[发明专利]一种测量晶圆残余应力的装置及其方法

说明书

本发明公开了一种测量晶圆残余应力的组件及其方法，包括敏感结构和压阻条，敏感结构由一个中心平板和从中心平板四周向外延伸的四个梁形臂构成，每个梁形臂上都设有压阻条，梁形臂与晶圆衬底或待测表面，四个压阻条连接构成应力测量电桥，该组件采用特殊的敏感结构，降低泊松比对应力的影响，用电学方式获得敏感结构的应力，克服了光学方法无法测量键合后结构层应力的缺点，实现晶圆上残余应力的测量，甚至包括晶圆键合工艺产生的残余应力的测量。

技术领域

本发明涉及测量晶圆残余应力的装置及其方法，特别是测量MEMS工艺晶圆残余应力的装置及其方法。

背景技术

随着微机械技术的发展，近年来已经有越来越多的MEMS器件实现了商用甚至军用。其中，MEMS陀螺仪在汽车电子、惯性导航和便携电子设备中取得了很大的成功。

MEMS器件通常包含梁和膜等可动结构，其特性会受到各工艺步骤残余应力的影响，导致加工结果偏离设计值。通常会受到残余应力影响的有弹性系数、谐振频率、温度特性和屈曲特性等。为了提高工艺质量，需要对工艺状况进行监控，这就需要对其残余应力进行测量。

根据IEC62047-16-2015，常规的残余应力测量使用光学方法获得材料由于残余应力发生的形变，再换算出相应的应力。该类方法在常规工艺步骤时可以有非常好的测量效果，因为光学测量位移的精度很高。但是对于存在晶圆键合的器件工艺，如压力传感器和陀螺仪等，光学方法无法直接获得键合后的结构层形变，因而无法直接获得结构层上的残余应力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测量晶圆残余应力的装置及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种测量晶圆残余应力的装置，包括：敏感结构和压阻条，所述敏感结构由一个中心平板和从中心平板四周向外延伸的四个梁形臂构成，所述每个梁形臂上都设有所述压阻条，所述梁形臂与晶圆衬底或待测表面连接，所述四个压阻条连接构成应力测量电桥。

进一步的，还包括锚点，所述锚点设置在梁形臂的末端，所述锚点与晶圆衬底或待测表面相连，所述锚点将所述敏感结构悬空，以便使应力集中增加高应力区的应力。

进一步的，所述压阻条设置于梁形臂上的高应力区。

进一步的，所述中心平板为方形平板，所述梁形臂位于方形平板各个边的中央。

进一步的，所述相邻两个梁形臂上的压阻条连接成为电桥的邻臂，不相邻两个梁形臂上的压阻条成为电桥的对臂。

进一步的，所述压阻条为压敏电阻。

进一步的，所述电桥为全桥或半桥。

进一步的，所述电桥为恒压源电桥或恒流源电桥。

进一步的，所述电桥的一组对臂配置成感应横向应力，另一组对臂则配置成感应纵向应力。

进一步的，所述电桥四个臂上的压阻条的初始阻值相同。

进一步的，所述的中心平板上设置有减薄区域，所述减薄区域用于降低敏感结构整体的刚度，提高压阻条附近的应力，从而提高输出信号的幅度。

进一步的，所述敏感结构采用敏感膜质材料制成。

一种测量晶圆残余应力的装置用于测量晶圆残余应力的方法，包括以下步骤：

S1：连接晶圆衬底或待测表面，将所述测量晶圆残余应力的装置的锚点与晶圆衬底或待测表面相连；

S2：配置测量电桥，包括以下子步骤：

将所述测量晶圆残余应力的装置的相邻两个梁形臂上的压阻条连接成为电桥的邻臂，不相邻两个梁形臂上的压阻条成为电桥的对臂；