CN110793433B - 一种在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板及其循迹方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板及其循迹方法，用于实现在线校准，样板包括中心工作区域及第一、第二循迹区域；通过所述微纳米台阶高度标准样板的第一循迹区域和第二循迹区域内的等腰三角形循迹标识的指向配合设计单位标识确定样板的摆放方向与中心工作区域位置；通过所述中心工作区域内台阶结构左右两侧区域设置的四种循迹定位参考图形快速定位台阶结构位置，通过台阶结构两边对称设置的校准定位块快速定位台阶测量位置，完成整个定位过程。该样板上的台阶结构是在晶圆片上直接制备，并且台阶测量区域可通过循迹标记快速定位，因此该发明实现了对微电子集成电路产线中纳米测量仪器的在线溯源校准工作，大大提高了仪器校准效率。

Description

一种在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板及其循迹方法

技术领域

本发明涉及微纳米级精密测量技术领域，特别是涉及一种在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板及其循迹方法，用于在线校准微电子集成电路产线中的纳米测量仪器。

背景技术

纳米标准物质作为纳米几何量的物质载体，是实现纳米尺寸从国家计量标准部门的标准器件传递到实际生产制造中的重要传递介质。

为了使微纳米台阶高度标准样板可以投入工业化应用，对微电子集成电路产线中的纳米测量仪器进行在线溯源校准，提高校准效率，开发一种能利用循迹标记快速定位并提供在线校准的晶圆微纳米台阶高度标准样板，就显得格外重要。

发明内容

为解决现有技术中在线溯源校准效率低的问题，本发明提供一种在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板，在晶圆片上直接制备台阶结构，并且按照循迹标记快速找到校准点，实现高效率的纳米测量仪器高度参数在线校准工作。

本发明还提供一种在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板的循迹方法，该方法能够实现对微电子集成电路产线中纳米测量仪器的在线溯源校准工作，大大提高了仪器校准效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板，包括晶圆片，所述晶圆片表面由外至内依次包括第一循迹区域、第二循迹区域和中心工作区域；

所述第一循迹区域上设置有指向第二循迹区域的第一循迹标识，

所述第二循迹区域具有第一边框，第一边框内设置有指向中心工作区域的第二循迹标识；

所述中心工作区域具有第二边框，第二边框内部设置一台阶结构，所述台阶结构两侧对称分布若干组校准定位块；第二边框内部其他区域设置有多个循迹定位参考图形。

作为本发明的进一步改进，所述的循迹定位参考图形为一个数字标尺、一个正方形框、一个等腰三角形及一个正方形矩阵；数字标尺位于若干校准定位块的一侧，正方形框、等腰三角形及正方形矩阵等间隔排布，分别纵向排布于若干校准定位块另一侧。

