CN106931916A - 一种微纳米台阶标准样板及其循迹方法 - Google Patents

一种微纳米台阶标准样板及其循迹方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种微纳米台阶标准样板及其循迹方法，其特征在于：所述的微纳米台阶标准样板包括A工作区域及B循迹区域；所述的A工作区域内设有一个纳米级台阶、四个校准定位块及四个循迹参考定位块，通过所述B循迹区域内两对相互对称的等腰三角形形状的循迹标识符配合设置的设计单位标识符和样板型号标识符，确定微纳米台阶标准样板摆放方向与具体位置，通过所述A工作区域内的四个校准定位块在A工作区域内从纵向上快速校准定位，通过所述A工作区域内的四个循迹参考定位块在A工作区域内从横向上快速进行定位，并通过两两循迹参考定位块间的间隙确定测量的初始位置，完成整个校准过程，实现快速、高效的定位和校准，并具有很好的重复性。

Description

一种微纳米台阶标准样板及其循迹方法
技术领域
本发明涉及一种精密测量用标准样板，特别是公开一种微纳米台阶标准样板及其循迹方法，用于校准纳米测量仪器的测量精度。
背景技术
近年来，半导体工业、精密工程工业、微系统技术（MEMS）和纳米材料科学得到了快速的发展，致使微纳结构高精度、准确地定量化测量的需求越来越迫切。微纳结构的尺寸范围从纳米到数百微米。为了满足这些需求，诸如扫描探针显微镜（SPM）和扫描电子显微镜（SEM）等先进的显微技术已经得到了良好的发展，但为了保证尺寸测量的可靠性，常规的仪器校准工作中需要通过大量微纳米标准样板对此类显微镜进行校准。例如，台阶高度标准样板能对SPM进行Z轴精度指标的有效校准；而一维（1D）和二维（2D）光栅常用于校准所有种类显微镜的X、Y平面。为了实现测量数据的量值溯源与统一性，微纳米标准样板必须进行精确、可溯源的校准，这在尺寸测量中是关键的技术保障。从中可知，微纳米标准样板在纳米计量技术中发挥重要的作用。
因此，制备尺度精度高、实用性强的标准样板，如横向，纵向和三维几何尺寸标准，这已成为微纳标准样板研制过程中的关键内容。各国拥有相关技术的国家计量研究机构及具备相关加工工艺能力的公司均已完成多种标准样板的制备和标定。但实验人员进行相关实验时，往往存在一些问题使校准工作变得繁琐：其一、由于受到制备工艺的限制，样板的尺寸结构往往过于单一、关键特征也相对简单，不利于实验人员在初始测量时对被测结构区域的准确、快速定位。其二、一些纳米测量仪在放大倍率较大的情况下CCD分辨率较低，使视野变得很小且模糊，从而不利于观察循迹标识图案，确定测量初始位置。为了实现微纳米标准样板更高效率的校准工作，开发一种能实现快速定位与循迹功能的微纳米标准样板变得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的不足，设计一种微纳米台阶标准样板及其循迹方法，能够实现快速、高效，并可循迹的进行纳米测量仪的测量高度参数校准工作。
本发明是这样实现的：一种微纳米台阶标准样板，其特征在于：所述的微纳米台阶标准样板包括A工作区域及B循迹区域；所述的A工作区域内设有一个纳米级台阶、四个校准定位块及四个循迹参考定位块，所述的纳米级台阶的上平面为一个长方形，设于A工作区域的中心位置，所述的四个校准定位块的上平面均为正方形，设于所述纳米级台阶的四个顶角外侧位置处，所述的四个循迹参考定位块的上平面形状均是由一个矩形、一个等边三角形和一个等腰直角三角形拼接而成的形状，并以纳米级台阶为中心，对称设于所述四个校准定位块的左右两侧，所述的B循迹区域以A工作区域为中心设有四个上平面为等腰三角形的循迹标识符。所述的B循迹区域还设有设计单位标识符和样板型号标识符。
