CN118329942A - X射线散射量测装置及x射线散射量测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X射线散射量测装置及X射线散射量测方法，通过对X射线源、第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜、至少一个光阑的位置；第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜的姿态；以及至少一个光阑的尺寸进行调节，从而能够使得从X射线源发出的X射线入射到待测样品上而形成较小的光斑截面尺寸，因而能够获得更小的量测区域尺寸。

Description

X射线散射量测装置及X射线散射量测方法

技术领域

本发明涉及X射线量测领域，具体涉及一种基于两级聚焦的反射式小角X射线散射量测装置及X射线散射量测方法。

背景技术

随着集成电路产业的发展，芯片的特征尺寸逐渐减小，同时也出现了越来越多复杂的三维结构。为了在生产制作的过程中提高产品良率，需要在半导体制造工艺期间的各个步骤进行量测以检测晶片上的缺陷。通过量测可以获得芯片结构的关键尺寸、膜厚度等结构参数信息。

传统的量测方法主要采用可见光，由于其穿透性较弱，因而难以获得高深宽比材料的三维结构信息，同时由于其波长较长，因而难以获得较高的量测精度。而原子力显微镜(AFM)以及扫描隧道显微镜(STM)虽然能够获得原子级别的量测精度，但是他们需要大量的时间进行扫描，而且仅能获得芯片的表面结构信息。扫描电子显微镜(SEM)也能够获得较高的量测分辨率，但同样无法穿透样品获得内部结构信息。为了克服穿透深度问题，发展出了一系列破坏性样本结构的量测方法，例如透射电子显微镜(TEM)将样品进行破坏性分段，可以获得任意纵向位置的结构参数。然而该技术需要破坏样品并且成像时间较长，难以运用于芯片的实际生产工艺流程中。

另一方面，X射线的波长在0.001nm到10nm的范围内，远小于可见光波长，同样可以获得较高的量测分辨率。同时，X射线具有较强的穿透性，能够获取芯片内部的三维结构信息。反射式小角X射线散射采用X射线照射样品，通过旋转样品来获取不同旋转角度下的散射图样，再通过算法对样品的三维结构信息进行重构。该方法能够对高深宽比结构的芯片进行量测，获取如关键尺寸、倾斜、椭圆度、套刻误差等多种参数信息，具有非接触、非破坏、统计平均的特点。

发明内容

在半导体生产工艺流程的量测需求中，需要的量测区域尺寸很小(例如为300微米或更小)，然而传统的反射式小角X射线散射量测中，量测区域尺寸极大(例如，大于1mm)，无法满足半导体生产工艺流程的量测需求。此外，传统的反射式小角X射线散射量测中，由于后焦距较小(样品与光学系统的距离较近)，因而对于尺寸较大的晶圆样品，在量测时晶圆样品可能会触碰到光学系统，无法实现整个晶圆样品的量测。

本发明就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而完成的，其目的在于，提供一种X射线散射量测装置及X射线散射量测方法，通过对X射线源、第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜、至少一个光阑的位置；第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜的姿态；以及至少一个光阑的尺寸进行调节(即采用两级聚焦)，从而能够使得从X射线源发出的X射线入射到待测样品上而形成较小的光斑截面尺寸，因而能够获得更小的量测区域尺寸。

解决技术问题的技术方案

为了解决上述问题，本发明的第一方面所涉及的X射线散射量测装置中，包括：

X射线源，所述X射线源用于发出X射线；

第一X射线聚焦镜，所述第一X射线聚焦镜布置于所述X射线源和第二X射线聚焦镜之间，用于将从所述X射线源发出的X射线朝向第二X射线聚焦镜进行第一次反射；

第二X射线聚焦镜，所述第二X射线聚焦镜布置于所述第一X射线聚焦镜和待测样品之间，用于将所述第一次反射来的X射线朝向所述待测样品进行第二次反射；

至少一个光阑，所述至少一个光阑布置于经由所述X射线源、所述第一X射线聚焦镜、所述第二X射线聚焦镜、所述待测样品的光路中，用于对所述X射线进行限束并调整所述X射线的发散角；以及

