一种DRIE工艺误差监测系统及方法

一种drie工艺误差监测系统及方法
技术领域
1.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：

2.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。
3.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。
4.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。

技术实现要素：

5.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。
6.本发明提供一种drie工艺误差监测方法，包括以下步骤：
7.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；
8.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；
9.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；
10.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。
11.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。
12.优选的，所述2m个标准监测单元分为两组，分别记为第一监测组和第二监测组；所述第一监测组中的m个标准监测单元的中轴线与晶圆切边的夹角在0～90
°
均匀分布，所述第二监测组中的m个标准监测单元的中轴线与晶圆切边的夹角在90～180
°
均匀分布；所述第一监测组和所述第二监测组中相互垂直的两个标准监测单元为对偶关系。
13.优选的，所述步骤2中，利用扫描电子显微镜测量所述标准监测单元的平面特征尺寸，利用网络或阻抗分析仪测量所述标准监测单元的谐振频率，利用激光多普勒测振仪测量所述标准监测单元的面内运动幅值和面外运动幅值。
14.优选的，所述步骤4中，根据所述测试数据库中的所述测量特征尺寸损耗，得到晶圆由于工艺误差引起的特征尺寸损耗的实际误差值。
15.优选的，所述步骤4中，在所述测试数据库中进行查询，到测量面外运动幅值的最小值所对应的标准监测单元，基于所述测试数据库得到该标准监测单元对应的测量谐振频率；
16.将该标准监测单元的面外运动幅值取值为零，作倾斜度与侧壁陡直度的近似解耦处理，处理后的该标准监测单元的谐振频率仅受特征尺寸工艺误差和侧壁陡直度工艺误差的影响；
17.根据得到的所述特征尺寸损耗的实际误差值、该标准监测单元对应的测量谐振频率，在所述有限元仿真数据库中查在此cd loss和f值下对应的梁横截面腰边倾斜角，所述梁横截面腰边倾斜角用于表征侧壁陡直度，得到晶圆由于工艺误差引起的侧壁陡直度的实际误差值。
18.优选的，所述步骤4中，在所述测试数据库中进行查询，到测量面外运动幅值的最大值所对应的标准监测单元，基于所述测试数据库得到该标准监测单元对应的测量面内运动幅值和测量面外运动幅值；
19.基于得到的测量面内运动幅值和测量面外运动幅值，得到该标准监测单元对应的面外内运动幅值比k；
20.根据得到的所述特征尺寸损耗的所述实际误差值、得到的所述侧壁陡直度的实际误差值和该标准监测单元对应的面外内运动幅值比k，在所述有限元仿真数据库中查在此cd loss、profile以及k值下对应的tilt值，得到晶圆由于工艺误差引起的倾斜度的实际误差值。
21.优选的，测量倾斜度的精度为90
°
/m。
22.另一方面，本发明提供一种drie工艺误差监测系统，包括：包含有mems阵列监测结构的晶圆、自动化探针台、测量单元、测试数据库、有限元仿真数据库、和监测单元；
23.所述mems阵列监测结构包含偶数个标准监测单元，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；
24.所述自动化探针台用于放置包含有所述mems阵列监测结构的晶圆；
25.所述测量单元用于对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；
