Sistema de medición de tensión de película delgadaSe utiliza para detectar tensiones residuales o dinámicas en películas delgadas (de espesor nanométrico a micrómetro), y es ampliamente utilizado en chips semiconductores, electrónica flexible, recubrimiento óptico y otros campos. Las características físicas de las diferentes películas de materiales (como la alta dureza de las películas metálicas, el bajo módulo de elasticidad de las películas de polímeros y la fragilidad de las películas semiconductoras) son muy diferentes, por lo que es necesario lograr una adaptación precisa mediante un diseño colaborativo de "coincidencia de principios - Adaptación fija - calibración de parámetros - ajuste ambiental" Para evitar errores de medición causados por desajustes en las características de los materiales (error objetivo ≤ 5%).

I. selección del principio de medición: método central de coincidencia de acuerdo con las características del material

De acuerdo con las características mecánicas y físicas del material, la selección del principio de medición de esfuerzo adecuado es la base de la medición precisa:

El método de flexión se adapta a materiales rígidos: películas metálicas (como películas de aluminio, películas de cobre), películas semiconductoras (como películas a base de silicio) y otros materiales rígidos (módulo de elasticidad ≥ 100 gpa), dando prioridad al método de flexión láser - calculando el estrés midiendo el cambio de curvatura de flexión del sustrato antes y después de la deposición de la película (precisión ≤ 0,1 M 1), combinado con la fórmula stoney. Este tipo de materiales no son fáciles de deformar, la señal de flexión es estable y puede reflejar con precisión los cambios de estrés; Por ejemplo, al medir la película metálica en una pastilla de silicio, el diámetro del punto láser se puede establecer en 50 micras para garantizar la resolución espacial de la medición de la curvatura.

El método de interferencia óptica se adapta a materiales flexibles / transparentes: materiales flexibles o transparentes como películas de polímero (como películas pi, películas pet), películas ópticas transparentes (como películas ito) (módulo de elasticidad ≤ 10 gpa, transmisión de luz ≥ 80%), el método de interferencia de luz blanca o el método de interferencia de cambio de fase. Evitar el daño de la medición de contacto a materiales flexibles detectando cambios de fase óptica causados por el estrés de la película (precisión ≤ 0,01 pi); Por ejemplo, al medir la película de base Pi de OLED flexible, se utiliza un camino óptico de interferencia sin contacto para evitar que la deformación de la base afecte los resultados de la medición.

El método de espectrometría Raman se adapta a materiales frágiles / de alta temperatura: materiales frágiles o resistentes a altas temperaturas, como películas cerámicas (como películas al ₃o), películas de aleación de alta temperatura (resistencia a la temperatura ≥ 500 ° c), y se selecciona el método de espectrometría Raman para calcular la distribución del estrés analizando el desplazamiento del pico Raman causado por El estrés (precisión del número de ondas ≤ 0,1 cm 1). Este tipo de materiales son propensos a romperse debido a fuerzas externas, y las características de medición sin contacto y micro - región del espectro Raman (diámetro del punto ≤ 1 μm) pueden evitar daños, al tiempo que se adaptan al entorno de alta temperatura (es necesario combinar con una mesa de muestras de alta temperatura).

2. adaptación de la fijación de la muestra: diseño del plan de fijación de acuerdo con la forma del material

Para la morfología del sustrato de diferentes películas de materiales (como sustrato rígido, sustrato flexible, lámina / rollo), se diseñan dispositivos de fijación adaptados para garantizar la estabilidad de la muestra en la medición:

Fijación de sustrato rígido: película sobre sustrato rígido como pastillas de silicio y vidrio, fija por adsorción al vacío (presión de adsorción 0,05 - 0,08 mpa) para evitar el estrés adicional causado por el agarre mecánico; Por ejemplo, al medir la película de nitruro de silicio en una pastilla de silicio de 6 pulgadas, el diámetro de la ventosa de vacío coincide con la pastilla de silicio (6 pulgadas) para garantizar una fuerza uniforme sobre el sustrato y sin flexión local.

