CN220084691U - 光学测量设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种光学测量设备。该光学测量设备包括：光源，所述光源被配置为产生至少两束测量光束，其中，所述至少两束测量光束中的每束测量光束被配置为分别沿不同的出射光路行进以用于照射到相应的样品上；以及至少两个光学探测器，所述至少两个光学探测器中的每个光学探测器分别设于相应的一条出射光路上，且每个光学探测器被配置为接收并检测沿相应的出射光路行进的测量光束与相应的样品相互作用所产生的出射光的至少一部分。

Description

光学测量设备

技术领域

本公开涉及测量技术领域，更具体地，涉及一种光学测量设备。

背景技术

随着集成电路产业的发展，芯片或器件的特征尺寸逐渐减小，且芯片或器件的三维结构也越来越复杂。为了提高上述产品的良率，通常需要在半导体制造工艺期间对相应的样品进行测量，以便及时地发现和检测样品中存在的缺陷。然而，在传统的测量设备中，存在测量难度大、测量效率低、对样品的破坏度高等问题。因此，存在对测量设备进行改进的需求。

实用新型内容

本公开的目的之一在于提供一种光学测量设备，以改善样品的测量。

根据本公开的一方面，光学测量设备包括：

光源，所述光源被配置为产生至少两束测量光束，其中，所述至少两束测量光束中的每束测量光束被配置为分别沿不同的出射光路行进以用于照射到相应的样品上；以及

至少两个光学探测器，所述至少两个光学探测器中的每个光学探测器分别设于相应的一条出射光路上，且每个光学探测器被配置为接收并检测沿相应的出射光路行进的测量光束与相应的样品相互作用所产生的出射光的至少一部分。

在一些实施例中，所述光源被配置为同时产生沿在彼此相反的方向上延伸的两条出射光路行进的两束测量光束。

在一些实施例中，所述光源被配置为能够调节所产生的测量光束的能量和强度中的至少一者。

在一些实施例中，所述光源包括X射线源。

在一些实施例中，所述X射线源包括粒子加速射线源、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和逆康普顿散射射线源中的至少一者。

在一些实施例中，光学探测器包括面阵探测器，所述面阵探测器包括呈阵列状排布的多个探测像素，且所述面阵探测器被配置为检测沿相应的出射光路行进的测量光束与相应的样品相互作用所产生的出射光的至少一部分的空间分布光强。

在一些实施例中，所述面阵探测器满足以下条件中的至少一者：

每个探测像素的特征尺寸小于或等于150μm；

所述面阵探测器中每行的探测像素的数目大于或等于1000；

所述面阵探测器中每列的探测像素的数目大于或等于1000；

所述面阵探测器被配置为能够探测单个光子；以及

所述面阵探测器的探测效率大于或等于0.5。

在一些实施例中，所述光学测量设备还包括：

处理器组件，所述处理器组件与所述至少两个光学探测器中的每个光学探测器通信地连接，且所述处理器组件被配置为根据来自每个光学探测器的检测数据对相应的样品进行三维结构重构。

在一些实施例中，所述处理器组件包括与所述至少两个光学探测器中的每个光学探测器一一对应地设置的至少两个处理器。

在一些实施例中，所述光学测量设备还包括以下中的至少一者：

透射式光学组件，所述透射式光学组件设于所述光源和相应的光学探测器之间，所述透射式光学组件被配置为对相应的测量光束进行第一预设处理以使处理后的测量光束照射到相应的样品上，且该光学探测器被配置为接收并检测该处理后的测量光束透射通过该样品后所产生的散射光的至少一部分；和

反射式光学组件，所述反射式光学组件设于所述光源和相应的光学探测器之间，所述反射式光学组件被配置为对相应的测量光束进行第二预设处理以使处理后的测量光束照射到相应的样品上，且该光学探测器被配置为接收并检测该处理后的测量光束被该样品反射后所产生的散射光的至少一部分。

在一些实施例中，所述透射式光学组件包括第一聚焦镜组，所述第一聚焦镜组设于所述光源和相应的光学探测器之间，且所述第一聚焦镜组被配置为对相应的测量光束进行聚焦；或

所述反射式光学组件包括第二聚焦镜组，所述第二聚焦镜组设于所述光源和相应的光学探测器之间，且所述第二聚焦镜组被配置为对相应的测量光束进行聚焦。

在一些实施例中，所述第一聚焦镜组具有第一多层膜结构，所述第一多层膜结构被配置为使相应的测量光束中的在第一频率范围内的部分通过，且阻挡该测量光束的剩余部分；或

所述第二聚焦镜组具有第二多层膜结构，所述第二多层膜结构被配置为使相应的测量光束中的在第二频率范围内的部分通过，且阻挡该测量光束的剩余部分。

在一些实施例中，所述第一聚焦镜组包括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光学器件和椭球光学器件中的至少一者；或

所述第二聚焦镜组包括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光学器件和椭球光学器件中的至少一者。

