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薄膜應力測試儀（激光曲率法） 測試原理及樣品要求
來源： 時間：2025-10-10 15:51:34 瀏覽：3554次

薄膜應力測試儀（激光曲率法） 測試原理及樣品要求


在半導體、微電子、光伏及新材料等領域，沉積在基片上的薄膜其內在應力是決定器件性能與可靠性的關鍵參數。過大的應力會導致薄膜起皺、開裂甚至與基片剝離，直接影響產品的成品率和壽命。因此，精準、高效地測量薄膜應力至關重要。薄膜應力測試儀，特別是基于激光曲率法的設備，已成為該領域的主流測量工具。本文將以FST5000薄膜應力儀為例，詳細介紹其測試原理與樣品要求。

薄膜應力測試儀（激光曲率法）

一、 核心測試原理：從激光掃描到Stoney公式

激光曲率法薄膜應力測試儀的核心原理，建立在經典的基片彎曲法和Stoney公式之上，并通過先進的激光掃描技術實現了高精度的非接觸測量。

基本原理 - Stoney公式： 當一層薄膜沉積在基片（如硅晶圓）上時，由于薄膜與基片之間熱膨脹系數的差異或本征應力的存在，會使原本平整的基片-薄膜復合結構發生微小的彎曲。Stoney公式揭示了這種彎曲程度與薄膜平均應力之間的定量關系。其簡化形式為： σ = (E_s * t_s2) / [6(1-ν_s) * t_f * R] 其中：

σ為薄膜的平均應力；

E_s和 ν_s分別是基片的楊氏模量和泊松比；

t_s和 t_f分別是基片和薄膜的厚度；

R是基片彎曲后的曲率半徑。

激光曲率法的實現： FST5000儀器通過一束高精度的激光束，以非接觸的方式快速掃描樣品表面。測量時：

掃描與探測：激光器發射的激光束照射到樣品表面，其反射光被高靈敏度的位置探測器接收。

測量弓高與輪廓：當樣品存在彎曲時，掃描過程中不同位置的反射光點在探測器上的位置會發生系統性的偏移。儀器通過捕捉這些偏移量，精確計算出樣品表面各點的弓高（相對于參考平面的高度），從而重建出整個樣品的三維輪廓形貌。

計算曲率與應力：系統對測得的三維輪廓進行擬合，計算出樣品整體的曲率半徑（R）。最后，將已知的基片參數（E_s, ν_s, t_s）、用戶提供的薄膜參考厚度（t_f）以及測量得到的曲率半徑（R）代入Stoney公式，即可自動得出薄膜的應力值。

這種方法結合了光學測量的高精度、高速度和非接觸優點，使其特別適合于易碎、高價值的晶圓類樣品的無損檢測。


二、 薄膜應力測試儀樣品要求

為了確保測量的準確性和儀器的正常操作，對送測樣品有以下基本要求：

樣品尺寸：

最大尺寸： 8英寸（直徑）。儀器完美適配標準8英寸晶圓。

兼容尺寸： 向下兼容6英寸、4英寸、3英寸、2英寸、1英寸等常見規格的圓形晶圓。

最小尺寸： 樣品最小尺寸應大于 15mm × 15mm。對于非標準或破碎的小樣品，只要滿足此最小尺寸要求，亦可進行測量。

樣品厚度：

對于基片（如硅片）的厚度，目前沒有嚴格的限制。通常所說的晶圓或承載薄膜的基片，厚度范圍一般在幾百微米至幾個毫米之間，儀器均能正常測量。

薄膜本身厚度通常在微米級甚至納米級，儀器通過測量基片的彎曲來反算薄膜應力，因此對薄膜厚度無直接限制。

信息提供：

雖然儀器不直接測量薄膜厚度，但需要用戶提供薄膜的大概厚度值（t_f）。此參數是使用Stoney公式計算應力的必要輸入值，用于評估和測試的參考，對結果的準確性至關重要。


總結

FST5000薄膜應力測試儀憑借其基于激光曲率法的先進測量原理，提供了快速、精準、非接觸的應力分析方案。它通過高精度激光掃描獲取樣品的曲率變化，并依據經典的Stoney公式計算出薄膜應力，廣泛應用于半導體制造、新材料研發和質量控制等領域。

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全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具。現代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產生書面文字，很多小語種，有語言但沒有文字。文字的不同體現了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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