CN111142329A - 一种非破坏性的半导体材料sem监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体材料制备技术领域,提供了一种非破坏性的半导体材料SEM监控方法,该方法包括如下步骤:提供一样品,在样品上铺设软膜;对软膜加热,使其固化,得到转印模并将其从样品上取下;提供一硬质底板,在硬质底板上涂覆紫外压印胶,并利用物理压印方式将转印模上的图形压印到紫外压印胶层上;固化紫外压印胶层,取下转印模,得到监控样品;将监控样品进行破片检测。本发明通过转印方式,能够将测试样品的形貌转到涂覆有紫外压印胶的硬质底板上,转印精度高,从而在不破坏样品的情况下得到样品的形貌特征,相较传统的直接对样品破片进行检测的监控方式,该方法既保证了不破坏样品,又使得监控成本大大降低,且图形尺寸可以做到纳米级别。

Description

一种非破坏性的半导体材料SEM监控方法
技术领域
本发明涉及半导体材料制备技术领域,尤其涉及一种非破坏性的半导体材料SEM监控方法。
背景技术
半导体材料制备过程中,需要对半导体制备工艺的重要工序所形成的图形进行形貌监控,通过检测的样品形貌判断半导体材料的制备是否符合标准,同时对于制备工艺的改进与意见反馈有重要作用;扫描电子显微镜(SEM)是常用的半导体制备检测设备,对半导体生长材料的拍摄成像可以反映材料的微观表征结构。
目前,在用扫描电子显微镜对半导体材料进行检测时,通常需要将半导体材料进行破片,通过检测破片后半导体材料的截面和正面,对半导体材料的电特性、关键尺寸以及厚度等进行检测,得到检测结果;上述检测方法,虽能够实现对半导体材料样品的检测,但样品破片检测后便成为废品,且在整个半导体材料制备工艺中,需要依据制备工序进行多次的破片检测,破片成本非常高,因而使得SEM监控成本较高。
因此,开发一种非破坏性的半导体材料SEM监控方法,不但具有迫切的研究价值,也具有良好的经济效益和工业应用潜力,这正是本发明得以完成的动力所在和基础。
发明内容
为了克服上述所指出的现有技术的缺陷,本发明人对此进行了深入研究,在付出了大量创造性劳动后,从而完成了本发明。
具体而言,本发明所要解决的技术问题是:提供一种非破坏性的半导体材料SEM监控方法,在不破坏检测样品的情况下便可得到检测样品的形貌特征,从而大大降低半导体材料制备过程中的SEM监控成本。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种非破坏性的半导体材料SEM监控方法,所述方法包括:
提供一样品,在所述样品上铺设软膜;
对所述软膜加热,使其固化,得到转印模并将其从样品上取下;
提供一硬质底板,在所述硬质底板上涂覆紫外压印胶,并利用物理压印方式将所述转印模上的图形压印到紫外压印胶层上;
固化所述紫外压印胶层,取下所述转印模,得到监控样品;
将所述监控样品进行破片检测。
作为一种改进的技术方案,所述软膜为二甲基硅氧烷和有机锡混合后交联聚合形成,所述二甲基硅氧烷和所述有机锡的混合比例为1:1。
作为一种改进的技术方案,所述二甲基硅氧烷和有机锡利用搅拌装置搅拌混合,搅拌时间为25-35min。
作为一种改进的技术方案,对所述软膜的固化加热温度为120-125℃,固化时间为18-22min。
作为一种改进的技术方案,所述硬质底板采用玻璃板或硬质塑料板。
作为一种改进的技术方案,所述紫外压印胶为丙烯酸型紫外压印胶,所述物理压印方式为微纳米压印技术。
作为一种改进的技术方案,所述的固化所述紫外压印胶层,为采用紫外曝光方式固化所述紫外压印胶,紫外曝光时间为25-35s。
采用了上述技术方案后,本发明的有益效果是:
该非破坏性的半导体材料SEM监控方法,软膜和紫外压印胶能够很好的实现图形的复制,通过转印的方式,能够将测试样品的形貌转到涂覆有紫外压印胶、成本较低的硬质底板上,转印精度高,从而在不破坏样品的情况下得到样品的形貌特征,相较传统的直接对样品破片来检测样品形貌,以对半导体材料的电特性、关键尺寸以及厚度等进行检测的监控方式,该非破坏性的半导体材料SEM监控方法,既保证了不破坏样品,又使得监控成本大大降低,且图形的尺寸可以做到纳米级别。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中,类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中,各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明半导体材料SEM监控方法的工艺流程图;
图2为本发明转印工艺示意图;
图3为本发明压印工艺示意图;
附图标记:1-样品;2-软膜;3-转印模;4-硬质底板;5-紫外压印胶层。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明,并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定,更非将本发明的保护范围局限于此。
如图1所示,本实施例提供了一种非破坏性的半导体材料SEM监控方法,该方法包括如下步骤:
步骤S1:提供一样品1,在样品1上铺设软膜2,如图2所示;
该步骤中,所需软膜2为二甲基硅氧烷和有机锡混合后交联聚合形成,二甲基硅氧烷和有机锡的混合比例为1:1。
为使得二甲基硅氧烷和有机锡混合均匀,以更好的实现二甲基硅氧烷的交联聚合,二甲基硅氧烷和有机锡利用搅拌装置搅拌混合,搅拌装置可采用目前常规的胶用搅拌设备,搅拌时间为25-35min。
步骤S2:对软膜2加热,使其固化,得到转印模3并将其从样品1上取下;
该步骤中,对软膜2的固化加热温度为120-125℃,固化时间为18-22min。
在上述步骤1跟步骤2中,为达到较好的转印效果(将样品1图形精确的复制到软膜2上),确定该转印所需软膜2的最佳配料比以及固化所需的最佳工艺参数,通过试验多种组合方式,并调整各参数,来试验不同搅拌时间、加热温度、加热时间对样品1形貌的转印效果及转印效率的影响,确定最佳工艺参数。
本实施例中,首先通过试验,确定了软膜2的最佳配料比,然后通过调整二甲基硅氧烷和有机锡的混合搅拌时间,来分析各搅拌时间对软膜2固化特性的影响,得出如下结果:
表1:搅拌时间对软膜固化特性影响
搅拌时间(min) 20 25 30 35 40
软膜固化特性 不均匀 均匀 比较均匀 比较均匀 比较均匀
由此可知,当搅拌时间为25-35min时,固化均匀性好;当搅拌时间低于25min时,软膜2会存在固化不均匀现象,等软膜2完全固化所需时间需要加长,且固化效果有差异,搅拌时间高于35min,虽然能够有效确保软膜2的固化均匀性,但搅拌时间长,会影响样品的转印效率。本实施例中,二甲基硅氧烷和有机锡的搅拌混合时间选用30分钟。
本实施例中,在采用特定搅拌时间制得的软膜2进行样品1形貌转印时,通过调整对软膜2的加热温度,分析不同加热温度对软膜2固化时间及固化特性的影响,发现当加热温度低于120℃,无论固化时间多长,软膜2均存在表面粘稠现象,不利于脱模,当加热温度在120℃以上时,软膜2固化且表面粘稠现象消失,但当加热温度高于125℃时,软膜2虽能够达到固化标准且不存在表面粘稠现象,但固化的软膜2,即转印模3,不利于脱模操作,且脱模过程中易对转印图形造成损伤。
调整对软膜2的加热温度、固化时间,来分析各参数对软膜2固化的特性影响,通过对不同方案中所获得的软膜2固化效果进行比较、分析,得出如下结果:
表1:加热温度、固化时间对软膜固化特性分析
Figure BDA0002319829490000051
由此可见,当加热温度范围在120-125℃之间时,能够实现软膜2固化,且便于固化后软膜2的脱模操作,在该温度范围内,延长固化时间对软膜2过固化虽然不会影响软膜2固化特性及脱模,但会降低转印效率;本实施例中,对软膜2的固化加热温度设定为123℃,固化时间为20分钟,在能够达到软膜2固化所需硬度的前提下,便于脱模操作,提高软膜2固化效率。
步骤S3:提供一硬质底板4,在硬质底板4上涂覆紫外压印胶,并利用物理压印方式将转印模3上的图形压印到紫外压印胶层5上,如图3所示;
该步骤中,硬质底板4采用成本较低的玻璃板或硬质塑料板,且硬质底板4的厚度与样品1衬底层厚度相同。
