T-SZMES 3-2021 薄膜應力測定 基片彎曲法

T/SZMES

3—2021 基片彎曲法1 范圍量條件、參數的確定、測量、薄膜應力計算及試驗報告。本文件適用于基于基片彎曲法的薄膜應力測定。2 規(guī)范性引用文件本文件沒有規(guī)范性引用文件。3 術語和定義下列術語和定義適用于本文件?；?substrate薄膜附著的載體。薄膜 film沉積在基片表面的涂層。試樣 sample單面沉積薄膜的基片。厚度 thickness在三維尺寸中，最小尺寸所對應的值。鍍膜deposition薄膜生長在基片表面的過程。物理氣相沉積技術 physical

vapor

deposition離子，并通過低壓氣體（或等離子體）過程，在基片表面附著具有某種特殊功能的薄膜的技術。曲率半徑 radius

curvature“基片（鍍膜面）曲率半徑”兩種。4 測量原理（Stoney）公式，計算得出薄膜應力值。5測量儀器螺旋千分尺T/SZMES

3—2021用于測定基片厚度，精度為0.01mm。薄膜應力儀用于測量“基片初始曲率半徑”和“基片（鍍膜面）曲率半徑”，測量范圍：±（~），誤差≤±1%。6 試樣要求基片要求使用長方形的基片材料，表面光潔度達到10級以上（或表面粗糙度0.1μm以下），尺寸為：50mm×10mm×1mm，基片厚度與薄膜厚度之比應大于50。薄膜厚度6.2.1 試樣薄膜厚度應均勻，基片材料在薄膜制備前處于無應力狀態(tài)。6.2.2 有必要時，薄膜制備前，基片可在高于薄膜制備溫度的環(huán)境下進行退火，以消除基片制造過程中（如軋制、研磨或拋光）產生的應力。6.2.3 薄膜厚度應在

100nm~10μm

之間，基片厚度應在

~

之間。薄膜鍍膜6.3.1 采用物理氣相沉積技術制備薄膜試樣。6.3.2 鍍膜過程中，基片通過夾具固定，遮擋背面，對基片已測量初始曲率半徑的表面實施鍍膜，基片單面鍍膜，薄膜應完整均勻沉積于基片表面。7 測量條件測量環(huán)境溫度：(25±5)℃，相對濕度：±15)%。測量過程中要保持樣品處于自然狀態(tài)，不得受到任何外力作用，以免影響基片形狀引入誤差。8 參數的確定基片彈性模量和泊松比根據材料力學性能手冊，確定基片力學參數，基片彈性模量，基片泊松比。基片厚度采用螺旋千分尺在基片上等分選取4-6個位置測量其厚度。取平均值作為基片厚度，最大偏差應不大于0.03mm?；跏记拾霃角拾霃街?。薄膜厚度利用顯微鏡對薄膜厚度測量。基片（鍍膜面）曲率半徑利用薄膜應力儀對基片（鍍膜面）曲率半徑進行測定。9 測量測量流程T/SZMES

3—2021測量流程見圖1。圖1 測量流程圖薄膜厚度的測量9.2.1 用于測定薄膜厚度的試樣，應與薄膜應力測量試樣采用相同工藝條件，同步制備。9.2.2 薄膜截面樣品制備。首先，將帶有薄膜的基片用金剛石鋸片切斷，然后將其冷鑲或熱鑲，使試研磨圓盤的周向切線平行，以減少研磨過程對薄膜與基片界面的沖擊和損傷，研磨至

2.5μm

m

描電子顯微鏡對薄膜厚度進行測量。基片（鍍膜面）曲率半徑的測量9.3.1 確定基片寬度方向的中間線位置，沿著中間線測定基片曲率半徑值。9.3.2 如基片的夾持位置被遮擋，導致試樣未沉積薄膜的部位處于基片邊緣，且遮擋面積小于薄膜總面積的

1%時，試樣不必進行尺寸調整，可直接開展曲率半徑測量。9.3.3 如果鍍膜后，試樣邊緣薄膜嚴重不均勻，試樣尺寸需要進行調整。此過程可采用無應力切割的方式，如金屬基片，推薦使用電火花慢走絲切除多余區(qū)域，切割后，試樣應仍保持長寬比

5：1。10 薄膜應力計算薄膜應力由斯東尼（）公式計算，見式（1(

1(

1??

=

?

(1?????)??? ????

???0

)

(1)??——薄膜應力；????——基片的楊氏模量；????——基片泊松比；???——基片厚度；???——薄膜厚度；????——單面鍍膜后基片的曲率半徑；??0——基片的初始曲率半徑。

???????2

1

T/SZMES

3—202111 試驗報告試驗報告應包括以下內容：a)

標準編號；b)

斯東尼（Stoney）公式；c)

基片材料信息，包括：材