，经激光器产生的等离子体(LPP)光源产生高亮度(即，大于10¹³光子/(sec·mm²·mrad²))、宽带软x射线照明(即，包含1纳米到20纳米范围内的波长)。为了实现此高亮度，LPP光源将高度聚焦、短持续时间激光器源引导到处于液态或固态的非金属液滴目标。经聚焦激光器脉冲与液滴目标的相互作用点燃等离子体。由收集光学器件收集来自所述等离子体的辐射且将所述辐射引导到被测样品。

图1描绘至少一个新颖方面中的包含经激光器产生的等离子体(LPP)光源110的基于x射线的计量系统100。LPP光源110包含等离子体室153、液滴产生器111及脉冲激光器照明源113。等离子体室153包含一或多个壁，所述一或多个壁将缓冲气体123流容纳于所述等离子体室内。液滴产生器111将非金属馈料112的一系列液滴施配到等离子体室153中。

在一个方面中，由液滴产生器111产生的液滴在等离子体室153中处于固态或液态。在一些实施例中，非金属馈料是氙、氪、氩、氖、氮或其任何组合。在一些实施例中，非金属馈料112的每一液滴的直径小于200微米。在优选实施例中，非金属馈料112的每一液滴的直径小于40微米。在一些实施例中，液滴产生器111是基于市售喷墨技术的高频流体施配器。在一个实例中，液滴产生器111按50千赫与400千赫之间的速率施配馈料112的一系列标称50微米液滴。

脉冲激光器113产生一系列激励光脉冲。每一激励光脉冲经引导到馈料112的液滴。由照明光学器件114将激励光以非常小光斑大小聚焦到液滴上。在一些实施例中，将激励光以小于100微米的光斑大小聚焦到液滴上。在一些实施例中，将激励光以小于10微米的光斑大小聚焦到液滴上。在优选实施例中，将激励光以小于5微米的光斑大小聚焦到液滴上。随着激励光的光斑大小减小，经诱发等离子体的光斑大小减小。在优选实施例中，等离子体115的光斑大小小于10微米。在一些实施例中，脉冲激光器113是基于镱(Yb)的固态激光器。在一些其它实施例中，脉冲激光器113是基于钕(Nb)的固态激光器。

在进一步方面中，每一激励光脉冲的持续时间小于一纳秒。在一些实施例中，每一激励光脉冲的持续时间小于0.5纳秒。

激励光脉冲与馈料的一或多个液滴的相互作用致使液滴离子化以形成发射具有非常高亮度的照明光124的等离子体115。在优选实施例中，等离子体115的亮度大于10¹⁴光子/(秒)·(mm²)·(mrad²)。照明光包括从约1纳米到约20纳米的光谱区域中的宽带光。

由收集器118收集照明光124且将照明光124聚焦到被测样品150上。在图1中所描绘的实施例中，收集器118集中由等离子体115发射的照明光124且引导照明光124穿过窗117。在一些实施例中，窗117是x射线滤光器，其经配置以对所关注波长范围内(例如，在1纳米与20纳米之间)的x射线辐射透明，且大体上吸收所述所关注波长范围外的辐射。

收集器120可为任何合适形状以集中从等离子体115产生的照明光。合适实例包含椭圆形收集器及具有多个表面轮廓的收集器。在2010年4月27日授予科磊技术公司(KLA-Tencor Technologies Corp.)的第7,705,331号美国专利中描述用于收集从等离子体发射的光的示范性技术，所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。

在图1中所描绘的实施例中，照明光124经由窗117离开等离子体室153且通过镜子125重定向朝向样品150。另外，采用照明光学器件126以使在测量区域129内入射于样品150上的照明光124进一步塑形。照明光学器件126可包含中空光学均化器或反射光管以有效地将照明光传输到样品。在一些其它实施例中，可采用照明及收集物镜。在这些实施例中，照明光学器件126将照明光传输到所述物镜。

测量区域129内对样品150的照明致使光从样品150散射。由检测器127检测经散射光128。检测器127产生指示入射于检测器的作用区域上的经散射光的信号151。检测器127将信号151传达到计算系统130以进行分析。计算系统130至少部分地基于经获取信号151而确定样品150的性质。

