close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10213

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.02.28
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 10213
(13) C1
(19)
G 01B 11/30
G 01N 21/88
H 01L 21/66
СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ
(21) Номер заявки: a 20051128
(22) 2005.11.23
(43) 2006.04.30
(71) Заявитель: Производственное республиканское унитарное предприятие "Завод полупроводниковых
приборов" (BY)
(72) Авторы: Сенько Сергей Федорович;
Белоус Анатолий Иванович; Плебанович Владимир Иванович (BY)
(73) Патентообладатель: Производственное
республиканское унитарное предприятие "Завод полупроводниковых приборов" (BY)
(56) BY 6374 С1, 2004.
RU 2069353 С1, 1996.
SU 1819068 A1, 1996.
US 5825028 A, 1998.
BY 10213 C1 2008.02.28
(57)
Способ контроля качества поверхности изделия, включающий освещение контролируемой поверхности пучком света от точечного источника излучения и наблюдение на экране сформированного отраженным светом изображения контролируемой поверхности,
отличающийся тем, что на контролируемую поверхность предварительно наносят планаризирующее покрытие толщиной от 0,5 мкм до 5,0 мкм.
Фиг. 2
Изобретение относится к области электронной техники, в частности к микроэлектронике, и может быть использовано для контроля качества поверхностей различных материалов при изготовлении полупроводниковых приборов и другой продукции. Изобретение
может быть также использовано в других областях, например оптике, машиностроении
и др.
BY 10213 C1 2008.02.28
Важнейшим показателем качества поверхности является наличие на ней различных
топографических дефектов, т.е. микронеровностей. В настоящее время оценка качества
поверхностей различных классов обработки проводится главным образом на основании их
оптических свойств. Среди способов контроля качества таких поверхностей важное место
занимает группа рефлектометрических методов. В основу этих методов положен принцип
связи между шероховатостью поверхности и количеством отраженного от нее света - чем
выше шероховатость, тем больше количество рассеянного света и меньше количество зеркально отраженного [1]. Матовые (шероховатые) поверхности, широко используемые в
различных областях науки и техники, характеризуются практически нулевым значением
зеркальной компоненты.
Главным и очень важным недостатком данной группы методов является отсутствие
технической возможности контроля отдельных топографических дефектов контролируемой поверхности. Выходные данные контроля представляют собой некоторую интегральную характеристику, не зависящую от наличия топографических дефектов и позволяющую лишь косвенно оценить качество контролируемой поверхности.
Существуют также методы контроля микронеровностей поверхности, называемые
профилометрией и профилографией, основанные на контактном сканировании исследуемой поверхности иглой, соединенной с датчиком перемещения этой иглы [2]. Изменения
микрорельефа поверхности приводят к смещению положения сканирующей иглы, что отражается на самописце.
При использовании методов профилометрии предполагается, что контролируемая поверхность достаточно однородна по всей площади. Поэтому для оценки ее качества анализируют профиль на небольшой, так называемой базовой, длине. При записи профиля
поверхностей с разными параметрами пользуются различными базовыми длинами. Однако, как правило, эти длины не превышают нескольких миллиметров.
При обработке профиля в качестве линии отсчета принимают так называемую "среднюю линию", которая делит профиль таким образом, что площади фигур по обеим сторонам от этой линии равны между собой. В качестве основного параметра принимают среднее арифметическое отклонение высоты неровностей от средней линии профиля - Ra.
Математически эта величина может быть выражена в виде:
1 N
R a = ∑ zi ,
N i =1
где N - количество измеряемых точек,
zi - отклонение высоты поверхности в точке i от "средней линии".
По полученным значениям Ra все поверхности подразделяются на классы от 1 до 14.
Первому классу соответствуют наиболее грубые поверхности, четырнадцатому - поверхности с минимальным значением Ra.
