一种扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法

摘要

本发明公开了一种扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，属于纳米图案加工技术领域。所述方法包括：将硅衬底表面进行处理，并在硅衬底上涂覆电子束光刻抗蚀剂；将涂覆有电子束光刻抗蚀剂的硅衬底进行烘烤；对烘烤后的硅衬底进行单线曝光模式下的电子束直写曝光；对电子束直写曝光后的硅衬底进行显影、定影、干燥及退火处理，并在处理后的硅衬底表面覆盖金属薄膜，形成扫描电镜放大倍率校准标准样品。本发明避免了等离子体刻蚀工艺带来的图形质量下降，有利于高分辨率密集线图形结构的制作，有利于电子束曝光极限分辨率的实现。

说明书

技术领域

本发明涉及纳米图案加工技术领域，尤其涉及一种扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法。

背景技术

半导体制造业中所进行的检测在很大程度上是依赖扫描电子显微镜(ScanningElectron Microscope，SEM)进行的。目前大多数扫描电子显微镜都有放大倍率的显示，并且还配备有微米、纳米级的刻度条，这些数据都被记录在相应的图像文件中。测量数值可以从图象、显微照片或数字测量系统上直接得出。测量的精度取决于许多因素，其中很重要的一个因素就是SEM的放大倍率。SEM的放大倍率可以定义为样本显示出来的面积与电子束扫描的面积之比。通常扫描电子显微镜放大分辨率分压器的可变电阻档数是有限的，无法达到足够的灵敏度以连续、准确地调整移动点；此外电子光学系统的像差以及透镜的磁滞现象等都会影响到放大分辨率的准确性。为此，除了完善SEM的系统设计外，国际上通常是制作进行放大倍率校准的标准样品以定期对SEM系统的放大倍率进行校准。

扫描电镜放大倍率校准标准样品采用的版图通常为密集刻度线。样品性能的关键指标有扫描电镜放大倍率校准标准样品的周期、周期的相对误差、误差分布、经电子束扫描的稳定性及时间稳定性等等。密集刻度线的周期越小、周期的相对误差越小、误差分布越均匀、稳定性越高，样品的质量越高。目前国际上对该类型样品的制作一般均采用对硅基片进行等离子体刻蚀的方法。

样品的质量通常与其制作方法密切相关。制作扫描电镜放大倍率校准标准样品的传统方法是在硅基片上已经有抗蚀剂图形结构的基础之上，通过等离子体刻蚀将抗蚀剂图形结构转移至硅衬底。当加工精度深入到百纳米及以下时，虽然可以通过电子光刻技术制作出高分辨率的抗蚀剂图形，但是等离子体刻蚀设备的加工精度和运行状态对图形转移的质量会产生较大的影响，例如边缘粗糙度等等，从而限制了样品精度的提高。

发明内容

鉴于上述，本发明提出了一种扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，该方法克服了等离子体刻蚀设备的加工精度和运行状态对图形转移的质量会产生的影响，提高了对样品的加工精度。

本发明提供了一种扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，所述方法包括：

步骤1：将硅衬底表面进行处理，并在所述硅衬底上涂覆电子束光刻抗蚀剂；

步骤2：将涂覆有所述电子束光刻抗蚀剂的所述硅衬底进行烘烤；

步骤3：对烘烤后的所述硅衬底进行单线曝光模式下的电子束直写曝光；

步骤4：对电子束直写曝光后的所述硅衬底进行显影、定影、干燥及退火处理，并在处理后的硅衬底表面覆盖金属薄膜，形成扫描电镜放大倍率校准标准样品。

所述步骤4中在处理后的硅衬底表面覆盖金属薄膜的步骤具体为：通过电子束蒸发在处理后的硅衬底表面蒸镀金属薄膜。

所述金属薄膜的厚度为3nm。

所述步骤1中将硅衬底表面进行处理的步骤具体包括：

步骤101：将待处理的硅衬底置于浓硫酸中加热30分钟，而后冷却取出；

步骤102：将冷却后的硅衬底置于去离子水中清洗；

步骤103：干燥清洗后的硅衬底，并在100℃下烘烤5分钟。

所述步骤2具体为：将涂覆有电子束光刻抗蚀剂的所述硅衬底置于180℃的热板上烘烤2分钟。

所述步骤4中对电子束直写曝光后的所述硅衬底进行退火处理的步骤具体为：将进行显影、定影及干燥处理后的硅衬底在300-450℃的管式电阻炉中处理20-30分钟。

本发明的有益效果：本发明提供的扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，直接采用电子束直写曝光技术制作出样品版图的HSQ抗蚀剂图形结构，避免了等离子体刻蚀工艺带来的图形质量下降，有利于高分辨率密集线图形结构的制作；另外，本发明还在电子束曝光中采用了单线曝光模式，使得电子束只沿具有尺寸的维度进行扫描，而在另一个维度上可以达到的线宽尺寸取决于电子束的束斑大小，有利于电子束曝光极限分辨率的实现。

附图说明

图1是本发明实施例提供的扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法流程图；

图2和图3是本发明实施例制作的扫描电镜放大倍率校准标准样品的扫描电镜照片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，本发明实施例提供了一种扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，具体包括如下步骤：

步骤1：将硅衬底表面进行处理，并在硅衬底上涂覆电子束光刻抗蚀剂；

将待处理的一片或多片硅衬底置于浓硫酸中，加热数分钟，例如30分钟，而后冷却取出，在去离子水中清洗，用氮气气枪吹干清洗后的硅衬底，使硅衬底干燥，并用热板将该硅衬底在高温下烘烤，例如在100℃下烘烤5分钟；在硅衬底上涂覆电子束光刻抗蚀剂HSQ；在实际应用中，可以使用匀胶机在硅衬底表面涂敷抗蚀剂胶层HSQ(型号为Fox12)，匀胶机的转速可以为3000r/m，涂敷时间可以为60秒；

步骤2：将涂覆有电子束光刻抗蚀剂的硅衬底进行烘烤；

将涂覆有电子束光刻抗蚀剂的硅衬底放在热板上进行烘烤，热板的温度可以设置为180℃，烘烤时间可以设置为2分钟；最后所得，得到的电子束光刻抗蚀剂测为的厚度为100nm-180nm，本实施例中该厚度为150nm；将涂覆有电子束光刻抗蚀剂的硅衬底进行烘烤，可以去除抗蚀剂中的溶剂，并给抗蚀剂提供一定的机械强度；

步骤3：对烘烤后的硅衬底进行单线曝光模式下的电子束直写曝光；

在单线直写曝光模式中，由于图形只在一个维度上具有尺寸，在另一个维度上的尺寸为零，因而电子束只沿着具有尺寸的维度进行扫描，而在另一个维度上可以达到的线宽尺寸取决于电子束的束斑大小。在实际应用中，曝光设备可以为JEO-JBX6300FS系统或其他电子束曝光设备，本实施例所采用的曝光设备的参数是加速电压为100kv，束流为200pA，曝光步距为1nm，曝光剂量为7nc/cm；

步骤4：对电子束直写曝光后的硅衬底进行显影、定影及干燥处理；

在本实施例中，具体使用CD26显影液，显影温度为40℃，显影时间为1分钟；使用去离子水作为定影液，定影30秒；定影完毕后用氮气气枪将硅衬底吹干；

步骤5：将进行显影、定影及干燥处理后的硅衬底进行退火处理；

将进行显影、定影及干燥处理后的硅衬底进行退火处理，可以减少HSQ经电子束曝光后所形成非晶态的氧化硅内的缺陷，并进一步增强其图形结构的机械强度和在扫描电镜扫描中的稳定性，例如可以在300-450℃的管式电阻炉中处理20-30分钟；优选的，在400℃的YFK80*600/13Q-YC管式电阻炉中处理30分钟；

步骤6：通过电子束蒸发，在经过退火处理后的硅衬底表面蒸镀3nm厚度的金属薄膜；

在经过退火处理后的硅衬底表面蒸镀3nm厚度的金属薄膜，可以提高样品表面的导电性，及提高扫描电镜成像的质量。

经过上述步骤之后，可以最终得到如图2和3所示的扫描电镜放大倍率校准标准样品。

在本实施例中，采用的衬底是硅衬底；在实际应用中，可以根据使用的要求选择其他导体或半导体衬底。利用其他抗蚀剂的曝光特性，并利用电子束直写曝光制作扫描电镜放大分辨率标准样品的技术方案与本发明提供的技术方案在技术思路上是一致的，应包含在本发明的保护范围之内。

根据以上实施例可以看出，使用本发明提供的扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，解决了等离子体刻蚀设备的加工精度和运行状态对图形转移的质量产生影响的问题，提高了对样品的加工精度，避免了等离子体刻蚀工艺带来的样本上的图形质量下降，有利于制作高分辨率密集线图形结构；此外，使用本发明的制造方法使得电子束只沿具有尺寸的维度进行扫描，而在另一个维度上可以达到的线宽尺寸取决于电子束的束斑大小，有利于实现电子束曝光极限分辨率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。