Système de mesure de contrainte de film minceUtilisé pour détecter les contraintes résiduelles ou dynamiques au sein de films minces (épaisseurs allant de l'échelle nanométrique à l'échelle micrométrique), il est largement utilisé dans les domaines des puces semi - conductrices, de l'électronique flexible, du revêtement optique, etc. Les caractéristiques physiques des différents films de matériaux (par exemple, la dureté élevée des films métalliques, le faible module d'élasticité des films polymères, la fragilité des films semi - conducteurs) sont très différentes, il est nécessaire d'atteindre l'adaptation précise par la conception collaborative de « l'adaptation du principe - l'adaptation fixe - l'étalonnage des paramètres - la régulation de l'environnement», afin d'éviter l'erreur de mesure (erreur cible ≤ 5%) causée par l'inadéquation des caractéristiques des matériaux.

I. choix du principe de mesure: méthode de base de correspondance par caractéristique matérielle

Selon les caractéristiques mécaniques et physiques du matériau, le choix du principe de mesure de contrainte adapté est la base de la mesure précise:

La méthode de flexion est adaptée aux matériaux rigides: matériaux rigides (module d'élasticité ≥ 100 GPA) tels que les films métalliques (par exemple, les films d'aluminium, les films de cuivre), les films semi - conducteurs (par exemple, les films à base de silicium), la méthode de flexion laser est préférée - la contrainte est calculée en combinaison avec la formule de Stoney en mesurant la variation de la courbure de flexion du substrat avant et après le dépôt du film (précision ≤ 0,1 m⁻¹). De tels matériaux ne sont pas facilement déformés, le signal de flexion est stable et peut refléter avec précision les variations de contrainte; Par example lors de la mesure d'un film mince métallisé sur une plaquette de silicium, le diamètre du spot laser peut être fixé à 50 µm, assurant la résolution spatiale de la mesure de courbure.

Matériaux flexibles / transparents adaptés à l'interférométrie optique: matériaux flexibles ou transparents (module d'élasticité ≤ 10 GPa, transmission lumineuse ≥ 80%) tels que films polymères (tels que films Pi, PET), films optiques transparents (tels que films ITO), interférométrie adaptée à la lumière blanche ou interférométrie par déphasage. éviter l'endommagement du matériau souple par des mesures de contact en détectant les variations de phase optique dues aux contraintes du film mince (précision ≤ 0,01 π); Par exemple, lors de la mesure d'un film mince de base Pi d'une OLED flexible, un chemin optique interférentiel sans contact est utilisé pour empêcher la déformation du substrat d'affecter les résultats de mesure.

Adaptation de la spectroscopie Raman aux matériaux fragiles / à haute température: films céramiques (tels que les films al₂o₃), films d'alliage à haute température et autres matériaux fragiles ou résistants à haute température (résistance à la température ≥ 500 ℃), en utilisant la spectroscopie Raman - la distribution des contraintes est calculée en analysant le déplacement du pic Raman résultant de la contrainte (précision du nombre d'ondes ≤ 0,1 cm⁻¹). Ces matériaux sont sujets à la rupture par des forces externes, et la spectroscopie Raman sans contact, la mesure de microzone (diamètre du spot ≤ 1 μm) caractéristiques peuvent éviter les dommages, tout en s'adaptant à l'environnement à haute température (nécessaire avec la table d'échantillon à haute température).

II. Adaptation de la fixation de l'échantillon: conception du schéma de fixation par forme matérielle

Pour la morphologie de la base (p. ex. substrat rigide, substrat souple, feuille / rouleau) des films de différents matériaux, concevoir des dispositifs de fixation adaptés qui garantissent la stabilité de l'échantillon au moment de la mesure:

Fixation de substrat rigide: film sur substrat rigide tel que feuille de silicium, verre, etc., avec fixation par adsorption sous vide (pression d'adsorption 0,05 - 0,08 MPa), évitant les contraintes supplémentaires dues au serrage mécanique; Par exemple, lors de la mesure d'un film de nitrure de silicium sur une plaquette de silicium de 6 pouces, le diamètre de la ventouse à vide correspond à la plaquette de silicium (6 pouces), ce qui garantit que le substrat est uniformément sollicité sans courbure locale.