该步骤中,紫外压印胶选用丙烯酸型紫外压印胶,该类压印胶属于自由基聚合,具有光固化速率快且商品化含硅单体多的优点,主要由有机单体、含硅单体、交联剂和自由基引发剂等组成,其中有机单体用于降低配方黏度,含硅单体用于提高抗干法刻蚀能力,并降低压印胶的表面能,以利于模板与压印胶之间的分离,交联剂则用于增加压印胶的机械性能和热稳定性。
该步骤中,物理压印方式采用微纳米压印技术,由于微纳米压印技术为现有的比较成熟的压印技术,为本领域技术人员所共识的,故在此不作赘述。
步骤S4:固化紫外压印胶层5,取下转印模3,得到监控样品;
该步骤中,采用紫外曝光的方式固化紫外压印胶层5,紫外曝光时间为28-32s。
本实施例中,通过调整紫外曝光时间,来分析各曝光时间对紫外压印胶固化特性的影响,得出如下结果:
表1:曝光时间对紫外压印胶固化特性影响
Figure BDA0002319829490000061
由此可知,当曝光时间为25-35s时,能够满足紫外压印胶固化需求;当曝光时间低于25s时,紫外压印胶固化性差,无法满足后期裂片监控的使用需求;当曝光时间高于35秒,虽然能够有效确保紫外压印胶固化性满足需求,但曝光时间长,会影响压印效率。本实施例中,曝光时间设定为30秒,以使得在能够达到紫外压印胶固化所需硬度的前提下,确保紫外压印胶固化效率。
步骤S5:将监控样品进行破片检测。
该步骤中,对制得的监控样品的破片方式以及采用扫描电子显微镜(SEM)进行监控均与现有的对半导体材料样品的操作方式相同,在此不作赘述。
基于上述所述的该非破坏性的半导体材料SEM监控方法,软膜2和紫外压印胶能够很好的实现图形的复制,通过转印的方式,能够将测试样品1的形貌转到涂覆有紫外压印胶、成本较低的硬质底板4上,转印精度高,从而在不破坏样品1的情况下得到样品1的形貌特征,相较传统的直接对样品1破片来检测样品1形貌,以对半导体材料的电特性、关键尺寸以及厚度等进行检测的监控方式,该非破坏性的半导体材料SEM监控方法,既保证了不破坏样品1,又使得监控成本大大降低,且操作简单方便。
应当理解,这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外,也应理解,在阅读了本发明的技术内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型,所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种非破坏性的半导体材料SEM监控方法,其特征在于,所述方法包括:
提供一样品,在所述样品上铺设软膜;
对所述软膜加热,使其固化,得到转印模并将其从样品上取下;
提供一硬质底板,在所述硬质底板上涂覆紫外压印胶,并利用物理压印方式将所述转印模上的图形压印到紫外压印胶层上;
固化所述紫外压印胶层,取下所述转印模,得到监控样品;
将所述监控样品进行破片检测。
2.如权利要求1所述的非破坏性的半导体材料SEM监控方法,其特征在于:所述软膜为二甲基硅氧烷和有机锡混合后交联聚合形成,所述二甲基硅氧烷和所述有机锡的混合比例为1:1。
3.如权利要求2所述的非破坏性的半导体材料SEM监控方法,其特征在于:所述二甲基硅氧烷和有机锡利用搅拌装置搅拌混合,搅拌时间为25-35min。
4.如权利要求3所述的非破坏性的半导体材料SEM监控方法,其特征在于:对所述软膜的固化加热温度为120-125℃,固化时间为18-22min。
5.如权利要求1-4任一项所述的非破坏性的半导体材料SEM监控方法,其特征在于:所述硬质底板采用玻璃板或硬质塑料板。
6.如权利要求5所述的非破坏性的半导体材料SEM监控方法,其特征在于:所述紫外压印胶为丙烯酸型紫外压印胶,所述物理压印方式为微纳米压印技术。
7.如权利要求6所述的非破坏性的半导体材料SEM监控方法,其特征在于:所述的固化所述紫外压印胶层,为采用紫外曝光方式固化所述紫外压印胶,紫外曝光时间为25-35s。
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