(54.236.58.220) 您好!臺灣時間:2021/02/28 09:14
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:陳彥廷
研究生(外文):Yan-Ting Chen
論文名稱:以光學干涉量測等應力微槳型懸臂樑形變方法探討微米尺度下銅薄膜材料機械行為
論文名稱(外文):Using the Optical Interference Method Measure Mechanical Behaviors of Copper Thin Film on the Paddle Cantilever Beam
指導教授:鍾官榮
指導教授(外文):Kuan-Jung Chung
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:機電工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:89
中文關鍵詞:銅薄膜材料微槳型結構四步相位移法
外文關鍵詞:thin copper filmpaddle cantilever beamfour step phase-shifting method
相關次數:
  • 被引用被引用:1
  • 點閱點閱:190
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本研究是利用一經由標準C-MOS 製程製造之新式微槳型懸臂樑
結構,量測在微奈米尺度下銅薄膜材料機械行為,相較於傳統平行
樑,本研究所使用厚度40μm 與120μm 微槳型懸臂樑結構可以改善應
力集中問題。試件驅動方式採用靜電力驅動並結合四步相位移法來量
測微槳型結構之變形量,並可藉由量測系統來量測薄膜殘留應力,最後
對系統提出改善方法和建議。
A test structure with micro-nano scale copper film, which is deposited on the novel paddle-like cantilever beam, was successfully fabricated using standard C-MOS processes. Compared to the traditional cantilevered beam, the 40 μm and 120μm thickness paddle-like structure provides the uniform stress distribution along the whole beam to ecrease the measurement variation. The deflections of Cu film led by the electrostatic force were measured using four step phase-shifting method. The measurement results present that the test structure and the optical (FSPS)
method work properly. And the performance of system responding to the magnitude of the film residual stresses was calculated. Finally, research mentions some methods and suggestions for this system.
目錄
中文摘要....................................................I
英文摘要...................................................II
謝誌.....................................................III
目錄......................................................IV
表目錄...................................................VII
圖目錄..................................................VIII
第一章 緒論.................................................1
1-1 研究背景................................................1
1-2 研究動機................................................3
1-3 研究目的................................................4
1-4 量測原理................................................4
1-5 論文架構...............................................14
第二章 文獻回顧............................................15
2-1薄膜材料機械性質量測回顧..................................15
2-2-1 晶片彎曲法(wafer curvature)..........................15
2-2-2 晶格常數應變量測法(Lattice parameter strain) .........17
2-2-3 奈米壓痕法(nanoindentation)..........................18
2-2-4 膨脹測試法(Bulge testing)............................19
2-2-5 微拉伸試驗法(microtensile testing)...................20
2-2-6 共振測試法(Resonance testing method).................22
2-2-7 微型樑彎矩測試法(Microbeam bending test)..............24
2-4 總結..................................................25
第三章 試件設計與製程.......................................27
3-1 前言..................................................27
3-2 試件設計...............................................27
3-3 試件製程...............................................29
