專利名稱：量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計(jì)量檢測(cè)設(shè)備中的量測(cè)方法及其結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種在面型微細(xì)加工制程中量測(cè)薄膜應(yīng)變或熱膨脹系數(shù)的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法及其結(jié)構(gòu)(Method of thin-film strain measurement and themeasurement structure of the same)。
背景技術(shù)：
面型微細(xì)加工制程，由于較體型微細(xì)加工制程具有更高的三維組件制造彈性，因此在近年來已逐漸成為普及的微機(jī)電系統(tǒng)加工技術(shù)之一，在過去也一直存在著許多利用表面微細(xì)加工技術(shù)所制作的微系統(tǒng)組件，如光學(xué)掃描系統(tǒng)、微型馬達(dá)、微致動(dòng)器等組件，將這些組件加以整合之后即可構(gòu)成微機(jī)電系統(tǒng)，然而要使整個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)具有良好的性能表現(xiàn)，除了將各個(gè)組件加以整合之外，另外一項(xiàng)更為重要的因素則是如何控制各個(gè)組件的性能使其達(dá)到預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)，而我們知道，組件的性能之所以會(huì)與設(shè)計(jì)的目標(biāo)產(chǎn)生差異，其原因絕大部分是來自于制程的誤差與薄膜機(jī)械性質(zhì)的不確定性，因此要完全控制組件的性能表現(xiàn)，其首先要?jiǎng)?wù)即是要能精確掌握薄膜材料的機(jī)械性質(zhì)。這些機(jī)械性質(zhì)比如薄膜的楊氏系數(shù)，殘余應(yīng)力等。而薄膜的殘余應(yīng)力又是調(diào)整制程參數(shù)，提高優(yōu)良品率的重要指標(biāo)。
在薄膜殘余應(yīng)力的量測(cè)上，現(xiàn)有習(xí)知的量測(cè)有二種型式，其中一種型式為以微光標(biāo)尺結(jié)構(gòu)作為檢測(cè)結(jié)構(gòu)的“同平面式殘余應(yīng)變規(guī)”。由于一般薄膜材料的殘余應(yīng)變?cè)?0-4左右，而且同平面的形變量檢測(cè)技術(shù)多是直接經(jīng)由顯微鏡觀察量測(cè)，分辨率僅在0.1微米左右，因此純粹由微機(jī)械結(jié)構(gòu)因釋放殘余應(yīng)變所產(chǎn)生的形變量來檢測(cè)待測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變，其微機(jī)械結(jié)構(gòu)的尺寸至少需大于1厘米以上，這在實(shí)際檢測(cè)上是缺乏經(jīng)濟(jì)效益的，所以要利用微光標(biāo)尺結(jié)構(gòu)等同平面式檢測(cè)技術(shù)來檢測(cè)薄膜殘余應(yīng)力，便必須利用連桿機(jī)構(gòu)來放大微檢測(cè)梁的位移量，然后藉由微游標(biāo)尺以讀出微檢測(cè)梁的位移量，再配合微檢測(cè)梁的長(zhǎng)度而檢測(cè)出待測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變。然而，目前并無文獻(xiàn)提出實(shí)際可應(yīng)用于面型微細(xì)加工制程中的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)或方法。
另一種量測(cè)薄膜殘余應(yīng)變的理論是所謂“出平面式殘余應(yīng)變規(guī)”，即是利用微檢測(cè)結(jié)構(gòu)將待測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變轉(zhuǎn)換成微機(jī)械結(jié)構(gòu)的出平面位移量，然而經(jīng)由量測(cè)該一出平面的形變量，配合微檢測(cè)結(jié)構(gòu)的幾何尺寸，反推待測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變值。由于目前對(duì)于出平面形變量的量測(cè)分辨率遠(yuǎn)比同平面位移量的分辨率高，因此利用“出平面式殘余應(yīng)變規(guī)”檢測(cè)待測(cè)薄膜殘余應(yīng)變的分辨率變比同平面式高上許多，因此可以輕易達(dá)到10-6以上的檢測(cè)分辨率。然而，在以往的文獻(xiàn)中鮮少使用出平面式的檢測(cè)機(jī)制來檢測(cè)面型微細(xì)制程中薄膜的殘余應(yīng)力，其原因應(yīng)是由于利用出平面式檢測(cè)機(jī)制往往需要極佳的結(jié)構(gòu)固定邊界，而在面型制程中要制作出良好的固定邊界則需要良好的邊界設(shè)計(jì)概念，這是目前業(yè)界所尚未能達(dá)成的。
由此可見，上述現(xiàn)有的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法及其結(jié)構(gòu)仍存在有諸多的缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決現(xiàn)有的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法及其結(jié)構(gòu)的缺陷，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來謀求解決之道，但長(zhǎng)久以來一直未見適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。
有鑒于上述現(xiàn)有的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法及其結(jié)構(gòu)存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí)，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法及其結(jié)構(gòu)，能夠改進(jìn)現(xiàn)有的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法及其結(jié)構(gòu)，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過不斷研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服上述現(xiàn)有的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法及其結(jié)構(gòu)存在的缺陷，而提供一種新的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，所要解決的主要技術(shù)問題是使其可以應(yīng)用于面型微細(xì)加工制程中，能夠準(zhǔn)確地量測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變，以利于制程參數(shù)的調(diào)整，進(jìn)而可以提高產(chǎn)品優(yōu)良品率。
本發(fā)明的次一目的在于，提供一種新型同平面式殘余應(yīng)變規(guī)結(jié)構(gòu)，所要解決的技術(shù)問題是使其可以準(zhǔn)確地量測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變，若薄膜經(jīng)過熱處理，亦可量測(cè)其熱膨脹系數(shù)。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種新型出平面式殘余應(yīng)變規(guī)結(jié)構(gòu)，所要解決的技術(shù)問題是使其可以準(zhǔn)確地量測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變及殘余應(yīng)變梯度分布，若薄膜經(jīng)過熱處理，亦可量測(cè)其熱膨脹系數(shù)及熱膨脹梯度分布。
本發(fā)明的再一目的在于，提供一種量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法及其結(jié)構(gòu)，所要解決的技術(shù)問題是使其可以應(yīng)用于面型微細(xì)加工制程中，同時(shí)在基材上形成同平面式殘余應(yīng)變規(guī)及出平面式殘余應(yīng)變規(guī)，分別量測(cè)薄膜應(yīng)變，以獲得更精準(zhǔn)的薄膜殘余應(yīng)變值及薄膜應(yīng)變梯度分布，若薄膜經(jīng)過熱處理，亦可量測(cè)其熱膨脹系數(shù)及熱膨脹梯度分布，從而更加適于實(shí)用。
本發(fā)明的又一目的在于，提供一種量測(cè)熱膨脹性質(zhì)的方法，所要解決的技術(shù)問題是使其可以應(yīng)用于面型微細(xì)加工制程中，同時(shí)在基材上形成同平面式殘余應(yīng)變規(guī)及出平面式殘余應(yīng)變規(guī)，在薄膜經(jīng)過熱處理後，用以量測(cè)其熱膨脹系數(shù)及熱膨脹梯度分布，從而更加適于實(shí)用。
本發(fā)明的還一目的在于，提供一種量測(cè)熱膨脹性質(zhì)的方法，所要解決的技術(shù)問題是使其可以應(yīng)用于面型微細(xì)加工制程中，同時(shí)在基材上形成同平面式殘余應(yīng)變規(guī)，在薄膜經(jīng)過熱處理後，用以量測(cè)其熱膨脹系數(shù)，從而更加適于實(shí)用。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題是采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，應(yīng)用于一面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件中，該面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件建構(gòu)于一基材上，且至少具有一薄膜層，該量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法包括以下步驟形成該薄膜層于該基材上，該薄膜層具有一微機(jī)電工件部分及至少一殘余應(yīng)變規(guī)部分；以及量測(cè)該殘余應(yīng)變規(guī)的幾何尺寸及形變量，以推導(dǎo)出該薄膜的殘余應(yīng)變值及殘余應(yīng)變分布梯度。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其中所述的殘余應(yīng)變規(guī)包括一同平面型應(yīng)變規(guī)，該同平面應(yīng)變規(guī)至少包括二弧形檢測(cè)梁及一指標(biāo)梁，該二弧形檢測(cè)梁相對(duì)應(yīng)配置，且其末端分別同時(shí)連接該指標(biāo)梁形成一力偶，使得該指標(biāo)梁因該二弧形檢測(cè)梁的應(yīng)變而旋轉(zhuǎn)，藉由量測(cè)該指標(biāo)梁的旋轉(zhuǎn)位移量，以推導(dǎo)出該薄膜的殘余應(yīng)變值，并藉由量測(cè)該指標(biāo)梁形變的曲率半徑，以推導(dǎo)出該薄膜的殘余應(yīng)變分布梯度。
前述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其中所述的指標(biāo)梁的末端更配置一標(biāo)尺裝置，可以讀取該指針梁的旋轉(zhuǎn)位移量。
前述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其中所述的二弧形檢測(cè)梁遠(yuǎn)離該指標(biāo)梁的一端分別通過一包覆材料層支撐薄膜連接該基材。
前述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其中對(duì)應(yīng)該包覆材料層支撐薄膜位置的該薄膜表面更具有一覆蓋層。
前述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其中所述的殘余應(yīng)變規(guī)包括一出平面型應(yīng)變規(guī)，該出平面型應(yīng)變規(guī)包括一橋狀梁，藉由量測(cè)該橋狀梁形變的位移量，以推導(dǎo)出該薄膜的殘余應(yīng)變值。
前述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其中所述的橋狀梁的位移量是藉由一三次元光學(xué)干涉儀量測(cè)。
前述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其中所述的出平面型應(yīng)變規(guī)更包括復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁配置于該橋狀梁側(cè)面，藉由量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑，以推導(dǎo)出該薄膜殘余應(yīng)變分布梯度。
前述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其中所述的該些結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑是藉由一三次元光學(xué)干涉儀量測(cè)。
前述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其中所述的橋狀梁的二端分別通過一包覆材料層支撐薄膜連接該基材。
前述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其中所述的其中對(duì)應(yīng)該包覆材料層支撐薄膜位置的該薄膜表面更具有一覆蓋層。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，應(yīng)用于一面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件中，該面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件建構(gòu)于一基材上，且至少具有一薄膜層，該量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法包括以下步驟形成該薄膜層于該基材上，該薄膜層具有一微機(jī)電工件部分及至少一熱膨脹應(yīng)變規(guī)部分；對(duì)該薄膜層進(jìn)行一熱處理；以及量測(cè)該熱膨脹應(yīng)變規(guī)的幾何尺寸及形變量，以推導(dǎo)出該薄膜的熱膨脹系數(shù)及熱膨脹分布梯度。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其中所述的熱膨脹應(yīng)變規(guī)包括一同平面型應(yīng)變規(guī)，該同平面應(yīng)變規(guī)至少包括二弧形檢測(cè)梁及一指標(biāo)梁，該二弧形檢測(cè)梁相對(duì)應(yīng)配置，且其末端分別同時(shí)連接該指標(biāo)梁形成一力偶，使得該指標(biāo)梁因該二弧形檢測(cè)梁的應(yīng)變而旋轉(zhuǎn)，藉由量測(cè)該指標(biāo)梁的旋轉(zhuǎn)位移量，以推導(dǎo)出該薄膜的熱膨脹系數(shù)，并藉由量測(cè)該指標(biāo)梁形變的曲率半徑，以推導(dǎo)出該薄膜的熱膨脹分布梯度。
