金屬薄膜厚度測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬薄膜厚度測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在半導(dǎo)體器件的制作過(guò)程中，通常需要在晶圓上形成金屬薄膜，以形成金屬互連 層、金屬薄膜電阻等，金屬薄膜的厚度作為重要參數(shù)，對(duì)于最終形成的半導(dǎo)體器件的性能具 有重要的影響。所以，對(duì)與金屬薄膜厚度的測(cè)量顯得尤為重要。
[0003] 目前，現(xiàn)有的薄膜厚度測(cè)量技術(shù)主要有光路測(cè)量、方塊電阻測(cè)量和X射線測(cè)量。光 路測(cè)量主要通過(guò)薄膜對(duì)光線的折射效應(yīng)，通過(guò)測(cè)量入射光和出射光角度，獲得薄膜厚度，但 是由于金屬薄膜具有不透明的屬性，光路測(cè)量無(wú)法正確測(cè)量其厚度;方塊電阻測(cè)量方法則 是通過(guò)測(cè)量薄膜的方塊電阻，得到薄膜的厚度，需要采用探針施加電壓，獲得電阻值，容易 對(duì)金屬薄膜及晶圓造成損傷;X射線測(cè)量，采用X射線作為測(cè)量手段，由于X射線的能量較高， 也容易對(duì)金屬薄膜及晶圓造成損傷，當(dāng)晶圓上形成有器件時(shí)，采用上述方法容易對(duì)器件造 成損傷，造成產(chǎn)品失效。所以，在半導(dǎo)體器件的制作工藝流程中，上述方法均無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)在 線產(chǎn)品的金屬薄膜厚度的測(cè)量。
[0004] 所以，亟需一種金屬薄膜厚度的測(cè)量方法，以實(shí)現(xiàn)在線產(chǎn)品的金屬薄膜厚度測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種金屬薄膜厚度測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)金屬薄膜厚度的在線 測(cè)量。
[0006] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種金屬薄膜厚度測(cè)量方法，包括:提供多個(gè)在線生 產(chǎn)的產(chǎn)品晶圓；在不同產(chǎn)品晶圓上分別形成不同厚度的金屬薄膜;分別測(cè)量各個(gè)產(chǎn)品晶圓 形成金屬薄膜后的曲率半徑，獲得曲率半徑值;通過(guò)所述曲率半徑值，計(jì)算各個(gè)產(chǎn)品晶圓的 翹曲高度，分別得到各個(gè)產(chǎn)品晶圓形成金屬薄膜后的翹曲高度值，所述翹曲高度是指晶圓 上翹曲處與晶圓邊緣所在水平面之間的距離;將多個(gè)產(chǎn)品晶圓上的金屬薄膜厚度及其各自 對(duì)應(yīng)的翹曲高度值進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，獲得金屬薄膜厚度與翹曲高度值的關(guān)系式;提供待測(cè)量 產(chǎn)品晶圓，在所述待測(cè)量產(chǎn)品晶圓表面形成待測(cè)量金屬薄膜;測(cè)量所述形成待測(cè)量金屬薄 膜后的產(chǎn)品晶圓的曲率半徑，獲得待測(cè)量曲率半徑值;通過(guò)所述待測(cè)量曲率半徑值計(jì)算得 到待測(cè)量翹曲高度值;將所述待測(cè)量翹曲高度代入金屬薄膜厚度與翹曲高度值的關(guān)系式 內(nèi)，獲得待測(cè)量金屬薄膜厚度值。
[0007] 可選的，所述在線生產(chǎn)的產(chǎn)品晶圓的數(shù)量為兩個(gè)以上。