Требования к качеству поверхностей, используемых в различных областях, в частности в микроэлектронике, не ограничиваются только классом их обработки. В подавляющем большинстве случаев на первый план выступают требования по наличию различных
дефектов, среди которых доминирующими являются топографические. Такие дефекты поверхностей, как правило, имеют относительно большие размеры в плане и малые в высоту. Поэтому при контроле поверхностей методами профилометрии они обычно остаются
незамеченными, т.к. базовые длины при проведении контроля составляют величину менее
размеров самого дефекта. Наличие неоднородностей или дефектов контролируемой поверхности требует ее перекрестного сканирования с относительно малым шагом и большими базовыми длинами, что занимает чрезвычайно много времени и приводит исследуемую поверхность в негодность вследствие ее царапания алмазным щупом устройства,
т.е. фактически контроль становится разрушающим. Кроме того, получаемая о дефектах
информация слишком ограниченная и в большинстве случаев не позволяет судить о причинах их возникновения.
2
BY 10213 C1 2008.02.28
Таким образом, методы профилометрии и профилографии характеризуются относительно невысокими техническими возможностями контроля, поскольку не позволяют получать информацию о дефектах поверхностей.
Наиболее близким к изобретению, его прототипом, является способ контроля качества
поверхности изделий путем наблюдения на экране изображения поверхности, полученного отражением света от контролируемого изделия, освещенного расходящимся пучком
света от точечного источника [3].
Данный способ позволяет легко и быстро проводить контроль качества зеркальных
поверхностей на наличие различных топографических дефектов. Сущность способа заключается в следующем. Свет от точечного источника падает на контролируемую поверхность, отражается от нее и попадает на экран. Наличие дефектов на контролируемой
поверхности приводит к локальному изменению угла отражения падающего света, что
проявляется в изменении интенсивности освещения соответствующих этим дефектам областей светотеневого изображения поверхности на экране. На основе анализа полученного
изображения проводится оценка качества контролируемой поверхности.
Недостатком способа является невозможность контроля шероховатых поверхностей,
широко используемых в различных областях науки и техники. Это связано с тем, что шероховатые поверхности рассеивают свет, доля зеркально отраженного света в отраженном
световом потоке практически равна нулю, а данный способ использует для получения
изображения дефектов только зеркальную компоненту.
Таким образом, прототип характеризуется относительно неширокими техническими
возможностями по типам контролируемых поверхностей.
Задачей заявляемого изобретения является расширение технических возможностей
способа за счет обеспечения контроля шероховатых поверхностей.
Поставленная задача решается тем, что в способе контроля качества поверхности изделия, включающем освещение контролируемой поверхности пучком света от точечного
источника излучения и наблюдение на экране сформированного отраженным светом изображения контролируемой поверхности, на контролируемую поверхность предварительно
наносят планаризирующее покрытие толщиной от 0,5 мкм до 5,0 мкм.
Сущность заявляемого технического решения заключается в выравнивании (планаризации) микронеровностей контролируемой поверхности, что приводит к возникновению
зеркальной составляющей в отраженном световом потоке.
Получить изображение контролируемой поверхности можно только за счет зеркальной компоненты отраженного света. Наличие неровностей контролируемой поверхности
размером более четверти длины волны падающего света приводит к его диффузному рассеянию. Это приводит к невозможности контроля дефектов. При нанесении на шероховатую поверхность планаризирующего покрытия ее микронеровности заполняются материалом покрытия, поверхность при этом сглаживается, и свет от нее отражается уже зеркально.
Размеры топографических дефектов в плане на несколько порядков превышают размеры
микронеровностей, приводящих к рассеянию света. По отношению к ним планаризирующее покрытие является конформным, т.е. воспроизводит их геометрию. В результате
микронеровности (шероховатость) поверхности сглаживаются, а топографические дефекты остаются. Это позволяет наблюдать их на экране при осуществлении способа.
Процессы планаризации поверхности достаточно широко используются в различных
областях техники. В качестве планаризирующих покрытий в подавляющем большинстве
случаев используются материалы органического происхождения. Как правило, это растворы полимеров. Поскольку получаемое покрытие в большинстве случаев является относительно прозрачным, анализ картины дефектности поверхности иногда может быть затруднен вследствие наложения на нее диффузного пятна, получаемого отражением от
границы раздела покрытие - шероховатая поверхность контролируемого изделия. В этом
случае на планаризирующее покрытие может быть дополнительно нанесено отражающее
покрытие, в качестве которого могут выступать различные металлические пленки.
