CN111024016A - 一种膜厚样片及膜厚样片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于仪器校准技术领域，提供了一种膜厚样片及膜厚样片的制备方法，所述膜厚样片包括：样片载体和至少两个样片本体，其中，各样片本体的薄膜厚度和/或薄膜类型不同，所述各样片本体衬底朝下粘贴在所述样片载体上，所述样片载体上设有用于指示各样片本体的薄膜厚度和薄膜类型的样片标识。本发明能够在对椭偏仪进行校准时，可以直接移动样片载体实现不同样片本体的替换，而无需取出样片、更换样片，从而增加了校准时的便捷程度，提高了对椭偏仪校准的效率。

Description

一种膜厚样片及膜厚样片的制备方法
技术领域
本发明属于仪器校准技术领域，尤其涉及一种膜厚样片及膜厚样片的制备方法。
背景技术
光谱型椭偏仪是半导体和微电子领域使用最广泛的薄膜厚度测量仪器，为了保证光谱型椭偏仪测量结果的准确性，需要在椭偏仪进行测量之前，利用一系列薄膜厚度已知的膜厚标准样片对椭偏仪的薄膜厚度测量能力进行校准，膜厚标准样片包括衬底和生长在在衬底的上的二氧化碳或碳化硅薄膜。
在利用一些列薄膜厚度已知的膜厚标准样片对椭偏仪的薄膜厚度测量能力进行校准时，根据椭偏仪对不同薄膜的厚度和材料的测量能力，需频繁更换不同的膜厚标准样片对椭偏仪进行较准，导致椭偏仪校准的效率较低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种膜厚样片及膜厚样片的制备方法，旨在解决因频繁更换膜厚标准样片，导致对椭偏仪校准的效率较低的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种膜厚样片，所述膜厚样片包括：
样片载体和至少两个样片本体，其中，各样片本体的薄膜厚度和/或薄膜类型不同；
所述各样片本体衬底朝下粘贴在所述样片载体上；
所述样片载体上设有用于指示各样片本体的薄膜厚度和薄膜类型的样片标识。
可选的，所述样片载体上还设有预设区域，其中，同一薄膜厚度的样片本体粘贴在同一预设区域内。
可选的，所述样片载体上还设有预设区域，其中，同一薄膜类型的样片本体粘贴在同一预设区域内。
本发明实施例的第二方面提供了一种膜厚样片的制备方法，所述制备方法包括：
制备至少两个样片本体，其中，各样片本体的薄膜厚度和/或薄膜类型不同；
在样片载体上生长介质层，其中，所述介质层的材料类型和所述样片载体的材料类型不同；
在所述样片载体的介质层上光刻样片标识，其中，所述样片标识用于指示各样片本体的薄膜厚度、薄膜类型以及各样片本体的位置；
按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上。
可选的，所述制备至少两个样片本体包括：
制备至少两个基准样片本体；
将各基准样片本体进行切割，并对切割后的基准样片本体进行扩膜；
得到至少两个样片本体。
可选的，在所述样片载体的介质层上光刻样片标识包括：
在所述介质层的表面上涂覆光刻胶；
对所述光刻胶进行曝光、显影，使所述光刻胶形成所述样片标识的形状；
根据所述光刻胶形成的形状，对所述介质层进行刻蚀，使所述介质层形成所述样片标识的形状；
去除所述光刻胶，在所述样片载体上得到所述样片标识。
可选的，在按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上之前，还包括：
在所述介质层上光刻预设区域，所述预设区域用于粘贴同一薄膜厚度的样片本体；
相应的，所述按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上包括：
按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上对应的预设区域中。
可选的，在按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上之前，还包括：
在所述介质层上光刻预设区域，所述预设区域用于粘贴同一薄膜类型的样片本体；
相应的，所述按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上包括：
按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上对应的预设区域中。
可选的，所述按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上包括：