前述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其中所述的指標(biāo)梁的末端更配置一標(biāo)尺裝置，可以讀取該指針梁的旋轉(zhuǎn)位移量。
前述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其中所述的二弧形檢測(cè)梁遠(yuǎn)離該指標(biāo)梁的一端分別通過一包覆材料層支撐薄膜連接該基材。
前述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其中對(duì)應(yīng)該包覆材料層支撐薄膜位置的該薄膜表面更具有一覆蓋層。
前述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其中所述的熱膨脹應(yīng)變規(guī)包括一出平面型應(yīng)變規(guī)，該出平面型應(yīng)變規(guī)包括一橋狀梁，藉由量測(cè)該橋狀梁形變的位移量，以推導(dǎo)出該薄膜的熱膨脹系數(shù)。
前述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其中所述的橋狀梁的位移量是藉由一三次元光學(xué)干涉儀量測(cè)。
前述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其中所述的出平面型應(yīng)變規(guī)更包括復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁配置于該橋狀梁側(cè)面，藉由量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑，以推導(dǎo)出該薄膜熱膨脹分布梯度。
前述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其中所述的該些結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑是藉由一三次元光學(xué)干涉儀量測(cè)。
前述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其中所述的該橋狀梁的二端分別通過一包覆材料層支撐薄膜連接該基材。
前述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其中對(duì)應(yīng)該包覆材料層支撐薄膜位置的該薄膜表面更具有一覆蓋層。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于一面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件中，該薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)包括一基材；以及一薄膜，配置于該基材上，至少具有一微機(jī)電工件部分，一同平面型應(yīng)變規(guī)部分，且該同平面型應(yīng)變規(guī)部分可以讀出該薄膜的應(yīng)變量值，應(yīng)變分布梯度，熱膨脹系數(shù)或熱膨脹梯度。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其中所述的同平面型應(yīng)變規(guī)部分至少包括二弧形檢測(cè)梁及一指標(biāo)梁，該二弧形檢測(cè)梁相對(duì)應(yīng)配置，且其末端分別同時(shí)連接該指標(biāo)梁形成一力偶，使得該指標(biāo)梁因該二弧形檢測(cè)梁的應(yīng)變而旋轉(zhuǎn)。
前述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其中所述的指針梁的末端更配置一標(biāo)尺裝置，可以讀取該指針梁的旋轉(zhuǎn)角度。
前述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其中所述的二弧形檢測(cè)梁遠(yuǎn)離該指標(biāo)梁的一端分別通過一包覆材料層支撐薄膜連接該基材。
前述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其中對(duì)應(yīng)該包覆材料層支撐薄膜位置的該薄膜表面更具有一覆蓋層。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于一面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件中，該薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)包括一基材；以及一薄膜，配置于該基材上，至少具有一微機(jī)電工件部分，一出平面型應(yīng)變規(guī)部分，且該出平面型應(yīng)變規(guī)部分可以讀出該薄膜的應(yīng)變量值，應(yīng)變梯度，熱膨脹系數(shù)或熱膨脹梯度。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其中所述的出平面型應(yīng)變規(guī)部分更包括一橋狀梁。
前述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其中所述的出平面型應(yīng)變規(guī)部分更包括復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁配置于該橋狀梁側(cè)面。
前述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其中所述的橋狀梁的二端分別通過一包覆材料層支撐薄膜連接該基材。
前述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其中所述的對(duì)應(yīng)該包覆材料層支撐薄膜位置的該薄膜表面更具有一覆蓋層。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于一面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件中，該薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)包括一基材；以及一薄膜，配置于該基材上，至少具有一微機(jī)電工件部分，一同平面型應(yīng)變規(guī)部分，以及一出平面型應(yīng)變規(guī)部分，而該同平面型應(yīng)變規(guī)部分及該出平面型應(yīng)變規(guī)部分可以讀出該薄膜的應(yīng)變量值、應(yīng)變梯度、熱膨脹系數(shù)或熱膨脹梯度，且該出平面型應(yīng)變規(guī)部分可以讀出該薄膜的應(yīng)變梯度或熱膨脹梯度。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其中所述的同平面應(yīng)變規(guī)部分至少包括二弧形檢測(cè)梁及一指標(biāo)梁，該二弧形檢測(cè)梁相對(duì)應(yīng)配置，且其末端分別同時(shí)連接該指標(biāo)梁形成一力偶，使得該指標(biāo)梁因該二弧形檢測(cè)梁的應(yīng)變而旋轉(zhuǎn)。
前述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其中所述的指標(biāo)梁的末端更配置一標(biāo)尺裝置，可以讀取該指標(biāo)梁的旋轉(zhuǎn)角度。
前述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其中所述的二弧形檢測(cè)梁遠(yuǎn)離該指標(biāo)梁的一端分別通過一包覆材料層支撐薄膜連接該基材。
前述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其中對(duì)應(yīng)該包覆材料層支撐薄膜位置的該薄膜表面更具有一覆蓋層。
前述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其中該出平面型應(yīng)變規(guī)部分更包括一橋狀梁。
前述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其中該出平面型應(yīng)變規(guī)部分更包括復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁配置于該橋狀梁側(cè)面。
前述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其中所述的橋狀梁的二端分別通過一包覆材料層支撐薄膜連接該基材。
前述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其中對(duì)應(yīng)該包覆材料層支撐薄膜位置的該薄膜表面更具有一覆蓋層。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，適用于一薄膜的應(yīng)變量測(cè)，該量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法包括以下步驟提供一基材；形成一犧牲層于該基材表面；形成該薄膜于該犧牲層的表面，該薄膜至少具有一同平面應(yīng)變規(guī)圖案及一出平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中該同平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一指標(biāo)梁，該指標(biāo)梁的一端更具有一第一游標(biāo)標(biāo)尺，而另一端具有一平衡塊；一第二游標(biāo)標(biāo)尺，對(duì)應(yīng)于該第一游標(biāo)標(biāo)尺，并延伸一第一邊界薄膜，且與該第一光標(biāo)標(biāo)尺錯(cuò)位配置；二弧形檢測(cè)梁，分別配置于該指針梁的二側(cè)，該二弧形檢測(cè)梁的一端分別具有一第二邊界薄膜，而該二弧形檢測(cè)梁的另一端分別弧狀地朝向該指標(biāo)梁的二側(cè)延伸，并在該指標(biāo)梁的約略重心位置與該指針梁連接，且形成一力偶，其中該出平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一橋狀梁，該橋狀梁的二端分別具有一第三邊界薄膜；復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁，自該橋狀梁的側(cè)面延伸，并平行于該橋狀梁；去除部分該犧牲層，僅殘留至少該第一邊界薄膜，該些第二邊界薄膜及該些第三邊界薄膜所覆蓋的部分，形成一包覆材料層支撐薄膜，并使得該指標(biāo)梁，該些弧形檢測(cè)梁，該橋狀梁及該些結(jié)構(gòu)梁懸空；以及量測(cè)該第一游標(biāo)標(biāo)尺對(duì)應(yīng)該第二游標(biāo)標(biāo)尺的讀數(shù)及該橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，以獲得該薄膜的應(yīng)變量，并量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑，以獲得該薄膜的梯度應(yīng)變。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其中形成該薄膜后，更包括形成一覆蓋層，分別覆蓋于該些第二邊界薄膜及該些第三邊界薄膜。
前述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其中量測(cè)該橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，及量測(cè)該結(jié)構(gòu)量的曲率半徑的方法，是以三次元干涉儀進(jìn)行量測(cè)。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法，該量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法包括以下步驟提供一基材；形成一犧牲層于該基材表面；形成一薄膜于該犧牲層的表面，該薄膜至少具有一同平面應(yīng)變規(guī)圖案及一出平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中該同平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一指標(biāo)梁，該指標(biāo)梁的一端更具有一第一游標(biāo)標(biāo)尺，而另一端具有一平衡塊；一第二游標(biāo)標(biāo)尺，對(duì)應(yīng)于該第一游標(biāo)標(biāo)尺，并延伸一第一邊界薄膜，且與該第一光標(biāo)標(biāo)尺錯(cuò)位配置；二弧形檢測(cè)梁，分別配置于該指針梁的二側(cè)，該二弧形檢測(cè)梁的一端分別具有一第二邊界薄膜，而該二弧形檢測(cè)梁的另一端分別弧狀地朝向該指標(biāo)梁的二側(cè)延伸，并在該指標(biāo)梁的約略重心位置與該指針梁連接，且形成一力偶，其中該出平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一橋狀梁，該橋狀梁的二端分別具有一第三邊界薄膜；復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁，自該橋狀梁的側(cè)面延伸，并平行于該橋狀梁；去除部分該犧牲層，僅殘留至少該第一邊界薄膜，該些第二邊界薄膜及該些第三邊界薄膜所覆蓋的部分，形成一包覆材料層支撐薄膜，并使得該指標(biāo)梁，該些弧形檢測(cè)梁，該橋狀梁及該些結(jié)構(gòu)梁懸空；對(duì)該薄膜進(jìn)行一熱處理；以及量測(cè)該第一游標(biāo)標(biāo)尺對(duì)應(yīng)該第二游標(biāo)標(biāo)尺的讀數(shù)及該橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，以獲得該薄膜的熱膨脹系數(shù)，并量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑，以獲得該薄膜的熱膨脹梯度。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法，其中形成該薄膜后，更包括形成一覆蓋層，分別覆蓋于該些第二邊界薄膜及該些第三邊界薄膜。
