CN111128964A - 线距标准样片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域，具体公开一种线距标准样片，包括基板和设置于所述基板上的光栅图形区，还包括位于所述光栅图形区外的三级光栅循迹标志，通过三级循迹标志可以快速准确找到光栅有效区域，解决现有标准样片无法快速找到有效区域的问题。本发明线距标准样片的制备方法采用电子束光刻和投影光刻两种工艺，将光栅和循迹标志精确刻画在样片上，保障校准测量仪器的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种线距标准样片循迹设计及其制备方法。
背景技术
集成电路和微波功率器件制作工艺过程中，光栅结构的线距尺寸的精确测量，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。为了保证微纳米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。国外有公司制作了微纳米尺寸的线距标准样片，但是由于样片的有效尺寸偏小，同时又是镶嵌在一个6寸的硅晶圆片上，循迹标志很不明显，在显微镜大倍率放大镜头下很难快速的找到测量目标。
发明内容
针对现有技术无法快速找到测量目标等问题，本发明提供一种线距标准样片及其制备方法。
为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种线距标准样片，包括基板和设置于所述基板上的光栅图形区，还包括位于所述光栅图形区外的光栅循迹标志；
所述光栅循迹标志包括三级标志：
一级标志为以所述光栅图形区为中心的米字型标志，该米字型标志的每条线均由若干指向光栅图形区的箭头构成；
二级标志为连接所述米字型标志各条线远端端点的方形标志；
三级标志为位于所述二级标志两侧的的等腰三角形标志，且其顶点指向所述二级标志。
本发明在线距标准样片上设置了三级循迹标志，首先在较小的倍率下找到三级循迹标志，沿三角形顶点的方向找到二级循迹标志，进入二级循迹标志的方框内，放大倍率，找到一级标志，并沿一级标志的小箭头所指的方向找到光栅区。通过三级循迹标志的设置可以快速准确找到光栅有效区域，解决现有标准样片无法快速找到有效区域的问题。
可选地，所述光栅图形区中，每一条光栅长度方向的两端均设有数字标记，用于区分测量的光栅。
可选地，所述光栅图形区垂直于光栅长度方向的两端分别设置有若干条测量位置标线，各条标线沿光栅长度方向排列。
可选地，所述测量位置标线为9条，其中一条位于光栅长度二等分线上，该条标线两侧分别均匀设置4条标线。
光栅图形区两端设置测量位置标线，方便在考核与定标过程中准确记录考核的光栅的位置。
可选地，所述样片为边长10mm的正方形，所述二级标志的边长为1mm，所述三级标志的三角形底边长度为5mm，腰长3.4mm。
可选地，所述标准样片包括X方向样片和Y方向样片，二者均为边长10mm的正方形，二者设置于同一基板上，X方向样片的光栅图形区为竖栅结构，Y方向样片的光栅图形区为横栅结构。
将两个方向的样片制作在同一个基板上，方便同时校准仪器的X和Y两个方向。
可选地，所述循迹标志外设有样片尺寸信息标志和样片方向标志，校准时可根据需要快速选择样片。
可选地，本发明所说的基板为硅片。
本发明还提供了上述线距标准样片的制备方法，其包括以下步骤：
(1)清洗基板；
(2)在基板上涂光刻胶，采用投影光刻技术加工三级标志和二级标志，然后采用干法刻蚀技术刻蚀三级标志和二级标志以外区域的基板，获得三级标志和二级标志内区域突出显示的样片；
(3)在步骤(2)得到的样片表面涂光刻胶，采用电子束光刻技术在样片上写出二级标志内的图形和标志，以及二级标志外除了三级标志的其他标志，采用干法刻蚀技术刻蚀这些区域，然后去除光刻胶，获得所述线距标准样片。
可选地，步骤(1)中清洗基板的方法为：1#清洗液中80℃～90℃煮10min～15min，用水冲洗至中性；在氢氟酸中漂洗2min，用水冲洗至中性；在2#清洗液中于80℃～90℃煮10min～15min，用水冲洗至中性；清洗后的基板使用经过干燥过滤的氮气吹干，扫氧等离子体，冲水甩干。
其中，1#清洗液为体积比4:1:1的水、氨气和过氧化氢，2#清洗液为体积比4:1:1的水、氯化氢和过氧化氢。
可选地，步骤(2)中所述光刻胶为SPR6818，厚度400-500nm，在130℃下烘烤15分钟固化。
可选地，步骤(2)中刻蚀气体为SF6或C4F8，刻蚀速率15-20nm/min，刻蚀深度100nm。