[0008] 可選的，還包括:提供多個(gè)測(cè)試晶圓，在所述多個(gè)測(cè)試晶圓表面分別形成不同厚度 的測(cè)試金屬薄膜，通過(guò)線下測(cè)量方式測(cè)量得到各個(gè)測(cè)試金屬薄膜的厚度值;所述測(cè)試晶圓 的數(shù)量與產(chǎn)品晶圓的數(shù)量相同。
[0009] 可選的，將各個(gè)產(chǎn)品晶圓與測(cè)試晶圓一一對(duì)應(yīng)，采用與在測(cè)試晶圓上形成測(cè)試金 屬薄膜相同的工藝和工藝參數(shù)，在所述測(cè)試晶圓對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品晶圓上形成金屬薄膜，使得產(chǎn) 品晶圓上的金屬薄膜與對(duì)應(yīng)的測(cè)試晶圓上的測(cè)試金屬薄膜具有相同的厚度。
[0010] 可選的，產(chǎn)品晶圓上形成金屬薄膜的沉積速率、沉積時(shí)間與所述產(chǎn)品晶圓所對(duì)應(yīng) 的測(cè)試晶圓上形成測(cè)試金屬薄膜的沉積速率、沉積時(shí)間相同。
[0011] 可選的，所述線下測(cè)量方式包括:x射線測(cè)量、方塊電阻測(cè)量。
[0012] 可選的，所述金屬薄膜的厚度大于0。
[0013] 可選的，提供一個(gè)產(chǎn)品晶圓，此時(shí)具有第一金屬薄膜厚度，所述第一金屬薄膜厚度 為〇,測(cè)量獲得所述產(chǎn)品晶圓的曲率半徑，得到第一曲率半徑值;通過(guò)該第一曲率半徑值計(jì) 算產(chǎn)品晶圓的翹曲高度，得到第一翹曲高度值;在所述產(chǎn)品晶圓表面形成金屬薄膜，所述金 屬薄膜具有第二金屬薄膜厚度;測(cè)量表面形成金屬薄膜后的產(chǎn)品晶圓的曲率半徑，得到第 二曲率半徑值;通過(guò)該第二曲率半徑值計(jì)算表面形成金屬薄膜后的產(chǎn)品晶圓的翹曲高度， 得到第二翹曲高度值;將產(chǎn)品晶圓表面形成金屬薄膜前的第一金屬薄膜厚度、第一翹曲高 度值與產(chǎn)品晶圓表面形成金屬薄膜后的第二金屬薄膜厚度、第二翹曲高度值進(jìn)行數(shù)據(jù)擬 合，獲得金屬薄膜厚度與翹曲高度值的關(guān)系式。
[0014] 可選的，產(chǎn)品晶圓形成金屬薄膜后的曲率半徑為R，產(chǎn)品晶圓形成金屬薄膜后的翹 曲高度值為Η，H=R-RXcos(ARC/2R)，ARC為晶圓的直徑。
[0015] 可選的，金屬薄膜的厚度與翹曲高度值呈線性關(guān)系。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 本發(fā)明的技術(shù)方案，提前獲得所述金屬薄膜的厚度與產(chǎn)品晶圓的翹曲高度值的關(guān) 系式，然后在對(duì)同樣的產(chǎn)品晶圓上形成的待測(cè)金屬薄膜厚度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，只需要通過(guò)測(cè)量 所述形成有待測(cè)金屬薄膜的產(chǎn)品晶圓的待測(cè)量曲率半徑值，通過(guò)計(jì)算，獲得該形成有待測(cè) 金屬薄膜的產(chǎn)品晶圓的待測(cè)量翹曲高度值，代入金屬薄膜的厚度與產(chǎn)品晶圓的翹曲高度值 的關(guān)系式，就能得到待測(cè)金屬薄膜的厚度值。從而將對(duì)金屬薄膜厚度的測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)產(chǎn)品 晶圓曲率半徑的測(cè)量。由于對(duì)產(chǎn)品晶圓曲率半徑的測(cè)量容易進(jìn)行線上測(cè)量，并且不會(huì)對(duì)產(chǎn) 品晶圓造成損傷，所以，克服了現(xiàn)有技術(shù)對(duì)金屬薄膜厚度進(jìn)行測(cè)量時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，以 及容易對(duì)產(chǎn)品晶圓造成損傷的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例中提供的廣品晶圓不意圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例中，在產(chǎn)品晶圓表面形成金屬薄膜后的示意圖；