前述的量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法，其中量測(cè)該橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，及量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑的方法，是以三次元干涉儀進(jìn)行量測(cè)。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，適用于一薄膜的應(yīng)變量測(cè)，該量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法包括以下步驟提供一基材；形成一犧牲層于該基材表面；形成該薄膜于該犧牲層的表面，該薄膜至少具有一同平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中該同平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一指標(biāo)梁，該指標(biāo)梁的一端更具有一第一游標(biāo)標(biāo)尺，而另一端具有一平衡塊；一第二游標(biāo)標(biāo)尺，對(duì)應(yīng)于該第一游標(biāo)標(biāo)尺，并延伸一第一邊界薄膜，且與該第一光標(biāo)標(biāo)尺錯(cuò)位配置；二弧形檢測(cè)梁，分別配置于該指針梁的二側(cè)，該二弧形檢測(cè)梁的一端分別具有一第二邊界薄膜，而該二弧形檢測(cè)梁的另一端分別弧狀地朝向該指標(biāo)梁的二側(cè)延伸，并在該指標(biāo)梁的約略重心位置與該指針梁連接，且形成一力偶；去除部分該犧牲層，僅殘留至少該第一邊界薄膜及該些第二邊界薄膜所覆蓋的部分，形成一包覆材料層支撐薄膜，并使得該指標(biāo)梁及該些弧形檢測(cè)梁懸空；以及量測(cè)該第一游標(biāo)標(biāo)尺對(duì)應(yīng)該第二游標(biāo)標(biāo)尺的讀數(shù)，以獲得該薄膜的應(yīng)變量。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其中形成該薄膜后，更包括形成一覆蓋層，分別覆蓋于該些第二邊界薄膜。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，適用于一薄膜的應(yīng)變量測(cè)，該量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法包括以下步驟提供一基材；形成一犧牲層于該基材表面；形成該薄膜于該犧牲層的表面，該薄膜至少具有一出平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中該出平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一橋狀梁，該橋狀梁的二端分別具有一邊界薄膜；復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁，自該橋狀梁的側(cè)面延伸，并平行于該橋狀梁；去除部分該犧牲層，僅殘留至少該些邊界薄膜所覆蓋的部分，形成一包覆材料層支撐薄膜，并使得該橋狀梁及該些結(jié)構(gòu)梁懸空；以及量測(cè)該橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，以獲得該薄膜的應(yīng)變量，并量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑，以獲得該薄膜的梯度應(yīng)變。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其中形成該薄膜后，更包括形成一覆蓋層，分別覆蓋于該些邊界薄膜。
前述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其中量測(cè)該橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，及量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑的方法，是以三次元干涉儀進(jìn)行量測(cè)。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法，該量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法包括以下步驟提供一基材；形成一犧牲層于該基材表面；形成一薄膜于該犧牲層的表面，該薄膜至少具有一同平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中該同平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一指標(biāo)梁，該指標(biāo)梁的一端更具有一第一游標(biāo)標(biāo)尺，而另一端具有一平衡塊；一第二游標(biāo)標(biāo)尺，對(duì)應(yīng)于該第一游標(biāo)標(biāo)尺，并延伸一第一邊界薄膜，且與該第一光標(biāo)標(biāo)尺錯(cuò)位配置；二弧形檢測(cè)梁，分別配置于該指針梁的二側(cè)，該二弧形檢測(cè)梁的一端分別具有一第二邊界薄膜，而該二弧形檢測(cè)梁的另一端分別弧狀地朝向該指標(biāo)梁的二側(cè)延伸，并在該指標(biāo)梁的約略重心位置與該指針梁連接，且形成一力偶；去除部分該犧牲層，僅殘留至少該第一邊界薄膜及該些第二邊界薄膜所覆蓋的部分，形成一包覆材料層支撐薄膜，并使得該指標(biāo)梁及該些弧形檢測(cè)梁懸空；對(duì)該薄膜進(jìn)行一熱處理；以及量測(cè)該第一游標(biāo)標(biāo)尺對(duì)應(yīng)該第二游標(biāo)標(biāo)尺的讀數(shù)，以獲得該薄膜的熱膨脹系數(shù)。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法及其結(jié)構(gòu)，其中所述的其中形成該薄膜后，更包括形成一覆蓋層，分別覆蓋于該些第二邊界薄膜。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法，該量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法包括以下步驟提供一基材；形成一犧牲層于該基材表面；形成一薄膜于該犧牲層的表面，該薄膜至少具有一出平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中該出平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一橋狀梁，該橋狀梁的二端分別具有一邊界薄膜；復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁，自該橋狀梁的側(cè)面延伸，并平行于該橋狀梁；去除部分該犧牲層，僅殘留至少該些邊界薄膜所覆蓋的部分，形成一包覆材料層支撐薄膜，并使得該橋狀梁及該些結(jié)構(gòu)梁懸空；對(duì)該薄膜進(jìn)行一熱處理；以及量測(cè)該橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，以獲得該薄膜的熱膨脹系數(shù)，并量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑，以獲得該薄膜的熱膨脹梯度。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法，其中形成該薄膜后，更包括形成一覆蓋層，分別覆蓋于該些邊界薄膜。
前述的量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法，其中量測(cè)該橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，及量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑的方法，是以三次元干涉儀進(jìn)行量測(cè)。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種薄膜同平面應(yīng)變規(guī)結(jié)構(gòu)，適用于一薄膜的應(yīng)變量測(cè)及該薄膜的熱膨脹系數(shù)量測(cè)，該薄膜同平面應(yīng)變規(guī)結(jié)構(gòu)包括一基材；一犧牲層配置于該基材表面，該犧牲層具有一第一支撐圖案及二第二支撐圖案；該薄膜配置于該犧牲層的表面，該薄膜至少具有一同平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中該同平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一指標(biāo)梁，該指標(biāo)梁的一端更具有一第一游標(biāo)標(biāo)尺，而另一端具有一平衡塊；一第二游標(biāo)標(biāo)尺，對(duì)應(yīng)于該第一游標(biāo)標(biāo)尺，并延伸一第一邊界薄膜，且與該第一光標(biāo)標(biāo)尺錯(cuò)位配置，其中該第一邊界薄膜覆蓋該第一支撐圖案；二弧形檢測(cè)梁，分別配置于該指針梁的二側(cè)，該二弧形檢測(cè)梁的一端分別具有一第二邊界薄膜，而該二弧形檢測(cè)梁的另一端分別弧狀地朝向該指標(biāo)梁的二側(cè)延伸，并在該指標(biāo)梁的約略重心位置與該指針梁連接，且形成一力偶，其中該二第二邊界薄膜分別覆蓋該二第二支撐圖案，而該指針梁及該些弧形檢測(cè)梁是懸空于該基材上；以及一覆蓋層分別配置于該第一邊界薄膜及該二第二邊界薄膜上。
本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種薄膜出平面應(yīng)變規(guī)結(jié)構(gòu)，適用于一薄膜的應(yīng)變量測(cè)及該薄膜的熱膨脹系數(shù)量測(cè)，該薄膜出平面應(yīng)變規(guī)結(jié)構(gòu)包括一基材；一犧牲層配置于該基材表面，該犧牲層具有二支撐圖案；以及該薄膜配置于該犧牲層的表面，該薄膜至少具有一出平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中該出平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一橋狀梁，該橋狀梁的二端分別具有一邊界薄膜，該二邊界薄膜分別覆蓋于該二支撐圖案上；復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁，自該橋狀梁的側(cè)面延伸，并平行于該橋狀梁，其中該橋狀梁及該些結(jié)構(gòu)梁是懸空于該基材上。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的薄膜出平面應(yīng)變規(guī)結(jié)構(gòu)，其更包括一覆蓋層，分別配置于該二邊界薄膜上。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，為了達(dá)到前述發(fā)明目的，本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容如下本發(fā)明提出一種量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，適用于一薄膜的應(yīng)變量測(cè)，該量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法包括首先提供一基材并形成一犧牲層于基材表面。接著，形成薄膜于犧牲層的表面，薄膜至少具有一同平面應(yīng)變規(guī)圖案及一出平面應(yīng)變規(guī)圖案。其中，同平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一指標(biāo)梁，其一端更具有一第一游標(biāo)標(biāo)尺，而另一端具有一平衡塊；一第二光標(biāo)標(biāo)尺對(duì)應(yīng)于第一游標(biāo)標(biāo)尺，并延伸一第一邊界薄膜，且與第一光標(biāo)標(biāo)尺錯(cuò)位配置；二弧形檢測(cè)梁分別配置于指針梁的二側(cè)，弧形檢測(cè)梁的一端分別具有一第二邊界薄膜，另一端分別弧狀地朝向指標(biāo)梁的二側(cè)延伸，并在指標(biāo)梁的約略重心位置與指針梁連接，且形成一力偶。其中，出平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一橋狀梁，其二端分別具有一第三邊界薄膜；多個(gè)結(jié)構(gòu)梁，自橋狀梁的側(cè)面延伸，并平行于橋狀梁。然后，去除部分犧牲層，僅殘留至少第一邊界薄膜，第二邊界薄膜及第三邊界薄膜所覆蓋的部分，形成一包覆材料層支撐薄膜，并使得指標(biāo)梁，弧形檢測(cè)梁，橋狀梁及結(jié)構(gòu)梁懸空。量測(cè)第一光標(biāo)標(biāo)尺對(duì)應(yīng)第二光標(biāo)標(biāo)尺的讀數(shù)及橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，以獲得薄膜的應(yīng)變量，并量測(cè)結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑，以獲得薄膜的梯度應(yīng)變。
上述的薄膜經(jīng)過熱處理后，可以藉由上述同平面應(yīng)變規(guī)及出平面應(yīng)變規(guī)量測(cè)薄膜的熱膨脹系數(shù)及熱膨脹梯度分布。
經(jīng)過上述的制程可以制成本發(fā)明的同平面應(yīng)變規(guī)結(jié)構(gòu)，其建構(gòu)于一基材上，包括一犧牲層配置于基材表面并具有一第一支撐圖案及二第二支撐圖案。一薄膜配置于犧牲層的表面，薄膜具有一同平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一指標(biāo)梁，其一端更具有一第一游標(biāo)標(biāo)尺，而另一端具有一平衡塊；一第二光標(biāo)標(biāo)尺對(duì)應(yīng)于第一游標(biāo)標(biāo)尺，并延伸一第一邊界薄膜，且與第一光標(biāo)標(biāo)尺錯(cuò)位配置，其中第一邊界薄膜覆蓋第一支撐圖案；二弧形檢測(cè)梁，分別配置于指針梁的二側(cè)，二弧形檢測(cè)梁的一端分別具有一第二邊界薄膜，而二弧形檢測(cè)梁的另一端分別弧狀地朝向指標(biāo)梁的二側(cè)延伸，并在指標(biāo)梁的約略重心位置與指針梁連接，且形成一力偶，其中二第二邊界薄膜分別覆蓋二第二支撐圖案，而指針梁及弧形檢測(cè)梁是懸空于基材上。覆蓋層分別配置于第一邊界薄膜及二第二邊界薄膜上。
