MEMS制造中精确测量薄膜厚度的方法研究与比较.pdf

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1、2015年第34卷第l0期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)15DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)10--0015--03MEMS制造中精确测量薄膜厚度的方法研究与比较陈莉，尹鹏和(1．大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024；2．大连理工大学辽宁省微纳米技术及系统重点实验室，辽宁大连116024)摘要：精确测量各种功能薄膜的厚度在微机电系统(MEMS)制造加工过程中有非常重要的意义。利用接触式表面轮廓仪、光谱椭偏仪、电感测微

2、仪、扫描电镜、原子力显微镜和工具显微镜分别测量了10am～100p．m各种薄膜的厚度。比较了不同测量仪器的测量范围、分辨率和对样品的适用性，分析了薄膜厚度测量过程中误差产生的机理。实验结果表明：当存在膜层台阶时，10nlTl一100m的膜厚测量均可采用接触式表面轮廓仪，对于硬度较高的膜层可采用电感测微仪，对于厚度小于0．5m的膜层可采用原子力显微镜；对于可观察样品侧面、厚度大于0．7pLm的膜层可采用扫描电镜，工具显微镜适用于m级膜层，对于厚度大于2Om的膜层不宜采用光谱椭偏仪。关键词：薄膜厚度；接触式表面轮廓仪

3、；光谱椭偏仪中图分类号：TN06文献标识码：B文章编号：10004787(2015)10--0015--03Studyandcomparision0faccuratemeasurementmethodsf[orfitilmthicknessilnMEMⅣISIfabDrnicationCHENLir．YINPeng．he，(1．SchoolofMechanicalEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China；2．KeyLaboratoryf

4、orMiero／NanoTechnologyandSystemofLiaoningProvince，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China)Abstract：Itisveryimportanttoaccuratelymeasurethicknessesofvariousfunctionalfilmsduringmicro-electro·mechanicalsystems(MEMS)manufacturingprocess．Varioussamplefilm

5、swiththicknessof10nm一100maremeasuredbycontactsurfaceprofilometer，spectroscopicellipsometer，inductancemicrometer，scanningelectronmicroscope(SEM)，atomicforcemicroscopy(AFM)andtoolroommicroscope．Themeasurementrange，resolutionandapplicabilityofdiferentmeasurement

6、equipmentsat@eomp~ed，ell'orgenerationmechanismduringthicknessmeas~ementisanalyzed．ExperimentalresultsshowthatwhenthereiSamesalayeronthesubstrate，contactsurfaceprofilometerCanbeusedforthicknessmeasuringatrangeof10nm～100m；inductancemicrometerissuitableforharder

7、layer；AFMCanbeusedformeasuringthicknesslessthan0．5m；SEMissuitableforsamplewithhomogeneousprofileandwiththicknessmorethan0．7p．m；toolroommicroscopeCanbeusedformicro—scalelayer；spectroscopicellipsometerisnotsuitableformeasuringthethicknessmorethan20斗m．Keywords：f

8、ilmthickness；contactsurfaceprofilometer；spectroscopicellipsometer0引言上，光刻正胶经过曝光后，受到光照的部分在显影后被溶目前，MEMS发展迅速，已广泛应用于医疗、军事、航空解，只留下未受光照的部分形成图形，负胶恰好相反，SU8航天、汽车工业等领域J。MEMS种类繁多，如MEMS传胶就是一种适合高深宽比微加工