在所述样片载体的各样片标识对应的位置上涂覆粘贴剂，按照所述样片标识，分别将各样片本体衬底朝下粘贴到对应的位置上；
对各样片本体施加压力，以使所述各样片本体固定在对应的位置上，形成膜厚样片。
本发明与现有技术相比存在的有益效果是：
本发明的膜厚样片包括样片载体和至少两个样片本体，其中，各样片本体的薄膜厚度和/或薄膜类型不同，所述各样片本体衬底朝下粘贴在样片载体上，所述样片载体上设有用于指示各样片本体的薄膜厚度和薄膜类型的样片标识。本申请的膜厚样片将至少两个薄膜厚度和/或薄膜类型不同的样片本体集合到同一样片载体上，在对椭偏仪进行校准时，可以直接移动样片载体实现不同样片本体的替换，而无需取出样片、更换样片，从而增加了校准时的便捷程度，提高了对椭偏仪校准的效率。
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是本发明实施例提供的膜厚样片的结构示意图；
图2是本发明另一实施例提供的膜厚样片的俯视图；
图3是本发明实施例提供的膜厚样片的制备方法的实现流程图；
图4是本发明实施例提供的切割后的基准样片本体的结构示意图。
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。
现有技术在利用一系列薄膜厚度已知的膜厚标准样片对椭偏仪的薄膜厚度测量能力进行校准时，根据椭偏仪对不同薄膜厚度和薄膜类型的测量能力，频繁更换不同薄膜厚度和/或薄膜类型的薄膜标准样片对椭偏仪进行校准，导致椭偏仪校准的效率较低，本发明将不同薄膜厚度和/或薄膜类型的薄膜标准样片镶嵌到同一硅抛光晶圆片，能够仅移动硅抛光晶圆片，实现不同膜厚标准样片的替换，而无需取出、更换样片，从而增加了校准时的便捷程度，提高了对椭偏仪校准的效率。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
参见图1，其示出了本发明实施例提供的膜厚样片的结构示意图，详述如下：
所述膜厚样片包括：
样片载体1和至少两个样片本体2，其中，各样片本体2的薄膜厚度和/或薄膜类型不同；
各样片本体2衬底22朝下粘贴在样片载体1上；
样片载体1上设有用于指示各样片本体2的薄膜厚度和薄膜类型的样片标识。
在本发明实施例中，样片本体2包括衬底22和在衬底上的薄膜21，薄膜21的材料可以为二氧化硅或氮化硅。示例性的，膜厚样片包括12个样片本体2，其中，包括8个薄膜厚度分别为5nm、10nm、20nm、50nm、100nm、200nm、500nm和1000nm的二氧化硅薄膜，以及4个薄膜厚度分别为20nm、50nm、100nm和200nm的氮化硅薄膜。每个样片本体2的衬底22的材料为硅。样片标识在样片载体的表面上。
可选的，样片载体上还设有预设区域，其中，同一薄膜厚度的样片本体粘贴在同一预设区域内。
在本发明实施例中，同一预设区域内可以包括同一薄膜厚度、不同薄膜类型的样片本体，相应的，同一预设区域内的样片标识为相同的薄膜厚度和不同的薄膜类型。
示例性的，样片载体设有两个预设区域，分别为预设区域a和预设区域b，其中，预设区域a对应的薄膜厚度的样片标识为5nm，且，预设区域a中包括薄膜类型为氮化硅和二氧化硅的样片标识，在样片载体上粘贴样片本体时，可以在预设区域a中粘贴2个样片本体，分别为薄膜厚度为5nm的氮化硅和薄膜厚度为5nm的二氧化硅。预设区域b对应的薄膜厚度的样片标识为10nm，且，预设区域b中包括薄膜类型为氮化硅和二氧化硅的样片标识，在样片载体上粘贴样片本体时，可以在预设区域b中粘贴2个样片本体，分别为薄膜厚度为10nm的氮化硅和薄膜厚度为10nm的二氧化硅。
参见图1和图2，图2示出了本发明另一实施例提供的膜厚样片的俯视图，详述如下：
样片载体1上还设有预设区域，其中，同一薄膜类型的样片本体粘贴在同一预设区域内。
在本发明实施例中，同一预设区域内可以包括同一薄膜类型、不同薄膜厚度的样片本体，相应的，同一预设区域内的样片标识为相同的薄膜类型和不同的薄膜厚度。
示例性的，参见图2，样片载体1设有两个预设区域，分别为预设区域41和预设区域42，其中，预设区域41内的薄膜类型的样片标识32为二氧化硅，且，预设区域41中包括薄膜厚度分别为5nm、10nm、20nm、50nm、100nm、200nm、500nm和1000nm的样片标识31，在样片载体1上粘贴样片本体2时，可以在预设区域41中粘贴8个样片本体，其中，薄膜厚度分别为5nm、10nm、20nm、50nm、100nm、200nm、500nm和1000nm，且薄膜类型均为二氧化硅的薄膜。预设区域42内的薄膜类型的样片标识为氮化硅，且，预设区域42中包括薄膜厚度分别为20nm、50nm、100nm和200nm的样片标识，在样片载体上粘贴样片本体时，可以在预设区域42中粘贴4个样片本体，其中，薄膜厚度分别为20nm、50nm、100nm和200nm且薄膜类型均为氮化硅的薄膜。