X射线面阵探测器，所述X射线面阵探测器用于对入射到所述待测样品上形成的光斑进行检测，

其中，所述光斑的截面尺寸小于等于规定长度。

进一步地，所述X射线面阵探测器对所述光斑进行检测以获得散射光光强分布，

所述X射线散射量测装置还包括数据处理模块，所述数据处理模块对所述X射线面阵探测器所获得的所述散射光光强分布进行三维结构重构，以获得所述待测样品的三维结构信息。

进一步地，所述光斑的截面尺寸小于等于300μm。

进一步地，所述X射线散射量测装置还包括支撑台，所述支撑台承载所述待测样品，用于调节入射到所述待测样品上的X射线与所述待测样品的表面所成的角度，并且用于使得所述待测样品绕所述待测样品的法线方向旋转。

进一步地，所述X射线面阵探测器配置为在光轴方向上进行平移，以及/或者绕所述待测样品的旋转中心进行旋转。

进一步地，还包括：

第一六轴调整台，所述第一六轴调整台耦合至所述第一X射线聚焦镜，用于对所述第一X射线聚焦镜的姿态进行调整；以及/或者

第二六轴调整台，所述第二六轴调整台耦合至所述第二X射线聚焦镜，用于对所述第二X射线聚焦镜的姿态进行调整。

进一步地，所述第一X射线聚焦镜和所述第二X射线聚焦镜分别是Schwarzschild光学器件、Montel光学器件、Kirkpatrick-Baez光学器件、Wolter光学器件、Glober光学器件、Toroidal光学器件、椭球光学器件中的任意一种或任意两种的组合。

进一步地，所述第一X射线聚焦镜和所述第二X射线聚焦镜中的至少一个具有能够起到单色选频的作用的多层膜结构。

本发明的第二方面所涉及的X射线散射量测方法中，包括如下步骤：

(1)通过第一X射线聚焦镜使从X射线源发出的X射线朝向第二X射线聚焦镜进行第一次反射，通过所述第二X射线聚焦镜使所述第一次反射来的X射线朝向待测样品进行第二次反射，对所述第一X射线聚焦镜、所述第二X射线聚焦镜的姿态、以及至少一个光阑的尺寸进行调节，以使得入射到所述待测样品上而形成的光斑的截面尺寸小于等于规定长度，其中，所述至少一个光阑用于对所述X射线进行限束并调整所述X射线的发散角；以及

(2)利用所述X射线面阵探测器对入射到所述待测样品上而产生的光斑进行检测以获得散射光光强分布。

进一步地，还包括如下步骤：利用支撑台使所述待测样品进行旋转，在不同旋转角度下重复所述步骤(2)，以获得多个不同旋转角度下的散射光光强分布。

进一步地，还包括如下步骤：利用数据处理模块对所述X射线面阵探测器所获得的散射光光强分布进行三维结构重构以获得所述待测样品的三维结构信息。

发明效果

根据本发明的X射线散射量测装置及X射线散射量测方法，通过对X射线源、第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜、至少一个光阑的位置；第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜的姿态；以及至少一个光阑的尺寸进行调节(即采用两级聚焦)，从而能够使得从X射线源发出的X射线入射到待测样品上而形成较小的光斑截面尺寸，因而能够获得更小的量测区域尺寸。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测装置的具体结构的第一实施例的示意图。

图2是示出本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测装置的具体结构的第二实施例的示意图。

图3是示出本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测装置的具体结构的第三实施例的示意图。

图4是示出本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测装置的具体结构的一个变形例的示意图。

图5是示出本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测装置中由X射线面阵探测器获得的、X射线入射到待测样品上而产生的散射光光强分布的示例图。

图6是示出本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测装置中X射线面阵探测器随着待测样品的转动而转动的情况的示意图。

图7是示出本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测装置中待测样品的姿态的示意图。

图8是示出本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测方法中的各个具体步骤的流程示意图。

标号说明

1X射线源

201、201’第一X射线聚焦镜

202、202’第二X射线聚焦镜

301、301’第一光阑

302、302’第二光阑

303、303’第三光阑

4待测样品

5X射线面阵探测器

6数据处理模块

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本实施方式在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施方式。

