CN109346421A - 线距标准样片的定值方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于半导体技术领域，提供了一种线距标准样片的定值方法，该方法包括：获取电子束斑漂移不确定度；获取标定不确定度；确定所述线距标准样片的均匀性不确定度；确定所述线距标准样片的稳定性不确定度；确定所述线距标准样片的重复性不确定度；根据所述电子束斑漂移不确定度、所述标定不确定度、所述均匀性不确定度、所述稳定性不确定度和所述重复性测量不确定度确定所述线距标准样片的扩展不确定度。本发明能够实现对微纳米线宽尺寸测量类仪器的校准。

Description

线距标准样片的定值方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种线距标准样片的定值方法。
背景技术
线宽尺寸是衡量半导体工艺水平的重要参数，在微电子器件制作工艺过程中，线宽的使用非常广泛，并且随着器件特征尺寸的日益缩减，线宽变得越来越窄。目前，微波功率器件中线条宽度水平达到100nm，甚至更小。
为了保证微纳米线宽尺寸测量类仪器测量结果的准确，需要使用线距标准样片对仪器进行校准，由于缺少周期小尺寸的线距标准样片，使得微纳米线宽尺寸测量类仪器在纳米尺寸的测量能力无法得到校准。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种线距标准样片的定值方法，以解决现有技术中微纳米线宽尺寸测量类仪器在纳米尺寸的测量能力无法得到校准的问题。
本发明实施例提供了一种线距标准样片的定值方法，包括：
获取测量线距标准样片时由扫描电镜的电子束斑漂移引入的电子束斑漂移不确定度；
获取测量所述线距标准样片时由测量标尺标定引入的标定不确定度；
根据所述线距标准样片在不同测量位置测量的第一尺寸确定所述线距标准样片的均匀性不确定度；
根据所述线距标准样片在同一测量位置不同测量时间测量的第二尺寸确定所述线距标准样片的稳定性不确定度；
根据所述线距标准样片在同一测量位置多次重复测量的第三尺寸确定所述线距标准样片的重复性不确定度；
根据所述电子束斑漂移不确定度、所述标定不确定度、所述均匀性不确定度、所述稳定性不确定度和所述重复性测量不确定度确定所述线距标准样片的扩展不确定度。
在第一种实现方式中，还包括：
根据所述第三尺寸确定所述线距标准样片的线距尺寸的平均值；
根据所述线距尺寸的平均值和所述扩展不确定度确定所述线距标准样片的定值数值。
在第二种实现方式中，所述根据所述线距标准样片在不同测量位置测量的第一尺寸确定所述线距标准样片的均匀性不确定度，包括：
在所述线距标准样片中选取M个均匀性考核区域，在每个均匀性考核区域中分别选取N1个测量位置，其中，每个测量位置均包括k1个周期线距结构；
分别测量每个均匀性考核区域中每个测量位置的第一尺寸，并确定每个均匀性考核区域中的第一尺寸平均值；
根据表达式确定所述线距标准样片的均匀性不确定度u3，其中，Pm为第m个均匀性考核区域的第一尺寸平均值，
在第三种实现方式中，所述根据所述线距标准样片在同一测量位置不同测量时间测量的第二尺寸确定所述线距标准样片的稳定性不确定度，包括：
在所述线距标准样片中选取一个稳定性考核区域，在所述重复性考核区域中选取N2个测量位置，其中，每个测量位置均包括k2个周期线距结构；
每隔预设时间测量一次N2个测量位置的第二尺寸，重复测量G次，并确定每次测量的N2个测量位置的第二尺寸平均值；
根据表达式确定所述线距标准样片的稳定性不确定度u4，其中，xg为第g次测量的第二尺寸平均值，
在第四种实现方式中，所述根据所述线距标准样片在同一测量位置多次重复测量的第三尺寸确定所述线距标准样片的重复性不确定度，包括：
在线距标准样片中选取一个重复性测量位置，其中，每个重复性测量位置均包括k3个周期线距结构；
重复测量所述线距标准样片中重复性测量位置的第三线距尺寸，重复测量H次，并根据表达式确定所述线距标准样片的线距尺寸的平均值
