CN100442007C - 量测薄膜应变的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种量测薄膜应变的方法及其结构，应用于面型微细加工制程中量测薄膜残余应变，残余应变分布梯度，热膨胀系数或热膨胀梯度分布。在形成微机电组件的薄膜时，同时形成一同平面型应变规及一出平面型应变规，经由同平面型应变规及出平面型应变规，可以量测薄膜残余应变及其梯度分布。薄膜经过热处理后，可以量测热膨胀系数及热膨胀梯度分布。

Description

量测薄膜应变的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种计量检测设备中的量测方法及其装置，特别是涉及一种在面型微细加工制程中量测薄膜应变或热膨胀系数的量测薄膜应变的方法及其结构(Method of thin-film strain measurement and themeasurement structure of the same)。

背景技术

面型微细加工制程，由于较体型微细加工制程具有更高的三维组件制造弹性，因此在近年来已逐渐成为普及的微机电系统加工技术之一，在过去也一直存在着许多利用表面微细加工技术所制作的微系统组件，如光学扫描系统、微型马达、微致动器等组件，将这些组件加以整合之后即可构成微机电系统，然而要使整个微机电系统具有良好的性能表现，除了将各个组件加以整合之外，另外一项更为重要的因素则是如何控制各个组件的性能使其达到预定的设计目标，而我们知道，组件的性能之所以会与设计的目标产生差异，其原因绝大部分是来自于制程的误差与薄膜机械性质的不确定性，因此要完全控制组件的性能表现，其首先要务即是要能精确掌握薄膜材料的机械性质。这些机械性质比如薄膜的杨氏系数，残余应力等。而薄膜的残余应力又是调整制程参数，提高优良品率的重要指标。

在薄膜残余应力的量测上，现有习知的量测有二种型式，其中一种型式为以微光标尺结构作为检测结构的“同平面式残余应变规”。由于一般薄膜材料的残余应变在10-4左右，而且同平面的形变量检测技术多是直接经由显微镜观察量测，分辨率仅在0.1微米左右，因此纯粹由微机械结构因释放残余应变所产生的形变量来检测待测薄膜的残余应变，其微机械结构的尺寸至少需大于1厘米以上，这在实际检测上是缺乏经济效益的，所以要利用微光标尺结构等同平面式检测技术来检测薄膜残余应力，便必须利用连杆机构来放大微检测梁的位移量，然后藉由微游标尺以读出微检测梁的位移量，再配合微检测梁的长度而检测出待测薄膜的残余应变。然而，目前并无文献提出实际可应用于面型微细加工制程中的薄膜量测结构或方法。

另一种量测薄膜残余应变的理论是所谓“出平面式残余应变规”，即是利用微检测结构将待测薄膜的残余应变转换成微机械结构的出平面位移量，然而经由量测该一出平面的形变量，配合微检测结构的几何尺寸，反推待测薄膜的残余应变值。由于目前对于出平面形变量的量测分辨率远比同平面位移量的分辨率高，因此利用“出平面式残余应变规”检测待测薄膜残余应变的分辨率变比同平面式高上许多，因此可以轻易达到10-6以上的检测分辨率。然而，在以往的文献中鲜少使用出平面式的检测机制来检测面型微细制程中薄膜的残余应力，其原因应是由于利用出平面式检测机制往往需要极佳的结构固定边界，而在面型制程中要制作出良好的固定边界则需要良好的边界设计概念，这是目前业界所尚未能达成的。

由此可见，上述现有的量测薄膜应变的方法及其结构仍存在有诸多的缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决现有的量测薄膜应变的方法及其结构的缺陷，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，此显然是相关业者急欲解决的问题。

有鉴于上述现有的量测薄膜应变的方法及其结构存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新的量测薄膜应变的方法及其结构，能够改进现有的量测薄膜应变的方法及其结构，使其更具有实用性。经过不断研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服上述现有的量测薄膜应变的方法及其结构存在的缺陷，而提供一种新的量测薄膜应变的方法，所要解决的主要技术问题是使其可以应用于面型微细加工制程中，能够准确地量测薄膜的残余应变，以利于制程参数的调整，进而可以提高产品优良品率。

本发明的次一目的在于，提供一种新型同平面式残余应变规结构，所要解决的技术问题是使其可以准确地量测薄膜的残余应变，若薄膜经过热处理，亦可量测其热膨胀系数。

本发明的另一目的在于，提供一种新型出平面式残余应变规结构，所要解决的技术问题是使其可以准确地量测薄膜的残余应变及残余应变梯度分布，若薄膜经过热处理，亦可量测其热膨胀系数及热膨胀梯度分布。

本发明的再一目的在于，提供一种量测薄膜应变的方法及其结构，所要解决的技术问题是使其可以应用于面型微细加工制程中，同时在基材上形成同平面式残余应变规及出平面式残余应变规，分别量测薄膜应变，以获得更精准的薄膜残余应变值及薄膜应变梯度分布，若薄膜经过热处理，亦可量测其热膨胀系数及热膨胀梯度分布，从而更加适于实用。

本发明的又一目的在于，提供一种量测热膨胀性质的方法，所要解决的技术问题是使其可以应用于面型微细加工制程中，同时在基材上形成同平面式残余应变规及出平面式残余应变规，在薄膜经过热处理後，用以量测其热膨胀系数及热膨胀梯度分布，从而更加适于实用。

本发明的还一目的在于，提供一种量测热膨胀性质的方法，所要解决的技术问题是使其可以应用于面型微细加工制程中，同时在基材上形成同平面式残余应变规，在薄膜经过热处理後，用以量测其热膨胀系数，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提出的一种量测薄膜应变的方法，应用于一面型微细加工的微机电工件中，该面型微细加工的微机电工件建构于一基材上，且至少具有一薄膜层，该量测薄膜应变的方法包括以下步骤：形成该薄膜层于该基材上，该薄膜层具有一微机电工件部分及至少一残余应变规部分，残余应变规包括一同平面型应变规，该同平面型应变规至少包括二弧形检测梁及一指标梁，该二弧形检测梁相对应配置，且其末端分别同时连接该指标梁形成一力偶，使得该指标梁因该二弧形检测梁的应变而旋转，藉由量测该指标梁的旋转位移量，以推导出该薄膜的残余应变值，并藉由量测该指标梁形变的曲率半径，以推导出该薄膜的残余应变分布梯度；以及量测该残余应变规的几何尺寸及形变量，以推导出该薄膜的残余应变值及残余应变分布梯度。

本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的量测薄膜应变的方法，其中所述的指标梁的末端更配置一标尺装置，可以读取该指标梁的旋转位移量。

前述的量测薄膜应变的方法，其中所述的二弧形检测梁远离该指标梁的一端分别通过一包覆材料层支撑薄膜连接该基材。

前述的量测薄膜应变的方法，其中对应该包覆材料层支撑薄膜位置的该薄膜表面更具有一覆盖层。

前述的量测薄膜应变的方法，其中所述的残余应变规包括一出平面型应变规，该出平面型应变规包括一桥状梁，藉由量测该桥状梁形变的位移量，以推导出该薄膜的残余应变值。

前述的量测薄膜应变的方法，其中所述的桥状梁的位移量是藉由一三次元光学干涉仪量测。

前述的量测薄膜应变的方法，其中所述的出平面型应变规更包括复数个结构梁配置于该桥状梁侧面，藉由量测该结构梁的曲率半径，以推导出该薄膜残余应变分布梯度。

前述的量测薄膜应变的方法，其中所述的该些结构梁的曲率半径是藉由一三次元光学干涉仪量测。

前述的量测薄膜应变的方法，其中所述的桥状梁的二端分别通过一包覆材料层支撑薄膜连接该基材。

前述的量测薄膜应变的方法，其中所述的其中对应该包覆材料层支撑薄膜位置的该薄膜表面更具有一覆盖层。

本发明的目的及解决其主要技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种量测薄膜热膨胀性质的方法，应用于一面型微细加工的微机电工件中，该面型微细加工的微机电工件建构于一基材上，且至少具有一薄膜层，该量测薄膜热膨胀性质的方法包括以下步骤：形成该薄膜层于该基材上，该薄膜层具有一微机电工件部分及至少一热膨胀应变规部分，热膨胀应变规包括一同平面型应变规，该同平面型应变规至少包括二弧形检测梁及一指标梁，该二弧形检测梁相对应配置，且其末端分别同时连接该指标梁形成一力偶，使得该指标梁因该二弧形检测梁的应变而旋转，藉由量测该指标梁的旋转位移量，以推导出该薄膜的热膨胀系数，并藉由量测该指标梁形变的曲率半径，以推导出该薄膜的热膨胀分布梯度；对该薄膜层进行一热处理；以及量测该热膨胀应变规的几何尺寸及形变量，以推导出该薄膜的热膨胀系数及热膨胀分布梯度。

本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其中所述的指标梁的末端更配置一标尺装置，可以读取该指标梁的旋转位移量。

前述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其中所述的二弧形检测梁远离该指标梁的一端分别通过一包覆材料层支撑薄膜连接该基材。

前述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其中对应该包覆材料层支撑薄膜位置的该薄膜表面更具有一覆盖层。

前述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其中所述的热膨胀应变规包括一出平面型应变规，该出平面型应变规包括一桥状梁，藉由量测该桥状梁形变的位移量，以推导出该薄膜的热膨胀系数。

前述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其中所述的桥状梁的位移量是藉由一三次元光学干涉仪量测。

前述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其中所述的出平面型应变规更包括复数个结构梁配置于该桥状梁侧面，藉由量测该结构梁的曲率半径，以推导出该薄膜热膨胀分布梯度。

