[發明專利]基于小角X射線散射技術的關鍵尺寸測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 202110894221.8
• 申請日: 2021-08-05
• 公開（公告）號: CN113624168B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 楊春明;周平;邊風剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: G01B15/00
• 分類號: G01B15/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 楊怡清

本發明提供一種基于小角X射線散射技術的關鍵尺寸測量系統，包括：散射信號采集單元、控制單元和關鍵尺寸測量獲取單元；散射信號采集單元包括光源、樣品和探測器，樣品為納米光柵或納米場效應管等周期性納米結構器件；控制單元包括控制終端和數據存儲設備，數據存儲設備設置為存儲關于樣品的小角散射數據，控制終端設置為控制探測器的數據采集和數據存儲設備的存儲；關鍵尺寸測量獲取單元對小角散射數據進行分析處理，得到樣品的關鍵尺寸。本發明還提供了相應的方法，本發明的系統包括散射信號采集單元、控制單元和關鍵尺寸測量獲取單元，且涉及控制終端、形成了控制?測量?數據獲取一整套系統，以自動化地測量關鍵尺寸。

技術領域

本發明涉及納米光柵或納米場效應管的關鍵尺寸測量技術，更具體地涉及基于小角X射線散射技術的納米光柵或納米場效應管等周期性納米器件的關鍵尺寸測量系統及測量方法。

背景技術

隨著集成電路的不斷進步發展，7納米技術節點的集成芯片已經量產，?5納米甚至3納米芯片也蓄勢待發即將出樣，無論納米器件(0.1nm～100nm)?的結構還是其制造工藝過程，都為其精確的尺度測量的帶來了挑戰。納米測量不僅是納米器件表征的基礎，也是納米器件加工工藝控制和質量管理的“眼睛”。

納米器件需要與其匹配的準納米甚至接近原子尺度的高精度的測量方法。基于傳統的光學和探針的測量平臺的不確定度也不再能夠滿足這些先進納米器件的測量需求。

X射線的波長是從0.001nm到10nm左右的范圍，和納米器件的尺寸以及其晶格尺寸是匹配和一致的。小角X射線散射(SAXS)反映物質內部電子密度的分布情況，可以檢測從1nm到數百nm尺度范圍內的物質的亞微觀結構和形態結構。關鍵尺度小角X射線散射(Critical?dimension?small?angle?X-ray?scattering,CD-SAXS)具有非接觸、非破壞、統計平均的特點。

目前，美國KLA-Tencor公司的“用于高高寬比結構的X光散射測量計量”專利申請(申請號為CN201680070562.0)中涉及了使用透射小角度X光散射技術測量高高寬比結構的垂直制造裝置，但該專利關于控制方面沒有詳細涉及。中國臺灣積體電路制造股份有限公司的專利申請“X光散射測量的方法與流程”(申請號為CN201711320393.4)主要是涉及X光散射測量的半導體器件的測試鍵，未涉及測量系統以及控制單元和數據獲取單元。因此，現有的測量方法均存在著無法實現一體化測量的弱點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于小角X射線散射技術的關鍵尺寸測量系統及測量方法，以自動化地測量關鍵尺寸。

為了實現上述目的，本發明提供一種基于小角X射線散射技術的關鍵尺寸測量系統，包括：散射信號采集單元、控制單元和關鍵尺寸測量獲取單元；所述散射信號采集單元包括入射X射線的光源、樣品和探測器，樣品為周期性納米結構器件；所述控制單元包括一個控制終端和一個數據存儲設備，所述數據存儲設備設置為存儲關于由探測器測量的樣品的小角散射數據，控制終端設置為控制探測器的數據采集和數據存儲設備的數據存儲；關鍵尺寸測量獲取單元設置為對樣品的小角散射數據進行分析處理，得到樣品的關鍵尺寸。

在所述散射信號采集單元中，樣品的前方設有光通量測量單元和X射線開關；樣品和探測器之間設有中心光束遮擋器，中心光束遮擋器上設有光電二極管。

所述樣品的后方設有一真空管道；其中，探測器設于真空管道的后端封窗的后方且中心光束遮擋器設于真空管道的內部；中心光束遮擋器和探測器均設于真空管道的內部。

所述樣品的前方設有第一狹縫和第二狹縫，第二狹縫比第一狹縫更靠近樣品，第一狹縫與樣品的最短距離為1米，第二狹縫與樣品的最短距離為?3厘米。

所述樣品安裝于一五軸調節單元上，所述五軸樣品臺包括Y軸位移臺、兩軸傾角調節臺、X軸位移臺、旋轉位置調節臺和樣品支架，樣品固定于樣品支架上，Y軸和X軸均垂直于入射X射線的入射方向，X軸為水平方向，?Y軸為豎直方向。