专利名称：微机电系统残余应力表面分布测试方法
技术领域：
本发明涉及微机电系统的一种参量测试方法，具体为微机电系统残余应力表面分布测试方法。
背景技术：
微机电系统(MEMS器件)是当今微电子技术的重要领域，并取得了日新月异的骄人成果。与微电子电路不同，MEMS器件中涉及到很多机械结构，而半导体加工过程所引入的残余应力严重影响MEMS器件的性能，也影响到半导体材料薄膜的粘附、断裂等重要特性，因而给MEMS器件带来了很多的问题。例如，在很多应用中，需要低应力去确保腐蚀的结构仍能够保持平面，但是在压应力存在的情况下，腐蚀之后的结构可能会发生隆起。因此，精确的应力测量对于优化微结构的加工工艺是非常重要的。
目前，已知的测量微机电系统(MEMS器件)残余应力的方法主要有X射线衍射法、基底曲率法、微结构法、圆片法和悬臂梁法等几种。但这些方法大都是基于机械方法实现微机电系统(MEMS器件)的微结构残余应力的测试，当微结构尺寸趋于更小时，这些方法已不能适用，且测试精度也会大大降低。
目前已知拉曼光谱测试方法可测量单点(很小的局域范围)的应力情况；所谓拉曼光谱测试方法的原理是激光发出的连续激光波经介质镜、透镜照射于样品，样品对光除产生反射、吸收和透射之外，还将产生拉曼散射；散射光系统将散射光送入单色仪或光谱议，输出拉曼光谱，拉曼光谱中包含了样品成分，应力、应变，晶体结构和晶向以及晶体质量好坏等信息，经过分析拉曼光谱(分析方法是公知的)得出相应的样品(应力)信息。目前，以拉曼光谱测试样品残余应力时，激光的聚焦尺寸较大(几微米)。测量局域表面上的残余应力分布时，在该局域表面上离散地照射几个点(这些点的聚焦尺寸在几微米之间)，以点代面，来反映出局域表面上的残余应力分布，对局域表面上的残余应力的分布测试精度极低。同时，对样品局域表面上某一截面下的应力分布梯度无法测量。
发明内容
本发明解决拉曼光谱单点、离散测试样品残余应力，激光聚焦尺寸过大、以点代面所造成的局域表面残余应力测试精度极低的问题，以及进一步的对样品局域表面上某一截面下的应力分布梯度无法测量的问题，提供一种高精度的微机电系统残余应力表面分布测试方法。
本发明是采用如下技术方案实现的微机电系统残余应力表面分布测试方法，包含激光照射样品(MEMS器件)、样品(对光除产生反射、吸收和透射之外)产生拉曼散射、(经单色仪或光谱仪)输出拉曼光谱、分析拉曼光谱的拉曼测试过程，激光的聚焦直径0.3-1μm，对被测局域表面先按直线逐点照射，再逐线照射。通过降低激光的聚焦直径，本身可提高照射单元(单点)的应力测试精度，再通过对被测局域表面按直线逐点照射和逐线照射进一步提高了被测局域表面残余应力的测试精度，更全面、准确地测试出被测局域表面的残余应力。
微机械加工过程中的溅射、沉积、光刻、腐蚀等工艺会引起残余应力的分布，不同的加工工艺造成的残余应力分布情况和大小不同。不同波长的激光其穿透深度不同，波长长的激光穿透材料的穿孔机透深度值大。用不同波长的激光对被测局域表面先按直线逐点照射，再逐线照射。通过比较不同波长的激光在特定的扫描线和所反映出的扫描面上的应力分布情况，就可实现对特定加工工艺下的样品特定位置不同深度的残余应力梯度变化情况的测试，并以此反映出被测局域表面的不同深度的残余应力梯度变化情况，从而能够更全面、更真实地测试和反映出被测局域表面的残余应力分布情况，反映出不同工艺中应力梯度的变化情况，以此指导实际的加工工艺。
