CN109444472A - 扫描电子显微镜校准图形样片及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扫描电子显微镜校准图形样片及制备方法，属于半导体技术领域，包括基板、仪器放大倍率校准图形和快速寻迹标志图形，仪器放大倍率校准图形设置于基板上，用于对图形进行校准；快速寻迹标志图形设置于仪器放大倍率校准图形的旁侧，用于寻迹所述仪器放大倍率校准图形。本发明提供的扫描电子显微镜校准图形样片，利用快速寻迹标志图形，可以快速准确判断仪器工作状态是否正常，以便及时校准，从而保证扫描电子显微镜的测量精度，提高了校准效率和扫描电镜的测量准确性。

Description

扫描电子显微镜校准图形样片及制备方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，更具体地说，是涉及一种扫描电子显微镜校准图形样片及其制备方法。

背景技术

集成电路和微波功率器件制作工艺过程中涉及大量线条尺寸的测试问题，对线宽参数的精确测量，是保证器件质量的重要手段。目前，微电子行业中微纳米线宽尺寸测量类仪器包括有线宽测量仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜等等，其测量参数为样品的线条尺寸。其中扫描电子显微镜的应用最为广泛。扫描电子显微镜(scanning electronmicroscope)，简称扫描电镜(SEM)，是一种利用电子束扫描样品表面从而获得样品信息的电子显微镜。扫描电镜的放大倍率从几倍到几十万倍，几乎在每个行业都得到了广泛的应用。

扫描电子显微镜通常使用线距标准样片进行校准，线距样片的结构包括光栅和格栅两种。为了保证该类仪器在测量过程中得到准确数据，应该使用一系列相应的线距标准样片对它们进行校准。

国外有微米量级的格栅结构的线距标准样片，但是没有相应尺寸的光栅结构的线距标准样片，并且没有将光栅结构和格栅结构共同制作在同一样片上的成品，而且价格相当昂贵。国内虽有相关的文献报道，但是制备样片的材料不同，加工工艺存在一定的差异，并且图形设计中缺少寻迹标志，也没有相应的标准产品，无法达到应用的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扫描电子显微镜校准图形样片，以解决现有技术中存在的样片校准精度差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种扫描电子显微镜校准图形样片，包括基板、仪器放大倍率校准图形和快速寻迹标志图形，仪器放大倍率校准图形设置于所述基板上，用于对图形进行校准；快速寻迹标志图形设置于所述仪器放大倍率校准图形的旁侧，用于寻迹所述仪器放大倍率校准图形。

进一步地，所述仪器放大倍率校准图形包括光栅结构和格栅结构，光栅结构包括若干个顺次排列的光栅单元，每个所述光栅单元均具有多条明暗相间周期排列的栅条，每个所述光栅单元的旁侧对应设有一所述快速寻迹标志图形；所述格栅结构的旁侧对应设有一所述快速寻迹标志图形。

进一步地，所述光栅单元中明暗栅条的结构为：明栅条凸起在所述基板上，暗栅条为相邻两个明栅条之间形成的凹槽，其中，一明一暗为一个周期，每个周期尺寸范围为100nm-10μm。

进一步地，所述光栅结构的周期尺寸范围为100nm-500nm时，校准图形的有效加工尺寸为100μm×100μm；周期尺寸范围为1μm-10μm时，校准图形的有效加工尺寸为1mm×1mm。

进一步地，每个所述光栅单元最外侧的两条明栅条用作被标记的栅条，所述用作被标记的栅条的长度长于其他的栅条的长度。

进一步地，所述光栅结构包括X向光栅结构和Y向光栅结构，其中，所述X向光栅结构的栅条的长度方向与坐标轴中X方向垂直，所述Y向光栅结构的栅条的长度方向与坐标轴中Y方向垂直。

