[發明專利]一種測量微尺度基體薄膜殘余應力的方法

有效

• 申請號: 201110232536.2
• 申請日: 2011-08-15
• 公開（公告）號: CN102322992A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 謝惠民;李艷杰;胡振興;朱建國
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25;G01N23/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

1.一種測量微尺度基體薄膜殘余應力的方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)將基體薄膜放入聚焦離子束-場發射掃描電子束雙束系統的樣品臺上，使電子束垂直于基體薄膜表面，在電子束下進行對中、消象散和調焦，直至觀察到清晰的基體薄膜表面，并選擇欲測量殘余應力的區域；將基體薄膜傾斜θ角度，使離子束垂直于基體薄膜表面，在離子束下進行對中、消象散和調焦，找到欲測量殘余應力的區域；

2)在欲測量殘余應力的區域利用離子束刻蝕正交光柵，刻蝕完成后將基體薄膜表面恢復至與電子束垂直的位置，定義正交光柵的兩個方向分別為x和y，通過旋轉電子束使得電子束的掃描方向和x方向的光柵平行，選擇放大倍數以形成清晰的云紋，在該放大倍數下利用電子束對正交光柵區域進行掃描得到一幅云紋圖像，在同一放大倍數和工作距離下移動電子束至少兩次以實現云紋的相移，每次移動后采集一幅云紋圖像，得到x方向上至少三幅殘余應力釋放前的云紋圖像；將電子束旋轉90°，使其掃描方向與y方向的光柵平行以形成云紋，在同一放大倍數和工作距離下以相同的方式采集該方向至少三幅殘余應力釋放前的云紋圖像；

3)將基體薄膜傾斜與步驟1)相同的角度θ使離子束垂直于基體薄膜表面，利用聚焦離子束刻蝕環形槽以釋放殘余應力；

4)刻蝕完成后將基體薄膜表面恢復至與電子束垂直的位置，利用電子束采集刻蝕環形槽后的云紋圖像，圖像采集條件和方式同步驟2)，得到至少六幅殘余應力釋放后的云紋圖像；

5)根據殘余應力釋放前后的云紋圖像，利用隨機相移算法分別計算殘余應力釋放前后的虛應變ε_x⁰、ε_y⁰、γ_xy⁰、ε_x¹、ε_y¹和γ_xy¹，其中ε_x⁰和ε_x¹為刻蝕環形槽前后x方向的正應變，ε_y⁰和ε_y¹為刻蝕環形槽前后y方向的正應變，γ_xy⁰和γ_xy¹為刻蝕環形槽前后的剪切應變；由殘余應力釋放引起的應變為ε_x＝ε_x¹-ε_x⁰，ε_y＝ε_y¹-ε_y⁰，γ_xy＝γ_xy¹-γ_xy⁰，則主應變為

ϵ1=12[(ϵx+ϵy)+(ϵx-ϵy)2+rxy2]]]>

ϵ2=12[(ϵx+ϵy)-(ϵx-ϵy)2+rxy2];]]>

6)根據公式

σ1=-E1-v2(ϵ1+vϵ2)]]>

σ2=-E1-v2(ϵ2+vϵ1)]]>

計算兩個殘余主應力，E為薄膜材料的彈性模量，υ為泊松比。