CN103075986B - 一种用于测量薄膜厚度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对现有技术中没有更好的方法来测量表层是易延展金属层的多层薄膜的各层厚度的缺陷，提供一种能够克服该缺陷的用于测量薄膜厚度的方法。本发明提供一种用于测量薄膜厚度的方法，该方法包括：在不破坏包括多层镀层的薄膜的最外层镀层的情况下，在所述薄膜的所述最外层镀层的表面上覆盖不易变形的保护层；将形成所述保护层后的所述薄膜进行固定；对固定后的所述薄膜进行研磨和抛光，以得到便于对各个镀层的厚度进行测量的剖面；基于所述剖面对各个镀层的厚度进行测量。

Description

一种用于测量薄膜厚度的方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种用于测量薄膜厚度的方法。

背景技术

在半导体领域中，出于保护等目的，通常会在基体上沉积薄膜。对薄膜的厚度进行测量的方法有多种。

对于微米量级的单层薄膜，常见的厚度测量方法通常是先采用腐蚀等方法对沉积在基体1上的薄膜2进行腐蚀以形成图1所示的台阶，之后利用台阶仪3对薄膜2的厚度进行测量，其中在进行厚度测量时，台阶仪3可以沿着图1中所示的箭头方向进行移动从而实现对薄膜2的厚度的测量。

对于包含性质相差比较大的两层镀层的金属薄膜（比如位于钢基体上的镍层和金层），可以用X荧光测厚仪对金属薄膜中各层镀层的厚度进行测量，但X荧光测厚仪能够测量的层数有限，一般不能超过两层，否则会给标定带来困难，造成测量结果不准确。

对于包含两层以上金属镀层的薄膜厚度的测量，常规上，对于质地比较硬的金属材料，比如铁、镍、铬等，可以在采用金相制样后，根据薄膜的厚度和所需的测量精度，利用光学显微镜或电子显微镜对薄膜的各层厚度进行测量，而且测量的层数不受限制。但对于表层是易延展金属层的包含两层以上金属镀层的薄膜而言，其厚度测量就比较复杂，原因如下：（1）X荧光测厚仪因受到层数限制而不能用其进行测量；（2）聚焦离子束（FIB）设备虽然测量准确但其成本昂贵，不适于工业生产的在线使用；（3）若采用金相制样的方式进行测量，则由于表层是易延展的金属层，所以在研磨、抛光过程中该易延展金属层容易被碾压变形，从而难以准确测量这种易延展金属层的厚度。图2和图3分别示出了采用FIB设备和金相制样法对位于铁镍合金基体上的包含镍层、金层、镍层、金层四层金属镀层的薄膜的各层厚度进行测量所得到的照片，其中图2和图3中的标号4都表示表层易延展金层。从图3可以看出，表层的易延展金层因碾压变形而已明显被展宽。

发明内容

本发明针对现有技术中没有更好的方法来测量表层是易延展金属层的多层薄膜的各层厚度的缺陷，提供一种能够克服该缺陷的用于测量薄膜厚度的方法。

本发明提供一种用于测量薄膜厚度的方法，该方法包括：

在不破坏包括多层镀层的薄膜的最外层镀层的情况下，在所述薄膜的所述最外层镀层的表面上覆盖不易变形的保护层；

将形成所述保护层后的所述薄膜进行固定；

对固定后的所述薄膜进行研磨和抛光，以得到便于对各个镀层的厚度进行测量的剖面；

基于所述剖面对各个镀层的厚度进行测量。

根据本发明的方法首先在不破坏包括多层镀层的薄膜的最外层镀层的情况下在所述薄膜的所述最外层镀层的表面上覆盖不易变形的保护层，并随后对薄膜进行固定、研磨、抛光和测量，由于所覆盖的保护层不易变形，所以即使最外层镀层是易延展的金属层，也不会在随后的研磨和抛光过程中使得该最外层镀层因被碾压变形而展宽，从而根据本发明的方法能够实现薄膜中各层镀层厚度的精确测量。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是采用台阶仪对薄膜厚度进行测量的示意图；

图2是用FIB设备对位于铁镍合金基体上的包含镍层、金层、镍层、金层四层金属镀层的薄膜的各层厚度进行测量所得到的照片；

图3是用金相制样方法对位于铁镍合金基体上的包含镍层、金层、镍层、金层四层金属镀层的薄膜的各层厚度进行测量所得到的照片；

图4是根据本发明一种实施方式的对薄膜厚度进行测量的流程图；

图5是根据本发明的方法中所采用的夹具的一种示意图；以及

图6示出采用根据本发明的方法对位于铁镍合金基体上的包含镍层、金层、镍层、金层四层金属镀层的薄膜的各层厚度进行测量所得到的照片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图4所示，根据本发明一种实施方式的用于测量薄膜厚度的方法包括：