作为本发明的进一步改进，所述的校准定位块为具有指向性的结构图形；若干组校准定位块等间隔分布于台阶结构去除上下两端一定长度后的纵向范围内。

作为本发明的进一步改进，所述的结构图形为矩形、三角形、梯形或箭头。

作为本发明的进一步改进，所述的第一循迹标识沿第一循迹区域的径向设置，第一循迹标识依次排布指向第二循迹区域的第一边框。

作为本发明的进一步改进，所述的第二循迹标识均匀分布在第一边框内，且第二循迹标识均指向第二边框。

作为本发明的进一步改进，所述的第一边框和第二边框均为正方形结构，且第一边框和第二边框的几何中心重合。

作为本发明的进一步改进，所述的第一循迹区域上还设置有用于确定晶圆微纳米台阶高度标准样板的摆放方向的设计单位标识。

作为本发明的进一步改进，所述的晶圆微纳米台阶高度标准样板是以整个晶圆片为单元结构，台阶结构是在晶圆片中心位置直接制备，具体制备方法为：

其中台阶高度大于200nm的台阶结构是在晶圆基底上匀光刻胶，然后曝光显影，最后进行干法刻蚀，通过控制刻蚀的循环步数，刻蚀出所需的台阶高度；

台阶高度小于200nm的台阶结构是通过原子层沉积技术在基底上生长氧化物，氧化物厚度即为所需台阶高度，再通过湿法刻蚀制备出台阶结构。

采用所述在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板的循迹方法，包括以下步骤：

通过所述第一循迹区域上的第一循迹标识以及设计单位标识，确定晶圆微纳米台阶高度标准样板的摆放方向与第二循迹区域的位置，实现初步快速定位；

通过第二循迹区域内的第二循迹标识进一步确定晶圆微纳米台阶高度标准样板的中心工作区域位置；

通过中心工作区域内台阶结构两侧区域设置的循迹定位参考图形在中心工作区域内快速定位台阶结构；

通过台阶结构两边对称设置的校准定位块快速定位台阶结构的测量位置，完成整个定位过程。

优选地，当使用纳米测量仪器进行测量时，仪器的镜头聚焦于所述中心工作区域内的循迹定位参考图形：

若视野内出现数字标尺，则通过数字标尺的刻度值确定当前镜头位于校准定位块一侧的具体位置；

若视野内出现正方形框部分图形、等腰三角形部分图形或正方形矩阵部分图形则确定当前镜头位于校准定位块另一侧的具体位置；

再通过操作仪器的定位平台移至校准定位块的位置，快速定位台阶结构的测量位置，完成整个定位过程。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板是以整个晶圆片为单元结构，通过不同的制备方法可获得从几百微米到几纳米的台阶高度特征尺寸；采用四种循迹定位参考图形的设计，通过判断循迹定位参考图形的位置，快速定位台阶结构位置；分别在台阶结构的两侧对称设置了校准定位块，通过校准定位块快速定位台阶的测量位置，使得纳米测量仪器的校准更快速、便捷。而在第一、第二循迹区域内的等腰三角形循迹标识和设计单位标识的设计，则有助于在校准台阶高度前快速确定样板的摆放方向与中心工作区域位置，大大提高测量效率。该样板上的台阶结构是在晶圆片上直接制备，并且台阶测量区域可通过循迹标记快速定位，因此该发明实现了对微电子集成电路产线中纳米测量仪器的在线溯源校准工作，大大提高了仪器校准效率。

本发明的循迹方法是在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板的第一、第二循迹区域内的等腰三角形指向配合设计单位标识符，可以快速确定晶圆微纳米台阶高度标准样板的摆放方向与中心工作区域的具体位置，当纳米测量仪器的镜头聚焦于第一、第二循迹区域内时，通过观察到的相应标识符进行定位，从而便于将仪器的定位平台移至测量时所需的位置，大大提高测量效率。

附图说明

图1为本发明在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板实施例的整体结构平面示意图。

图2为本发明在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板实施例的第二循迹区域结构平面示意图。

图3为本发明在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板实施例的中心工作区域结构平面示意图。

图中：1、第一循迹区域；2、第一循迹标识(如等腰三角形)；3、设计单位标识；4、第二循迹区域；5、第二循迹标识(如等腰三角形)；6、中心工作区域；7、正方形矩阵；8、等腰三角形；9、正方形框；10、台阶结构；11、数字标尺；12、校准定位块。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细阐述，但本发明不限于该实施例。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选施例中详细说明具体的细节。

如图1至图3所示，本发明提供了一种在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板，该标准样板包括中心工作区域6及第一循迹区域1、第二循迹区域4；所述的中心工作区域6内设有一个台阶结构10、六个校准定位块12及四个循迹定位参考图形。

在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板是以整个晶圆片为单元结构，在晶圆片中心位置直接制备台阶结构10，其中台阶高度大于等于200nm的台阶结构是通过干法刻蚀制备，台阶高度小于200nm的台阶结构是通过原子层沉积技术结合湿法刻蚀制备。

所述的台阶结构10为长方形，位于中心工作区域的中心位置。所述的六个校准定位块12两两一组共三组，对称分布于台阶结构两侧，三组定位块等间隔分布于台阶结构去除上下两端一定长度后的纵向范围内。所述的四个循迹定位参考图形各不相同，分别为一个数字标尺、一个正方形框、一个等腰三角形及一个正方形矩阵。数字标尺位于三组校准定位块的左侧，正方形框、等腰三角形及正方形矩阵分别纵向排布于三组定位块的右侧。