根据表达式确定所述线距标准样片的重复性不确定度u5；
其中，sh为第h次测量的第三尺寸。
在第五种实现方式中，还包括：
制备线距标准样片，其中，所述线距标准样片的线距尺寸为纳米尺寸。
在第六种实现方式中，所述制备线距标准样片，包括：
清洗衬底，并在所述衬底的上表面生长氮化硅层；
刻蚀所述氮化硅层，制备光栅结构，其中，所述光栅结构的线距尺寸的理论值为100纳米。
在第七种实现方式中，所述清洗衬底，包括：
将双面抛光的硅晶圆在水、氨水和双氧水的混合溶液中进行第一清洗，其中，清洗时间为10分钟至15分钟，清洗温度为80摄氏度至90摄氏度；
将第一清洗后的硅晶圆使用去离子水冲洗，并在氢氟酸溶液中进行第二清洗，其中清洗时间为1分钟至3分钟；
将第二清洗后的硅晶圆使用去离子水冲洗，并在水、盐酸和双氧水的混合溶液中进行第三清洗，其中，清洗时间为10分钟至15分钟，清洗温度为80摄氏度至90摄氏度；
将第三清洗后的硅晶圆使用去离子水冲洗，并使用氮气吹干。
在第八种实现方式中，所述刻蚀所述氮化硅层，制备光栅结构，包括：
在所述氮化硅层的上表面涂覆光刻胶，并进行前烘处理；
对前烘处理后的氮化硅层进行电子束曝光处理，其中，电子束加速电压为电子束加速电压80kV，束流密度约为10nA至12nA，曝光剂量1μC/cm2至2μC/cm2；
将电子束曝光处理后的衬底分别进行显影和定影处理，制备光刻图形；
对氮化硅层进行干法刻蚀，刻蚀气体为SF6，刻蚀速率为12nm/min至18nm/min；
使用丙酮溶液去除光刻胶。
在第九种实现方式中，所述根据所述电子束斑漂移不确定度、所述标定不确定度、所述均匀性不确定度、所述稳定性不确定度和所述重复性测量不确定度确定所述线距标准样片的扩展不确定度，包括：
根据表达式确定所述线距标准样片的扩展不确定度uc，其中，u1为电子束斑漂移不确定度，u2为标定不确定度，u3为均匀性不确定度，u4为稳定性不确定度，u5为重复性测量不确定度，k＝2或k＝3。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例通过对线距标准样片进行均匀性不确定度测量、稳定性不确定度测量和重复性不确定度测量，并根据电子束斑漂移不确定度、标定不确定度、均匀性不确定度、稳定性不确定度和重复性测量不确定度确定所述线距标准样片的扩展不确定度，从而能够对线距标准样片进行定值，实现对微纳米线宽尺寸测量类仪器的校准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的线距标准样片的定值方法的实现流程示意图；
图2是本发明一实施例提供的线距标准样片中均匀性考核区域的示意图；
图3是本发明一实施例提供的线距标准样片中均匀性考核选取位置的示意图；
图4是本发明一实施例提供的线距标准样片中稳定性考核区域选取位置的示意图；
图5是本发明一实施例提供的线距标准样片制备方法的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
请参考图1，图1是本发明一实施例提供的线距标准样片的定值方法的实现流程示意图，该方法包括以下步骤：
步骤S101，获取测量线距标准样片时由扫描电镜的电子束斑漂移引入的电子束斑漂移不确定度。
在本发明实施例中，使用关键尺寸扫描电镜(CD-SEM)对线距样片进行定值，由于电子束有着动态特性，扫描电镜的电子束斑会随时间发生微观的漂移现象。例如，扫描电镜的电子束斑尺寸系数为1nm，每分钟漂移量小于或等于4nm，电子束斑漂移引入的误差满足均匀分布，则由电子束斑漂移引入的电子束斑漂移不确定度为
步骤S102，获取测量所述线距标准样片时由测量标尺标定引入的标定不确定度。