参见图3，其示出了本发明实施例提供的膜厚样片的制备方法的实现流程图，详述如下：
S310：制备至少两个样片本体，其中，各样片本体的薄膜厚度和/或薄膜类型不同；
S320：在样片载体上生长介质层，其中，所述介质层的材料类型和所述样片载体的材料类型不同；
S330：在所述样片载体的介质层上光刻样片标识，其中，所述样片标识用于指示各样片本体的薄膜厚度、薄膜类型以及各样片本体的位置；
S340：按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上。
在本发明实施例中，介质层的材料可以为二氧化硅，样片载体可以为硅抛光晶圆片，在硅抛光晶圆片上，生长二氧化硅时，生长的温度设定为1050℃，生长的二氧化硅的厚度为500nm，介质层的材料类型和样片载体的材料类型不同的目的是便于在介质层光刻样片标识。
可以在制备至少两个样片本体时，按照预设的版图结构制备至少两个样片本体，也可以在对样片载体上光刻样片标识时，按照版图结构，对样片载体进行光刻，其中，预设的版图结构包括需光刻的样片标识和样片本体的横截面积，也可以包括需要在样片载体上粘贴的样片本体的数量。
本发明实施例的膜厚样片包括至少两个样片本体，其中，各样片本体的薄膜厚度和/或薄膜类型不同，所述样片载体上设有用于指示各样片本体的薄膜厚度和薄膜类型的样片标识。所述各样片本体衬底朝下粘贴在所述样片载体上，且，所述样片标识还用于指示所述样片本体的位置。本申请的膜厚样片将至少两个薄膜厚度和/或薄膜类型不同的样片本体集合到同一样片载体上，在对椭偏仪进行校准时，可以直接移动样片载体实现不同样片本体的替换，而无需取出样片、更换样片，从而增加了校准时的便捷程度，提高了对椭偏仪校准的效率。
参见图4，其示出了本发明实施例提供的切割后的基准样片本体的结构示意图。
详述如下：
所述制备至少两个样片本体包括：
制备至少两个基准样片本体；
将各基准样片本体进行切割，并对切割后的基准样片本体进行扩膜；
得到至少两个样片本体。
在本发明实施例中，可以按照预设的版图结构，确定制备基准样片本体的个数，也可以按照预设的版图结构，在将基准样片本体通过划片工艺进行切割时，确定基准样片本体切割得到的横截面积。
基准样片本体包括在衬底和在衬底上生长的薄膜，衬底可以为硅晶圆片，各基准样片本体的薄膜厚度和/或薄膜类型不同。示例性的，可以制备12个基准样片本体，每个基准样片本体的衬底可以为硅晶圆片，其中，制备12个基准样片本体的过程为：可以在8个硅晶圆片上通过热氧化工艺分别生长薄膜厚度为5nm、10nm、20nm、50nm、100nm、200nm、500nm和1000nm的二氧化硅薄膜；在4个硅晶圆片上通过低气压化学气相沉积工艺(LPCVD)分别生长薄膜厚度为20nm、50nm、100nm和200nm的氮化硅薄膜。所制备的12个基准样片本体的薄膜厚度的均匀性控制在0.5nm～1.0nm。
将每个基准样片本体通过划片工艺进行切割，并对切割的样片本体进行扩膜，每个样片本体2的横向截面的面积为10mm×10mm，其中，扩膜的作用为将横向截面的面积为10mm×10mm的部分从整个基准样片本体中分离。样片载体可以为4英寸的硅抛光晶圆片，切割和扩膜得到的横向截面的面积为10mm×10mm样片本体，便于粘贴在4英寸的硅抛光晶圆片上。
在进行扩膜前可以将蓝膜粘贴到基准样片本体的衬底的下表面，在对基准样片本体进行划片和扩膜时，蓝膜可以保护横向截面面积为10mm×10mm部分的完整性，并且在取用样片本体时可以接触衬底下表面的蓝膜，减少对衬底的直接接触造成的磨损。
可选的，在所述样片载体的介质层上光刻样片标识包括：
在所述介质层的表面上涂覆光刻胶；
对所述光刻胶进行曝光、显影，使所述光刻胶形成所述样片标识的形状；
根据所述光刻胶形成的形状，对所述介质层进行刻蚀，使所述介质层形成所述样片标识的形状；
去除所述光刻胶，在所述样片载体上得到所述样片标识。
在本发明实施例中，样片载体可以为硅抛光晶圆片，介质层可以为二氧化硅，可以在硅抛光晶圆片上生长二氧化硅之前，对硅抛光晶圆片进行清洗，清洗的过程为：