在另一进一步方面中，计算系统130经配置以产生样品的经测量结构的结构模型(例如，几何模型、材料模型或经组合的几何及材料模型)，产生包含来自所述结构模型的至少一个几何参数的x射线散射测量响应模型，且通过利用所述x射线散射测量响应模型执行x射线散射测量测量数据的拟合分析来分辨至少一个样品参数值。所述分析引擎用来比较经模拟的x射线散射测量信号与经测量数据，由此允许确定几何以及材料性质，例如样本的电子密度。在图1中所描绘的实施例中，计算系统130经配置为模型建立及分析引擎，其经配置以实施如本文中所描述的模型建立及分析功能。

图7是说明由计算系统130实施的示范性模型建立及分析引擎101的图。如图7中所描绘，模型建立及分析引擎101包含产生样品的经测量结构的结构模型103的结构模型建立模块102。在一些实施例中，结构模型103还包含所述样品的材料性质。结构模型103经接收为x射线散射测量响应函数建立模块104的输入。x射线散射测量响应函数建立模块104至少部分地基于结构模型103而产生全光束x射线散射测量响应函数模型105。在一些实例中，x射线散射测量响应函数模型105是基于x射线形状因子，

其中F是形状因子，q是散射矢量，且ρ(r)是如方程式(1)中所描述的球形坐标中的样品的电子密度。接着通过方程式(2)给出x射线散射强度。

x射线散射测量响应函数模型105经接收为拟合分析模块106的输入。拟合分析模块106比较经模型化的x射线散射测量响应与对应的经测量数据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将经模型化数据拟合到实验数据。例如，针对x射线散射测量测量，可将卡方值定义为

其中，是“通道”j中的经测量的x射线散射测量信号151，其中索引j描述一组系统参数，例如衍射级、能量、角坐标等。是针对一组结构(目标)参数v₁,…,v_L评估的“通道”j的经模型化的x射线散射测量信号S_j，其中这些参数描述几何(CD、侧壁角、叠加等)及材料(电子密度等)。σ_SAXS,j是与第j通道相关联的不确定性。N_SAXS是x射线计量中的通道的总数目。L是特性化计量目标的参数的数目。

方程式(3)假定与不同通道相关联的不确定性是不相关的。在其中与不同通道相关联的不确定性相关的实例中，可计算不确定性之间的协方差。在这些实例中，可将全光束x射线散射测量测量的卡方值表达为

其中，V_SAXS是SAXS通道不确定性的协方差矩阵，且T表示转置。

在一些实例中，拟合分析模块106通过利用x射线散射测量响应模型105对x射线散射测量测量数据151执行拟合分析来分辨至少一个样品参数值152。在一些实例中，优化在图1中所描绘的实施例中，将经确定值152存储于存储器190中。

如前文中所描述，通过最小化卡方值来实现x射线散射测量数据的拟合。然而，一般来说，可通过其它函数实现全光束x射线散射测量数据的拟合。

x射线散射测量计量数据的拟合对于提供对所关注的几何及/或材料参数的敏感度的任何类型的x射线散射测量技术都是有利的。样品参数可为确定性的(例如，CD、SWA、叠加等)或统计性的(例如，侧壁粗糙度的均方根高度、粗糙度相关长度等)，只要使用描述x射线散射测量光束与样品的相互作用的恰当模型即可。

一般来说，计算系统130经配置以采用实时关键尺寸标注(RTCD)实时存取模型参数，或其可存取预先计算的模型库以确定与样品150相关联的至少一个样品参数值的值。一般来说，某种形式的CD引擎可用来评估样品的指定CD参数与相关联于经测量样品的CD参数之间的差异。在2010年11月2日授予科磊公司(KLA-Tencor Corp.)的第7,826,071号美国专利中描述用于计算样品参数值的示范性方法及系统，所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。

在一些实例中，模型建立及分析引擎101通过侧馈分析、前馈分析及并行分析的任何组合改进经测量参数的准确度。侧馈分析指代采取同一样品的不同区域上的多个数据集且将从第一数据集确定的共同参数传递到第二数据集上以进行分析。前馈分析指代采用不同样品上的数据集且使用逐步复制确切参数前馈方法将共同参数前向传递给后续分析。并行分析指代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。

多工具及结构分析指代基于多个数据集的回归、查找表(即，“库”匹配)或另一拟合过程的前馈、侧馈或并行分析。在2009年1月13日授予科磊公司的第7,478,019号美国专利中描述用于多工具及结构分析的示范性方法及系统，所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。