进一步地，所述格栅结构的上下左右分别设有一个所述快速寻迹标志图形。

进一步地，所述格栅结构中的栅格为设置于所述基板上的凹凸相间的槽，周期尺寸范围为2μm-10μm，校准图形的有效加工尺寸为1mm×1mm。

进一步地，所述快速寻迹标志图形为三角形结构，所述三角形的一个顶角指向所述仪器放大倍率校准图形。

本发明另一目的在于提供一种扫描电子显微镜校准图形样片的制备方法，包括如下步骤：

材料准备：采用双面抛光的硅片作为衬底，硅片的晶相为100，使用电子清洗剂、去离子水超声清洗10min-20min，之后甩干10min-20min；

淀积：使用PECVD工艺淀积氮化硅层；

涂胶：在硅片表面涂光刻胶，在100℃-120℃温度下烘烤1min-5min；

光刻：使用电子束光刻或投影光刻制作图形；

曝光显影：显影80s-120s，定影40s-60s，去除透光区的光刻胶；

刻蚀：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；

去胶：去除光刻胶。

本发明提供的扫描电子显微镜校准图形样片的有益效果在于：与现有技术相比，本发明扫描电子显微镜校准图形样片，利用快速寻迹标志图形，可以快速准确判断仪器工作状态是否正常，以便及时校准，从而保证扫描电子显微镜的测量精度，提高了校准效率和扫描电镜的测量准确性。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的扫描电子显微镜校准图形样片的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的光栅结构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的周期尺寸为100nm-500nm光栅结构的图形放大图；

图4为本发明实施例提供格栅结构的侧视结构示意图；

图5为本发明实施例提供的制备方法中周期尺寸为100nm-500nm样片的制作工艺流程图；

图6为本发明实施例提供的制备方法中周期尺寸为1μm-10μm样片的制作工艺流程图。

其中，图中各附图标记：

1-基板；2-仪器放大倍率校准图形；21-光栅结构；22-格栅结构；3-快速寻迹标志图形；4-标记尺寸。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，现对本发明提供的扫描电子显微镜校准图形样片进行说明。所述扫描电子显微镜校准图形样片包括基板1、仪器放大倍率校准图形2和快速寻迹标志图形3，仪器放大倍率校准图形2设置于基板1上，用于对图形进行校准；快速寻迹标志图形3设置于所述仪器放大倍率校准图形2的旁侧，用于寻迹所述仪器放大倍率校准图形2。

本发明提供的扫描电子显微镜校准图形样片，与现有技术相比，利用快速寻迹标志图形3，可以快速准确判断仪器工作状态是否正常，以便及时校准，从而保证扫描电子显微镜的测量精度，提高了校准效率和扫描电镜的测量准确性。本发明中，在快速寻迹标志图形3的旁侧设有图形标记尺寸4，寻迹到标志图形，根据标记尺寸4，即可判断对应的图形样片。

请一并参阅图1至图4，作为本发明提供的扫描电子显微镜校准图形样片的一种具体实施方式，所述仪器放大倍率校准图形2包括光栅结构21和格栅结构22，光栅结构21包括若干个顺次排列的光栅单元，每个光栅单元均具有多条明暗相间周期排列的栅条，每个光栅单元的旁侧对应设有一所述快速寻迹标志图形3；格栅结构22的旁侧对应设有一快速寻迹标志图形3。在基板1上同时设有光栅结构21和格栅结构22，可以在不用多次更换样片的同时对电镜的多个放大倍率进行校准，提高了校准效率；通过格栅结构22样片的扫描结果可以对仪器的线性失真度进行校准，提高了扫描电镜的测量准确性。

请参阅图1至图3，作为本发明提供的扫描电子显微镜校准图形样片的一种具体实施方式，所述光栅单元中明暗栅条的结构为：明栅条凸起在所述基板1上，暗栅条为相邻两个明栅条之间形成的凹槽，其中，一明一暗为一个周期，每个周期尺寸范围为100nm-10μm。其中，图3给出了光栅结构21周期尺寸范围为100nm-500nm时的结构示意图

参阅图1至图3，作为本发明提供的扫描电子显微镜校准图形样片的一种具体实施方式，所述光栅结构21的周期尺寸范围为100nm-500nm时，周期尺寸包括100nm、200nm和500nm，其中栅为凸起式结构，校准图形的有效加工尺寸为100μm×100μm，分别制作X和Y方向的光栅结构21，快速寻迹标志分设在对应的光栅结构21的左右两侧，参见图1和图3，同时图形标记尺寸4记于左侧；周期尺寸范围为1μm-10μm时，周期尺寸包括1μm、2μm、5μm和10μm，其中栅为凸起式结构，栅的长度为1mm，校准图形的有效加工尺寸为1mm×1mm。其中，周期尺寸范围为100nm-500nm的光栅样片的关键加工工艺为电子束光刻，而周期尺寸范围为1μm-10μm的样片的关键加工工艺为投影光刻。