而本發(fā)明的出平面應(yīng)變規(guī)，亦可由上述制程達(dá)成，而其結(jié)構(gòu)建構(gòu)于基材上，包括一犧牲層配置于基材表面，犧牲層具有二支撐圖案。薄膜配置于犧牲層的表面，其具有一出平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中，出平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一橋狀梁，其二端分別具有一邊界薄膜，二邊界薄膜分別覆蓋于二支撐圖案上；多個(gè)結(jié)構(gòu)梁，自橋狀梁的側(cè)面延伸，并平行于橋狀梁，其中橋狀梁及結(jié)構(gòu)梁是懸空于基材上。
上述薄膜應(yīng)變量測(cè)結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于一面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件中，其中的薄膜同時(shí)形成一微機(jī)電工件部分，一同平面型應(yīng)變規(guī)部分及/或一出平面型應(yīng)變規(guī)部分。而藉由同平面型應(yīng)變規(guī)部分及出平面型應(yīng)變規(guī)部分可以讀出薄膜的應(yīng)變量值或熱膨脹數(shù)值，且出平面型應(yīng)變規(guī)部分可以讀出薄膜的應(yīng)變梯度或熱膨脹梯度。
藉由上述的薄膜應(yīng)變的量測(cè)方法及結(jié)構(gòu)，本發(fā)明可在面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件中，薄膜形成時(shí)量測(cè)其對(duì)應(yīng)的殘余應(yīng)變值及/或殘余應(yīng)變梯度分布，進(jìn)而可以監(jiān)控制程狀態(tài)，并藉以調(diào)整制程參數(shù)，提高良率。另外，對(duì)于經(jīng)過熱處理的薄膜，亦可量測(cè)其熱膨脹系數(shù)及熱膨脹梯度分布。
綜上所述，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法及結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用于面型微細(xì)加工制程中，以準(zhǔn)確地量測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變，以利于制程參數(shù)的調(diào)整，進(jìn)而可以提高產(chǎn)品優(yōu)良率。
2、本發(fā)明的新型同平面式殘余應(yīng)變規(guī)結(jié)構(gòu)，可以準(zhǔn)確地量測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變，若薄膜經(jīng)過熱處理，亦可量測(cè)其熱膨脹系數(shù)。
3、本發(fā)明的新型出平面式殘余應(yīng)變規(guī)結(jié)構(gòu)，可以準(zhǔn)確地量測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變及應(yīng)變梯度分布，若薄膜經(jīng)過熱處理，亦可量測(cè)其熱膨脹系數(shù)及熱膨脹梯度分布。
4、本發(fā)明的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法及結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用于面型微細(xì)加工制程中，同時(shí)在基材上形成同平面式殘余應(yīng)變規(guī)及出平面式殘余應(yīng)變規(guī)，分別量測(cè)薄膜應(yīng)變，以獲得更精準(zhǔn)的薄膜殘余應(yīng)變值及殘余應(yīng)變梯度分布，若薄膜經(jīng)過熱處理，亦可量測(cè)其熱膨脹系數(shù)及熱膨脹梯度分布。
綜上所述，本發(fā)明特殊的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法及其結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于面型微細(xì)加工制程中量測(cè)薄膜殘余應(yīng)變，殘余應(yīng)變分布梯度，熱膨脹系數(shù)或熱膨脹梯度分布。在形成微機(jī)電組件的薄膜時(shí)，同時(shí)形成一同平面應(yīng)變規(guī)及一出平面應(yīng)變規(guī)，經(jīng)由同平面應(yīng)變規(guī)及出平面應(yīng)變規(guī)，可以量測(cè)薄膜殘余應(yīng)變及其梯度分布。薄膜經(jīng)過熱處理后，可以量測(cè)熱膨脹系數(shù)及熱膨脹梯度分布。其具有上述諸多的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，其在方法及產(chǎn)品上確屬創(chuàng)新，在量測(cè)方法、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或功能上皆有較大改進(jìn)，較現(xiàn)有的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法及其結(jié)構(gòu)具有增進(jìn)的多項(xiàng)功效，且在技術(shù)上有較大進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價(jià)值，從而更加適于實(shí)用，誠為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。


圖1是直臂式微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是弧臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是直臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)的有限元素分析模型的示意圖。
圖4是顯示直臂式微光標(biāo)尺應(yīng)邊規(guī)的旋轉(zhuǎn)位移量與殘余應(yīng)變的關(guān)系圖。
圖5是張角π/6的弧臂式微光標(biāo)尺的有限元素分析模型的示意圖。
圖6是弧臂式微游標(biāo)尺旋轉(zhuǎn)位移量與殘余應(yīng)變的有限元素法仿真結(jié)果圖。
圖7是本發(fā)明的高分辨率弧臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是一種新型的游標(biāo)標(biāo)尺結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是微橋狀梁殘余應(yīng)變規(guī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
100直臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)102，104檢測(cè)梁106中心圓盤108，206，306指標(biāo)梁110延伸梁 200弧臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)202，204弧形懸臂檢測(cè)梁 300弧臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)302，304弧形檢測(cè)梁 308平衡塊310第一游標(biāo)標(biāo)尺312第二游標(biāo)標(biāo)尺314第一邊界薄膜316，318第二邊界薄膜
400微橋狀梁殘余應(yīng)變規(guī) 402橋狀梁404結(jié)構(gòu)梁 406邊界薄膜具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法及其結(jié)構(gòu)其具體方法、步驟、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
本發(fā)明中將先行提出兩種新型微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)的設(shè)計(jì)-直臂式及弧臂式微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)，最后再綜合該兩種新型微游標(biāo)尺應(yīng)邊規(guī)的優(yōu)點(diǎn)，提出一個(gè)具有高分辨率的高分辨率弧臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)，然后經(jīng)由美商Cronos提供的MUMPs共享制程驗(yàn)證該一應(yīng)變規(guī)的可行性。
直臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)請(qǐng)參閱圖1所示，是直臂式微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。該直臂式微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)100，其設(shè)計(jì)概念為利用一對(duì)懸臂結(jié)構(gòu)梁(長(zhǎng)度LA)，作為檢測(cè)梁102、104來感測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變，并轉(zhuǎn)換成檢測(cè)梁102、104的形變量。檢測(cè)梁102、104以延伸梁110(長(zhǎng)度LB)與中心圓盤106連接，然后藉由中心圓盤106(半徑R)及指標(biāo)梁108(長(zhǎng)度LC)來放大檢測(cè)梁102、104的形變量，最后藉由微游標(biāo)尺讀出指標(biāo)梁108的形變量，然后由該形變量配合指標(biāo)梁108與檢測(cè)梁102、104的幾何尺寸，經(jīng)過計(jì)算得出待測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變值。由于殘余應(yīng)變一般約為10的負(fù)4次方，所以經(jīng)由薄膜殘余應(yīng)變所引發(fā)的微游標(biāo)尺旋轉(zhuǎn)角度會(huì)遠(yuǎn)小于1度，因此整個(gè)系統(tǒng)可視為一個(gè)小角度旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，經(jīng)過簡(jiǎn)單的幾何計(jì)算后，其旋轉(zhuǎn)位移量與殘余應(yīng)變的關(guān)系可簡(jiǎn)化為ϵ=(R+LB)·y(R+LC)·LA]]>其中，ε為薄膜殘余應(yīng)變，R為圓盤半徑，y為游標(biāo)尺側(cè)向位移量。而整個(gè)微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)的應(yīng)變-位移量轉(zhuǎn)換率為M=R+LCR+LB·LA]]>因此，如想提高轉(zhuǎn)換倍率，可以從增加LA、LC值或者縮小LB及圓盤半徑R，然而縮小圓盤半徑R雖可增加放大率但也有可能使旋轉(zhuǎn)角度過大而使誤差值增加。
弧臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)請(qǐng)參閱圖2所示，是弧臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)的結(jié)構(gòu)示意圖。該弧臂式微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)200，利用一對(duì)半徑為R張角θ的弧形懸臂檢測(cè)梁202、204來感測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變，然后經(jīng)由連桿機(jī)構(gòu)及指標(biāo)梁206(長(zhǎng)度L)，將檢測(cè)梁202、204的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)位移量并放大，然后同樣由微光標(biāo)尺讀出經(jīng)過放大后的旋轉(zhuǎn)位移量，再同樣配合指標(biāo)梁206的幾何尺寸，然后經(jīng)過計(jì)算后得到待測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變值。如果同樣將微光標(biāo)尺的旋轉(zhuǎn)視為一小角度旋轉(zhuǎn)，則其旋轉(zhuǎn)位移量與殘余應(yīng)變的關(guān)系，可經(jīng)由幾何計(jì)算簡(jiǎn)化如下ϵ=yθL]]>其中，ε為薄膜的殘余應(yīng)變，因此在已知指標(biāo)梁長(zhǎng)度及檢測(cè)梁張角的情形下，僅需量測(cè)微游標(biāo)尺的旋轉(zhuǎn)位移量y，便可計(jì)算出殘余應(yīng)變的大小。而該種弧臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)的應(yīng)變-位移量轉(zhuǎn)換率為M＝θL從式子中可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)變-位移量轉(zhuǎn)換率只與張角及指標(biāo)梁的長(zhǎng)度有關(guān)，因此，可以從增加弧形檢測(cè)梁的張角及指標(biāo)懸臂梁的長(zhǎng)度來增加位移量的轉(zhuǎn)換率。
在以上兩種微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)的可行性評(píng)估方面，本發(fā)明利用有限元素法來分析微光標(biāo)尺旋轉(zhuǎn)位移量與薄膜殘余應(yīng)變的關(guān)系，其結(jié)果顯示該兩種微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)在彈性檢測(cè)范圍內(nèi)(小角度旋轉(zhuǎn))都具有極高的線性度表現(xiàn)。請(qǐng)參閱圖3所示，是直臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)的有限元素分析模型的示意圖，因?yàn)榭紤]結(jié)構(gòu)彎矩效應(yīng)的影響，所以選用具有旋轉(zhuǎn)自由度的solid 73元素作為分析元素。請(qǐng)參閱圖4所示，是顯示直臂式微光標(biāo)尺應(yīng)邊規(guī)的旋轉(zhuǎn)位移量與殘余應(yīng)變的關(guān)系圖，其中檢測(cè)梁LA的長(zhǎng)度為100微米，指標(biāo)梁的等效長(zhǎng)度(R+LC)為450微米，施力臂的等效長(zhǎng)度(R+LB)為75微米，由分析結(jié)果顯示，其應(yīng)變-位移量轉(zhuǎn)換率非常線性。請(qǐng)參閱圖5所示，是張角π/6的弧臂式微光標(biāo)尺的有限元素分析模型的示意圖；請(qǐng)參閱圖6所示，是弧臂式微游標(biāo)尺旋轉(zhuǎn)位移量與殘余應(yīng)變的有限元素法仿真結(jié)果圖。其轉(zhuǎn)換率與直臂式微游標(biāo)尺同樣具有很好的線性度，而分析所使用的弧形檢測(cè)梁其半徑R為150微米，指標(biāo)懸臂梁長(zhǎng)度L為450微米。
