本發(fā)明屬于金屬薄膜厚度測量領(lǐng)域，特別涉及一種金屬薄膜厚度測量方法。

背景技術(shù)：

隨著集成電路、太陽能電池、薄膜探測器等應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的金屬薄膜厚度測量技術(shù)面臨諸多限制，例如：臺階儀、掃描電子顯微鏡等測量方法無法實(shí)現(xiàn)薄膜厚度的無損、在線監(jiān)測，橢偏法、白光干涉法等光學(xué)方法難以實(shí)現(xiàn)非透明薄膜的膜厚測量。因此，該領(lǐng)域迫切需要一種無損且對薄膜透光性沒有要求的膜厚測量方法。

國外Usanov等人基于微波反射法測量了金屬薄膜厚度，該方法難以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性良好且膜厚較厚的薄膜厚度測量；Karel等人基于微波干涉法進(jìn)行了金屬薄膜厚度的測量，該方法測量電路復(fù)雜、且分辨率在微米量級，難以實(shí)現(xiàn)亞微米量級的膜厚測量；Ho等人采用介質(zhì)諧振腔技術(shù)進(jìn)行膜厚測量，該方法要求樣品形貌與圓柱諧振腔尺寸匹配，對于樣品的制備要求很高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種基于微波透射法的金屬薄膜厚度測量方法，利用四探針、臺階儀或掃描電子顯微鏡、波導(dǎo)傳輸線對校準(zhǔn)樣品進(jìn)行方塊電阻、膜厚、插損測量，依據(jù)測量結(jié)果獲得插損-膜厚關(guān)聯(lián)系數(shù)，通過利用波導(dǎo)傳輸線進(jìn)行插損測試獲得金屬膜厚。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于微波透射法的金屬薄膜厚度測量方法，包括如下步驟：

(1)在基體上沉積金屬薄膜，獲得待測樣品；

(2)選取與待測樣品工藝參數(shù)中除膜厚控制參數(shù)(沉積時(shí)間)外其余參數(shù)相同的樣品作為校準(zhǔn)樣品；將校準(zhǔn)樣品置于兩段直波導(dǎo)傳輸線的法蘭之間并用固定，在輸入波導(dǎo)側(cè)饋入指定頻率的正弦微波信號，并在接收波導(dǎo)側(cè)接收經(jīng)由校準(zhǔn)樣品透射過來的正弦微波信號，用饋入微波幅度減去接收到的微波幅度得到嵌入校準(zhǔn)樣品后的波導(dǎo)插入損耗I_L；

(3)測量校準(zhǔn)樣品的方塊電阻R_S；

(4)測量校準(zhǔn)樣品的金屬膜厚h；

(5)由所測方塊電阻R_S和金屬膜厚h計(jì)算得到金屬薄膜電導(dǎo)率σ＝1/(R_S*h)；

(6)由波導(dǎo)插入損耗I_L及方塊電阻R_S得到插損-膜厚關(guān)聯(lián)系數(shù)C＝(10^(I_L/20)-1)*R_S；

(7)將校準(zhǔn)樣品替換為待測樣品置于兩段直波導(dǎo)傳輸線的法蘭之間并固定，并測量此時(shí)的波導(dǎo)插入損耗I_L,m；

(8)計(jì)算待測樣品膜厚為h_m＝(10^(I_L,m/20)-1)/(σC)。

進(jìn)一步的，步驟(1)中通過磁控濺射沉積工藝、熱蒸發(fā)工藝或電子束蒸發(fā)工藝在基體上沉積金屬薄膜。

進(jìn)一步的，所述基體為絕緣襯底或半導(dǎo)體襯底。

進(jìn)一步的，步驟(3)中采用四探針測試儀測量校準(zhǔn)樣品的方塊電阻R_S。

進(jìn)一步的，步驟(4)中采用臺階儀或掃描電子顯微鏡測量校準(zhǔn)樣品的金屬膜厚h。

進(jìn)一步的，步驟(2)和步驟(7)中采用插損測量裝置測量波導(dǎo)插入損耗I_L和波導(dǎo)插入損耗I_L,m。

進(jìn)一步的，所述插損測量裝置為網(wǎng)絡(luò)分析儀或類似微波信號發(fā)射與檢測裝置。

一種基于微波透射法的金屬薄膜厚度測量方法，包括如下步驟：選取與待測樣品工藝參數(shù)中除膜厚控制參數(shù)外其余參數(shù)相同的樣品作為校準(zhǔn)樣品；測量校準(zhǔn)樣品的方塊電阻、膜厚、插損；依據(jù)校準(zhǔn)樣品測試數(shù)據(jù)獲得金屬薄膜插損-膜厚關(guān)系曲線；測量待測樣品的插損；依據(jù)插損-膜厚關(guān)系曲線和待測樣品的插損計(jì)算得到待測樣品的金屬薄膜厚度。

