[发明专利]带有台阶高度的微米级光栅校准样片

说明书

技术领域

本发明涉及微纳米测量类仪器的校准领域。

背景技术

随着纳米科技、生命科学的蓬勃发展，微纳米测量类仪器已广泛应用于前沿科学研究、产品设计和大规模生产的过程质量控制中。该类仪器主要有扫描电子显微镜、原子力显微镜、透射电子显微镜、环境电子显微镜、扫描隧道显微镜等等，它们主要用于观察、分析在微米或纳米范围内所发生的物理、化学现象和相关参量的准确测量。其中扫描电子显微镜和原子力显微镜的应用最为广泛。

扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope)，简称扫描电镜(SEM)，是一种利用电子束扫描样品表面从而获得样品信息的电子显微镜。扫描电镜的放大倍率从几倍到几十万倍，几乎在每个行业都得到了广泛的应用。在半导体领域，加工特征尺寸已进入深亚微米和纳米量级，传统的光学显微镜已经无能为力，必须借助于扫描电镜才能测量亚微米以下的尺寸。

原子力显微镜(AFM)是利用原子之间的范德华力作用来呈现样品的表面特性，不仅可以测量一定范围内X、Y方向的样品特性，还可以测量一定范围内Z方向的样品特性。在半导体领域中的应用十分广泛。

我国是一个大约拥有数千台、每台价值几百万元的微束分析仪器大国，其中扫描电镜约有近千台，原子力显微镜约有几百台。它们在科研和生产单位得到了广泛的应用，仪器的普及率很高。

目前，绝大多数扫描电镜只在仪器安装时由生产商的工程师使用厂家提供的铜网样片对仪器图像的放大倍率和畸变进行调试和校准，而由于扫描电镜是采用电子束逐点逐行扫描成像，X、Y方向的扫描图像尺寸将受X、Y方向扫描电子线路的影响。随着使用时间的增加，仪器的电子线路会发生变化，从而影响扫描电镜图像的质量。如在测量物体长度时，普遍与准确值之间存在不同程度的偏差，也常发现因X、Y方向的扫描不同造成图像在X、Y方向的放大倍率不同，且在不同放大倍数下X、Y方向所给出的测量值的Y/X系数也不一样；此外，扫描电镜的图像还常发生畸变，尤其在低倍情况下更为严重。由于缺少统一尺寸的光栅验证样片，扫描电镜在应用方面产生了许多不良后果，如在微电子器件的加工中，由于缺少统一的尺度标准，可使电子器件加工尺寸的误差达30%，引起失效或指标偏离设计要求，类似的问题在实际工作中屡见不鲜。对于原子力显微镜，其输出数据中具有计量量值意义的有二个：一个是类似于扫描电镜的二维平面尺寸的放大倍率，也就是扫描管的X、Y方向的扫描范围；另一个是原子力显微镜具有很高的深度分辨力(Z轴方向)，同时具有深度方向的可定量测试的能力。该类仪器的准确度直接影响其测量结果的准确性，因此本专利主要发明了一种带有台阶高度的微米级光栅验证样片，用于校准此类仪器的图像放大倍率和深度测量特性。

当前光栅标准样片的供应商包括美国的VLSI公司、德国的NANOSENSORS公司等等，他们主要提供单值样片。存在的问题和缺陷主要体现在：

1、当前样片的尺寸范围不能完全覆盖校准仪器使用的样片范围，并且没有将一维结构和二维结构共同制作在同一样片上的成品。

2、校准仪器不同的放大倍率需要使用不同尺寸的样片，当前在售的样片都是单值样片，校准过程中需要多次更换样片，严重影响校准效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种带有台阶高度的微米级光栅校准样片，该样片具有多种结构、测量范围广、避免了校准过程中频繁更换样片，使用方便，提高了校准效率。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种带有台阶高度的微米级光栅校准样片，包括基底、以及在基底上设置的至少一组同一周期尺寸的光栅结构和覆盖在光栅结构表面的金属层；所述一组同一周期尺寸的光栅结构包括同一周期尺寸的一维X方向栅条结构、同一周期尺寸的一维Y方向栅条结构和同一周期尺寸的二维栅格结构，所述一维X方向栅条结构和一维Y方向栅条结构中的若干个栅条分别沿X方向和Y方向均等排列，所述二维栅格结构中的若干个栅格沿X方向和Y方向均等排列，所述栅条和栅格均为凸起的台阶高度结构。

进一步优化的技术方案为所述至少一组为7组，其周期尺寸分别为100μm、50μm、20μm、10μm、5μm、2μm、1μm。

进一步优化的技术方案为所述栅条和栅格的台阶高度量值为180nm。

进一步优化的技术方案为所述基底采用硅材料，所述光栅结构采用氮化硅材料。

进一步优化的技术方案为若干个不同周期尺寸的光栅结构均设有对应的计量值标记和循迹标志。