由圖3、圖4及圖5、圖6的結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，由于弧臂式微光標(biāo)尺所占用的面積較小，所以在相同的面積占用率下，弧臂式微光標(biāo)尺可得到較佳的應(yīng)變-位移量轉(zhuǎn)換率。另外，將有限元素法仿真結(jié)果與理論值比較發(fā)現(xiàn)直臂式微光標(biāo)尺解析度與有限元素法的誤差值約為4.76％，而弧臂式微游標(biāo)尺的誤差則為9.46％。
另外，微光標(biāo)尺的量測(cè)分辨率主要受到兩項(xiàng)因素影響，即應(yīng)變-位移量轉(zhuǎn)換率與光標(biāo)標(biāo)尺的分辨率。其中，光標(biāo)標(biāo)尺的分辨率受到制程線寬分辨率的限制，而應(yīng)變-位移量轉(zhuǎn)換率則是由結(jié)構(gòu)幾何尺寸來決定。以美商Cronos提供的MUMPs共享制程的最小線寬為2微米，因此在不對(duì)光標(biāo)標(biāo)尺部分做特別設(shè)計(jì)的情況下，光標(biāo)標(biāo)尺其分辨率則限制在2微米。因此當(dāng)本發(fā)明所提出的直臂式微光標(biāo)尺的幾何尺寸為一般制程允許下的極限尺寸時(shí)(即LA及LC皆為500微米，而LB為5微米，圓盤半徑R為10微米)，再配合上光標(biāo)標(biāo)尺的分辨率為2微米，則可計(jì)算出直臂式微標(biāo)尺的應(yīng)變量測(cè)分辨率為1.2×10-4；但是如果制程技術(shù)(尤其是在試片懸浮過程)上允許，本論文的檢測(cè)梁LA與指標(biāo)梁LC的長(zhǎng)度可以增為1000微米時(shí)，則整個(gè)微游標(biāo)尺的應(yīng)變量測(cè)分辨率可提升至3×10-5，如果再配合光標(biāo)標(biāo)尺可達(dá)到1微米的分辨率，如此一來，則可將分辨率再進(jìn)一步提升至1.5×10-5。假設(shè)待測(cè)薄膜為一般面型制程中常用的復(fù)晶硅材料(楊氏系數(shù)為150GPa)，則直臂式微游標(biāo)尺的應(yīng)力量測(cè)分辨率約為2.25MPa，然而，如果待測(cè)薄膜為二氧化硅材料(楊氏系數(shù)為70GPa)時(shí)，則應(yīng)力量測(cè)分辨率便會(huì)減小成1.05MPa。
另外，對(duì)于弧臂式微光標(biāo)尺的應(yīng)變量測(cè)分辨率方面。假設(shè)指標(biāo)梁的長(zhǎng)度為1000微米，而弧臂的張角為90度，光標(biāo)標(biāo)尺的分辨率同樣為1微米，則弧臂式微游標(biāo)尺的應(yīng)變量測(cè)分辨率可達(dá)到6.3×10-4。與直臂式微光標(biāo)尺相較起來，其分辨率遠(yuǎn)不如直臂式微光標(biāo)尺1.5×10-5的應(yīng)變分辨率。雖然弧臂式微光標(biāo)尺所占用的面積較小，但直臂式微光標(biāo)尺的應(yīng)變分辨率較高，因此在使用上各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如果能將其兩者的優(yōu)點(diǎn)加以結(jié)合，則能夠得到實(shí)用性更高的微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)，所以本發(fā)明綜合上述兩者優(yōu)點(diǎn)后，提出另一個(gè)全新的高分辨率弧臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)。
高分辨率弧臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)人們發(fā)現(xiàn)弧臂式微游標(biāo)尺之所以無法如直臂式微游標(biāo)尺一般，具有約10-5的高分辨率的原因在于，在其量測(cè)機(jī)制中，兩結(jié)構(gòu)梁施加于指標(biāo)梁的施力臂同時(shí)也是圓形弧臂的半徑，而半徑、張角及弧長(zhǎng)彼此是呈現(xiàn)相依關(guān)系，所以在經(jīng)過數(shù)學(xué)算后，施力臂的放大效果便會(huì)被相消掉。因此，在設(shè)計(jì)微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)時(shí)，便要避免這樣的情形產(chǎn)生，而在這樣的考量之下，使用直臂式微光標(biāo)尺會(huì)是較佳的選擇，但是直臂式微光標(biāo)尺的高面積占用率，則是限制其應(yīng)用的主要因素。然而，如果能夠擷取弧臂式微光標(biāo)尺的優(yōu)點(diǎn)加上直臂式微光標(biāo)尺的優(yōu)點(diǎn)，則可得到一個(gè)兼顧量測(cè)分辨率及應(yīng)用性的薄膜殘余應(yīng)力測(cè)試鍵。有鑒于此，本發(fā)明利用弧臂式微光標(biāo)尺的弧形檢測(cè)梁設(shè)計(jì)方式取代直臂式微光標(biāo)尺的檢測(cè)梁，另外在針對(duì)光標(biāo)標(biāo)尺部分做“錯(cuò)位設(shè)計(jì)”，便能進(jìn)一步將新式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)的檢測(cè)分辨率提升至-10-6以上，成為“高分辨率弧臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)”。
請(qǐng)參閱圖7所示，是本發(fā)明的高分辨率弧臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的弧臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)300，是建構(gòu)于一面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件中，并形成于一基材上。而薄膜同時(shí)形成一微機(jī)電工件部分及一同平面型應(yīng)變規(guī)部分，亦即本實(shí)施例的弧臂式微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)300。其中薄膜的弧臂式微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)部分，包括一指標(biāo)梁306，其指標(biāo)長(zhǎng)度為L(zhǎng)A，指標(biāo)梁306的一端具有一第一游標(biāo)標(biāo)尺310，而另一端則具有一平衡塊308。而第二游標(biāo)標(biāo)尺312，對(duì)應(yīng)于第一游標(biāo)標(biāo)尺310，并延伸一第一邊界薄膜314，且與第一光標(biāo)標(biāo)尺310錯(cuò)位配置。二弧形檢測(cè)梁302、304，分別配置于指針梁306的二側(cè)，該二弧形檢測(cè)梁302、304的一端分別具有第二邊界薄膜316、318，而二弧形檢測(cè)梁302、304的另一端分別弧狀地朝向指標(biāo)梁306的二側(cè)延伸，并在指標(biāo)梁306的約略重心位置與指針梁306連接，且藉由錯(cuò)位設(shè)計(jì)形成一力偶。弧形檢測(cè)梁302、304的應(yīng)變以力偶的型態(tài)使指針梁306產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位移。其中第一邊界薄膜314，第二邊界薄膜316、318分別藉由一犧牲層連接基材，犧牲層在該位置形成一支撐圖案。而為了加強(qiáng)弧狀檢測(cè)梁302、304的邊界的固定效果，在對(duì)應(yīng)犧牲層位置的薄膜上還可覆蓋一覆蓋層。
而上述結(jié)構(gòu)的制程包括先提供一基材并形成一犧牲層于該基材的表面。形成薄膜于犧牲層的表面，薄膜至少具有一同平面應(yīng)變規(guī)圖案。其中，同平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括指針梁其一端更具有第一游標(biāo)標(biāo)尺，而另一端具有一平衡塊；第二光標(biāo)標(biāo)尺對(duì)應(yīng)于第一游標(biāo)標(biāo)尺，并延伸一第一邊界薄膜，且與第一光標(biāo)標(biāo)尺錯(cuò)位配置；二弧形檢測(cè)梁，分別配置于指針梁的二側(cè)，二弧形檢測(cè)梁的一端分別具有第二邊界薄膜，而二弧形檢測(cè)梁的另一端分別弧狀地朝向指標(biāo)梁的二側(cè)延伸，并在指標(biāo)梁的約略重心位置與指針梁連接，且形成一力偶。接著去除部分犧牲層，僅殘留至少第一邊界薄膜及第二邊界薄膜所覆蓋的部分，形成一包覆材料層支撐薄膜，并使得指標(biāo)梁及弧形檢測(cè)梁懸空。形成弧臂式微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)的結(jié)構(gòu)后，便可以量測(cè)第一光標(biāo)標(biāo)尺對(duì)應(yīng)第二光標(biāo)標(biāo)尺的讀數(shù)，以獲得薄膜的應(yīng)變量。
同樣將微游標(biāo)尺的旋轉(zhuǎn)視為一小角度旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過結(jié)構(gòu)幾何計(jì)算后，可得到該一高分辨率弧臂式微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)其旋轉(zhuǎn)位移量與殘余應(yīng)變的關(guān)系可表示為ϵ=yLBθRLA]]>其中，θ為弧形檢測(cè)梁的張角，R為弧形檢測(cè)梁的半徑，LA與LB分別為指標(biāo)梁和施力臂長(zhǎng)度，而該微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)的應(yīng)變-位移量轉(zhuǎn)換率為M=θRLALB]]>上述提到微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)的量測(cè)分辨率除了受限于量測(cè)機(jī)制及結(jié)構(gòu)尺寸外，另外還有一個(gè)重要因素--即光標(biāo)標(biāo)尺的分辨率。在一般的光標(biāo)標(biāo)尺的設(shè)計(jì)上，都采用“對(duì)位”設(shè)計(jì)的概念，因此光標(biāo)標(biāo)尺的分辨率則完全由光罩制作機(jī)的分辨率決定，然而在微機(jī)電產(chǎn)品應(yīng)用中1微米的光罩分辨率已是屬于相當(dāng)高的分辨率，但在這樣的光標(biāo)標(biāo)尺分辨率下，微光標(biāo)尺的應(yīng)變分辨率僅約為ˉ10-5，因此在追求更高量測(cè)分辨率的考量上，勢(shì)必要有全新的光標(biāo)標(biāo)尺設(shè)計(jì)思維，因此本發(fā)明亦提出一個(gè)新型的光標(biāo)標(biāo)尺設(shè)計(jì)。
請(qǐng)參閱圖8所示，是一種新型的游標(biāo)標(biāo)尺結(jié)構(gòu)示意圖。如圖中所示藉由光標(biāo)標(biāo)尺彼此間的“錯(cuò)位”設(shè)計(jì)，可將光標(biāo)卡尺的分辨率提升至0.1微米，亦即微光標(biāo)尺的量測(cè)分辨率提高至ˉ10-6。而新型光標(biāo)標(biāo)尺設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)除了可以提高量測(cè)分辨率外，另外也能在同樣的量測(cè)分辨率下，使整個(gè)微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)的使用面積較使用現(xiàn)有傳統(tǒng)的“對(duì)位式”光標(biāo)標(biāo)尺設(shè)計(jì)的微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)小上一個(gè)數(shù)量級(jí)，而這一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)將使微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)具有更高的商業(yè)應(yīng)用性。
除了檢測(cè)薄膜的殘余均布應(yīng)力之外，薄膜的殘余梯度應(yīng)力也是本論文所提出的“同平面式殘余應(yīng)變規(guī)”能檢測(cè)的項(xiàng)目之一。其檢測(cè)方法僅需要直接指標(biāo)梁的曲率半徑值，即可經(jīng)由下的關(guān)系式得到待測(cè)薄膜的殘余梯度應(yīng)力，σg=Eyρ]]>其中，y為距離指標(biāo)梁中性軸的距離，ρ為指標(biāo)梁的曲率半徑，因此只要量測(cè)指標(biāo)梁的曲率半徑配合已知的厚度及薄膜楊氏系數(shù)，便可檢測(cè)出待測(cè)薄膜的殘余梯度應(yīng)力。
為了驗(yàn)證高分辨率微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)應(yīng)用于面型微細(xì)加工制程中檢測(cè)薄膜殘余應(yīng)變的可行性，因此本發(fā)明同樣以美商Cronos公司所提供的MUMPs共享制程為例子，實(shí)際檢測(cè)制程中所使用的兩層復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)層的殘余應(yīng)變值，來驗(yàn)證此一檢測(cè)技術(shù)的可行性。其中，弧形檢測(cè)梁的半徑為100微米，張角為90度，指標(biāo)梁的長(zhǎng)度從200微米分布至1000微米，以每100微米的長(zhǎng)度增加，而施力臂的長(zhǎng)度則設(shè)定為5微米。另外，在弧形檢測(cè)梁與指標(biāo)梁的連接部分，在理論上該連接點(diǎn)應(yīng)呈現(xiàn)完全點(diǎn)接觸，然而所謂的點(diǎn)接觸在實(shí)際執(zhí)行上是有困難的，因此唯有盡可能縮小該接觸點(diǎn)的面積以減少檢測(cè)上的誤差。但是一昧地縮小接觸點(diǎn)的面積卻會(huì)導(dǎo)致制程的優(yōu)良率下降，所以在兼顧制程穩(wěn)定性及檢測(cè)誤差兩個(gè)考量后，本發(fā)明將該接觸點(diǎn)的寬度設(shè)計(jì)為3微米，經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證后，該寬度可使微游標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)的制作優(yōu)良率達(dá)到100％。除此之外，雖然檢測(cè)梁的撓性邊界對(duì)于檢測(cè)梁釋放殘余應(yīng)力的影響并不會(huì)特別顯著，但基于減少檢測(cè)誤差的考量上，本發(fā)明在設(shè)計(jì)弧形檢測(cè)梁的邊界時(shí)，仍然采用堆棧結(jié)構(gòu)層包覆式邊界以提高邊界的強(qiáng)度，亦即弧形檢測(cè)梁的端部藉由一犧牲層連接基材，其上并包覆一覆蓋層。