前述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其中所述的该些结构梁的曲率半径是藉由一三次元光学干涉仪量测。

前述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其中所述的该桥状梁的二端分别通过一包覆材料层支撑薄膜连接该基材。

前述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其中对应该包覆材料层支撑薄膜位置的该薄膜表面更具有一覆盖层。

本发明的目的及解决其主要技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种薄膜量测装置，应用于一面型微细加工的微机电工件中，该薄膜量测装置包括：一基材；以及一薄膜，配置于该基材上，至少具有一微机电工件部分，一同平面型应变规部分，且该同平面型应变规部分可以读出该薄膜的应变量值，应变分布梯度，热膨胀系数或热膨胀梯度；同平面型应变规部分至少包括二弧形检测梁及一指标梁，该二弧形检测梁相对应配置，且其末端分别同时连接该指标梁形成一力偶，使得该指标梁因该二弧形检测梁的应变而旋转。

本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的薄膜量测装置，其中所述的指标梁的末端更配置一标尺装置，可以读取该指标梁的旋转角度。

前述的薄膜量测装置，其中所述的二弧形检测梁远离该指标梁的一端分别通过一包覆材料层支撑薄膜连接该基材。

前述的薄膜量测装置，其中对应该包覆材料层支撑薄膜位置的该薄膜表面更具有一覆盖层。

本发明的目的及解决其主要技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种薄膜量测装置，应用于一面型微细加工的微机电工件中，该薄膜量测装置包括：一基材；以及一薄膜，配置于该基材上，至少具有一微机电工件部分，一出平面型应变规部分，且该出平面型应变规部分可以读出该薄膜的应变量值，应变梯度，热膨胀系数或热膨胀梯度，其中所述的出平面型应变规部分包括一桥状梁以及复数个结构梁，所述的结构梁配置于该桥状梁侧面。

本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的薄膜量测装置，其中所述的桥状梁的二端分别通过一包覆材料层支撑薄膜连接该基材。

前述的薄膜量测装置，其中所述的对应该包覆材料层支撑薄膜位置的该薄膜表面更具有一覆盖层。

本发明的目的及解决其主要技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种薄膜量测装置，应用于一面型微细加工的微机电工件中，该薄膜量测装置包括：一基材；以及一薄膜，配置于该基材上，至少具有一微机电工件部分，一同平面型应变规部分，以及一出平面型应变规部分，而该同平面型应变规部分及该出平面型应变规部分可以读出该薄膜的应变量值、应变梯度、热膨胀系数或热膨胀梯度，且该出平面型应变规部分或该同平面型应变规部分可以读出该薄膜的应变梯度或热膨胀梯度；

同平面型应变规部分至少包括二弧形检测梁及一指标梁，该二弧形检测梁相对应配置，且其末端分别同时连接该指标梁形成一力偶，使得该指标梁因该二弧形检测梁的应变而旋转。

本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的薄膜量测装置，其中所述的指标梁的末端更配置一标尺装置，可以读取该指标梁的旋转角度。

前述的薄膜量测装置，其中所述的二弧形检测梁远离该指标梁的一端分别通过一包覆材料层支撑薄膜连接该基材。

前述的薄膜量测装置，其中对应该包覆材料层支撑薄膜位置的该薄膜表面更具有一覆盖层。

前述的薄膜量测装置，其中该出平面型应变规部分更包括一桥状梁。

前述的薄膜量测装置，其中该出平面型应变规部分更包括复数个结构梁配置于该桥状梁侧面。

前述的薄膜量测装置，其中所述的桥状梁的二端分别通过一包覆材料层支撑薄膜连接该基材。

前述的薄膜量测装置，其中对应该包覆材料层支撑薄膜位置的该薄膜表面更具有一覆盖层。

本发明的目的及解决其主要技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种量测薄膜应变的方法，适用于一薄膜的应变量测，该量测薄膜应变的方法包括以下步骤：提供一基材；形成一牺牲层于该基材表面；形成该薄膜于该牺牲层的表面，该薄膜至少具有一同平面应变规图案及一出平面应变规图案，其中该同平面应变规图案，包括：一指标梁，该指标梁的一端更具有一第一游标标尺，而另一端具有一平衡块；一第二游标标尺，对应于该第一游标标尺，并延伸一第一边界薄膜，且与该第一游标标尺错位配置；二弧形检测梁，分别配置于该指标梁的二侧，该二弧形检测梁的一端分别具有一第二边界薄膜，而该二弧形检测梁的另一端分别弧状地朝向该指标梁的二侧延伸，并在该指标梁的约略重心位置与该指标梁连接，且形成一力偶，其中该出平面应变规图案，包括：一桥状梁，该桥状梁的二端分别具有一第三边界薄膜；复数个结构梁，自该桥状梁的侧面延伸，并平行于该桥状梁；去除部分该牺牲层，仅残留至少该第一边界薄膜，该些第二边界薄膜及该些第三边界薄膜所覆盖的部分，形成一包覆材料层支撑薄膜，并使得该指标梁，该些弧形检测梁，该桥状梁及该些结构梁悬空；以及量测该第一游标标尺对应该第二游标标尺的读数及该桥状梁挫曲中心点的形变量，以获得该薄膜的应变量，并量测该结构梁的曲率半径，以获得该薄膜的梯度应变。

本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的量测薄膜应变的方法，其中形成该薄膜后，更包括形成一覆盖层，分别覆盖于该些第二边界薄膜及该些第三边界薄膜。

前述的量测薄膜应变的方法，其中量测该桥状梁挫曲中心点的形变量，及量测该结构梁的曲率半径的方法，是以三次元干涉仪进行量测。

本发明的目的及解决其主要技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种量测薄膜热膨胀系数的方法，该量测薄膜热膨胀系数的方法包括以下步骤：提供一基材；形成一牺牲层于该基材表面；形成一薄膜于该牺牲层的表面，该薄膜至少具有一同平面应变规图案及一出平面应变规图案，其中该同平面应变规图案，包括：一指标梁，该指标梁的一端更具有一第一游标标尺，而另一端具有一平衡块；一第二游标标尺，对应于该第一游标标尺，并延伸一第一边界薄膜，且与该第一游标标尺错位配置；二弧形检测梁，分别配置于该指标梁的二侧，该二弧形检测梁的一端分别具有一第二边界薄膜，而该二弧形检测梁的另一端分别弧状地朝向该指标梁的二侧延伸，并在该指标梁的约略重心位置与该指标梁连接，且形成一力偶，其中该出平面应变规图案，包括：一桥状梁，该桥状梁的二端分别具有一第三边界薄膜；复数个结构梁，自该桥状梁的侧面延伸，并平行于该桥状梁；去除部分该牺牲层，仅残留至少该第一边界薄膜，该些第二边界薄膜及该些第三边界薄膜所覆盖的部分，形成一包覆材料层支撑薄膜，并使得该指标梁，该些弧形检测梁，该桥状梁及该些结构梁悬空；对该薄膜进行一热处理；以及量测该第一游标标尺对应该第二游标标尺的读数及该桥状梁挫曲中心点的形变量，以获得该薄膜的热膨胀系数，并量测该结构梁的曲率半径，以获得该薄膜的热膨胀梯度。

本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的量测薄膜热膨胀系数的方法，其中形成该薄膜后，更包括形成一覆盖层，分别覆盖于该些第二边界薄膜及该些第三边界薄膜。

前述的量测薄膜热膨胀系数的方法，其中量测该桥状梁挫曲中心点的形变量，及量测该结构梁的曲率半径的方法，是以三次元干涉仪进行量测。

本发明的目的及解决其主要技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种量测薄膜应变的方法，适用于一薄膜的应变量测，该量测薄膜应变的方法包括以下步骤：提供一基材；形成一牺牲层于该基材表面；形成该薄膜于该牺牲层的表面，该薄膜至少具有一同平面应变规图案，其中该同平面应变规图案，包括：一指标梁，该指标梁的一端更具有一第一游标标尺，而另一端具有一平衡块；一第二游标标尺，对应于该第一游标标尺，并延伸一第一边界薄膜，且与该第一游标标尺错位配置；二弧形检测梁，分别配置于该指标梁的二侧，该二弧形检测梁的一端分别具有一第二边界薄膜，而该二弧形检测梁的另一端分别弧状地朝向该指标梁的二侧延伸，并在该指标梁的约略重心位置与该指标梁连接，且形成一力偶；去除部分该牺牲层，仅残留至少该第一边界薄膜及该些第二边界薄膜所覆盖的部分，形成一包覆材料层支撑薄膜，并使得该指标梁及该些弧形检测梁悬空；以及量测该第一游标标尺对应该第二游标标尺的读数，以获得该薄膜的应变量。

本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的量测薄膜应变的方法，其中形成该薄膜后，更包括形成一覆盖层，分别覆盖于该些第二边界薄膜。

本发明的目的及解决其主要技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种量测薄膜应变的方法，适用于一薄膜的应变量测，该量测薄膜应变的方法包括以下步骤：提供一基材；形成一牺牲层于该基材表面；形成该薄膜于该牺牲层的表面，该薄膜至少具有一出平面应变规图案，其中该出平面应变规图案，包括：一桥状梁，该桥状梁的二端分别具有一边界薄膜；复数个结构梁，自该桥状梁的侧面延伸，并平行于该桥状梁；去除部分该牺牲层，仅残留至少该些边界薄膜所覆盖的部分，形成一包覆材料层支撑薄膜，并使得该桥状梁及该些结构梁悬空；以及量测该桥状梁挫曲中心点的形变量，以获得该薄膜的应变量，并量测该结构梁的曲率半径，以获得该薄膜的梯度应变。