在一些实施例中，所述透射式光学组件还包括第一孔径光阑和第一视场光阑，其中，所述第一孔径光阑相比所述第一视场光阑更靠近所述第一聚焦镜组设置，所述第一孔径光阑被配置为对相应的测量光束进行限束，以及所述第一视场光阑被配置为调节照射到相应的样品上的视场的尺寸；或

所述反射式光学组件还包括第二孔径光阑和第二视场光阑，其中，所述第二孔径光阑相比所述第二视场光阑更靠近所述第二聚焦镜组设置，所述第二孔径光阑被配置为对相应的测量光束进行限束，以及所述第二视场光阑被配置为调节照射到相应的样品上的视场的尺寸。

在一些实施例中，所述透射式光学组件还包括一个或多个第一消杂光光阑，其中，所述一个或多个第一消杂光光阑设于所述第一孔径光阑和所述第一视场光阑之间，且所述一个或多个第一消杂光光阑被配置为阻挡杂散光；或

所述反射式光学组件还包括一个或多个第二消杂光光阑，其中，所述一个或多个第二消杂光光阑设于所述第二孔径光阑和所述第二视场光阑之间，且所述一个或多个第二消杂光光阑被配置为阻挡杂散光。

在一些实施例中，所述第一聚焦镜组被配置为将相应的测量光束聚焦到在相应的样品的入射侧上距离该样品10cm至相应的光学探测器的表面之间的任一位置处，所述第一视场光阑设于相应的样品的入射侧上距离该样品小于或等于20cm的任一位置处；或

所述第二聚焦镜组被配置为将相应的测量光束聚焦到在相应的样品的入射侧上距离该样品10cm至相应的光学探测器的表面之间的任一位置处，所述第二视场光阑设于相应的样品的入射侧上距离该样品小于或等于20cm的任一位置处。

在一些实施例中，通过所述透射式光学组件的测量光束的能量大于通过所述反射式光学组件的测量光束的能量。

在一些实施例中，所述光学测量设备被配置为对芯片样品或器件样品进行测量，其中，所述芯片样品或所述器件样品满足以下条件中的至少一者：

所述芯片样品或所述器件样品具有周期性结构；

所述芯片样品或所述器件样品具有高深宽比结构；

所述芯片样品或所述器件样品具有衬底；以及

所述芯片样品或所述器件样品的特征尺寸小于或等于200nm。

在一些实施例中，所述光学测量设备还包括：

样品保持组件，所述样品保持组件被配置为将样品保持在预设位置。

在一些实施例中，所述样品保持组件满足以下条件中的至少一者：

在透射式测量的情况下，所述样品保持组件被配置为使入射角的最大值大于或等于20°；

在反射式测量的情况下，所述样品保持组件被配置为使入射角在从0.1°至30°的范围中，以及使方位角在从0°至360°的范围中；以及

所述样品保持组件的旋转角度分辨率小于或等于5°；

其中，入射角为测量光束与样品的法线之间的夹角，方位角为样品围绕法线旋转的角度。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其他特征及其优点将会变得更为清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1示出了根据本公开的一示例性实施例的光学测量设备的结构示意图；

图2示出了根据本公开的一具体示例的透射式X射线测量的散射光场分布；

图3示出了根据本公开的另一具体示例的反射式X射线测量的散射光场分布。

图4示出了根据本公开的一具体示例中芯片样品或器件样品的姿态。

注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的实用新型并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应当注意，除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本领域的技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施本公开的示例性方式，而不是穷尽的方式。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

为了提高芯片或器件产品的良率，在半导体制造工艺期间的一个或多个步骤中，可以通过量测过程来检测产品中可能存在的缺陷。具体而言，在量测过程中，可以获得例如芯片或器件结构的关键尺寸、膜厚度等结构参数信息。在一种量测方式中，可以采用可见光对产品进行检测。然而，由于可见光的穿透性较弱，采用这种量测方式难以获得具有高深宽比的产品的三维结构信息。同时，由于可见光的波长较长，也难以获得较高的测量精度。在另一些测量方式中，可以利用原子力显微镜(AFM)或扫描隧道显微镜(STM)等对产品进行检测，以获得原子级别的较高的测量精度。然而，AFM或STM往往需要大量的扫描时间，测量效率极低。此外，通过AFM或STM进行检测通常仅能够获得产品的表面结构信息，也难以获得具有高深宽比的产品的三维结构信息。在又一种测量方式中，可以利用扫描电子显微镜(SEM)等对产品进行检测，以获得较高的测量精度。但是类似地，SEM也无法穿透产品以获得其内部结构信息。在一些情况下，为了克服检测过程中所遇到的与穿透深度有关的问题，可以对产品的结构进行破坏，例如利用透射电子显微镜(TEM)等对破坏性分段后的产品进行检测，从而获得产品的在任意深度位置上的结构参数。然而，这种测量方式需要对产品进行破坏性的预处理，且TEM的成像时间也较长，检测效率低，因此难以应用于芯片或器件产品的实际生产工艺中。此外，在上述各种检测方式中，一次测量通常只能检测一个样品，当存在大量待测样品的情况下，测量效率较低，测量时间较长，且测量难度较大。

