CN111693003A - 一种晶圆级纳米尺度计量标准器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆级纳米尺度计量标准器及其制造方法，属于纳米几何量计量标准器制造领域。一种晶圆级纳米尺度计量标准器及其制造方法，在现有电子束光刻制备标准样片的基础上，通过光刻工艺在6寸、8寸或12寸的晶圆上制作与标准样片所对应的槽图形，之后等离子体干法刻蚀对槽图形区域进行刻蚀，刻蚀工艺气体为SF6和C4F8，起到刻蚀、钝化循环交替，其中，SF6用于刻蚀，C4F8用于钝化，配合刻蚀温度和压强，在兼顾刻蚀效率的同时得到垂直且侧壁光滑的高质量槽；然后通过点胶、对准后将标准片嵌合贴装至晶圆上。本发明的制备方法，所得晶圆级纳米尺度计量标准器可满足集成电路产线工艺测量设备的在线校准需求。

Description

一种晶圆级纳米尺度计量标准器及其制造方法
技术领域
本发明属于纳米几何量计量标准器制造领域，尤其是一种晶圆级纳米尺度计量标准器及其制造方法。
背景技术
纳米线宽和纳米栅格作为典型的纳米几何特征参量，是集成电路光掩膜制造、光刻工艺等为评估及控制工艺图形处理精度所设计的反映集成电路特征尺寸的专用图形，同时也是衡量集成电路制造和设计水平的重要尺度，其测量结果的准确性会直接影响电路产品各项电性能参数。
目前，为保证在半导体领域中广泛使用的扫描电子显微镜和原子力显微镜等测量仪器的精度，需要借助纳米几何特征参量计量标准器对其进行校准，例如线宽、栅格、台阶、膜厚等。现有纳米尺度计量标准器主要利用相移掩膜光刻、极端远紫外光刻和电子束光刻等方法制备，但所得标准片不能直接用于晶圆级半导体生产线高精密测量仪器的在线校准，致使集成电路中的纳米计量与产业脱节。
现有校准用微纳尺度标准片的外形尺寸都是毫米级的小方块，一般用于普通电镜放大倍率的校准，而半导体特征尺寸在线测量扫描电镜所能测量的样品外形仅限于圆形，直径尺寸是6寸、8寸、12寸等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术所得标准片不能直接用于晶圆级半导体生产线高精密测量仪器的在线校准缺点，提供一种晶圆级纳米尺度计量标准器及其制造方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种晶圆级纳米尺度计量标准器的制造方法，包括以下步骤：
1)利用光刻工艺在晶圆表面制作槽图形和对位标记，并在所述晶圆表面的剩余位置上形成光阻层；
2)采用等离子体干法刻蚀进行槽图形的刻蚀，在槽图形中形成贴片槽，刻蚀完成后去除光阻层；
等离子体干法刻蚀的条件为：
刻蚀气体以SF6与C4F8循环进行，以SF6开始循环，以C4F8结束循环；
刻蚀温度为-10～30℃；
刻蚀压强为10～50mToor；
刻蚀时间为45～60min。
3)在贴片槽内点胶，点胶后采用贴片设备将标准片贴装在贴片槽内。
进一步的，步骤1)中光刻工艺流程为涂胶、曝光和显影；
采用正性光刻胶或负性光刻胶进行涂胶；
涂胶后形成的光阻层的厚度为5～20μm。
进一步的，正性光刻胶为AZ4620或AZ6130。
进一步的，步骤2)中去除光阻层的操作包括：
采用O2或O2+CF4气体进行干法去胶；
采用三甲基亚砜、丙酮液体进行湿法去胶。
进一步的，步骤3)中点胶采用的胶水为导电胶或绝缘胶。
进一步的，步骤3)中点胶所用胶量满足：贴装标准片后胶层厚度为5～50μm。
进一步的，步骤1)中晶圆材质为硅，尺寸为6寸、8寸或12寸。
进一步的，步骤2)中形成的贴片槽的尺寸为D1×D2×D3，其中，D1、D2、D3分别为长、宽、深，与标准片的长x1、宽x2、高x3的关系为：
D1-x1＝50～1000μm
D2-x2＝50～1000μm
D3-x3＝10～50μm。
进一步的，步骤2)中形成的贴片槽的开口角度为60-90°。