[0020] 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例中，以W膜厚度為橫坐標(biāo)，翹曲高度為縱坐標(biāo)所得到的擬合 曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 如【背景技術(shù)】中所述，目前的幾種薄膜厚度測(cè)量方法均無(wú)法完成在線產(chǎn)品的金屬薄 膜厚度的測(cè)量。
[0022] 本發(fā)明的實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)晶圓曲率半徑的測(cè)量，推測(cè)金屬薄膜的厚度，測(cè)量方法 簡(jiǎn)單，且不會(huì)對(duì)晶圓產(chǎn)生損傷。
[0023]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0024]請(qǐng)參考圖1，提供多個(gè)在線生產(chǎn)的產(chǎn)品晶圓100。
[0025]在線生產(chǎn)的產(chǎn)品晶圓是指經(jīng)過(guò)多道工藝流程已經(jīng)形成有器件的晶圓。由于線下測(cè) 量方法，容易對(duì)晶圓造成損傷，導(dǎo)致產(chǎn)品晶圓上的器件受到破壞，從而使得最終形成的產(chǎn)品 失效。
[0026] 所述在線生產(chǎn)的產(chǎn)品晶圓100的數(shù)量可以是一個(gè)或者兩個(gè)以上。所述多個(gè)產(chǎn)品晶 圓均是采用同樣的工藝、形成有相同材料層、相同器件的產(chǎn)品晶圓。本實(shí)施例中，僅提供一 個(gè)產(chǎn)品晶圓100。
[0027]所述產(chǎn)品晶圓100由于自身重力以及在所述產(chǎn)品晶圓100上形成的各個(gè)器件、材料 層的應(yīng)力作用，所述產(chǎn)品晶圓100會(huì)發(fā)生翹曲，具有一定的曲率。
[0028] 可以通過(guò)應(yīng)力測(cè)量機(jī)臺(tái)，對(duì)所述產(chǎn)品晶圓100的曲率半徑進(jìn)行測(cè)量，獲得所述產(chǎn)品 晶圓100的曲率半徑值R1。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以通過(guò)其他方法，測(cè)量產(chǎn)品晶圓 的曲率半徑。此時(shí)，所述產(chǎn)品晶圓100表面未形成有金屬薄膜，可以認(rèn)為該產(chǎn)品晶圓100表面 的金屬薄膜具有第一金屬薄膜厚度，而該第一金屬薄膜厚度為0。所以，此時(shí)，測(cè)量獲得的曲 率半徑R1為金屬薄膜厚度為0時(shí)的曲率半徑。
[0029]通過(guò)所述曲率半徑R1，可以計(jì)算出所述產(chǎn)品晶圓100的翹曲高度。所述翹曲高度是 指產(chǎn)品晶圓100上翹曲處與產(chǎn)品晶圓100邊緣所在水平面之間的距離。所述產(chǎn)品晶圓100的 翹曲高度值H1與曲率半徑R1的關(guān)系為:HI=R1-R1Xcos(ARC/2R1)，其中，ARC為所述產(chǎn)品晶 圓100的直徑，為已知數(shù)值。本實(shí)施例中，所述產(chǎn)品晶圓100的直徑為200mm，所以HI=R1-R1 Xcos(0·2/2R1)〇