为了描述的方便，可在此使用空间相对术语，例如“之下”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等，来描述如图所示的一个元件或特性相对于另一元件或特性的关系。应理解，空间相对术语旨在包括除了在图中所示的指向之外的使用或操作的器件不同指向。例如，如果将图中的器件翻转，描述为在其它元件或特性“之下”或“下”的元件将被定向为在其它元件或特性“之上”。

除非另外限定，在此使用的术语具有与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解相同的含义。术语应理解为具有与相关技术的上下文中的含义一致的含义，并不应以理想化或过度形式化来理解，除非在此明显地这样限定。

<X射线散射量测装置>

(第一实施例)

下面，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测装置的具体结构进行详细说明。图1是示出本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测装置的具体结构的第一实施例的示意图。在第一实施例中，仅设置有一个光阑。

如图1所示，本发明的第一实施例所涉及的X射线散射量测装置包括X射线源1、第一X射线聚焦镜201、第二X射线聚焦镜202、第一光阑301、以及X射线面阵探测器5。此外，为了对X射线面阵探测器5所获得的散射光光强分布进行三维结构重构，X射线散射量测装置还可包括数据处理模块6(图1中用虚线框示出)，该数据处理模块6具有对采集到的散射光光强分布进行三维结构重构的程序。

第一X射线聚焦镜201布置于X射线源1和第二X射线聚焦镜202之间，用于将从X射线源1发出的X射线朝向第二X射线聚焦镜202进行第一次反射。第二X射线聚焦镜202布置于第一X射线聚焦镜201和待测样品4之间，用于将所述第一次反射来的X射线朝向待测样品4进行第二次反射。第一光阑301布置于第二X射线聚焦镜202和待测样品4之间，用于对第二次反射来的X射线进行限束并调整X射线的发散角。

通过对X射线源1、第一X射线聚焦镜201、第二X射线聚焦镜202、第一光阑301的位置；第一X射线聚焦镜201、第二X射线聚焦镜202的姿态；以及第一光阑301的尺寸进行适当的调节，从而可使得从X射线源1发出的X射线依次经由第一X射线聚焦镜201、第二X射线聚焦镜202、第一光阑301入射到待测样品4上而形成的光斑的截面尺寸小于等于规定长度(例如300μm)；并且可使得此时的第一光阑301与待测样品4之间的距离大于等于规定距离(例如300mm)，即，可以视为由第一X射线聚焦镜201、第二X射线聚焦镜202、第一光阑301构成的光学系统的后焦距大于等于规定距离。

其中，X射线源1可以是粒子加速射线源、液态靶阳极射线源、旋转阳极射线源、固定固体阳极射线源、微聚焦射线源、微聚焦旋转阳极射线源以及逆康普顿散射射线源中的任一种。X射线源1的能量范围为50～10000eV。

此外，第一X射线聚焦镜201和第二X射线聚焦镜202可以是Schwarzschild光学器件、Montel光学器件、Kirkpatrick-Baez光学器件、Wolter光学器件、Glober光学器件、Toroidal光学器件、椭球光学器件中的任意一种或任意两种的组合。另外，第一X射线聚焦镜201和第二X射线聚焦镜202中的至少一个具有多层膜结构，能够起到单色选频的作用。此外，第一X射线聚焦镜201和第二X射线聚焦镜202放置在不同的光路距离上，有时将靠近X射线源的第一X射线聚焦镜201称为前X射线聚焦镜，将远离X射线源的第二X射线聚焦镜202称为后X射线聚焦镜。

此外，第一X射线聚焦镜201耦合至第一六轴调整台，第二X射线聚焦镜202耦合至第二六轴调整台，第一六轴调整台和第二六轴调整台均可实现三轴平移以及三轴旋转。具体而言，三轴平移针对的是水平位置、竖直位置、光轴距离，三轴旋转针对的是投角、摆角、滚角。由此，可实现第一X射线聚焦镜201和第二X射线聚焦镜202的三轴平移以及三轴旋转，可对第一X射线聚焦镜201和第二X射线聚焦镜202的姿态进行调整。