最后在試片形變量量測(cè)方面，本發(fā)明利用日商Olympus公司所制造的工具顯微鏡STM-6來觀察及量測(cè)指標(biāo)梁的位移量。
本發(fā)明所提出的高分辨率微光標(biāo)尺應(yīng)變規(guī)，經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后可達(dá)到10-6以上的高分辨率，并進(jìn)一步通過MUMPs共享制程驗(yàn)證其可行性。因此，該“同平面式殘余應(yīng)變規(guī)”不僅可單獨(dú)作為制程測(cè)試鍵來檢測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變，更可結(jié)合本發(fā)明下文所提出的另一項(xiàng)“出平面式殘余應(yīng)變規(guī)”，相互驗(yàn)證提高檢測(cè)準(zhǔn)確度，進(jìn)而形成一個(gè)測(cè)試鍵群組。
出平面殘余應(yīng)變規(guī)如前所述，本發(fā)明已提出一個(gè)高分辨率的同平面式殘余應(yīng)變規(guī)，并成功驗(yàn)證及探討其可行性。接下來，將介紹另一種可用于面型微細(xì)加工制程中作為殘余應(yīng)變測(cè)試鍵的“出平面式殘余應(yīng)變規(guī)”。所謂“出平面式殘余應(yīng)變規(guī)”，即是利用微檢測(cè)結(jié)構(gòu)將待測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變轉(zhuǎn)換成微機(jī)械結(jié)構(gòu)的出平面位移量，然由經(jīng)由量測(cè)該一出平面的形變量，配合微檢測(cè)結(jié)構(gòu)的幾何尺寸，反推待測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變值。由于目前對(duì)于出平面形變量的量測(cè)分辨率遠(yuǎn)比同平面位移量的分辨率高，因此利用“出平面式殘余應(yīng)變規(guī)”檢測(cè)待測(cè)薄膜殘余應(yīng)變的分辨率變比同平面式高上許多，因此可以輕易達(dá)到10-6以上的檢測(cè)分辨率。如前所述，現(xiàn)有習(xí)知的鮮少使用出平面式的檢測(cè)機(jī)制來檢測(cè)面型微細(xì)制程中薄膜的殘余應(yīng)力，主要原因是由于利用出平面式檢測(cè)機(jī)制往往需要極佳的結(jié)構(gòu)固定邊界，而在面型制程中要制作出良好的固定邊界則需要良好的邊界設(shè)計(jì)概念。而根據(jù)上述實(shí)施例中本發(fā)明已提出一種可行的解決方法，證明可以藉由堆棧結(jié)構(gòu)層包覆式邊界可以得到極佳的固定邊界，因此本發(fā)明便利用該一強(qiáng)化邊界來設(shè)計(jì)出“平面式殘余應(yīng)變規(guī)”，以用于面型微細(xì)制程中檢測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變。
根據(jù)W.Fang于1994年所提出的微橋狀梁后挫曲行為(Post-buckling)，微橋狀梁在發(fā)生挫曲行為后，其橋狀結(jié)構(gòu)中心點(diǎn)的形變量與薄膜均布?xì)堄鄳?yīng)變會(huì)具有下列的關(guān)系式ωmax=±4ϵL2π2-16IA]]>其中，ωmax即是微橋狀梁的中心形變量，ε為薄膜的殘余均布應(yīng)變，L、I及A則分別是是微橋狀梁的長(zhǎng)度、慣性矩及截面積，如果將上述公式加以整理后，可導(dǎo)證出薄膜殘余均布應(yīng)變與微橋狀梁中心形變量的關(guān)系如下ϵ=π24L2(ωmax2+4t23)]]>其中，t為待測(cè)薄膜的厚度，假設(shè)在已知微橋狀梁的長(zhǎng)度及厚度的情況下，則可經(jīng)由量測(cè)微橋狀梁因釋放殘余應(yīng)變產(chǎn)生挫曲后的中心點(diǎn)的形變量值，代入上述式子中得到待測(cè)薄膜的殘余均布應(yīng)變。而待測(cè)薄膜的殘余梯度應(yīng)變檢測(cè)方面，則可在微橋狀梁四分之一長(zhǎng)度的地方衍生出一個(gè)平行于微橋狀梁且懸空的結(jié)構(gòu)梁，經(jīng)由量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑代入前一實(shí)施例中殘余梯度應(yīng)力的式子中，即可檢測(cè)出殘余梯度應(yīng)變。至于為何將衍生出的懸空結(jié)構(gòu)梁置于微橋狀梁的四分之一處，其原因?yàn)楫?dāng)微橋狀梁發(fā)生挫曲行為后，其在四分之一長(zhǎng)度處的應(yīng)變能最小，因此將檢測(cè)梯度應(yīng)變的結(jié)構(gòu)梁置于此處對(duì)于微橋狀梁的后挫曲行為影響最小。
此外，針對(duì)微橋狀梁殘余應(yīng)變規(guī)的量測(cè)分辨率分析方面，由于微橋狀梁將薄膜的殘余應(yīng)變轉(zhuǎn)換成出平面的形變量，而以目前本發(fā)明所使用的由美商WYKO制造的三次元干涉儀RST-500型，其出平面的量測(cè)分辨率高達(dá)1nm以上，如使用長(zhǎng)度500微米的微橋狀梁來檢測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變，可得到4.93×10-9的超高分辨率，可輕易達(dá)到10-6以上的檢測(cè)分辨率要求。
要利用微橋狀結(jié)構(gòu)在面型微細(xì)加工制程上檢測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變，有三項(xiàng)要點(diǎn)需要考量，其分別是固定邊界、殘余壓應(yīng)變及臨界挫曲長(zhǎng)度(Critical buckling length)。首先，符合固定邊界假設(shè)的邊界設(shè)計(jì)部分可以利用先前提出的堆棧結(jié)構(gòu)層包覆式邊界達(dá)到這項(xiàng)需求，所以這方面沒有問題。但是對(duì)于第二項(xiàng)部分，則因?yàn)閮H有壓應(yīng)變才能使微橋狀梁發(fā)生挫曲行為，因此微橋狀梁僅能用來檢測(cè)殘余壓應(yīng)變，但是由于目前的薄膜材料多是呈現(xiàn)殘余壓應(yīng)變，因此微橋狀結(jié)構(gòu)仍有許多應(yīng)用的空間。最后第三項(xiàng)要點(diǎn)則是最重要的設(shè)計(jì)因子，因?yàn)橐刮蛄喊l(fā)生挫曲行為，除了要存在殘余壓應(yīng)變外，該壓應(yīng)變還必須大于微橋狀梁的臨界挫曲應(yīng)變時(shí)才會(huì)發(fā)生挫曲行為，而微橋狀梁的臨界挫曲應(yīng)變可以下列式子表示ϵcr=π2t23L2]]>因此必須根據(jù)待測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變值，適度調(diào)整微橋狀梁的長(zhǎng)度，如果將上述式子加以整理后，可得到微橋狀梁臨挫曲界長(zhǎng)度與殘余應(yīng)變的關(guān)系式Lcr=πt3ϵ]]>因此假設(shè)待測(cè)薄膜的殘余應(yīng)變?yōu)?×10-4，且厚度為2微米的情形下，則微橋狀梁的臨界挫曲長(zhǎng)度為458微米，因此微橋狀梁的長(zhǎng)度必須大于458微米才能檢測(cè)出待測(cè)薄膜的殘余壓應(yīng)變。
基于上述分析結(jié)果，本發(fā)明在利用MUMPs共享制程驗(yàn)證出微橋狀梁殘余應(yīng)變規(guī)的可行性時(shí)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了在固定邊界處使用堆棧結(jié)構(gòu)層包覆式邊界設(shè)計(jì)外，其微橋狀梁的長(zhǎng)度從250微米分布至500微米，以每50微米的長(zhǎng)度增加。另外，在梯度應(yīng)變檢測(cè)結(jié)構(gòu)梁的設(shè)計(jì)上，則根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將長(zhǎng)度設(shè)計(jì)在100微米，而其與微橋狀梁連接的部分，則考量到對(duì)微橋狀梁的影響上，所以將寬度設(shè)計(jì)為2微米。
請(qǐng)參閱圖9所示，是微橋狀梁殘余應(yīng)變規(guī)的結(jié)構(gòu)示意圖。該微橋狀梁殘余應(yīng)變規(guī)400，是建構(gòu)于一面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件中，并形成于一基材上。而薄膜同時(shí)形成一微機(jī)電工件部分及一出同平面應(yīng)變規(guī)部分，亦即本實(shí)施例的微橋狀梁殘余應(yīng)變規(guī)。其中薄膜的出平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一橋狀梁402，該橋狀梁402的二端分別具有一邊界薄膜406；多個(gè)結(jié)構(gòu)梁404從橋狀梁402的側(cè)面延伸，并平行于橋狀梁402。而邊界薄膜406是采用堆棧結(jié)構(gòu)層，亦即橋狀梁末端的薄膜是藉由一犧牲層連接基材，犧牲層在該位置形成一支撐圖案，薄膜上并包覆一覆蓋層，以強(qiáng)化橋狀梁的邊界強(qiáng)度。
上述結(jié)構(gòu)的制造方法，則包括提供一基材，并形成一犧牲層于基材表面。形成薄膜于犧牲層的表面，薄膜至少具有一出平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中出平面應(yīng)變規(guī)圖案則包括橋狀梁其二端分別具有一邊界薄膜；多個(gè)結(jié)構(gòu)梁，從橋狀梁的側(cè)面延伸，并平行于橋狀梁。接著，去除部分犧牲層，僅殘留邊界薄膜所覆蓋的部分，形成一包覆材料層支撐薄膜，并使得橋狀梁及結(jié)構(gòu)梁懸空。至此即完成出平面應(yīng)變規(guī)的制作，而通過量測(cè)橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，以獲得薄膜的應(yīng)變量，并量測(cè)結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑，以獲得薄膜的梯度應(yīng)變。微橋狀梁的中心形變量是利用三次元光學(xué)干涉儀來量測(cè)。
關(guān)于微橋狀梁殘余應(yīng)變規(guī)的量測(cè)不準(zhǔn)度分析方面，在檢測(cè)過程中，僅有微橋狀梁的長(zhǎng)度、厚度及中心點(diǎn)形變量為獨(dú)立變量。因此根據(jù)三次元干涉儀的量測(cè)分辨率為20nm，且工具顯微鏡的量測(cè)準(zhǔn)確度為3微米，如果使用長(zhǎng)度500微米的微橋狀梁殘余應(yīng)變規(guī)，結(jié)構(gòu)厚度為2微米，中心點(diǎn)形變量為1微米，其中，厚度不準(zhǔn)度部分則根據(jù)Cronos的量測(cè)不準(zhǔn)度結(jié)果且其值為1.2％，因此整體的檢測(cè)不準(zhǔn)度約為4.8％。
利用出平面檢測(cè)機(jī)制的微橋狀梁殘余應(yīng)變規(guī)檢測(cè)面型微細(xì)加工制程中的薄膜殘余應(yīng)變，不僅具有極高的檢測(cè)分辨率，同時(shí)只要配合良好的固定邊界設(shè)計(jì)，也能在面型制程中得到不錯(cuò)的量測(cè)準(zhǔn)確度，雖然微橋狀梁殘余應(yīng)變規(guī)僅能用來檢測(cè)殘余壓應(yīng)變，但并不會(huì)全然限制其應(yīng)用性。如此結(jié)合本論文中其它的殘余應(yīng)變檢測(cè)機(jī)制，即能構(gòu)成一套準(zhǔn)確度更高的薄膜殘余應(yīng)變測(cè)試群組。
上述四個(gè)實(shí)施例中所提出的薄膜殘余應(yīng)變規(guī)結(jié)構(gòu)，除了可以應(yīng)用在薄膜形成時(shí)，用來量測(cè)并監(jiān)控薄膜的殘余應(yīng)變或應(yīng)變梯度分布外，還可以作為熱膨脹應(yīng)變規(guī)，用來量測(cè)薄膜熱處理后的應(yīng)變，進(jìn)而獲得薄膜的熱膨脹系數(shù)或者熱膨脹梯度。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，應(yīng)用于一面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件中，該面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件建構(gòu)于一基材上，且至少具有一薄膜層，其特征在于該量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法包括以下步驟形成該薄膜層于該基材上，該薄膜層具有一微機(jī)電工件部分及至少一殘余應(yīng)變規(guī)部分；以及量測(cè)該殘余應(yīng)變規(guī)的幾何尺寸及形變量，以推導(dǎo)出該薄膜的殘余應(yīng)變值及殘余應(yīng)變分布梯度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其特征在于其中所述的殘余應(yīng)變規(guī)包括一同平面型應(yīng)變規(guī)，該同平面應(yīng)變規(guī)至少包括二弧形檢測(cè)梁及一指標(biāo)梁，該二弧形檢測(cè)梁相對(duì)應(yīng)配置，且其末端分別同時(shí)連接該指標(biāo)梁形成一力偶，使得該指標(biāo)梁因該二弧形檢測(cè)梁的應(yīng)變而旋轉(zhuǎn)，藉由量測(cè)該指標(biāo)梁的旋轉(zhuǎn)位移量，以推導(dǎo)出該薄膜的殘余應(yīng)變值，并藉由量測(cè)該指標(biāo)梁形變的曲率半徑，以推導(dǎo)出該薄膜的殘余應(yīng)變分布梯度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其特征在于其中所述的指標(biāo)梁的末端更配置一標(biāo)尺裝置，可以讀取該指針梁的旋轉(zhuǎn)位移量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其特征在于其中所述的二弧形檢測(cè)梁遠(yuǎn)離該指標(biāo)梁的一端分別通過一包覆材料層支撐薄膜連接該基材。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其特征在于其中對(duì)應(yīng)該包覆材料層支撐薄膜位置的該薄膜表面更具有一覆蓋層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其特征在于其中所述的殘余應(yīng)變規(guī)包括一出平面型應(yīng)變規(guī)，該出平面型應(yīng)變規(guī)包括一橋狀梁，藉由量測(cè)該橋狀梁形變的位移量，以推導(dǎo)出該薄膜的殘余應(yīng)變值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其特征在于其中所述的橋狀梁的位移量是藉由一三次元光學(xué)干涉儀量測(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其特征在于其中所述的出平面型應(yīng)變規(guī)更包括復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁配置于該橋狀梁側(cè)面，藉由量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑，以推導(dǎo)出該薄膜殘余應(yīng)變分布梯度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其特征在于其中所述的該些結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑是藉由一三次元光學(xué)干涉儀量測(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其特征在于其中所述的橋狀梁的二端分別通過一包覆材料層支撐薄膜連接該基材。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其特征在于其中對(duì)應(yīng)該包覆材料層支撐薄膜位置的該薄膜表面更具有一覆蓋層。
