частотно - следящая измерения напряжений на тонкой пленкеИспользуется для обнаружения остаточных или динамических напряжений в тонких пленках (толщина от нано - до микрон - уровней) и широко используется в полупроводниковых чипах, гибкой электронике, оптическом покрытии и других областях. Физические характеристики пленки из разных материалов (например, высокая твердость металлической пленки, низкий модуль упругости полимерной пленки, хрупкость полупроводниковой пленки) сильно различаются, необходимо обеспечить точную адаптацию посредством синергического проектирования « принципиальное соответствие - фиксированная адаптация - калибровка параметров - регулирование среды», чтобы избежать ошибок измерения из - за несоответствия характеристик материала (целевая ошибка составляет 5%).

I. Выбор принципа измерения: соответствие основного метода по характеристикам материала

В соответствии с механическими и физическими свойствами материала выбор подходящего принципа измерения напряжений является основой точного измерения:

Метод изгиба подходит для жестких материалов: металлические пленки (например, алюминиевые, медные), полупроводниковые пленки (например, пленки на основе кремния) и другие жесткие материалы (модуль упругости ≥ 100GPA), предпочтительно лазерный метод изгиба - путем измерения изменения кривизны изгиба фундамента до и после осаждения пленки (точность 0,1m⁻1), расчет напряжений в сочетании с формулой Стони. Такие материалы нелегко деформировать, сигнал изгиба стабилен, может точно отражать изменения напряжения; Например, при измерении металлической пленки на кремниевой пластине диаметр лазерного пятна может быть установлен на уровне 50 мкм, что обеспечивает пространственное разрешение измерения кривизны.

Оптическая интерферометрия адаптируется к гибким / прозрачным материалам: гибким или прозрачным материалам, таким как полимерные пленки (например, PI - пленка, PET - пленка), прозрачные оптические пленки (например, пленка ITO) (модуль упругости 10 GPA, светопроницаемость ≥80%), адаптированным к интерферометрии белого света или интерферометрии фазового сдвига. Избегайте повреждения гибких материалов контактными измерениями путем обнаружения оптических фазовых изменений, вызванных напряжением пленки (точность 0,01 π); Например, при измерении пленки PI - базы гибкого OLED используются бесконтактные интерферометрические световые пути, чтобы предотвратить деформацию фундамента, влияющую на результаты измерений.

Спектроскопический метод Рамана подходит к хрупким / высокотемпературным материалам: керамические пленки (например, пленка Alneneneed Oá), тонкие пленки из высокотемпературных сплавов и другие хрупкие или высокотемпературные материалы (температуростойкие ≥ 500 °C), с использованием спектрального метода Рамана - распределение напряжений рассчитывается путем анализа пикового смещения Рамана, вызванного напряжением (точность волнового числа 0,1 см ⁻1). Такие материалы подвержены разрыву внешними силами, а бесконтактные, микрозональные измерения спектра Рамана (диаметр пятна 1 мкм) позволяют избежать повреждений и в то же время адаптироваться к высокотемпературной среде (с высокотемпературным пробоотборным стендом).

II. Стационарная адаптация образцов: разработка фиксированных схем по форме материала

Для базовой формы пленки из различных материалов (например, жесткий фундамент, гибкий фундамент, пластинчатый / рулонный), спроектированы подходящие крепления для обеспечения стабильности образца при измерении:

Фиксирование жесткого фундамента: пленка на жестком фундаменте, таком как кремниевые пластины и стекло, с использованием вакуумной адсорбционной фиксации (адсорбционное давление 0,05 - 0,08 МПа), чтобы избежать дополнительных напряжений, вызванных механическим захватом; Например, при измерении пленки нитрида кремния на 6 - дюймовой кремниевой пластине диаметр вакуумного присоса соответствует диаметру кремниевой пластины (6 дюймов), обеспечивая равномерное напряжение фундамента без местного изгиба.