首先使用由去离子水、30％过氧化氢和25％氨水按照体积比14:3:1组成的溶液对硅抛光晶圆片进行清洗，清洗15分钟后，再使用由去离子水、30％过氧化氢和36％盐酸按照体积比为7:1:1组成的溶液对硅抛光晶圆片进行清洗，并清洗15分钟。完成对硅抛光晶圆片的清洗。
在清洗完成的硅抛光晶圆片上，生长二氧化硅，生长的温度设定为1050℃，生长的二氧化硅的厚度为500nm；
在二氧化碳的表面上涂覆光刻胶，光刻胶的厚度可以为2um；
采用接触式曝光机对所述光刻胶进行曝光，曝光机曝光的剂量可以为80mJ(毫焦耳)，并利用单片式显影槽对曝光后的光刻胶进行显影，显影时间可以为15s，在显影完成后，所述光刻胶形成所述样片标识的形状，可以将显影后的光刻胶进行30s的冲洗，再用氮气将光刻胶吹干或烘干；
在对光刻胶显影完成后，按照光刻胶形成的样片标识的形状，利用反应离子对光刻胶下部的二氧化硅进行刻蚀，使所述介质层形成所述样片标识的形状；
将硅抛光晶圆片及其表面刻蚀完成的二氧化硅放入加热到60℃的正胶去胶液中浸泡，浸泡10分钟后，用去离子水冲洗，再利用氮气吹干或烘干，能够在硅抛光晶圆片上得到样片标识。样片标识包括样片本体的薄膜厚度和薄膜类型。
可选的，在按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上之前，还包括：
在所述介质层上光刻预设区域，所述预设区域用于粘贴同一薄膜厚度的样片本体；
相应的，所述按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上包括：
按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上对应的预设区域中。
在本发明实施例中，同一预设区域内可以包括同一薄膜厚度、不同薄膜类型的样片本体，相应的，同一预设区域内的样片标识为相同的薄膜厚度和不同的薄膜类型。
示例性的，样片载体设有两个预设区域，分别为预设区域a和预设区域b，其中，预设区域a对应的薄膜厚度的样片标识为5nm，且，预设区域a中包括薄膜类型为氮化硅和二氧化硅的样片标识，在样片载体上粘贴样片本体时，可以在预设区域a中粘贴2个样片本体，分别为薄膜厚度为5nm的氮化硅和薄膜厚度为5nm的二氧化硅。预设区域b对应的薄膜厚度的样片标识为10nm，且，预设区域b中包括薄膜类型为氮化硅和二氧化硅的样片标识，在样片载体上粘贴样片本体时，可以在预设区域b中粘贴2个样片本体，分别为薄膜厚度为10nm的氮化硅和薄膜厚度为10nm的二氧化硅。
可选的，在按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上之前，还包括：
在所述介质层上光刻预设区域，所述预设区域用于粘贴同一薄膜类型的样片本体；
相应的，所述按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上包括：
按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上对应的预设区域中。
在本发明实施例中，同一预设区域内可以包括同一薄膜类型、不同薄膜厚度的样片本体，相应的，同一预设区域内的样片标识为相同的薄膜类型和不同的薄膜厚度。
在本发明实施例中，参见图2，示例性的，在样片载体1上光刻两个预设区域，分别为预设区域41和预设区域42，其中，预设区域41光刻的薄膜类型的样片标识32为二氧化硅，且，预设区域41中光刻的薄膜厚度分别为5nm、10nm、20nm、50nm、100nm、200nm、500nm和1000nm的样片标识31，在样片载体1上粘贴样片本体2时，可以在预设区域41中粘贴8个样片本体，其中，薄膜厚度分别为5nm、10nm、20nm、50nm、100nm、200nm、500nm和1000nm且薄膜类型均为二氧化硅的薄膜。预设区域42对应的薄膜类型的样片标识为氮化硅，且，预设区域42中包括薄膜厚度分别为20nm、50nm、100nm和200nm的样片标识，在样片载体上粘贴样片本体时，可以在预设区域42中粘贴4个样片本体，其中，薄膜厚度分别为20nm、50nm、100nm和200nm且薄膜类型均为氮化硅的薄膜。
可选的，所述按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上包括：
在所述样片载体的各样片标识对应的位置上涂覆粘贴剂，按照所述样片标识，分别将各样片本体衬底朝下粘贴到对应的位置上；
对各样片本体施加压力，以使所述各样片本体固定在对应的位置上，形成膜厚样片。
