專利名稱：微機械殘余應(yīng)力的測試結(jié)構(gòu)及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機械殘余應(yīng)力的測試結(jié)構(gòu)及其測試方法，屬于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)。
背景技術(shù)：
MEMS器件中的懸空的微機械薄膜結(jié)構(gòu)，譬如懸臂梁、固支梁和鼓膜，這些結(jié)構(gòu)中有的是使用體加工技術(shù)制造，但是為了和現(xiàn)有的通用CMOS工藝線兼容，更多的是用表面微機械加工的方法制造。一般而言，體硅加工的結(jié)構(gòu)是通過腐蝕得到，沒有經(jīng)過高溫處理，因而結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力比較小。例如在GaAs (砷化鎵)工藝中,表面微機械加工制造的結(jié)構(gòu)因為使用了淀積薄膜，腐蝕犧牲層工序。而薄膜的淀積溫度一般在600°C以上，在溫度降到室溫時的溫差變化會使結(jié)構(gòu)層薄膜內(nèi)存在熱殘余應(yīng)力。熱殘余應(yīng)力加上與工藝條件密切相關(guān)的本征殘余應(yīng)力，兩者綜合作用形成薄膜中的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力對MEMS器件的性能影響很大。水平方向上的殘余應(yīng)力使薄膜結(jié)構(gòu)在其下層的犧牲層釋放之后發(fā)生水平變形，垂直方向上殘余應(yīng)力的分布不均會造成薄膜結(jié)構(gòu)的翹曲。所以殘余應(yīng)力的大小嚴(yán)重影響MEMS器件的性能，也影響到薄膜的粘附、斷裂等重要特性，因而給制作性能優(yōu)良的MEMS器件帶來了很多問題。對微機械薄膜的力學(xué)性能的準(zhǔn)確測定，能夠為正確估計設(shè)備的性能有重大作用。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種微機械殘余應(yīng)力的測試結(jié)構(gòu)及其測試方法，能易于測量出器件加工后的殘余應(yīng)力大小，并且該測量結(jié)構(gòu)具有較高精度。技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:微機械殘余應(yīng)力的測試結(jié)構(gòu)，包括四組結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)完全相同的微機械梁測試結(jié)構(gòu)；所述微機械梁測試結(jié)構(gòu)包括一個指針梁和兩個結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)完全相同的測試梁，所述兩個測試梁位置平行且與指針梁相互垂直，所述指針梁和測試梁之間的交點記為旋轉(zhuǎn)點；所述四組微機械梁測試結(jié)構(gòu)的所有指針梁和測試梁均位于同一豎直平面內(nèi)；記四組微機械梁測試結(jié)構(gòu)的指針梁分別記為I號指針梁、2號指針梁、3號指針梁和4號指針梁；所述I號指針梁、2號指針梁、3號指針梁和4號指針梁位于同一豎直平面內(nèi)，且在殘余應(yīng)力釋放前，I號指針梁和3號指針梁位于同一豎直線上，2號指針梁和4號指針梁位于同一水平線上。上述結(jié)構(gòu)中，對四組微機械梁測試結(jié)構(gòu)的排列組合位置進行了限定；對于每組微機械梁測試結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)下層的襯底被腐蝕之后，原來薄膜所受的下層應(yīng)力作用也將消失，結(jié)果是薄膜將會產(chǎn)生變形；由于四組微機械梁測試結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)完全相同，可認(rèn)為四組微機械梁測試結(jié)構(gòu)的變形程度也是相同的，在微機械梁測試結(jié)構(gòu)收縮過程中所形成的力矩使中間的指針梁發(fā)生旋轉(zhuǎn)，最后使指針梁的端點產(chǎn)生一端的彎弧位移?；谏鲜鑫C械殘余應(yīng)力的測試結(jié)構(gòu)的測試方法，是通過測試兩兩間的夾角差來測量的，這一方法也利于當(dāng)今主流測試設(shè)備的操作，具體為:在殘余應(yīng)力釋放后，對I號指針梁和2號指針梁之間的夾角α進行測量，對3號指針梁和4號指針梁之間的夾角β進行測量，通過下式計算有效殘余應(yīng)力σ:
權(quán)利要求
1.微機械殘余應(yīng)力的測試結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括四組結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)完全相同的微機械梁測試結(jié)構(gòu)；所述微機械梁測試結(jié)構(gòu)包括一個指針梁和兩個結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)完全相同的測試梁，所述兩個測試梁位置平行且與指針梁相互垂直，所述指針梁和測試梁之間的交點記為旋轉(zhuǎn)點；所述四組微機械梁測試結(jié)構(gòu)的所有指針梁和測試梁均位于同一豎直平面內(nèi)；記四組微機械梁測試結(jié)構(gòu)的指針梁分別記為I號指針梁、2號指針梁、3號指針梁和4號指針梁；所述I號指針梁、2號指針梁、3號指針梁和4號指針梁位于同一豎直平面內(nèi)，且在殘余應(yīng)力釋放前，I號指針梁和3號指針梁位于同一豎直線上，2號指針梁和4號指針梁位于同一水平線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機械殘余應(yīng)力的測試結(jié)構(gòu)的測試方法，其特征在于:在殘余應(yīng)力釋放后，對I號指針梁和2號指針梁之間的夾角α進行測量，對3號指針梁和4號指針梁之間的夾角β進行測量，通過下式計算有效殘余應(yīng)力σ:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微機械殘余應(yīng)力的測試結(jié)構(gòu)及其測試方法，微機械殘余應(yīng)力的測試結(jié)構(gòu)，包括四組結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)完全相同的微機械梁測試結(jié)構(gòu)，四組微機械梁測試結(jié)構(gòu)的指針梁分別記為1號指針梁、2號指針梁、3號指針梁和4號指針梁；所述1號指針梁、2號指針梁、3號指針梁和4號指針梁位于同一豎直平面內(nèi)，且在殘余應(yīng)力釋放前，1號指針梁和3號指針梁位于同一豎直線上，2號指針梁和4號指針梁位于同一水平線上。本發(fā)明提供的微機械殘余應(yīng)力的測試結(jié)構(gòu)及其測試方法，成功解決了梁長變化小不易測量的問題，與傳統(tǒng)微機械殘余應(yīng)變測試結(jié)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)自身就有可靠的參照點進行測量；并且與傳統(tǒng)微機械梁組合相比，精度更高，精確度提高了數(shù)倍。
文檔編號G01L1/00GK103196592SQ20131012431
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者廖小平, 楊剛 申請人:東南大學(xué)