3-4 懸臂樑彎曲推導.........................................35
第四章 系統架構............................................39
4-1 前言..................................................39
4-2 光學系統...............................................39
4-3 四步相位移法(Four Steps Phase Shifting Method).........43
4-4 靜電驅動系統...........................................46
4-5 量測系統結合...........................................47
第五章 實驗結果............................................53
5-1 實驗步驟...............................................53
5-2 實驗結果...............................................57
5-2-1 前言................................................57
5-2-2 系統穩定測試.........................................57
5-2-3 力與變形量...........................................61
第六章 結論與未來展望.......................................69
6-1 結論..................................................69
6-2 未來展望...............................................69
參考文獻...................................................72

表目錄
表1.1 2008 年第一季全球前五大電視晶片廠商出貨量與排名………2
表2.1 各種量測方法優缺點比較……………………………………...26
表3.1 Wafer 清洗程序……………………….………………30
表3.2 光阻塗佈參數……………………………………………31
表3.3 ICP-RIE 參數……..…………………………………31

圖目錄
圖1-1 平板受彎曲力矩作用示意圖……………………………………5
圖1-2 平板x 軸方向應力與M關係……………………………………6
圖1-3 樑受力彎曲幾何關係圖…………………………………………6
圖1-4 樑受力彎曲示意圖………………………………………………8
圖1-5 基板與薄膜上的力……………………..……………………..9
圖1-6 薄膜材料與基板應力關係………………………………..……10
圖1-7 基板上彎曲力矩與薄膜材料應力……………………...….…10
圖1-8 基板x 軸方向應力情形…………………..…………….…..11
圖1-9 基板與薄膜應力分佈情形………………………..……………12
圖1-10 薄膜材料εmisfit………………………………………..…13
圖2-1 晶片曲率量測示意圖……………………...…………………16
圖2-2 X-ray 應力量測示意圖………………………………………17
圖2-3 利用奈米壓痕試驗機進行微懸臂彎曲試驗顯微鏡圖……...18
圖2-4 膨脹測試法量測示意圖………………...…19
圖2-5 dog-bone 微拉伸試件示意圖……………………………...22
圖2-6 改良後微拉伸試件示意圖…………………………………...22
圖2-7 共振測試法量測示意圖………………………………………..23
圖2-8 微型樑彎矩量測示意圖……………………………………..…24
圖2-9 平行懸臂樑應力分佈圖………………………………………..25
圖3-1 試件俯視與剖視圖……………………………………………..28
圖3-2 以LPCVD 沉積Nitride…………………………………………29
圖3-3 定義試件圖形………………………………………………..…30
圖3-4 光罩佈局圖 (a)正面(b)背面…………………………………30
圖3-5 利用RIE 蝕刻氮化矽遮罩……………………………….……31
圖3-6 移除試件表面光阻…………………………………………….32
圖3-7 以KOH 進行雙面濕式蝕刻…………………………………..32
圖3-8 以KOH 進行單面濕式蝕刻……………………………….….33
圖3-9 利用HF 清除試件表面Nitride……………………………..33
圖3-10 鍍上金屬材料與導電層………………………………………34
圖3-11 試件實體圖…………………………………………………….34
圖3-12 試件未鍍膜前實體圖………………………………………….34
圖3-13 試件鍍膜後實體圖………………………………………….…35
圖3-14 三角形等應力懸臂樑模型……………………………………35
圖3-15 樑彎曲結果比較……...……………………………….……36
圖3-16 槳型懸臂樑厚度40μm試件荷重校正結果………………..…37
圖3-17 槳型懸臂樑厚度120μm試件荷重校正結果…………………38
圖4-1 麥克森干涉光路示意圖………………………………………..40
圖4-2 光學量測系統示意圖…………………………………………..41
圖4-3 由CCD 擷取試件干涉圖…………………………………..…..42
圖4-4 干涉光路流程圖………………………………………………..42
圖4-5 干涉條紋轉換示意圖……………………………………………43
圖4-6 利用PZT產生相位移示意圖……………………………………45
圖4-7 利用四步相位移法所擷取各相位干涉影像……………………45
圖4-8 平行板電容示意圖……………………………………………..47
圖4-9 量測系統示意圖…………………………………………………48
圖4-10 試件基座示意圖……………………………………………….49
圖4-11 件基座工程圖 (a) 前視圖 (b) 右側視圖 (c) 俯視圖 (d) 等角
視圖……………………………………………………………………..49
圖4-12 改良後試件基座示意圖…………………………..…………50
圖4-13 改良後試件基座工程圖 (a) 前視圖 (b) 右側視圖 (c) 俯視
圖 (d) 等角視圖……………………………………………………....51
圖4-14 試件基座實體圖…………………………………………….….52
圖4-15 光學量測系統實體圖………………………………………..…52
圖5-1 實驗流程圖………...…………………………………………..56
