Dünnschicht-Spannungsmesssysteme FLX Flexus

Von Toho Technology

Die Toho-FLX-Dünnschicht-Spannungsmesssysteme bieten die Möglichkeit Filmstress sowie den linearen Ausdehnungskoeffizienten von Dünn- und Dickfilmen auf Silizium-Wafern und anderen Substraten optisch zu messen. Die Messfunktionen sind Industriestandards für Anwendungen in der Massenproduktion sowie in der Forschung, bei denen präzise Untersuchungen an unterschiedlichen Schichten und Substraten durchgeführt werden müssen. Die Messsysteme aus der Serie FLX von Toho arbeiten mit der patentierten "Dual-Wavelength"-Technologie von KLA-Tencor und ermöglichen die genaue Bestimmung und Analyse von Oberflächenspannungen, die durch abgeschiedene Dünnschichten erzeugt werden.

Eigenschaften

Verfügbarer Temperaturbereich-65 °C bis 500 °C
Patentierte Dual- Wavelength-Technologie für optimale Signalgewinnung
Berechnung des Wärmeausdehnungskoeffizienten und des biaxialen Moduls
3D-Darstellung der Probendurchbiegung/Spannungsverteilung
Probengrößen von 25 mm bis 300 mm sind möglich

Weitere Informationen

Theorie
Spannungen entstehen, wenn Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten miteinander verbunden werden. Filme können sich bei hohen Temperaturen ähnlich verhalten, beim Abkühlen können sich Materialien jedoch unterschiedlich zusammenziehen oder ausdehnen, was zu Spannungen im Film führt. Bei einem gespannten Film können Defekte wie Versetzungen, Hohlräume und Risse auftreten.
Das FLX ermittelt die Spannung durch Messung der Substratkrümmungsänderung vor und nach der Dünnschichtabscheidung. Die Krümmungsdifferenz wird zur Berechnung der Spannung mithilfe der Stoney-Gleichung verwendet. Die Gleichung setzt den biaxialen Modul des Substrats , die Filmdicke t, die Substratdicke h und den Krümmungsradius R vor und nach dem Prozess in Beziehung. Die Krümmung wird gemessen, indem zwei Laser mit einem bekannten Raumwinkel auf eine Oberfläche gerichtet werden. Der reflektierte Strahl trifft auf eine positionsempfindliche Fotodiode. Die Geometrie des Films wird anschließend durch Abtasten der Oberfläche an ausgewählten Punkten erfasst.

Stoney Gleichung:

: Zweiachsiger Elastizitätsmodul des Substrats (Pa); (100) Silizium ergibt 1,805E11 Pa

h: Substratdicke (m)

t: Filmdicke (m)

R: Krümmungsradius des Substrats (m); 1/R = 1/R2 – 1/R1 (R1: Vorderer Krümmungsradius; R2: Hinterer Krümmungsradius)

S: Durchschnittliche Filmspannung (Pa)

Systemdetails
Die Flexus-S-Dünnschichtmesssysteme von Toho Technology ermöglichen Spannungsmessungen im Temperaturbereich von -65 °C bis 500 °C. Während des Beschichtungsvorgangs auftretende Spannungen führen zu Hohlräumen und Rissbildung - die häufigsten Ursachen für einen Ausfall von Elektronik-Bauteilen. Bei der patentierten "Dual-Wavelength"-Technologie von KLA-Tencor wird ein Laserstrahl auf einer Achse oberhalb der Probe bewegt. Der reflektierte Strahl trifft auf eine positionsempfindliche Photodiode. Der Krümmungsradius des Wafer entlang der Achse vor und nach der Abscheidung der Schicht wird durch eine Messung eines Linienscans bestimmt. Auf der Grundlage der Stoney-Gleichung wird dann die Schichtspannung des Wafers berechnet. Durch mehrere Scans entlang verschiedener Achsen kann ein 3D-Abbild der Spannungsverteilung oder Krümmung des Wafer erstellt werden.

Die neuen FLX-R-Systeme sind eine kostengünstige Alternative für Anwendungen, bei denen Temperaturmessungen nicht relevant sind. Neben den Standard-Funktionen verfügen die Systeme über einen automatisierten Drehtisch, der die Probe um einen benutzerspezifisch vorgegebenen Winkel rotiert und mehrere Scans durchführt. Eine 3D-Mapping-Software stellt die dreidimensionale Verteilung der Schichtspannung und der Probendurchbiegung dar.

Die Flexus-Spannungsmesssysteme stehen in zwei Versionen zur Verfügung: Das FLX-2320 für Probengrößen von 25 mm – 200 mm und das FLX-3300 für Probengrößen bis 300 mm.

Spezifikationen

Maximaler Scan Durchmesser/Probengröße

50-200 mm für die FLX-2320 Serie (1 inch auf Anfrage)
200-300 mm für die FLX-3300 Serie

Leistungsmerkmale

Messbereich: 1 bis 4000 MPa1 (3500 MPa für das FLX 3300)
Wiederholbarkeit: 1.3 MPa
Genauigkeit: Weniger als 2.5% or 1 MPa je nachdem, welcher Wert größer ist
Minimaler Radius: 2 m
Maximaler Radius: 33 km

Messtemperaturen (für FLX-2320-S und FLX-3300-T)

Temperaturbereich: -65°C bis 500°C
Schutzgas: Stickstoff oder Argon
Gasflussrate: 1,5L/min, 0.3 kg/cm²
Kühloption: mit flüssigem Stickstoff
Heizraten bis 500°C: 25°C/Minute
Abkühlrate: 500°C bis 100°C in 1 Stunde, 30 Minuten mit LN²
Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten/biaxialen Moduls dünner Schichten