一種亞表面多參數納米標準樣板及其制備方法與流程
1.本發明涉及一種亞表面多參數納米標準樣板及其制備方法，屬于計量檢測技術領域。
背景技術：
2.高功率激光系統和大型光學系統的發展，對光學元件的穩定性、成像質量、鍍膜質量和抗激光損傷閾值等性能指標提出了更加嚴苛的要求，而元件的亞表面損傷會極大地降低這些性能指標。因此，對元件的亞表面損傷進行檢測顯得尤為重要。常用的亞表面檢測方法包括截面顯微法、角度拋光法、hf化學蝕刻法等破壞性檢測方法，以及熒光顯微法、偏振激光散射法、共聚焦激光掃描顯微法等非破壞性檢測方法。破壞性檢測方法會對材料造成不可逆損傷，且制樣麻煩、耗時長、精度低；非破壞性檢測方法利用聲學、光學等成像技術，具有快速、無損、精度高等特點，因而在亞表面損傷測量中得到廣泛應用。
3.然而，在當前亞表面的非破壞性檢測方法中，普遍存在量值準確性無法保證、量值溯源困難等問題。普通的光學表面形貌測量儀一般采用常規標準樣板進行校準和量值溯源，該類標準樣板采用微納加工技術刻蝕出各種納米結構，并經權威計量機構進行標定，從而保證了其量值的準確性和溯源性。對于亞表面測量儀器，其測量原理和方法目前尚處于研究和探索階段，由于亞表面測量與表面測量的差異性，采用常規標準樣板進行校準的準確性無法保證。因此，研究用于亞表面測量儀器校準的標準樣板對保證亞表面測量結果的準確性和溯源性具有重要意義。相關的研究，還可進一步促進亞表面類測量儀器的研究開發工作。
技術實現要素：
4.鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種亞表面多參數納米標準樣板及其制備方法，便于校準亞表面光學形貌測量儀。
5.為實現上述目的，本發明提供一種亞表面多參數納米標準樣板，包括基底板，基底板的中間部位設有z向臺階校準區域，z向臺階校準區域包括多個沿x方向排列成一行的條形校準臺階，各條形校準臺階沿y方向延伸；
6.基底板上還設有x向循跡標記和y向循跡標記，所述x向循跡標記沿x方向指向z向臺階校準區域的中心，所述y向循跡標記沿y方向指向z向臺階校準區域的中心；所述z向臺階校準區域還設有對準標記，所述對準標記沿x方向指向z向臺階校準區域的中心；
7.基底板上還設有一維柵格校準區域和二維柵格校準區域，所述一維柵格校準區域中設有多個沿x方向排列成一行的條形柵格；所述二維柵格校準區域中設有沿x方向排列成行、沿y方向排列成列的柵格陣列。
8.優選地，所述x向循跡標記、y向循跡標記和對準標記均為三角形箭頭形狀，且箭頭均指向z向臺階校準區域的中心。
9.優選地，所述x向循跡標記、y向循跡標記和對準標記外形尺寸均不相同。
10.更為優選地，所述y向循跡標記的外形尺寸大于x向循跡標記的外形尺寸，所述x向尋跡標記的外形尺寸大于對準標記的外形尺寸。
11.優選地，所述z向臺階校準區域的中心線兩側對稱地設有多對不同寬度的條形校準臺階。
12.更為優選地，靠近所述z向臺階校準區域的中心線的條形校準臺階寬度尺寸較大，遠離所述z向臺階校準區域的中心線的條形校準臺階寬度尺寸較小。
13.優選地，所述一維柵格校準區域和二維柵格校準區域分別位于z向臺階校準區域的兩側。
14.優選地，所述基底板上設有兩塊一維柵格校準區域和兩塊二維柵格校準區域，各一維柵格校準區域和二維柵格校準區域位于基底板的四個邊角部位。
15.更為優選地，同一塊一維柵格校準區域或二維柵格校準區域中的柵格尺寸相同，不同的一維柵格校準區域或二維柵格校準區域中的柵格尺寸不同。
16.本發明還提供一種亞表面多參數納米標準樣板的制備方法，用于制備上述技術方案或其任一優選的技術方案所述的亞表面多參數納米標準樣板，包括如下步驟：
17.1)對硅材料基底板的正面進行氧化處理，生成一層二氧化硅層；
18.2)在二氧化硅層上沉積一層氮化硅層；
19.3)在氮化硅層旋涂一層光刻膠層；
20.4)采用光刻機對光刻膠層進行光刻，刻蝕出循跡標記、臺階、柵格圖案；