本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的量测薄膜应变的方法，其中形成该薄膜后，更包括形成一覆盖层，分别覆盖于该些边界薄膜。

前述的量测薄膜应变的方法，其中量测该桥状梁挫曲中心点的形变量，及量测该结构梁的曲率半径的方法，是以三次元干涉仪进行量测。

本发明的目的及解决其主要技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种量测薄膜热膨胀系数的方法，该量测薄膜热膨胀系数的方法包括以下步骤：提供一基材；形成一牺牲层于该基材表面；形成一薄膜于该牺牲层的表面，该薄膜至少具有一同平面应变规图案，其中该同平面应变规图案，包括：一指标梁，该指标梁的一端更具有一第一游标标尺，而另一端具有一平衡块；一第二游标标尺，对应于该第一游标标尺，并延伸一第一边界薄膜，且与该第一游标标尺错位配置；二弧形检测梁，分别配置于该指标梁的二侧，该二弧形检测梁的一端分别具有一第二边界薄膜，而该二弧形检测梁的另一端分别弧状地朝向该指标梁的二侧延伸，并在该指标梁的约略重心位置与该指标梁连接，且形成一力偶；去除部分该牺牲层，仅残留至少该第一边界薄膜及该些第二边界薄膜所覆盖的部分，形成一包覆材料层支撑薄膜，并使得该指标梁及该些弧形检测梁悬空；对该薄膜进行一热处理；以及量测该第一游标标尺对应该第二游标标尺的读数，以获得该薄膜的热膨胀系数。

本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。前述的量测薄膜应变的方法及其结构，其中所述的其中形成该薄膜后，更包括形成一覆盖层，分别覆盖于该些第二边界薄膜。

本发明的目的及解决其主要技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种量测薄膜热膨胀系数的方法，该量测薄膜热膨胀系数的方法包括以下步骤：提供一基材；形成一牺牲层于该基材表面；形成一薄膜于该牺牲层的表面，该薄膜至少具有一出平面应变规图案，其中该出平面应变规图案，包括：一桥状梁，该桥状梁的二端分别具有一边界薄膜；复数个结构梁，自该桥状梁的侧面延伸，并平行于该桥状梁；去除部分该牺牲层，仅残留至少该些边界薄膜所覆盖的部分，形成一包覆材料层支撑薄膜，并使得该桥状梁及该些结构梁悬空；对该薄膜进行一热处理；以及量测该桥状梁挫曲中心点的形变量，以获得该薄膜的热膨胀系数，并量测该结构梁的曲率半径，以获得该薄膜的热膨胀梯度。

本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的量测薄膜热膨胀系数的方法，其中形成该薄膜后，更包括形成一覆盖层，分别覆盖于该些边界薄膜。

前述的量测薄膜热膨胀系数的方法，其中量测该桥状梁挫曲中心点的形变量，及量测该结构梁的曲率半径的方法，是以三次元干涉仪进行量测。

本发明的目的及解决其主要技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种薄膜同平面应变规装置，适用于一薄膜的应变量测及该薄膜的热膨胀系数量测，该薄膜同平面应变规装置包括：一基材；一牺牲层配置于该基材表面，该牺牲层具有一第一支撑图案及二第二支撑图案；该薄膜配置于该牺牲层的表面，该薄膜至少具有一同平面应变规图案，其中该同平面应变规图案，包括：一指标梁，该指标梁的一端更具有一第一游标标尺，而另一端具有一平衡块；一第二游标标尺，对应于该第一游标标尺，并延伸一第一边界薄膜，且与该第一游标标尺错位配置，其中该第一边界薄膜覆盖该第一支撑图案；二弧形检测梁，分别配置于该指标梁的二侧，该二弧形检测梁的一端分别具有一第二边界薄膜，而该二弧形检测梁的另一端分别弧状地朝向该指标梁的二侧延伸，并在该指标梁的约略重心位置与该指标梁连接，且形成一力偶，其中该二第二边界薄膜分别覆盖该二第二支撑图案，而该指标梁及该些弧形检测梁是悬空于该基材上；以及一覆盖层分别配置于该第一边界薄膜及该二第二边界薄膜上。

本发明的目的及解决其主要技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种薄膜出平面应变规装置，适用于一薄膜的应变量测及该薄膜的热膨胀系数量测，该薄膜出平面应变规装置包括：一基材；一牺牲层配置于该基材表面，该牺牲层具有二支撑图案；以及该薄膜配置于该牺牲层的表面，该薄膜至少具有一出平面应变规图案，其中该出平面应变规图案，包括：一桥状梁，该桥状梁的二端分别具有一边界薄膜，该二边界薄膜分别覆盖于该二支撑图案上；复数个结构梁，自该桥状梁的侧面延伸，并平行于该桥状梁，其中该桥状梁及该些结构梁是悬空于该基材上。

本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。前述的薄膜出平面应变规装置，其更包括一覆盖层，分别配置于该二边界薄膜上。

依据本发明提出的一种量测薄膜应变的方法，应用于一面型微细加工的微机电工件中，该面型微细加工的微机电工件建构于一基材上，且至少具有一薄膜层。该量测薄膜应变的方法包括以下步骤：形成该薄膜层于该基材上，该薄膜层具有一微机电工件部分及至少一残余应变规部分，残余应变规包括一出平面型应变规，其中该出平面型应变规包括一桥状梁，藉由量测该桥状梁形变的位移量，以推导出该薄膜的残余应变值，且所述的出平面型应变规更包括复数个结构梁配置于该桥状梁侧面，藉由量测该结构梁的曲率半径，以推导出该薄膜残余应变分布梯度；以及，量测该残余应变规的几何尺寸及形变量，以推导出该薄膜的残余应变值及残余应变分布梯度。

依据本发明提出的一种量测薄膜热膨胀性质的方法，应用于一面型微细加工的微机电工件中，该面型微细加工的微机电工件建构于一基材上，且至少具有一薄膜层。该量测薄膜热膨胀性质的方法包括以下步骤：形成该薄膜层于该基材上，该薄膜层具有一微机电工件部分及至少一热膨胀应变规部分，热膨胀应变规包括一出平面型应变规，其中该出平面型应变规包括一桥状梁，藉由量测该桥状梁形变的位移量，以推导出该薄膜的热膨胀系数，且所述的出平面型应变规更包括复数个结构梁配置于该桥状梁侧面，藉由量测该结构梁的曲率半径，以推导出该薄膜热膨胀分布梯度；对该薄膜层进行一热处理；以及，量测该热膨胀应变规的几何尺寸及形变量，以推导出该薄膜的热膨胀系数及热膨胀分布梯度。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下：

本发明提出一种量测薄膜应变的方法，适用于一薄膜的应变量测，该量测薄膜应变的方法包括：首先提供一基材并形成一牺牲层于基材表面。接着，形成薄膜于牺牲层的表面，薄膜至少具有一同平面应变规图案及一出平面应变规图案。其中，同平面应变规图案，包括：一指标梁，其一端更具有一第一游标标尺，而另一端具有一平衡块；一第二光标标尺对应于第一游标标尺，并延伸一第一边界薄膜，且与第一光标标尺错位配置；二弧形检测梁分别配置于指标梁的二侧，弧形检测梁的一端分别具有一第二边界薄膜，另一端分别弧状地朝向指标梁的二侧延伸，并在指标梁的约略重心位置与指标梁连接，且形成一力偶。其中，出平面应变规图案，包括：一桥状梁，其二端分别具有一第三边界薄膜；多个结构梁，自桥状梁的侧面延伸，并平行于桥状梁。然后，去除部分牺牲层，仅残留至少第一边界薄膜，第二边界薄膜及第三边界薄膜所覆盖的部分，形成一包覆材料层支撑薄膜，并使得指标梁，弧形检测梁，桥状梁及结构梁悬空。量测第一光标标尺对应第二光标标尺的读数及桥状梁挫曲中心点的形变量，以获得薄膜的应变量，并量测结构梁的曲率半径，以获得薄膜的梯度应变。

上述的薄膜经过热处理后，可以藉由上述同平面应变规及出平面应变规量测薄膜的热膨胀系数及热膨胀梯度分布。

经过上述的制程可以制成本发明的同平面应变规结构，其建构于一基材上，包括一牺牲层配置于基材表面并具有一第一支撑图案及二第二支撑图案。一薄膜配置于牺牲层的表面，薄膜具有一同平面应变规图案，包括：一指标梁，其一端更具有一第一游标标尺，而另一端具有一平衡块；一第二光标标尺对应于第一游标标尺，并延伸一第一边界薄膜，且与第一光标标尺错位配置，其中第一边界薄膜覆盖第一支撑图案；二弧形检测梁，分别配置于指标梁的二侧，二弧形检测梁的一端分别具有一第二边界薄膜，而二弧形检测梁的另一端分别弧状地朝向指标梁的二侧延伸，并在指标梁的约略重心位置与指标梁连接，且形成一力偶，其中二第二边界薄膜分别覆盖二第二支撑图案，而指标梁及弧形检测梁是悬空于基材上。覆盖层分别配置于第一边界薄膜及二第二边界薄膜上。

而本发明的出平面应变规，亦可由上述制程达成，而其结构建构于基材上，包括一牺牲层配置于基材表面，牺牲层具有二支撑图案。薄膜配置于牺牲层的表面，其具有一出平面应变规图案，其中，出平面应变规图案，包括：一桥状梁，其二端分别具有一边界薄膜，二边界薄膜分别覆盖于二支撑图案上；多个结构梁，自桥状梁的侧面延伸，并平行于桥状梁，其中桥状梁及结构梁是悬空于基材上。

