本發(fā)明涉及半導體關鍵尺寸量測，具體提供一種兼容關鍵尺寸小角x射線散射量測與x射線反射率量測的裝置。

背景技術：

1、小角x射線散射(saxs)是一種在納米尺度上研究材料結構特性的技術。其過程是將樣品暴露在x射線束下，并量測散射強度隨散射角度分布關系。saxs的散射強度與材料中原子的空間排列相關，這使研究人員能夠獲得材料中相關納米尺度特征的大小、形狀和分布等信息，saxs技術已被廣泛應用于生命科學和材料科學研究等領域。

2、近十年來，3d?nand緩存技術在高性能和存儲容量方面取得了重大進步，但其制造挑戰(zhàn)也很嚴峻。從芯片到器件需要經(jīng)過數(shù)千道工藝，因此過程控制是新工藝開發(fā)和大批量生產(chǎn)的關鍵。目前在工業(yè)上廣泛用于各種器件的關鍵尺寸(cd)量測技術是光學關鍵尺寸量測技術（ocd）。但隨著3d?nand制造工藝的迭代發(fā)展，3d?nand內(nèi)堆疊結構的層數(shù)越來越多，cd越來越小，形成了3d?nand中獨特的高縱橫比(har)結構，而ocd由于其光學波長和反射率的限制，其分辨率受到極大的限制，隨著3d?nand的har的增加，ocd技術對3d?nand?har結構的精確量測將面臨越來越大的挑戰(zhàn)。目前，3d?nand?har結構的精確cd量測依賴于破壞性成像技術，如sem(掃描電子顯微鏡)和tem(透射電子顯微鏡)，但這些方法所需的設備和耗材昂貴且非常耗時，提供的精確過程控制統(tǒng)計反饋也很少。

3、關鍵尺寸小角x射線散射量測技術(cd-saxs)是一種可變角度的透射式saxs量測技術，x射線從周期性納米結構散射，可以非破壞性地確定結構的精確尺寸和形狀。且由于x射線波長很小，因此cd-saxs對量測3d?nand器件的納米結構具有獨特的優(yōu)勢，隨著3d?nand器件的har增加，其cd-saxs量測信號強度將相應增加。同時高能x射線的深穿透能力也使得對復雜的har堆疊結構進行無損量測成為可能。然而，目前市場上缺乏一種能夠有效量測3dnand器件復雜har堆疊結構的獨立裝置，現(xiàn)有的saxs測量技術與xrr（x-ray?reflectivity，x射線反射率）測量技術融合方案中，其saxs技術均指的是反射式小角x射線散射技術，無法用于實現(xiàn)半導體行業(yè)中的一些關鍵尺寸的量測需求，并且saxs測量和xrr測量通常采用同一套x射線光源和探測器，分別進行saxs測量和xrr測量，這樣不僅增加了量測時間，也可能存在測量系統(tǒng)的裝配調(diào)整，或者量測樣品的轉(zhuǎn)移等問題。

4、因此，開發(fā)一種集成式的cd-saxs量測裝置，同時對樣品進行xrr和cd-saxs量測，對于提高3d?nand制造過程中的精度和效率至關重要。這樣的裝置將能夠提供快速、準確的量測結果，有助于優(yōu)化制造工藝，提高產(chǎn)品良率，并降低生產(chǎn)成本。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決上述問題，提供了一種兼容關鍵尺寸小角x射線散射量測與x射線反射率量測的裝置，通過共用多自由度樣品臺（stage系統(tǒng)），實現(xiàn)了對樣品同步進行xrr和cd-saxs量測，減少了樣品在不同系統(tǒng)間轉(zhuǎn)移的需要和時間損耗，保證了兩種量測技術的兼容性，提高了量測效率和準確性。