26.所述测试数据库用于存储测量特征尺寸损耗、测量谐振频率、测量面内运动幅值和测量面外运动幅值；
27.所述有限元仿真数据库用于存储各标准监测单元对应的“cd loss-profile-f”和“cd loss-profile-tilt-k”的仿真结果；
28.所述监测单元用于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；
29.所述drie工艺误差监测系统用于实现上述的drie工艺误差监测方法中的步骤。
30.本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
31.在本发明中，将包含有mems阵列监测结构的晶圆置于自动化探针台上，mems阵列监测结构包括多个标准监测单元，分别构建测试数据库(包含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)和有限元仿真数据库(包含各标准监测单元对应的“cd loss-profile-f”和“cd loss-profile-tilt-k”)，结合测试数据库和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。本发明提供了一种与现有获取drie工艺误差完全不同的方法，本发明不用对晶圆进行切割，而是基于测量数据和仿真数据，在不破坏晶圆的情况下，实现了对drie工艺的cd loss、profile、tilt等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。
附图说明
32.图1为本发明实施例1提供的一种drie工艺误差监测系统的框架示意图；
33.图2为mems阵列监测结构的示意图；
34.图3为标准监测单元的结构示意图；
35.图4为标准监测单元的待测谐振模态示意图；
36.图5为profile工艺误差影响下标准监测单元的音叉梁横截面示意图；
37.图6为profile工艺误差影响下标准监测单元的待测谐振模态示意图；
38.图7为tilt工艺误差对标准监测单元的音叉梁的影响示意图；
39.图8为图7的局部放大图；
40.图9为tilt工艺误差影响下标准监测单元的音叉梁横截面示意图；
41.图10为tilt工艺误差影响下标准监测单元的待测谐振模态示意图；
42.图11为cd loss工艺误差与谐振频率的关系图；
43.图12为profile工艺误差与谐振频率的关系图；
44.图13为tilt工艺误差与面内外运动幅值比的关系图；
45.图14为初步判断tilt在晶圆平面的投影方向的示意图；
46.图15为tilt方向判断的示意图。
具体实施方式
47.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
48.实施例1：
49.实施例1提供了一种drie工艺误差监测方法，包括以下步骤：
50.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。
51.其中，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。
52.所述2m个标准监测单元分为两组，分别记为第一监测组和第二监测组；所述第一监测组中的m个标准监测单元的中轴线与晶圆切边的夹角在0～90
°
均匀分布，所述第二监测组中的m个标准监测单元的中轴线与晶圆切边的夹角在90～180
°
均匀分布；所述第一监测组和所述第二监测组中相互垂直的两个标准监测单元为对偶关系。
53.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。
54.例如，可利用扫描电子显微镜测量所述标准监测单元的平面特征尺寸，可利用网络或阻抗分析仪测量所述标准监测单元的谐振频率，可利用激光多普勒测振仪测量所述标准监测单元的面内运动幅值和面外运动幅值。
55.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。
56.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。
57.具体的，根据所述测试数据库中的所述测量特征尺寸损耗，得到晶圆由于工艺误差引起的特征尺寸损耗的实际误差值。