在一个进一步方面中，计量工具100包含经配置以实施如本文中所描述的光束控制功能的计算系统(例如，计算系统130)。在图1中所描绘的实施例中，计算系统130经配置为光束控制器，其可操作以控制照明性质中的任一者，例如入射照明光束124的强度、发散、光斑大小、偏振、光谱及定位。

如图1中所说明，计算系统130经通信耦合到检测器127。计算系统130经配置以从检测器127接收测量数据151。在一个实例中，测量数据151包含样品的经测量响应的指示(即，衍射级的强度)。基于检测器127的表面上的经测量响应的分布，由计算系统130确定照明光束124入射于样品150上的位置及区域。在一个实例中，由计算系统130应用图案辨识技术以基于测量数据151确定照明光束124入射于样品150上的位置及区域。在一些实例中，计算系统130将命令信号(未展示)传达到照明光学器件126以选择所期望照明波长且重定向及重塑形照明光束124，使得入射照明光束124到达相对于样品150的所期望位置及角度定向。在一些其它实例中，计算系统130将命令信号137传达到晶片定位系统140以定位及定向样品150，使得入射照明光束124到达相对于样品150的所期望位置及角度定向。在一些其它实例中，计算系统130将命令信号135及136传达到LPP光源110以选择所期望照明波长且重定向及重塑形照明光束124，使得入射照明光束124到达相对于样品150的所期望位置及角度定向。

在一些实施例中，可期望以不同定向执行测量。此增加经测量参数的精度及准确度，且通过扩展可用于分析的数据集的数目及多样性以包含各种大角度、平面外定向来降低参数当中的相关性。利用更深、更多样化的数据集测量样品参数还可降低参数当中的相关性且改进测量准确度。例如，在垂直定向中，x射线散射测量能够分辨特征的临界尺寸，但很大程度上对特征的侧壁角及高度不敏感。然而，通过在宽范围的平面外角度位置内收集测量数据，可分辨特征的侧壁角及高度。

如图1中所说明，计量工具100包含样品定位系统140，样品定位系统140经配置以在相对于散射仪的大范围的平面外角度定向内既对准样品150又定向样品150。换句话说，样品定位系统140经配置以在大角度范围内绕与样品150的表面在平面内对准的一或多个旋转轴旋转样品150。在一些实施例中，样品定位系统140经配置以在至少90度的范围内绕与样品150的表面在平面内对准的一或多个旋转轴旋转样品150。在一些实施例中，样品定位系统经配置以在至少60度的范围内绕与样品150的表面在平面内对准的一或多个旋转轴旋转样品150。在一些其它实施例中，样品定位系统140经配置以在至少1度的范围内绕与样品101的表面在平面内对准的一或多个旋转轴旋转样品150。以此方式，由计量系统100在样品150的表面上的任何数目个位置内收集样品150的经角度分辨的测量值。在一个实例中，计算系统130将指示样品150的所期望位置的命令信号137传达到样品定位系统140的运动控制器145。作为响应，运动控制器145向样品定位系统140的各种致动器产生命令信号以实现样品150的所期望定位。

通过非限制性实例，如图1中所说明，样品定位系统140包含边缘抓握卡盘141以将样品150固定地附接到样品定位系统140。旋转致动器142经配置以相对于周边框架143旋转边缘抓握卡盘141及经附接样品150。在所描绘实施例中，旋转致动器142经配置以绕图1中所说明的坐标是146的x轴旋转样品150。如图1中所描绘，样品150绕z轴的旋转是样品150的平面内旋转。绕x轴及y轴(未展示)的旋转是样品150的平面外旋转，其有效地使样品的表面相对于计量系统100的计量元件倾斜。虽然未说明，但第二旋转致动器经配置以绕y轴旋转样品150。线性致动器144经配置以在x方向上平移周边框架143。另一线性致动器(未展示)经配置以在y方向上平移周边框架143。以此方式，样品150的表面上的每个位置可用于在一个范围的平面外角度位置内进行测量。例如，在一个实施例中，在相对于样品150的垂直定向的-45度到+45度的范围内以若干角度增量测量样品150的位置。