所述A工作区域的四个校准定位块对称分布于纳米级台阶的四角外侧，其与纳米级台阶接近的一边与纳米级台阶的短边重合或平行，呈“工”字形排列。所述A工作区域的四个循迹参考定位块以所述的纳米级台阶为中心对称分布，且两两循迹参考定位块间设有间隙，每个所述的循迹参考定位块中平面形状为等边三角形的部分设于其矩形形状的外侧、平面形状为等腰直角三角形的部分设于矩形形状的内侧，且所述等腰直角三角形的一条直角边与所述的矩形形状的长边重合、另一条直角边与所述纳米级台阶的短边平行，所述的四个循迹参考定位块与所述的纳米级台阶整体呈“川”字形排列。
所述B循迹区域的四个循迹标识符是以A工作区域为中心的两两相互对称的上平面为等腰三角形的循迹标识符，且每个所述等腰三角形的顶角分别指向对应的A工作区域的边框中点。
一种所述微纳米台阶标准样板的循迹方法，其特征在于：通过所述微纳米台阶标准样板的B循迹区域内两对相互对称的上平面为等腰三角形的循迹标识符配合设置的设计单位标识符和样板型号标识符，确定微纳米台阶标准样板摆放方向与具体位置，实现在测量前与测量中的快速定位，通过所述微纳米台阶标准样板的A工作区域内纳米级台阶四角处对应设置的四个校准定位块在A工作区域内从纵向上快速校准定位，通过所述A工作区域内的四个循迹参考定位块在A工作区域内从横向上快速进行定位，通过所述A工作区域内两两循迹参考定位块间的间隙确定测量的初始位置，完成整个校准过程。
所述微纳米台阶标准样板的B循迹区域内的两对相互对称的循迹标识符设置为上平面大小不相等的两对等腰三角形，以便配合设计单位标识符和样板型号标识符，快速确定微纳米台阶标准样板的摆放方向与具体位置，当纳米测量仪的镜头聚焦于此区域内时，通过观察到的相应的标识符进行定位，从而便于将纳米测量仪的定位平台移至测量时所需的位置，大大提高测量效率。
当使用纳米测量仪进行测量时，纳米测量仪的镜头聚焦于所述A工作区域的校准定位块上时，寻找校准定位块的正方形平面的边角来定位所处位置，再通过操作纳米测量仪的定位平台移至最佳测量位置，实现纵向快速定位。
当使用纳米测量仪进行测量，纳米测量仪的镜头聚焦于所述A工作区域内的循迹参考定位块时，寻找矩形形状边上的三角形形状，若视野内出现等边三角形的顶角或两条斜边则说明镜头正处于矩形的外边缘，若视野内出现等腰直角三角形的斜边与直角边或这两条边形成的锐角则说明镜头正处于矩形的内边缘，再通过操作纳米测量仪的定位平台移至测量所需位置，实现横向快速定位，并寻找同侧两个矩形间的间隙，确定纳米级台阶的起始测量位置，并完成整个校准过程。
本发明的有益效果是：本发明分别在纳米级台阶的四角设置了相应的校准定位块，通过寻找正方形的边角可定位所处位置，便于后续的纵向快速定位；采用四个循迹参考定位块的设计，通过循迹参考定位块侧部三角形形状位置的判断，便于后续的横向快速定位，使得纳米测量仪的校准更快速、便捷。而在B循迹区域内的两对循迹标识符及设计单位标识符和样板型号标识符的设计，则方便地有助于测量台阶高度前快速定位测量位置。当扫描探针显微镜（SPM）或者扫描电子显微镜（SEM）的镜头聚焦于此区域内，所观察到标识图案或者等腰三角形的边线可以快速定位，从而移至测量时所需的位置，实现快速、准确定位，大大提高测量效率。通过本发明微纳米台阶标准样板及循迹方法对纳米测量仪进行校准工作，可以实现对测量区域的快速、高效定位，大大的便利了仪器的校准工作，并具有很好的重复性。
附图说明
图1是本发明微纳米台阶标准样板实施例的整体结构平面示意图。
图2是本发明微纳米台阶标准样板实施例的A工作区域结构平面示意图。