上述薄膜应变量测结构，可应用于一面型微细加工的微机电工件中，其中的薄膜同时形成一微机电工件部分，一同平面型应变规部分及/或一出平面型应变规部分。而藉由同平面型应变规部分及出平面型应变规部分可以读出薄膜的应变量值或热膨胀数值，且出平面型应变规部分可以读出薄膜的应变梯度或热膨胀梯度。

藉由上述的薄膜应变的量测方法及结构，本发明可在面型微细加工的微机电工件中，薄膜形成时量测其对应的残余应变值及/或残余应变梯度分布，进而可以监控制程状态，并藉以调整制程参数，提高良率。另外，对于经过热处理的薄膜，亦可量测其热膨胀系数及热膨胀梯度分布。

综上所述，本发明至少具有下列优点：

1、本发明的量测薄膜应变的方法及结构，可以应用于面型微细加工制程中，以准确地量测薄膜的残余应变，以利于制程参数的调整，进而可以提高产品优良率。

2、本发明的新型同平面式残余应变规结构，可以准确地量测薄膜的残余应变，若薄膜经过热处理，亦可量测其热膨胀系数。

3、本发明的新型出平面式残余应变规结构，可以准确地量测薄膜的残余应变及应变梯度分布，若薄膜经过热处理，亦可量测其热膨胀系数及热膨胀梯度分布。

4、本发明的量测薄膜应变的方法及结构，可以应用于面型微细加工制程中，同时在基材上形成同平面式残余应变规及出平面式残余应变规，分别量测薄膜应变，以获得更精准的薄膜残余应变值及残余应变梯度分布，若薄膜经过热处理，亦可量测其热膨胀系数及热膨胀梯度分布。

综上所述，本发明特殊的量测薄膜应变的方法及其结构，应用于面型微细加工制程中量测薄膜残余应变，残余应变分布梯度，热膨胀系数或热膨胀梯度分布。在形成微机电组件的薄膜时，同时形成一同平面应变规及一出平面应变规，经由同平面应变规及出平面应变规，可以量测薄膜残余应变及其梯度分布。薄膜经过热处理后，可以量测热膨胀系数及热膨胀梯度分布。其具有上述诸多的优点及实用价值，其在方法及产品上确属创新，在量测方法、产品结构或功能上皆有较大改进，较现有的量测薄膜应变的方法及其结构具有增进的多项功效，且在技术上有较大进步，并产生了好用及实用的效果，具有产业的广泛利用价值，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是直臂式微光标尺应变规设计的结构示意图。

图2是弧臂式微游标尺应变规的结构示意图。

图3是直臂式微游标尺应变规的有限元素分析模型的示意图。

图4是显示直臂式微光标尺应边规的旋转位移量与残余应变的关系图。

图5是张角π/6的弧臂式微光标尺的有限元素分析模型的示意图。

图6是弧臂式微游标尺旋转位移量与残余应变的有限元素法仿真结果图。

图7是本发明的高分辨率弧臂式微游标尺应变规的结构示意图。

图8是一种新型的游标标尺结构示意图。

图9是微桥状梁残余应变规的结构示意图。

100：直臂式微游标尺应变规        102，104：检测梁

106：中心圆盘                    108，206，306：指标梁

110：延伸梁                      200：弧臂式微游标尺应变规

202，204：弧形悬臂检测梁         300：弧臂式微游标尺应变规

302，304：弧形检测梁             308：平衡块

310：第一游标标尺                312：第二游标标尺

314：第一边界薄膜                316，318：第二边界薄膜

400：微桥状梁残余应变规          402：桥状梁

404：结构梁                      406：边界薄膜

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的量测薄膜应变的方法及其结构其具体方法、步骤、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明中将先行提出两种新型微光标尺应变规的设计-直臂式及弧臂式微光标尺应变规，最后再综合该两种新型微游标尺应边规的优点，提出一个具有高分辨率的高分辨率弧臂式微游标尺应变规，然后经由美商Cronos提供的MUMPs共享制程验证该一应变规的可行性。

[实施例一]直臂式微游标尺应变规

请参阅图1所示，是直臂式微光标尺应变规设计的结构示意图。该直臂式微光标尺应变规100，其设计概念为利用一对悬臂结构梁(长度L_A)，作为检测梁102、104来感测薄膜的残余应变，并转换成检测梁102、104的形变量。检测梁102、104以延伸梁110(长度L_B)与中心圆盘106连接，然后藉由中心圆盘106(半径R)及指标梁108(长度L_C)来放大检测梁102、104的形变量，最后藉由微游标尺读出指标梁108的形变量，然后由该形变量配合指标梁108与检测梁102、104的几何尺寸，经过计算得出待测薄膜的残余应变值。由于残余应变一般约为10的负4次方，所以经由薄膜残余应变所引发的微游标尺旋转角度会远小于1度，因此整个系统可视为一个小角度旋转系统，经过简单的几何计算后，其旋转位移量与残余应变的关系可简化为：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{(R+L_B)\·y}{(R+L_C)\·L_A}$

其中，ε为薄膜残余应变，R为圆盘半径，y为游标尺侧向位移量。而整个微游标尺应变规的应变-位移量转换率为：

$M=\frac{R+L_C}{R+L_B}\·L_A$

因此，如想提高转换倍率，可以从增加LA、LC值或者缩小LB及圆盘半径R，然而缩小圆盘半径R虽可增加放大率但也有可能使旋转角度过大而使误差值增加。

[实施例二]弧臂式微游标尺应变规

请参阅图2所示，是弧臂式微游标尺应变规的结构示意图。该弧臂式微光标尺应变规200，利用一对半径为R张角θ的弧形悬臂检测梁202、204来感测薄膜的残余应变，然后经由连杆机构及指标梁206(长度L)，将检测梁202、204的应变转换为旋转位移量并放大，然后同样由微光标尺读出经过放大后的旋转位移量，再同样配合指标梁206的几何尺寸，然后经过计算后得到待测薄膜的残余应变值。如果同样将微光标尺的旋转视为一小角度旋转，则其旋转位移量与残余应变的关系，可经由几何计算简化如下：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{y}{\mathrm{\θL}}$

其中，ε为薄膜的残余应变，因此在已知指标梁长度及检测梁张角的情形下，仅需量测微游标尺的旋转位移量y，便可计算出残余应变的大小。而该种弧臂式微游标尺应变规的应变-位移量转换率为：

M＝θL

从式子中可以发现，应变-位移量转换率只与张角及指标梁的长度有关，因此，可以从增加弧形检测梁的张角及指标悬臂梁的长度来增加位移量的转换率。

在以上两种微光标尺应变规的可行性评估方面，本发明利用有限元素法来分析微光标尺旋转位移量与薄膜残余应变的关系，其结果显示该两种微光标尺应变规在弹性检测范围内(小角度旋转)都具有极高的线性度表现。请参阅图3所示，是直臂式微游标尺应变规的有限元素分析模型的示意图，因为考虑结构弯矩效应的影响，所以选用具有旋转自由度的sodli 73元素作为分析元素。请参阅图4所示，是显示直臂式微光标尺应边规的旋转位移量与残余应变的关系图，其中检测梁LA的长度为100微米，指标梁的等效长度(R+LC)为450微米，施力臂的等效长度(R+LB)为75微米，由分析结果显示，其应变-位移量转换率非常线性。请参阅图5所示，是张角π/6的弧臂式微光标尺的有限元素分析模型的示意图；请参阅图6所示，是弧臂式微游标尺旋转位移量与残余应变的有限元素法仿真结果图。其转换率与直臂式微游标尺同样具有很好的线性度，而分析所使用的弧形检测梁其半径R为150微米，指标悬臂梁长度L为450微米。

由图3、图4及图5、图6的结果比较发现，由于弧臂式微光标尺所占用的面积较小，所以在相同的面积占用率下，弧臂式微光标尺可得到较佳的应变-位移量转换率。另外，将有限元素法仿真结果与理论值比较发现直臂式微光标尺解析度与有限元素法的误差值约为4.76％，而弧臂式微游标尺的误差则为9.46％。

另外，微光标尺的量测分辨率主要受到两项因素影响，即应变-位移量转换率与光标标尺的分辨率。其中，光标标尺的分辨率受到制程线宽分辨率的限制，而应变-位移量转换率则是由结构几何尺寸来决定。以美商Cronos提供的MUMPs共享制程的最小线宽为2微米，因此在不对光标标尺部分做特别设计的情况下，光标标尺其分辨率则限制在2微米。因此当本发明所提出的直臂式微光标尺的几何尺寸为一般制程允许下的极限尺寸时(即L_A及L_C皆为500微米，而L_B为5微米，圆盘半径R为10微米)，再配合上光标标尺的分辨率为2微米，则可计算出直臂式微标尺的应变量测分辨率为1.2×10-4；但是如果制程技术(尤其是在试片悬浮过程)上允许，本发明的检测梁L_A与指标梁L_C的长度可以增为1000微米时，则整个微游标尺的应变量测分辨率可提升至3×10-5，如果再配合光标标尺可达到1微米的分辨率，如此一来，则可将分辨率再进一步提升至1.5×10-5。假设待测薄膜为一般面型制程中常用的复晶硅材料(杨氏系数为150GPa)，则直臂式微游标尺的应力量测分辨率约为2.25MPa，然而，如果待测薄膜为二氧化硅材料(杨氏系数为70GPa)时，则应力量测分辨率便会减小成1.05MPa。