此外，第一光阑301为可调节尺寸的1个以上的狭缝或针孔(针孔的形状可以为圆孔、多边形、三角形等)，能够对X射线光束进行限束，从而可起到降噪的作用(即可将不需要的光束过滤掉)。并且，通过调节第一光阑301的尺寸，从而可以改变照射到待测样品4表面的X射线的发散角。

此外，在第一实施例的上述说明中，第一光阑301布置于第二X射线聚焦镜202和待测样品4之间，但本发明并不局限于此，第一光阑301也可布置于第一X射线聚焦镜201和第二X射线聚焦镜202之间，或者X射线源1和第一X射线聚焦镜201之间。其中，由于布置于第二X射线聚焦镜202和待测样品4之间能够使得第一光阑301更靠近待测样品4，能够使得对照射到待测样品4表面的X射线进行降噪的效果更好，因此优选将第一光阑301布置于第二X射线聚焦镜202和待测样品4之间。

此外，X射线散射量测装置还包括支撑台(图中未示出)，该支撑台可使待测样品4进行旋转，以使得入射到待测样品4上时X射线与待测样品4的表面所成的角度在0.1度至45度之间，图7中的ψ为入射的X射线与待测样品4的表面所成的角度(斜入射角),并且，利用支撑台，可使待测样品4绕待测样品4的法线方向在0度至360度的方位角范围内进行旋转，图7中的ф为待测样品4围绕法线旋转的方位角。

此外，作为一个示例，待测样品4可以包括周期性或非周期性结构，厚度小于1微米。此外，待测样品4可以包含衬底结构，该衬底的材料例如可包含单晶硅、砷化镓、氮化硅及磷化铟。此外，由于可使得第一光阑301与待测样品4之间的距离大于等于规定距离(例如300mm)，因此待测样品4的总尺寸最大可至该规定距离的大小(例如300mm)。

此外，X射线面阵探测器5可对从X射线源1发出的X射线依次经由第一X射线聚焦镜201、第二X射线聚焦镜202、第一光阑301入射到待测样品4上而产生的光斑进行检测以获得散射光光强分布。图5是示出本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测装置中由X射线面阵探测器获得的、X射线入射到待测样品上而产生的散射光光强分布的示例图。

作为一个示例，X射线面阵探测器5能够完整记录X射线产生的散射光子。此外，X射线面阵探测器5能够在光轴方向上进行平移，从而改变探测距离，并且X射线面阵探测器5还能够随着待测样品4的转动而转动，旋转中心位于待测样品4的旋转中心，旋转轴为与待测样品4的法线垂直的轴。图6是示出本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测装置中X射线面阵探测器随着待测样品的转动而转动的情况的示意图。

由此，根据本发明的第一实施例的X射线散射量测装置，通过对X射线源、第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜、第一光阑的位置；第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜的姿态；以及第一光阑的尺寸进行调节(即采用两级聚焦)，从而能够使得从X射线源发出的X射线入射到待测样品上而形成较小的光斑截面尺寸，因而能够获得更小的量测区域尺寸。此外，还能够使得第一光阑与待测样品之间的距离较远(即能够在与光学系统的距离较远的位置上获得截面尺寸极小的光斑)，能够实现更大尺寸的样品的量测。另外，本发明中，通过采用第一X射线聚焦镜和第二X射线聚焦镜这两个X射线聚焦镜(即采用两级聚焦)来实现规定长度以下的光斑截面尺寸，从而与使用一个X射线聚焦镜来实现相同光斑截面尺寸的情况相比，能够使X射线散射量测装置整体的体积更小。

(第二实施例)

在上述第一实施例中，仅布置有一个光阑，但本发明并不局限于此，例如也可在经由X射线源、第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜、待测样品的光路中布置有两个光阑。下面，针对第二实施例中与第一实施例不同的结构进行详细说明。