S41、在不破坏包括多层镀层的薄膜的最外层镀层的情况下，在所述薄膜的所述最外层镀层的表面上覆盖不易变形的保护层。

不破坏最外层镀层的目的是确保测量的准确性。其中，所述保护层应当是高硬度的保护层，诸如为铁层、铬层、镍层等中的至少一者。而且，所述保护层可以通过溅射、电镀、化学镀、物理气相淀积、化学气相淀积等中的至少一种方法覆盖在所述最外层镀层的表面上。另外，选用不易变形的保护层的目的就是为了使得在后续的研磨、抛光过程中能够很好地固定尤其是易延展镀层的最外层镀层，从而避免尤其是易延展镀层的最外层镀层在后续的研磨、抛光过程中因被碾压变形而展宽。

S42、将形成所述保护层后的所述薄膜进行固定。

其中，对形成所述保护层后的所述薄膜进行固定可以包括：（1）用夹具对形成所述保护层后的所述薄膜进行固定，图5示出了一种示例性的夹具，该夹具包括上压板51、下压板52和螺丝53，当将被测薄膜50放置在上压板51与下压板52之间并用螺丝53将上压板51与下压板52固定在一起时就能够简单快捷地实现被测薄膜50的固定，但是本领域技术人员应当理解的是，所述夹具并不局限于图5所示的夹具，因为本发明对夹具的形状、大小、连接关系等都没有特别的限制，只要其能够实现固定被测薄膜50的目的即可；或者（2）用镶样的方法将形成所述保护层后的所述薄膜镶嵌在树脂中，其中，所述镶样可以包括热镶和冷镶。第一种方法与第二种方法相比，更为简单快捷，因为其免去了镶样方法中灌注树脂的固化时间，从而更有利于薄膜的快速测量。

S43、对固定后的所述薄膜进行研磨和抛光，以得到便于对各个镀层的厚度进行测量的剖面。

其中，研磨的目的是获得极小损伤的平表面，而这些微小的损伤在随后的抛光过程中用很短的时间就可以消除掉。所述研磨可以包括粗磨和精磨，粗磨是将所有被测样品的表面成为相似的表面，使用较为粗大的、固定的研磨颗粒可以迅速地研磨掉物质，而精磨会使样品有些微变形，但是这些变形在抛光过程中就会被消除掉。

S44、基于所述剖面对各个镀层的厚度进行测量。

其中，对于被测薄膜各层的厚度在几微米以上的情况，可以直接用光学显微镜对薄膜各层的厚度进行测量，对于被测薄膜各层的厚度在亚微米量级以及以下或需要精确测量的情况，可以使用电子显微镜对薄膜各层的厚度进行测量。

另外，在步骤S41之前，该方法还可以包括：在不影响所述最外层镀层的厚度的情况下，对所述最外层镀层的表面进行清洗。这样，如果最外层镀层的表面上存在着灰尘或其他杂质，清洗之后更有利于在最外层镀层的表面上覆盖不易变形的保护层。

图6示出采用根据本发明的方法对位于铁镍合金基体上的包含镍层、金层、镍层、金层四层金属镀层的薄膜的各层厚度进行测量所得到的照片，在该图中，标号60表示薄膜的最外层镀层即易延展的金层，标号61表示不易变形的保护层，从该图中可以看出，虽然根据本发明的方法也采用了研磨和抛光操作，但是最外层的易延展金层仍然没有被碾压变形，从而确保了薄膜厚度测量的准确性。

虽然本发明已通过上述实施例所公开，然而上述实施例并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以作各种的变动与修改。因此本发明的保护范围应当以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种用于测量薄膜厚度的方法，该方法包括：

在不破坏包括多层镀层的薄膜的最外层镀层的情况下，在所述薄膜的所述最外层镀层的表面上覆盖不易变形的保护层；

将形成所述保护层后的所述薄膜进行固定；

对固定后的所述薄膜进行研磨和抛光，以得到便于对各个镀层的厚度进行测量的剖面；

基于所述剖面对各个镀层的厚度进行测量。

2.根据权利要求1所述的用于测量薄膜厚度的方法，其中，所述保护层为铁层、铬层、镍层中的至少一者。

3.根据权利要求1所述的用于测量薄膜厚度的方法，其中，所述保护层通过溅射、电镀、化学镀、物理气相淀积、化学气相淀积中的至少一种方法覆盖在所述最外层镀层的表面上。

4.根据权利要求1所述的用于测量薄膜厚度的方法，其中，对形成所述保护层后的所述薄膜进行固定包括：

用夹具对形成所述保护层后的所述薄膜进行固定；或者

用镶样的方法将形成所述保护层后的所述薄膜镶嵌在树脂中。

5.根据权利要求4所述的用于测量薄膜厚度的方法，其中，所述镶样包括热镶和冷镶。

6.根据权利要求1所述的用于测量薄膜厚度的方法，其中，所述研磨包括粗磨和精磨。

7.根据权利要求1所述的用于测量薄膜厚度的方法，其中，所述基于所述剖面对各个镀层的厚度进行测量包括：

使用光学显微镜或电子显微镜来基于所述剖面对各个镀层的厚度进行测量。

8.根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的用于测量薄膜厚度的方法，其中，在所述薄膜的所述最外层镀层的表面上覆盖不易变形的保护层之前，该方法还包括：

在不影响所述最外层镀层的厚度的情况下，对所述最外层镀层的表面进行清洗。