一种扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法
专利名称：一种扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法
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(Sca皿ing Electron 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l: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l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10(A]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180GC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300-45(A]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。
图l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。
具体实施例方式
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l，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
5步骤l: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10()GC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 18(A:，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JE0-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lnm，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4(A]，显影时间为l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300-45(A]的管式电阻炉中处理20-30分钟；优选的，在40(A]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。
权利要求
1.一种扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，其特征在于，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。
2.根据权利要求l所述的扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，其特征在于，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。
3.根据权利要求2所述的扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，其特征在于，所述 金属薄膜的厚度为3nm。
4.根据权利要求l所述的扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，其特征在于，所述步骤l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1000C下烘烤5分钟。
5.根据权利要求1或4所述的扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，其特征在于， 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1800C的热板上烘烤2分钟
6.根据权利要求1或4所述的扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，其特征在于， 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300-4500C的管式电阻炉中处理20-30分钟。
全文摘要
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。
文档编号G01N1/32GK101598645SQ20091030391
公开日2009年12月9日 申请日期2009年7月1日 优先权日2009年7月1日
发明者明 刘, 牛洁斌, 珉 赵, 陈宝钦 申请人:中国科学院微电子研究所
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(Sca皿ing Electron 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l: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l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10(A]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180GC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300-45(A]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。
图l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。
具体实施例方式
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l，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
5步骤l: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10()GC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 18(A:，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JE0-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lnm，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4(A]，显影时间为l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300-45(A]的管式电阻炉中处理20-30分钟；优选的，在40(A]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。
权利要求
1.一种扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，其特征在于，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。
2.根据权利要求l所述的扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，其特征在于，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。
3.根据权利要求2所述的扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，其特征在于，所述 金属薄膜的厚度为3nm。
4.根据权利要求l所述的扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，其特征在于，所述步骤l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1000C下烘烤5分钟。
5.根据权利要求1或4所述的扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，其特征在于， 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1800C的热板上烘烤2分钟
6.根据权利要求1或4所述的扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法，其特征在于， 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300-4500C的管式电阻炉中处理20-30分钟。
全文摘要
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。
文档编号G01N1/32GK101598645SQ20091030391
公开日2009年12月9日 申请日期2009年7月1日 优先权日2009年7月1日
发明者明 刘, 牛洁斌, 珉 赵, 陈宝钦 申请人:中国科学院微电子研究所
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