另外，对于弧臂式微光标尺的应变量测分辨率方面。假设指标梁的长度为1000微米，而弧臂的张角为90度，光标标尺的分辨率同样为1微米，则弧臂式微游标尺的应变量测分辨率可达到6.3×10-4。与直臂式微光标尺相较起来，其分辨率远不如直臂式微光标尺1.5×10-5的应变分辨率。虽然弧臂式微光标尺所占用的面积较小，但直臂式微光标尺的应变分辨率较高，因此在使用上各有其优缺点，如果能将其两者的优点加以结合，则能够得到实用性更高的微光标尺应变规，所以本发明综合上述两者优点后，提出另一个全新的高分辨率弧臂式微游标尺应变规。

[实施例三]高分辨率弧臂式微游标尺应变规

人们发现弧臂式微游标尺之所以无法如直臂式微游标尺一般，具有约10-5的高分辨率的原因在于，在其量测机制中，两结构梁施加于指标梁的施力臂同时也是圆形弧臂的半径，而半径、张角及弧长彼此是呈现相依关系，所以在经过数学算后，施力臂的放大效果便会被相消掉。因此，在设计微光标尺应变规时，便要避免这样的情形产生，而在这样的考量之下，使用直臂式微光标尺会是较佳的选择，但是直臂式微光标尺的高面积占用率，则是限制其应用的主要因素。然而，如果能够撷取弧臂式微光标尺的优点加上直臂式微光标尺的优点，则可得到一个兼顾量测分辨率及应用性的薄膜残余应力测试键。有鉴于此，本发明利用弧臂式微光标尺的弧形检测梁设计方式取代直臂式微光标尺的检测梁，另外在针对光标标尺部分做“错位设计”，便能进一步将新式微游标尺应变规的检测分辨率提升至-10-6以上，成为“高分辨率弧臂式微游标尺应变规”。

请参阅图7所示，是本发明的高分辨率弧臂式微游标尺应变规的结构示意图。本实施例的弧臂式微游标尺应变规300，是建构于一面型微细加工的微机电工件中，并形成于一基材上。而薄膜同时形成一微机电工件部分及一同平面型应变规部分，亦即本实施例的弧臂式微游标尺应变规300。其中薄膜的弧臂式微光标尺应变规部分，包括一指标梁306，其指标长度为L_A，指标梁306的一端具有一第一游标标尺310，而另一端则具有一平衡块308。而第二游标标尺312，对应于第一游标标尺310，并延伸一第一边界薄膜314，且与第一光标标尺310错位配置。二弧形检测梁302、304，分别配置于指标梁306的二侧，该二弧形检测梁302、304的一端分别具有第二边界薄膜316、318，而二弧形检测梁302、304的另一端分别弧状地朝向指标梁306的二侧延伸，并在指标梁306的约略重心位置与指标梁306连接，且藉由错位设计形成一力偶。弧形检测梁302、304的应变以力偶的型态使指标梁306产生旋转位移。其中第一边界薄膜314，第二边界薄膜316、318分别藉由一牺牲层连接基材，牺牲层在该位置形成一支撑图案。而为了加强弧状检测梁302、304的边界的固定效果，在对应牺牲层位置的薄膜上还可覆盖一覆盖层。

而上述结构的制程包括：先提供一基材并形成一牺牲层于该基材的表面。形成薄膜于牺牲层的表面，薄膜至少具有一同平面应变规图案。其中，同平面应变规图案，包括指标梁其一端更具有第一游标标尺，而另一端具有一平衡块；第二光标标尺对应于第一游标标尺，并延伸一第一边界薄膜，且与第一光标标尺错位配置；二弧形检测梁，分别配置于指标梁的二侧，二弧形检测梁的一端分别具有第二边界薄膜，而二弧形检测梁的另一端分别弧状地朝向指标梁的二侧延伸，并在指标梁的约略重心位置与指标梁连接，且形成一力偶。接着去除部分牺牲层，仅残留至少第一边界薄膜及第二边界薄膜所覆盖的部分，形成一包覆材料层支撑薄膜，并使得指标梁及弧形检测梁悬空。形成弧臂式微光标尺应变规的结构后，便可以量测第一光标标尺对应第二光标标尺的读数，以获得薄膜的应变量。

同样将微游标尺的旋转视为一小角度旋转，经过结构几何计算后，可得到该一高分辨率弧臂式微光标尺应变规其旋转位移量与残余应变的关系可表示为：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{{\mathrm{yL}}_B}{\mathrm{\θ}{\mathrm{RL}}_A}$

其中，θ为弧形检测梁的张角，R为弧形检测梁的半径，L_A与L_B分别为指标梁和施力臂长度，而该微游标尺应变规的应变-位移量转换率为：

$M=\frac{{\mathrm{\θRL}}_A}{L_B}$

上述提到微光标尺应变规的量测分辨率除了受限于量测机制及结构尺寸外，另外还有一个重要因素--即光标标尺的分辨率。在一般的光标标尺的设计上，都采用“对位”设计的概念，因此光标标尺的分辨率则完全由光罩制作机的分辨率决定，然而在微机电产品应用中1微米的光罩分辨率已是属于相当高的分辨率，但在这样的光标标尺分辨率下，微光标尺的应变分辨率仅约为^-10-5，因此在追求更高量测分辨率的考量上，势必要有全新的光标标尺设计思维，因此本发明亦提出一个新型的光标标尺设计。

请参阅图8所示，是一种新型的游标标尺结构示意图。如图中所示藉由光标标尺彼此间的“错位”设计，可将光标卡尺的分辨率提升至0.1微米，亦即微光标尺的量测分辨率提高至^-10-6。而新型光标标尺设计的优点除了可以提高量测分辨率外，另外也能在同样的量测分辨率下，使整个微光标尺应变规的使用面积较使用现有传统的“对位式”光标标尺设计的微光标尺应变规小上一个数量级，而这一项优点将使微游标尺应变规具有更高的商业应用性。

除了检测薄膜的残余均布应力之外，薄膜的残余梯度应力也是本发明所提出的“同平面式残余应变规”能检测的项目之一。其检测方法仅需要直接指标梁的曲率半径值，即可经由下的关系式得到待测薄膜的残余梯度应力，

${\mathrm{\σ}}_g=\frac{\mathrm{Ey}}{\mathrm{\ρ}}$

其中，y为距离指标梁中性轴的距离，ρ为指标梁的曲率半径，因此只要量测指标梁的曲率半径配合已知的厚度及薄膜杨氏系数，便可检测出待测薄膜的残余梯度应力。

为了验证高分辨率微游标尺应变规应用于面型微细加工制程中检测薄膜残余应变的可行性，因此本发明同样以美商Cronos公司所提供的MUMPs共享制程为例子，实际检测制程中所使用的两层复晶硅结构层的残余应变值，来验证此一检测技术的可行性。其中，弧形检测梁的半径为100微米，张角为90度，指标梁的长度从200微米分布至1000微米，以每100微米的长度增加，而施力臂的长度则设定为5微米。另外，在弧形检测梁与指标梁的连接部分，在理论上该连接点应呈现完全点接触，然而所谓的点接触在实际执行上是有困难的，因此唯有尽可能缩小该接触点的面积以减少检测上的误差。但是一昧地缩小接触点的面积却会导致制程的优良率下降，所以在兼顾制程稳定性及检测误差两个考量后，本发明将该接触点的宽度设计为3微米，经过实际验证后，该宽度可使微游标尺应变规的制作优良率达到100％。除此之外，虽然检测梁的挠性边界对于检测梁释放残余应力的影响并不会特别显着，但基于减少检测误差的考量上，本发明在设计弧形检测梁的边界时，仍然采用堆栈结构层包覆式边界以提高边界的强度，亦即弧形检测梁的端部藉由一牺牲层连接基材，其上并包覆一覆盖层。

最后在试片形变量量测方面，本发明利用日商Olympus公司所制造的工具显微镜STM-6来观察及量测指标梁的位移量。

本发明所提出的高分辨率微光标尺应变规，经过结构设计后可达到10-6以上的高分辨率，并进一步通过MUMPs共享制程验证其可行性。因此，该“同平面式残余应变规”不仅可单独作为制程测试键来检测薄膜的残余应变，更可结合本发明下文所提出的另一项“出平面式残余应变规”，相互验证提高检测准确度，进而形成一个测试键群组。

[实施例四]出平面残余应变规

如前所述，本发明已提出一个高分辨率的同平面式残余应变规，并成功验证及探讨其可行性。接下来，将介绍另一种可用于面型微细加工制程中作为残余应变测试键的“出平面式残余应变规”。所谓“出平面式残余应变规”，即是利用微检测结构将待测薄膜的残余应变转换成微机械结构的出平面位移量，然由经由量测该一出平面的形变量，配合微检测结构的几何尺寸，反推待测薄膜的残余应变值。由于目前对于出平面形变量的量测分辨率远比同平面位移量的分辨率高，因此利用“出平面式残余应变规”检测待测薄膜残余应变的分辨率变比同平面式高上许多，因此可以轻易达到10-6以上的检测分辨率。如前所述，现有习知的鲜少使用出平面式的检测机制来检测面型微细制程中薄膜的残余应力，主要原因是由于利用出平面式检测机制往往需要极佳的结构固定边界，而在面型制程中要制作出良好的固定边界则需要良好的边界设计概念。而根据上述实施例中本发明已提出一种可行的解决方法，证明可以藉由堆栈结构层包覆式边界可以得到极佳的固定边界，因此本发明便利用该一强化边界来设计出“平面式残余应变规”，以用于面型微细制程中检测薄膜的残余应变。

