晶圆表面金属膜厚度测量方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种晶圆表面金属膜厚度测量方法。

背景技术：

晶圆生产过程中，会在其表面形成各种膜层，包括金属膜。其中，在形成金属膜的金属电镀工艺中，基底结构的致密区和疏松区的金属生长速率差异巨大。致密区的厚度会达到疏松区的厚度的两倍以上，这对后续金属研磨制程造成极大的挑战。若晶圆的致密区和疏松区的金属膜的厚度差异太大，则在进行金属研磨制程时，疏松区表面的金属膜已经完全磨掉，而致密区表面的金属膜还未被去除，其表面还有金属残留，会导致这层金属互联，使得器件短路，功能丧失。

目前，金属镀膜制程站点没有实时监测金属膜厚度的手段。通常需要在金属研磨制程之后才去测量金属层厚度，达不到实时监测的目的。由于在金属研磨制程之前无法实时监测金属膜厚度，所以为了使金属研磨制程后疏松区和致密区最终保留的金属互连线的厚度满足需求，电镀金属的时候就会增加电镀厚度，而厚度增加，电镀时间相应增加，电镀设备产出率降低，材料消耗增加，花费增大；同时，电镀厚度增加，后续金属研磨制程中，金属研磨设备产出率降低，研磨液使用量增加，产能降低，花费增大。

可见，金属膜厚度的实时监控对提高产能及节约成本均很重要。因此，亟需一种新的晶圆表面金属膜厚度的测量方法，克服上述问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种晶圆表面金属膜厚度测量方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种晶圆表面金属膜厚度测量方法，其包括如下步骤：获得常数参数：在晶圆表面的两个预设点处，获得声波在晶圆表面金属膜内传播的时间差；获得所述两个预设点处的表面高度差；将所述高度差及所述时间差的比值作为所述常数参数；晶圆表面金属膜厚度测量：在晶圆表面的测量点处，获得声波在晶圆表面金属膜内传播的时间，以所述时间与所述常数参数的乘积作为所述测量点处的金属膜厚度。

进一步，所述晶圆包括基底疏松区及基底致密区，在获得所述常数参数的步骤中，一个所述预设点位于所述基底疏松区，一个所述预设点位于所述基底致密区。

进一步，在获得所述常数参数的步骤中，获得声波在金属表面金属膜内传播的时间差的方法是，采用金属超快激光脉冲设备测量声波在各个所述预设点处的金属膜内传播的时间，并将获得的两个所述时间作差，得到所述时间差。

进一步，在获得所述常数参数的步骤中，获得所述两个预设点处的表面高度差的方法是：对包含所述预设点的晶圆表面区域进行形貌测量，以获得所述两个预设点处的表面高度差。

进一步，在晶圆表面的两个预设点处获得声波在金属表面金属膜内传播的时间差的步骤中使用的测量设备与在晶圆表面的测量点处获得声波在金属表面金属膜内传播的时间的步骤中使用的测量设备相同。

进一步，在获得常数参数的步骤中，设置多个预设点，并将所述预设点两两组合，获得多个所述高度差及所述时间差的比值，获取多个所述高度差及所述时间差的比值的平均值，并将其作为所述常数参数。

进一步，在获得常数参数的步骤中，设置多个预设点，并将所述预设点两两组合，获得多个所述高度差及多个所述时间差，取多个所述高度差的平均值及多个所述时间差的平均值的比值，将其作为所述常数参数。

进一步，在获得常数参数的步骤中，两个所述预设点的高度差大于一设定值。

进一步，在晶圆表面金属膜厚度测量的步骤中，在所述晶圆的一设定区域，获取多个测量点，在每一测量点处获得声波在金属表面金属膜内传播的时间，获取多个时间的平均值，以所述多个时间的平均值与所述常数参数的乘积作为所述设定区域的金属膜厚度。

进一步，在晶圆表面金属膜厚度测量的步骤中，在所述晶圆的一设定区域，获取多个测量点，在每一测量点处获得声波在金属表面金属膜内传播的时间，以所述时间与所述常数参数的乘积作为所述测量点处的金属膜厚度，获取多个所述金属膜厚度的平均值，并将其作为所述设定区域的金属膜厚度。