请参阅图1至图3，作为本发明提供的扫描电子显微镜校准图形样片的一种具体实施方式，每个光栅单元最外侧的两条明栅条用作被标记的栅条，用作被标记的栅条的长度长于其他的栅条的长度。本实施例中，每个光栅单元包括十个周期，也即每十个周期进行标记，当然，也可以8个周期、12个周期、13个周期等自然数系列为一个光栅单元进行标记，为了方便校准位置的选择被标记的栅条要求长于其他光栅。

请参阅图1及图3，作为本发明提供的扫描电子显微镜校准图形样片的一种具体实施方式，所述光栅结构21包括X向光栅结构和Y向光栅结构，其中，所述X向光栅结构的栅条的长度方向与坐标轴中X方向垂直，所述Y向光栅结构的栅条的长度方向与坐标轴中Y方向垂直。分别制作X和Y两个方向，方便校准仪器的X、Y两个方向的放大倍率。

参阅图1及图4，作为本发明提供的扫描电子显微镜校准图形样片的一种具体实施方式，所述格栅结构22的上下左右分别设有一个所述快速寻迹标志图形3。格栅结构22不仅可以用于校准仪器的较小倍率也可应用于校准仪器的线性失真度。

请参阅图1及图4，作为本发明提供的扫描电子显微镜校准图形样片的一种具体实施方式，所述格栅结构22中的栅格为设置于所述基板1上的凹槽，周期尺寸范围为2μm-10μm，周期尺寸包括2μm、5μm和10μm，其中栅格为凹槽结构，校准图形的有效加工尺寸为1mm×1mm，加工工艺为投影光刻。

请参阅图1，作为本发明提供的扫描电子显微镜校准图形样片的一种具体实施方式，所述快速寻迹标志图形3为三角形结构，所述三角形的一个顶角指向仪器放大倍率校准图形2。其中，三角形结构为等腰三角形，其顶角指向仪器放大倍率校准图形2，等腰三角形的底边长度大于对应的光栅结构的栅条的长度，同时也大于格栅结构22的长度，也即快速寻迹标志图形的尺寸较大，便于快速寻迹，找到快速寻迹标志图形后，在附近即可找到对应的标准图形。

本发明另一目的在于提供一种扫描电子显微镜校准图形样片的制备方法，工艺流程图参见图5，周期尺寸范围为100nm-500nm样片，关键工艺为电子束光刻技术，下面通过工艺流程图说明制作的加工步骤：

第一步、采用双面抛光的硅片作为衬底材料，硅片的晶相为100，先后使用电子清洗剂1号液、2号液、去离子水超声清洗15分钟，之后甩干15分钟。

第二步、使用PECVD工艺淀积100nm的氮化硅层。

第三步、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2分钟。

第四步、使用电子束光刻技术在硅片上直接写出需要制作的图形，无须掩模板。

第五步、在邻二甲苯溶液中显影100s，再在十氢奈烷中定影60s，去除透光区的光刻胶。

第六步、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。

第七步、使用丙酮溶液去除光刻胶。

其中，清洗工艺过程为：在足够的1#清洗液中，于80℃-90℃煮10min-15min，用水冲洗至中性；在氢氟酸中浸泡2min，用水冲洗至中性；在足够的2#清洗液中，于80℃-90℃煮10min-15min，用水冲洗至中性；清洗后的晶圆片使用经过干燥过滤的氮气吹干即可。清洗液配比如下：

1#清洗液：水：氨水：过氧化氢＝4:1:1(体积比)

2#清洗液：水：盐酸：过氧化氢＝4:1:1(体积比)。

本发明另一目的在于提供一种扫描电子显微镜校准图形样片的制备方法，、制作周期尺寸范围为1μm-10μm的样片，工艺流程图如图6，关键工艺为投影光刻技术，下面通过工艺流程图说明制作周期尺寸范围为1μm-10μm的样片的加工步骤：

第一步、清洗硅片并对硅片上已有尺寸的地方进行保护；

第二步、在硅片表面涂400nm-500nm光刻胶，在130℃温度下烘烤15分钟；

第三步、采用投影光刻技术进行加工，投影比例为1:4，通过深紫外光曝光，其中掩模版为正版，图形区域为非透光区；

第四步、在NaOH溶液中显影，去除透光区的光刻胶，然后在130℃温度下烘烤15分钟；

第五步、使用干法刻蚀技术刻蚀硅片，对没有光刻胶掩蔽的线距区域的硅片进行刻蚀，刻蚀气体为SF₆或C₄F₈，SF6主要起到刻蚀的作用，C₄F₈是起聚合物保护作用，刻蚀速率设定为15nm/min-20nm/min，刻蚀深度为氮化硅层的厚度；

