Sistema de medição de tensão de película finaUsado para detectar tensão residual ou tensão dinâmica dentro de uma película fina (espessura de nanométrica a micrométrica), é amplamente utilizado em chips semicondutores, eletrônica flexível, revestimento óptico e outras áreas. As propriedades físicas de filmes de diferentes materiais (como a alta dureza de filmes metálicos, o baixo módulo de elasticidade de filmes de polímeros, a fragilidade de filmes de semicondutores) diferem muito, e precisam ser projetados de forma colaborativa por meio de "correspondência de princípio - adaptação fixa - calibração de parâmetros - regulamento ambiental", para alcançar uma adaptação precisa e evitar erros de medição devido à incompatibilidade das propriedades do material (erro objetivo ≤ 5%).

Selecção do princípio de medição: o método principal de correspondência de acordo com as propriedades do material

De acordo com as propriedades mecânicas e físicas do material, a escolha do princípio de medição de tensão adequado é a base da medição precisa:

O método de curvatura é adaptado a materiais rígidos: filmes metálicos (como película de alumínio, película de cobre), filmes semicondutores (como película de base de silício) e outros materiais rígidos (módulo elástico ≥ 100GPa), com preferência para o método de curvatura a laser - medindo a variação da curvatura do fundo da base antes e depois da deposição da película (precisão ≤ 0,1m A A 1), combinacombinando a fórfórmula de Stoney para calcular a tensão. Esses materiais são difíceis de deformar, o sinal de curvatura é estável e pode refletir com precisão as mudanças de tensão; Por exemplo, ao medir uma película metalizada em uma placa de silício, o diâmetro da mancha laser pode ser ajustado a 50 μm para garantir a resolução espacial da medição da curvatura.

O método de interferência óptica é adaptado a materiais flexíveis / transparentes: materiais flexíveis ou transparentes (módulo elástico ≤ 10GPa, transmitência de luz ≥ 80%) como filmes de polímeros (por exemplo, filmes PI, PET), filmes ópticos transparentes (por exemplo, filmes ITO) e outros. Detectando mudanças de fase óptica causadas pela tensão da película fina (precisão ≤ 0,01π), evitar danos ao material flexível com medição de contato; Por exemplo, ao medir a película de base PI de OLED flexível, a via óptica de interferência sem contato é usada para evitar que a deformação da base afete os resultados da medição.

Espectroscopia de Raman para adaptar materiais frágeis / altas temperaturas: película de cerâmica (como película Al₂O3), película de liga de alta temperatura e outros materiais frágeis ou resistentes a altas temperaturas (resistência a temperaturas ≥ 500 ℃), escolha espectroscopia de Raman - por meio da análise do deslocamento de pico de Raman causado pela tensão (precisão do número de ondas ≤ 0,1 cm Espectroscopia Espectroscopia de Raman - 1), cálculo da distribuição da tensão. Esses materiais são propensos a quebrar devido a forças externas, e as propriedades de medição sem contato e microrregular do espectro de Raman (diâmetro da mancha óptica ≤ 1 μm) podem evitar danos e, ao mesmo tempo, adaptar-se a ambientes de alta temperatura (com mesa de amostragem de alta temperatura).

Adaptação de fixação da amostra: projeto de esquema de fixação de acordo com a morfologia do material

Designe um dispositivo de fixação adequado para as formas de substrato de filmes de diferentes materiais (por exemplo, substrato rígido, substrato flexível, laminado / enrolado) para garantir a estabilidade da amostra durante a medição:

Fixação de substância rígida: película fina sobre o substância rígida como folhas de silício, vidro e outros, usando a fixação de adsorção a vácuo (pressão de adsorção 0,05-0,08MPa), para evitar a tensão adicional causada pela fixação mecânica; Por exemplo, ao medir uma película de nitreto de silício em uma placa de silício de 6 polegadas, o diâmetro da placa de aspiração de vácuo corresponde à placa de silício (6 polegadas) para garantir que o substrato seja uniformemente forçado e sem curvatura local.