所述的第二循迹区域4通过等腰三角形循迹标识的指向引至中心工作区域。所述的第一循迹区域1通过四条由等腰三角形循迹标识组成的直线指向第二循迹区域4。所述的第一循迹区域还设有设计单位标识3。

所述的在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板是以整个晶圆片为单元结构，台阶结构是在晶圆片中心位置直接制备。其中台阶高度大于200nm的台阶结构是在晶圆基底上匀光刻胶，然后曝光显影，最后进行干法刻蚀，通过控制刻蚀的循环步数，刻蚀出所需的台阶高度；台阶高度小于200nm的台阶结构是通过原子层沉积技术在基底上生长氧化物，氧化物厚度即为所需台阶高度，再通过湿法刻蚀制备出台阶结构。

所述的中心工作区域6的每一组校准定位块12中的两个校准定位块分别对称分布于台阶结构10两侧，其形状为具有指向性的结构图形，例如矩形、三角形、梯形、箭头等，可提供测量校准台阶的参考位置，三组定位块等间隔分布于台阶结构10去除上下两端一定长度后的纵向范围内。

所述的中心工作区域6的四个循迹定位参考图形中，竖直数字刻度数字标尺位于三组校准定位块左侧中心工作区域的中心位置。正方形框、等腰三角形、正方形矩阵等间隔排布，位于三组校准定位块右侧区域的中心位置。所述的四个循迹参考定位图形与所述的台阶结构整体呈“川”字排列。

所述第二循迹区域4以中心工作区域为中心，等间隔分布等腰三角形循迹标识，通过指向不同的各等腰三角形，可引导至样板中心的中心工作区域。所述第一循迹区域以第二循迹区域为中心设有四条由等腰三角形循迹标识等间隔排布形成的直线，等腰三角形顶角分别指向对应第二循迹区域的边框顶角。

本发明还提供一种在线校准晶圆微纳米台阶标准样板的循迹方法，包括以下步骤：

通过所述在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板的第一循迹区域内四条由等腰三角形循迹标识形成的直线，配合设计单位标识3确定晶圆微纳米台阶高度标准样板的摆放方向与第二循迹区域4的位置，实现测量中的初步快速定位。通过第二循迹区域内的等腰三角形循迹标识进一步确定晶圆微纳米台阶高度标准样板的中心工作区域位置。通过中心工作区域6内台阶结构左右两侧区域设置的四种循迹定位参考图形在中心工作区域内快速定位台阶结构。通过台阶结构两边对称设置的校准定位块快速定位台阶的测量位置，完成整个定位过程。

所述在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板的第一循迹区域1、第二循迹区域4内的等腰三角形指向配合设计单位标识3，可以快速确定晶圆微纳米台阶高度标准样板的摆放方向与中心工作区域的具体位置，当纳米测量仪器的镜头聚焦于第一、第二循迹区域内时，通过观察到的相应标识进行定位，从而便于将仪器的定位平台移至测量时所需的位置，大大提高测量效率。

当使用纳米测量仪器进行测量时，仪器的镜头聚焦于所述中心工作区域6内的循迹定位参考图形，若视野内出现数字标尺11，则可以通过数字标尺11的刻度值确定当前镜头位于校准定位块左侧的具体位置。若视野内出现正方形框部分图形、等腰三角形部分图形、正方形矩阵部分图形则可以确定当前镜头位于校准定位块右侧的具体位置。再通过操作仪器的定位平台移至校准定位块的位置，快速定位台阶的测量位置，完成整个定位过程。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例和附图，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。

实施例：

根据附图1、附图2和附图3，本发明在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板的整体结构直接在4英寸抛光硅片晶圆上实现，第二循迹区域4和中心工作区域6在晶圆中心，设计为边长10mm的正方形造型，其边框宽度设计为0.25mm。正方形区域以外的其余部分即为第一循迹区域1。所述在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板的中心区域设有中心工作区域6，所述的中心工作区域6为边长1mm的正方形区域，其边框宽度设计为0.05mm。所述的中心工作区域6中心部位设置一个台阶结构10，长为0.5mm，宽为0.03mm，台阶高度为40nm。