一般来说，样品定位系统140可包含机械元件的任何合适组合以实现所期望的线性及角度定位性能，包含但不限于测角器台、六脚架台(hexapod stage)、角度台及线性台。

在进一步方面中，等离子体室153填充有缓冲气体123。光学元件(例如激光器照明窗116、收集器118及x射线滤光器117)对来自等离子体115的材料沉积敏感。缓冲气体123吸收由等离子体产生的非常少的软X射线辐射，但使由等离子体115产生的快速离子热化。以此方式，缓冲气体123保护照明窗116、收集器118及x射线滤光器117免受由等离子体115产生的材料污染。在一些实施例中，缓冲气体123是氦、氢或其组合。氦及氢两者对所关注波长(即，1纳米与20纳米之间的波长)的软x射线辐射是透明的。在优选实施例中，氦用作缓冲气体，这是因为其是惰性的，且因此固有地比氢更安全。在一些实施例中，等离子体115与等离子体室153的光学元件(例如，窗116及117及收集器118)之间的距离是至少十厘米。在优选实施例中，在相对低压力下(例如，在0.1托与100托之间)维持穿过等离子体室153的缓冲气体123流。

在另一进一步方面中，LPP光源110包含气体分离系统120，气体分离系统120将馈料(例如，氙)与缓冲气体(例如，氦)分离且将经分离馈料提供回到液滴产生器。如图1中所描绘，气体分离系统120接收来自等离子体室153的缓冲气体流119。流119包含缓冲气体123及处于气态(即，在由等离子体115加热之后)的非金属馈料112两者。气体分离系统120将非金属馈料112与缓冲气体123分离。将经回收非金属馈料121输送到液滴产生器111以便重新使用。另外，将经回收缓冲气体122输送回到等离子体室123。

图2描绘一个实施例中的气体分离系统120的简化说明。如图2中所描绘，气体分离系统120包含低温室160及蒸馏塔170。阀161及162控制气体流入及流出低温室160。计算系统130分别经由命令信号138及139控制阀161及162的状态。在一个实例中，计算系统130传达致使阀161打开且允许来自气流119的未经分离气体填充低温室160的命令信号138。未分离气体经冷凝，直到非金属馈料冻结且与保持气体形式的缓冲气体分离。从低温室160抽出经分离缓冲气体164。在抽出经分离缓冲气体164之后，在低温室160内将经分离馈料163加热到气态。接着将经分离馈料163从低温室160抽出到蒸馏塔170中。计算系统130传达致使阀162打开且允许经分离馈料163从低温室160到蒸馏塔170的命令信号139。在蒸馏塔170内再次冷凝经分离馈料163。蒸馏塔170维持从塔顶(例如，较热)到塔底(例如，较冷)的温度梯度。随着经分离馈料163被冷却，其凝结成液态且沉淀于蒸馏塔170的底部。从蒸馏塔170排出经凝结馈料121且将经凝结馈料121输送到液滴产生器111。此外，从蒸馏塔170回收残留缓冲气体171。在所描绘实施例中，将经分离缓冲气体164及残留缓冲气体171输送到精炼系统165以在输送到等离子体室153之前进一步增加经回收缓冲气体的纯度。一般来说，精炼系统165是任选的。在一些实施例中，经分离缓冲气体164及残留缓冲气体171足够纯净，且在再引入到等离子体室153中之前不需要额外处理。在一些其它实施例中，不重新使用缓冲气体；而是将经回收缓冲气体164及残留缓冲气体171丢弃且不再引入到等离子体室153中。

一般来说，气体分离系统120可包含多个低温室。可采用额外阀来控制穿过每一低温室的气流。例如，当一个低温室正冷凝进入气流时，另一低温室可加热经冷冻馈料以将所述馈料输送到蒸馏塔170。

如图1中所描绘，系统100包含直接聚焦于液滴上以产生等离子体115的单个激光器。然而，系统100可包含一个以上激光器，其中每一激光器不同地或相同地配置。例如，激光器可经配置以产生可在相同或不同时间引导到液滴的具有不同特性的光。在另一实例中，激光器可经配置以将光从相同或不同方向引导到液滴。在前述第7,705,331号美国专利中描述用于将激励光引导到目标的示范性技术，所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。