根据W.Fang于1994年所提出的微桥状梁后挫曲行为(Post-buckling)，微桥状梁在发生挫曲行为后，其桥状结构中心点的形变量与薄膜均布残余应变会具有下列的关系式：

${\mathrm{\ω}}_{\max }=\±\sqrt{\frac{4\mathrm{\ϵ}{L}^2}{{\mathrm{\π}}^2}-\frac{16I}{A}}$

其中，ω_max即是微桥状梁的中心形变量，ε为薄膜的残余均布应变，L、I及A则分别是是微桥状梁的长度、惯性矩及截面积，如果将上述公式加以整理后，可导证出薄膜残余均布应变与微桥状梁中心形变量的关系如下：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{{\mathrm{\π}}^2}{4L^2}({\mathrm{\ω}}_{\max }^2+\frac{{4t}^2}{3})$

其中，t为待测薄膜的厚度，假设在已知微桥状梁的长度及厚度的情况下，则可经由量测微桥状梁因释放残余应变产生挫曲后的中心点的形变量值，代入上述式子中得到待测薄膜的残余均布应变。而待测薄膜的残余梯度应变检测方面，则可在微桥状梁四分之一长度的地方衍生出一个平行于微桥状梁且悬空的结构梁，经由量测该结构梁的曲率半径代入前一实施例中残余梯度应力的式子中，即可检测出残余梯度应变。至于为何将衍生出的悬空结构梁置于微桥状梁的四分之一处，其原因为当微桥状梁发生挫曲行为后，其在四分之一长度处的应变能最小，因此将检测梯度应变的结构梁置于此处对于微桥状梁的后挫曲行为影响最小。

此外，针对微桥状梁残余应变规的量测分辨率分析方面，由于微桥状梁将薄膜的残余应变转换成出平面的形变量，而以目前本发明所使用的由美商WYKO制造的三次元干涉仪RST-500型，其出平面的量测分辨率高达1nm以上，如使用长度500微米的微桥状梁来检测薄膜的残余应变，可得到4.93×10-9的超高分辨率，可轻易达到10-6以上的检测分辨率要求。

要利用微桥状结构在面型微细加工制程上检测薄膜的残余应变，有三项要点需要考量，其分别是固定边界、残余压应变及临界挫曲长度(Critical buckling length)。首先，符合固定边界假设的边界设计部分可以利用先前提出的堆栈结构层包覆式边界达到这项需求，所以这方面没有问题。但是对于第二项部分，则因为仅有压应变才能使微桥状梁发生挫曲行为，因此微桥状梁仅能用来检测残余压应变，但是由于目前的薄膜材料多是呈现残余压应变，因此微桥状结构仍有许多应用的空间。最后第三项要点则是最重要的设计因子，因为要使微桥梁发生挫曲行为，除了要存在残余压应变外，该压应变还必须大于微桥状梁的临界挫曲应变时才会发生挫曲行为，而微桥状梁的临界挫曲应变可以下列式子表示：

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{cr}}=\frac{{\mathrm{\π}}^2{t}^2}{3L^2}$

因此必须根据待测薄膜的残余应变值，适度调整微桥状梁的长度，如果将上述式子加以整理后，可得到微桥状梁临挫曲界长度与残余应变的关系式：

$L_{\mathrm{cr}}=\frac{\mathrm{\πt}}{\sqrt{3\mathrm{\ϵ}}}$

因此假设待测薄膜的残余应变为1×10-4，且厚度为2微米的情形下，则微桥状梁的临界挫曲长度为458微米，因此微桥状梁的长度必须大于458微米才能检测出待测薄膜的残余压应变。

基于上述分析结果，本发明在利用MUMPs共享制程验证出微桥状梁残余应变规的可行性时，其结构设计除了在固定边界处使用堆栈结构层包覆式边界设计外，其微桥状梁的长度从250微米分布至500微米，以每50微米的长度增加。另外，在梯度应变检测结构梁的设计上，则根据经验将长度设计在100微米，而其与微桥状梁连接的部分，则考量到对微桥状梁的影响上，所以将宽度设计为2微米。

请参阅图9所示，是微桥状梁残余应变规的结构示意图。该微桥状梁残余应变规400，是建构于一面型微细加工的微机电工件中，并形成于一基材上。而薄膜同时形成一微机电工件部分及一出同平面应变规部分，亦即本实施例的微桥状梁残余应变规。其中薄膜的出平面应变规图案，包括：一桥状梁402，该桥状梁402的二端分别具有一边界薄膜406；多个结构梁404从桥状梁402的侧面延伸，并平行于桥状梁402。而边界薄膜406是采用堆栈结构层，亦即桥状梁末端的薄膜是藉由一牺牲层连接基材，牺牲层在该位置形成一支撑图案，薄膜上并包覆一覆盖层，以强化桥状梁的边界强度。

上述结构的制造方法，则包括提供一基材，并形成一牺牲层于基材表面。形成薄膜于牺牲层的表面，薄膜至少具有一出平面应变规图案，其中出平面应变规图案则包括：桥状梁其二端分别具有一边界薄膜；多个结构梁，从桥状梁的侧面延伸，并平行于桥状梁。接着，去除部分牺牲层，仅残留边界薄膜所覆盖的部分，形成一包覆材料层支撑薄膜，并使得桥状梁及结构梁悬空。至此即完成出平面应变规的制作，而通过量测桥状梁挫曲中心点的形变量，以获得薄膜的应变量，并量测结构梁的曲率半径，以获得薄膜的梯度应变。微桥状梁的中心形变量是利用三次元光学干涉仪来量测。

关于微桥状梁残余应变规的量测不准度分析方面，在检测过程中，仅有微桥状梁的长度、厚度及中心点形变量为独立变量。因此根据三次元干涉仪的量测分辨率为20nm，且工具显微镜的量测准确度为3微米，如果使用长度500微米的微桥状梁残余应变规，结构厚度为2微米，中心点形变量为1微米，其中，厚度不准度部分则根据Cronos的量测不准度结果且其值为1.2％，因此整体的检测不准度约为4.8％。

利用出平面检测机制的微桥状梁残余应变规检测面型微细加工制程中的薄膜残余应变，不仅具有极高的检测分辨率，同时只要配合良好的固定边界设计，也能在面型制程中得到不错的量测准确度，虽然微桥状梁残余应变规仅能用来检测残余压应变，但并不会全然限制其应用性。如此结合本发明中其它的残余应变检测机制，即能构成一套准确度更高的薄膜残余应变测试群组。

上述四个实施例中所提出的薄膜残余应变规结构，除了可以应用在薄膜形成时，用来量测并监控薄膜的残余应变或应变梯度分布外，还可以作为热膨胀应变规，用来量测薄膜热处理后的应变，进而获得薄膜的热膨胀系数或者热膨胀梯度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (56)

1、一种量测薄膜应变的方法，应用于一面型微细加工的微机电工件中，该面型微细加工的微机电工件建构于一基材上，且至少具有一薄膜层，其特征在于该量测薄膜应变的方法包括以下步骤：

形成该薄膜层于该基材上，该薄膜层具有一微机电工件部分及至少一残余应变规部分，残余应变规包括一同平面型应变规，其中同平面型应变规至少包括二弧形检测梁及一指标梁，该二弧形检测梁相对应配置，且其末端分别同时连接该指标梁形成一力偶，使得该指标梁因该二弧形检测梁的应变而旋转，藉由量测该指标梁的旋转位移量，以推导出该薄膜的残余应变值，并藉由量测该指标梁形变的曲率半径，以推导出该薄膜的残余应变分布梯度；以及

量测该残余应变规的几何尺寸及形变量，以推导出该薄膜的残余应变值及残余应变分布梯度。

2、根据权利要求1所述的量测薄膜应变的方法，其特征在于其中所述的指标梁的末端更配置一标尺装置，可以读取该指标梁的旋转位移量。

3、根据权利要求1所述的量测薄膜应变的方法，其特征在于其中所述的二弧形检测梁远离该指标梁的一端分别通过一包覆材料层支撑薄膜连接该基材。

4、根据权利要求3所述的量测薄膜应变的方法，其特征在于其中对应该包覆材料层支撑薄膜位置的该薄膜表面更具有一覆盖层。

5、根据权利要求1所述的量测薄膜应变的方法，其特征在于其中所述的残余应变规包括一出平面型应变规，该出平面型应变规包括一桥状梁，藉由量测该桥状梁形变的位移量，以推导出该薄膜的残余应变值。

6、根据权利要求5所述的量测薄膜应变的方法，其特征在于其中所述的桥状梁的位移量是藉由一三次元光学干涉仪量测。

7、根据权利要求5所述的量测薄膜应变的方法，其特征在于其中所述的出平面型应变规更包括复数个结构梁配置于该桥状梁侧面，藉由量测该结构梁的曲率半径，以推导出该薄膜残余应变分布梯度。

8、根据权利要求7所述的量测薄膜应变的方法，其特征在于其中所述的该些结构梁的曲率半径是藉由一三次元光学干涉仪量测。

9、根据权利要求5所述的量测薄膜应变的方法，其特征在于其中所述的桥状梁的二端分别通过一包覆材料层支撑薄膜连接该基材。

10、根据权利要求9所述的量测薄膜应变的方法，其特征在于其中对应该包覆材料层支撑薄膜位置的该薄膜表面更具有一覆盖层。

11、一种量测薄膜热膨胀性质的方法，应用于一面型微细加工的微机电工件中，该面型微细加工的微机电工件建构于一基材上，且至少具有一薄膜层，其特征在于该量测薄膜热膨胀性质的方法包括以下步骤：