该台阶结构的制备过程为：首先通过原子层沉积技术在晶圆片上生长厚度为40nm的氧化铝，再涂覆一层增附剂和一层光刻胶，接下来用刻有循迹标记以及台阶图形的掩膜版进行紫外曝光并显影，然后对氧化铝湿法刻蚀，最后去除光刻胶，得到台阶高度为40nm的台阶结构。

对应所述台阶结构10两侧对称分布的每组校准定位块12上平面为矩形，长为0.015mm，宽为0.005mm，组内两校准定位块12之间间隔为0.03mm，校准定位块12与台阶结构10接近的一边与台阶结构10的长边平行。三组校准定位块12等间隔0.165mm分布于中心工作区域6纵向中心线上。

所述的中心工作区域6的四个循迹定位参考图形分别为一个数字标尺11、一个正方形框9、一个等腰三角形8及一个正方形矩阵7。数字标尺11位于三组校准定位块12的左侧中心工作区域的中心位置，正方形框9、等腰三角形8及正方形矩阵7等间隔排布，分别纵向排布于三组定位块12的右侧区域的中心位置。竖直数字标尺11长度为0.5mm，精度为0.01mm。正方形框9外边长为0.2mm，内边长为0.0975mm。等腰三角形8底边为0.06mm，底边上高为0.15mm，等腰三角形底边与定位块12短边平行，并且顶角水平指向校准定位块12方向。正方形等间隔矩阵7中的每个小正方形边长为0.025mm。所述的四个循迹参考定位图形与所述的台阶结构10整体呈“川”字排列。

所述的第二循迹区域4以中心工作区域6为中心，等间隔分布等腰三角形循迹标识5，通过指向不同的各等腰三角形5，可引导至样板中心的中心工作区域6。B区域所有等腰三角形5底边长0.2mm，底边上高为0.5mm。

所述的第一循迹区域1以第二循迹区域4为中心设有四条由9个等腰三角形循迹标识2等间隔排布形成的直线，等腰三角形2顶角分别指向对应第二循迹区域4的边框顶角。C区域所有等腰三角形2底边长1.6mm，底边上高为4mm。所述的第一循迹区域1还设有设计单位标识3。设计字体长度为15mm，高度为6mm，肉眼可见，设于所述微纳米台阶高度标准样板的上侧近边缘处，可用来确定微纳米台阶高度标准样板的摆放方向。

采用本发明在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板在线校准纳米测量仪器的具体循迹方法，包括以下步骤：

在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板的第一循迹区域1和第二循迹区域4内的等腰三角形2、5配合设计单位标识3，可以快速确定晶圆微纳米台阶高度标准样板的摆放方向与中心工作区域6的具体位置，当纳米测量仪器的镜头聚焦于第一、第二循迹区域1、4内时，通过观察到的相应的标识5、2进行定位，从而便于将仪器的定位平台移至测量时所需的位置，大大提高测量效率。

当使用纳米测量仪器进行测量时，仪器的镜头聚焦于所述中心工作区域6内的循迹定位参考图形，若视野内出现数字标尺11，则可以通过数字标尺11的刻度值确定当前镜头位于校准定位块12左侧的具体位置。若视野内出现正方形框9部分图形、等腰三角形8部分图形、正方形矩阵7部分图形则可以确定当前镜头位于校准定位块12右侧的具体位置。再通过操作仪器的定位平台移至校准定位块12的位置，快速定位台阶10的测量位置，完成整个定位过程。

本发明在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板是在晶圆片上直接制备，并且台阶测量区域可通过循迹标记快速定位，因此该发明实现了对微电子集成电路产线中纳米测量仪器的在线溯源校准工作，大大提高了仪器校准效率。

以上，仅为本发明的较佳实施例，并非仅限于本发明的实施范围，凡依本发明专利范围的内容所做的等效变化和修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (5)

1.一种在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板，其特征在于，包括晶圆片，所述晶圆片表面由外至内依次包括第一循迹区域(1)、第二循迹区域(4)和中心工作区域(6)；