图1描绘一个实施例中的反射小角度x射线散射测量(SAXS)系统。然而，在本专利文档的范围内可预期采用如本文中所描述的LPP光源的其它基于x射线的计量系统。在一些实例中，基于相干衍射成像(CDI)的计量系统包含如本文中所描述的LPP光源。在其它实例中，LPP光源可用作成像x射线计量系统的部分。

在一些实施例中，成像物镜将经收集光引导到检测器。在一些实施例中，由照明光学系统126将由光源110产生的照明光传输到物镜。在一些实施例中，照明光学器件126及成像物镜可主要由相同元件组成且大体上相同。在一些其它实施例中，由照明光学器件126将由光源110产生的照明光直接传输到样品150，而非首先被引导穿过成像物镜的元件。响应于入射于样品150上的照明光，来自样品150的光经收集、放大且由成像物镜引导到检测器。

在一些实施例中，采用经设计有足够视场的成像物镜。穿过物镜的光路径应优选地包含与反射表面的最小数目次相互作用来最小化与每一次相互作用相关联的吸收损失。在2008年4月1日授予科磊技术公司的第7,351,980号美国专利中描述使用四镜、四通设计的具有全反射组件的物镜的示范性设计，所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。另外，在第2010/0188738A1号美国专利公开案中描述使用四镜、六通设计的具有全反射组件的物镜的示范性设计，所述专利公开案的全部内容以引用方式并入本文中。

照明方向影响计量系统(例如计量系统100)如何分辨晶片上的结构。在一些实施例中，所论述光学配置可能具有反射元件中的一或多者中出于照明目的而具体优化的不均匀光学性质。例如，归因于照明路径中的高曝光能量，可优化涂层以增加涂层耐久性。

图7说明根据至少一个发明方面的适于产生用于基于x射线的计量的宽带、软x射线照明光的方法200。应认识到，可经由存储为程序指令134的部分且由计算系统130的一或多个处理器执行的预编程算法实行方法200的数据处理元件。虽然在图1中所描绘的系统100的背景下呈现下文描述，但本文中应认识到系统100的特定结构方面不表示限制且应仅被解释为说明性。

在框201中，将处于固态或液态的非金属馈料的一系列液滴施配到等离子体室中。等离子体室包含至少一个壁以将缓冲气体流容纳于等离子体室内。

在框202中，产生激励光脉冲且将所述激励光脉冲引导到等离子体室中的馈料的液滴。激励光脉冲具有小于一纳秒的持续时间。激励光脉冲与馈料的液滴的相互作用致使液滴离子化以形成发射照明光的等离子体。照明光包括从约1纳米到约20纳米的光谱区域中的宽带光且可用来照明被测样品。

在框203中，响应于照明光而检测来自样品的光量。

在框204中，基于经检测光量而确定被测样品的至少一个所关注参数的值。

应认识到，可由单个计算机系统130或替代地多个计算机系统130实行贯穿本发明所描述的每一个步骤。此外，系统100的不同子系统(例如样品定位系统140、气体分离系统120、液滴产生器111、激光器113及检测器127)可包含适于实行本文中所描述的步骤的至少一部分的计算机系统。因此，前述描述不应被解释为限制本发明，而是仅为阐释。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何其它步骤。

另外，计算机系统130可以所属领域中已知的任何方式经通信耦合到样品定位系统140、气体分离系统120、液滴产生器111、激光器113及检测器127。例如，一或多个计算系统130可分别经耦合到与样品定位系统140、气体分离系统120、液滴产生器111、激光器113及检测器127相关联的计算系统。在另一实例中，可由耦合到计算机系统130的单个计算机系统直接控制样品定位系统140、气体分离系统120、液滴产生器111、激光器113及检测器127中的任一者。

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所述系统的子系统(例如，样品定位系统140、气体分离系统120、液滴产生器111、激光器113及检测器127、及类似者)接收及/或获取数据或信息。以此方式，传输媒体可用作计算机系统130与系统100的其它子系统之间的数据链路。

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，模型化输入、模型化结果等)。以此方式，传输媒体可用作计算机系统130与其它系统(例如，存储器板上系统100、外部存储器或外部系统)之间的数据链路。例如，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)接收测量数据(例如，信号151)。例如，使用检测器127获得的测量结果可经存储于永久或半永久存储器装置(例如，存储器132)中。在此方面，测量结果可从板上存储器或从外部存储器系统导入。此外，计算机系统130可经由传输媒体将数据发送到其它系统。例如，由计算机系统130确定的参数值152可经存储于永久或半永久存储器装置(例如，存储器190)中。在此方面，测量结果可经导出到另一系统。