[0030]本實(shí)施例中，通過(guò)測(cè)量所述產(chǎn)品晶圓100的曲率半徑，獲得金屬薄膜厚度hi= 0時(shí)， 產(chǎn)品晶圓1 〇〇的曲率半徑值R1、翹曲高度值H1。
[0031] 請(qǐng)參考圖2,在所述產(chǎn)品晶圓100表面形成金屬薄膜101，所述金屬薄膜101具有第 二金屬薄膜厚度h2。
[0032] 由于在所述產(chǎn)品晶圓100表面形成金屬薄膜101之后，由于金屬薄膜101的重力以 及應(yīng)力作用，所述產(chǎn)品晶圓100的翹曲程度發(fā)生變化。
[0033] 通過(guò)應(yīng)力測(cè)量機(jī)臺(tái)，對(duì)形成有金屬薄膜101的所述產(chǎn)品晶圓100的曲率半徑重新進(jìn) 行測(cè)量，獲得此時(shí)產(chǎn)品晶圓1〇〇的曲率半徑值R2。此時(shí)，所述產(chǎn)品晶圓100表面的金屬薄膜的 厚度為h2。所以，此時(shí)，測(cè)量獲得的曲率半徑值R2對(duì)應(yīng)金屬薄膜厚度為h2時(shí)的曲率半徑。
[0034] 通過(guò)所述曲率半徑R2,可以計(jì)算出形成有金屬薄膜101的產(chǎn)品晶圓100的翹曲高 度。所述產(chǎn)品晶圓100的翹曲高度值H2與曲率半徑R2的關(guān)系為:H2 =R2-R2Xc〇S(ARC/2R2)， 其中，ARC為所述產(chǎn)品晶圓100的直徑，為已知數(shù)值。本實(shí)施例中，所述產(chǎn)品晶圓100的直徑為 200mm，所以H2 =R2-R2Xcos(0·2/2R2)。
[0035] 而所述金屬薄膜厚度h2的測(cè)量則可以采用線下測(cè)量方法進(jìn)行。本實(shí)施例中，為了 避免線下測(cè)量方法對(duì)產(chǎn)品晶圓1〇〇造成損傷，采用如下方式獲得金屬薄膜厚度值h2:提供測(cè) 試晶圓，所述測(cè)試晶圓可以是普通的未形成有器件的晶圓；在所述測(cè)試晶圓上形成一定厚 度的測(cè)試金屬薄膜，然后通過(guò)線下測(cè)量方法測(cè)量所述測(cè)試金屬薄膜的厚度，獲得所述測(cè)試 金屬薄膜的厚度值;在所述產(chǎn)品晶圓100上形成金屬薄膜101時(shí)，采用與形成所述測(cè)試金屬 薄膜相同的沉積工藝、工藝參數(shù)形成所述金屬薄膜101，從而使得形成的金屬薄膜101與測(cè) 試金屬薄膜的厚度相同。具體的，在形成金屬薄膜101的過(guò)程中，與形成測(cè)試金屬薄膜具有 相同的沉積速率和沉積時(shí)間。所述線下測(cè)量的方法包括:x射線測(cè)量、方塊電阻測(cè)量。
[0036] 本實(shí)施例中，通過(guò)測(cè)量形成金屬薄膜101后的產(chǎn)品晶圓100的曲率半徑，獲得金屬 薄膜厚度為h2時(shí)，產(chǎn)品晶圓100的曲率半徑值R2、翹曲高度值H2。
[0037] 最后，將產(chǎn)品晶圓100表面形成金屬薄膜101前的第一金屬薄膜厚度hi、第一翹曲 高度值H1與產(chǎn)品晶圓100表面形成金屬薄膜101后的第二金屬薄膜厚度h2、第二翹曲高度值 H2進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，獲得金屬薄膜厚度h與翹曲高度值Η的關(guān)系式。
[0038] 具體的，所述第一金屬薄膜厚度hi、第一翹曲高度值Η1構(gòu)成數(shù)據(jù)點(diǎn)(hi、Η1)、所述 第二金屬薄膜厚度h2、第二翹曲高度值Η2構(gòu)成數(shù)據(jù)點(diǎn)(h2、H2)。發(fā)明人通過(guò)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 金屬薄膜的厚度與產(chǎn)品晶圓的翹曲高度值呈線性關(guān)系，而根據(jù)兩點(diǎn)決定一條直線的原