一种圆级纳米几何特征参量计量标准器，根据上述的制造方法制造。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
一种晶圆级纳米尺度计量标准器及其制造方法，在现有电子束光刻制备标准样片的基础上，通过光刻工艺在6寸、8寸或12寸的晶圆上制作与标准样片所对应的槽图形，之后等离子体干法刻蚀对槽图形区域进行刻蚀，刻蚀工艺气体为SF6和C4F8，起到刻蚀、钝化循环交替，其中，SF6用于刻蚀，C4F8用于钝化，配合刻蚀温度和压强，在兼顾刻蚀效率的同时得到垂直且侧壁光滑的高质量槽；然后通过点胶、对准后将标准片嵌合贴装至晶圆上。本发明的制备方法能够将不同特征尺寸的标准片集成至不同尺寸的晶圆上，所得晶圆级纳米尺度计量标准器可满足集成电路产线工艺测量设备的在线校准需求。
本发明的晶圆级纳米尺度计量标准器，在性能稳定的单晶硅圆形基质材料上内嵌一个纳米尺度几何图案芯片，同时满足了在线设备测量样品的圆形外观要求以及高精度的栅格、线宽等图形尺寸需求。
附图说明
图1为本发明的晶圆级纳米尺度计量标准器的工艺流程图；
图2为晶圆级纳米尺度计量标准器布局示意图；
图3为晶圆经光刻后的截面图；
图4为光刻后晶圆经干法刻蚀工艺后的截面图；
图5为干法刻蚀工艺后晶圆去除表面光阻层的截面图；
图6为贴装标准片后得到的晶圆的截面图。
其中，1-晶圆；2-第一标准片；3-第二标准片；4-光阻层；5-贴片槽；6-粘片胶。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，图1为晶圆级纳米尺度计量标准器的工艺流程图，包括以下步骤：
1)通过电子束直写方法或薄膜对粘等方法制备第一标准片2或第二标准片3，标准片尺寸为x1×x2×x3，其中，x1、x2、x3分别为标准片的长、宽、厚，一般的x1为(1～50)mm、x2为(1～50)mm、x3为(300～750)μm；
2)参见图2，图2为晶圆级纳米尺度计量标准器的布局示意图，晶圆尺寸可为6寸/8寸/12寸等，晶圆1上标准片的数量、间距、分布位置、尺寸可根据实际需求进行调整；
在晶圆1上制作贴装标准片的槽图形；参见图3，图3为晶圆经光刻后形成的的截面图，通过光刻工艺，即依次进行涂胶、曝光和显影，将贴装标准片7的槽图形以及对位Mark露出，对位标记为设备所能识别的尺寸，对位标记可为“十字”、“T”“Corner”等形状；光刻工艺可采用AZ4620、AZ6130等正性光刻胶或各类负性光刻胶进行光刻，光阻层4厚度可为5～20μm；
3)进行槽图形刻蚀，槽图形的刻蚀为等离子体干法刻蚀，刻蚀气体采用SF6与C4F8的混合气体，SF6体积占比为55％～70％，剩余为C4F8，温度在-10℃～30℃内可选，工艺压强可为10～50mToor；图4为光刻后晶圆经干法刻蚀工艺后的截面图；通过干法刻蚀工艺刻蚀晶圆表面Si形成贴片槽5，贴片槽5的开口角度可以是60°～90°范围内可选，根据需求可尽量接近垂直；贴片槽5尺寸为D1×D2×D3，其中D1、D2、D3分别为槽的长、宽、深，其中，D1-x1＝D2-x2＝50～1000μm，D3-x3＝10～50μm。
刻蚀完成后可采用O2、O2+CF4等气体进行干法去胶，或采用三甲基亚砜、丙酮等液体进行湿法去胶；参见图5，图5为去除表面光阻层4后的晶圆的截面图；
4)采用点胶设备在贴片槽内点胶，胶水为具有一定粘结力的导电胶或绝缘胶，点胶后胶量满足贴装标准片后胶厚5～50μm；
5)采用贴片设备贴装；参见图6，图6为贴装标准片后得到的晶圆的截面图；通过点胶工艺将粘片胶6涂覆至槽5中，胶水为具有一定粘结力的导电胶或绝缘胶，需具有一定的粘接力，贴片后胶层厚度可为5～50μm；点胶后通过贴片设备将具有纳米几何特征参量标准的标准样片7拾取，通过对位系统将标准片上对位标记与晶圆上对位标记进行识别并对准，然后进行贴装。
实施例
本发明的一种晶圆级纳米尺度计量标准器的制造方法，包括以下步骤：