可选地，步骤(3)中所述光刻胶为ZEP520A，厚度100nm，在110℃下烘烤90s固化；和/或：
可选地，步骤(3)中电子束加速电压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1～2μC/cm2；和/或：
可选地，步骤(3)中去除所述光刻胶的方法为：在邻二甲苯溶液中显影30s，再在十氢奈烷中定影60s；和/或：
可选地，步骤(3)中干法刻蚀的气体为SF6，刻蚀速率为15nm/min，刻蚀深度100nm。
本发明提供的线距标准样片的制备方法，能在样片上精确刻画出有效区域和循迹标志，保障校准测量仪器的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明实施例中线距标准样片的示意图；
图2是本发明实施例中线距标准样片的二级标志的示意图；
图3是本发明实施例中X方向的测量位置标线的示意图；
图4是本发明实施例中Y方向的测量位置标线的示意图；
图5是本发明实施例中X方向和Y方向样品制作于同一基板上的示意图。
在附图中：1-基板、2-光栅图形区、3-一级标志、4-二级标志、5-三级标志、6-测量位置标线、7-样片尺寸信息标志、8-样片方向标志。
具体实施方式
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和图2，所述线距标准样片，包括边长为10mm的基板1和设置于所述基板1上的光栅图形区2，还包括位于所述光栅图形区2外的光栅循迹标志。基板为硅片。
所述光栅循迹标志包括三级标志：
一级标志3为以所述光栅图形区为中心的米字型标志，该米字型标志的每条线均由若干指向光栅图形区2的箭头构成。
二级标志4为连接所述米字型标志各条线远端端点的方形标志，边长为1mm。为了便于区别不同周期尺寸的样片，还可以在二级标志方框内的四个顶点处标记尺寸信息，如图2所示，该样片即为周期尺寸80nm的样片。
三级标志5为位于所述二级标志两侧的的等腰三角形标志，且其顶点指向所述二级标志4。三级标志的三角形底边长度为5mm，腰长3.4mm。
请参阅图3和图4，所述线距标准样片还可以在所述光栅图形区2中每一条光栅长度方向的两端设置数字标记，用于区分测量的光栅。所述光栅图形区垂直于光栅长度方向的两端分别设置有若干条测量位置标线6，各条标线沿光栅长度方向排列。所述测量位置标线为9条，其中一条位于光栅长度二等分线上，该条标线两侧分别均匀设置4条标线。光栅图形区两端设置测量位置标线，方便在考核与定标过程中准确记录考核的光栅的位置。
请参阅图5，所述线距标准样片包括X方向样片和Y方向样片，二者均为边长10mm的正方形，二者设置于同一基板上，X方向样片的光栅图形区为竖栅结构，Y方向样片的光栅图形区为横栅结构。在X方向样片和Y方向样片的循迹标志以外的空白区域，还可以设置样片尺寸信息标志7和样片方向标志8，如图5中的“80nm”和“X”、“Y”，还可以标记样品的生产单位信息，如“CETC 13”。在同一基板上还可以设置多个不同周期尺寸的样片，如80nm、100nm等，便于同时校准仪器的不同刻度。并且，同一周期尺寸的X方向和Y方向样片可以连在一起，这样使用更加方便。
以周期尺寸80nm为例，所述线距标准样片的制备方法包括以下步骤：
(1)清洗基板；采用双面抛光的硅片作为基板，其晶相为100，1#清洗液中煮10min～15min，温度控制在80℃～90℃，用水冲洗至中性。在氢氟酸中漂洗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。清洗后的硅片使用经过干燥过滤的氮气吹干即可。扫氧等离子体，冲水甩干。其中，1#清洗液为体积比4:1:1的水、氨气和过氧化氢，2#清洗液为体积比4:1:1的水、氯化氢和过氧化氢。
(2)在基板上涂型号SPR6818光刻胶，采用投影光刻技术加工三级标志和二级标志，然后采用干法刻蚀技术刻蚀三级标志和二级标志以外区域的基板，获得三级标志和二级区域内突出显示的样片；具体步骤为：在硅片表面涂400nm-500nm光刻胶，在130℃温度下烘烤15分钟；采用投影光刻技术完成大尺寸寻迹标志(即三级标志和二级标志所框的区域)的加工，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；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；使用干法刻蚀技术刻蚀硅片，对没有光刻胶掩蔽的图形区域的硅片进行刻蚀，刻蚀气体为SF6或C4F8，刻蚀速率设定为15nm/min-20nm/min，刻蚀深度为80nm；使用丙酮溶液去除光刻胶，三级标志加工完成。
