应力测量结构与应力测量方法与流程

1.本发明涉及一种测量结构与测量方法，且特别是涉及一种应力测量结构与应力测量方法。


背景技术：

2.在目前的应力测量方法中，会先在监控晶片上形成待测材料层，再通过测量监控晶片的半径变化来获得待测材料层的应力。然而，上述应力测量方法仅能测量全局应力(global stress)，并无法测量局部应力(local stress)。


技术实现要素：

3.本发明提供一种应力测量结构与应力测量方法，其可用以测量待测材料层的局部应力。
4.本发明提出一种应力测量结构，包括基底、支撑层、材料层与多个标记。支撑层设置在基底上。材料层设置在支撑层上。在材料层中具有暴露出支撑层的沟槽。材料层包括主体与悬臂梁(cantilever beam)。沟槽位于悬臂梁与主体之间且将悬臂梁与主体部分地分离。悬臂梁的一端连接于主体。多个标记位于主体与悬臂梁上。
5.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量结构中，悬臂梁可被主体所环绕。
6.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量结构中，悬臂梁可在第一方向上延伸。位于悬臂梁上的标记与位于主体上的标记可在第二方向上延伸且彼此对准。第一方向可相交于第二方向。
7.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量结构中，第一方向可正交于第二方向。
8.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量结构中，多个标记可在第一方向上排列且彼此平行。
9.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量结构中，在第一方向上排列的多个标记可具有相同的宽度。
10.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量结构中，在第一方向上排列的多个标记可具有不同的宽度。
11.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量结构中，在第一方向上排列的多个标记之间的多个间距可彼此相同。
12.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量结构中，在第一方向上排列的多个标记之间的多个间距可彼此不同。
13.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量结构中，多个标记可为位于主体与悬臂梁中的多个掺杂区或位于主体的顶面与悬臂梁的顶面上的多个凹陷。
14.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量结构中，沟槽的上视形状可为u形。
15.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量结构中，悬臂梁的数量可为多个。多
个悬臂梁可具有相同的长度。
16.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量结构中，悬臂梁的数量可为多个。多个悬臂梁可具有不同的长度。
17.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量结构中，悬臂梁的数量可为多个。多个悬臂梁可具有相同的宽度。
18.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量结构中，悬臂梁的数量可为多个。多个悬臂梁可具有不同的宽度。
19.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量结构中，应力测量结构可位于产品晶片的芯片区或切割道中。
20.本发明提出一种应力测量方法，包括以下步骤。提供应力测量结构。应力测量结构包括基底、支撑层、材料层与多个标记。支撑层设置在基底上。材料层设置在支撑层上。在材料层中具有暴露出支撑层的沟槽。材料层包括主体与悬臂梁。沟槽位于悬臂梁与主体之间且将悬臂梁与主体部分地分离。悬臂梁的一端连接于主体。多个标记位于主体与悬臂梁上。移除位于悬臂梁与基底之间的支撑层。在移除位于悬臂梁与基底之间的支撑层之后，获得位于悬臂梁上的标记的偏移量。通过位于悬臂梁上的标记的偏移量来获得材料层的应力。
21.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量方法中，获得标记的偏移量的方法可包括测量位于悬臂梁上的标记与位于主体上的标记之间的位置关系的变化。
22.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量方法中，在移除位于悬臂梁与基底之间的支撑层之后，悬臂梁可悬挂在基底上方。
23.依照本发明的一实施例所述，在上述应力测量方法中，在移除位于悬臂梁与基底之间的支撑层之后，至少一部分支撑层可留在主体与基底之间。