第六步、使用丙酮溶液去除光刻胶；

第七步、去除被保护图形部分的保护介质。

清洗：首先使用去离子水、30％过氧化氢、25％氨水体积比14:3:1组成的溶液对硅片进行清洗，冲水15min后，使用去离子水、30％过氧化氢、36％盐酸体积比7:1:1组成的溶液对硅片清晰，冲水15min。

曝光显影：硅晶圆片表面涂单层光刻胶，胶厚控制在2μm左右，采用接触式曝光机曝光，设定曝光剂量为80mJ。采用单片式显影槽显影15s，显影完毕，冲水30s，氮气吹干或烘干。

刻蚀：采用反应离子刻蚀，刻蚀后，用等离子扫胶台扫胶，功率设定为500W，试件为3min。

去胶：正胶去胶液加热到60℃，将圆片放入，浸泡10min，去离子水冲洗，氮气吹干或烘干。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.扫描电子显微镜校准图形样片，其特征在于，包括：

基板；

仪器放大倍率校准图形，设置于所述基板上，用于对图形进行校准；

快速寻迹标志图形，设置于所述仪器放大倍率校准图形的旁侧，用于寻迹所述仪器放大倍率校准图形。

2.如权利要求1所述的扫描电子显微镜校准图形样片，其特征在于，所述仪器放大倍率校准图形包括：

光栅结构，包括若干个顺次排列的光栅单元，每个所述光栅单元均具有多条明暗相间周期排列的栅条，每个所述光栅单元的旁侧对应设有一所述快速寻迹标志图形；和

格栅结构，所述格栅结构的旁侧对应设有一所述快速寻迹标志图形。

3.如权利要求2所述的扫描电子显微镜校准图形样片，其特征在于，所述光栅单元中明暗栅条的结构为：明栅条凸起在所述基板上，暗栅条为相邻两个明栅条之间形成的凹槽，其中，一明一暗为一个周期，每个周期尺寸的范围为100nm-10μm。

4.如权利要求3所述的扫描电子显微镜校准图形样片，其特征在于，所述光栅结构的周期尺寸范围为100nm-500nm时，校准图形的有效加工尺寸为100μm×100μm；周期尺寸范围为1μm-10μm时，校准图形的有效加工尺寸为1mm×1mm。

5.如权利要求2所述的扫描电子显微镜校准图形样片，其特征在于，每个所述光栅单元最外侧的两条明栅条用作被标记的栅条，所述用作被标记的栅条的长度长于其他的栅条的长度。

6.如权利要求2-5任一项所述的扫描电子显微镜校准图形样片，其特征在于，所述光栅结构包括X向光栅结构和Y向光栅结构，其中，所述X向光栅结构的栅条的长度方向与坐标轴中X方向垂直，所述Y向光栅结构的栅条的长度方向与坐标轴中Y方向垂直。

7.如权利要求2所述的扫描电子显微镜校准图形样片，其特征在于，所述格栅结构的上下左右分别设有一个所述快速寻迹标志图形。

8.如权利要求2所述的扫描电子显微镜校准图形样片，其特征在于，所述格栅结构中的栅格为设置于所述基板上的凹凸相间的槽，周期尺寸范围为2μm-10μm，校准图形的有效加工尺寸为1mm×1mm。

9.如权利要求1所述的扫描电子显微镜校准图形样片，其特征在于，所述快速寻迹标志图形为三角形结构，所述三角形的一个顶角指向所述仪器放大倍率校准图形。

10.如权利要求1-9任一项所述的扫描电子显微镜校准图形样片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

材料准备：采用双面抛光的硅片作为衬底，硅片的晶相为100，使用电子清洗剂、去离子水超声清洗10min-20min，之后甩干10min-20min；

淀积：使用PECVD工艺淀积氮化硅层；

涂胶：在硅片表面涂光刻胶，在100℃-120℃温度下烘烤1min-5min；

光刻：使用电子束光刻或投影光刻制作图形；

曝光显影：显影80s-120s，定影40s-60s，去除透光区的光刻胶；

刻蚀：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；

去胶：去除光刻胶。