本发明的一个优点在于，能够实时监测晶圆表面金属膜的厚度，且测量准确度高，大大提高了产能，节约了成本。

本发明的另一优点在于，本发明晶圆表面金属膜厚度测量方法无需破坏晶圆即可获得两个预设点处的表面高度差，避免晶圆被破坏，提供了一种无损测量方法。

附图说明

图1是本发明第一实施例的晶圆表面金属膜厚度测量方法的步骤示意图；

图2是本发明晶圆表面金属膜厚度测量方法的晶圆表面俯视示意图；

图3是本发明晶圆表面金属膜厚度测量方法的预设点a处与预设点b处的表面高度差的示意图；

图4是本发明第二实施例的晶圆表面金属膜厚度测量方法的步骤示意图；

图5是本发明晶圆表面金属膜厚度测量方法的晶圆表面俯视示意图；

图6是本发明第三实施例的晶圆表面金属膜厚度测量方法的步骤示意图；

图7是本发明第四实施例的晶圆表面金属膜厚度测量方法的步骤示意图；

图8是本发明晶圆表面金属膜厚度测量方法的晶圆表面俯视示意图；

图9是本发明第五实施例的晶圆表面金属膜厚度测量方法的步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的晶圆表面金属膜厚度测量方法的具体实施方式做详细说明。

如背景技术所述，金属镀膜制程站点没有实时监测金属膜厚度的手段。通常需要在金属研磨制程之后才去测量金属层厚度，达不到实时监测的目的，且为了使金属研磨制程后疏松区和致密区最终保留的金属互连线的厚度满足需求，电镀金属的时候就会增加电镀厚度，造成产能降低，花费增大。

因此，本发明提供一种晶圆表面金属膜厚度测量方法，其能够在金属镀膜制程站点实时监测晶圆表面金属膜厚度，以为后续的金属研磨制程提供参考，从而避免在金属镀膜制程中形成过厚的金属膜，提高产能，节约成本。

图1是本发明第一实施例的晶圆表面金属膜厚度测量方法的步骤示意图，请参阅图1，本发明晶圆表面金属膜厚度测量方法包括如下步骤：

步骤s10，获得常数参数：在晶圆表面的两个预设点处，获得声波在晶圆表面金属膜内传播的时间差；获得所述两个预设点处的表面高度差；将所述高度差及所述时间差的比值作为所述常数参数。

在该步骤中，在晶圆表面设置两个预设点。图2是晶圆表面俯视示意图，请参阅图2，在晶圆100的表面设置两个预设点a及b。在本实施例中，获得常数参数的方法具体描述如下：

在预设点a处，获取声波在金属表面金属膜内传播的时间t1，在预设点b处，获取声波在金属表面金属膜内传播的时间t2。将预设点a处的传播时间t1与预设点b处的传播时间t2作差，获得声波在金属表面金属膜内传播的时间差t。其中，在本实施例中，可使用金属超快激光脉冲设备作为测量设备，获取预设点a及预设点b处的声波传播时间，进而获得时间差。具体地说，金属超快激光脉冲设备发出的激光打在金属表面预设点a，激光会产生声波，声波在金属层内传播，经过一段时间t1声波又会返回到预设点a，该时间t1即为在预设点a处声波在金属层内的传播时间；金属超快激光脉冲设备发出的激光打在金属表面预设点b，激光会产生声波，声波在金属层内传播，经过一段时间t2声波又会返回到预设点b，该时间t2即为在预设点b处声波在金属层内的传播时间。

在本发明其他实施例中，也可采用本领域技术人员熟知的其他设备作为测量设备。

在预设点a处，获得晶圆表面的高度，在预设点b处，获得晶圆表面的高度，将预设点a处的高度与预设点b处的高度做差，获得预设点a处与预设点b处的表面高度差。如图3所示，其为预设点a处与预设点b处的表面高度差的示意图，在预设点a处的表面高度高于预设点b处的表面高度，两者的高度差为h。其中，在本实施例中，对包含所述预设点a及预设点b的晶圆表面区域进行形貌测量，以获得所述两个预设点处的表面高度差。例如，采用原子力显微镜对包含所述预设点a及预设点b的晶圆表面区域进行形貌测量，以获得所述两个预设点处的表面高度差。

取所述高度差h及所述时间差t的比值h/t，并将其作为所述常数参数。

可以理解的是，所述高度差h及所述时间差t的数值越小，对所述比值的准确度的影响越大，因此，在选取预设点a及预设点b时，尽量使预设点a及预设点b的高度差h较大，以提高所述常数参数的准确度。

