[0001] 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。

[0002] 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)。

[0046] 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。

[0047] 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。

[0048] 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。

[0049] 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。

[0050] 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。

[0051] 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。

[0052] 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。

[0053] 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。

[0054] 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。

[0055] 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。

[0056] 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。

[0057] 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)。

[0058] 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。

[0059] 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。

[0060] 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。

[0061] 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。

[0062] 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。

[0063] 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。

[0064] 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。

[0065] 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。

[0066] 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。