2、本發(fā)明提供的兼容關鍵尺寸小角x射線散射量測與x射線反射率量測的裝置，包括：

3、提供第一x射線的saxs光源單元；

4、提供第二x射線的xrr光源單元；

5、多自由度樣品臺，其設于第一x射線和第二x射線的光路上，且第一x射線透射過所述多自由度樣品臺，第二x射線在所述多自由度樣品臺位置被反射；

6、saxs探測單元，其設于第一x射線的透射光的傳輸路徑上，用以探測所述多自由度樣品臺上樣品的散射信號；

7、xrr探測單元，其設于第二x射線的反射光的傳輸路徑上，用以探測所述多自由度樣品臺上樣品的反射率信號。

8、優(yōu)選的，所述saxs光源單元包括第一x射線光源，以及對第一x射線進行準直和單色處理的準直單色器。

9、優(yōu)選的，所述xrr光源單元包括第二x射線光源，以及對第二x射線進行準直和單色處理的準直單色器。

10、優(yōu)選的，所述saxs光源單元至所述多自由度樣品臺的光路上還設有saxs真空準直單元，所述saxs真空準直單元用于對第一x射線進行準直及為第一x射線提供真空傳輸環(huán)境。

11、優(yōu)選的，所述多自由度樣品臺至所述saxs探測單元的光路上還設有saxs真空散射單元，所述saxs真空散射單元用于為第一x射線提供真空傳輸環(huán)境。

12、優(yōu)選的，所述saxs探測單元由二維陣列x射線探測器組成，用于探測樣品散射信號的強度及角度分布。

13、優(yōu)選的，所述xrr探測單元由一維陣列x射線探測器或二維陣列x射線探測器組成，用于探測樣品的膜層電子密度和/或膜層厚度周期。

14、優(yōu)選的，第一x射線的光路與第二x射線的光路相交。

15、優(yōu)選的，所述多自由度樣品臺設于第一x射線和第二x射線的光路交點位置。

16、優(yōu)選的，第一x射線和第二x射線在光路交點位置相互垂直。

17、優(yōu)選的，所述多自由度樣品臺用于帶動樣品繞垂直于第一x射線和第二x射線且過光路交點位置的轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)；

18、旋轉(zhuǎn)過程中，所述saxs探測單元探測樣品散射信號的強度及角度分布，旋轉(zhuǎn)至預設角度范圍內(nèi)，所述xrr探測單元同時探測樣品的膜層電子密度和/或膜層厚度周期。

19、優(yōu)選的，所述預設角度范圍為0至4度、或0至5度、或0至6度。

20、優(yōu)選的，所述xrr探測單元由單點x射線探測器和單軸位移臺組成，所述單軸位移臺用以驅(qū)動所述單點x射線探測器位移。

21、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明能夠取得如下有益效果：

22、本發(fā)明創(chuàng)新性地將透射式cd-saxs量測系統(tǒng)與xrr量測系統(tǒng)進行兼容性設計，通過一個裝置即可同時、同步實現(xiàn)對同一量測點的cd-saxs量測和xrr量測，由于cd-saxs量測系統(tǒng)與xrr量測系統(tǒng)共用同一個多自由度樣品臺，可以保證cd-saxs量測和xrr量測的量測點相同，提高了兩種量測技術進行掃描的兼容性，避免了傳統(tǒng)方法中，需要將樣品在cd-saxs量測系統(tǒng)和xrr量測系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)移的弊端，轉(zhuǎn)移過程增加了額外的樣品量測時間，這對于提高量測效率和降低成本具有重要意義；此外，轉(zhuǎn)移后cd-saxs量測和xrr量測的量測點難以保持一致，容易引入誤差，而本發(fā)明無需進行樣品轉(zhuǎn)移，能夠確保兩種量測技術獲得的數(shù)據(jù)在空間位置上的一致性，避免了樣品在不同系統(tǒng)間轉(zhuǎn)移可能引入的誤差，提高了數(shù)據(jù)的準確性。

技術特征：

1.一種兼容關鍵尺寸小角x射線散射量測與x射線反射率量測的裝置，其特征在于，包括：

2.如權利要求1所述的兼容關鍵尺寸小角x射線散射量測與x射線反射率量測的裝置，其特征在于，所述saxs光源單元包括第一x射線光源，以及對第一x射線進行準直和單色處理的準直單色器。