進(jìn)一步的，插損測量基于波導(dǎo)傳輸線完成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明選取與待測樣品相同工藝條件的一個(gè)樣品作為校準(zhǔn)樣品，利用四探針測量校準(zhǔn)樣品的方塊電阻，利用臺階儀或掃描電子顯微鏡測量校準(zhǔn)樣品的膜厚，利用波導(dǎo)傳輸線和插損測量裝置測量校準(zhǔn)樣品的插損，依據(jù)方塊電阻、膜厚、插損測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理獲得“插損-膜厚”關(guān)聯(lián)系數(shù)，測量待測樣品的插損并依據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算得到待測樣品膜厚。本發(fā)明將微波透射法(具體表現(xiàn)為對嵌入薄膜樣品后的波導(dǎo)插損進(jìn)行測量)應(yīng)用于絕緣或半導(dǎo)體襯底表面亞微米金屬薄膜的厚度測量，該方法可以無損地對非透明薄膜進(jìn)行膜厚測量，膜厚測量范圍涵蓋了亞微米范圍；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)無損測量金屬膜厚，而且能廣泛應(yīng)用于集成電路、太陽能電池、探測器等領(lǐng)域，具有一定的普適性。

附圖說明

圖1基于微波透射法的膜厚測量原理圖；

圖2磁控濺射銀薄膜膜厚與插損關(guān)系圖；

圖3磁控濺射銀薄膜的掃頻插損測試結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)描述。

如圖1所示，以磁控濺射沉積工藝為例說明，本發(fā)明為一種基于微波透射法的金屬薄膜厚度測量方法，包括以下步驟：

(1)將金屬薄膜3采用磁控濺射沉積工藝、熱蒸發(fā)或電子書蒸發(fā)沉積到基底2(絕緣或半導(dǎo)體襯底)表面，得到待測樣品；

(2)選取與待測樣品工藝參數(shù)相同(膜厚控制參數(shù)除外)的樣品作為校準(zhǔn)樣品；將校準(zhǔn)樣品置于兩段直波導(dǎo)傳輸線1的法蘭之間，并用螺栓將法蘭固定，使用插損測量裝置(比如網(wǎng)絡(luò)分析儀)測量波導(dǎo)插入損耗I_L(在輸入波導(dǎo)側(cè)饋入指定頻率的正弦微波信號，并在接收波導(dǎo)側(cè)接收經(jīng)由校準(zhǔn)樣品透射過來的正弦微波信號，用饋入微波幅度減去接收到的微波幅度得到嵌入校準(zhǔn)樣品后的波導(dǎo)插入損耗I_L)；

(3)采用四探針測試儀測量校準(zhǔn)樣品的方塊電阻R_S(見表1第二列)；

(4)采用臺階儀或掃描電子顯微鏡測量校準(zhǔn)樣品的金屬膜厚h(見表1第三列)；

(5)由所測校準(zhǔn)樣品的方塊電阻R_S和金屬膜厚h計(jì)算得到金屬薄膜電導(dǎo)率σ＝1/(R_S*h)(見表1第四列)；

(6)由校準(zhǔn)樣品的插損I_L及方塊電阻R_S得到插損-膜厚關(guān)聯(lián)系數(shù)C＝(10^(I_L/20)-1)*R_S；

(7)將校準(zhǔn)樣品替換為待測樣品置于兩段直波導(dǎo)傳輸線1的法蘭之間并固定，并測量此時(shí)波導(dǎo)插入損耗I_L,m(見表1第五列)；

(8)計(jì)算待測樣品膜厚為h_m＝(10^(I_L,m/20)-1)/(σC)(見表1第六列)。

如圖2所示，給出了膜厚與插損之間的依賴關(guān)系，可以看到實(shí)測結(jié)果(方塊)與理論結(jié)果(實(shí)線)吻合良好(見表1第七列的膜厚相對誤差絕對值)；

如圖3所示，給出了在掃頻測試條件下得到的4個(gè)樣品的插損曲線，其中第四個(gè)樣品給出了兩次測量的結(jié)果，可以看到測試結(jié)果具有良好可重復(fù)性；

表1玻璃襯底表面磁控濺射銀薄膜實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果

第一列為樣品編號，第二列為方塊電阻測試結(jié)果，第三列為SEM測量得到的膜厚，第四列為依據(jù)方塊電阻和膜厚得到的電導(dǎo)率，第五列為波導(dǎo)插損測量結(jié)果，第六列為依據(jù)插損測量結(jié)果計(jì)算得到的膜厚，第七列為膜厚相對誤差?？梢钥吹讲捎帽痉椒ǖ玫降南鄬φ`差小于7％，從而驗(yàn)證了本方法的合理性。