12.一種量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，應(yīng)用于一面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件中，該面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件建構(gòu)于一基材上，且至少具有一薄膜層，其特征在于該量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法包括以下步驟形成該薄膜層于該基材上，該薄膜層具有一微機(jī)電工件部分及至少一熱膨脹應(yīng)變規(guī)部分；對(duì)該薄膜層進(jìn)行一熱處理；以及量測(cè)該熱膨脹應(yīng)變規(guī)的幾何尺寸及形變量，以推導(dǎo)出該薄膜的熱膨脹系數(shù)及熱膨脹分布梯度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其特征在于其中所述的熱膨脹應(yīng)變規(guī)包括一同平面型應(yīng)變規(guī)，該同平面應(yīng)變規(guī)至少包括二弧形檢測(cè)梁及一指標(biāo)梁，該二弧形檢測(cè)梁相對(duì)應(yīng)配置，且其末端分別同時(shí)連接該指標(biāo)梁形成一力偶，使得該指標(biāo)梁因該二弧形檢測(cè)梁的應(yīng)變而旋轉(zhuǎn)，藉由量測(cè)該指標(biāo)梁的旋轉(zhuǎn)位移量，以推導(dǎo)出該薄膜的熱膨脹系數(shù)，并藉由量測(cè)該指標(biāo)梁形變的曲率半徑，以推導(dǎo)出該薄膜的熱膨脹分布梯度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其特征在于其中所述的指標(biāo)梁的末端更配置一標(biāo)尺裝置，可以讀取該指針梁的旋轉(zhuǎn)位移量。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其特征在于其中所述的二弧形檢測(cè)梁遠(yuǎn)離該指標(biāo)梁的一端分別通過一包覆材料層支撐薄膜連接該基材。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其特征在于其中對(duì)應(yīng)該包覆材料層支撐薄膜位置的該薄膜表面更具有一覆蓋層。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其特征在于其中所述的熱膨脹應(yīng)變規(guī)包括一出平面型應(yīng)變規(guī)，該出平面型應(yīng)變規(guī)包括一橋狀梁，藉由量測(cè)該橋狀梁形變的位移量，以推導(dǎo)出該薄膜的熱膨脹系數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其特征在于其中所述的橋狀梁的位移量是藉由一三次元光學(xué)干涉儀量測(cè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其特征在于其中所述的出平面型應(yīng)變規(guī)更包括復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁配置于該橋狀梁側(cè)面，藉由量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑，以推導(dǎo)出該薄膜熱膨脹分布梯度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其特征在于其中所述的該些結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑是藉由一三次元光學(xué)干涉儀量測(cè)。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其特征在于其中該橋狀梁的二端分別通過一包覆材料層支撐薄膜連接該基材。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的量測(cè)薄膜熱膨脹性質(zhì)的方法，其特征在于其中對(duì)應(yīng)該包覆材料層支撐薄膜位置的該薄膜表面更具有一覆蓋層。
23.一種薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于一面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件中，其特征在于該薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)包括一基材；以及一薄膜，配置于該基材上，至少具有一微機(jī)電工件部分，一同平面型應(yīng)變規(guī)部分，且該同平面型應(yīng)變規(guī)部分可以讀出該薄膜的應(yīng)變量值，應(yīng)變分布梯度，熱膨脹系數(shù)或熱膨脹梯度。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的同平面型應(yīng)變規(guī)部分至少包括二弧形檢測(cè)梁及一指標(biāo)梁，該二弧形檢測(cè)梁相對(duì)應(yīng)配置，且其末端分別同時(shí)連接該指標(biāo)梁形成一力偶，使得該指標(biāo)梁因該二弧形檢測(cè)梁的應(yīng)變而旋轉(zhuǎn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的指針梁的末端更配置一標(biāo)尺裝置，可以讀取該指針梁的旋轉(zhuǎn)角度。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的二弧形檢測(cè)梁遠(yuǎn)離該指標(biāo)梁的一端分別通過一包覆材料層支撐薄膜連接該基材。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于其中對(duì)應(yīng)該包覆材料層支撐薄膜位置的該薄膜表面更具有一覆蓋層。
28.一種薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于一面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件中，其特征在于該薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)包括一基材；以及一薄膜，配置于該基材上，至少具有一微機(jī)電工件部分，一出平面型應(yīng)變規(guī)部分，且該出平面型應(yīng)變規(guī)部分可以讀出該薄膜的應(yīng)變量值，應(yīng)變梯度，熱膨脹系數(shù)或熱膨脹梯度。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的出平面型應(yīng)變規(guī)部分更包括一橋狀梁。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的出平面型應(yīng)變規(guī)部分更包括復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁配置于該橋狀梁側(cè)面。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的橋狀梁的二端分別通過一包覆材料層支撐薄膜連接該基材。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于其中對(duì)應(yīng)該包覆材料層支撐薄膜位置的該薄膜表面更具有一覆蓋層。
33.一種薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于一面型微細(xì)加工的微機(jī)電工件中，其特征在于該薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)包括一基材；以及一薄膜，配置于該基材上，至少具有一微機(jī)電工件部分，一同平面型應(yīng)變規(guī)部分，以及一出平面型應(yīng)變規(guī)部分，而該同平面型應(yīng)變規(guī)部分及該出平面型應(yīng)變規(guī)部分可以讀出該薄膜的應(yīng)變量值、應(yīng)變梯度、熱膨脹系數(shù)或熱膨脹梯度，且該出平面型應(yīng)變規(guī)部分可以讀出該薄膜的應(yīng)變梯度或熱膨脹梯度。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的同平面應(yīng)變規(guī)部分至少包括二弧形檢測(cè)梁及一指標(biāo)梁，該二弧形檢測(cè)梁相對(duì)應(yīng)配置，且其末端分別同時(shí)連接該指標(biāo)梁形成一力偶，使得該指標(biāo)梁因該二弧形檢測(cè)梁的應(yīng)變而旋轉(zhuǎn)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的指標(biāo)梁的末端更配置一標(biāo)尺裝置，可以讀取該指標(biāo)梁的旋轉(zhuǎn)角度。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的二弧形檢測(cè)梁遠(yuǎn)離該指標(biāo)梁的一端分別通過一包覆材料層支撐薄膜連接該基材。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于其中對(duì)應(yīng)該包覆材料層支撐薄膜位置的該薄膜表面更具有一覆蓋層。
38.根據(jù)權(quán)利要求33所述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于其中該出平面型應(yīng)變規(guī)部分更包括一橋狀梁。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于其中該出平面型應(yīng)變規(guī)部分更包括復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁配置于該橋狀梁側(cè)面。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的橋狀梁的二端分別通過一包覆材料層支撐薄膜連接該基材。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的薄膜量測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于其中對(duì)應(yīng)該包覆材料層支撐薄膜位置的該薄膜表面更具有一覆蓋層。
42.一種量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，適用于一薄膜的應(yīng)變量測(cè)，其特征在于該量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法包括以下步驟提供一基材；形成一犧牲層于該基材表面；形成該薄膜于該犧牲層的表面，該薄膜至少具有一同平面應(yīng)變規(guī)圖案及一出平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中該同平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一指標(biāo)梁，該指標(biāo)梁的一端更具有一第一游標(biāo)標(biāo)尺，而另一端具有一平衡塊；一第二游標(biāo)標(biāo)尺，對(duì)應(yīng)于該第一游標(biāo)標(biāo)尺，并延伸一第一邊界薄膜，且與該第一光標(biāo)標(biāo)尺錯(cuò)位配置；二弧形檢測(cè)梁，分別配置于該指針梁的二側(cè)，該二弧形檢測(cè)梁的一端分別具有一第二邊界薄膜，而該二弧形檢測(cè)梁的另一端分別弧狀地朝向該指標(biāo)梁的二側(cè)延伸，并在該指標(biāo)梁的約略重心位置與該指針梁連接，且形成一力偶，其中該出平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一橋狀梁，該橋狀梁的二端分別具有一第三邊界薄膜；復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁，自該橋狀梁的側(cè)面延伸，并平行于該橋狀梁；去除部分該犧牲層，僅殘留至少該第一邊界薄膜，該些第二邊界薄膜及該些第三邊界薄膜所覆蓋的部分，形成一包覆材料層支撐薄膜，并使得該指標(biāo)梁，該些弧形檢測(cè)梁，該橋狀梁及該些結(jié)構(gòu)梁懸空；以及量測(cè)該第一游標(biāo)標(biāo)尺對(duì)應(yīng)該第二游標(biāo)標(biāo)尺的讀數(shù)及該橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，以獲得該薄膜的應(yīng)變量，并量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑，以獲得該薄膜的梯度應(yīng)變。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其特征在于其中形成該薄膜后，更包括形成一覆蓋層，分別覆蓋于該些第二邊界薄膜及該些第三邊界薄膜。