图2是示出本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测装置的具体结构的第二实施例的示意图。

如图2所示，本发明的第二实施例所涉及的X射线散射量测装置包括X射线源1、第一X射线聚焦镜201、第二X射线聚焦镜202、第一光阑301、第二光阑302、以及X射线面阵探测器5。此外，为了对X射线面阵探测器5所获得的散射光光强分布进行三维结构重构，X射线散射量测装置还可包括数据处理模块6(图2中用虚线框示出)，该数据处理模块6具有对采集到的散射光光强分布进行三维结构重构的程序。

第一X射线聚焦镜201布置于X射线源1和第二X射线聚焦镜202之间，用于将从X射线源1发出的X射线朝向第二X射线聚焦镜202进行第一次反射。第二X射线聚焦镜202布置于第一X射线聚焦镜201和待测样品4之间，用于将所述第一次反射来的X射线朝向待测样品4进行第二次反射。第一光阑301布置于第二X射线聚焦镜202和待测样品4之间，用于对第二次反射来的X射线进行限束并调整X射线的发散角。第二光阑302布置于第一X射线聚焦镜201和第二X射线聚焦镜202之间，用于对第一次反射来的X射线进行限束并调整X射线的发散角。

通过对X射线源1、第一X射线聚焦镜201、第二X射线聚焦镜202、第一光阑301、第二光阑302的位置；第一X射线聚焦镜201、第二X射线聚焦镜202的姿态；以及第一光阑301、第二光阑302的尺寸进行适当的调节，从而可使得从X射线源1发出的X射线依次经由第一X射线聚焦镜201、第二光阑302、第二X射线聚焦镜202、第一光阑301入射到待测样品4上而形成的光斑的截面尺寸小于等于规定长度(例如300μm)；并且可使得此时的第一光阑301与待测样品4之间的距离大于等于规定距离(例如300mm)，即，可以视为由第一X射线聚焦镜201、第二光阑302、第二X射线聚焦镜202、第一光阑301构成的光学系统的后焦距大于等于规定距离。

此外，在第二实施例的上述说明中，第一光阑301布置于第二X射线聚焦镜202和待测样品4之间，第二光阑302布置于第一X射线聚焦镜201和第二X射线聚焦镜202之间，但本发明并不局限于此，若将X射线源和第一X射线聚焦镜201之间设为第一区域，将第一X射线聚焦镜201和第二X射线聚焦镜202之间设为第二区域，将第二X射线聚焦镜202和待测样品4之间设为第三区域，第一光阑301和第二光阑302可布置于上述第一区域、第二区域、第三区域中的任意两个区域。此外，与仅使用一个光阑的第一实施例相比，第二实施例中通过使用两个光阑，从而能进一步提高降噪的效果。

由此，根据本发明的第二实施例的X射线散射量测装置，通过对X射线源、第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜、第一光阑、第二光阑的位置；第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜的姿态；以及第一光阑、第二光阑的尺寸进行调节(即采用两级聚焦)，从而能够使得从X射线源发出的X射线入射到待测样品上而形成较小的光斑截面尺寸，因而能够获得更小的量测区域尺寸。此外，还能够使得第一光阑与待测样品之间的距离较远(即能够在与光学系统的距离较远的位置上获得截面尺寸极小的光斑)，能够实现更大尺寸的样品的量测。另外，本发明中，通过采用第一X射线聚焦镜和第二X射线聚焦镜这两个X射线聚焦镜(即采用两级聚焦)来实现规定长度以下的光斑截面尺寸，从而与使用一个X射线聚焦镜来实现相同光斑截面尺寸的情况相比，能够使X射线散射量测装置整体的体积更小。

(第三实施例)

在上述第一实施例中，仅布置有一个光阑，在上述第二实施例中，仅布置有两个光阑，但本发明并不局限于此，例如也可在经由X射线源、第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜、待测样品的光路中布置有三个光阑。下面，针对第三实施例中与第一、第二实施例不同的结构进行详细说明。

