电子波干涉新技术研究及在微尺度力学性能表征中的应用

由于微纳尺度应变和应力梯度测试技术的缺乏，对应力和应力梯度的准确分析极为困难，Cu互连应力迁移的物理机制至今尚不清楚；另外，应变硅技术已经成为新一代晶体管提高速度、降低特征尺寸的主要途径，微纳尺度复杂应变场的准确测量将为优化设计微电子设备提供重要的科学依据。然而，现有的测试技术很少能够即结合必要的空间分辨率和大的视场以及高的测量灵敏度。本项目将系统的开展电子波干涉新技术研究，利用电子波透过晶体样品的衍射波携带有样品晶格信息的特点，完善暗场全息技术，发展基于透射电镜（TEM）的电子波云纹干涉新技术、电子波云纹全息干涉新技术等既具有原子量级位移测量灵敏度同时又具有微米级的大的测量范围。利用研制的技术进行应变硅中复杂的应变、应力场分布分析；结合微结构演化观测开展Cu互连内应力、应力梯度在应力诱生空洞的作用研究，为Cu互连应力迁移物理机制的研究提供重要的科学依据。

开展了基于透射电子显微镜（TEM）电子波束传播方向有效控制和干涉实验研究，经反复实验验证，发现原方案提出的单质材料（单层膜材料）的电子波云纹干涉法由于电子波衍射角度过大而难于实现，在此情况下，系统研究了基于TEM原子格栅的透射式云纹干涉法；开展了在SEM下尝试利用电场控制电子波束的相关实验研究，实现了SEM下电子波错位干涉；利用SEM的电子束的成像特点开展了在SEM下基于预制光栅的三维变形场同时测量的方法研究：包括（1）发展了基于双目视觉原理的多角度高频光栅图像的3D测量新方法；（2）首次提出了基于平面SEM云纹法的3D SEM 扫描云纹法；（3）发展了单角度格栅图像结合GPA技术测量三维位移场的新方法；此外，提出了采用拜耳滤光片作为参考栅的彩色CCD显微云纹法、获得了高质量的彩色CCD云纹条纹，以及发展了基于CCD显微云纹的曲面变形测量新技术：并将发展的多种微尺度变形测量新方法应用在了纳米级缺陷表征、焊缝微区残余应力分析、全息光栅质量评估、薄膜和涂层界面微区力学性能分析、曲面变形与残余应力分析等领域。