58.在所述测试数据库中进行查询，到测量面外运动幅值的最小值所对应的标准监测单元，基于所述测试数据库得到该标准监测单元对应的测量谐振频率；将该标准监测单元的面外运动幅值取值为零，作倾斜度与侧壁陡直度的近似解耦处理，处理后的该标准监测单元的谐振频率仅受特征尺寸工艺误差和侧壁陡直度工艺误差的影响；根据得到的所述特征尺寸损耗的实际误差值、该标准监测单元对应的测量谐振频率，在所述有限元仿真数
据库中查在此cd loss和f值下对应的梁横截面腰边倾斜角，所述梁横截面腰边倾斜角用于表征侧壁陡直度，得到晶圆由于工艺误差引起的侧壁陡直度的实际误差值。
59.在所述测试数据库中进行查询，到测量面外运动幅值的最大值所对应的标准监测单元，基于所述测试数据库得到该标准监测单元对应的测量面内运动幅值和测量面外运动幅值；基于得到的测量面内运动幅值和测量面外运动幅值，得到该标准监测单元对应的面外内运动幅值比k；根据得到的所述特征尺寸损耗的所述实际误差值、得到的所述侧壁陡直度的实际误差值和该标准监测单元对应的面外内运动幅值比k，在所述有限元仿真数据库中查在此cd loss、profile以及k值下对应的tilt值，得到晶圆由于工艺误差引起的倾斜度的实际误差值。测量倾斜度的精度为90
°
/m。
60.实施例1提供的一种drie工艺误差监测方法基于测量数据和仿真数据，在不破坏晶圆的情况下，实现了对drie工艺的cd loss、profile、tilt等参数晶圆级无损监测。
61.实施例2：
62.实施例2提供了一种drie工艺误差监测系统，包括：包含有mems阵列监测结构的晶圆、自动化探针台、测量单元、测试数据库、有限元仿真数据库、和监测单元。
63.所述mems阵列监测结构包含偶数个标准监测单元，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。所述自动化探针台用于放置包含有所述mems阵列监测结构的晶圆。所述测量单元用于对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。所述测试数据库用于存储测量特征尺寸损耗、测量谐振频率、测量面内运动幅值和测量面外运动幅值。所述有限元仿真数据库用于存储各标准监测单元对应的“cd loss-profile-f”和“cd loss-profile-tilt-k”的仿真结果。所述监测单元用于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。
64.实施例2提供的所述drie工艺误差监测系统用于实现如实施例1所述的drie工艺误差监测方法中的步骤。即系统的功能与实施例1提供的方法对应，在此不再赘述。
65.下面对本发明做进一步的说明。
66.参见图1，本发明提供的一种drie工艺误差监测系统具体可包括：包含有mems阵列监测结构的晶圆、自动化探针台、扫描电子显微镜、网络或阻抗分析仪、激光多普勒测振仪、测试数据库、有限元仿真数据库和监测单元。
67.所述测试数据库包括测量所得mems阵列监测结构中各标准监测单元对应的平面特征尺寸、谐振频率参数、面内外运动幅值数据。所述有限元仿真数据库包括仿真存在cd loss和profile误差的mems阵列监测结构各标准监测单元的谐振频率以及存在tilt误差的mems阵列监测结构各标准监测单元的面内外运动幅值数据。即以cd loss、profile作为变量，各标准监测单元的谐振频率作为因变量对mems阵列监测结构进行仿真，得到各标准监测单元cd loss-profile-谐振频率的关系；仿真各标准监测单元的面内、外运动幅值，以cd loss、profile、tilt值作为变量，各标准监测单元的面外、内运动幅值比k作为因变量对mems阵列监测结构进行仿真，得到各标准监测单元的cd loss-profile-tilt-k的关系。当已知标准监测单元的cd loss和谐振频率信息，在不考虑tilt影响时，即可根据有限元仿真
数据库获取该标准监测单元的profile信息，同理，在获取cd loss、profile、面外内运动幅值比k的情况下，根据有限元仿真数据库，即可获取tilt信息。因此，结合测试数据库和有限元仿真数据库，即可解析获取整片晶圆cd loss、profile和tilt三个工艺误差。