图中：1、校准定位块； 2、循迹参考定位块； 3、纳米级台阶； 4、设计单位标识符；5、循迹标识符； 6、样板型号标识符；7、A工作区域；8、B循迹区域；21、矩形； 22、等边三角形； 23、等腰直角三角形。
具体实施方式
本发明为一种微纳米台阶标准样板及其循迹方法，所述的微纳米台阶标准样板包括A工作区域及B循迹区域。所述的A工作区域内设有一个纳米级台阶、四个校准定位块及四个循迹参考定位块，所述的纳米级台阶的上平面为一个长方形，设于A工作区域的中心位置，所述的四个校准定位块的上平面均为正方形，设于所述纳米级台阶的四个顶角外侧位置处，所述的四个循迹参考定位块的上平面形状均是由一个矩形、一个等边三角形和一个等腰直角三角形拼接而成的形状，并以纳米级台阶为中心，对称设于所述四个校准定位块的左右两侧。所述微纳米台阶标准样板除A工作区域外的其余部分即为B循迹区域，所述B循迹区域的四个循迹标识符是以A工作区域为中心的两两相互对称的上平面为等腰三角形的循迹标识符，且每个所述等腰三角形的顶角分别指向对应的A工作区域的边框中点。所述的B循迹区域还设有设计单位标识符和样板型号标识符。
所述A工作区域的四个校准定位块对称分布于纳米级台阶的四角外侧，其与纳米级台阶接近的一边与纳米级台阶的短边重合或平行，呈“工”字形排列。所述A工作区域的四个循迹参考定位块以所述的纳米级台阶为中心对称分布，且两两循迹参考定位块间设有间隙，每个所述的循迹参考定位块中平面形状为等边三角形的部分设于其矩形形状的外侧、平面形状为等腰直角三角形的部分设于矩形形状的内侧，且所述等腰直角三角形的一条直角边与所述的矩形形状的长边重合、另一条直角边与所述纳米级台阶的短边平行，所述的四个循迹参考定位块与所述的纳米级台阶整体呈“川”字形排列。
所述微纳米台阶标准样板的循迹方法：通过所述微纳米台阶标准样板的B循迹区域内两对相互对称的上平面为等腰三角形的循迹标识符配合设置的设计单位标识符和样板型号标识符，确定微纳米台阶标准样板摆放方向与具体位置，实现在测量前与测量中的快速定位，通过所述微纳米台阶标准样板的A工作区域内纳米级台阶四角处对应设置的四个校准定位块在A工作区域内从纵向上快速校准定位，通过所述A工作区域内的四个循迹参考定位块在A工作区域内从横向上快速进行定位，通过所述A工作区域内同侧两两循迹参考定位块间的间隙确定测量的初始位置，完成整个校准过程。
所述微纳米台阶标准样板的B循迹区域内的两对相互对称的循迹标识符设置为上平面大小不相等的两对等腰三角形，以便配合设计单位标识符和样板型号标识符，快速确定微纳米台阶标准样板的摆放方向与具体位置，当纳米测量仪的镜头聚焦于此区域内时，通过观察到的相应的标识符进行定位，从而便于将纳米测量仪的定位平台移至测量时所需的位置，大大提高测量效率。
当使用纳米测量仪进行测量时，纳米测量仪的镜头聚焦于所述A工作区域的校准定位块上时，寻找校准定位块的正方形平面的边角来定位所处位置，再通过操作纳米测量仪的定位平台移至最佳测量位置，实现纵向快速定位。
当使用纳米测量仪进行测量，纳米测量仪的镜头聚焦于所述A工作区域内的循迹参考定位块时，寻找矩形形状边上的三角形形状，若视野内出现等边三角形的顶角或两条斜边则说明镜头正处于矩形的外边缘，若视野内出现等腰直角三角形的斜边与直角边或这两条边形成的锐角则说明镜头正处于矩形的内边缘，再通过操作纳米测量仪的定位平台移至测量所需位置，实现横向快速定位，并寻找同侧两个矩形间的间隙，确定纳米级台阶的起始测量位置，并完成整个校准过程。
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例：
