專利名稱：微機(jī)電系統(tǒng)殘余應(yīng)力表面分布測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)的一種參量測(cè)試方法，具體為微機(jī)電系統(tǒng)殘余應(yīng)力表面分布測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS器件)是當(dāng)今微電子技術(shù)的重要領(lǐng)域，并取得了日新月異的驕人成果。與微電子電路不同，MEMS器件中涉及到很多機(jī)械結(jié)構(gòu)，而半導(dǎo)體加工過(guò)程所引入的殘余應(yīng)力嚴(yán)重影響MEMS器件的性能，也影響到半導(dǎo)體材料薄膜的粘附、斷裂等重要特性，因而給MEMS器件帶來(lái)了很多的問(wèn)題。例如，在很多應(yīng)用中，需要低應(yīng)力去確保腐蝕的結(jié)構(gòu)仍能夠保持平面，但是在壓應(yīng)力存在的情況下，腐蝕之后的結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生隆起。因此，精確的應(yīng)力測(cè)量對(duì)于優(yōu)化微結(jié)構(gòu)的加工工藝是非常重要的。
目前，已知的測(cè)量微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS器件)殘余應(yīng)力的方法主要有X射線衍射法、基底曲率法、微結(jié)構(gòu)法、圓片法和懸臂梁法等幾種。但這些方法大都是基于機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS器件)的微結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的測(cè)試，當(dāng)微結(jié)構(gòu)尺寸趨于更小時(shí)，這些方法已不能適用，且測(cè)試精度也會(huì)大大降低。
目前已知拉曼光譜測(cè)試方法可測(cè)量單點(diǎn)(很小的局域范圍)的應(yīng)力情況；所謂拉曼光譜測(cè)試方法的原理是激光發(fā)出的連續(xù)激光波經(jīng)介質(zhì)鏡、透鏡照射于樣品，樣品對(duì)光除產(chǎn)生反射、吸收和透射之外，還將產(chǎn)生拉曼散射；散射光系統(tǒng)將散射光送入單色儀或光譜議，輸出拉曼光譜，拉曼光譜中包含了樣品成分，應(yīng)力、應(yīng)變，晶體結(jié)構(gòu)和晶向以及晶體質(zhì)量好壞等信息，經(jīng)過(guò)分析拉曼光譜(分析方法是公知的)得出相應(yīng)的樣品(應(yīng)力)信息。目前，以拉曼光譜測(cè)試樣品殘余應(yīng)力時(shí)，激光的聚焦尺寸較大(幾微米)。測(cè)量局域表面上的殘余應(yīng)力分布時(shí)，在該局域表面上離散地照射幾個(gè)點(diǎn)(這些點(diǎn)的聚焦尺寸在幾微米之間)，以點(diǎn)代面，來(lái)反映出局域表面上的殘余應(yīng)力分布，對(duì)局域表面上的殘余應(yīng)力的分布測(cè)試精度極低。同時(shí)，對(duì)樣品局域表面上某一截面下的應(yīng)力分布梯度無(wú)法測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決拉曼光譜單點(diǎn)、離散測(cè)試樣品殘余應(yīng)力，激光聚焦尺寸過(guò)大、以點(diǎn)代面所造成的局域表面殘余應(yīng)力測(cè)試精度極低的問(wèn)題，以及進(jìn)一步的對(duì)樣品局域表面上某一截面下的應(yīng)力分布梯度無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題，提供一種高精度的微機(jī)電系統(tǒng)殘余應(yīng)力表面分布測(cè)試方法。
本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的微機(jī)電系統(tǒng)殘余應(yīng)力表面分布測(cè)試方法，包含激光照射樣品(MEMS器件)、樣品(對(duì)光除產(chǎn)生反射、吸收和透射之外)產(chǎn)生拉曼散射、(經(jīng)單色儀或光譜儀)輸出拉曼光譜、分析拉曼光譜的拉曼測(cè)試過(guò)程，激光的聚焦直徑0.3-1μm，對(duì)被測(cè)局域表面先按直線逐點(diǎn)照射，再逐線照射。通過(guò)降低激光的聚焦直徑，本身可提高照射單元(單點(diǎn))的應(yīng)力測(cè)試精度，再通過(guò)對(duì)被測(cè)局域表面按直線逐點(diǎn)照射和逐線照射進(jìn)一步提高了被測(cè)局域表面殘余應(yīng)力的測(cè)試精度，更全面、準(zhǔn)確地測(cè)試出被測(cè)局域表面的殘余應(yīng)力。
微機(jī)械加工過(guò)程中的濺射、沉積、光刻、腐蝕等工藝會(huì)引起殘余應(yīng)力的分布，不同的加工工藝造成的殘余應(yīng)力分布情況和大小不同。不同波長(zhǎng)的激光其穿透深度不同，波長(zhǎng)長(zhǎng)的激光穿透材料的穿孔機(jī)透深度值大。用不同波長(zhǎng)的激光對(duì)被測(cè)局域表面先按直線逐點(diǎn)照射，再逐線照射。通過(guò)比較不同波長(zhǎng)的激光在特定的掃描線和所反映出的掃描面上的應(yīng)力分布情況，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定加工工藝下的樣品特定位置不同深度的殘余應(yīng)力梯度變化情況的測(cè)試，并以此反映出被測(cè)局域表面的不同深度的殘余應(yīng)力梯度變化情況，從而能夠更全面、更真實(shí)地測(cè)試和反映出被測(cè)局域表面的殘余應(yīng)力分布情況，反映出不同工藝中應(yīng)力梯度的變化情況，以此指導(dǎo)實(shí)際的加工工藝。