3.如權利要求1所述的兼容關鍵尺寸小角x射線散射量測與x射線反射率量測的裝置，其特征在于，所述xrr光源單元包括第二x射線光源，以及對第二x射線進行準直和單色處理的準直單色器。

4.如權利要求1所述的兼容關鍵尺寸小角x射線散射量測與x射線反射率量測的裝置，其特征在于，所述saxs光源單元至所述多自由度樣品臺的光路上還設有saxs真空準直單元，所述saxs真空準直單元用于對第一x射線進行準直及為第一x射線提供真空傳輸環(huán)境。

5.如權利要求4所述的兼容關鍵尺寸小角x射線散射量測與x射線反射率量測的裝置，其特征在于，所述多自由度樣品臺至所述saxs探測單元的光路上還設有saxs真空散射單元，所述saxs真空散射單元用于為第一x射線提供真空傳輸環(huán)境。

6.如權利要求1所述的兼容關鍵尺寸小角x射線散射量測與x射線反射率量測的裝置，其特征在于，所述saxs探測單元由二維陣列x射線探測器組成，用于探測樣品散射信號的強度及角度分布。

7.如權利要求6所述的兼容關鍵尺寸小角x射線散射量測與x射線反射率量測的裝置，其特征在于，所述xrr探測單元由一維陣列x射線探測器或二維陣列x射線探測器組成，用于探測樣品的膜層電子密度和/或膜層厚度周期。

8.如權利要求1所述的兼容關鍵尺寸小角x射線散射量測與x射線反射率量測的裝置，其特征在于，第一x射線的光路與第二x射線的光路相交。

9.如權利要求8所述的兼容關鍵尺寸小角x射線散射量測與x射線反射率量測的裝置，其特征在于，所述多自由度樣品臺設于第一x射線和第二x射線的光路交點位置。

10.如權利要求8或9所述的兼容關鍵尺寸小角x射線散射量測與x射線反射率量測的裝置，其特征在于，第一x射線和第二x射線在光路交點位置相互垂直。

11.如權利要求10所述的兼容關鍵尺寸小角x射線散射量測與x射線反射率量測的裝置，其特征在于，所述多自由度樣品臺用于帶動樣品繞垂直于第一x射線和第二x射線且過光路交點位置的轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)；

12.如權利要求11所述的兼容關鍵尺寸小角x射線散射量測與x射線反射率量測的裝置，其特征在于，所述預設角度范圍為0至4度、或0至5度、或0至6度。

13.如權利要求1所述的兼容關鍵尺寸小角x射線散射量測與x射線反射率量測的裝置，其特征在于，所述xrr探測單元由單點x射線探測器和單軸位移臺組成，所述單軸位移臺用以驅(qū)動所述單點x射線探測器位移。

技術總結
本發(fā)明涉及半導體關鍵尺寸量測技術領域，具體提供一種兼容關鍵尺寸小角X射線散射量測與X射線反射率量測的裝置，包括：量測點相同的SAXS光源單元和XRR光源單元、SAXS探測單元、XRR探測單元，以及用于承載樣品并驅(qū)動樣品轉(zhuǎn)動的多自由度樣品臺，SAXS量測光與XRR量測光在多自由度樣品臺上光路交點位置相互垂直，SAXS量測光透射經(jīng)過量測點，XRR量測光由量測點被反射，當多自由度樣品臺旋轉(zhuǎn)至預設角度范圍內(nèi)，SAXS探測單元、XRR探測單元可以同步對樣品進行SAXS量測和XRR量測，確保了兩種量測技術獲得的數(shù)據(jù)在空間位置上的一致性，并且也避免了樣品在不同量測系統(tǒng)間轉(zhuǎn)移所需要的額外時間，通過一個裝置即可同時、同步實現(xiàn)對同一量測點的CD?SAXS量測和XRR量測。

技術研發(fā)人員：駱榮輝,崔建華,陳治均,白園園,馬硯忠,陳魯
受保護的技術使用者：深圳中科飛測科技股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9