圖5-2 干涉條紋密集影像………………………………………...……57
圖5-3 厚度120μm試件穩定測試………………………………………58
圖5-4 厚度40μm試件穩定測試……………………………….….…58
圖5-5 120μm試件在穩定前的四步相位移圖(a)π/2 相位(b) 1π相位
(c)3/2π相位(d)2π相位…………………………………..………59
圖5-6 120μm試件在穩定後的四步相位移圖(a)π/2 相位(b) 1π相位
(c)3/2π相位(d)2π相位……………………………………..……60
圖5-7 40μm試件在穩定前的四步相位移圖(a)π/2相位(b)1π相位(c)3/2π
相位(d)2π相位……………………………….…………………60
圖5-8 40μm試件在穩定後的四步相位移圖(a)π/2 相位(b)1π相位
(c)3/2π相位(d)2π相位……………………………………..……..61
圖5-9電壓與力關係…………………………………………….………62
圖5-10 力與120μm試件變形量關係……………………………..….63
圖5-11 力與40μm試件變形量關係……………………………………63
圖5-12 1μm之銅薄膜量測…………………………………..…………64
圖5-13 1μm之銅薄膜應力與時間關係………………..………………64
圖5-14 2μm之銅薄膜量測…………………………………..…………65
圖5-15 2μm之銅薄膜應力與時間關係………………………..………65
圖5-16 施加電壓與薄膜應力關係……………………………….……66
圖5-17 120μm未鍍膜試件在未施加荷重的四步相位移圖(a)π/2 相位(b)
1π相位(c)3/2π相位(d)2π相位及(e)3D圖……………….………67
圖5-18 120μm未鍍膜試件在施加荷重500mg的四步相位移圖(a)π/2相
位(b) 1π相位(c)3/2π相位(d)2π相位及(e)3D圖…………...……68
[1] http://www.eettaiwan.com/ART_8800497826_480202_NT_265ad3bd.HTM
[2] http://www.eettaiwan.com/ART_8800531326_480202_NT_34b9f27c.HTM
[3] W.D.Nix, “Mechanical Properties of Thin Films” p71-73, January 2005.
[4] R.P. Vinci and J. J. Vlassak, “Mechanical behavior of thin films,” Annu. Rev.
Mater. Sci. 26, 431-62 1996.
[5] MRS spring meeting, Symposium O: Thin Films-Stresses and Mechanical
Properties Mar. 28, 2005.
[6] G.M. Pharr, W.C. Oliver, and F.R.Brotzen, “On the generality of the relationship among contact stiffness, contact area, and elastic modulus during indentation, “Journal of Materials Research, 7, pp 631-617, 1992.
[7] G.M. Pharr, and W.C. Oliver, “Measurement of thin film mechanical properties using nanoindentation,” MRS Bulltin, 7, pp 28-33, 1992.
[8] W.C. Oliver, and G.M. Pharr, “An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments, “Journal of Materials Research, 7, pp 1564-1583, 1992.
[9] M. G. Allen, M. Mehregany, R. T. Howe et al., “Microfabricated structures for the in situ measurement of residual stress, Young’s modulus, and ultimate strain of
thin films,” Applied Physics Letters 51 (4), 241-3 1987.
[10] D. T. Read and J. W. Dally, “Strength, ductility, and fatigue life of aluminum thin films,” International Journal of Microcircuits and Electronic Packaging 16 (4), 313-18 1993.
[11] Haque, M.A. and Saif, M.T.A., “In Situ Tensile Testing of nano-scale Specimens in SEM and TEM,” EXPERIMENTAL MECHANICS, 42(1), 123-128 2001.
[12] Ming-Tzer Lin, Chi-Jia Tong and Chung-Hsun Chiang, “Design and development of sub-micron scale specimens with electroplated structures for the microtensile testing of thin films” Springer-Verlag 2006.
[13] 童麒嘉, “以新式微拉伸設備量測次微米尺度材料機械性質,” 國立中興大學精密所碩士學位論文, 2006
[14] Ye et al, “Determination of the mechanical properties of microstructures”, Sensors and Actuators, A: Physical, v 54, n 1-3, June, 1996, p 750-754
[15] K. Najafi and K. Suzuki, “A novel technique and structure for the measurement of intrinsic stress and Young’s modulus of thin films,” Proceedings: IEEE Micro Electro Mechanical Systems. An Investigation of Micro Structures, Sensors, Actuators, Machines and Robots (IEEE Cat.No.89THO249-3), 96-7 1989.