本發(fā)明所述的微機(jī)電系統(tǒng)殘余應(yīng)力表面分布測(cè)試方法在拉曼光譜單點(diǎn)應(yīng)力測(cè)試的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)激光聚焦直徑的優(yōu)選以及按直線逐點(diǎn)照射、逐線照射的測(cè)試方法極大地提高了樣品殘余應(yīng)力的測(cè)試精度，能更全面、更準(zhǔn)確、更真實(shí)地測(cè)試和反映出被測(cè)局域表面的殘余應(yīng)力分布情況。同時(shí)，通過(guò)以不同波長(zhǎng)的激光分別進(jìn)行掃描，還可測(cè)試樣品特定位置不同深度的殘余應(yīng)力梯度變化情況，并以此反映出被測(cè)局域表面的不同深度的殘余應(yīng)力梯度變化情況，從而對(duì)樣品的實(shí)際加工工藝更具有指導(dǎo)意義。
具體實(shí)施例方式
微機(jī)電系統(tǒng)殘余應(yīng)力表面分布測(cè)試方法，包含激光照射樣品(MEMS器件)、樣品產(chǎn)生拉曼散射、輸出拉曼光譜、分析拉曼光譜的拉曼測(cè)試過(guò)程，激光的聚焦直徑選擇1μm(或0.3μm、0.5μm、0.8μm)，對(duì)被測(cè)局域表面先按直線逐點(diǎn)照射，再逐線照射。
現(xiàn)有的拉曼光譜儀可用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述的方法。通過(guò)調(diào)節(jié)拉曼光譜儀的激光器的焦距以改變照射激光的聚焦直徑。激光照射到被測(cè)樣品的被測(cè)局域表面上，散射光進(jìn)入拉曼光譜儀，將其轉(zhuǎn)換為具有光譜頻移的拉曼光譜圖，利用MEMS器件所用材料未加前和加工后的光譜頻移差即可定量計(jì)算和分析出該點(diǎn)殘余應(yīng)力的大??；通過(guò)拉曼光譜儀內(nèi)的高速數(shù)碼相機(jī)可將采集的動(dòng)態(tài)拉曼光譜圖轉(zhuǎn)換、輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行可視和分析。
然后對(duì)被測(cè)局域表面先按直線逐點(diǎn)照射，根據(jù)被測(cè)局域表面的大小和激光聚焦直徑的大小，一條直線上照射點(diǎn)的數(shù)量有所不同(直線上照射點(diǎn)越多越精確)；然后再逐線照射，各線間的間隙與激光的聚焦直徑有關(guān)，激光聚焦直徑越小，各線間的間隙可越小。為保證各點(diǎn)嚴(yán)格沿直線掃描以及逐線平行掃描，可借助現(xiàn)有的三維程控平臺(tái)與拉曼光譜儀配合，以確保樣品精確地按所需移動(dòng)。通過(guò)各單點(diǎn)可反映出各線上的殘余應(yīng)力分布，通過(guò)各線反映出被測(cè)局域表面上的殘余應(yīng)力分布。
以不同波長(zhǎng)的激光分別重復(fù)上述的測(cè)試過(guò)程，如激光可分別選用如下波長(zhǎng)325nm(納米)、457.9nm、488nm、514.5nm。通過(guò)比較不同波長(zhǎng)激光下的點(diǎn)、線、面的殘余應(yīng)力分布情況，可反映出特定位置上的殘余應(yīng)力梯度變化情況。
權(quán)利要求
1.一種微機(jī)電系統(tǒng)殘余應(yīng)力表面分布測(cè)試方法，包含激光照射樣品、樣品產(chǎn)生拉曼散射、輸出拉曼光譜、分析拉曼光譜的拉曼測(cè)試過(guò)程，其特征為激光的聚焦直徑0.3-1μm，對(duì)被測(cè)局域表面先按直線逐點(diǎn)照射，再逐線照射。
2.如權(quán)利要求1所述的微機(jī)電系統(tǒng)殘余應(yīng)力表面分布測(cè)試方法，其特征為用不同波長(zhǎng)的激光對(duì)被測(cè)局域表面先按直線逐點(diǎn)照射，再逐線照射。
全文摘要
本發(fā)明為微機(jī)電系統(tǒng)殘余應(yīng)力表面分布測(cè)試方法，涉及微機(jī)電系統(tǒng)的一種參量測(cè)試方法。本發(fā)明解決拉曼光譜單點(diǎn)、離散測(cè)試樣品殘余應(yīng)力，激光聚焦尺寸過(guò)大、以點(diǎn)代面所造成的局域表面殘余應(yīng)力測(cè)試精度極低的問(wèn)題，以及進(jìn)一步的對(duì)樣品局域表面上某一截面下的應(yīng)力分布梯度無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題。該包含激光照射樣品、樣品產(chǎn)生拉曼散射、輸出拉曼光譜、分析拉曼光譜的拉曼測(cè)試過(guò)程，激光的聚焦直徑0.3－1μm，對(duì)被測(cè)局域表面先按直線逐點(diǎn)照射，再逐線照射。用不同波長(zhǎng)的激光對(duì)被測(cè)局域表面先按直線逐點(diǎn)照射，再逐線照射。本發(fā)明所述測(cè)試方法極大地提高了樣品殘余應(yīng)力的測(cè)試精度。同時(shí)，還可測(cè)試樣品特定位置不同深度的殘余應(yīng)力梯度變化情況。
文檔編號(hào)B81C99/00GK1696047SQ20051001247
公開(kāi)日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2005年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月20日
發(fā)明者熊繼軍, 薛晨陽(yáng), 張文棟, 張斌珍, 桑勝波 申請(qǐng)人:中北大學(xué)