Fijación del sustrato flexible: película sobre el sustrato de polímero flexible (como la película Pi enrollada), fija por control de tensión - aplicando una tensión constante (0,1 - 1n, ajustada en función del espesor de la película) a través de rodillos de tensión en ambos extremos, manteniendo el sustrato plano y sin tensión adicional; La fluctuación de la tensión debe ser ≤ 5% durante la medición para evitar que los cambios de tensión se juzguen erróneamente como señales de estrés. por ejemplo, cuando se detecta una película Pi ultradelgada para pantallas flexibles, la tensión se establece en 0,3n para equilibrar los requisitos de planitud y sin estrés.

3. optimización de la calibración de parámetros: corregir el modelo de cálculo de acuerdo con los parámetros del material

De acuerdo con los parámetros mecánicos del material, como el módulo de elasticidad y la relación de amarre, se calibra.Sistema de medición de tensión de película delgadaModelo de cálculo para eliminar los errores causados por las diferencias en las características del material:

Calibración de entrada de parámetros mecánicos: antes de la medición, es necesario introducir con precisión el módulo de elasticidad del material (como la película de aluminio 70gpa, la película Pi 2.5gpa), la relación de amarre (como la película de silicio 0.28, la película de polímero 0.4) en el sistema, corregir la fórmula stoney, el coeficiente de conversión de desplazamiento pico Raman - esfuerzo y otros modelos de cálculo centrales. Por ejemplo, al medir diferentes películas metálicas, si la desviación de entrada del módulo de elasticidad de la película de aluminio es del 10%, el error de cálculo del estrés superará el 8%, que debe verificarse y corregirse a través de una muestra estándar, como una película de calibración con tensión conocida.

Adaptación del rango de medición: ajustar el rango de medición del sistema de acuerdo con el rango de tensión del material - el estrés residual de la película metálica suele ser de 10 - 500mpa, y el rango de medición se puede establecer en 0 - 1000mpa; La mayoría de las tensiones de la película de polímero son de 1 - 50 mpa, y el rango de medición se establece en 0 - 100 mpa, evitando que el rango de medición demasiado grande provoque una precisión de medición insuficiente de bajo estrés (por ejemplo, el rango de medición de 1000 MPA para medir el estrés de 10 mpa, el error puede superar el 10%).

IV. ajuste de la compensación ambiental: adaptación del entorno de medición de acuerdo con la estabilidad del material

En vista de la sensibilidad del material a la temperatura, la humedad y la vibración, ajuste los parámetros ambientales de medición para garantizar la estabilidad de la medición:

Compensación de temperatura y humedad: las películas de polímero (como las películas pet) son sensibles a la temperatura y la humedad (por cada cambio de temperatura de 1 ° c, el cambio de tensión puede superar los 10 mpa), deben medirse en un ambiente de temperatura y humedad constantes (control de temperatura de 23 ± 0,5 ° c, humedad de 50 ± 5% rh), y compensar la desviación de tensión causada por la temperatura y la humedad en tiempo real a través de sensores ambientales; Por ejemplo, al medir la película Pi para electrónica flexible, el sistema incorpora un algoritmo de compensación de temperatura y humedad para corregir automáticamente el error de medición causado por factores ambientales.

Resistencia a la vibración y blindaje electromagnético: las películas semiconductoras (como las películas fotorresistentes), las películas magnéticas son sensibles a la vibración (la amplitud de vibración supera los 1 micra puede afectar la medición óptica), las interferencias electromagnéticas, el sistema de medición necesita instalar una plataforma de amortiguación (la tasa de atenuación de la vibración es ≥ 90%) y utilizar una cubierta de blindaje electromagnético (la eficiencia de blindaje es ≥ 30 db) para evitar interferencias externas que afecten la adquisición de señales, por ejemplo, cuando se mide la película fotorresistente en una sala limpia de semiconductores, la Plataforma de amortiguación puede controlar la vibración dentro de 0,1 micras.

A través del plan de adaptación anterior,Sistema de medición de tensión de película delgadaPuede cubrir las necesidades de medición de películas de metales, semiconductores, polímeros, cerámica y otros tipos de materiales, asegurando que la precisión de medición de esfuerzo bajo diferentes materiales pueda cumplir con los requisitos del escenario de aplicación (como el error de medición de películas de chips semiconductores ≤ 3% y el error de películas electrónicas flexibles ≤ 5%), proporcionando soporte de datos para La optimización del rendimiento de las películas delgadas y la mejora de la fiabilidad del dispositivo.