根据附图1和附图2，本发明微纳米台阶标准样板的整体结构设计为边长5mm的正方形造型。所述微纳米台阶标准样板的中心区域设有A工作区域7，所述的A工作区域7为边长1mm的正方形区域，其边框宽度设计为20μm，所述A工作区域7的边框以及在区域内的其他用于定位的结构高度均设计为100nm。所述的A工作区域7中心部位设置一个纳米级标准台阶3，长为300μm、宽为50μm。对应所述纳米级台阶3的四个角设置了四个校准定位块1，所述的校准定位块1为正方形定位块，边长为50μm，其与纳米级台阶3接近的一边与纳米级台阶3的短边重合，呈“工”字形排列。在所述校准定位块1的左右两侧、以纳米级台阶3为中心，对称设置四个循迹参考定位块2，每个所述的循迹参考定位块2的平面形状均是由一个矩形21、一个等边三角形22和一个等腰直角三角形23拼合而成。所述的矩形21长为300μm、宽为50μm，所述等边三角形22的边长为20μm，所述等腰直角三角形23的腰长为20μm。所述等腰直角三角形23的一条直角边与所述的矩形21的长边重合、另一条直角边与A工作区域7的边框平行，所述的四个循迹参考定位块2与所述的纳米级台阶3整体呈“川”字形排列。
所述微纳米台阶标准样板除A工作区域7外的其余部分即为B循迹区域8。所述B循迹区域8以A工作区域7为中心设置有两对相互对称且平面为等腰三角形的循迹标识符5，所述的循迹标识符5高度设置为100nm，并且所述等腰三角形的顶角分别对准所述A工作区域7的对应的边框四边的中点。为便于区分微纳米台阶标准样板的摆放方向和位置，其中一对循迹标识符的等腰三角形造型的底边边长为500μm，底边高为1000μm；另一对循迹标识符的等腰三角形造型的底边边长为250μm，底边高为500μm。两对相互对称的等腰三角形形状结构明显，可实现快速定位。
所述B循迹区域8内还设置有设计单位标识符4与样板型号标识符6，设计字体长度为300μm，在常规的显微镜下即可观察，一般分设于所述微纳米台阶标准样板的上下两侧近边缘处即可，以便与所述的循迹标识符5配合确定微纳米台阶标准样板的摆放方向和具体位置。
采用本发明微纳米台阶标准样板校准纳米测量仪的具体循迹方法：
微纳米台阶标准样板的B循迹区域8内的两对相互对称的循迹标识符5设置为上平面大小不相等的两对等腰三角形，配合设计单位标识符4和样板型号标识符6，有助于测量台阶高度前快速定位测量位置。当纳米测量仪（扫描探针显微镜SPM或者扫描电子显微镜SEM等）的镜头聚焦于此区域内时，可通过所观察到的标识符造型或者等腰三角形的边线进行快速定位，从而将定位平台移至测量时所需的位置，大大提高测量效率。
当纳米测量仪的镜头聚焦于校准定位块1上方时，在镜头中寻找校准定位块1的边角即可快速确定所处位置，再通过操作纳米测量仪的定位平台移至最佳测量位置，便利于从纵向上的快速定位。
当纳米测量仪的镜头聚焦于所述A工作区域7的循迹参考定位块2上时，寻找循迹参考定位块2的矩形21部分侧边上的三角形的形状，若视野内出现等边三角形22的边角说明镜头正处于矩形21的外边缘；若视野内出现等腰直角三角形23的底边与直角边说明镜头正处于矩形21的内边缘，再通过操作纳米测量仪的定位平台移至测量所需的位置，并寻找同侧两个矩形间的间隙，确定纳米级台阶3的起始测量位置，实现横向快速定位，并完成整个校准过程。此循迹参考定位块2的设计便利于从横向上快速定位，使得纳米测量仪的校准更快速、便捷。

Claims (9)