计算系统130可包含但不限于个人计算机系统、主机计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或所属领域中已知的任何其它装置。一般来说，术语“计算系统”可被广义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何装置。

实施例如本文中所描述的方法的程序指令134可通过传输媒体来传输，例如电线、电缆或无线传输链路。例如，如图10中所说明，存储于存储器132中的程序指令通过总线133传输到处理器131。程序指令134经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、或磁带。

如本文中所描述的计量技术可用来确定半导体结构的特性。示范性结构包含但不限于FinFET、低维结构(例如纳米线或石墨烯、亚10nm结构、薄膜、光刻结构、硅通孔(TSV))、存储器结构(例如DRAM、DRAM 4F2、FLASH)及高纵横比存储器结构(例如3D-NAND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、孔径、孔密度、侧壁角、轮廓、膜厚度、临界尺寸、节距)及材料参数(例如电子密度、裸片结构、形态、定向、应力、应变、元素识别及材料组合物)。

在一些实施例中，本文中所描述的技术可经实施为制造工艺工具的部分。制造工艺工具的实例包含但不限于光刻曝光工具、膜沉积工具、植入工具及蚀刻工具。以此方式，温度测量的结果用来控制制造工艺。

本文中描述针对可用于处理样品的半导体处理系统(例如，检验系统、计量系统或光刻系统)的各个实施例。术语“样品”在本文中用来指代可通过所属领域中已知的方式处理(例如，印刷或检验缺陷)的晶片、光罩或任何其它样本。

如本文中所使用，术语“样品”通常指代晶片。然而，应理解，本文中所描述的方法及系统可用来提供所属领域中已知的任何其它样品的照明。

如本文中所使用，术语“晶片”通常指代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。通常可在半导体制造厂中发现及/或处理这些衬底。在一些情况下，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。替代地，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“被图案化”或“未被图案化”。例如，晶片可包含具有可重复图案特征的多个裸片。

“光罩”可为处于光罩制造工艺的任何阶段的光罩，或可经释放或可未经释放以用于半导体制造厂中的成品光罩。光罩或“掩模”通常被定义为具有形成于其上且经配置成图案的大体上不透明区域的大体上透明衬底。所述衬底可包含例如玻璃材料，例如石英。在光刻制造工艺的曝光步骤期间，光罩可经安置于光致抗蚀剂覆盖的晶片上方，使得光罩上的图案可经转印到光致抗蚀剂。

形成于晶片上的一或多个层可被图案化或未被图案化。例如，晶片可包含多个裸片，每一裸片具有可重复图案特征。这些材料层的形成及处理可最终产生成品装置。许多不同类型的装置可经形成于晶片上，且如本文中所使用的术语晶片希望于涵盖在其上制造所属领域中已知的任何类型的装置的晶片。

在一或多个示范性实施例中，可在硬件、软件、固件或其任何组合中实施所描述功能。如果在软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或程序码存储于计算机可读媒体上或通过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，包含促进计算机过程从一个位置转移到另一位置的任何媒体。存储媒体可为可由通用或专用计算机存取的任何可用媒体。通过实例且非限制，此计算机可读媒体可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁性存储装置、或可用来呈指令或数据结构的形式携载或存储所期望程序码构件且可由通用或专用计算机或者通用或专用处理器存取的任何其它媒体。此外，任何连接被适当地称为计算机可读媒体。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线路(DSL)或无线技术(例如红外线、无线电及微波)从网站、服务器或其它远端源传输软件，那么同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(例如红外线、无线电及微波)包含于媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘及光盘包含光盘(CD)、激光光盘、光盘(optical disc)、数字多功能光盘(DVD)、软盘及蓝光盘，其中磁盘通常磁性地重现数据，而光盘用激光器光学地重现数据。上文的组合还应包含于计算机可读媒体的范围内。

尽管上文出于指导目的描述某些特定实施例，但本专利文档的教示具有一般适用性且不限于上文所描述的特定实施例。据此，可在不背离如权利要求书中所阐述的本发明的范围的情况下实践所描述实施例的各种特征的各种修改、调适及组合。