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薄膜应力测试仪阅读:12

薄膜应力测试仪是一种用于测量薄膜材料在基底上因沉积、热处理或环境变化而产生的内应力(残余应力)的专用设备。

测量技术

  根据曲率测量方式不同,常见类型包括:

  1.激光扫描曲率法

  使用一束或多束激光照射基底表面,反射光斑位置随表面倾斜角变化。

  通过位置敏感探测器(PSD)或CCD记录光斑位移,计算出整个表面的曲率分布。

  优点:非接触、高灵敏度(可测<1 MPa应力)、速度快、可测全貌形变。

  代表设备:kSA MOS、FSM-600、LayTec EpiCurve等。

  2.干涉测量法(如白光干涉、激光干涉)

  利用干涉条纹分析基底表面形貌,通过三维重建获得曲率。

  优点:可同时获得表面粗糙度和应力信息。

  缺点:对振动敏感,测量速度较慢。

  3.机械探针法(较少用)

  用精密触针扫描表面轮廓,计算曲率。

  易划伤样品,已基本被光学方法取代。

性能指标

  1.应力测量范围:±1 MPa至±10 GPa(取决于薄膜/基底组合)

  2.分辨率:可达0.1 MPa甚至更高

  3.样品尺寸:兼容2英寸至12英寸晶圆(常见为4"、6"、8")

  4.温度控制(可选):部分高端机型集成加热台(室温~1000°C),用于原位(in-situ)监测退火或沉积过程中的应力演变

  5.输出结果:平均应力、应力分布图、曲率图、热膨胀系数(CTE)分析等

注意事项

  1.样品要求:基底需为平整、刚性薄片(如单晶硅、石英、蓝宝石),厚度均匀。

  2.清洁度:表面无颗粒、油污,否则影响光学测量精度。

  3.环境控制:避免强振动、气流扰动和温度波动(尤其高精度测量)。

  4.校准:定期用标准曲率样品验证系统准确性。

  5.薄膜厚度需已知:通常由椭偏仪、台阶仪或石英晶体微天平(QCM)提供tf数据。

应用场景

  1.半导体制造

  监控PVD/CVD沉积的金属(Al、Cu)、介质层(SiO2、Si3N4)的应力,防止翘曲或开裂。

  2.光学镀膜

  控制多层增透膜、反射膜的应力,避免镜片变形影响成像质量。

  3.光伏产业

  测量TCO(透明导电氧化物)、非晶硅薄膜的应力,提升电池效率与可靠性。

  4.MEMS/NEMS器件开发

  微悬臂梁、薄膜谐振器的性能高度依赖应力控制。

  5.新材料研发

  评估石墨烯、MoS2等二维材料转移后的残余应力。

  6.工艺优化与失效分析

  对比不同沉积参数(功率、气压、温度)对应力的影响,指导工艺窗口设定。

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