[发明专利]金属膜膜厚量测系统及采用该系统进行膜厚量测的方法

说明书

本发明涉及一种金属膜膜厚量测系统及采用该系统进行膜厚量测的方法，该方法需要特定的金属膜膜厚的量测系统完成的，即将金属膜的厚度通过附加电极板和电源形成电路的方式，形成电容式模型电路等效结构，最终将反映到电容式模型电路等效结构中等效电容电压的变化，使得通过检测等效电容电压的变化来对金属膜厚度的量测成为可能。首先需要对整个膜厚测试系统进行标定,建立不同膜厚和电压的关系，然后再进行未知厚度的金属薄膜进行测量；即其通过采用已知的不同厚度的某金属薄膜样品进行标定，得到该类金属薄膜与电压的关系对照表，进而就能够对该类未知厚度的金属薄膜进行测量。本发明实现了另一种全新的量测手段，技术实现简单，量测精度高。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造设备技术领域，更具体地说，涉及在半导体金属线的形成工艺中的一种金属膜膜厚量测系统及采用该系统进行膜厚量测的方法。

背景技术

在半导体集成电路制造的工艺过程中，通常会使用到金属膜生长工艺，以在硅片或衬底的上方形成导电的金属互联线。金属互联线的形成工艺一般包括金属膜生长工艺和金属膜的去除工艺。例如，钨金属W的化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,简称CVD)填充、铝金属Al的CVD覆盖、铜金属Cu的电镀(Electrofill Copper Plating，简称ECP)填充以及上述金属的CMP去除等。在金属互联线的形成工艺过程中金属膜的厚度的量测就变得十分重要。

目前，业界在金属膜膜厚量测的方式分为接触式的四点探针接触式金属膜膜厚量测方式、电涡流非接触式金属膜膜厚量测方式和声波式金属膜厚量测方式。

请参阅图1，图1为现有技术中一种接触式的四点探针接触式金属膜膜厚量测模式的架构图。如图所示，该方法通过采用4个探针的头扎在金属膜上形成电流回路，即回路中的电流通过探针1经过金属膜和探针2形成回路，余下两个探针(探针3和4)用于测量电压，通过测量到的电压值计算金属膜的电阻，进而换算成金属膜的厚度。该方法的缺点是探针的头须与金属膜接触，造成金属膜表面刮伤；此方法在制造工厂里常用于作为设备状态模拟用的非产品无图形金属膜硅片上。

请参阅图2，图2为现有技术中电涡流非接触式金属膜膜厚量测模式的架构图。如图所示，两个分别独立的线圈绕在一轴上并靠近金属膜表面，将恒定电压1加在线圈1上产生电流1，电流1通过线圈1产生电磁场1，该电磁场1靠近金属膜表面时会在金属膜上产生电涡流，该电涡流会产生一个与电磁场1相反方向的抵抗电磁场2，需要说明的是，该抵抗电磁场2和金属膜的种类、厚度和密度等相关。两个电磁场大小之差是在线圈2上产生一个电流2，电流2通过线圈2产生了电压2，然后，通过检测线圈2上的电压就可以表征出金属膜的厚度。该方法虽然不接触到金属膜表面，但当金属膜薄到一定的程度时，其量测的结果数值并不一定准确。

请参阅图3，图3为现有技术中一种是声波式金属膜厚量测模式的架构图。如图所示，该方法通过超快雷射在金属膜表面产生声波，该声波往下传送到达金属膜底层界面产生声波回声并传递回金属膜表面，然后，通过侦测器来收集声波回声。也就是说，声波产生到声波回声收集的时间差就与金属膜的厚度成一定的比例关系。该方法在业界中已成熟使用，但具有很强的技术壁垒，并且，对测量仪器要求较高。

因此，如何能如何精准量测金属膜的膜厚，是目前业界急需解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属膜膜厚的量测系统和方法，其通过采用已知的不同厚度的某金属薄膜样品进行标定，得到该类金属薄膜与电压的关系对照表，进而就能够对该类未知厚度的金属薄膜进行测量。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：