Fixation de base flexible: film sur une base en polymère flexible (par exemple, film Pi en rouleau) avec fixation contrôlée en tension – en appliquant une tension constante (0,1 - 1 n, ajustée en fonction de l’épaisseur du film) par des rouleaux de tension aux deux extrémités, le substrat est maintenu plat et sans contrainte supplémentaire; La fluctuation de tension doit être ≤ 5% lors de la mesure, afin d'éviter l'erreur de calcul de la variation de tension en tant que signal de contrainte, par exemple lors de la détection d'un film Pi ultra - mince pour un écran flexible, la tension est fixée à 0,3 N, équilibrant la planéité avec aucune exigence de contrainte.

Iii. Optimisation de l'étalonnage paramétrique: correction du modèle de calcul par paramètre matériel

Selon les paramètres mécaniques tels que le module d'élasticité, le rapport de poisson du matériau, l'étalonnageSystème de mesure de contrainte de film minceModèle de calcul pour éliminer les erreurs causées par les différences dans les caractéristiques des matériaux:

Étalonnage d'entrée de paramètres mécaniques: Avant de mesurer, vous devez entrer le module d'élasticité du matériau (par exemple, film d'aluminium 70gpa, film Pi 2,5 GPA), le rapport de poisson (par exemple, film de silicium 0,28, film de polymère 0,4) dans le système avec précision, corriger la formule de Stoney, le coefficient de conversion Raman Peak Shift - stress et d'autres modèles de calcul de base. Par exemple, lors de la mesure de différents films métalliques, si l'écart d'entrée du module d'élasticité du film d'aluminium est de 10%, l'erreur de calcul de la contrainte est supérieure à 8%, les paramètres doivent être vérifiés et corrigés par un échantillon standard (par exemple, un film calibré avec une contrainte connue).

Adaptation de la plage de mesure: Ajustez l'échelle du système en fonction de la plage de contraintes du matériau - la contrainte résiduelle du film métallique est généralement de 10 à 500 MPa, l'échelle peut être réglée sur 0 à 1000 MPa; La contrainte de film mince de polymère est plus de 1 - 50mpa, l'échelle est réglée sur 0 - 100mpa, évitant l'échelle trop grande menant à la précision insuffisante de la mesure de faible contrainte (telle que la mesure de la contrainte de 10mpa avec l'échelle de 1000mpa, l'erreur peut être plus de 10%).

Iv. Régulation de compensation environnementale: environnement de mesure adapté à la stabilité du matériau

Pour la sensibilité du matériau à la température, à l'humidité, aux vibrations, ajuster les paramètres environnementaux de mesure, garantir la stabilité de la mesure:

Compensation de la température et de l'humidité: les films polymères (tels que les films PET) sont sensibles à la température et à l'humidité (chaque changement de température de 1 ℃, la variation de contrainte peut être supérieure à 10 MPa), doivent être mesurés dans un environnement thermostatique et humide (contrôle de la température de 23 ± 0,5 ℃, humidité de 50 ± 5% HR) et les écarts de contrainte causés par la température et l'humidité sont compensés en temps réel par des capteurs environnementaux; Par exemple, lors de la mesure du film pi pour l'électronique flexible, le système intègre un algorithme de compensation de la température et de l'humidité qui corrige automatiquement les erreurs de mesure causées par des facteurs environnementaux.

Anti - vibration et blindage électromagnétique: Film Semi - conducteur (par exemple, film de colle photolithographique), film magnétique sensible aux vibrations (amplitude de vibration supérieure à 1 μm affectera la mesure optique), interférences électromagnétiques, le système de mesure doit installer une table d'amortissement (taux d'atténuation des vibrations ≥ 90%) et adopter un bouclier électromagnétique (énergie de blindage ≥ 30 DB), pour éviter les interférences extérieures affectant l'acquisition du signal, par exemple, lors de la mesure du film de colle photolithographique dans une salle blanche semi - conductrice, la table d'amortissement peut contrôler les vibrations à moins de 0,1 μm.

Par le Protocole d'adaptation ci - dessus,Système de mesure de contrainte de film mincePeut couvrir les besoins de mesure des films minces de métaux, semi - conducteurs, polymères, céramiques et autres types de matériaux, assurer la précision de la mesure de contrainte sous différents matériaux peut répondre aux exigences du scénario d'application (telles que l'erreur de mesure de film mince de puce semi - conductrice ≤ 3%, erreur de film mince électronique flexible ≤ 5%), fournir un support de données pour l'optimisation des performances du matériau de film mince et l'amélioration de la fiabilité du dispositif.