为了解决上述问题，本公开提出了一种光学测量设备，通过在其中设置能够产生至少两束测量光束的光源，实现对多个样品的同时测量，从而提高测量效率。在本公开的一示例性实施例中，如图1所示，该光学测量设备可以包括光源1和至少两个光学探测器。

其中，光源1可以被配置为产生至少两束测量光束，每束测量光束可以被配置为分别沿不同的出射光路行进以用于照射到相应的样品上。在图1所示的具体示例中，光源1可以被配置为同时产生沿在彼此相反的方向上延伸的两条出射光路上行进的两束测量光束，即用于照射到第一样品4上的第一测量光束和用于照射到第二样品9上的第二测量光束。换句话说，光源1可以被配置为两侧出光，第一测量光束和第二测量光束分别在相反的方向上出射，以避免它们之间的相互干扰，且可以实现对两个样品的同时检测，以提高测量效率。

此外，可以理解的是，在其他一些具体示例中，如果仅需要对一个样品进行检测，也可以使光源1仅产生一束测量光束，以减少测量过程中的能耗。此外，在一些实施例中，光源1也可以被配置为产生多于两束的测量光束，从而实现对更多样品的同时测量，以进一步提高检测效率，在此不作限制。

在一些实施例中，光源所产生的测量光束的能量和/或强度可以是固定的，以降低光源的设置成本。或者，在另一些实施例中，为了改善检测的灵活性和适用性，光源也可以被配置为能够调节所产生的测量光束的能量和强度中的至少一者。在这种情况下，可以根据需要来调节所产生的测量光束的相关参数。例如，当光源为用于进行X射线散射测量的X射线源时，为了实现更好的透射效果，用于进行透射式X射线散射测量的X射线的能量通常大于用于进行反射式X射线散射测量的X射线的能量(即，用于进行透射式X射线散射测量的X射线的波长小于用于进行反射式X射线散射测量的X射线的波长)，此时可以采用能够调节所产生的多束测量光束中的至少一束测量光束的能量的光源，以适应测量需求。

在一些实施例中，光源1可以包括X射线源，从而产生X射线。由于X射线的波长在从0.001nm至10nm的范围内，远小于可见光的波长，因而可以获得较高的量测分辨率。此外，X射线还具有较强的穿透性，因此能够获取样品内的三维结构信息。具体而言，X射线可以用在X射线散射测量中，通过接收并检测X射线与样品相互作用所产生的散射光，获得与样品的结构有关的信息。其中，X射线散射测量可以包括透射式X射线散射测量和反射式X射线散射测量。在透射式X射线散射测量中，接收并检测X射线透射通过样品后与样品相互作用所产生的散射光，而在反射式X射线散射测量中，接收并检测X射线被样品反射后与样品相互作用所产生的散射光。进一步地，X射线散射测量可以是小角X射线散射测量。尤其是在透射式小角X射线散射测量(transmission small angle x-ray scattering，T-SAXS)中，采用较高能量的X射线来照射样品，通过旋转样品可以获得在不同的旋转角度下样品的散射图像，进而可以基于相应的算法来重构样品的三维结构信息，以实现对具有高深宽比的结构的样品的测量，获取例如其关键尺寸、倾斜度、椭圆度、套刻误差等参数。X射线散射测量具有非接触、非破坏、统计平均等特点，有助于改善测量效果。但是，由于X射线与物质的相互作用截面通常较小，信号较弱，因此量测速度受限于小型化台式X射线源的通量。而在本公开的示例性实施例中，通过设置具有至少两侧出光能力的X射线源，可以有效增大量测速度。

在一些实施例中，作为光源的X射线源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和逆康普顿散射射线源中的至少一者。此外，也可以采用其他合适的X射线源，在此不作限制。

在光学测量设备中，至少两个光学探测器中的每个光学探测器可以分别设于相应的一条出射光路上，其中每个光学探测器可以被配置为接收并检测沿相应的出射光路行进的测量光束与相应的样品相互作用所产生的出射光的至少一部分。在图1所示的具体示例中，至少两个光学探测器可以包括第一光学探测器5和第二光学探测器10，其中第一光学探测器5被配置为接收并检测第一测量光束与第一样品4相互作用所产生的出射光的至少一部分，以及第二光学探测器10被配置为接收并检测第二测量光束与第二样品9相互作用所产生的出射光的至少一部分。在一些实施例中，第一光学探测器5和第二光学探测器10可以是相同的光学探测器或具有相同的探测参数，以简化光学测量设备的设置。或者，在另一些实施例中，也可以根据需要分别采用不同第一光学探测器5和第二光学探测器10，或者将第一光学探测器5与第二光学探测器10的探测参数设置为不同，以满足多样化的测量场景要求。此外，可以理解的是，如果光源被配置为能够产生更多的测量光束，那么也可以一一对应地设置更多的光学探测器以接收并检测来自相应样品的出射光的至少一部分，在此不作限制。