例如，在本实施例中，所述晶圆100包括基底疏松区101及基底致密区102。在晶圆表面电镀形成金属膜时，在所述基底疏松区101表面形成的金属膜的厚度较薄，在基底致密区102表面形成的金属膜的厚度较厚，因此，预设点a选取在基底致密区102，预设点b选取在基底疏松区101，以使得预设点a及预设点b的高度差h及时间差t均较大，从而提高获得的常数参数的准确度。

步骤s11，晶圆表面金属膜厚度测量：在晶圆表面的测量点处，获得声波在金属表面金属膜内传播的时间，以所述时间与所述常数参数的乘积作为所述测量点处的金属膜厚度。

在该步骤中，在晶圆表面任选一需要获得其厚度的测量点。如图2所示，在晶圆基底疏松区101表面选择测量点x1。在测量点x1处，获得声波在晶圆表面金属膜内传播的时间t3。其中，在本实施例中，为了提高测量准确度，获得测量点x处的声波传播时间的设备与获得预设点a及预设点b处的声波传播时间的测量设备相同。例如，两者均采用金属超快激光脉冲设备作为测量设备。

以声波在晶圆表面金属膜内传播的时间t3与所述常数参数(即步骤s10获得的所述高度差h及所述时间差t的比值h/t)的乘积作为所述测量点x1处的金属膜厚度。

若要再测量其他测量点的金属膜厚度，例如测量晶圆基底致密区102表面测量点x2的金属膜厚度，则在测量点x2处，获得声波在晶圆表面金属膜内传播的时间t4，以声波在晶圆表面金属膜内传播的时间t4与所述常数参数(即步骤s10获得的所述高度差h及所述时间差t的比值h/t)的乘积作为所述测量点x2处的金属膜厚度。

依此类推，可测量晶圆表面任何位置处的金属膜厚度。

本发明晶圆表面金属膜厚度测量方法能够实时监测晶圆表面金属膜的厚度，且测量准确度高，大大提高了产能，节约了成本。并且，本发明晶圆表面金属膜厚度测量方法无需破坏晶圆即可获得两个预设点处的表面高度差，避免晶圆被破坏，提供了一种无损测量方法。

在第一实施例中，在获得常数参数的步骤中，仅选取了两个预设点a及预设点b。而为了进一步提高测量的准确度，在本发明其他实施例中，在获得常数参数的步骤中，可设置多个预设点。

本发明还提供了一第二实施例。所述第二实施例与所述第一实施例的区别在于，在获得常数参数的步骤中，可设置多个预设点。图4是本发明第二实施例的晶圆表面金属膜厚度测量方法的步骤示意图，请参阅图4，本发明测量方法包括如下步骤：

步骤s40，设置多个预设点，并将所述预设点两两组合，获得多个所述高度差及所述时间差的比值，获取多个所述高度差及所述时间差的比值的平均值，并将其作为所述常数参数。

举例说明，如图5所示，其是晶圆表面俯视示意图，在晶圆表面设置预设点a、预设点b、预设点c、预设点d，其中，所述预设点a及所述预设点c位于基底致密区102，所述预设点b及预设点d位于基底疏松区101；将预设点a与预设点b作为一对组合，将预设点c与预设点d作为一对组合，分别获得每对组合的所述高度差及所述时间差的比值；取所述比值的平均值，作为所述时间常数。

可以理解的是，在本实施例中，仅示意性列举四个预设点，在本发明其他实施例中，为了进一步提高测量的准确度，则可根据实际需求设置四个及以上的预设点。

步骤s41，晶圆表面金属膜厚度测量：在晶圆表面的测量点处，获得声波在晶圆表面金属膜内传播的时间，以所述时间与所述常数参数的乘积作为所述测量点处的金属膜厚度。该步骤与第一实施例的步骤s11相同，不再赘述。

本发明还提供了一第三实施例。所述第三实施例与所述第二实施例的区别在于，获得所述比值的方法不同。图6是本发明第三实施例的晶圆表面金属膜厚度测量方法的步骤示意图，请参阅图6，本发明测量方法包括如下步骤：

步骤s60，设置多个预设点，并将所述预设点两两组合，获得多个所述高度差及多个所述时间差，取多个所述高度差的平均值及多个所述时间差的平均值的比值，将其作为所述常数参数。