21.5)刻蝕并剝離氮化硅層和二氧化硅層，形成循跡標記、臺階、柵格納米結構；
22.6)去除光刻膠，在完成刻蝕的基底板正面蒸鍍一層金膜層；
23.7)在金膜層表面蒸鍍二氧化硅層，并對蒸鍍的二氧化硅層表面進行化學機械拋光，得到光滑平整的表面，完成樣板制備。
24.如上所述，本發明涉及的一種亞表面多參數納米標準樣板及其制備方法，具有以下有益效果：本發明的一種亞表面多參數納米標準樣板，包括用于定位尋校準位置的x向循跡標記、y向循跡標記和對準標記，用于校準的z向臺階校準區域、一維柵格校準區域和二維柵格校準區域，使用本發明的一種亞表面多參數納米標準樣板進行儀器校準時，可借助循跡標記和對準標記快速分辨當前位置并定位到待測區域；標準樣板包含多種幾何參數，z向臺階校準區域可進行儀器縱向(z向)特性的校準，一維柵格校準區域和二維柵格校準區域可進行儀器橫向(x、y平面方向)特性的校準。此外，二維柵格校準區域還可對儀器橫向二維坐標系統的正交性進行校準。標準樣板采用半導體工藝制備，可精確控制結構的高度和寬度尺寸，方便批量生產，顯著降低單個標準樣板的生產成本。通過在氮化硅層蒸鍍金膜層，提高樣板亞表面的反射率，提升校準儀器的回光效率，在金膜層表面蒸鍍二氧化硅層，既能夠對標準樣板中的循跡標記、臺階、柵格納米結構起到防護作用，也真實地模擬了亞表面測量中被測對象的實際表面狀態。由此可見，本發明的一種亞表面多參數納米標準樣板，能夠快速方便地用于亞表面光學形貌測量儀的校準，校準的準確性高。
附圖說明
25.圖1顯示為本發明的一種亞表面多參數納米標準樣板的拓撲結構示意圖。
26.圖2顯示為一種亞表面多參數納米標準樣板的剖面結構圖。
27.圖3a至圖3j顯示為一種亞表面多參數納米標準樣板的制備過程中從基底板加工制造成標準樣板的橫截面結構變化示意圖。
28.元件標號說明
[0029]1??
基底板
[0030]2??
z向臺階校準區域
[0031]3??
條形校準臺階
[0032]4??
x向循跡標記
[0033]5??
y向循跡標記
[0034]6??
對準標記
[0035]
7a 一維柵格校準區域
[0036]
7b 一維柵格校準區域
[0037]
8a 二維柵格校準區域
[0038]
8b 二維柵格校準區域
[0039]9??
二氧化硅層
[0040]
10 氮化硅層
[0041]
11 光刻膠層
[0042]
12 金膜層
[0043]
13 蒸鍍二氧化硅層
具體實施方式
[0044]
以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。
[0045]
須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的范疇。
[0046]
如圖1所示，本發明提供一種亞表面多參數納米標準樣板，包括基底板1，基底板1的中間部位設有z向臺階校準區域2，z向臺階校準區域2包括多個沿x方向排列成一行的條形校準臺階3，各條形校準臺階3沿y方向延伸；
[0047]
基底板1上還設有x向循跡標記4和y向循跡標記5，所述x向循跡標記4沿x方向指向z向臺階校準區域2的中心，所述y向循跡標記5沿y方向指向z向臺階校準區域2的中心；所述z向臺階校準區域2還設有對準標記6，所述對準標記6沿x方向指向z向臺階校準區域2的中心；
[0048]
基底板1上還設有一維柵格校準區域7a、7b和二維柵格校準區域8a、8b，所述一維柵格校準區域7a、7b中設有多個沿x方向排列成一行的條形柵格；所述二維柵格校準區域8a、8b中設有沿x方向排列成行、沿y方向排列成列的柵格陣列。
[0049]
