一種晶片應(yīng)力測(cè)量裝置及測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種晶片應(yīng)力測(cè)量裝置，屬于半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】。包括探測(cè)光發(fā)生裝置、分束鏡、腔室、樣品托盤和位置探測(cè)裝置，樣品托盤置于腔室底部，晶片置于樣品托盤上，腔室頂部設(shè)有狹縫窗口，探測(cè)光發(fā)生裝置發(fā)出的探測(cè)光經(jīng)過分束鏡后垂直射向晶片，依次經(jīng)過分束鏡和狹縫窗口后垂直射向晶片，被晶片反射，依次經(jīng)過狹縫窗口和分束鏡后射向位置探測(cè)裝置，樣品托盤能夠帶動(dòng)晶片旋轉(zhuǎn)，使探測(cè)光在晶片上掃描。本發(fā)明還公開了基于該測(cè)量裝置的測(cè)量方法。應(yīng)用該測(cè)量裝置及測(cè)量方法能夠同時(shí)測(cè)量晶片X方向及Y方向應(yīng)力的晶片應(yīng)力。
【專利說明】一種晶片應(yīng)力測(cè)量裝置及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種在半導(dǎo)體器件中應(yīng)用的晶片的應(yīng)力測(cè)量裝置及測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體制造工藝中，為了實(shí)現(xiàn)芯片功能，通常包括在硅晶片上生長(zhǎng)出一系列薄膜或者刻蝕出特定形狀的步驟。當(dāng)薄膜生長(zhǎng)在襯底上，如在半導(dǎo)體晶片上時(shí)，在薄膜和襯底上會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，該應(yīng)力能夠?qū)е戮纬闪鸭y、空隙、小丘，或者導(dǎo)致薄膜隆起，造成晶片產(chǎn)量減少、合格率降低。因此，需要從整體上測(cè)量晶片的彎曲度，即晶片表面的應(yīng)力?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常是通過從晶片表面反射的單色光束測(cè)量曲率半徑，然后通過式(I)確定晶片
的表面應(yīng)力。
[0003]
【權(quán)利要求】
1.一種晶片應(yīng)力測(cè)量裝置，其特征在于，包括探測(cè)光發(fā)生裝置、分束鏡、腔室、樣品托盤和位置探測(cè)裝置，所述樣品托盤置于所述腔室底部，晶片置于所述樣品托盤上，所述腔室頂部設(shè)有狹縫窗口，所述探測(cè)光發(fā)生裝置發(fā)出的探測(cè)光依次經(jīng)過所述分束鏡和所述狹縫窗口后垂直射向晶片，被晶片反射后，依次經(jīng)過所述狹縫窗口和分束鏡后射向所述位置探測(cè)裝置，所述樣品托盤能夠帶動(dòng)所述晶片旋轉(zhuǎn)，使所述探測(cè)光在所述晶片上掃描。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶片應(yīng)力測(cè)量裝置，其特征在于，所述樣品托盤呈圓形，多個(gè)晶片均勻地布設(shè)于所述樣品托盤上，各所述晶片的圓周與所述樣品托盤的圓周內(nèi)切。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶片應(yīng)力測(cè)量裝置，其特征在于，所述探測(cè)光發(fā)生裝置為激光二極管陣列，所述激光二極管陣列在所述樣品托盤上的投影經(jīng)過所述樣品托盤的旋轉(zhuǎn)軸，所述位置探測(cè)裝置為位置靈敏探測(cè)器陣列。
4.基于權(quán)利要求1~3中任一所述的晶片應(yīng)力測(cè)量裝置的晶片應(yīng)力測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:測(cè)量沿X方向的各入射光束被晶片反射后的沿X方向的光斑偏移量， 旋轉(zhuǎn)所述樣品托盤，使晶片旋轉(zhuǎn)，測(cè)量各入射光束在晶片上沿Y方向掃描時(shí)，各入射點(diǎn)沿Y方向的光斑偏移量； 步驟2:通過沿X方向的各入射光束的光斑偏移量，計(jì)算出晶片沿X方向的曲率半徑， 通過沿Y方向的各入射點(diǎn)的光斑偏移量，計(jì)算出晶片沿Y方向的曲率半徑； 步驟3:根據(jù)式(I)計(jì)算出應(yīng)力；