举例说明，如图5所示，其是晶圆表面俯视示意图，在晶圆表面设置预设点a、预设点b、预设点c、预设点d，其中，所述预设点a及所述预设点c位于基底致密区102，所述预设点b及预设点d位于基底疏松区101；将预设点a与预设点b作为一对组合，将预设点c与预设点d作为一对组合，分别获得每对组合的所述高度差及所述时间差；取多个所述高度差的平均值及多个所述时间差的平均值；获得所述高度差的平均值与所述时间差的平均值的比值，将其作为所述常数参数。

可以理解的是，在本实施例中，仅示意性列举四个预设点，在本发明其他实施例中，为了进一步提高测量的准确度，则可根据实际需求设置四个及以上的预设点。

步骤s61，晶圆表面金属膜厚度测量：在晶圆表面的测量点处，获得声波在晶圆表面金属膜内传播的时间，以所述时间与所述常数参数的乘积作为所述测量点处的金属膜厚度。该步骤与第一实施例的步骤s11相同，不再赘述。

在上述各个实施例中，在晶圆表面金属膜厚度测量的步骤中，仅选取了一个测量点，并对其进行厚度测量。而在某些情况下，需要获得某个设定区域的平均厚度。因此，本发明还提供了第四实施例。所述第四实施例与第一实施例的区别在于，第四实施例能够获得某一设定区域的平均厚度。图7是本发明第四实施例的晶圆表面金属膜厚度测量方法的步骤示意图，请参阅图7，本发明测量方法包括如下步骤：

步骤s70，获得常数参数：在晶圆表面的两个预设点处，获得声波在金属表面金属膜内传播的时间差；获得所述两个预设点处的表面高度差；将所述高度差及所述时间差的比值作为所述常数参数。该步骤与第一实施例的步骤s10相同，不再赘述。

步骤s71，在所述晶圆的一设定区域，获取多个测量点，在每一测量点处获得声波在金属表面金属膜内传播的时间，获取多个时间的平均值，以所述多个时间的平均值与所述常数参数的乘积作为所述设定区域的金属膜厚度。

举例说明，如图8所示，其是晶圆表面俯视示意图，在所述晶圆的一设定区域103(如图中虚线框所圈示区域)，获取多个测量点x1、x2、x3、x4、x5；在每一测量点处获得声波在金属表面金属膜内传播的时间t1、t2、t3、t4、t5；获取时间t1、t2、t3、t4、t5的平均值t；以所述多个时间的平均值t与步骤s70获得的所述常数参数的乘积作为所述设定区域103的金属膜厚度。

在本实施例中，仅示意性列举了5个测量点，在其他实施例中，若要提高测量的精度及准确度，可选取多个测量点，例如10个、20个等。

本发明还提供一第五实施例。所述第五实施例与第四实施例的区别在于，获得所述金属膜厚度的平均值的方法不同。具体地说，请参阅图9，其为本发明第五实施例的晶圆表面金属膜厚度测量方法的步骤示意图，本发明测量方法包括如下步骤：

步骤s90，获得常数参数：在晶圆表面的两个预设点处，获得声波在金属表面金属膜内传播的时间差；获得所述两个预设点处的表面高度差；将所述高度差及所述时间差的比值作为所述常数参数。该步骤与第一实施例的步骤s10相同，不再赘述。

步骤s91，在所述晶圆的一设定区域，获取多个测量点，在每一测量点处获得声波在金属表面金属膜内传播的时间，以所述时间与所述常数参数的乘积作为所述测量点处的金属膜厚度，获取多个所述金属膜厚度的平均值，并将其作为所述设定区域的金属膜厚度。

举例说明，如图8所示，在所述晶圆的所述设定区域103(如图中虚线框所圈示区域)，获取多个测量点x1、c2、c3、c4、c5；在每一测量点处获得声波在金属表面金属膜内传播的时间t1、t2、t3、t4、t5；以所述时间与步骤90获得的所述常数参数的乘积作为所述测量点处的金属膜厚度，分别为h1、h2、h3、h4及h5；获取多个所述金属膜厚度h1、h2、h3、h4及h5的平均值，并将其作为所述设定区域的金属膜厚度。

在本实施例中，仅示意性列举了5个测量点，在其他实施例中，若要提高测量的精度及准确度，可选取多个测量点，例如10个、20个等。

本发明晶圆表面金属膜厚度测量方法能够对晶圆表面金属膜厚度进行实时监控，且不会破坏晶圆，大大提高了检测速度，且提高产能，节约成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。