在一些实施例中，至少一个光学探测器可以包括面阵探测器。面阵探测器可以包括呈阵列状排布的多个探测像素，且被配置为检测沿相应的出射光路行进的测量光束与相应的样品相互作用所产生的出射光的至少一部分的空间分布光强(即，在各个探测像素处的光强)。在图1所示的具体示例中，第一光学探测器5和第二光学探测器10可以均为面阵探测器，其中，第一光学探测器5被配置为接收并检测第一测量光束与第一样品4相互作用所产生的出射光的至少一部分的空间分布光强，以及第二光学探测器10被配置为接收并检测第二测量光束与第二样品9相互作用所产生的出射光的至少一部分的空间分布光强。

可以根据需要来选择具有相应参数的面阵探测器，以获得期望的检测效果。例如，在一些实施例中，面阵探测器中每个探测像素的特征尺寸(例如，每个探测像素的长度或宽度)可以小于或等于150μm。可以理解的是，每个探测像素的特征尺寸越小，对空间分布光强进行检测的空间分辨率就可以越高，但同时单个探测像素的检测能力可能会有所下降。

此外，根据可能的光强空间分布范围来确定面阵探测器中的探测像素的数目。在一些实施例中，面阵探测器中每行的探测像素的数目可以大于或等于1000，和/或每列的探测像素的数目可以大于或等于1000。在一具体示例中，面阵探测器可以具有1000x1000的总探测像素数目，以完整地记录来自样品的出射光，实现对其空间分布光强的期望检测。

在一些实施例中，面阵探测器还可以被配置为能够探测单个光子，或者，面阵探测器的探测效率可以大于或等于0.5，以改善检测效果。

在本公开的示例性实施例中，光学测量设备还可以包括处理器组件，该处理器组件可以与至少两个光学探测器中的每个光学探测器通信地连接，以根据来自每个光学探测器的检测数据对相应的样品进行三维重构。在一些实施例中，为了降低光学测量设备的成本，处理器组件可以仅包括单个处理器，其与每个光学探测器都通信地连接，以对来自各个光学探测器的检测数据(例如，空间分布光强)进行相应的处理。或者，在另一些实施例中，处理器组件也可以包括多个处理器，多个处理器可以与多个光学探测器一一对应地设置，以分别处理来自每个光学探测器的检测数据。例如，在图1所示的具体示例中，处理器组件可以包括与第一光学探测器5通信地连接的第一处理器6以及与第二光学探测器10通信地连接的第二处理器11。其中，第一处理器6用于处理来自第一光学探测器6的检测数据，例如将第一光学探测器6所获取的第一样品4在不同角度下的散射空间分布光强进行三维重构，从而获得第一样品4的结构信息。类似地，第二处理器11用于处理来自第二光学探测器10的检测数据，例如将第二光学探测器10所获取的第二样品9在不同角度下的散射空间分布光强进行三维重构，从而获得第二样品9的结构信息。第一处理器6和第二处理器11可以同时进行相应的数据处理和分析，以提高测量效率。

在本公开的一些实施例中，光学测量设备还可以包括透射式光学组件和反射式光学组件中的至少一者，以对相应的测量光束进行例如聚焦、限束、准直、滤波、衰减、消杂光等预处理，使得处理后的测量光束照射到样品上以实现更好的检测效果。其中，透射式光学组件可以设于光源和相应的光学探测器之间，并被配置为对相应的测量光束进行第一预设处理以使处理后的测量光束照射到相应的样品上，相应的光学探测器可以被配置为接收并检测该处理后的测量光束透射通过该样品后所产生的散射光的至少一部分。此外，反射式光学组件可以设于光源和相应的光学探测器之间，并被配置为对相应的测量光束进行第二预设处理以使处理后的测量光束照射到相应的样品上，相应的光学探测器可以被配置为接收并检测该处理后的测量光束被该样品反射后所产生的散射光的至少一部分。在图1所示的具体示例中，透射式光学组件可以设于光源1和第一光学探测器5之间，或者说设于光源1和第一样品4之间，以实现透射式X射线散射测量；而反射式光学组件可以设于光源1和第二光学探测器10之间，或者说设于光源1和第二样品9之间，以实现反射式X射线散射测量。此外，可以理解的是，在其他一些具体示例中，可以在每条出射光路上都设置透射式光学组件，以实现对多个样品的透射式测量；或者，可以在每条出射光路上都设置反射式光学组件，以实现对多个样品的反射式测量；又或者，根据需要，透射式光学组件和反射式光学组件的设置位置可以被调换，在此不作限制。

在一些实施例中，透射式光学组件可以包括第一聚焦镜组，该第一聚焦镜组可以设于光源和相应的光学探测器之间，并被配置为对相应的测量光束进行聚焦。此外，反射式光学组件可以包括第二聚焦镜组，该第二聚焦镜组可以设于光源和相应的光学探测器之间，并被配置为对相应的测量光束进行聚焦。可以理解的是，聚焦镜组可以包括一个或多个聚焦透镜和/或聚焦反射镜，在此不作限制。在图1所示的具体示例中，透射式光学组件可以包括设于光源1和第一光学探测器5之间的第一聚焦镜组2，而反射式光学组件可以包括设于光源1和第二光学探测器10之间的第二聚焦镜组7。