68.所述mems阵列监测结构如图2所示，其包含偶数个标准监测单元，将偶数个标准监测单元分为两组，其中一组标准监测单元(a、b、...、n、n+1)的中轴线与晶圆切边的夹角在0～90
°
均匀分布，另一组标准监测单元(a
′
、b
′
、...、n
′
、(n+1)
′
)的中轴线与晶圆切边的夹角在90～180
°
均匀分布，其中相互垂直的两个标准监测单元a和a
′
、b和b
′
、...、n+1和(n+1)为对偶关系。
69.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，如图3所示，其待测谐振模态如图4所示，在此谐振模态下，所述标准监测单元两个音叉梁在晶圆平面内相向往复运动；在profile工艺误差影响下，其音叉梁横截面呈梯形，如图5所示，待测谐振模态如图6所示，在此谐振模态下，所述标准监测单元在晶圆平面内运动，谐振频率受profile值的影响。
70.tilt工艺误差对晶圆上所述标准监测单元的影响如图7所示，图8为图7的局部放大图，图8中的θ角表示为由工艺误差引起的tilt误差方向与晶圆平面所成夹角。tilt值在晶圆平面的投影与音叉梁的夹角为α，当α＝0
°
，即tilt值在晶圆平面的投影与音叉梁平行时，所述标准监测单元不受tilt工艺误差的影响；当α＝90
°
，即tilt值在晶圆平面的投影与音叉梁垂直时，所述标准监测单元受tilt工艺误差影响最大，此时音叉梁横截面呈平行四边形。具体的，tilt工艺误差影响下的音叉梁横截面如图9所示，为tilt的一般情形(α≠0
°
)，即tilt在晶圆平面的投影与音叉梁不平行，此时音叉梁横截面呈平行四边形，待测谐振模态如图10所示，在此谐振模态下，所述标准监测单元除在晶圆平面内的运动外，还有一个面外的运动分量，其面外、面内运动幅值之比受tilt值的影响。
71.具体的，以一个厚度30μm、单边音叉梁宽20μm、长度为400μm、两音叉梁中轴线间距为150μm的标准监测单元为例，假设晶圆切边方向为《100》晶向，在cd loss工艺误差影响下，其待测谐振模态下的谐振频率随特征尺寸的变化关系如图11所示，由图11可以看出，谐振频率与特征尺寸大小近似呈线性关系，且随特征尺寸的增大而增大；在profile工艺误差影响下，其待测谐振模态的谐振频率随音叉梁横截面腰边倾斜角的变化关系如图12所示，由图12可以看出，谐振频率与受profile影响时音叉梁截面腰边倾斜角(图5中β角为正)近似呈线性关系，随倾斜角增大而增大；在tilt工艺误差影响下，其待测谐振模态面外、面内运动幅值之比与tilt值的角度(图9中γ角)的关系如图13所示(图中面外、面内运动幅值之比为正值表示：从图10中x轴正向往负向看，以音叉梁横截面右上角的点为基准，当两音叉梁向外运动时，该点向z轴正方向运动，规定此时的运动方向为正)，由图13可以看出，所述标准监测单元面外、面内运动幅值之比与tilt角度近似呈线性关系，在tilt与晶圆平面角度为90
°
时，即没有tilt工艺误差，此时面外运动幅值为0。
72.基于上述mems阵列监测结构和工艺误差对标准监测单元的影响规律，解析获取cd loss、profile和tilt三个工艺误差的原理如下：
73.根据所述测试数据库中扫描电子显微镜测量的mems阵列监测结构的平面特征尺寸参数可直接获取晶圆由于工艺误差引起的cd loss值。
74.根据所述测试数据库中激光多普勒测振仪测量的mems阵列监测结构的面外运动
幅值参数，到面外运动幅值最小值对应的标准监测单元，并获取该标准监测单元的谐振频率参数，将该标准监测单元的面外运动幅值取值为零，即近似认为该标准监测单元不受tilt工艺误差影响，实现tilt值与profile值的近似解偶，此时，可获取tilt在晶圆平面投影的方向，根据已获取的cd loss值和谐振频率参数，在所述有限元仿真数据库中查在此cd loss值和谐振频率参数值下对应的梁横截面腰边倾斜角(即profile值)可获取晶圆由于工艺误差引起的profile的值。
75.在所述测试数据库中查mems阵列监测结构面外运动幅值最大值所对应的标准监测单元，基于所述测试数据库得到该标准监测单元对应的测量面内运动幅值和测量面外运动幅值，此时标准监测单元受tilt工艺误差影响最大，建立与所述有限元仿真数据库相同的观测坐标，根据测试结果观察此标准监测单元面内、外运动规律，获取该标准监测单元面外内运动幅值比k，在所述有限元仿真数据库中查与此时k值、profile、cd loss相匹配的标准监测单元tilt信息，即可获得tilt的具体值。