形成该薄膜层于该基材上，该薄膜层具有一微机电工件部分及至少一热膨胀应变规部分，热膨胀应变规包括一同平面型应变规，其中同平面型应变规至少包括二弧形检测梁及一指标梁，该二弧形检测梁相对应配置，且其末端分别同时连接该指标梁形成一力偶，使得该指标梁因该二弧形检测梁的应变而旋转，藉由量测该指标梁的旋转位移量，以推导出该薄膜的热膨胀系数，并藉由量测该指标梁形变的曲率半径，以推导出该薄膜的热膨胀分布梯度；对该薄膜层进行一热处理；以及

量测该热膨胀应变规的几何尺寸及形变量，以推导出该薄膜的热膨胀系数及热膨胀分布梯度。

12、根据权利要求11所述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其特征在于其中所述的指标梁的末端更配置一标尺装置，可以读取该指标梁的旋转位移量。

13、根据权利要求11所述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其特征在于其中所述的二弧形检测梁远离该指标梁的一端分别通过一包覆材料层支撑薄膜连接该基材。

14、根据权利要求13所述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其特征在于其中对应该包覆材料层支撑薄膜位置的该薄膜表面更具有一覆盖层。

15、根据权利要求14所述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其特征在于其中所述的热膨胀应变规包括一出平面型应变规，该出平面型应变规包括一桥状梁，藉由量测该桥状梁形变的位移量，以推导出该薄膜的热膨胀系数。

16、根据权利要求15所述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其特征在于其中所述的桥状梁的位移量是藉由一三次元光学干涉仪量测。

17、根据权利要求15所述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其特征在于其中所述的出平面型应变规更包括复数个结构梁配置于该桥状梁侧面，藉由量测该结构梁的曲率半径，以推导出该薄膜热膨胀分布梯度。

18、根据权利要求17所述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其特征在于其中所述的该些结构梁的曲率半径是藉由一三次元光学干涉仪量测。

19、根据权利要求15所述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其特征在于其中该桥状梁的二端分别通过一包覆材料层支撑薄膜连接该基材。

20、根据权利要求19所述的量测薄膜热膨胀性质的方法，其特征在于其中对应该包覆材料层支撑薄膜位置的该薄膜表面更具有一覆盖层。

21、一种薄膜量测装置，应用于一面型微细加工的微机电工件中，其特征在于该薄膜量测装置包括：

一基材；以及

一薄膜，配置于该基材上，至少具有一微机电工件部分，一同平面型应变规部分，且该同平面型应变规部分可以读出该薄膜的应变量值，应变分布梯度，热膨胀系数或热膨胀梯度；

同平面型应变规部分至少包括二弧形检测梁及一指标梁，该二弧形检测梁相对应配置，且其末端分别同时连接该指标梁形成一力偶，使得该指标梁因该二弧形检测梁的应变而旋转。

22、根据权利要求21所述的薄膜量测装置，其特征在于其中所述的指标梁的末端更配置一标尺装置，可以读取该指标梁的旋转角度。

23、根据权利要求21所述的薄膜量测装置，其特征在于其中所述的二弧形检测梁远离该指标梁的一端分别通过一包覆材料层支撑薄膜连接该基材。

24、根据权利要求23所述的薄膜量测装置，其特征在于其中对应该包覆材料层支撑薄膜位置的该薄膜表面更具有一覆盖层。

25、一种薄膜量测装置，应用于一面型微细加工的微机电工件中，其特征在于该薄膜量测装置包括：

一基材；以及

一薄膜，配置于该基材上，至少具有一微机电工件部分，一出平面型应变规部分，且该出平面型应变规部分可以读出该薄膜的应变量值，应变梯度，热膨胀系数或热膨胀梯度，其中所述的出平面型应变规部分包括一桥状梁以及复数个结构梁，所述的结构梁配置于该桥状梁侧面。

26、根据权利要求25所述的薄膜量测装置，其特征在于其中所述的桥状梁的二端分别通过一包覆材料层支撑薄膜连接该基材。

27、根据权利要求26所述的薄膜量测装置，其特征在于其中对应该包覆材料层支撑薄膜位置的该薄膜表面更具有一覆盖层。

28、一种薄膜量测装置，应用于一面型微细加工的微机电工件中，其特征在于该薄膜量测装置包括：

一基材；以及

一薄膜，配置于该基材上，至少具有一微机电工件部分，一同平面型应变规部分，以及一出平面型应变规部分，而该同平面型应变规部分及该出平面型应变规部分可以读出该薄膜的应变量值、应变梯度、热膨胀系数或热膨胀梯度，且该出平面型应变规部分或该同平面型应变规部分可以读出该薄膜的应变梯度或热膨胀梯度；

同平面应型变规部分至少包括二弧形检测梁及一指标梁，该二弧形检测梁相对应配置，且其末端分别同时连接该指标梁形成一力偶，使得该指标梁因该二弧形检测梁的应变而旋转。

29、根据权利要求28所述的薄膜量测装置，其特征在于其中所述的指标梁的末端更配置一标尺装置，可以读取该指标梁的旋转角度。

30、根据权利要求28所述的薄膜量测装置，其特征在于其中所述的二弧形检测梁远离该指标梁的一端分别通过一包覆材料层支撑薄膜连接该基材。

31、根据权利要求30所述的薄膜量测装置，其特征在于其中对应该包覆材料层支撑薄膜位置的该薄膜表面更具有一覆盖层。

32、根据权利要求28所述的薄膜量测装置，其特征在于其中该出平面型应变规部分更包括一桥状梁。

33、根据权利要求32所述的薄膜量测装置，其特征在于其中该出平面型应变规部分更包括复数个结构梁配置于该桥状梁侧面。

34、根据权利要求32所述的薄膜量测装置，其特征在于其中所述的桥状梁的二端分别通过一包覆材料层支撑薄膜连接该基材。

35、根据权利要求34所述的薄膜量测装置，其特征在于其中对应该包覆材料层支撑薄膜位置的该薄膜表面更具有一覆盖层。

36、一种量测薄膜应变的方法，适用于一薄膜的应变量测，其特征在于该量测薄膜应变的方法包括以下步骤：

提供一基材；

形成一牺牲层于该基材表面；

形成该薄膜于该牺牲层的表面，该薄膜至少具有一同平面应变规图案及一出平面应变规图案，其中该同平面应变规图案，包括：

一指标梁，该指标梁的一端更具有一第一游标标尺，而另一端具有一平衡块；

一第二游标标尺，对应于该第一游标标尺，并延伸一第一边界薄膜，且与该第一游标标尺错位配置；

二弧形检测梁，分别配置于该指标梁的二侧，该二弧形检测梁的一端分别具有一第二边界薄膜，而该二弧形检测梁的另一端分别弧状地朝向该指标梁的二侧延伸，并在该指标梁的约略重心位置与该指标梁连接，且形成一力偶，

其中该出平面应变规图案，包括：

一桥状梁，该桥状梁的二端分别具有一第三边界薄膜；

复数个结构梁，自该桥状梁的侧面延伸，并平行于该桥状梁；

去除部分该牺牲层，仅残留至少该第一边界薄膜，该些第二边界薄膜及该些第三边界薄膜所覆盖的部分，形成一包覆材料层支撑薄膜，并使得该指标梁，该些弧形检测梁，该桥状梁及该些结构梁悬空；以及

量测该第一游标标尺对应该第二游标标尺的读数及该桥状梁挫曲中心点的形变量，以获得该薄膜的应变量，并量测该结构梁的曲率半径，以获得该薄膜的梯度应变。

37、根据权利要求36所述的量测薄膜应变的方法，其特征在于其中形成该薄膜后，更包括形成一覆盖层，分别覆盖于该些第二边界薄膜及该些第三边界薄膜。

38、根据权利要求36所述的量测薄膜应变的方法，其特征在于其中量测该桥状梁挫曲中心点的形变量，及量测该结构梁的曲率半径的方法，是以三次元干涉仪进行量测。

39、一种量测薄膜热膨胀系数的方法，其特征在于该量测薄膜热膨胀系数的方法包括以下步骤：

提供一基材；

形成一牺牲层于该基材表面；

形成一薄膜于该牺牲层的表面，该薄膜至少具有一同平面应变规图案及一出平面应变规图案，其中该同平面应变规图案，包括：

一指标梁，该指标梁的一端更具有一第一游标标尺，而另一端具有一平衡块；

一第二游标标尺，对应于该第一游标标尺，并延伸一第一边界薄膜，且与该第一游标标尺错位配置；

二弧形检测梁，分别配置于该指标梁的二侧，该二弧形检测梁的一端分别具有一第二边界薄膜，而该二弧形检测梁的另一端分别弧状地朝向该指标梁的二侧延伸，并在该指标梁的约略重心位置与该指标梁连接，且形成一力偶，

其中该出平面应变规图案，包括：

一桥状梁，该桥状梁的二端分别具有一第三边界薄膜；

复数个结构梁，自该桥状梁的侧面延伸，并平行于该桥状梁；

去除部分该牺牲层，仅残留至少该第一边界薄膜，该些第二边界薄膜及该些第三边界薄膜所覆盖的部分，形成一包覆材料层支撑薄膜，并使得该指标梁，该些弧形检测梁，该桥状梁及该些结构梁悬空；