24.基于上述，在本发明所提出的应力测量结构与应力测量方法中，多个标记位于主体与悬臂梁上。因此，在移除位于悬臂梁与基底之间的支撑层之后，可通过位于悬臂梁上的标记的偏移量来获得材料层的局部应力。
25.为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
附图说明
26.图1a为本发明一实施例的应力测量结构的上视图；
27.图1b为本发明一实施例的沿着图1a中的i-i’剖面线的剖视图；
28.图1c为本发明另一实施例的沿着图1a中的i-i’剖面线的剖视图；
29.图2为本发明一实施例的应力测量方法的流程图；
30.图3a为移除图1a中的位于悬臂梁与基底之间的支撑层后的应力测量结构的上视图；
31.图3b为本发明一实施例的沿着图3a中的i-i’剖面线的剖视图。
32.符号说明
33.10:应力测量结构
34.100:基底
35.102:支撑层
36.104:材料层
37.b:主体
38.c,c1,c2,c3:悬臂梁
39.d1,d2:方向
40.l:长度
41.m,m11,m12,m21,m22,m31,m32,m41:标记
42.s:间距
43.s100,s102,s104,s106:步骤
44.t:沟槽
45.w1,w2:宽度
具体实施方式
46.图1a为根据本发明一实施例的应力测量结构的上视图。图1b为根据本发明一实施例的沿着图1a中的i-i’剖面线的剖视图。图1c为根据本发明另一实施例的沿着图1a中的i-i’剖面线的剖视图。
47.请参照图1a至图1c，应力测量结构10，包括基底100、支撑层102、材料层104与多个标记m。在一些实施例中，应力测量结构10可应用于半导体领域或微机电系统(microelectromechanical systems，mems)的领域。在一些实施例中，应力测量结构10可位于产品晶片的芯片区或切割道中，由此可在产品晶片的环境下即时测量待测材料层104的应力。在另一些实施例中，应力测量结构10可位于监控晶片上。
48.基底100可为半导体基底，如硅基底。支撑层102设置在基底100上。支撑层102的材料例如是氧化物(如，氧化硅)，但本发明并不以此为限。
49.材料层104设置在支撑层102上。材料层104可为待测量应力的材料层。在本实施例中，材料层104的材料例如是多晶硅，但本发明并不以此为限。在材料层104中具有暴露出支撑层102的沟槽t。沟槽t的上视形状可为u形。材料层104包括主体b与悬臂梁c。沟槽t位于悬臂梁c与主体b之间且将悬臂梁c与主体b部分地分离。悬臂梁c的一端连接于主体b。悬臂梁c可被主体b所环绕。悬臂梁c可在方向d1上延伸。在一些实施例中，可通过沉积制作工艺、光刻制作工艺与蚀刻制作工艺来形成包括主体b与悬臂梁c的材料层104，但本发明并不以此为限。
50.在本实施例中，悬臂梁c的数量可为多个，但本发明并不以此为限。只要材料层104具有至少一个悬臂梁c即属于本发明所涵盖的范围。多个悬臂梁c可具有相同的长度l或不同的长度l。举例来说，悬臂梁c1与悬臂梁c2可具有相同的长度l。悬臂梁c1与悬臂梁c3可具有不同的长度l。此外，多个悬臂梁c可具有相同的宽度w1或不同的宽度w1。举例来说，悬臂梁c1与悬臂梁c2可具有不同的宽度w1。悬臂梁c2与悬臂梁c3可具有相同的宽度w1。
51.多个标记m位于主体b与悬臂梁c上。在一些实施例中，位于悬臂梁c上的标记m与位于主体b上的标记m可在方向d2上延伸且彼此对准。举例来说，位于悬臂梁c1上的标记m11与位于主体b上的标记m12可在方向d2上延伸且彼此对准。方向d1可相交于方向d2。在一些实施例中，方向d1可正交于方向d2。多个标记m可在方向d1上排列且彼此平行。
52.此外，在方向d1上排列的多个标记m可具有相同的宽度w2或不同的宽度w2。举例来
说，在方向d1上排列的标记m11与标记m21可具有相同的宽度w2或不同的宽度w2。另外，在方向d1上排列的多个标记m之间的多个间距s可彼此相同或彼此不同。举例来说，在方向d1上排列的标记m11与标记m21之间的间距s与在方向d1上排列的标记m21与标记m31之间的间距s可彼此相同或彼此不同。在本实施例中，在方向d2上排列的多个标记m可具有相同的宽度w2。举例来说，在方向d2上排列的标记m11与m12可具有相同的宽度w2。
53.在本实施例中，如图1b所示，标记m可为位于主体b与悬臂梁c中的掺杂区，但本发明并不以此为限。举例来说，图1b中的标记m(掺杂区)可通过对材料层104进行离子注入制作工艺来形成。在另一些实施例中，如图1c所示，标记m可为位于主体b的顶面与悬臂梁c的顶面上的凹陷。举例来说，标记m(凹陷)可通过光刻制作工艺与蚀刻制作工艺对材料层104进行图案化来形成。
54.在一些实施例中，如图1b与图1c所示，虽然仅在基底100的一面(如，正面)设置有支撑层102与材料层104，但本发明并不以此为限。在另一些实施例中，在基底100的另一面(如，背面)也可设置有支撑层102和/或材料层104。