76.每组标准监测单元的数量为m时，由面外运动幅值参数最小值取值为零的tilt与profile的近似解耦处理所引入的tilt在晶圆平面投影的误差为90
°
/m，即所述晶圆级drie工艺误差监测系统测量tilt的精度为90
°
/m。
77.进一步的，在上述解析原理中，由面外运动幅值参数最小值取值为零的tilt与profile的近似解耦步骤所引入的tilt在晶圆平面投影的误差为90
°
/m。例如，所述mems阵列监测结构共包含180个标准监测单元，则在0～90
°
内共有90个标准监测单元，其中轴线以1
°
步进角从0递增到90
°
，则在此排布结构下，假设20
°
对应的标准监测单元测得面外运动幅值最小，为ε，取ε＝0，此时，可初步判断tilt在晶圆平面的投影方向近似为20
°
或20
°
+180
°
，如图14所示；在测试数据库中到面外运动幅值最大值对应的标准监测单元，获取此单元音叉梁横截面某点处的面外内运动幅值比k和面外、内运动幅值规律信息，根据面外、内运动幅值规律即可判断tilt在晶圆平面的投影方向。如图15所示，假设图示观测方向与有限元仿真数据库中建立的坐标观测方向相同，以图示观测方向和观测点看音叉梁横截面该点的运动规律，若tilt在晶圆平面的投影方向为20
°
时，音叉梁横截面如图15中的(a)所示，此时音叉梁向外运动时，该点向下运动，此时k值为负；若tilt在晶圆平面的投影方向为20
°
+180
°
时，音叉梁横截面如图15中的(b)所示，此时音叉梁向外运动时，该点向上运动，此时k值为正。根据赋予正负号后的k值，在有限元仿真数据库中查与此时k值、profile、cd loss相匹配的标准监测单元tilt信息，即可获得tilt的具体值，所测量的tilt在晶圆平面的投影精度为1
°
，即系统测量的由于工艺误差引起的tilt值在晶圆平面投影的精度为90
°
/m。
78.根据上述监测系统及监测原理，为实现cd loss、profile和tilt参数的晶圆级监测，本发明提供一种drie工艺误差监测方法，包括以下步骤：
79.(1)放置晶圆：将包含所述mems阵列监测结构的晶圆置于自动化探针台上；
80.(2)获取测试数据库：分别利用扫描电子显微镜、网络或阻抗分析仪、激光多普勒测振仪测量mems阵列监测结构各标准监测单元的平面特征尺寸、谐振频率参数和面内、外运动幅值数据，得到测试数据库；
81.(3)获取有限元仿真数据库：建立所述mems阵列监测结构有限元模型，仿真不同cd loss、profile工艺误差下mems阵列监测结构各标准监测单元的谐振频率，以及仿真不同
tilt工艺误差下mems阵列监测结构的面内外运动幅值数据，得到有限元仿真数据库；
82.(4)获取cd loss值：根据测试数据库中平面特征尺寸即可得到晶圆由于工艺误差引起的cd loss的值；
83.(5)解耦tilt与profile值，获取profile值：利用测试数据库中面外运动幅值最小值所对应的标准监测单元的谐振频率参数，将此时的面外运动幅值取值为零作tilt与profile的近似解耦处理，结合有限元仿真数据库的“cd loss-profile-f”进行查，即可得到晶圆由于工艺误差引起的profile的值；
84.(6)获取tilt：利用面外运动幅值最大值所对应的标准监测单元的谐振频率参数，根据已获取的cd loss和profile参数，结合有限元仿真数据库的“cd loss-profile-tilt-k”进行查，即可得到晶圆由于工艺误差引起的tilt的值。
85.本发明实施例提供的一种drie工艺误差监测系统及方法至少包括如下技术效果：
86.本发明在保证晶圆完好的情况下，可实现对晶圆器件的cd loss、profile、tilt等参数的监测，大大降低了芯片的破坏率，提高了监测数据的有效性和准确性，可应用于基于drie工艺的mems器件的大规模测试。本发明能够在晶圆级实现drie工艺误差的实时、无损、高效地监测，对基于drie工艺的mems器件的加工一致性的提高具有重要的参考意义。本发明对基于drie工艺的不同类型的mems器件有良好的兼容性，可用于大规模mems监测。