3
BY 10213 C1 2008.02.28
Материал покрытия может быть практически любым. Его выбор основан спецификой
контролируемой поверхности и имеющимися в распоряжении материалами. Единственным требованием к покрытию является наличие его блеска. Так, например, при контроле
поверхностей полупроводниковых пластин удобно использовать пленки фоторезистов и
полиимидов. При контроле изделий машиностроения удобно использовать лакокрасочные
покрытия. В наиболее простых случаях могут быть использованы даже материалы бытовой химии, например лак для волос. Технология нанесения покрытия значения не имеет,
однако предпочтение следует отдать методам, обеспечивающим равномерное и однородное покрытие, например центрифугированию, пульверизации и т.п. Если размер микронеровностей поверхности не превышает 0,5 мкм, то в качестве планаризирующих покрытий
могут быть использованы пленки на основе диоксида кремния, например, оплавленного
фосфоросиликатного стекла. В других случаях могут быть использованы пленки неорганических материалов, полученные из растворных композиций, например, из спиртового
раствора гексаметилдисилоксана.
Покрытие может быть как однослойным, так и многослойным. Многослойные покрытия удобнее использовать для контроля поверхностей относительно невысокого класса
обработки, когда размер неровностей составляет 2 мкм и более. Формирование покрытия
в несколько слоев обеспечивает для таких поверхностей лучшую планаризацию. Материалы разных слоев покрытия также могут быть разными.
Шероховатость поверхностей, используемых в изделиях микроэлектроники, оптики,
точного машиностроения и др. областей науки и техники, где наличие дефектов поверхности является одним из показателей ее качества, соответствует преимущественно 6-14
классам. Поверхности 13-го и 14-го класса шероховатости являются зеркальными. Для
контроля их качества использование заявляемого способа не требуется. Изделия с поверхностями более низкого класса шероховатости (5 и ниже) вряд ли критичны к наличию топографических дефектов. Поверхности же 6 - 12 классов являются матовыми с размером
неровностей от 0,08 до 2,5 мкм. Заявляемый способ обеспечивает контроль их качества.
Выбор толщины планаризирующего покрытия обусловлен его оптическими характеристиками, технологическими особенностями его формирования и размерами микронеровностей контролируемой поверхности. Так, использование толщины покрытия менее
0,5 мкм, например 0,2 мкм, сопряжено, с одной стороны, с чисто технологическими сложностями его формирования. С другой стороны, его толщина не обеспечивает необходимую степень планарности. Как следствие, зеркальная компонента света, отраженного такой поверхностью, слишком слабая для идентификации топографических дефектов.
Использование относительно толстых, например 10 мкм, покрытий нецелесообразно в
связи с тем, что это приводит к повышенному расходу материала покрытия, а также
ухудшению его конформности по отношению к контролируемым дефектам. Кроме того,
при использовании органических пленок при таких толщинах возникают уже дефекты самих покрытий, например, типа "апельсиновой кожуры", которые заметно ухудшают качество получаемого изображения контролируемой поверхности.
Заявляемый способ поясняется фиг. 1 - фиг. 6. На фиг. 1 приведена схема отражения
света шероховатой поверхностью без планаризирующего покрытия, а на фиг. 2 - схема
отражения света шероховатой поверхностью с планаризирующим покрытием, т.е. при использовании заявляемого способа. На фиг. 3 представлена фотография поверхности полупроводниковой кремниевой пластины с шероховатой поверхностью, а на фиг. 4 - ее светотеневое изображение, полученное с помощью способа-прототипа, и на фиг. 5 - ее
светотеневое изображение, полученное с помощью заявляемого способа. На фиг. 6 приведено светотеневое изображение контролируемой поверхности той же пластины при запредельной толщине планаризирующего покрытия.
Как видно из фиг. 1, свет при падении на шероховатую поверхность отражается от нее
во всевозможных направлениях, обусловленных ориентацией микрограней неровностей,
4
BY 10213 C1 2008.02.28
что не позволяет получить светотеневое изображение. Наличие ямки, т.е. топографического дефекта поверхности, при этом не влияет на характеристики отраженного светового
потока. Он является диффузным.