图3是示出本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测装置的具体结构的第三实施例的示意图。

如图3所示，本发明的第三实施例所涉及的X射线散射量测装置包括X射线源1、第一X射线聚焦镜201、第二X射线聚焦镜202、第一光阑301、第二光阑302、第三光阑303、以及X射线面阵探测器5。此外，为了对X射线面阵探测器5所获得的散射光光强分布进行三维结构重构，X射线散射量测装置还可包括数据处理模块6(图3中用虚线框示出)，该数据处理模块6具有对采集到的散射光光强分布进行三维结构重构的程序。

第一X射线聚焦镜201布置于X射线源1和第二X射线聚焦镜202之间，用于将从X射线源1发出的X射线朝向第二X射线聚焦镜202进行第一次反射。第二X射线聚焦镜202布置于第一X射线聚焦镜201和待测样品4之间，用于将所述第一次反射来的X射线朝向待测样品4进行第二次反射。第一光阑301布置于第二X射线聚焦镜202和待测样品4之间，用于对第二次反射来的X射线进行限束并调整X射线的发散角。第二光阑302布置于第一X射线聚焦镜201和第二X射线聚焦镜202之间，用于对第一次反射来的X射线进行限束并调整X射线的发散角。第三光阑303布置于X射线源1和第一X射线聚焦镜201之间，用于对X射线源1发出的X射线进行限束并调整X射线的发散角。

通过对X射线源1、第一X射线聚焦镜201、第二X射线聚焦镜202、第一光阑301、第二光阑302、第三光阑303的位置；第一X射线聚焦镜201、第二X射线聚焦镜202的姿态；以及第一光阑301、第二光阑302、第三光阑303的尺寸进行适当的调节，从而可使得从X射线源1发出的X射线依次经由第三光阑303、第一X射线聚焦镜201、第二光阑302、第二X射线聚焦镜202、第一光阑301入射到待测样品4上而形成的光斑的截面尺寸小于等于规定长度(例如300μm)；并且可使得此时的第一光阑301与待测样品4之间的距离大于等于规定距离(例如300mm)，即，可以视为由第三光阑303、第一X射线聚焦镜201、第二光阑302、第二X射线聚焦镜202、第一光阑301构成的光学系统的后焦距大于等于规定距离。

此外，与仅使用一个光阑的第一实施例和仅使用两个光阑的第二实施例相比，第三实施例中通过使用三个光阑，从而能更进一步提高降噪的效果。

由此，根据本发明的第三实施例的X射线散射量测装置，通过对X射线源、第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜、第一光阑、第二光阑、第三光阑的位置；第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜的姿态；以及第一光阑、第二光阑、第三光阑的尺寸进行调节(即采用两级聚焦)，从而能够使得从X射线源发出的X射线入射到待测样品上而形成较小的光斑截面尺寸，因而能够获得更小的量测区域尺寸。此外，还能够使得第一光阑与待测样品之间的距离较远(即能够在与光学系统的距离较远的位置上获得截面尺寸极小的光斑)，能够实现更大尺寸的样品的量测。另外，本发明中，通过采用第一X射线聚焦镜和第二X射线聚焦镜这两个X射线聚焦镜(即采用两级聚焦)来实现规定长度以下的光斑截面尺寸，从而与使用一个X射线聚焦镜来实现相同光斑截面尺寸的情况相比，能够使X射线散射量测装置整体的体积更小。

(变形例)

图1～图3中，第一X射线聚焦镜201的反射镜面朝上，第二X射线聚焦镜202的反射镜面朝下，即第一X射线聚焦镜201和第二X射线聚焦镜202的反射镜面朝向大致相反方向，但本发明并不局限于此，例如也可如图4所示，采用第一X射线聚焦镜201’和第二X射线聚焦镜202’的反射镜面朝向大致相同方向的结构。