55.图2为根据本发明一实施例的应力测量方法的流程图。图3a为移除图1a中的位于悬臂梁与基底之间的支撑层后的应力测量结构的上视图。图3b为根据本发明一实施例的沿着图3a中的i-i’剖面线的剖视图。
56.请参照图1a、图1b与图2，在步骤s100中，提供应力测量结构10。应力测量结构10的详细内容可参考上述实施例的说明，于此不再重复说明。
57.请参照图2、图3a与图3b，在步骤s102中，移除位于悬臂梁c与基底100之间的支撑层102。在移除位于悬臂梁c与基底100之间的支撑层102之后，可暴露出部分基底100。如图3b所示，在移除位于悬臂梁c与基底100之间的支撑层102之后，悬臂梁c可悬挂在基底100上方。如图3b所示，在移除位于悬臂梁c与基底100之间的支撑层102之后，至少一部分支撑层102可留在主体b与基底100之间。在一些实施例中，可通过蚀刻制作工艺(如，湿式蚀刻制作工艺)移除由沟槽t所暴露出的支撑层102以及位于悬臂梁c与基底100之间的支撑层102。举例来说，在支撑层102的材料为氧化硅的情况下，上述湿式蚀刻制作工艺所使用蚀刻剂例如是稀释氢氟酸(diluted hydrofluoric acid，dhf)或缓冲氧化物蚀刻剂(buffered oxide etchant，boe)。
58.如图3b所示，在移除位于悬臂梁c与基底100之间的支撑层102之后，在受到材料层104的应力的影响的情况下，悬臂梁c会产生弯曲。依据应力的类型，悬臂梁c可沿着远离基底100的方向或朝向基底100的方向弯曲。在本实施例中，悬臂梁c是以沿着远离基底100的方向弯曲为例，但本发明并不以此为限。
59.请参照图2、图3a与图3b，在步骤s104中，在移除位于悬臂梁c与基底100之间的支撑层102之后，获得位于悬臂梁c上的标记m的偏移量。获得标记m的偏移量的方法可包括测量位于悬臂梁c上的标记m与位于主体b上的标记m之间的位置关系的变化。在一些实施例中，以悬臂梁c1为例，在移除位于悬臂梁c1与基底100之间的支撑层102之后，位于悬臂梁c1上的标记m11、标记m21与标记m31因悬臂梁c1弯曲而发生偏移(图3a)。在一些实施例中，可通过测量位于悬臂梁c1上的标记m11与位于主体b上的标记m12之间的位置关系的变化，来获得标记m11的偏移量。此外，可通过测量位于悬臂梁c1上的标记m21与位于主体b上的标记m22之间的位置关系的变化，来获得标记m21的偏移量。另外，可通过测量位于悬臂梁c1上的
标记m31与位于主体b上的标记m32之间的位置关系的变化，来获得标记m31的偏移量。
60.在一些实施例中，不同尺寸的悬臂梁c上的相对应的标记m(如，悬臂梁c1上的标记m11与悬臂梁c2上的标记m41)可具有相同的偏移量。在一些实施例中，由于受到悬臂梁c的尺寸的影响，不同尺寸的悬臂梁c的弯曲程度不同，因此不同尺寸的悬臂梁c上的相对应的标记m(如，悬臂梁c1上的标记m11与悬臂梁c2上的标记m41)可具有不同的偏移量。
61.请参照图2、图3a与图3b，在步骤s106中，通过位于悬臂梁c上的标记m的偏移量来获得材料层104的应力。在一些实施例中，可将位于悬臂梁c上的标记m的偏移量与储存有标记m的偏移量与材料层104的应力的对应关系的数据库进明比对，而获得材料层104的应力。
62.在另一些实施例中，可通过标记m的偏移量与材料层104的应力的对应关系的数学式，来计算出位于悬臂梁c上的标记m的偏移量所对应的材料层104的应力。
63.在另一些实施例中，位于悬臂梁c上的标记m与位于主体b上的标记m可具有相同宽度w2且彼此对准，主体b上的标记m可作为刻度，且可预先设定每个刻度所代表的材料层104的应力。因此，可通过观察位于悬臂梁c上的标记m的偏移量与主体b上作为刻度的标记m之间的关系来获得材料层104的应力。在一些实施例中，在悬臂梁c1上的标记m的偏移量为标记m11、标记m21与标记m31同时发生偏移的情况下，可得知材料层104的应力为主体b上作为刻度的标记m32所代表的应力。在另一些实施例中，在悬臂梁c1上的标记m的偏移量为只有悬臂梁c1上的标记m11发生偏移的情况下，可得知材料层104的应力为主体b上作为刻度的标记m12所代表的应力。
64.基于上述实施例可知，在应力测量结构10与应力测量方法中，多个标记m位于主体b与悬臂梁c上。因此，在移除位于悬臂梁c与基底100之间的支撑层102之后，可通过位于悬臂梁c上的标记m的偏移量来获得材料层104的局部应力。此外，在应力测量结构10位于产品晶片的芯片区或切割道中的情况下，可在产品晶片的环境下即时测量待测材料层104的应力。另外，在应力测量结构10位于产品晶片的芯片区或切割道中的情况下，可获得曝光区间(shot to shot)、晶片间(wafer to wafer)或批次间(lot to lot)的材料层104之间的应力关系。
65.综上所述，在上述实施例的应力测量结构与应力测量方法中，由于多个标记位于主体与悬臂梁上，因此可通过位于悬臂梁上的标记的偏移量来获得材料层的局部应力。
66.虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。