进一步地，第一聚焦镜组2可以具有第一多层膜结构，该第一多层膜结构可以被配置为使相应的测量光束中的在第一频率范围内的部分通过，且阻挡该测量光束的剩余部分，即实现对该测量光束的滤波或单色选频，以满足测量要求。类似地，第二聚焦镜组7可以具有第二多层膜结构，该第二多层膜结构可以被配置为使相应的测量光束中的在第二频率范围内的部分通过，且阻挡该测量光束的剩余部分，即实现对该测量光束的滤波或单色选频。在图1所示的具体示例中，由于用于透射式测量的第一测量光束的波长通常小于用于反射式测量的第二测量光束的波长，因此第一聚焦镜组2的第一多层膜结构的参数可以不同于第二聚焦镜组7的第二多层膜结构的参数，以分别实现期望的滤波或选频效果。

可以采用多种方式来设置第一聚焦镜组或第二聚焦镜组。例如，第一聚焦镜组2可以包括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光学器件和椭球光学器件中的至少一者。类似地，第二聚焦镜组7可以包括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光学器件和椭球光学器件中的至少一者。可以理解的是，第一聚焦镜组2或第二聚焦镜组7也可以包括其他具有聚焦功能的光学器件，在此不作限制。

在一些实施例中，透射式光学组件还可以包括第一孔径光阑和第一视场光阑，其中，第一孔径光阑相比第一视场光阑更靠近第一聚焦镜组设置，第一孔径光阑可以被配置为对相应的测量光束进行限束，以及第一视场光阑可以被配置为调节照射到相应的样品上的视场的尺寸。此外，反射式光学组件还可以包括第二孔径光阑和第二视场光阑，其中，第二孔径光阑相比第二视场光阑更靠近第二聚焦镜组设置，第二孔径光阑可以被配置为对相应的测量光束进行限束，以及第二视场光阑可以被配置为调节照射到相应的样品上的视场的尺寸。

进一步地，透射式光学组件还可以包括一个或多个第一消杂光光阑，其中，一个或多个第一消杂光光阑可以设于第一孔径光阑和第一视场光阑之间，并被配置为阻挡杂散光。此外，反射式光学组件还可以包括一个或多个第二消杂光光阑，其中，一个或多个第二消杂光光阑可以设于第二孔径光阑和第二视场光阑之间，并被配置为阻挡杂散光。

在一些实施例中，可以根据需要添加或移除透射式光学组件或反射式光学组件的一个或多个光阑。例如，如果光源所产生的测量光束本身已具有期望的准直性或照射范围等参数，则可以移除相应的孔径光阑和/或视场光阑。又例如，如果测量光束的光路上存在多束杂散光干扰，则可以在相应的一条光路上的不同位置处设置多个消杂光光阑，以阻挡这些杂散光，实现更好的测量效果。

在图1所示的具体示例中，透射式光学组件可以包括第一孔径光阑301、第一消杂光光阑302和第一视场光阑303，这些光阑可以包括尺寸可调的狭缝或针孔，以实现对第一测量光束的限束准直。其中，第一孔径光阑301可以设置在第一聚焦镜组2的出射光路上，以对第一测量光束进行限束。第一视场光阑303可以设置在第一孔径光阑301和第一样品4之间，例如可以靠近第一样品4设置，以调节第一测量光束照射到第一样品4上的视场的大小。一个或多个第一消杂光光阑302可以设置在第一孔径光阑301和第一视场光阑303之间，以阻挡光路上的杂散光。

此外，在图1所示的具体示例中，反射式光学组件可以包括第二孔径光阑801、第二消杂光光阑802和第二视场光阑803，类似地，这些光阑可以包括尺寸可调的狭缝或针孔，以实现对第二测量光束的限束准直。其中，第二孔径光阑801可以设置在第二聚焦镜组7的出射光路上，以对第二测量光束进行限束。第二视场光阑803可以设置在第二孔径光阑801和第二样品9之间，例如可以靠近第二样品9设置，以调节第二测量光束照射到第二样品9上的视场的大小。一个或多个第二消杂光光阑802可以设置在第二孔径光阑801和第二视场光阑803之间，以阻挡杂散光。

在测量过程中，可以根据需要来调节透射式光学组件或反射式光学组件中的各个光学部件的位置，以使得期望的测量光束能够照射到相应的样品上，实现较好的测量效果。例如，在图1所示的具体示例中，第一聚焦镜组2可以被配置为将相应的第一测量光束聚焦到在第一样品4的入射侧上距离该第一样品10cm至第一光学探测器5的表面之间的任一位置处，第一视场光阑303可以设于第一样品4的入射侧上距离该第一样品小于或等于20cm的任一位置处，第二聚焦镜组7可以被配置为将相应的第二测量光束聚焦到在第二样品9的入射侧上距离该第二样品10cm至第二光学探测器10的表面之间的任一位置处，第二视场光阑803可以设于第二样品9的入射侧上距离该第二样品小于或等于20cm的任一位置处。