本發明的一種亞表面多參數納米標準樣板，包括用于定位尋校準位置的x向循跡標記4、y向循跡標記5和對準標記6，用于校準的z向臺階校準區域2、一維柵格校準區域7a、7b和二維柵格校準區域8a、8b，使用本發明的一種亞表面多參數納米標準樣板進行儀器校準時，可借助循跡標記和對準標記6快速分辨當前位置并定位到待測區域；標準樣板包含多種幾何參數，z向臺階校準區域2可進行儀器縱向(z向)特性的校準，一維柵格校準區域7a、7b和二維柵格校準區域8a、8b可進行儀器橫向(x、y平面方向)特性的校準。此外，二維柵格校準區域8a、8b還可對儀器橫向二維坐標系統的正交性進行校準。標準樣板采用半導體工藝制備，可精確控制結構的高度和寬度尺寸，方便批量生產，顯著降低單個標準樣板的生產成本。通過在氮化硅層10蒸鍍金膜層12，提高樣板亞表面的反射率，提升校準儀器的回光效率，在金膜層12表面蒸鍍二氧化硅層13，既能夠對標準樣板中的循跡標記、臺階、柵格納米結構起到防護作用，也真實地模擬了亞表面測量中被測對象的實際表面狀態。由此可見，本發明的一種亞表面多參數納米標準樣板，能夠快速方便地用于亞表面光學形貌測量儀的校準，校準的準確性高。
[0050]
本發明提供的一種亞表面多參數納米標準樣板中，如圖1所示，所述一維柵格校準區域7a、7b和二維柵格校準區域8a、8b分別位于z向臺階校準區域2的兩側，為了能夠適應不同儀器的校準需求，所述基底板1上設有兩塊一維柵格校準區域7a、7b和兩塊二維柵格校準區域8a、8b，各一維柵格校準區域7a、7b和二維柵格校準區域8a、8b位于基底板1的四個邊角部位，一維柵格校準區域包括柵格寬度較大的大周期一維柵格校準區域7a和柵格寬度較小的小周期一維柵格校準區域7b，二維柵格校準區域包括柵格寬度較大的大周期二維柵格校準區域8a和柵格寬度較小的小周期二維柵格校準區域8b，同一塊一維柵格校準區域或二維柵格校準區域中的柵格尺寸相同，不同的一維柵格校準區域或二維柵格校準區域中的柵格尺寸不同。這樣，不同周期的柵格能夠進行不同需求的校準。
[0051]
如圖1所示，所述x向循跡標記4、y向循跡標記5和對準標記6均為三角形箭頭形狀，且箭頭均指向z向臺階校準區域2的中心，這樣，在儀器進行校準時，能夠通過循跡標記和對準標記6快速定位當前位置并到檢測區域。所述x向循跡標記4、y向循跡標記5和對準標記6外形尺寸均不相同，這樣就能夠通過識別循跡標記和對準標記6的尺寸來區分不同的循跡標記和對準標記6以區分不同的位置和方向。如圖1所示，所述y向循跡標記5的外形尺寸大于x向循跡標記4的外形尺寸，所述x向尋跡標記的外形尺寸大于對準標記6的外形尺寸，各循跡標記和對準標記6的形狀和外形尺寸可以根據情況進行設計。
[0052]
如圖1所示，兩個一維柵格校準區域分別位于基底板1的左上角、右上角，兩個二維柵格校準區域分別位于基底板1的左下角和右下角，z向臺階校準區域2位于基底板1的正中央。y向循跡標記5位于大周期柵格(基底板1左上角的一維柵格校準區域和基底板1左下角的二維柵格校準區域)和小周期柵格(基底板1右上角的一維柵格校準區域和基底板1右下角的二維柵格校準區域)之間，用于隔離大小周期的柵格，并指向z向臺階校準區域2。x向循跡標記4位于小尺寸一維柵格和小尺寸二維柵格之間，用于隔離一維和二維柵格，并指向z向臺階校準區域2。校準時，受儀器視場限制，無法看到標準樣板全貌，可根據箭頭方向確定各功能區域的相對位置，以便快速定位至待測特征。
[0053]
如圖1所示，所述z向臺階校準區域2的中心線兩側對稱地設有多對不同寬度的條形校準臺階3，靠近所述z向臺階校準區域2的中心線的條形校準臺階3寬度尺寸較大，遠離
所述z向臺階校準區域2的中心線的條形校準臺階3寬度尺寸較小。z向臺階校準區域2中包含五對不同寬度的條形校準臺階3，以滿足不同分辨率亞表面測量儀器的校準需求。z向臺階校準區域2內包含一對小尺寸對準標記6，對準標記6指向所有臺階高度結構的中間位置，用于校準時指示掃描位置和方向。
[0054]