图4是示出本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测装置的具体结构的一个变形例的示意图。

此外，图4的变形例中，示出了具备三个光阑的结构，但是，如以上的实施例1～3所述，本发明并不局限于此，也可采用仅具备一个光阑或两个光阑的结构。

此外，光阑的数量也可大于3个，只要能够通过调整由第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜、至少一个光阑构成的光学系统使得从X射线源发出的X射线入射到待测样品上而形成的光斑的截面尺寸小于等于规定长度即可。当然，在使用大于3个光阑的情况下，需要对光学系统进行额外的相应调整。

<X射线散射量测方法>

下面，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测方法进行详细说明。图8是示出本发明的实施方式所涉及的X射线散射量测方法中的各个具体步骤的流程示意图。

如图8所示，首先，在步骤ST101中，将X射线源1、第一X射线聚焦镜201、第二X射线聚焦镜202、至少一个光阑调节到规定位置，使得第一X射线聚焦镜201布置于X射线源1和第二X射线聚焦镜202之间以用于将从X射线源1发出的X射线朝向第二X射线聚焦镜202进行第一次反射，第二X射线聚焦镜202布置于第一X射线聚焦镜201和待测样品4之间以用于将第一次反射来的X射线朝向待测样品4进行第二次反射，至少一个光阑布置于经由X射线源1、第一X射线聚焦镜201、第二X射线聚焦镜202、待测样品4的光路中以用于对X射线进行限束并调整X射线的发散角，并且对第一X射线聚焦镜201、第二X射线聚焦镜202的姿态、以及至少一个光阑的尺寸进行调节，以使得入射到待测样品4上而形成的光斑的截面尺寸小于等于规定长度。

然后，在步骤ST102中，利用X射线面阵探测器5对入射到待测样品4上而产生的光斑进行检测以获得散射光光强分布。

此外，X射线散射量测方法还可包括利用支撑台使待测样品4进行旋转，在不同旋转角度(包括不同的斜入射角ψ和不同的方位角ф)下重复步骤ST102，以获得多个不同旋转角度下的散射光光强分布的步骤ST103(图8中用虚线框示出)。

此外，为了对X射线面阵探测器5所获得的散射光光强分布进行三维结构重构，X射线散射量测方法还可包括利用数据处理模块6对X射线面阵探测器5所获得的散射光光强分布进行三维结构重构以获得待测样品4的三维结构信息的步骤ST104(图8中用虚线框示出)

由此，根据本发明的X射线散射量测方法，通过对X射线源、第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜、至少一个光阑的位置；第一X射线聚焦镜、第二X射线聚焦镜的姿态；以及至少一个光阑的尺寸进行调节(即采用两级聚焦)，从而能够使得从X射线源发出的X射线入射到待测样品上而形成较小的光斑截面尺寸，因而能够获得更小的量测区域尺寸。此外，还能够使得光学系统与待测样品之间的距离较远(即能够在与光学系统的距离较远的位置上获得截面尺寸极小的光斑)，能够实现更大尺寸的样品的量测。另外，本发明中，通过采用第一X射线聚焦镜和第二X射线聚焦镜这两个X射线聚焦镜(即采用两级聚焦)来实现规定长度以下的光斑截面尺寸，从而与使用一个X射线聚焦镜来实现相同光斑截面尺寸的情况相比，能够使X射线散射量测装置整体的体积更小。

应当理解，上述说明是示意性的而非限制性的。例如，上述实施例(和/或其各方面)可以彼此结合起来使用。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多修改，以使特定的状况或材料适应于本发明各个实施例的教导。虽然本文所述的材料的尺寸和类型用来限定本发明各个实施例的参数，但是各个实施例并不意味着是限制性的，而是示例性的实施例。在阅读上述说明的情况下，许多其它实施例对于本领域技术人员而言是明显的。因此，本发明的各个实施例的范围应当参考所附权利要求，以及这些权利要求所要求保护的等同形式的全部范围来确定。

工业上的实用性

本发明的X射线散射量测装置及X射线散射量测方法可应用于X射线量测领域，特别是可应用于半导体生产工艺流程中的X射线量测工序。

Claims (11)