在一些实施例中，透射式光学组件或反射式光学组件还可以包括其他的光学部件，以对相应的测量光束进行预处理。例如，透射式光学组件或反射式光学组件还可以包括用于滤波或选频的滤光件，或者可以包括用于对光强进行调节的光衰减件等，在此不作限制。

在本公开的示例性实施例中，光学测量设备还可以包括样品保持组件(图中未示出)，该样品保持组件可以被配置为将样品保持在预设位置。其中，如图4所示，样品(例如，芯片样品或器件样品)在光学测量设备中的姿态可以由入射角θ和方位角φ描述，入射角θ为测量光束与样品的法线之间的夹角，方位角φ为样品围绕法线旋转的角度。例如，样品保持组件可以通过真空吸附、夹持等方式来固定样品。此外，样品保持组件可以进行平移、旋转等动作，以带动样品移动到期望的位置。在一些实施例中，例如，在透射式测量的情况下，样品保持组件可以被配置为使入射角的最大值大于或等于20°；在反射式测量的情况下，样品保持组件可以被配置为使入射角在从0.1°至30°的范围中，以及使方位角在从0°至360°的范围中。在一些实施例中，样品保持组件的旋转角度分辨率可以小于或等于5°。例如，在透射式测量中，样品可以垂直于测量光束的行进方向放置，此外样品可以绕与样品法线垂直的轴旋转至少20°，且旋转角度分辨率小于5°；而在反射式测量中，样品可以平行于测量光束的行进方向放置，此外样品可以绕与样品法线垂直的轴旋转，使得用于测量的X射线可以以从0.1°至30°的入射角入射到样品上。

在基于图1所示的光学测量设备对样品进行测量时，由光源1的一侧出射的第一测量光束依次经过第一聚焦镜组2、第一孔径光阑301、第一消杂光光阑302和第一视场光阑303照射到第一样品4上，第一测量光束透射通过第一样品4，并产生相应的第一散射光，该第一散射光被第一光学探测器5接收并检测，进而由第一处理器6对来自第一光学探测器5的检测数据进行处理和分析，从而实现透射式X射线散射测量。此外，由光源1的另一侧出射的第二测量光束依次经过第二聚焦镜组7、第二孔径光阑801、第二消杂光光阑802和第二视场光阑803照射到第二样品9上，第二测量光束被第二样品9反射，并产生相应的第二散射光，该第二散射光被第二光学探测器10接收并检测，进而由第二处理器11对来自第二光学探测器10的检测数据进行处理和分析，从而实现反射式X射线散射测量。

基于X射线散射测量的特点，本公开的光学测量设备可以被配置为对芯片样品或器件样品进行测量。在一些实施例中，芯片样品或器件样品可以具有周期性结构，测量光束与该周期性结构相互作用可以产生具有规则图案的空间分布光强，以便进行进一步的处理和分析，例如图2和图3中所示。在一些实施例中，芯片样品或器件样品的特征尺寸可以小于或等于200nm，即本公开的光学测量设备可以实现较高精度的检测。样品的厚度可以小于1μm。此外，由于X射线具有很好的穿透性，因此光学测量设备可以被配置为对具有高深宽比结构的样品进行测量。另外，在一些实施例中，器件样品或芯片样品可以具有衬底。在透射式测量的情况下，为了减小衬底对透射的干扰，衬底的厚度可以较小，或者对测量光束是透明的；而在反射式测量的情况下，衬底可以帮助更好地反射测量光束，以改善测量效果。在一具体示例中，样品可以包括自旋转移扭矩随机存取存储器STT-RAM、三维NAND存储器3D-NAND、动态随机存取存储器DRAM、三维快闪存储器3D-FLASH、电阻性随机存取存储器Re-RAMPC和相变随机存取存储器PC-RAM中的至少一者。样品衬底的材料可以包括但不限于单晶硅、砷化镓、氮化硅或磷化铟等。

