[发明专利]一种用于集成电路制造中的集成式膜厚测量系统和方法

说明书

本发明公开了一种用于集成电路制造中的集成式膜厚测量系统和方法，包括用于将线偏振光聚焦在晶圆表面的待测点的入射光路和用于获取光谱以计算被测样品表面的椭偏参数的透射光路，还包括在透射光路分支出的两条用于通过折射获取额外光谱以计算被测样品表面的椭偏参数的折射光路。上述技术方案采用非常规光学系统，在线性偏振光经过晶圆反射后，反射光束被后续的准直系统准直，通过分光镜的反射和透射，分别进入不同的验偏器，然后被相应光路的聚焦系统聚焦相应的光谱仪的入射狭缝上，从而同时得到三个光谱，通过适当选择这三个验偏器的角度，可以解出被测样品表面的椭偏参数，降低了空间要求，大大提高计算效率。

技术领域

本发明涉及电子设备制造工序技术领域，尤其涉及一种用于集成电路制造中的集成式膜厚测量系统和方法。

背景技术

光谱椭偏仪是一种用途很广的科学仪器。它通过测量偏振光通过表面和表面的薄膜反射后，偏振态的变化来推算出薄膜的厚度、薄膜的光学折射率以及薄膜的其他性能，灵敏度极高，可以测到1/10原子大小的膜厚的变化。20多年前，光谱椭偏仪被集成电路制造行业采用，开始用来检测薄膜制造工艺中薄膜的厚度和折射率。几乎在同时，它又被用来测量集成电路光刻和刻蚀工艺中的线宽。经过20多年的发展，它已成为集成电路制造工艺中不可缺少的的检测设备。光谱椭偏仪在集成电路工艺发展的道路上也面临许多挑战。

有资料显示，集成电路制造工艺技术按照摩尔定律的速度快速发展，目前集成电路芯片制造工艺的最小线宽已经达到7纳米，已远远小于光谱椭偏仪光源的波长，造成其测量灵敏度下降。为提高光谱椭偏仪的测量灵敏度，行业中的研发人员不断从光源，探测器，入射角，偏振态的被测参数，椭偏仪的结构等方面改进。

中国专利文献CN103134456B公开了一种“膜厚测量方法及膜厚测量装置、半导体集成电路的制造方法”。具有：针对由被上下层叠在绝缘膜(1)上的导电层(2、3)(层叠膜、例如Ni层以及其上的Au层)构成的半导体基板的电极，在利用触针测量高低差的情况、或者使用激光等情况下，利用公知方法测量导电层(2、3)的厚度(电极高度)的步骤；和利用四探针法测量电极的表面电阻的步骤，根据由两个步骤获得到的层叠膜的膜厚(电极高度)和表面电阻值，利用计算式算出由上下层叠的导电层(2、3)构成的电极的上部覆膜、即导电层(3)的膜厚。上述技术方案膜厚测量装置尺寸大，对于空间要求高。

发明内容

本发明主要解决原有的技术方案膜厚测量装置尺寸大，对于空间要求高的技术问题，提供一种用于集成电路制造中的集成式膜厚测量系统和方法，采用非常规光学系统，在线性偏振光经过晶圆反射后，反射光束被后续的准直系统准直，通过分光镜的反射和透射，分别进入不同的验偏器，然后被相应光路的聚焦系统聚焦相应的光谱仪的入射狭缝上，从而同时得到三个光谱，通过适当选择这三个验偏器的角度，可以解出被测样品表面的椭偏参数，降低了空间要求，大大提高计算效率。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种用于集成电路制造中的集成式膜厚测量系统，包括：

入射光路，用于将线偏振光聚焦在晶圆表面的待测点；

透射光路，用于获取光谱以计算被测样品表面的椭偏参数；

折射光路，用于通过折射获取额外光谱以计算被测样品表面的椭偏参数。

作为优选，所述的入射光路包括：

光源，用于提供自然光；

光源小孔，用于控制晶圆上测量光斑的形状和尺寸；

准直系统和聚焦系统，用于根据光谱范围的需求选择透射式或反射式；

起偏器，用于从自然光中获得偏振光；

光源、光源小孔、起偏器、准直系统和第一聚焦系统、待测样品沿光路依次设置。