在本发明实施例中，使用关键尺寸扫描电镜(CD-SEM)对线距标准样片进行测量。CD-SEM测量是电子束轰击样品表面产生二次电子置换，再由光电信号转换成像方式，测量软件对所拍图片的线条宽度进行测量。具体实现方式为：首先将线距标准样片放置于定标装置的自动传输系统中，固定完毕后，定标装置自动将线距标准样片经过两级抽真空送入仪器的测量腔内，调整测量模式到最适合的测量状态，电子束扫描被测样片将其成像于显示屏中，然后进行测量。例如，标定软件测量标尺的标准件不确定度为0.6nm，在k＝2时，则该不确定度分量为：
步骤S103，根据所述线距标准样片在不同测量位置测量的第一尺寸确定所述线距标准样片的均匀性不确定度。
在本发明实施例中，线距标准样片的均匀性指在线距标准样片测量范围内线距尺寸的变化。通过测量线距标准样片在不同位置的尺寸确定均匀性不确定度。
步骤S104，根据所述线距标准样片在同一测量位置不同测量时间测量的第二尺寸确定所述线距标准样片的稳定性不确定度。
在本发明实施例中，线距标准样片的稳定性是指线距标准样片长时间的线距尺寸变化，通过稳定性考核可以得出线距标准样片随时间的变化规律。通过在不同时间测量线距标准样片同一位置的尺寸确定稳定性不确定度。
步骤S105，根据所述线距标准样片在同一测量位置多次重复测量的第三尺寸确定所述线距标准样片的重复性不确定度。
在本发明实施例中，通过对测量线距标准样片进行连续多次重复测量确定重复性不确定度。
步骤S106，根据所述电子束斑漂移不确定度、所述标定不确定度、所述均匀性不确定度、所述稳定性不确定度和所述重复性测量不确定度确定所述线距标准样片的扩展不确定度。
作为本发明的一个实施例，根据表达式确定所述线距标准样片的扩展不确定度uc，其中，u1为电子束斑漂移不确定度，u2为标定不确定度，u3为均匀性不确定度，u4为稳定性不确定度，u5为重复性测量不确定度，k＝2或k＝3。
本发明实施例通过对线距标准样片进行均匀性不确定度测量、稳定性不确定度测量和重复性不确定度测量，并根据电子束斑漂移不确定度、标定不确定度、均匀性不确定度、稳定性不确定度和重复性测量不确定度确定所述线距标准样片的扩展不确定度，从而能够对线距标准样片进行定值，实现对微纳米线宽尺寸测量类仪器的校准。
作为本发明的一个实施例，该方法还包括：根据所述第三尺寸确定所述线距标准样片的线距尺寸的平均值；根据所述线距尺寸的平均值和所述扩展不确定度确定所述线距标准样片的定值数值。
在本发明实施例中，根据扩展不确定度和线距标准样片的线距尺寸的平均值对线距标准样片进行定值。例如，对于线距尺寸理论值为100nm的线距标准样片，线距尺寸的平均值为99.4nm，扩展不确定度为5nm，则定值结果为99.4nm±5nm。
作为本发明的一个实施例，步骤S103的实现方式为：在所述线距标准样片中选取M个均匀性考核区域，在每个均匀性考核区域中分别选取N1个测量位置，其中，每个测量位置均包括k1个周期线距结构；分别测量每个均匀性考核区域中每个测量位置的第一尺寸，并确定每个均匀性考核区域中的第一尺寸平均值；根据表达式确定所述线距标准样片的均匀性不确定度u3，其中，Pm为第m个均匀性考核区域的第一尺寸平均值，
在本发明实施例中，考虑到边界效应的影响，选取线距标准样片的有效测量区域，并在有效测量区域内选取M个均匀性考核区域。如图2所示，对于制作尺寸为100μm×100μm的线距标准样片，有效测量区域设定为80μm×80μm，在整个有效测量区域的不同位置选取五个区域作为均匀性考核区域，每个区域的尺寸为10μm×10μm。在每个均匀性考核区域中分别选取N1个测量位置，其中，每个测量位置均包括k1个周期线距结构。例如，如图3所示，在每个测量区域内分别选取包括10个周期的线距结构，在10个周期的线距结构中选取9条测量线，分别测量这9条测量线的第一尺寸，并计算这9个第一尺寸的平均值。第m个均匀性区域中第一尺寸平均值为其中，为第m个均匀性区域中第n1个测量位置的第一尺寸。
作为本发明的一个实施例，步骤S104的实现方式为：在所述线距标准样片中选取一个稳定性考核区域，在所述重复性考核区域中选取N2个测量位置，其中，每个测量位置均包括k2个周期线距结构；每隔预设时间测量一次N2个测量位置的第二尺寸，重复测量G次，并确定每次测量的N2个测量位置的第二尺寸平均值；根据表达式确定所述线距标准样片的稳定性不确定度u4，其中，xg为第g次测量的第二尺寸平均值，
