[发明专利]一种利用显微镜测量自撑膜的弹性变形量的方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜性能测量领域，对于有制作在基片上的自撑膜提供一种测量其在气压作用下形变量的方法。

背景技术

关于自撑膜形变测量的方法在文献Mechanical properties measurement of siliconnitride thin films using the bulge test，Proc.of SPIE Vol.6798，67981C，(2007)；Poisson’s Ratio of Low-Temperature PECVD Silicon Nitride Thin Films，JOURNAL OFMICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS，VOL.16，NO.3，JUNE 2007等多篇文献中提到过，文献中使用的测量方法简单准确，但是使用了高精度的激光振动仪和光学轮廓测量仪，这两种专业设备价格高昂，此外光学轮廓仪的测量面积一般较小，故不具备普遍适用性；文献FE andexperimental analysis of net-shape polymer membrane optics，Proceedings of SPIE Vol.5179中，利用干涉方法测量自撑膜的形变量，不需要昂贵的设备，光路搭建比较复杂，精度要求高，误差影响因素太多，准确性受到一定影响。在这里提出一种简单且实用性较强的自撑膜测量方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有自撑膜形变测量技术设备复杂昂贵的缺点，提出一种利用显微镜测量自撑膜的弹性变形量的简易方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用显微镜测量自撑膜的弹性变形量的方法。具体说来是利用显微镜在观测微细图形时的焦深有限的特点，当观测面偏离焦深范围图像发生模糊。对不同气压作用下自撑膜图形标记显微镜调焦观测，通过测量样品台的移动距离即可获得自撑膜中心区域的变形大小。

具体实现步骤如下：

(1)首先选择基片材料，清洗基片材料的抛光面，在所述基片材料的抛光面上旋涂有机材料薄膜，所述有机材料薄膜厚度范围为0.6微米到0.8微米；

(2)在所述有机薄膜材料上面溅射或者蒸镀金属膜层，并通过刻蚀工艺在金属膜层上面制作周期为显微镜最小分辨尺度的光栅图形作为标记图形；

(3)将步骤(2)得到的结构放入聚四氟乙烯制作的夹具中，该夹具可以将基片材料某一面的部分区域暴露在空气中而其它部分密封，将这两部分区域分别命名为暴露区域和被保护区域，由于聚四氟乙烯可以抗强酸强碱的腐蚀故可以对暴露区域进行湿法腐蚀；调解标记图形的位置，使其背面位于暴露区域；

(4)使用氢氟酸混合液将步骤(3)中暴露区域的基片材料腐蚀掉，该区域的仅留下有机材料薄膜与金属膜层作为自撑膜结构，而被保护区域的基片及有机膜材料薄膜和金属膜层均保留；

(5)将步骤(4)形成的结构安装在金属夹具上，该金属夹具具有比自撑膜结构略大的通孔，调节自撑膜结构位置与通孔重合；

(6)将步骤(5)中所述金属夹具固定在一个同样材料的腔体上，并构成一个密封压力腔，该密封压力腔可以承受一定的空气压力；

(7)将步骤(6)得到的密封压力腔放在显微镜载物台上，通过显微镜目镜或者CCD采集图像调节焦距，得到步骤(2)中标记图形的清晰像；

(8)调节密封压力腔内输入惰性气体量从而改变腔体压力，压力变化情况由连接在腔壁上的压力表进行读出；有机材料薄膜发生形变，观察到的标记图形清晰度改变，重新调节物镜焦距获得清晰像，并通过电感测位仪测量载物台的移动量，由此得到有机材料薄膜的形变量与密封压力腔内气压的关系。

所述步骤(1)中的基底材料可以为红外波段的硅、锗，也可以为光波段的石英或玻璃。

所述步骤(1)中的有机材料薄膜为聚酰亚胺。

所述步骤(1)中旋涂速度范围为2000转/秒到4000转/秒.

所述步骤(2)中的金属膜层是为了在其上加工标记图形，金属为铬，厚度为30nm至60nm范围。

所述步骤(4)中应从标记图形的背面进行窗口腐蚀，标记图形应位于暴露区域的中心区。

所述步骤(5)中金属夹具应开窗将自撑膜区域露出。

所述步骤(6)中密封压力腔应留有进气口以及压力测试口。

所述步骤(8)中密封压力腔中气压可从1个大气压逐步增加；自撑膜的形变量与自撑膜大小有关。