44.根據(jù)權(quán)利要求42所述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其特征在于其中量測(cè)該橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，及量測(cè)該結(jié)構(gòu)量的曲率半徑的方法，是以三次元干涉儀進(jìn)行量測(cè)。
45.一種量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法，其特征在于該量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法包括以下步驟提供一基材；形成一犧牲層于該基材表面；形成一薄膜于該犧牲層的表面，該薄膜至少具有一同平面應(yīng)變規(guī)圖案及一出平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中該同平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一指標(biāo)梁，該指標(biāo)梁的一端更具有一第一游標(biāo)標(biāo)尺，而另一端具有一平衡塊；一第二游標(biāo)標(biāo)尺，對(duì)應(yīng)于該第一游標(biāo)標(biāo)尺，并延伸一第一邊界薄膜，且與該第一光標(biāo)標(biāo)尺錯(cuò)位配置；二弧形檢測(cè)梁，分別配置于該指針梁的二側(cè)，該二弧形檢測(cè)梁的一端分別具有一第二邊界薄膜，而該二弧形檢測(cè)梁的另一端分別弧狀地朝向該指標(biāo)梁的二側(cè)延伸，并在該指標(biāo)梁的約略重心位置與該指針梁連接，且形成一力偶，其中該出平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一橋狀梁，該橋狀梁的二端分別具有一第三邊界薄膜；復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁，自該橋狀梁的側(cè)面延伸，并平行于該橋狀梁；去除部分該犧牲層，僅殘留至少該第一邊界薄膜，該些第二邊界薄膜及該些第三邊界薄膜所覆蓋的部分，形成一包覆材料層支撐薄膜，并使得該指標(biāo)梁，該些弧形檢測(cè)梁，該橋狀梁及該些結(jié)構(gòu)梁懸空；對(duì)該薄膜進(jìn)行一熱處理；以及量測(cè)該第一游標(biāo)標(biāo)尺對(duì)應(yīng)該第二游標(biāo)標(biāo)尺的讀數(shù)及該橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，以獲得該薄膜的熱膨脹系數(shù)，并量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑，以獲得該薄膜的熱膨脹梯度。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法，其特征在于其中形成該薄膜后，更包括形成一覆蓋層，分別覆蓋于該些第二邊界薄膜及該些第三邊界薄膜。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法，其特征在于其中量測(cè)該橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，及量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑的方法，是以三次元干涉儀進(jìn)行量測(cè)。
48.一種量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，適用于一薄膜的應(yīng)變量測(cè)，其特征在于該量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法包括以下步驟提供一基材；形成一犧牲層于該基材表面；形成該薄膜于該犧牲層的表面，該薄膜至少具有一同平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中該同平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一指標(biāo)梁，該指標(biāo)梁的一端更具有一第一游標(biāo)標(biāo)尺，而另一端具有一平衡塊；一第二游標(biāo)標(biāo)尺，對(duì)應(yīng)于該第一游標(biāo)標(biāo)尺，并延伸一第一邊界薄膜，且與該第一光標(biāo)標(biāo)尺錯(cuò)位配置；二弧形檢測(cè)梁，分別配置于該指針梁的二側(cè)，該二弧形檢測(cè)梁的一端分別具有一第二邊界薄膜，而該二弧形檢測(cè)梁的另一端分別弧狀地朝向該指標(biāo)梁的二側(cè)延伸，并在該指標(biāo)梁的約略重心位置與該指針梁連接，且形成一力偶；去除部分該犧牲層，僅殘留至少該第一邊界薄膜及該些第二邊界薄膜所覆蓋的部分，形成一包覆材料層支撐薄膜，并使得該指標(biāo)梁及該些弧形檢測(cè)梁懸空；以及量測(cè)該第一游標(biāo)標(biāo)尺對(duì)應(yīng)該第二游標(biāo)標(biāo)尺的讀數(shù)，以獲得該薄膜的應(yīng)變量。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其特征在于其中形成該薄膜后，更包括形成一覆蓋層，分別覆蓋于該些第二邊界薄膜。
50.一種量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，適用于一薄膜的應(yīng)變量測(cè)，其特征在于該量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法包括以下步驟提供一基材；形成一犧牲層于該基材表面；形成該薄膜于該犧牲層的表面，該薄膜至少具有一出平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中該出平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一橋狀梁，該橋狀梁的二端分別具有一邊界薄膜；復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁，自該橋狀梁的側(cè)面延伸，并平行于該橋狀梁；去除部分該犧牲層，僅殘留至少該些邊界薄膜所覆蓋的部分，形成一包覆材料層支撐薄膜，并使得該橋狀梁及該些結(jié)構(gòu)梁懸空；以及量測(cè)該橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，以獲得該薄膜的應(yīng)變量，并量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑，以獲得該薄膜的梯度應(yīng)變。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其特征在于其中形成該薄膜后，更包括形成一覆蓋層，分別覆蓋于該些邊界薄膜。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法，其特征在于其中量測(cè)該橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，及量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑的方法，是以三次元干涉儀進(jìn)行量測(cè)。
53.一種量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法，其特征在于該量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法包括以下步驟提供一基材；形成一犧牲層于該基材表面；形成一薄膜于該犧牲層的表面，該薄膜至少具有一同平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中該同平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一指標(biāo)梁，該指標(biāo)梁的一端更具有一第一游標(biāo)標(biāo)尺，而另一端具有一平衡塊；一第二游標(biāo)標(biāo)尺，對(duì)應(yīng)于該第一游標(biāo)標(biāo)尺，并延伸一第一邊界薄膜，且與該第一光標(biāo)標(biāo)尺錯(cuò)位配置；二弧形檢測(cè)梁，分別配置于該指針梁的二側(cè)，該二弧形檢測(cè)梁的一端分別具有一第二邊界薄膜，而該二弧形檢測(cè)梁的另一端分別弧狀地朝向該指標(biāo)梁的二側(cè)延伸，并在該指標(biāo)梁的約略重心位置與該指針梁連接，且形成一力偶；去除部分該犧牲層，僅殘留至少該第一邊界薄膜及該些第二邊界薄膜所覆蓋的部分，形成一包覆材料層支撐薄膜，并使得該指標(biāo)梁及該些弧形檢測(cè)梁懸空；對(duì)該薄膜進(jìn)行一熱處理；以及量測(cè)該第一游標(biāo)標(biāo)尺對(duì)應(yīng)該第二游標(biāo)標(biāo)尺的讀數(shù)，以獲得該薄膜的熱膨脹系數(shù)。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法，其特征在于其中形成該薄膜后，更包括形成一覆蓋層，分別覆蓋于該些第二邊界薄膜。
55.一種量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法，其特征在于該量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法包括以下步驟提供一基材；形成一犧牲層于該基材表面；形成一薄膜于該犧牲層的表面，該薄膜至少具有一出平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中該出平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一橋狀梁，該橋狀梁的二端分別具有一邊界薄膜；復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁，自該橋狀梁的側(cè)面延伸，并平行于該橋狀梁；去除部分該犧牲層，僅殘留至少該些邊界薄膜所覆蓋的部分，形成一包覆材料層支撐薄膜，并使得該橋狀梁及該些結(jié)構(gòu)梁懸空；對(duì)該薄膜進(jìn)行一熱處理；以及量測(cè)該橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，以獲得該薄膜的熱膨脹系數(shù)，并量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑，以獲得該薄膜的熱膨脹梯度。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法，其特征在于其中形成該薄膜后，更包括形成一覆蓋層，分別覆蓋于該些邊界薄膜。
57.根據(jù)權(quán)利要求55所述的量測(cè)薄膜熱膨脹系數(shù)的方法，其特征在于其中量測(cè)該橋狀梁挫曲中心點(diǎn)的形變量，及量測(cè)該結(jié)構(gòu)梁的曲率半徑的方法，是以三次元干涉儀進(jìn)行量測(cè)。
58.一種薄膜同平面應(yīng)變規(guī)結(jié)構(gòu)，適用于一薄膜的應(yīng)變量測(cè)及該薄膜的熱膨脹系數(shù)量測(cè)，其特征在于該薄膜同平面應(yīng)變規(guī)結(jié)構(gòu)包括一基材；一犧牲層配置于該基材表面，該犧牲層具有一第一支撐圖案及二第二支撐圖案；該薄膜配置于該犧牲層的表面，該薄膜至少具有一同平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中該同平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一指標(biāo)梁，該指標(biāo)梁的一端更具有一第一游標(biāo)標(biāo)尺，而另一端具有一平衡塊；一第二游標(biāo)標(biāo)尺，對(duì)應(yīng)于該第一游標(biāo)標(biāo)尺，并延伸一第一邊界薄膜，且與該第一光標(biāo)標(biāo)尺錯(cuò)位配置，其中該第一邊界薄膜覆蓋該第一支撐圖案；二弧形檢測(cè)梁，分別配置于該指針梁的二側(cè)，該二弧形檢測(cè)梁的一端分別具有一第二邊界薄膜，而該二弧形檢測(cè)梁的另一端分別弧狀地朝向該指標(biāo)梁的二側(cè)延伸，并在該指標(biāo)梁的約略重心位置與該指針梁連接，且形成一力偶，其中該二第二邊界薄膜分別覆蓋該二第二支撐圖案，而該指針梁及該些弧形檢測(cè)梁是懸空于該基材上；以及一覆蓋層分別配置于該第一邊界薄膜及該二第二邊界薄膜上。
59.一種薄膜出平面應(yīng)變規(guī)結(jié)構(gòu)，適用于一薄膜的應(yīng)變量測(cè)及該薄膜的熱膨脹系數(shù)量測(cè)，其特征在于該薄膜出平面應(yīng)變規(guī)結(jié)構(gòu)包括一基材；一犧牲層配置于該基材表面，該犧牲層具有二支撐圖案；以及該薄膜配置于該犧牲層的表面，該薄膜至少具有一出平面應(yīng)變規(guī)圖案，其中該出平面應(yīng)變規(guī)圖案，包括一橋狀梁，該橋狀梁的二端分別具有一邊界薄膜，該二邊界薄膜分別覆蓋于該二支撐圖案上；復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)梁，自該橋狀梁的側(cè)面延伸，并平行于該橋狀梁，其中該橋狀梁及該些結(jié)構(gòu)梁是懸空于該基材上。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的薄膜出平面應(yīng)變規(guī)結(jié)構(gòu)，其特征在于其更包括一覆蓋層，分別配置于該二邊界薄膜上。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種量測(cè)薄膜應(yīng)變的方法及其結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于面型微細(xì)加工制程中量測(cè)薄膜殘余應(yīng)變，殘余應(yīng)變分布梯度，熱膨脹系數(shù)或熱膨脹梯度分布。在形成微機(jī)電組件的薄膜時(shí)，同時(shí)形成一同平面應(yīng)變規(guī)及一出平面應(yīng)變規(guī)，經(jīng)由同平面應(yīng)變規(guī)及出平面應(yīng)變規(guī)，可以量測(cè)薄膜殘余應(yīng)變及其梯度分布。薄膜經(jīng)過熱處理后，可以量測(cè)熱膨脹系數(shù)及熱膨脹梯度分布。
文檔編號(hào)G01B11/02GK1584493SQ0315393
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2003年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月21日
發(fā)明者蔡欣昌, 方維倫 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司