(3)在步骤(2)得到的样片表面涂光刻胶，采用电子束光刻技术在样片上写出二级标志内的图形和标志，以及二级标志外除了三级标志的其他标志，采用干法刻蚀技术刻蚀该区域，然后去除光刻胶获得所述线距标准样片。具体步骤为：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标准线距图形的区域直接写出光栅图形、数字标记、一级标志、二级标志以及测量位置标线等，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1～2μC/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硅刻蚀掉80nm，刻蚀气体为SF6，刻蚀速率为15nm/min；使用丙酮溶液去除光刻胶，即得所述纳米线距标准样片。
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、等同替换或改进等，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，其特征在于，包括基板和设置于所述基板上的光栅图形区，还包括位于所述光栅图形区外的光栅循迹标志；
所述光栅循迹标志包括三级标志：
一级标志为以所述光栅图形区为中心的米字型标志，该米字型标志的每条线均由若干指向光栅图形区的箭头构成；
二级标志为连接所述米字型标志各条线远端端点的方形标志；
三级标志为位于所述二级标志两侧的的等腰三角形标志，且其顶点指向所述二级标志。
2.如权利要求1所述的线距标准样片，其特征在于，所述光栅图形区中，每一条光栅长度方向的两端均设有数字标记，用于区分各条光栅。
3.如权利要求1所述的线距标准样片，其特征在于，所述光栅图形区垂直于光栅长度方向的两端分别设置有若干条测量位置标线，各条标线沿光栅长度方向排列。
4.如权利要求3所述的线距标准样片，其特征在于，所述测量位置标线为9条，其中一条位于光栅长度二等分线上，该条标线两侧分别均匀设置4条标线。
5.如权利要求1-4任一项所述的线距标准样片，其特征在于，所述样片为边长10mm的正方形，所述二级标志的边长为1mm，所述三级标志的三角形底边长度为5mm，腰长3.4mm。
6.如权利要求1所述的线距标准样片，其特征在于，所述标准样片包括X方向样片和Y方向样片，二者均为边长10mm的正方形，二者设置于同一基板上，X方向样片的光栅图形区为竖栅结构，Y方向样片的光栅图形区为横栅结构。
7.如权利要求5所述的线距标准样片，其特征在于，所述循迹标志外设有样片尺寸信息标志和样片方向标志。
8.权利要求1-7任一项所述线距标准样片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)清洗基板；
(2)在基板上涂光刻胶，采用投影光刻技术加工三级标志和二级标志，然后采用干法刻蚀技术刻蚀三级标志和二级标志以外区域的基板，获得三级标志和二级标志内区域分别突出显示的样片；
(3)在步骤(2)得到的样片表面涂光刻胶，采用电子束光刻技术在样片上写出二级标志以内的图形和标志，以及二级标志外除了三级标志的其他标志，采用干法刻蚀技术刻蚀这些区域，然后去除光刻胶，获得所述线距标准样片。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述光刻胶为SPR6818，厚度400-500nm，在130℃下烘烤15分钟固化；和/或：
步骤(2)中干法刻蚀的气体为SF6或C4F8，刻蚀速率15-20nm/min，刻蚀深度与光栅的周期尺寸相等。
10.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述光刻胶为ZEP520A，厚度100nm，在110℃下烘烤90s固化；和/或：
步骤(3)中电子束加速电压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1～2μC/cm2；和/或：
步骤(3)中去除所述光刻胶的方法为：在邻二甲苯溶液中显影30s，再在十氢奈烷中定影60s；和/或：
步骤(3)中干法刻蚀的气体为SF6，刻蚀速率为15nm/min，刻蚀深度与光栅的周期尺寸相等。
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