[发明专利]薄膜应力测试结构、测试方法及制造方法

权利要求书

1.一种薄膜应力测试结构，其配置于微机电系统的基片表面，其特征在于，所述结构包括：

第一固定基座和第二固定基座，均配置于所述基片上，上述两个固定基座由形成于基片上的牺牲层和形成于牺牲层上的待测薄膜构成；

悬臂梁，为待测薄膜构成的悬空结构，包括：

测试梁，与构成所述第二固定基座的待测薄膜连接；

斜率梁，一端与所述测试梁连接，另一端与构成所述第一固定基座的待测薄膜连接；

指示梁，一端连接于所述斜率梁的中心，另一端为梳齿结构，形成游标尺；

主尺，由形成于基片上的牺牲层和形成于牺牲层上的待测薄膜构成，其为配置于所述基片上的梳齿结构，用于与所述游标尺配合读取所述指示梁的位移。

2.根据权利要求1所述的薄膜应力测试结构，其特征在于，所述主尺为具有两个量程的双梳齿主尺，其每一侧梳齿分别对应一组悬臂梁、第一固定基座和第二固定基座，与该组游标尺配合读取该组指示梁的位移。

3.根据权利要求2所述的薄膜应力测试结构，其特征在于，所述两组悬臂梁具有不同的尺寸参数。

4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的薄膜应力测试结构，其特征在于，所述测试梁上设有开孔。

5.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的薄膜应力测试结构，其特征在于，该结构设于基片表面的芯片之间的划线槽内。

6.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的薄膜应力测试结构，其特征在于，所述牺牲层材料为聚酰亚胺。

7.一种采用权利要求1所述结构的薄膜应力测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

由待测薄膜构成的测试梁在待测应力的作用下发生形变；

所述测试梁的形变驱动斜率梁产生形变；

所述斜率梁的形变带动指示梁一端的游标尺产生放大性位移；

读出该位移，并通过公式计算出待测应力σ，

其中，E为待测薄膜材料的弹性模量，δ_v为所述指示梁的位移，L_sb为斜率梁的长度，L_ib为指示梁的长度，C为修正因子，L_tb为测试梁的长度。

8.根据权利要求7所述的薄膜应力测试方法，其特征在于，当所述主尺为具有两个量程的双梳齿主尺时，其每一侧梳齿分别对应一组悬臂梁、第一固定基座和第二固定基座，与该组游标尺配合读取该组指示梁的位移；该方法包括以下步骤：

若得到的两个位移数据皆在量程范围内，则将量程较小的主尺读出的位移数据代入所述公式，计算得到待测应力；

若得到的两个位移数据其中之一超出量程范围，则将没有超出量程范围的位移数据代入所述公式，计算得到待测应力。

9.一种如权利要求1-3中任一项权利要求所述的薄膜应力测试结构的制造方法，适用于由基片、牺牲层和待测薄膜构成的微机电系统结构，其特征在于，包括以下步骤：

在待测薄膜上刻出悬臂梁区域、第一固定基座区域、第二固定基座区域和主尺区域；

蚀刻掉上述区域外的待测薄膜，形成悬臂梁区、第一固定基座、第二固定基座和主尺；

掏空所述悬臂梁区下方的牺牲层，形成悬臂梁。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述掏空悬臂梁区下方牺牲层的步骤包括：

在悬臂梁区中测试梁区的待测薄膜上设置多个开孔；

通过所述开孔掏空测试梁区下方的牺牲层。