在本发明实施例中，例如，选取线距标准样片的中心区域作为稳定性考核区域，如图3所示，在稳定性考核区域内分别选取包括10个周期的线距结构，在10个周期的线距结构中选取9条测量线，每个月测量一次这9条测量线的第二尺寸，并确定每次测量的第二尺寸平均值，重复测量6次，根据测量结果确定稳定性不确定度。
作为本发明的一个实施例，步骤S105的实现方式为：在线距标准样片中选取一个重复性测量位置，其中，每个重复性测量位置均包括k3个周期线距结构；重复测量所述线距标准样片中重复性测量位置的第三线距尺寸，重复测量H次，并根据表达式确定所述线距标准样片的线距尺寸的平均值根据表达式确定所述线距标准样片的重复性不确定度u5；其中，sh为第h次测量的第三尺寸。
在本发明实施例中，例如，选取线距标准样片的中心区域作为重复性考核区域，如图4所示，在重复性考核区域内分别选取包括10个周期的线距结构，在10个周期的线距结构中选取1条测量线，连续重复测量10次，根据测量结果确定重复性测量的不确定度。
作为本发明的一个实施例，该方法还包括：制备线距标准样片，其中，所述线距标准样片的线距尺寸为纳米尺寸。
作为本发明的一个实施例，如图5所示，制备线距标准样片的实现方式包括以下步骤：
步骤1，清洗衬底。具体的，将双面抛光的硅晶圆在水、氨水和双氧水的混合溶液中进行第一清洗，其中，清洗时间为10分钟至15分钟，清洗温度为80摄氏度至90摄氏度；将第一清洗后的硅晶圆使用去离子水冲洗，并在氢氟酸溶液中进行第二清洗，其中清洗时间为1分钟至3分钟；将第二清洗后的硅晶圆使用去离子水冲洗，并在水、盐酸和双氧水的混合溶液中进行第三清洗，其中，清洗时间为10分钟至15分钟，清洗温度为80摄氏度至90摄氏度；将第三清洗后的硅晶圆使用去离子水冲洗，并使用氮气吹干。
步骤2，在所述衬底的上表面生长氮化硅层。具体的，使用PECVD工艺淀积厚度为的氮化硅层。
步骤3，刻蚀所述氮化硅层，制备光栅结构，其中，所述光栅结构的线距尺寸的理论值为100nm。例如，在硅片表面涂型号为ZEP520A的光刻胶，光刻胶厚度为100nm，在110℃温度下烘烤90s；使用电子束光刻技术在硅片上直接写出需要制作的图形，由于电子束邻近效应的影响，设计图形的形貌与实际曝光显影后得到的图形会有一定的偏差，为保证线距尺寸可控，均匀性好，优化工艺条件为：电子束加速电压80kV，束流密度约为11nA，最大扫描场/子场面积为500μm×500μm/20μm×20μm，曝光剂量1μC/cm2至2μC/cm2；在邻二甲苯溶液中显影30s，再在十氢奈烷中定影60s，去除透光区的光刻胶；使用干法刻蚀进行刻蚀，将没有光刻胶掩蔽的线距区域的氮化硅层刻蚀掉，刻蚀气体为SF6，刻蚀速率为15nm/min；使用丙酮溶液去除光刻胶。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种线距标准样片的定值方法，其特征在于，包括：
获取测量线距标准样片时由扫描电镜的电子束斑漂移引入的电子束斑漂移不确定度；
获取测量所述线距标准样片时由测量标尺标定引入的标定不确定度；
根据所述线距标准样片在不同测量位置测量的第一尺寸确定所述线距标准样片的均匀性不确定度；
根据所述线距标准样片在同一测量位置不同测量时间测量的第二尺寸确定所述线距标准样片的稳定性不确定度；
根据所述线距标准样片在同一测量位置多次重复测量的第三尺寸确定所述线距标准样片的重复性不确定度；
根据所述电子束斑漂移不确定度、所述标定不确定度、所述均匀性不确定度、所述稳定性不确定度和所述重复性测量不确定度确定所述线距标准样片的扩展不确定度。
2.如权利要求1所述的线距标准样片的定值方法，其特征在于，还包括：
根据所述第三尺寸确定所述线距标准样片的线距尺寸的平均值；
根据所述线距尺寸的平均值和所述扩展不确定度确定所述线距标准样片的定值数值。
