MEMS薄膜應力梯度及楊氏模量在線測量方法研究.pdf

1、結構層薄膜淀積和犧牲層釋放是硅基MEMS器件加工過程中形成可動結構的重要工序。結構層薄膜的力學參數對MEMS器件制作成敗及性能的好壞具有重要影響。薄膜厚度方向上的應力梯度和薄膜的楊氏模量就是兩個十分重要的力學參數。結構層薄膜的這些力學參數與宏觀大體積同種材料的力學參數有很大差異，而且，這些力學參數也會隨著制作工藝的不同以及加工條件的變化而改變，因此需要在工藝線上經常測量，以確定某一特定工藝條件下薄膜材料的力學參數。
　　 現在，

2、MEMS薄膜力學參數的在線測量已成為MEMS材料特性研究領域中的一項迫切需求。
　　 本文提出一種用中心固支的圓形薄膜作為測試結構，由光學干涉技術和多普勒技術分別在線測量MEMS薄膜應力梯度與楊氏模量的方法。
　　 中心固支圓膜在其厚度方向上的應力梯度作用下，四周會產生翹曲，由光學干涉技術測量圓膜邊緣的離面高度，計算出圓膜的曲率半徑，就可以提取MEMS 薄膜的應力梯度。
　　 將測試結構固定在壓電陶瓷上，由正弦信

3、號驅動，用多普勒技術測量圓膜的縱向諧振頻率，就可以計算出薄膜材料的楊氏模量。
　　 為驗證該測量方法的正確性，CoventorWare模擬了若干個不同尺寸的多晶硅圓膜，仿真計算得到的應力梯度與楊氏模量的誤差均小于1.5％?？梢娺@種在線測量方法具有較高的精度。
　　 由于該測試結構的中心對稱性，其錨區(qū)接近理想固支，大大提高了模型精度；文中也證明了圓膜曲率半徑只與應力梯度有關，而與圓膜尺寸無關，因此，可根據測量精度要求合理選