Совершенно иная картина наблюдается при использовании заявляемого способа в соответствии с фиг. 2. Свет падает на контролируемую поверхность и отражается от планаризирующего покрытия. Отраженный световой поток при этом содержит значительную
долю зеркальной компоненты, которая обеспечивает формирование изображения контролируемой поверхности. Наличие на контролируемой поверхности ямки приводит к изменению угла отражения света в этой области, и на экране возникает ее светотеневое изображение за счет фокусировки света.
На первый взгляд, поверхность полупроводниковой кремниевой пластины, приведенная на фиг. 3, является достаточно однородной и не содержит дефектов. Ее светотеневое
изображение, полученное по способу-прототипу и приведенное на фиг. 4, представляет
собой диффузное световое пятно и не позволяет судить о качестве поверхности. Однако
использование заявляемого способа позволило получить ее светотеневое изображение,
представленное на фиг. 5. На этом изображении отчетливо видны следы вибрации режущего диска, приводящие к возникновению волнистости поверхности. Ввиду наличия данных дефектов дальнейшее использование этой пластины для изготовления полупроводниковых приборов может оказаться нецелесообразным. Принятие решения о качестве
пластины на ранних этапах технологического цикла изготовления полупроводниковых
приборов позволяет предупредить возможные потери.
На фиг. 6 представлено изображение контролируемой поверхности при использовании
слишком толстого планаризирующего покрытия (10 мкм), выполненного из полипиромеллитамида. Пленку получали методом центрифугирования из раствора полипиромеллитамидной кислоты в диметилформамиде и последующей термической сушки. Испарение
растворителя в процессе сушки ввиду относительно большой толщины получаемого покрытия затруднено, что привело к короблению его поверхности (дефект "апельсиновая
кожура") и предопределило получаемую светотеневую картину. На ее основании невозможно определить наличие топографических дефектов контролируемой поверхности.
Контроль качества поверхностей при использовании заявляемого способа проводили
следующим образом. В качестве объектов контроля использовали полупроводниковые
пластины кремния диаметром 100 мм и толщиной 0,6 мм на операциях после разделения
слитка на пластины и химического травления. Разделение слитка кремния на пластины
проводили с помощью алмазных кругов с внутренней режущей кромкой, химическую обработку проводили в горячем растворе щелочи. После промывки в воде и последующей
сушки пластины имели однородную матовую поверхность без видимых дефектов. Размер
микронеровностей такой поверхности составляет 0,1-2 мкм. На контролируемые пластины
предварительно наносили различные покрытия. Тип, толщина и способ формирования используемых покрытий указаны в таблице. После проведения контроля покрытия смывались в подходящем растворителе, и пластины передавались на следующую технологическую операцию.
В качестве точечного источника света использовали ксеноновую лампу ДКсШ-150.
Контроль проводили в темной комнате. Свет от лампы направляли на контролируемую
поверхность, а отраженный свет - на белый экран. Полученные изображения классифицировали визуально по их качеству, отражающему возможность контроля дефектов контролируемых поверхностей. Результаты контроля приведены в таблице. Некоторые из полученных изображений представлены на фиг. 4 - фиг. 6.
Светотеневое изображение (иначе - оптическая топограмма) пластины № 1, полученное по способу-прототипу и приведенное на фиг. 4, представляет собой диффузное пятно,
на основании которого невозможно оценить качество контролируемой поверхности хотя
бы как-нибудь. Топограмма, приведенная на фиг. 5, полученная по заявляемому способу,
5
BY 10213 C1 2008.02.28
позволяет однозначно утверждать, что контролируемая поверхность характеризуется волнистостью, вызванной вибрацией режущей кромки диска в процессе резки слитка на пластины. Использование запредельных значений толщины планаризирующего покрытия, как
видно из фиг. 6, не позволяет получить светотеневое изображение необходимого качества.