[16] K. E. Petersen, and C. R. Guarnieri, “Young’s modulus measurements of thin films using micromechanics,” Journal of Applied Physics, 50, pp. 6761-6766, 1979.
[17] R. I. Pratt, G. C. Johnson, R. T. Howe et al, “Characterization of thin filmsusing micromechanical structures,” Smart Materials Fabrication and Materials for Micro-Electro-Mechanical Systems, 197-202 1992.
[18] http://parts.jpl.nasa.gov/docs
[19] http://ceaspub.eas.asu.edu/imtl/HTML/Manuals/MC106_Constant_Stress.htm
[20] 許信男, “設計一新微槳型樑結構量測銅薄膜材料之機械行為,” 國立中興大學精密所碩士學位論文, 2008
[21] Qian Kemao, Miao Hong, Wu Xiaoping “Real-time polarization phase shifting technique for dynamic deformation measurement” Optics and Lasers in Engineering 31 1999 289}295
[22] J.N. Florando and W.D. Nix, “A microbeam bending method for studying stress–strain relations for metal thin films on silicon substrates,” Journal of theMechanics and Physics of solids 53 2005 619–638.
[23] V. WEIHNACHT† and W. BRU¨ CKNER” DISLOCATION ACCUMULATION AND STRENGTHENING IN Cu THIN FILMS” Acta mater. 49 2001 2365–2372.
[24] Stephan Riedel, Jurgen Rober, Stefan E. Schulz, Thomas Gebener” Stress in copper films for interconnects” Microelectronic Engineering 37/38 1997 151-156.
[25] J.F Jongste and J.P. Lokker, et al. “ Mechanical reliability of CVD-copper thin films” Microelectronic Engineering 33 1997 39-46.
[26] L. Xiao and J.L Bai” Stress relaxation properties and microscopic deformation structure of H68 and QS6.5-0.1 copper alloys at 353 K” Materials Science and Engineering A244 1998 250-256.
[27] R.-M. KELLER, S. P. BAKER and E. ARZT” STRESS±TEMPERATUREBEHAVIOR OF UNPASSIVATED THIN COPPER FILMS” Acta mater. Vol. 47, No. 2, pp. 415±426, 1999
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
1. 朱敬一(1996)。經濟學研究方法的解析與批判。通識教育季刊,3(1),99-107。
2. 王居卿、吳玲嬋(2003)。手段-目的鏈模式之應用研究—以高涉入住宅產品為例。淡江人文社會學刊,16,17-48。
3. 宋德忠、陳淑芬、張國恩(1999)。電腦化概念構圖系統在知識結構測量上的應用。測驗年刊,45(2),37-56。
4. 李沃牆(1995)。經濟學的學習與教學。技術及職業教育,27,57-58。
5. 李隆盛(1999)。技職一貫課程的理想與規劃。技術及職業教育,54,14-19。
6. 李隆盛(2002)。技職一貫課程與學校課程模擬。技術及職業教育,70,39-47。
7. 李隆盛、侯世光、許全守、張良德、林坤誼(2005)。技職教育體系職業學校課程綱要的研訂與實施理念。商業職業教育,96,13-21。
8. 林沁雄(2002)。經濟學與因緣法。東海管理評論,4(1),167-199。
9. 林冠群、吳裕益(2001)。引出知識的方式對數學課室學習中概念構圖評量的信效度之影響。測驗年刊,48(2),87-107。
10. 林麗婷、黃美筠(2002)。國中公民與道德科教師經濟教育專業能力之研究—以高雄地區為例。公民訓育學報,12,187-221。
11. 施建生(1994b)。薩繆森與經濟學數理化。臺灣經濟研究月刊,193,6-8。
12. 施建生(2006)。市場經濟的真諦。經濟前瞻,108,94-100。
13. 張添洲(2003)。高職課程發展與商業類科課程評析。教育研究,115,93-102。
14. 張謙允、陳奕伶(2005)。技職一貫學習情境之認知及偏好理想點。中原學報,33(4),623-643。
15. 傅元湘(2003)。臺灣地區職業教育發展現況之探討。商業職業教育,90,11-16。
 
系統版面圖檔 系統版面圖檔