Фиксирование гибкого фундамента: тонкая пленка на гибком полимерном фундаменте (например, рулонная PI - пленка), закрепленная с помощью регулируемого натяжением - постоянное натяжение (0,1 - 1Н, регулируемое толщиной пленки) с помощью натяжных валков на обоих концах, поддерживающих выравнивание фундамента без дополнительного напряжения; Колебания натяжения при измерении должны быть более 5%, чтобы избежать изменения натяжения, которое ошибочно воспринимается как сигнал напряжения, например, при обнаружении ультратонкой PI - пленки, используемой для гибкого экрана, натяжение установлено на уровне 0,3N, балансировка выравнивания и отсутствие напряжения.

Оптимизация калибровки параметров: корректировка вычислительной модели по параметрам материала

Калибровка по механическим параметрам, таким как модуль упругости материала, отношение Пуассоначастотно - следящая измерения напряжений на тонкой пленкеРасчетная модель, устраняющая ошибки, вызванные различиями в характеристиках материала:

Калибровка ввода механических параметров: перед измерением необходимо точно ввести модуль упругости материала (например, алюминиевая пленка 70GPA, PI - пленка 2.5GPA), отношение Пуассона (например, кремниевая пленка 0.28, полимерная пленка 0.4) в систему, исправить формулу Стоуни, коэффициент смещения пика Рамана - коэффициент преобразования напряжений и другие основные вычислительные модели. Например, при измерении различных металлических пленок, если модуль упругости алюминиевой пленки вводит отклонение на 10%, это может привести к ошибке расчета напряжений более 8%, которая должна быть проверена и исправлена стандартным образцом (например, калибровочной пленкой известных напряжений).

Адаптация диапазона измерений: регулировка диапазона системы в соответствии с диапазоном напряжений материала - остаточное напряжение металлической пленки обычно составляет 10 - 500 МПа, диапазон может быть установлен на уровне 0 - 1000 МПа; Напряжение полимерной пленки в основном 1 - 50 МПа, диапазон установлен 0 - 100 МПа, чтобы избежать слишком большого диапазона, что приводит к недостаточной точности измерения низкого напряжения (например, измерение напряжения 10 МПа в диапазоне 1000 МПа, ошибка может превышать 10%).

IV. Регулирование компенсации окружающей среды: адаптация измерительной среды к стабильности материала

Для чувствительности материала к температуре, влажности, вибрации, отрегулируйте параметры измеренной среды, чтобы обеспечить стабильность измерения:

Компенсация температуры и влажности: полимерная пленка (например, ПЭТ - пленка) чувствительна к температуре и влажности (изменение напряжения может превышать 10 МПа за каждые изменения температуры на 1 °C) и должна быть измерена в условиях постоянной температуры и влажности (температурный контроль 23 ± 0,5 °C, влажность 50 ± 5% RH), а отклонение напряжения, вызванное температурой и влажностью, компенсируется датчиками окружающей среды в режиме реального времени; Например, при измерении PI - пленки для гибких электронов система имеет встроенный алгоритм компенсации температуры и влажности, который автоматически исправляет ошибки измерения, вызванные факторами окружающей среды.

Устойчивость к вибрации и электромагнитная защита: полупроводниковая пленка (например, фоторезистивная пленка), магнитная пленка чувствительна к вибрации (амплитуда вибрации более 1 мкм влияет на оптические измерения), электромагнитные помехи, измерительная система должна быть оснащена амортизатором (скорость затухания вибрации ≥90%) и использовать электромагнитный экран (энергия экранирования ≥30 дБ), чтобы избежать внешних помех, влияющих на сбор сигналов, например, при измерении фоторезистивной пленки в полупроводниковой чистой камере, амортизатор может контролировать вибрацию в пределах 0,1 мкм.

В соответствии с вышеуказанной адаптационной программой,частотно - следящая измерения напряжений на тонкой пленкеМожет покрывать требования к измерению пленки из металла, полупроводника, полимера, керамики и других материалов, чтобы гарантировать, что точность измерения напряжения в разных материалах может соответствовать требованиям сценария применения (например, ошибка измерения пленки полупроводникового чипа составляет 3%, а ошибка гибкой электронной пленки - 5%), для оптимизации производительности мембранного материала и повышения надежности устройства для обеспечения поддержки данных.