本发明所述的微机电系统残余应力表面分布测试方法在拉曼光谱单点应力测试的基础上，通过对激光聚焦直径的优选以及按直线逐点照射、逐线照射的测试方法极大地提高了样品残余应力的测试精度，能更全面、更准确、更真实地测试和反映出被测局域表面的残余应力分布情况。同时，通过以不同波长的激光分别进行扫描，还可测试样品特定位置不同深度的残余应力梯度变化情况，并以此反映出被测局域表面的不同深度的残余应力梯度变化情况，从而对样品的实际加工工艺更具有指导意义。
具体实施例方式
微机电系统残余应力表面分布测试方法，包含激光照射样品(MEMS器件)、样品产生拉曼散射、输出拉曼光谱、分析拉曼光谱的拉曼测试过程，激光的聚焦直径选择1μm(或0.3μm、0.5μm、0.8μm)，对被测局域表面先按直线逐点照射，再逐线照射。
现有的拉曼光谱仪可用于实现本发明所述的方法。通过调节拉曼光谱仪的激光器的焦距以改变照射激光的聚焦直径。激光照射到被测样品的被测局域表面上，散射光进入拉曼光谱仪，将其转换为具有光谱频移的拉曼光谱图，利用MEMS器件所用材料未加前和加工后的光谱频移差即可定量计算和分析出该点残余应力的大小；通过拉曼光谱仪内的高速数码相机可将采集的动态拉曼光谱图转换、输入计算机进行可视和分析。
然后对被测局域表面先按直线逐点照射，根据被测局域表面的大小和激光聚焦直径的大小，一条直线上照射点的数量有所不同(直线上照射点越多越精确)；然后再逐线照射，各线间的间隙与激光的聚焦直径有关，激光聚焦直径越小，各线间的间隙可越小。为保证各点严格沿直线扫描以及逐线平行扫描，可借助现有的三维程控平台与拉曼光谱仪配合，以确保样品精确地按所需移动。通过各单点可反映出各线上的残余应力分布，通过各线反映出被测局域表面上的残余应力分布。
以不同波长的激光分别重复上述的测试过程，如激光可分别选用如下波长325nm(纳米)、457.9nm、488nm、514.5nm。通过比较不同波长激光下的点、线、面的残余应力分布情况，可反映出特定位置上的残余应力梯度变化情况。
权利要求
1.一种微机电系统残余应力表面分布测试方法，包含激光照射样品、样品产生拉曼散射、输出拉曼光谱、分析拉曼光谱的拉曼测试过程，其特征为激光的聚焦直径0.3-1μm，对被测局域表面先按直线逐点照射，再逐线照射。
2.如权利要求1所述的微机电系统残余应力表面分布测试方法，其特征为用不同波长的激光对被测局域表面先按直线逐点照射，再逐线照射。
全文摘要
本发明为微机电系统残余应力表面分布测试方法，涉及微机电系统的一种参量测试方法。本发明解决拉曼光谱单点、离散测试样品残余应力，激光聚焦尺寸过大、以点代面所造成的局域表面残余应力测试精度极低的问题，以及进一步的对样品局域表面上某一截面下的应力分布梯度无法测量的问题。该包含激光照射样品、样品产生拉曼散射、输出拉曼光谱、分析拉曼光谱的拉曼测试过程，激光的聚焦直径0.3－1μm，对被测局域表面先按直线逐点照射，再逐线照射。用不同波长的激光对被测局域表面先按直线逐点照射，再逐线照射。本发明所述测试方法极大地提高了样品残余应力的测试精度。同时，还可测试样品特定位置不同深度的残余应力梯度变化情况。
文档编号B81C99/00GK1696047SQ20051001247
公开日2005年11月16日 申请日期2005年4月20日 优先权日2005年4月20日
发明者熊继军, 薛晨阳, 张文栋, 张斌珍, 桑胜波 申请人:中北大学