Из приведенных в таблице данных видно, что в качестве планаризирующих покрытий
может быть использован широкий спектр пленок неорганического и органического характера. Для их формирования могут быть использованы различные методы. Критерием, определяющим качество получаемой светотеневой картины, во всех случаях является толщина используемого покрытия. Использование запредельных ее значений не позволяет
получить светотеневую картину контролируемой поверхности требуемого качества. Использование же непланаризирующих покрытий, например термического оксида кремния,
алюминия и др., не позволяет решить поставленную задачу, поскольку не обеспечивает
формирование зеркальной компоненты в отраженном световом потоке.
Из приведенных данных видно, что использование заявляемого способа в совокупности заявляемых признаков для контроля шероховатых поверхностей позволяет получать
их изображение, на основании которого можно судить о наличии топографических дефектов, их количестве и размерах, т.е. сделать заключение о качестве контролируемой поверхности. Использование же способа-прототипа не позволяет дать такую оценку, поскольку изображение контролируемой поверхности отсутствует.
Номер
пластины
1
Толщина Способ форКачество полученХарактеристика
покрытия, мирования
ного изображения,
покрытия
мкм
покрытия
примечания
Полиимид
0,2
Центрифуги- Планаризирующее Слабое изображерование
ние, дефекты неразличимы
Полиимид
0,5
Центрифуги- Планаризирующее Четкое изображение,
рование
дефекты различимы
(фиг. 5)
Полиимид
2,5
Центрифуги- Планаризирующее Четкое изображение,
рование
дефекты различимы
Полиимид
5,0
Центрифуги- Планаризирующее Четкое изображение,
рование
дефекты различимы
Полиимид
10,0
Центрифуги- Планаризирующее Дефекты изображерование
ния (фиг. 6)
Фоторезист
1,0
Центрифуги- Планаризирующее Четкое изображение,
рование
дефекты различимы
Спиртовой
2,0-3,0
Пульвери- Планаризирующее Четкое изображение,
раствор казация
дефекты различимы
нифоли
Диоксид
0,8
Термическое Непланаризиру- Диффузное рассеякремния
окисление
ющее
ние света, изображение отсутствует
Алюминий
1,1
Вакуумное
Непланаризиру- Диффузное рассеянапыление
ющее
ние света, изображение отсутствует
Без
Диффузное рассеяпокрытия
ние света, изображение отсутствует
(прототип)
(фиг. 4)
Тип
покрытия
6
BY 10213 C1 2008.02.28
Продолжение таблицы
2
3
4
5
Диоксид
кремния
0,5
Полиимид
1,0
Центрифуги- Планаризирующее Четкое изображение,
рование из
дефекты различимы
спиртового
раствора гексаметилдисилоксана с
последующей термообработкой
Центрифуги- Планаризирующее Четкое изображение,
рование
дефекты различимы
Диффузное рассеяние света, изображение отсутствует
Пульвериза- Планаризирующее Четкое изображение,
ция
дефекты различимы
Без
покрытия
(прототип)
Спиртовой
2,0-3,0
раствор канифоли
Без
Диффузное рассеяпокрытия
ние света, изображение отсутствует
(прототип)
Спиртовой
2,0-3,0 Пульвериза- Планаризирующее Четкое изображение,
раствор кация
дефекты различимы
нифоли
Без
Диффузное рассеяпокрытия
ние света, изображение отсутствует
(прототип)
Поли0,5 + 1,0
ЦентриПланаризирующее Четкое изображение,
имид + алюфугировадефекты различимы
миний
ние + вакуум(фиг. 5)
ное
напыление
Без
Диффузное рассеяпокрытия
ние света, изображение отсутствует
(прототип)
Таким образом, технические возможности заявляемого способа по сравнению с прототипом заметно шире, поскольку он позволяет проводить оценку качества не только зеркально полированных поверхностей, но и шероховатых.
Источники информации:
1. Топорец А.С. Оптика шероховатой поверхности. - Л.: Машиностроение. Ленингр.
отд-ние, 1988. - 191 с, ил.
2. Лукъянов B.C., Рудзит Я.А. Параметры шероховатой поверхности. - М.: Издательство стандартов, 1979. - 162 с, ил.
3. Патент РБ 6374, МПК H 01L 21/66, 2004 (прототип).
7
BY 10213 C1 2008.02.28
Фиг. 1
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 943 Кб
Теги
by10213, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа