[發明專利]帶有臺階高度的微米級光柵校準樣片

在審

• 申請號: 201610115896.7
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105737879A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 趙琳;李鎖印;韓志國;許曉青;馮亞南;梁法國;趙革艷;趙新宇;鄭曉敏;孫悅
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十三研究所
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 王占華

技術領域

本發明涉及微納米測量類儀器的校準領域。

背景技術

隨著納米科技、生命科學的蓬勃發展，微納米測量類儀器已廣泛應用于前沿科學研究、產品設計和大規模生產的過程質量控制中。該類儀器主要有掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、透射電子顯微鏡、環境電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡等等，它們主要用于觀察、分析在微米或納米范圍內所發生的物理、化學現象和相關參量的準確測量。其中掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡的應用最為廣泛。

掃描電子顯微鏡(scanningelectronmicroscope)，簡稱掃描電鏡(SEM)，是一種利用電子束掃描樣品表面從而獲得樣品信息的電子顯微鏡。掃描電鏡的放大倍率從幾倍到幾十萬倍，幾乎在每個行業都得到了廣泛的應用。在半導體領域，加工特征尺寸已進入深亞微米和納米量級，傳統的光學顯微鏡已經無能為力，必須借助于掃描電鏡才能測量亞微米以下的尺寸。

原子力顯微鏡(AFM)是利用原子之間的范德華力作用來呈現樣品的表面特性，不僅可以測量一定范圍內X、Y方向的樣品特性，還可以測量一定范圍內Z方向的樣品特性。在半導體領域中的應用十分廣泛。

我國是一個大約擁有數千臺、每臺價值幾百萬元的微束分析儀器大國，其中掃描電鏡約有近千臺，原子力顯微鏡約有幾百臺。它們在科研和生產單位得到了廣泛的應用，儀器的普及率很高。

目前，絕大多數掃描電鏡只在儀器安裝時由生產商的工程師使用廠家提供的銅網樣片對儀器圖像的放大倍率和畸變進行調試和校準，而由于掃描電鏡是采用電子束逐點逐行掃描成像，X、Y方向的掃描圖像尺寸將受X、Y方向掃描電子線路的影響。隨著使用時間的增加，儀器的電子線路會發生變化，從而影響掃描電鏡圖像的質量。如在測量物體長度時，普遍與準確值之間存在不同程度的偏差，也常發現因X、Y方向的掃描不同造成圖像在X、Y方向的放大倍率不同，且在不同放大倍數下X、Y方向所給出的測量值的Y/X系數也不一樣；此外，掃描電鏡的圖像還常發生畸變，尤其在低倍情況下更為嚴重。由于缺少統一尺寸的光柵驗證樣片，掃描電鏡在應用方面產生了許多不良后果，如在微電子器件的加工中，由于缺少統一的尺度標準，可使電子器件加工尺寸的誤差達30%，引起失效或指標偏離設計要求，類似的問題在實際工作中屢見不鮮。對于原子力顯微鏡，其輸出數據中具有計量量值意義的有二個：一個是類似于掃描電鏡的二維平面尺寸的放大倍率，也就是掃描管的X、Y方向的掃描范圍；另一個是原子力顯微鏡具有很高的深度分辨力(Z軸方向)，同時具有深度方向的可定量測試的能力。該類儀器的準確度直接影響其測量結果的準確性，因此本專利主要發明了一種帶有臺階高度的微米級光柵驗證樣片，用于校準此類儀器的圖像放大倍率和深度測量特性。

當前光柵標準樣片的供應商包括美國的VLSI公司、德國的NANOSENSORS公司等等，他們主要提供單值樣片。存在的問題和缺陷主要體現在：

1、當前樣片的尺寸范圍不能完全覆蓋校準儀器使用的樣片范圍，并且沒有將一維結構和二維結構共同制作在同一樣片上的成品。

2、校準儀器不同的放大倍率需要使用不同尺寸的樣片，當前在售的樣片都是單值樣片，校準過程中需要多次更換樣片，嚴重影響校準效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種帶有臺階高度的微米級光柵校準樣片，該樣片具有多種結構、測量范圍廣、避免了校準過程中頻繁更換樣片，使用方便，提高了校準效率。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種帶有臺階高度的微米級光柵校準樣片，包括基底、以及在基底上設置的至少一組同一周期尺寸的光柵結構和覆蓋在光柵結構表面的金屬層；所述一組同一周期尺寸的光柵結構包括同一周期尺寸的一維X方向柵條結構、同一周期尺寸的一維Y方向柵條結構和同一周期尺寸的二維柵格結構，所述一維X方向柵條結構和一維Y方向柵條結構中的若干個柵條分別沿X方向和Y方向均等排列，所述二維柵格結構中的若干個柵格沿X方向和Y方向均等排列，所述柵條和柵格均為凸起的臺階高度結構。

進一步優化的技術方案為所述至少一組為7組，其周期尺寸分別為100μm、50μm、20μm、10μm、5μm、2μm、1μm。

進一步優化的技術方案為所述柵條和柵格的臺階高度量值為180nm。

進一步優化的技術方案為所述基底采用硅材料，所述光柵結構采用氮化硅材料。

進一步優化的技術方案為若干個不同周期尺寸的光柵結構均設有對應的計量值標記和循跡標志。