金属薄膜厚度测量方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种金属薄膜厚度测量方法。
【背景技术】
[0002] 在半导体器件的制作过程中，通常需要在晶圆上形成金属薄膜，以形成金属互连 层、金属薄膜电阻等，金属薄膜的厚度作为重要参数，对于最终形成的半导体器件的性能具 有重要的影响。所以，对与金属薄膜厚度的测量显得尤为重要。
[0003] 目前，现有的薄膜厚度测量技术主要有光路测量、方块电阻测量和X射线测量。光 路测量主要通过薄膜对光线的折射效应，通过测量入射光和出射光角度，获得薄膜厚度，但 是由于金属薄膜具有不透明的属性，光路测量无法正确测量其厚度;方块电阻测量方法则 是通过测量薄膜的方块电阻，得到薄膜的厚度，需要采用探针施加电压，获得电阻值，容易 对金属薄膜及晶圆造成损伤;X射线测量，采用X射线作为测量手段，由于X射线的能量较高， 也容易对金属薄膜及晶圆造成损伤，当晶圆上形成有器件时，采用上述方法容易对器件造 成损伤，造成产品失效。所以，在半导体器件的制作工艺流程中，上述方法均无法实现对在 线产品的金属薄膜厚度的测量。
[0004] 所以，亟需一种金属薄膜厚度的测量方法，以实现在线产品的金属薄膜厚度测量。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的问题是提供一种金属薄膜厚度测量方法，实现金属薄膜厚度的在线 测量。
[0006] 为解决上述问题，本发明提供一种金属薄膜厚度测量方法，包括:提供多个在线生 产的产品晶圆；在不同产品晶圆上分别形成不同厚度的金属薄膜;分别测量各个产品晶圆 形成金属薄膜后的曲率半径，获得曲率半径值;通过所述曲率半径值，计算各个产品晶圆的 翘曲高度，分别得到各个产品晶圆形成金属薄膜后的翘曲高度值，所述翘曲高度是指晶圆 上翘曲处与晶圆边缘所在水平面之间的距离;将多个产品晶圆上的金属薄膜厚度及其各自 对应的翘曲高度值进行数据拟合，获得金属薄膜厚度与翘曲高度值的关系式;提供待测量 产品晶圆，在所述待测量产品晶圆表面形成待测量金属薄膜;测量所述形成待测量金属薄 膜后的产品晶圆的曲率半径，获得待测量曲率半径值;通过所述待测量曲率半径值计算得 到待测量翘曲高度值;将所述待测量翘曲高度代入金属薄膜厚度与翘曲高度值的关系式 内，获得待测量金属薄膜厚度值。
[0007] 可选的，所述在线生产的产品晶圆的数量为两个以上。
[0008] 可选的，还包括:提供多个测试晶圆，在所述多个测试晶圆表面分别形成不同厚度 的测试金属薄膜，通过线下测量方式测量得到各个测试金属薄膜的厚度值;所述测试晶圆 的数量与产品晶圆的数量相同。
[0009] 可选的，将各个产品晶圆与测试晶圆一一对应，采用与在测试晶圆上形成测试金 属薄膜相同的工艺和工艺参数，在所述测试晶圆对应的产品晶圆上形成金属薄膜，使得产 品晶圆上的金属薄膜与对应的测试晶圆上的测试金属薄膜具有相同的厚度。
[0010] 可选的，产品晶圆上形成金属薄膜的沉积速率、沉积时间与所述产品晶圆所对应 的测试晶圆上形成测试金属薄膜的沉积速率、沉积时间相同。
[0011] 可选的，所述线下测量方式包括:x射线测量、方块电阻测量。
[0012] 可选的，所述金属薄膜的厚度大于0。
[0013] 可选的，提供一个产品晶圆，此时具有第一金属薄膜厚度，所述第一金属薄膜厚度 为〇,测量获得所述产品晶圆的曲率半径，得到第一曲率半径值;通过该第一曲率半径值计 算产品晶圆的翘曲高度，得到第一翘曲高度值;在所述产品晶圆表面形成金属薄膜，所述金 属薄膜具有第二金属薄膜厚度;测量表面形成金属薄膜后的产品晶圆的曲率半径，得到第 二曲率半径值;通过该第二曲率半径值计算表面形成金属薄膜后的产品晶圆的翘曲高度， 得到第二翘曲高度值;将产品晶圆表面形成金属薄膜前的第一金属薄膜厚度、第一翘曲高 度值与产品晶圆表面形成金属薄膜后的第二金属薄膜厚度、第二翘曲高度值进行数据拟 合，获得金属薄膜厚度与翘曲高度值的关系式。
[0014] 可选的，产品晶圆形成金属薄膜后的曲率半径为R，产品晶圆形成金属薄膜后的翘 曲高度值为Η，H=R-RXcos(ARC/2R)，ARC为晶圆的直径。
[0015] 可选的，金属薄膜的厚度与翘曲高度值呈线性关系。
[0016] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
[0017] 本发明的技术方案，提前获得所述金属薄膜的厚度与产品晶圆的翘曲高度值的关 系式，然后在对同样的产品晶圆上形成的待测金属薄膜厚度进行测量时，只需要通过测量 所述形成有待测金属薄膜的产品晶圆的待测量曲率半径值，通过计算，获得该形成有待测 金属薄膜的产品晶圆的待测量翘曲高度值，代入金属薄膜的厚度与产品晶圆的翘曲高度值 的关系式，就能得到待测金属薄膜的厚度值。从而将对金属薄膜厚度的测量转变为对产品 晶圆曲率半径的测量。由于对产品晶圆曲率半径的测量容易进行线上测量，并且不会对产 品晶圆造成损伤，所以，克服了现有技术对金属薄膜厚度进行测量时无法实现在线测量，以 及容易对产品晶圆造成损伤的问题。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的实施例中提供的广品晶圆不意图；
[0019] 图2是本发明的实施例中，在产品晶圆表面形成金属薄膜后的示意图；
[0020] 图3是本发明的实施例中，以W膜厚度为横坐标，翘曲高度为纵坐标所得到的拟合 曲线示意图。
【具体实施方式】
[0021] 如【背景技术】中所述，目前的几种薄膜厚度测量方法均无法完成在线产品的金属薄 膜厚度的测量。
[0022] 本发明的实施例中，通过对晶圆曲率半径的测量，推测金属薄膜的厚度，测量方法 简单，且不会对晶圆产生损伤。
[0023]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施例做详细的说明。
[0024]请参考图1，提供多个在线生产的产品晶圆100。
[0025]在线生产的产品晶圆是指经过多道工艺流程已经形成有器件的晶圆。由于线下测 量方法，容易对晶圆造成损伤，导致产品晶圆上的器件受到破坏，从而使得最终形成的产品 失效。
[0026] 所述在线生产的产品晶圆100的数量可以是一个或者两个以上。所述多个产品晶 圆均是采用同样的工艺、形成有相同材料层、相同器件的产品晶圆。本实施例中，仅提供一 个产品晶圆100。
[0027]所述产品晶圆100由于自身重力以及在所述产品晶圆100上形成的各个器件、材料 层的应力作用，所述产品晶圆100会发生翘曲，具有一定的曲率。
[0028] 可以通过应力测量机台，对所述产品晶圆100的曲率半径进行测量，获得所述产品 晶圆100的曲率半径值R1。在本发明的其他实施例中，也可以通过其他方法，测量产品晶圆 的曲率半径。此时，所述产品晶圆100表面未形成有金属薄膜，可以认为该产品晶圆100表面 的金属薄膜具有第一金属薄膜厚度，而该第一金属薄膜厚度为0。所以，此时，测量获得的曲 率半径R1为金属薄膜厚度为0时的曲率半径。
[0029]通过所述曲率半径R1，可以计算出所述产品晶圆100的翘曲高度。所述翘曲高度是 指产品晶圆100上翘曲处与产品晶圆100边缘所在水平面之间的距离。所述产品晶圆100的 翘曲高度值H1与曲率半径R1的关系为:HI=R1-R1Xcos(ARC/2R1)，其中，ARC为所述产品晶 圆100的直径，为已知数值。本实施例中，所述产品晶圆100的直径为200mm，所以HI=R1-R1 Xcos(0·2/2R1)〇
[0030]本实施例中，通过测量所述产品晶圆100的曲率半径，获得金属薄膜厚度hi= 0时， 产品晶圆1 〇〇的曲率半径值R1、翘曲高度值H1。
[0031] 请参考图2,在所述产品晶圆100表面形成金属薄膜101，所述金属薄膜101具有第 二金属薄膜厚度h2。
[0032] 由于在所述产品晶圆100表面形成金属薄膜101之后，由于金属薄膜101的重力以 及应力作用，所述产品晶圆100的翘曲程度发生变化。
[0033] 通过应力测量机台，对形成有金属薄膜101的所述产品晶圆100的曲率半径重新进 行测量，获得此时产品晶圆1〇〇的曲率半径值R2。此时，所述产品晶圆100表面的金属薄膜的 厚度为h2。所以，此时，测量获得的曲率半径值R2对应金属薄膜厚度为h2时的曲率半径。
[0034] 通过所述曲率半径R2,可以计算出形成有金属薄膜101的产品晶圆100的翘曲高 度。所述产品晶圆100的翘曲高度值H2与曲率半径R2的关系为:H2 =R2-R2Xc〇S(ARC/2R2)， 其中，ARC为所述产品晶圆100的直径，为已知数值。本实施例中，所述产品晶圆100的直径为 200mm，所以H2 =R2-R2Xcos(0·2/2R2)。
[0035] 而所述金属薄膜厚度h2的测量则可以采用线下测量方法进行。本实施例中，为了 避免线下测量方法对产品晶圆1〇〇造成损伤，采用如下方式获得金属薄膜厚度值h2:提供测 试晶圆，所述测试晶圆可以是普通的未形成有器件的晶圆；在所述测试晶圆上形成一定厚 度的测试金属薄膜，然后通过线下测量方法测量所述测试金属薄膜的厚度，获得所述测试 金属薄膜的厚度值;在所述产品晶圆100上形成金属薄膜101时，采用与形成所述测试金属 薄膜相同的沉积工艺、工艺参数形成所述金属薄膜101，从而使得形成的金属薄膜101与测 试金属薄膜的厚度相同。具体的，在形成金属薄膜101的过程中，与形成测试金属薄膜具有 相同的沉积速率和沉积时间。所述线下测量的方法包括:x射线测量、方块电阻测量。
[0036] 本实施例中，通过测量形成金属薄膜101后的产品晶圆100的曲率半径，获得金属 薄膜厚度为h2时，产品晶圆100的曲率半径值R2、翘曲高度值H2。
[0037] 最后，将产品晶圆100表面形成金属薄膜101前的第一金属薄膜厚度hi、第一翘曲 高度值H1与产品晶圆100表面形成金属薄膜101后的第二金属薄膜厚度h2、第二翘曲高度值 H2进行数据拟合，获得金属薄膜厚度h与翘曲高度值Η的关系式。
[0038] 具体的，所述第一金属薄膜厚度hi、第一翘曲高度值Η1构成数据点(hi、Η1)、所述 第二金属薄膜厚度h2、第二翘曲高度值Η2构成数据点(h2、H2)。发明人通过多次试验发现， 金属薄膜的厚度与产品晶圆的翘曲高度值呈线性关系，而根据两点决定一条直线的原