[发明专利]一种精确缩短节距值的自溯源光栅标准物质制备方法

说明书

本发明涉及一种精确缩短节距值的自溯源光栅标准物质制备方法，该方法基于激光汇聚原子沉积技术和软X射线干涉光刻技术，制备百纳米尺度及以下的小节距溯源标准物质，包括以下步骤：1)获取掩膜版基板；2)采用激光汇聚原子沉积技术，在掩膜版基板上，沉积制备掩膜版；3)获取光刻胶样品，该光刻胶样品包括光刻胶和第二衬底；采用掩膜版，通过软X射线干涉光刻技术，对光刻胶进行曝光和显影，得到光刻胶光栅结构；4)将光刻胶光栅结构转移到第二衬底上，获取自溯源光栅标准物质。与现有技术相比，本发明制备的自溯源光栅标准物质具有高精度、溯源性和精确缩短节距值等优点。

技术领域

本发明涉及纳米光栅标准物质领域，尤其是涉及一种精确缩短节距值的自溯源光栅标准物质制备方法。

背景技术

随着纳米科技不断进步，器件的特征尺寸进入纳米量级，加工制造过程中的不确定性显著增加，同时加工误差对器件性能的影响也越来越大。纳米计量是测量和表征纳米尺度器件的基础，对纳米制造过程中工艺控制和质量管理领域扮演重要角色，是MEMS、超精密加工、纳米医学、纳米生物学等领域中不可回避的关键科学与技术问题。纳米计量是实现纳米尺度的测量量值准确可靠的首要前提，其难点在于纳米精度和溯源性。传统的商用测试仪器如SEM、AFM等，受其工作原理和一些固有性质的限制，测量结果都存在纳米尺度的测量误差。不同仪器测量同一样品，其结果可能截然不同。解决这一问题的现实途径是使用纳米计量传递标准。纳米计量传递标准是用特殊的纳米加工技术制造的具有确定几何尺度的标准物质。SEM、AFM等测量仪器经纳米计量传递标准校准后，测量结果可溯源到国家标准或者SI米定义，测量的正确性和可靠性大幅度提高。

纳米光栅标准物质是常用的纳米计量传递标准，制备工艺根据溯源性主要分为两类：第一类不能直接溯源于自然界基本常数或SI米定义，如传统光刻技术，电子束刻蚀、多层膜技术等，制备的标准物质不具备溯源性，需要经过国家计量机构计量定值，将标准物质的特征值溯源到国家计量机构计量器具，然后才能用该标准物质校准商用仪器；第二类能直接溯源于自然界基本常数或SI米单位定义，如NIST研制基于硅晶格的线宽标准物质以及同济大学、中国计量科学研究院采用激光汇聚原子沉积技术制备具有自溯源特性的光栅标准物质。激光汇聚原子沉积(又称为原子光刻)技术制备的自溯源光栅标准物质，因为制备过程中原子沉积位置与激光驻波场波节(波腹)位置严格对应，并且通过激光感生荧光稳频技术将激光波长锁定在已知的原子跃迁能级上，光栅标准物质的节距可严格地溯源于原子的跃迁能级间的自然跃迁频率。光栅区域面积可达毫米量级，具备非常好的样品内一致性与样品间一致性，是制备准确度高、精度高标准物质的最佳技术方案。

标准物质的制备方法中，传统光刻技术可制备大面积光栅标准物质，但其光栅节距受限于光刻使用的可见光波长，其最小节距值在200nm量级上；电子束刻蚀技术制备的光栅标准物质的节距可在百纳米尺度到数十纳米尺度，但受限于刻蚀设备限制单场曝光面积，对小节距、大面积的光栅标准物质通常使用多场拼接方式，难以满足均匀性和溯源性要求；多层膜光栅技术同样可制备数十纳米尺度标准物质，但受制备技术中镀膜条件的约束，膜层厚度会随镀膜层数的增加发生漂移，通常获得的光栅结构区域面积较小。更重要的是，虽然第一类中的制备方法制备的标准物质的节距值可在百纳米及数十纳米尺度，但因其制备过程不具备溯源性，为保证量值溯源到米单位定义需要经国家计量机构的计量器具进行校准，导致其溯源链较长而不确定度较大，如VLSI Standards公司的节距值100nm标准物质(名义节距值100nm±2nm)，其不确定度为1nm。目前，在维度上纳米科技的研究进入十纳米节点，亟需一系列高精度、具有量值溯源的标准物质对百纳米及数十纳米尺度上测量进行校准，因此对标准物质的制备方法提出了新的要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高精度、具有自溯源性的精确缩短节距值的自溯源光栅标准物质制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：