1)通过电子束光刻方法制备标准片，标准片尺寸分为10mm×10mm、13mm×13mm两种，厚度均为300μm；
2)在硅晶圆上制作贴装标准片的槽图形，与两种标准片对应凹槽尺寸分别为10.1mm×10.1mm×340μm、13.1mm×13.1mm×340μm，采用8寸硅晶圆，并分布11组图形；
进行光刻工艺，即依次涂胶、曝光和显影，将贴装标准片的槽图形以及对位Mark露出，采用AZ4620光刻胶进行光刻工艺，形成的光阻层4厚度为20μm；
3)通过干法刻蚀工艺刻蚀晶圆表面的Si形成贴片槽5，刻蚀气体采用SF6与C4F8的混合气体，它们的体积占比分别为60％和40％，温度20℃，工艺压强可为30mToor，刻蚀时间为45min，贴片槽5的开口角度为89°；
刻蚀完成贴片槽5后采用湿法去除光阻层4，去除液为三甲基亚砜，去胶夜温度75℃，时间60min；
4)采用点胶工艺将粘片胶6涂覆至贴片槽5内，所用胶水为JM7000型导热胶，胶量20mg；
5)点胶后通过贴片设备将具有纳米几何特征参量的标准片7拾取，通过对位系统将标准片上对位标记与晶圆上对位标记进行识别并对准，然后进行贴装，贴装后胶水厚度约为35μm，贴片精度≤3.5μm，水平度≤2°。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆级纳米尺度计量标准器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)利用光刻工艺在晶圆(1)表面制作槽图形和对位标记，并在所述晶圆(1)表面的剩余位置上形成光阻层(4)；
2)采用等离子体干法刻蚀进行槽图形的刻蚀，在槽图形中形成贴片槽(5)，刻蚀完成后去除光阻层(4)；
等离子体干法刻蚀的条件为：
刻蚀气体以SF6与C4F8循环进行，以SF6开始循环，以C4F8结束循环；
刻蚀温度为-10～30℃；
刻蚀压强为10～50mToor；
刻蚀时间为45～60min。
3)在贴片槽(5)内点胶，点胶后采用贴片设备将标准片贴装在贴片槽(5)内。
2.根据权利要求1所述的晶圆级纳米尺度计量标准器的制造方法，其特征在于，步骤1)中光刻工艺流程为涂胶、曝光和显影；
采用正性光刻胶或负性光刻胶进行涂胶；
涂胶后形成的光阻层(4)的厚度为5～20μm。
3.根据权利要求2所述的晶圆级纳米尺度计量标准器的制造方法，其特征在于，正性光刻胶为AZ4620或AZ6130。
4.根据权利要求1所述的晶圆级纳米尺度计量标准器的制造方法，其特征在于，步骤2)中去除光阻层(4)的操作包括：
采用O2或O2+CF4气体进行干法去胶；
采用三甲基亚砜、丙酮液体进行湿法去胶。
5.根据权利要求1所述的晶圆级纳米尺度计量标准器的制造方法，其特征在于，步骤3)中点胶采用的胶水为导电胶或绝缘胶。
6.根据权利要求1所述的晶圆级纳米尺度计量标准器的制造方法，其特征在于，步骤3)中点胶所用胶量满足：贴装标准片后胶层厚度为5～50μm。
7.根据权利要求1所述的晶圆级纳米尺度计量标准器的制造方法，其特征在于，步骤1)中晶圆材质为硅，尺寸为6寸、8寸或12寸。
8.根据权利要求1所述的晶圆级纳米尺度计量标准器的制造方法，其特征在于，步骤2)中形成的贴片槽(5)的尺寸为D1×D2×D3，其中，D1、D2、D3分别为长、宽、深，与标准片的长x1、宽x2、高x3的关系为：
D1-x1＝50～1000μm
D2-x2＝50～1000μm
D3-x3＝10～50μm。
9.根据权利要求1所述的晶圆级纳米尺度计量标准器的制造方法，其特征在于，步骤2)中形成的贴片槽(5)的开口角度为60-90°。
10.一种圆级纳米几何特征参量计量标准器，其特征在于，根据权利要求1-9任一项所述的制造方法制造。
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