在本发明实施例中，粘贴剂可以为胶水，对各样片本体施加的压力为在各样片本体上施加重物，胶水型号可以为M-BOND 610，各样片标识对应的位置的胶水量可以为0.3mm3，可以使用小毛刷将各样片标识对应的位置上的涂胶区域的胶水涂布均匀，按照样片标识的薄膜厚度和薄膜类型，使用镊子将每个样片本体的衬底朝下镶嵌在各样片标识对应的位置上，所有样片本体粘贴完成后，将重物放置在每个样片本体的上表面，以使所述各样片本体固定在对应的位置上，静止24小时后，取下重物，得到膜厚样片。其中，在样片本体的上表面放置重物时，为了避免对样片本体造成污染，可以在样片本体的上表面铺设1或2层的无毛纸进行隔离，重物可以为重量为1kg的砝码。
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。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
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 (9)

1.一种膜厚样片，其特征在于，所述膜厚样片包括：
样片载体和至少两个样片本体，其中，各样片本体的薄膜厚度和/或薄膜类型不同；
所述各样片本体衬底朝下粘贴在所述样片载体上；
所述样片载体上设有用于指示各样片本体的薄膜厚度和薄膜类型的样片标识。
2.根据权利要求1所述的膜厚样片，其特征在于，所述样片载体上还设有预设区域，其中，同一薄膜厚度的样片本体粘贴在同一预设区域内。
3.根据权利要求1所述的膜厚样片，其特征在于，所述样片载体上还设有预设区域，其中，同一薄膜类型的样片本体粘贴在同一预设区域内。
4.一种膜厚样片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
制备至少两个样片本体，其中，各样片本体的薄膜厚度和/或薄膜类型不同；
在样片载体上生长介质层，其中，所述介质层的材料类型和所述样片载体的材料类型不同；
在所述样片载体的介质层上光刻样片标识，其中，所述样片标识用于指示各样片本体的薄膜厚度、薄膜类型以及各样片本体的位置；
按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上。
5.根据权利要求4所述的膜厚样片的制备方法，其特征在于，所述制备至少两个样片本体包括：
制备至少两个基准样片本体；
将各基准样片本体进行切割，并对切割后的基准样片本体进行扩膜；
得到至少两个样片本体。
6.根据权利要求4所述的膜厚样片的制备方法，其特征在于，在所述样片载体的介质层上光刻样片标识包括：
在所述介质层的表面上涂覆光刻胶；
对所述光刻胶进行曝光、显影，使所述光刻胶形成所述样片标识的形状；
根据所述光刻胶形成的形状，对所述介质层进行刻蚀，使所述介质层形成所述样片标识的形状；
去除所述光刻胶，在所述样片载体上得到所述样片标识。
7.根据权利要求6所述的膜厚样片的制备方法，其特征在于，在按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上之前，还包括：
在所述介质层上光刻预设区域，所述预设区域用于粘贴同一薄膜厚度的样片本体；
相应的，所述按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上包括：
按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上对应的预设区域中。
8.根据权利要求6所述的膜厚样片的制备方法，其特征在于，在按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上之前，还包括：
在所述介质层上光刻预设区域，所述预设区域用于粘贴同一薄膜类型的样片本体；
相应的，所述按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上包括：
按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上对应的预设区域中。
9.根据权利要求4至8任一项所述的膜厚样片的制备方法，其特征在于，所述按照所述样片标识，将所述各样片本体衬底朝下粘贴到所述样片载体上包括：
在所述样片载体的各样片标识对应的位置上涂覆粘贴剂，按照所述样片标识，分别将各样片本体衬底朝下粘贴到对应的位置上；
对各样片本体施加压力，以使所述各样片本体固定在对应的位置上，形成膜厚样片。
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