本發明的一種亞表面多參數納米標準樣板的基底板1采用硅材料制成，校準區域及尋跡標記、對準標記6等微結構采用半導體工藝加工形成。如圖2所示，標準樣板共分為5層，分別對應4種不同材料。5層結構的材料從下至上分別為：硅材料制成的基底板1、二氧化硅層9、氮化硅層10、金膜層12、蒸鍍二氧化硅層13。所述二氧化硅層9較薄，通過硅材料制成的基底板1氧化生成，方便后續氮化硅層10的沉積；所述二氧化硅層13厚度較大，一般為幾微米至幾十微米，可根據校準需要進行精準調控，主要功能是覆蓋硅基底上的納米結構，形成亞表面；所述氮化硅層10的厚度可根據需要進行精確調控，以制備不同高度的臺階、柵格等結構；所述金膜層12厚度較薄，一般為數百納米，主要用于改善納米結構的表面粗糙度，提升標準樣板的表面反射率；蒸鍍二氧化硅層13能夠保護基底板1上的微結構且真實地模擬了亞表面測量中被測對象的實際表面狀態。蒸鍍二氧化硅層13的材料不限于二氧化硅這一種材料，可以是其他透明材料，視標準樣板的使用場景而定，主要目的是構建標準樣板的亞表面。
[0055]
與本發明的一種亞表面多參數納米標準樣板相應地，本發明還提供一種亞表面多參數納米標準樣板的制備方法，用于制備上述技術方案或其任一優選的技術方案所述的亞表面多參數納米標準樣板，請參考圖3a至圖3j，包括如下步驟：
[0056]
1)對硅材料基底板1的正面(形成微結構的一面為正面)進行氧化處理，生成一層二氧化硅層9；
[0057]
2)在二氧化硅層9上沉積一層氮化硅層10；
[0058]
3)在氮化硅層10旋涂一層光刻膠層11；
[0059]
4)采用光刻機對光刻膠層11進行光刻，刻蝕出循跡標記、臺階、柵格等所需要的圖案；
[0060]
5)刻蝕并剝離氮化硅層10和二氧化硅層9，形成循跡標記、臺階、柵格納米結構；
[0061]
6)去除光刻膠，在完成刻蝕的基底板1正面蒸鍍一層金膜層12；
[0062]
7)在金膜層12表面蒸鍍二氧化硅層13，并對蒸鍍的二氧化硅層13表面進行化學機械拋光，得到光滑平整的表面，完成樣板制備。
[0063]
在對基底板1進行氧化處理生成二氧化硅層9之前，還包括如下步驟：
[0064]
a)清洗基底板1，然后烘干，這樣能夠保證基底板1正面清潔，利于生成二氧化硅層9；
[0065]
在上述步驟2)中，采用低壓化學氣相沉積，沉積出氮化硅層10；
[0066]
在上述步驟5)中，通過刻蝕剝離氮化硅層10；刻蝕剝離二氧化硅層9，暴露硅基底；
[0067]
完成步驟5)之后，去除光刻膠，然后在蒸鍍形成金膜層12。
[0068]
圖3a表示基底板1清洗之后還沒有進行氧化處理時的狀態示意圖，圖3b顯示為基底板1上氧化處理生成一層二氧化硅層9的狀態示意圖，圖3c顯示為在二氧化硅層9上沉積出氮化硅層10的狀態示意圖，圖3d顯示為在氮化硅層10旋涂一層光刻膠層11的狀態示意圖，圖3e顯示為采用光刻機對光刻膠層11進行光刻，刻蝕出循跡標記、臺階、柵格等所需要
的圖案的狀態示意圖，圖3f顯示為刻蝕并剝離氮化硅層10的示意圖，圖3g顯示為刻蝕并剝離二氧化硅層9的示意圖，圖3h顯示為去除光刻膠后的狀態示意圖，圖3i顯示為完成蒸鍍形成金膜層12的狀態示意圖，圖3j顯示為完成蒸鍍二氧化硅層13，并對蒸鍍的二氧化硅層13表面進行化學機械拋光，得到光滑平整的表面，完成樣板制備的狀態示意圖。
[0069]
采用本發明所述工藝流程得到的標準樣板，尺寸精度高、性能穩定，可滿足大氣環境、真空或其他特殊環境下的使用要求。該方法可在硅基底制備納米臺階、一維柵格、二維柵格等結構，通過刻蝕和沉積過程的精準調控，獲取精確的結構尺寸，滿足不同類型亞表面測量儀器的校準需求。
[0070]
本發明制備的一種亞表面多參數納米標準樣板，可用于共聚焦顯微鏡、白光干涉顯微鏡、超聲原子力顯微鏡等亞表面測量儀器的校準及溯源，為亞表面幾何參數測量中的量值準確性提供保障，助力半導體、精密制造、國防軍工等戰略性新興產業的發展，具有高度產業利用價值。
[0071]
綜上所述，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0072]
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