在一具体示例中，当采用如图1所示的光学测量设备对样品进行检测时，可以基于以下过程进行：

步骤1，调节光源1、透射式光学组件中的一个或多个光学部件和反射式光学组件中的一个或多个光学部件到合适的位置；

步骤2，利用第一光学探测器5接收并检测第一测量光束与第一样品4相互作用所产生的第一散射光的空间光强分布，例如如图2所示；

步骤3，利用第二光学探测器10接收并检测第二测量光束与第二样品9相互作用所产生的第二散射光的空间光强分布，例如如图3所示；

步骤4，对第一样品4进行旋转，在不同的旋转角度下重复步骤2，以获得第一样品4在多个旋转角度下的散射光光强分布；

步骤5，对第二样品9进行旋转，在不同的旋转角度下重复步骤3，以获得第二样品9在多个旋转角度下的散射光光强分布；

步骤6，利用第一处理器6根据第一样品4在多个旋转角度下的散射光光强分布进行三维结构重构，以获得第一样品4的三维结构信息；以及

步骤7，利用第二处理器11根据第二样品9在多个旋转角度下的散射光光强分布进行三维结构重构，以获得第二样品9的三维结构信息。

在本公开的技术方案中，通过将光学测量设备中的光源配置为产生至少两束测量光束，使得能够对多个样品进行同时测量，从而提高了测量效率。进一步地，根据需要，可以在本公开的光学测量设备中设置透射式光学组件和/或反射式光学组件等，从而能够对具有不同结构和不同测量要求的样品同时进行测量，因此具有更高的适用性。此外，本公开的光学测量设备可以采用具有较高能量的X射线进行X射线散射检测，且样品的检测位置可调，从而有助于实现对样品的较高精度的全面测量，进而实现对样品的三维结构重构，且可以不对样品造成结构上的破坏，因此能够很好地应用于芯片或器件制备工艺中。

说明书及权利要求中的词语“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“上”、“下”、“高”、“低”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。例如，在附图中的装置倒转时，原先描述为在其他特征“之上”的特征，此时可以描述为在其他特征“之下”。装置还可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位)，此时将相应地解释相对空间关系。

在说明书及权利要求中，称一个元件位于另一元件“之上”、“附接”至另一元件、“连接”至另一元件、“耦接”至另一元件、或“接触”另一元件等时，该元件可以直接位于另一元件之上、直接附接至另一元件、直接连接至另一元件、直接耦接至另一元件或直接接触另一元件，或者可以存在一个或多个中间元件。相对照的是，称一个元件“直接”位于另一元件“之上”、“直接附接”至另一元件、“直接连接”至另一元件、“直接耦接”至另一元件或“直接接触”另一元件时，将不存在中间元件。在说明书及权利要求中，一个特征布置成与另一特征“相邻”，可以指一个特征具有与相邻特征重叠的部分或者位于相邻特征上方或下方的部分。

如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其他实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在技术领域、背景技术、实用新型内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。

如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其他因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪声以及可能存在于实际的实现方式中的其他实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。

另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其他此类数字词语并没有暗示顺序或次序。

还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。

在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。

如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。本文中使用的术语只是出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚指示。

本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其他的修改、变化和替换同样是可能的。可以以任何方式和/或与其他实施例的方面或元件相结合地组合以上公开的所有实施例的方面和元件，以提供多个附加实施例。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。

虽然已通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (20)

1.一种光学测量设备，其特征在于，所述光学测量设备包括：

光源，所述光源被配置为产生至少两束测量光束，其中，所述至少两束测量光束中的每束测量光束被配置为分别沿不同的出射光路行进以用于照射到相应的样品上；以及

至少两个光学探测器，所述至少两个光学探测器中的每个光学探测器分别设于相应的一条出射光路上，且每个光学探测器被配置为接收并检测沿相应的出射光路行进的测量光束与相应的样品相互作用所产生的出射光的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的光学测量设备，其特征在于，所述光源被配置为同时产生沿在彼此相反的方向上延伸的两条出射光路行进的两束测量光束。

3.根据权利要求1所述的光学测量设备，其特征在于，所述光源被配置为能够调节所产生的测量光束的能量和强度中的至少一者。

4.根据权利要求1所述的光学测量设备，其特征在于，所述光源包括X射线源。

5.根据权利要求4所述的光学测量设备，其特征在于，所述X射线源包括粒子加速射线源、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和逆康普顿散射射线源中的至少一者。

6.根据权利要求1所述的光学测量设备，其特征在于，光学探测器包括面阵探测器，所述面阵探测器包括呈阵列状排布的多个探测像素，且所述面阵探测器被配置为检测沿相应的出射光路行进的测量光束与相应的样品相互作用所产生的出射光的至少一部分的空间分布光强。

7.根据权利要求6所述的光学测量设备，其特征在于，所述面阵探测器满足以下条件中的至少一者：

每个探测像素的特征尺寸小于或等于150μm；

所述面阵探测器中每行的探测像素的数目大于或等于1000；

所述面阵探测器中每列的探测像素的数目大于或等于1000；

所述面阵探测器被配置为能够探测单个光子；以及

所述面阵探测器的探测效率大于或等于0.5。

8.根据权利要求1所述的光学测量设备，其特征在于，所述光学测量设备还包括：

处理器组件，所述处理器组件与所述至少两个光学探测器中的每个光学探测器通信地连接，且所述处理器组件被配置为根据来自每个光学探测器的检测数据对相应的样品进行三维结构重构。

9.根据权利要求8所述的光学测量设备，其特征在于，所述处理器组件包括与所述至少两个光学探测器中的每个光学探测器一一对应地设置的至少两个处理器。

10.根据权利要求1所述的光学测量设备，其特征在于，所述光学测量设备还包括以下中的至少一者：

透射式光学组件，所述透射式光学组件设于所述光源和相应的光学探测器之间，所述透射式光学组件被配置为对相应的测量光束进行第一预设处理以使处理后的测量光束照射到相应的样品上，且该光学探测器被配置为接收并检测该处理后的测量光束透射通过该样品后所产生的散射光的至少一部分；和