1.一种X射线散射量测装置，其特征在于，包括：

X射线源，所述X射线源用于发出X射线；

第一X射线聚焦镜，所述第一X射线聚焦镜布置于所述X射线源和第二X射线聚焦镜之间，用于将从所述X射线源发出的X射线朝向第二X射线聚焦镜进行第一次反射；

第二X射线聚焦镜，所述第二X射线聚焦镜布置于所述第一X射线聚焦镜和待测样品之间，用于将所述第一次反射来的X射线朝向所述待测样品进行第二次反射；

至少一个光阑，所述至少一个光阑布置于经由所述X射线源、所述第一X射线聚焦镜、所述第二X射线聚焦镜、所述待测样品的光路中，用于对所述X射线进行限束并调整所述X射线的发散角；以及

X射线面阵探测器，所述X射线面阵探测器用于对入射到所述待测样品上形成的光斑进行检测，

其中，所述光斑的截面尺寸小于等于规定长度。

2.根据权利要求1所述的X射线散射量测装置，其特征在于，

所述X射线面阵探测器对所述光斑进行检测以获得散射光光强分布，

所述X射线散射量测装置还包括数据处理模块，所述数据处理模块对所述X射线面阵探测器所获得的所述散射光光强分布进行三维结构重构，以获得所述待测样品的三维结构信息。

3.根据权利要求1或2所述的X射线散射量测装置，其特征在于，

所述光斑的截面尺寸小于等于300μm。

4.根据权利要求1或2所述的X射线散射量测装置，其特征在于，

所述X射线散射量测装置还包括支撑台，所述支撑台承载所述待测样品，用于调节入射到所述待测样品上的X射线与所述待测样品的表面所成的角度，并且用于使得所述待测样品绕所述待测样品的法线方向旋转。

5.根据权利要求1或2所述的X射线散射量测装置，其特征在于，

所述X射线面阵探测器配置为在光轴方向上进行平移，以及/或者绕所述待测样品的旋转中心进行旋转。

6.根据权利要求1或2所述的X射线散射量测装置，其特征在于，还包括：

第一六轴调整台，所述第一六轴调整台耦合至所述第一X射线聚焦镜，用于对所述第一X射线聚焦镜的姿态进行调整；以及/或者

第二六轴调整台，所述第二六轴调整台耦合至所述第二X射线聚焦镜，用于对所述第二X射线聚焦镜的姿态进行调整。

7.根据权利要求1或2所述的X射线散射量测装置，其特征在于，

所述第一X射线聚焦镜和所述第二X射线聚焦镜分别是Schwarzschild光学器件、Montel光学器件、Kirkpatrick-Baez光学器件、Wolter光学器件、Glober光学器件、Toroidal光学器件、椭球光学器件中的任意一种或任意两种的组合。

8.根据权利要求1或2所述的X射线散射量测装置，其特征在于，

所述第一X射线聚焦镜和所述第二X射线聚焦镜中的至少一个具有能够起到单色选频的作用的多层膜结构。

9.一种X射线散射量测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)通过第一X射线聚焦镜使从X射线源发出的X射线朝向第二X射线聚焦镜进行第一次反射，通过所述第二X射线聚焦镜使所述第一次反射来的X射线朝向待测样品进行第二次反射，对所述第一X射线聚焦镜、所述第二X射线聚焦镜的姿态、以及至少一个光阑的尺寸进行调节，以使得入射到所述待测样品上而形成的光斑的截面尺寸小于等于规定长度，其中，所述至少一个光阑用于对所述X射线进行限束并调整所述X射线的发散角；以及

(2)利用所述X射线面阵探测器对入射到所述待测样品上而产生的光斑进行检测以获得散射光光强分布。

10.根据权利要求9所述的X射线散射量测方法，其特征在于，还包括如下步骤：

利用支撑台使所述待测样品进行旋转，在不同旋转角度下重复所述步骤(2)，以获得多个不同旋转角度下的散射光光强分布。

11.根据权利要求10所述的X射线散射量测方法，其特征在于，还包括如下步骤：

利用数据处理模块对所述X射线面阵探测器所获得的散射光光强分布进行三维结构重构以获得所述待测样品的三维结构信息。