1.一种微纳米台阶标准样板，其特征在于：所述的微纳米台阶标准样板包括A工作区域及B循迹区域；所述的A工作区域内设有一个纳米级台阶、四个校准定位块及四个循迹参考定位块，所述的纳米级台阶的上平面为一个长方形，设于A工作区域的中心位置，所述的四个校准定位块的上平面均为正方形，设于所述纳米级台阶的四个顶角外侧位置处，所述的四个循迹参考定位块的上平面形状均是由一个矩形、一个等边三角形和一个等腰直角三角形拼接而成的形状，并以纳米级台阶为中心，对称设于所述四个校准定位块的左右两侧，所述的B循迹区域以A工作区域为中心设有四个上平面为等腰三角形的循迹标识符。
2.根据权利要求 1 所述的微纳米台阶标准样板，其特征在于：所述的B循迹区域还设有设计单位标识符和样板型号标识符。
3.根据权利要求 1 所述的微纳米台阶标准样板，其特征在于：所述A工作区域的四个校准定位块对称分布于纳米级台阶的四角外侧，其与纳米级台阶接近的一边与纳米级台阶的短边重合或平行，呈“工”字形排列。
4.根据权利要求 1 所述的微纳米台阶标准样板，其特征在于：所述A工作区域的四个循迹参考定位块以所述的纳米级台阶为中心对称分布，且两两循迹参考定位块间设有间隙，每个所述的循迹参考定位块中平面形状为等边三角形的部分设于其矩形形状的外侧、平面形状为等腰直角三角形的部分设于矩形形状的内侧，且所述等腰直角三角形的一条直角边与所述的矩形形状的长边重合、另一条直角边与所述纳米级台阶的短边平行，所述的四个循迹参考定位块与所述的纳米级台阶整体呈“川”字形排列。
5.根据权利要求 1 所述的微纳米台阶标准样板，其特征在于：所述B循迹区域的四个循迹标识符是以A工作区域为中心的两两相互对称的上平面为等腰三角形的循迹标识符，且每个所述等腰三角形的顶角分别指向对应的A工作区域的边框中点。
6.一种权利要求1～5中任意一项所述微纳米台阶标准样板的循迹方法，其特征在于：通过所述微纳米台阶标准样板的B循迹区域内两对相互对称的上平面为等腰三角形的循迹标识符配合设置的设计单位标识符和样板型号标识符，确定微纳米台阶标准样板摆放方向与具体位置，实现在测量前与测量中的快速定位，通过所述微纳米台阶标准样板的A工作区域内纳米级台阶四角处对应设置的四个校准定位块在A工作区域内从纵向上快速校准定位，通过所述A工作区域内的四个循迹参考定位块在A工作区域内从横向上快速进行定位，通过所述A工作区域内两两循迹参考定位块间的间隙确定测量的初始位置，完成整个校准过程。
7.根据权利要求6所述的微纳米台阶标准样板的循迹方法，其特征在于：所述微纳米台阶标准样板的B循迹区域内的两对相互对称的循迹标识符设置为上平面大小不相等的两对等腰三角形，以便配合设计单位标识符和样板型号标识符，快速确定微纳米台阶标准样板的摆放方向与具体位置，当纳米测量仪的镜头聚焦于此区域内时，通过观察到的相应的标识符进行定位，从而便于将纳米测量仪的定位平台移至测量时所需的位置，大大提高测量效率。
8.根据权利要求6所述的微纳米台阶标准样板的循迹方法，其特征在于：当使用纳米测量仪进行测量时，纳米测量仪的镜头聚焦于所述A工作区域的校准定位块上时，寻找校准定位块的正方形平面的边角来定位所处位置，再通过操作纳米测量仪的定位平台移至最佳测量位置，实现纵向快速定位。
9.根据权利要求6所述的微纳米台阶标准样板的循迹方法，其特征在于：当使用纳米测量仪进行测量，纳米测量仪的镜头聚焦于所述A工作区域内的循迹参考定位块时，寻找矩形形状边上的三角形形状，若视野内出现等边三角形的顶角或两条斜边则说明镜头正处于矩形的外边缘，若视野内出现等腰直角三角形的斜边与直角边或这两条边形成的锐角则说明镜头正处于矩形的内边缘，再通过操作纳米测量仪的定位平台移至测量所需位置，实现横向快速定位，并寻找同侧两个矩形间的间隙，确定纳米级台阶的起始测量位置，并完成整个校准过程。
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