反射式光学组件，所述反射式光学组件设于所述光源和相应的光学探测器之间，所述反射式光学组件被配置为对相应的测量光束进行第二预设处理以使处理后的测量光束照射到相应的样品上，且该光学探测器被配置为接收并检测该处理后的测量光束被该样品反射后所产生的散射光的至少一部分。

11.根据权利要求10所述的光学测量设备，其特征在于，所述透射式光学组件包括第一聚焦镜组，所述第一聚焦镜组设于所述光源和相应的光学探测器之间，且所述第一聚焦镜组被配置为对相应的测量光束进行聚焦；或

所述反射式光学组件包括第二聚焦镜组，所述第二聚焦镜组设于所述光源和相应的光学探测器之间，且所述第二聚焦镜组被配置为对相应的测量光束进行聚焦。

12.根据权利要求11所述的光学测量设备，其特征在于，所述第一聚焦镜组具有第一多层膜结构，所述第一多层膜结构被配置为使相应的测量光束中的在第一频率范围内的部分通过，且阻挡该测量光束的剩余部分；或

所述第二聚焦镜组具有第二多层膜结构，所述第二多层膜结构被配置为使相应的测量光束中的在第二频率范围内的部分通过，且阻挡该测量光束的剩余部分。

13.根据权利要求11所述的光学测量设备，其特征在于，所述第一聚焦镜组包括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光学器件和椭球光学器件中的至少一者；或

所述第二聚焦镜组包括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光学器件和椭球光学器件中的至少一者。

14.根据权利要求11所述的光学测量设备，其特征在于，所述透射式光学组件还包括第一孔径光阑和第一视场光阑，其中，所述第一孔径光阑相比所述第一视场光阑更靠近所述第一聚焦镜组设置，所述第一孔径光阑被配置为对相应的测量光束进行限束，以及所述第一视场光阑被配置为调节照射到相应的样品上的视场的尺寸；或

所述反射式光学组件还包括第二孔径光阑和第二视场光阑，其中，所述第二孔径光阑相比所述第二视场光阑更靠近所述第二聚焦镜组设置，所述第二孔径光阑被配置为对相应的测量光束进行限束，以及所述第二视场光阑被配置为调节照射到相应的样品上的视场的尺寸。

15.根据权利要求14所述的光学测量设备，其特征在于，所述透射式光学组件还包括一个或多个第一消杂光光阑，其中，所述一个或多个第一消杂光光阑设于所述第一孔径光阑和所述第一视场光阑之间，且所述一个或多个第一消杂光光阑被配置为阻挡杂散光；或

所述反射式光学组件还包括一个或多个第二消杂光光阑，其中，所述一个或多个第二消杂光光阑设于所述第二孔径光阑和所述第二视场光阑之间，且所述一个或多个第二消杂光光阑被配置为阻挡杂散光。

16.根据权利要求14所述的光学测量设备，其特征在于，所述第一聚焦镜组被配置为将相应的测量光束聚焦到在相应的样品的入射侧上距离该样品10cm至相应的光学探测器的表面之间的任一位置处，所述第一视场光阑设于相应的样品的入射侧上距离该样品小于或等于20cm的任一位置处；或

所述第二聚焦镜组被配置为将相应的测量光束聚焦到在相应的样品的入射侧上距离该样品10cm至相应的光学探测器的表面之间的任一位置处，所述第二视场光阑设于相应的样品的入射侧上距离该样品小于或等于20cm的任一位置处。

17.根据权利要求10所述的光学测量设备，其特征在于，通过所述透射式光学组件的测量光束的能量大于通过所述反射式光学组件的测量光束的能量。

18.根据权利要求1所述的光学测量设备，其特征在于，所述光学测量设备被配置为对芯片样品或器件样品进行测量，其中，所述芯片样品或所述器件样品满足以下条件中的至少一者：

所述芯片样品或所述器件样品具有周期性结构；

所述芯片样品或所述器件样品具有高深宽比结构；

所述芯片样品或所述器件样品具有衬底；以及

所述芯片样品或所述器件样品的特征尺寸小于或等于200nm。

19.根据权利要求1所述的光学测量设备，其特征在于，所述光学测量设备还包括：

样品保持组件，所述样品保持组件被配置为将样品保持在预设位置。

20.根据权利要求19所述的光学测量设备，其特征在于，所述样品保持组件满足以下条件中的至少一者：

在透射式测量的情况下，所述样品保持组件被配置为使入射角的最大值大于或等于20°；

在反射式测量的情况下，所述样品保持组件被配置为使入射角在从0.1°至30°的范围中，以及使方位角在从0°至360°的范围中；以及

所述样品保持组件的旋转角度分辨率小于或等于5°；

其中，入射角为测量光束与样品的法线之间的夹角，方位角为样品围绕法线旋转的角度。