【摘 要】
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该文基于现有的薄膜残余应变测试方法,设计出能够用于工业生产监控的微机械式残余应变测试结构及其测量结果处理应用程序.微机械式残余应变测试结构是利用MEMS技术制作出的微
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该文基于现有的薄膜残余应变测试方法,设计出能够用于工业生产监控的微机械式残余应变测试结构及其测量结果处理应用程序.微机械式残余应变测试结构是利用MEMS技术制作出的微机械式测试结构,其工作原理是它自身所具有的特殊结构使它在薄膜残余应变释放之后的变形量很大,从而使原本难以精确测量的微变形量放大成可以直接通过显微镜观测的变形量,再通过测量放大后的变形并根据残余应变与放大之后变形之间的关系得到薄膜中的残余应变.文中具体论述了被动式微机械薄膜残余应变测试结构的工作原理、设计过程、制作方法和软件编制的过程,并给出了最后的试验结果.在测试结构的设计过程中,利用有限元分析软件ANSYS详细分析了残余应变测试结构的尺寸参数和材料属性对测试结构性能的影响,并综合考虑了灵敏度与误差、现有的制造工艺条件制约的关系,得到适合工艺制造和测量的测试结构版图尺寸.然后通过有限元分析软件对具体的测试结构版图进行了高精度分析模拟,得到残余应变与测试结构变形量的关系曲线(即测试函数),再利用测试函数编制了测量数据处理应用程序,此程序不仅可以直接计算出薄膜的残余应变,还能够计算出测量的绝对误差值.为了使测试结构在残余应变释放之后的变形量的测量更加简单精确,该文特别引入了指针标尺读数系统,使测试结构的位移测量值达到0.1μm的精度.在设计版图的过程中考虑到锚区性能对测量结果的影响,特别设计出具有更高刚度的新式微机械锚区,改善了悬壁梁的边界条件.综合而言,该文所设计的微机械式残余应变测试结构具有占用面积小、无需施加负载、制作工艺简单、观测容易、测量结果精确(精度达到10<-5>)的优点,非常适合用于微电子工艺流水线,以向客户提供薄膜的残余应变参数.
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