87.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：

1.一种drie工艺误差监测方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的drie工艺误差监测方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的drie工艺误差监测方法，其特征在于，所述2m个标准监测单元分为两组，分别记为第一监测组和第二监测组；所述第一监测组中的m个标准监测单元的中轴线与晶圆切边的夹角在0～90
°
均匀分布，所述第二监测组中的m个标准监测单元的中轴线与晶圆切边的夹角在90～180
°
均匀分布；所述第一监测组和所述第二监测组中相互垂直的两个标准监测单元为对偶关系。4.根据权利要求1所述的drie工艺误差监测方法，其特征在于，所述步骤2中，利用扫描电子显微镜测量所述标准监测单元的平面特征尺寸，利用网络或阻抗分析仪测量所述标准监测单元的谐振频率，利用激光多普勒测振仪测量所述标准监测单元的面内运动幅值和面外运动幅值。5.根据权利要求1所述的drie工艺误差监测方法，其特征在于，所述步骤4中，根据所述测试数据库中的所述测量特征尺寸损耗，得到晶圆由于工艺误差引起的特征尺寸损耗的实际误差值。6.根据权利要求1所述的drie工艺误差监测方法，其特征在于，所述步骤4中，在所述测试数据库中进行查询，到测量面外运动幅值的最小值所对应的标准监测单元，基于所述测试数据库得到该标准监测单元对应的测量谐振频率；将该标准监测单元的面外运动幅值取值为零，作倾斜度与侧壁陡直度的近似解耦处理，处理后的该标准监测单元的谐振频率仅受特征尺寸工艺误差和侧壁陡直度工艺误差的影响；根据得到的所述特征尺寸损耗的实际误差值、该标准监测单元对应的测量谐振频率，在所述有限元仿真数据库中查在此cd loss和f值下对应的梁横截面腰边倾斜角，所述梁横截面腰边倾斜角用于表征侧壁陡直度，得到晶圆由于工艺误差引起的侧壁陡直度的实际
误差值。7.根据权利要求1所述的drie工艺误差监测方法，其特征在于，所述步骤4中，在所述测试数据库中进行查询，到测量面外运动幅值的最大值所对应的标准监测单元，基于所述测试数据库得到该标准监测单元对应的测量面内运动幅值和测量面外运动幅值；基于得到的测量面内运动幅值和测量面外运动幅值，得到该标准监测单元对应的面外内运动幅值比k；根据得到的所述特征尺寸损耗的所述实际误差值、得到的所述侧壁陡直度的实际误差值和该标准监测单元对应的面外内运动幅值比k，在所述有限元仿真数据库中查在此cd loss、profile以及k值下对应的tilt值，得到晶圆由于工艺误差引起的倾斜度的实际误差值。8.根据权利要求2所述的drie工艺误差监测方法，其特征在于，测量倾斜度的精度为90
°
/m。9.一种drie工艺误差监测系统，其特征在于，包括：包含有mems阵列监测结构的晶圆、自动化探针台、测量单元、测试数据库、有限元仿真数据库、和监测单元；所述mems阵列监测结构包含偶数个标准监测单元，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；所述自动化探针台用于放置包含有所述mems阵列监测结构的晶圆；所述测量单元用于对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；所述测试数据库用于存储测量特征尺寸损耗、测量谐振频率、测量面内运动幅值和测量面外运动幅值；所述有限元仿真数据库用于存储各标准监测单元对应的“cd loss-profile-f”和“cd loss-profile-tilt-k”的仿真结果；所述监测单元用于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；所述drie工艺误差监测系统用于实现如权利要求1-8中任一项所述的drie工艺误差监测方法中的步骤。

技术总结

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。高基于DRIE工艺的MEMS器件性能有重要意义。高基于DRIE工艺的MEMS器件性能有重要意义。