所述第一循迹区域(1)上设置有指向第二循迹区域(4)的第一循迹标识(2)，

所述第二循迹区域(4)具有第一边框，第一边框内设置有指向中心工作区域(6)的第二循迹标识(5)；

所述中心工作区域(6)具有第二边框，第二边框内部设置一台阶结构(10)，所述台阶结构(10)两侧对称分布若干组校准定位块(12)；第二边框内部其他区域设置有多个循迹定位参考图形；

所述的循迹定位参考图形为一个数字标尺(11)、一个正方形框(9)、一个等腰三角形(8)及一个正方形矩阵(7)；数字标尺(11)位于若干校准定位块(12)的一侧，正方形框(9)、等腰三角形(8)及正方形矩阵(7)等间隔排布，分别纵向排布于若干校准定位块(12)另一侧；

所述的晶圆微纳米台阶高度标准样板是以整个晶圆片为单元结构，台阶结构(10)是在晶圆片中心位置直接制备，具体制备方法为：

其中台阶高度大于200nm的台阶结构是在晶圆基底上匀光刻胶，然后曝光显影，最后进行干法刻蚀，通过控制刻蚀的循环步数，刻蚀出所需的台阶高度；

台阶高度小于200nm的台阶结构是通过原子层沉积技术在基底上生长氧化物，氧化物厚度即为所需台阶高度，再通过湿法刻蚀制备出台阶结构；

具体为：首先通过原子层沉积技术在晶圆片上生长氧化铝，再涂覆一层增附剂和一层光刻胶，接下来用刻有循迹标记以及台阶图形的掩膜版进行紫外曝光并显影，然后对氧化铝湿法刻蚀，最后去除光刻胶，得到台阶结构；

循迹方法，包括以下步骤：

通过所述第一循迹区域(1)上的第一循迹标识(2)以及设计单位标识(3)，确定晶圆微纳米台阶高度标准样板的摆放方向与第二循迹区域(4)的位置，实现初步快速定位；

通过第二循迹区域(4)内的第二循迹标识(5)进一步确定晶圆微纳米台阶高度标准样板的中心工作区域(6)位置；

通过中心工作区域(6)内台阶结构(10)两侧区域设置的循迹定位参考图形在中心工作区域(6)内快速定位台阶结构(10)；

通过台阶结构(10)两边对称设置的校准定位块(12)快速定位台阶结构(10)的测量位置，完成整个定位过程；

当使用纳米测量仪器进行测量时，仪器的镜头聚焦于所述中心工作区域内的循迹定位参考图形：

若视野内出现数字标尺(11)，则通过数字标尺(11)的刻度值确定当前镜头位于校准定位块(12)一侧的具体位置；

若视野内出现正方形框(9)部分图形、等腰三角形(8)部分图形或正方形矩阵(7)部分图形则确定当前镜头位于校准定位块(12)另一侧的具体位置；

再通过操作仪器的定位平台移至校准定位块(12)的位置，快速定位台阶结构(10)的测量位置，完成整个定位过程；

所述的第一循迹区域(1)上还设置有用于确定晶圆微纳米台阶高度标准样板的摆放方向的设计单位标识(3)。

2.根据权利要求1所述的一种在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板，其特征在于，所述的校准定位块(12)为具有指向性的结构图形；若干组校准定位块(12)等间隔分布于台阶结构(10)去除上下两端一定长度后的纵向范围内。

3.根据权利要求2所述的一种在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板，其特征在于，所述的结构图形为矩形、三角形、梯形或箭头。

4.根据权利要求1所述的一种在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板，其特征在于，所述的第一循迹标识(2)沿第一循迹区域(1)的径向设置，第一循迹标识(2)依次排布指向第二循迹区域(4)的第一边框；所述的第二循迹标识(5)均匀分布在第一边框内，且第二循迹标识(5)均指向第二边框。

5.根据权利要求1所述的一种在线校准晶圆微纳米台阶高度标准样板，其特征在于，所述的第一边框和第二边框均为正方形结构，且第一边框和第二边框的几何中心重合。

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