[發明專利]一種測量晶圓殘余應力的裝置及其方法

有效

• 申請號: 201810945805.1
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109238523B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 梁冰
• 申請（專利權）人: 成都振芯科技股份有限公司
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;G01L5/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發明公開了一種測量晶圓殘余應力的組件及其方法，包括敏感結構和壓阻條，敏感結構由一個中心平板和從中心平板四周向外延伸的四個梁形臂構成，每個梁形臂上都設有壓阻條，梁形臂與晶圓襯底或待測表面，四個壓阻條連接構成應力測量電橋，該組件采用特殊的敏感結構，降低泊松比對應力的影響，用電學方式獲得敏感結構的應力，克服了光學方法無法測量鍵合后結構層應力的缺點，實現晶圓上殘余應力的測量，甚至包括晶圓鍵合工藝產生的殘余應力的測量。

技術領域

本發明涉及測量晶圓殘余應力的裝置及其方法，特別是測量MEMS工藝晶圓殘余應力的裝置及其方法。

背景技術

隨著微機械技術的發展，近年來已經有越來越多的MEMS器件實現了商用甚至軍用。其中，MEMS陀螺儀在汽車電子、慣性導航和便攜電子設備中取得了很大的成功。

MEMS器件通常包含梁和膜等可動結構，其特性會受到各工藝步驟殘余應力的影響，導致加工結果偏離設計值。通常會受到殘余應力影響的有彈性系數、諧振頻率、溫度特性和屈曲特性等。為了提高工藝質量，需要對工藝狀況進行監控，這就需要對其殘余應力進行測量。

根據IEC62047-16-2015，常規的殘余應力測量使用光學方法獲得材料由于殘余應力發生的形變，再換算出相應的應力。該類方法在常規工藝步驟時可以有非常好的測量效果，因為光學測量位移的精度很高。但是對于存在晶圓鍵合的器件工藝，如壓力傳感器和陀螺儀等，光學方法無法直接獲得鍵合后的結構層形變，因而無法直接獲得結構層上的殘余應力。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種測量晶圓殘余應力的裝置及其方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種測量晶圓殘余應力的裝置，包括：敏感結構和壓阻條，所述敏感結構由一個中心平板和從中心平板四周向外延伸的四個梁形臂構成，所述每個梁形臂上都設有所述壓阻條，所述梁形臂與晶圓襯底或待測表面連接，所述四個壓阻條連接構成應力測量電橋。

進一步的，還包括錨點，所述錨點設置在梁形臂的末端，所述錨點與晶圓襯底或待測表面相連，所述錨點將所述敏感結構懸空，以便使應力集中增加高應力區的應力。

進一步的，所述壓阻條設置于梁形臂上的高應力區。

進一步的，所述中心平板為方形平板，所述梁形臂位于方形平板各個邊的中央。

進一步的，所述相鄰兩個梁形臂上的壓阻條連接成為電橋的鄰臂，不相鄰兩個梁形臂上的壓阻條成為電橋的對臂。

進一步的，所述壓阻條為壓敏電阻。

進一步的，所述電橋為全橋或半橋。

進一步的，所述電橋為恒壓源電橋或恒流源電橋。

進一步的，所述電橋的一組對臂配置成感應橫向應力，另一組對臂則配置成感應縱向應力。

進一步的，所述電橋四個臂上的壓阻條的初始阻值相同。

進一步的，所述的中心平板上設置有減薄區域，所述減薄區域用于降低敏感結構整體的剛度，提高壓阻條附近的應力，從而提高輸出信號的幅度。

進一步的，所述敏感結構采用敏感膜質材料制成。

一種測量晶圓殘余應力的裝置用于測量晶圓殘余應力的方法，包括以下步驟：

S1：連接晶圓襯底或待測表面，將所述測量晶圓殘余應力的裝置的錨點與晶圓襯底或待測表面相連；

S2：配置測量電橋，包括以下子步驟：

將所述測量晶圓殘余應力的裝置的相鄰兩個梁形臂上的壓阻條連接成為電橋的鄰臂，不相鄰兩個梁形臂上的壓阻條成為電橋的對臂；