Fixação de base flexível: película fina no fundo de polímero flexível (como a película PI em rolo), com fixação controlada pela tensão - aplicar tensão constante (0,1-1N, ajustada de acordo com a espessura da película) através do rolo de tensão em ambas as extremidades para manter a base plana e sem tensão adicional; A flutuação da tensão durante a medição deve ser ≤ 5%, para evitar que as mudanças de tensão sejam erroneamente consideradas como sinais de tensão, por exemplo, quando a tela flexível detecta a membrana PI ultrafina, a tensão é ajustada em 0,3 N, equilibrando a uniformidade e os requisitos de não tensão.

Otimização da calibração de parâmetros: corrigir o modelo de cálculo de acordo com os parâmetros do material

Calibração de acordo com os parâmetros mecânicos do módulo de elasticidade do material, proporção de Poisson, etc.Sistema de medição de tensão de película finaO modelo de cálculo elimina os erros causados ​​pelas diferenças nas propriedades do material:

Calibração de entrada de parâmetros mecânicos: antes da medição, o módulo elástico do material (por exemplo, película de alumínio 70GPa, película PI 2,5GPa), a relação de Poisson (por exemplo, película de silício 0,28, película de polímero 0,4) deve ser inserido com precisão no sistema, corrigir a fórmula de Stoney, o deslocamento do pico de Raman e o coeficiente de conversão de tensão e outros modelos de cálculo básicos. Por exemplo, ao medir diferentes filmes metálicos, se o desvio de entrada do módulo elástico da película de alumínio for de 10%, o erro de cálculo da tensão será superior a 8%, e os parâmetros devem ser verificados e corrigidos por meio de amostras padrão (como a película de calibração com tensão conhecida).

Adaptação da faixa de medição: de acordo com a faixa de tensão do material ajustar o sistema de medição - a tensão residual da película metálica é geralmente de 10-500MPa, a faixa de medição pode ser definida em 0-1000MPa; A tensão da película de polímero é de 1-50MPa, o alcance é definido como 0-100MPa, para evitar que o alcance seja demasiado grande para levar a precisão insuficiente da medição de baixa tensão (por exemplo, medir a tensão de 10MPa com o alcance de 1000MPa, o erro pode exceder 10%).

Ajuste de compensação ambiental: medir o ambiente de acordo com a estabilidade do material

Para a sensibilidade do material à temperatura, umidade e vibração, ajustar os parâmetros ambientais de medição para garantir a estabilidade da medição:

Compensação de temperatura e umidade: a película de polímero (como a película PET) é sensível à temperatura e à umidade (por mudança de temperatura de 1 ° C, a mudança de tensão pode exceder 10 MPa), deve ser medida em um ambiente de temperatura constante e umidade constante (controle de temperatura de 23 ± 0,5 ° C, umidade de 50 ± 5% RH) e compensar o desvio de tensão causado pela temperatura e umidade em tempo real através do sensor ambiental; Por exemplo, ao medir membranas PI para eletrônicos flexíveis, o sistema incorpora um algoritmo de compensação de temperatura e umidade para corrigir automaticamente os erros de medição causados ​​por fatores ambientais.

Anti-vibração e blindagem eletromagnética: película semicondutora (como película fotográfica), película magnética para a vibração (amplitude de vibração superior a 1 μm afetará a medição óptica), interferência eletromagnética sensível, o sistema de medição precisa instalar uma mesa de amortiguação de choque (taxa de atenuação de vibração ≥ 90%) e usar uma tampa de blindagem eletromagnética (eficiência de blindagem ≥ 30dB) para evitar interferências externas que afetem a captação de sinais, por exemplo, quando a película fotográfica é medida na sala limpa do semicondutor, a mesa de amortiguação pode controlar a vibração dentro de 0,1 μm.

Através dos programas de adaptação acima,Sistema de medição de tensão de película finaPode cobrir as necessidades de medição de filmes de vários tipos de materiais, como metais, semicondutores, polímeros e cerâmicas, para garantir que a precisão da medição da tensão sob diferentes materiais possa atender aos requisitos do cenário de aplicação (como o erro de medição de filmes de chips de semicondutores ≤ 3%, o erro de filmes eletrônicos flexíveis ≤ 5%), fornecendo suporte a dados para a otimização do desempenho dos materiais de filmes e a melhoria da confiabilidade do dispositivo.