对该薄膜进行一热处理；以及

量测该第一游标标尺对应该第二游标标尺的读数及该桥状梁挫曲中心点的形变量，以获得该薄膜的热膨胀系数，并量测该结构梁的曲率半径，以获得该薄膜的热膨胀梯度。

40、根据权利要求39所述的量测薄膜热膨胀系数的方法，其特征在于其中形成该薄膜后，更包括形成一覆盖层，分别覆盖于该些第二边界薄膜及该些第三边界薄膜。

41、根据权利要求39所述的量测薄膜热膨胀系数的方法，其特征在于其中量测该桥状梁挫曲中心点的形变量，及量测该结构梁的曲率半径的方法，是以三次元干涉仪进行量测。

42、一种量测薄膜应变的方法，适用于一薄膜的应变量测，其特征在于该量测薄膜应变的方法包括以下步骤：

提供一基材；

形成一牺牲层于该基材表面；

形成该薄膜于该牺牲层的表面，该薄膜至少具有一同平面应变规图案，其中该同平面应变规图案，包括：

一指标梁，该指标梁的一端更具有一第一游标标尺，而另一端具有一平衡块；

一第二游标标尺，对应于该第一游标标尺，并延伸一第一边界薄膜，且与该第一游标标尺错位配置；

二弧形检测梁，分别配置于该指标梁的二侧，该二弧形检测梁的一端分别具有一第二边界薄膜，而该二弧形检测梁的另一端分别弧状地朝向该指标梁的二侧延伸，并在该指标梁的约略重心位置与该指标梁连接，且形成一力偶；

去除部分该牺牲层，仅残留至少该第一边界薄膜及该些第二边界薄膜所覆盖的部分，形成一包覆材料层支撑薄膜，并使得该指标梁及该些弧形检测梁悬空；以及

量测该第一游标标尺对应该第二游标标尺的读数，以获得该薄膜的应变量。

43、根据权利要求42所述的量测薄膜应变的方法，其特征在于其中形成该薄膜后，更包括形成一覆盖层，分别覆盖于该些第二边界薄膜。

44、一种量测薄膜应变的方法，适用于一薄膜的应变量测，其特征在于该量测薄膜应变的方法包括以下步骤：

提供一基材；

形成一牺牲层于该基材表面；

形成该薄膜于该牺牲层的表面，该薄膜至少具有一出平面应变规图案，其中该出平面应变规图案，包括：

一桥状梁，该桥状梁的二端分别具有一边界薄膜；

复数个结构梁，自该桥状梁的侧面延伸，并平行于该桥状梁；

去除部分该牺牲层，仅残留至少该些边界薄膜所覆盖的部分，形成一包覆材料层支撑薄膜，并使得该桥状梁及该些结构梁悬空；以及

量测该桥状梁挫曲中心点的形变量，以获得该薄膜的应变量，并量测该结构梁的曲率半径，以获得该薄膜的梯度应变。

45、根据权利要求44所述的量测薄膜应变的方法，其特征在于其中形成该薄膜后，更包括形成一覆盖层，分别覆盖于该些边界薄膜。

46、根据权利要求44所述的量测薄膜应变的方法，其特征在于其中量测该桥状梁挫曲中心点的形变量，及量测该结构梁的曲率半径的方法，是以三次元干涉仪进行量测。

47、一种量测薄膜热膨胀系数的方法，其特征在于该量测薄膜热膨胀系数的方法包括以下步骤：

提供一基材；

形成一牺牲层于该基材表面；

形成一薄膜于该牺牲层的表面，该薄膜至少具有一同平面应变规图案，其中该同平面应变规图案，包括：

一指标梁，该指标梁的一端更具有一第一游标标尺，而另一端具有一平衡块；

一第二游标标尺，对应于该第一游标标尺，并延伸一第一边界薄膜，且与该第一游标标尺错位配置；

二弧形检测梁，分别配置于该指标梁的二侧，该二弧形检测梁的一端分别具有一第二边界薄膜，而该二弧形检测梁的另一端分别弧状地朝向该指标梁的二侧延伸，并在该指标梁的约略重心位置与该指标梁连接，且形成一力偶；

去除部分该牺牲层，仅残留至少该第一边界薄膜及该些第二边界薄膜所覆盖的部分，形成一包覆材料层支撑薄膜，并使得该指标梁及该些弧形检测梁悬空；

对该薄膜进行一热处理；以及

量测该第一游标标尺对应该第二游标标尺的读数，以获得该薄膜的热膨胀系数。

48、根据权利要求47所述的量测薄膜热膨胀系数的方法，其特征在于其中形成该薄膜后，更包括形成一覆盖层，分别覆盖于该些第二边界薄膜。

49、一种量测薄膜热膨胀系数的方法，其特征在于该量测薄膜热膨胀系数的方法包括以下步骤：

提供一基材；

形成一牺牲层于该基材表面；

形成一薄膜于该牺牲层的表面，该薄膜至少具有一出平面应变规图案，其中该出平面应变规图案，包括：

一桥状梁，该桥状梁的二端分别具有一边界薄膜；

复数个结构梁，自该桥状梁的侧面延伸，并平行于该桥状梁；

去除部分该牺牲层，仅残留至少该些边界薄膜所覆盖的部分，形成一包覆材料层支撑薄膜，并使得该桥状梁及该些结构梁悬空；

对该薄膜进行一热处理；以及

量测该桥状梁挫曲中心点的形变量，以获得该薄膜的热膨胀系数，并量测该结构梁的曲率半径，以获得该薄膜的热膨胀梯度。

50、根据权利要求49所述的量测薄膜热膨胀系数的方法，其特征在于其中形成该薄膜后，更包括形成一覆盖层，分别覆盖于该些边界薄膜。

51、根据权利要求49所述的量测薄膜热膨胀系数的方法，其特征在于其中量测该桥状梁挫曲中心点的形变量，及量测该结构梁的曲率半径的方法，是以三次元干涉仪进行量测。

52、一种薄膜同平面应变规装置，适用于一薄膜的应变量测及该薄膜的热膨胀系数量测，其特征在于该薄膜同平面应变规装置包括：

一基材；

一牺牲层配置于该基材表面，该牺牲层具有一第一支撑图案及二第二支撑图案；

该薄膜配置于该牺牲层的表面，该薄膜至少具有一同平面应变规图案，其中该同平面应变规图案，包括：

一指标梁，该指标梁的一端更具有一第一游标标尺，而另一端具有一平衡块；

一第二游标标尺，对应于该第一游标标尺，并延伸一第一边界薄膜，且与该第一游标标尺错位配置，其中该第一边界薄膜覆盖该第一支撑图案；

二弧形检测梁，分别配置于该指标梁的二侧，该二弧形检测梁的一端分别具有一第二边界薄膜，而该二弧形检测梁的另一端分别弧状地朝向该指标梁的二侧延伸，并在该指标梁的约略重心位置与该指标梁连接，且形成一力偶，其中该二第二边界薄膜分别覆盖该二第二支撑图案，而该指标梁及该些弧形检测梁是悬空于该基材上；以及

一覆盖层分别配置于该第一边界薄膜及该二第二边界薄膜上。

53、一种薄膜出平面应变规装置，适用于一薄膜的应变量测及该薄膜的热膨胀系数量测，其特征在于该薄膜出平面应变规装置包括：

一基材；

一牺牲层配置于该基材表面，该牺牲层具有二支撑图案；以及

该薄膜配置于该牺牲层的表面，该薄膜至少具有一出平面应变规图案，其中该出平面应变规图案，包括：

一桥状梁，该桥状梁的二端分别具有一边界薄膜，该二边界薄膜分别覆盖于该二支撑图案上；

复数个结构梁，自该桥状梁的侧面延伸，并平行于该桥状梁，其中该桥状梁及该些结构梁是悬空于该基材上。

54、根据权利要求53所述的薄膜出平面应变规装置，其特征在于其更包括一覆盖层，分别配置于该二边界薄膜上。

55、一种量测薄膜应变的方法，应用于一面型微细加工的微机电工件中，该面型微细加工的微机电工件建构于一基材上，且至少具有一薄膜层，其特征在于该量测薄膜应变的方法包括以下步骤：

形成该薄膜层于该基材上，该薄膜层具有一微机电工件部分及至少一残余应变规部分，残余应变规包括一出平面型应变规，其中该出平面型应变规包括一桥状梁，藉由量测该桥状梁形变的位移量，以推导出该薄膜的残余应变值，且所述的出平面型应变规更包括复数个结构梁配置于该桥状梁侧面，藉由量测该结构梁的曲率半径，以推导出该薄膜残余应变分布梯度；以及

量测该残余应变规的几何尺寸及形变量，以推导出该薄膜的残余应变值及残余应变分布梯度。

56、一种量测薄膜热膨胀性质的方法，应用于一面型微细加工的微机电工件中，该面型微细加工的微机电工件建构于一基材上，且至少具有一薄膜层，其特征在于该量测薄膜热膨胀性质的方法包括以下步骤：

形成该薄膜层于该基材上，该薄膜层具有一微机电工件部分及至少一热膨胀应变规部分，热膨胀应变规包括一出平面型应变规，其中该出平面型应变规包括一桥状梁，藉由量测该桥状梁形变的位移量，以推导出该薄膜的热膨胀系数，且所述的出平面型应变规更包括复数个结构梁配置于该桥状梁侧面，藉由量测该结构梁的曲率半径，以推导出该薄膜热膨胀分布梯度；

对该薄膜层进行一热处理；以及

量测该热膨胀应变规的几何尺寸及形变量，以推导出该薄膜的热膨胀系数及热膨胀分布梯度。

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