[发明专利]一种DRIE工艺误差监测系统及方法

说明书

本发明属于MEMS器件加工监测技术领域，公开了一种DRIE工艺误差监测系统及方法。本发明结合测试数据库和有限元仿真数据库，可获得晶圆由于工艺误差引起的特征尺寸损耗、侧壁陡直度和倾斜度的实际误差值。本发明能够在不破坏晶圆的情况下，实现对DRIE工艺多参数晶圆级无损监测，可获取晶圆上局部或整体区域的具体参数，保证了监测数据的有效性和准确性，对于提高基于DRIE工艺的MEMS器件性能有重要意义。

技术领域

本发明属于MEMS器件加工监测技术领域，更具体地，涉及一种DRIE工艺误差监测系统及方法。

背景技术

深反应离子刻蚀(Deep Reactive Ion Etching，DRIE)是制作高深宽比结构的重要刻蚀技术，广泛应用于MEMS制造领域。但是在生产过程中，DRIE工艺会存在非理想性，对器件的影响主要体现在三个方面：器件的表面特征尺寸损耗(CD Loss)、侧壁陡直度(Profile)和倾斜度(Tilt)。例如，对于双端固支音叉谐振器，CD Loss会使表面特征尺寸偏离设计值，Profile工艺误差会使得音叉梁横截面呈矩形，Tilt工艺误差会使得音叉梁横截面呈平行四边形，这些因素与器件的谐振频率、面内外运动幅值等参数紧密联系，直接影响器件的性能。因此对DRIE工艺误差引起的CD Loss、Profile、Tilt等参数进行监测意义重大。

目前，CD Loss、Profile、Tilt等加工误差参数的获取，通常是利用光学测量方法测量器件表面由加工误差引起的CD Loss参数，然后将晶圆进行切割，利用电子束测量方法测量切割后的器件剖面由加工误差引起的Profile和Tilt参数。上述测量方法以样品晶圆的测试数据代表同一批次生产的晶圆工艺误差，不能实时获取每一片晶圆的具体工艺误差信息，无法保证数据的可靠性，且此方法需要切割晶圆，破坏器件，测试程序繁琐，效率较低。

因此，在不破坏晶圆的情况下，实现一种获取晶圆级MEMS器件加工误差的监测方法，对于提高基于DRIE工艺的MEMS器件加工一致性具有重要的参考意义。

发明内容

本发明通过提供一种DRIE工艺误差监测系统及方法，解决现有技术中DRIE工艺误差的获取会破坏晶圆、测试效率较低、无法进行实时监测的问题。

本发明提供一种DRIE工艺误差监测方法，包括以下步骤：

步骤1、将包含有MEMS阵列监测结构的晶圆置于自动化探针台上，所述MEMS阵列监测结构包括多个标准监测单元；

步骤2、对所述MEMS阵列监测结构中各标准监测单元的平面特征尺寸、谐振频率、面内运动幅值、面外运动幅值分别进行测量，得到每个标准监测单元对应的测量特征尺寸损耗、测量谐振频率、测量面内运动幅值和测量面外运动幅值，基于测量结果构建测试数据库；

步骤3、建立所述MEMS阵列监测结构对应的有限元模型；将特征尺寸损耗CD Loss和侧壁陡直度Profile作为变量，将各标准监测单元的谐振频率f作为因变量，对所述MEMS阵列监测结构进行仿真，得到各标准监测单元对应的CD Loss-Profile-f的关系；仿真各标准监测单元的面内运动幅值和面外运动幅值，将CD Loss、Profile和倾斜度Tilt作为变量，将各标准监测单元的面外内运动幅值比k作为因变量，对所述MEMS阵列监测结构进行仿真，得到各标准监测单元对应的CD Loss-Profile-Tilt-k的关系；将“CD Loss-Profile-f”和“CD Loss-Profile-Tilt-k”作为仿真结果，基于仿真结果构建有限元仿真数据库；

步骤4、结合所述测试数据库和所述有限元仿真数据库，获得晶圆由于工艺误差引起的特征尺寸损耗的实际误差值、侧壁陡直度的实际误差值和倾斜度的实际误差值。

优选的，所述步骤1中，所述MEMS阵列监测结构包含2m个标准监测单元，每个所述标准监测单元是由两个固定锚点和若干弹性梁组成的双端固支音叉谐振器。