/.7)2應(yīng)力=__⑴.其中， E，晶片的楊氏模量； V，襯底的泊松比； Ds，襯底的厚度； R，曲率半徑； Df，薄膜的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶片應(yīng)力測(cè)量方法，其特征在于， 所述沿X方向的曲率半徑的計(jì)算方法為: 通過式(2)~(4)，利用任意兩束相鄰的分別入射到取樣點(diǎn)A，B的入射光束在X方向的光斑偏移量計(jì)算出曲率半徑，再對(duì)求出的曲率半徑求平均值即為晶片沿X方向的曲率半徑; 所述沿Y方向的曲率半徑的計(jì)算方法為: 通過式(2)~(4)，利用同一入射光束分別入射在任意兩個(gè)相鄰的取樣點(diǎn)y-1，y上時(shí)在Y方向的光斑偏移量計(jì)算出曲率半徑，再對(duì)求出的曲率半徑求平均值即為晶片沿Y方向的曲率半徑；
Δ X1=H.tan2 Q1 (2)，
Δ X2=H.tan2 θ 2 (3)，
R.sin Θ「R.sin θ 2=χ (4)，其中:R，曲率半徑； Ax1，入射光束經(jīng)過晶片上入射點(diǎn)A反射之后在X方向或者經(jīng)過晶片上入射點(diǎn)y-1反射之后在Y方向偏離原入射路徑的距離； Ax2，入射光束經(jīng)過晶片上入射點(diǎn)B反射之后在X方向或者經(jīng)過晶片上入射點(diǎn)y反射之后在Y方向偏離原入射路徑的距離； Θ i，入射光束經(jīng)過晶片上入射點(diǎn)A或者晶片上入射點(diǎn)y-Ι反射之后的光線與入射光束之間的夾角； Θ 2，入射光束經(jīng)過晶片上入射點(diǎn)B或者晶片上入射點(diǎn)y反射之后的光線與入射光束之間的夾角； X，入射點(diǎn)A和入射點(diǎn)B之間的水平距離或入射點(diǎn)y-Ι和入射點(diǎn)I之間的水平距離； H，晶片樣品表面距離所述位置探測(cè)裝置感光表面的光學(xué)距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶片應(yīng)力測(cè)量方法，其特征在于，所述入射光束經(jīng)過晶片上入射點(diǎn)反射之后的光斑偏移量為入射到位置探測(cè)裝置的待測(cè)光斑的位置與參考光斑的位置的差值，所述參考光斑是入射光束被表面平整的參考樣品反射后的光斑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶片應(yīng)力測(cè)量方法，其特征在于，所述位置探測(cè)裝置能夠輸出兩個(gè)信號(hào)IxpIyit5
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的晶片應(yīng)力測(cè)量方法，其特征在于，待測(cè)光斑在Y方向的位置計(jì)算方法如式(5)所示:
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶片應(yīng)力測(cè)量方法，其特征在于，所述位置探測(cè)裝置能夠輸出兩個(gè)Y方向信號(hào)Ix1、Iyi和兩個(gè)X方向信號(hào)Imp Ini。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的晶片應(yīng)力測(cè)量方法，其特征在于， 待測(cè)光斑在Y方向的位置計(jì)算方法如式(7)所示:
【文檔編號(hào)】G01L1/00GK103985652SQ201310049375
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月7日
【發(fā)明者】李成敏, 劉健鵬, 嚴(yán)冬, 葉龍茂, 諶雅琴, 王林梓, 焦宏達(dá) 申請(qǐng)人:北京智朗芯光科技有限公司