[发明专利]一种薄膜厚度的量测方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，且特别涉及一种透明或半透明薄膜厚度的量测方法。

背景技术

在半导体集成电路制造工艺中，经常需要对薄膜的厚度进行量测，而目前薄膜的量测方法主要包括以下几种：

直接量测：对薄膜进行断面制样，通过电子显微镜将断面切片放大，直接读出薄膜厚度，但是这种测量方法存在测量误差大，测量结果随机的缺点。

光学量测：利用椭偏仪等光学原理，通过复杂的光路和公式计算得出膜厚，但是这种测量方法的光路设计和结果推导过程复杂。

成分测量换算：利用X射线荧光光谱仪测出薄膜中原子的特征X射线，通过计算原子的数量换算成膜厚，但是这种测量方法这需要通过原子显微镜等其它量测方法进行标定。

发明内容

本发明提出一种薄膜厚度的量测方法，采用小角度X射线衍射，能够通过简单的计算公式得出薄膜厚度。

为了达到上述目的，本发明提出一种薄膜厚度量测方法，应用于半导体制造领域，包括下列步骤：

提供设定波长的X射线；

将所述X射线以设定角度入射所述薄膜；

对所述薄膜进行连续角度扫描，产生衍射峰，并得到薄膜衍射图谱；

根据布拉格衍射公式计算所述薄膜厚度。

进一步的，所述薄膜厚度采用下列公式计算：d＝90λ/π(θ2-θ1)，其中d为薄膜厚度，λ为X射线波长，θ2和θ1分别为所述薄膜衍射图谱中产生相邻波峰时的X射线入射角度。

进一步的，所述X射线的入射角度小于5度。

进一步的，所述X射线的波长为0.01nm～10nm。

进一步的，所述薄膜衍射图谱为等间距的波峰图谱。

进一步的，所述薄膜为透明或半透明薄膜。

本发明提出的薄膜厚度量测方法，采用固定波长的X射线小角度衍射，可以通过薄膜的小角度衍射图谱，通过布拉格公式的简单计算，推导出薄膜的厚度，节约了计算时间结果也较为准确，降低了生产成本，提高了生产效率。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例的薄膜厚度量测方法流程图。

图2所示为本发明较佳实施例的布拉格衍射示意图。

图3所示为本发明较佳实施例的X射线入射薄膜产生的小角度衍射图谱。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

X射线衍射中的布拉格条件为2dsinθ＝nλ，其中λ为X射线的波长，衍射的级数n为任何正整数，d和θ是对应的一组数据，当X射线以掠角θ(入射角的余角，又称为布拉格角)入射到晶体或部分晶体样品的某一具有点阵平面间距d的原子面上时，就能满足布拉格方程或者布拉格条件，从而产生三维衍射，衍射强度用感光照片或者闪烁接收器等进行接收、从而获得一组X射线粉末衍射图或资料。

请参考图1，图1所示为本发明较佳实施例的薄膜厚度量测方法流程图。本发明提出一种薄膜厚度量测方法，应用于半导体制造领域，包括下列步骤：

步骤S100：提供设定波长的X射线；

步骤S200：将所述X射线以设定角度入射所述薄膜；

步骤S300：对所述薄膜进行连续角度扫描，产生衍射峰，并得到薄膜衍射图谱；

步骤S400：根据布拉格衍射公式计算所述薄膜厚度。

请参考图2，图2所示为本发明较佳实施例的布拉格衍射示意图。假如波长为λ(0.01nm～10nm)的X射线，以角度θ入射膜厚为d的透明或半透明薄膜时，产生衍射峰，根据布拉格公式2dsinθ＝nλ，对薄膜进行小角度(θ＜5)扫描，得到如图3所示的薄膜的小角度衍射图谱。从图3中可以看出，在小角度区域形成等间距的波峰。

取其中两个相邻的波峰，θ2和θ1分别为所述薄膜衍射图谱中产生相邻波峰时的X射线入射角度，将θ1和θ2代入布拉格公式。

2dsinθ1＝n1*λ--------------------(1)

2dsinθ2＝n2*λ--------------------(2)

n2＝n1+1---------------------------(3)

将方程式(3)代入方程式(2)得到：

2dsinθ2＝(n1+1)*λ---------------(4)

方程式(4)减去方程式(1)得到：

2d(sinθ2-sinθ1)＝λ--------------(5)