3.如权利要求1所述的线距标准样片的定值方法，其特征在于，所述根据所述线距标准样片在不同测量位置测量的第一尺寸确定所述线距标准样片的均匀性不确定度，包括：
在所述线距标准样片中选取M个均匀性考核区域，在每个均匀性考核区域中分别选取N1个测量位置，其中，每个测量位置均包括k1个周期线距结构；
分别测量每个均匀性考核区域中每个测量位置的第一尺寸，并确定每个均匀性考核区域中的第一尺寸平均值；
根据表达式确定所述线距标准样片的均匀性不确定度u3，其中，Pm为第m个均匀性考核区域的第一尺寸平均值，
4.如权利要求1所述的线距标准样片的定值方法，其特征在于，所述根据所述线距标准样片在同一测量位置不同测量时间测量的第二尺寸确定所述线距标准样片的稳定性不确定度，包括：
在所述线距标准样片中选取一个稳定性考核区域，在所述稳定性考核区域中选取N2个测量位置，其中，每个测量位置均包括k2个周期线距结构；
每隔预设时间测量一次N2个测量位置的第二尺寸，重复测量G次，并确定每次测量的N2个测量位置的第二尺寸平均值；
根据表达式确定所述线距标准样片的稳定性不确定度u4，其中，xg为第g次测量的第二尺寸平均值，
5.如权利要求1所述的线距标准样片的定值方法，其特征在于，所述根据所述线距标准样片在同一测量位置多次重复测量的第三尺寸确定所述线距标准样片的重复性不确定度，包括：
在线距标准样片中选取一个重复性测量位置，其中，每个重复性测量位置均包括k3个周期线距结构；
重复测量所述线距标准样片中重复性测量位置的第三线距尺寸，重复测量H次，并根据表达式确定所述线距标准样片的线距尺寸的平均值
根据表达式确定所述线距标准样片的重复性不确定度u5；
其中，sh为第h次测量的第三尺寸。
6.如权利要求1所述的线距标准样片的定值方法，其特征在于，还包括：
制备线距标准样片，其中，所述线距标准样片的线距尺寸为纳米尺寸。
7.如权利要求6所述的纳米尺寸线距标准样片的定值方法，其特征在于，所述制备线距标准样片，包括：
清洗衬底，并在所述衬底的上表面生长氮化硅层；
刻蚀所述氮化硅层，制备光栅结构，其中，所述光栅结构的线距尺寸的理论值为100纳米。
8.如权利要求7所述的线距标准样片的定值方法，其特征在于，所述清洗衬底，包括：
将双面抛光的硅晶圆在水、氨水和双氧水的混合溶液中进行第一清洗，其中，清洗时间为10分钟至15分钟，清洗温度为80摄氏度至90摄氏度；
将第一清洗后的硅晶圆使用去离子水冲洗，并在氢氟酸溶液中进行第二清洗，其中清洗时间为1分钟至3分钟；
将第二清洗后的硅晶圆使用去离子水冲洗，并在水、盐酸和双氧水的混合溶液中进行第三清洗，其中，清洗时间为10分钟至15分钟，清洗温度为80摄氏度至90摄氏度；
将第三清洗后的硅晶圆使用去离子水冲洗，并使用氮气吹干。
9.如权利要求7所述的线距标准样片的定值方法，其特征在于，所述刻蚀所述氮化硅层，制备光栅结构，包括：
在所述氮化硅层的上表面涂覆光刻胶，并进行前烘处理；
对前烘处理后的氮化硅层进行电子束曝光处理，其中，电子束加速电压为电子束加速电压80kV，束流密度约为10nA至12nA，曝光剂量1μC/cm2至2μC/cm2；
将电子束曝光处理后的衬底分别进行显影和定影处理，制备光刻图形；
对氮化硅层进行干法刻蚀，刻蚀气体为SF6，刻蚀速率为12nm/min至18nm/min；
使用丙酮溶液去除光刻胶。
10.如权利要求1至9任一项所述的线距标准样片的定值方法，其特征在于，所述根据所述电子束斑漂移不确定度、所述标定不确定度、所述均匀性不确定度、所述稳定性不确定度和所述重复性测量不确定度确定所述线距标准样片的扩展不确定度，包括：
根据表达式确定所述线距标准样片的扩展不确定度uc，其中，u1为电子束斑漂移不确定度，u2为标定不确定度，u3为均匀性不确定度，u4为稳定性不确定度，u5为重复性测量不确定度，k＝2或k＝3。
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