close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14195

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.04.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 14195
(13) C1
(19)
G 01B 11/30
G 01N 21/88
H 01L 21/66
СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ, В
ЧАСТНОСТИ, ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПЛАСТИНЫ И/ИЛИ
СТРУКТУРЫ
(21) Номер заявки: a 20090593
(22) 2009.04.21
(43) 2010.12.30
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "ИНТЕГРАЛ" (BY)
(72) Авторы: Емельянов Виктор Андреевич; Емельянов Антон Викторович
(BY)
(73) Патентообладатель: Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ" (BY)
(56) BY 6374 С1, 2004.
RU 94026774 A1, 1996.
SU 1228003 A1, 1986.
SU 144312, 1962.
SU 286327, 1971.
KR 20040007141 A, 2004.
JP 61028846 A, 1986.
JP 6196377 A, 1994.
BY 14195 C1 2011.04.30
(57)
Способ контроля качества поверхности изделия, в частности, полупроводниковой пластины и/или структуры, включающий освещение контролируемой поверхности пучком
света от точечного источника излучения и наблюдение на экране сформированного отраженным светом изображения контролируемой поверхности, отличающийся тем, что контролируемую поверхность изгибают на кольцевой опоре посредством создания
разрежения внутри этой опоры до достижения радиуса кривизны контролируемой поверхности 5-25 м.
Фиг. 1
BY 14195 C1 2011.04.30
Изобретение относится к области электронной техники, в частности к микроэлектронике, и может быть использовано для контроля качества поверхностей полупроводниковых пластин и структур. Изобретение может быть также использовано для контроля
качества поверхностей высокого класса обработки в других областях, например оптике,
машиностроении и др.
Важнейшим показателем качества поверхности полупроводниковых пластин и структур является наличие на ней различных топографических дефектов, т.е. микронеровностей. Существуют способы контроля микронеровностей поверхности на основе
профилометрии и профилографии, основанные на контактном сканировании исследуемой
поверхности иглой, соединенной с датчиком перемещения этой иглы [1]. Изменения микрорельефа поверхности приводят к смещению положения сканирующей иглы, что отражается на самописце. Недостатком указанных способов является низкая информативность, поскольку они позволяют получить не достоверное изображение дефекта, а
лишь его модель, т.к. сканирование осуществляется вдоль одного или нескольких заданных направлений в виде сетки. Изображение дефекта можно представить в виде своеобразной деформации получаемой сетки. Причем сканирование всей поверхности с
небольшим шагом занимает очень много времени и приводит в негодность исследуемую
поверхность вследствие привнесенной дефектности.
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 [2].
Свет от точечного источника падает на контролируемую поверхность, отражается от
нее и попадает на экран. Наличие дефектов поверхности приводит к локальному изменению угла отражения падающего света, что проявляется в изменении интенсивности освещения соответствующих этим дефектам областей светотеневого изображения
контролируемой поверхности на экране. По характеру распределения интенсивности отраженного света судят о наличии тех или иных топографических дефектов.
Спектр дефектов и несовершенств полупроводниковых пластин и структур довольно
широк. Многие дефекты кристаллографической структуры пластин в течение цикла изготовления полупроводниковых приборов влияют на характер технологического воздействия и проявляются в виде микронеровностей поверхности. К таким дефектам относятся
свирл-дефекты, линии скольжения и др. Наличие микронеровностей поверхности, обусловленное присутствием этих дефектов, выявляется с помощью устройства-прототипа.
Однако существует множество несовершенств, оказывающих существенное влияние на
характеристики изготавливаемых приборов, но не выявляемых прототипом в связи с тем,
что они не проявляются в виде микронеровностей поверхности, т.е. являются скрытыми.
Такие дефекты обусловлены неоднородностью свойств материала полупроводниковой
пластины по ее объему и представляют собой, например, области преципитации примесей, повышенных механических напряжений, локальной их анизотропии, неоднородности
кристаллографической структуры, механические повреждения, различия в степени шероховатости обратной стороны пластин и др. Влияние таких дефектов не проявляется на
микрогеометрических характеристиках рабочей поверхности пластин или структур, поэтому они не могут быть обнаружены с помощью прототипа. Обнаружение таких дефектов связано с использованием дополнительных методов анализа, в частности,
рентгеновской топографии, селективного травления и др. Это значительно повышает трудовые и материальные затраты на проведение исследований, а ввиду разрушающего характера воздействия на пластины часто является невозможным.
Таким образом, недостатком прототипа является техническая невозможность контроля скрытых дефектов, наличие которых не связано с изменением микрогеометрических
характеристик контролируемой поверхности.
2
BY 14195 C1 2011.04.30
Задачей заявляемого изобретения является расширение технических возможностей
способа за счет выявления скрытых дефектов.
Поставленная задача решается тем, что в способе контроля качества поверхности изделия, в частности, полупроводниковой пластины и/или структуры, включающем освещение контролируемой поверхности пучком света от точечного источника излучения и
наблюдение на экране сформированного отраженным светом изображения контролируемой поверхности, контролируемую поверхность изгибают на кольцевой опоре посредством создания разрежения внутри этой опоры до достижения радиуса кривизны
контролируемой поверхности 5-25 м.
Сущность заявляемого способа заключается в обеспечении взаимодействия скрытых
дефектов с полями упругих напряжений, возникающих в контролируемой пластине или
структуре под воздействием разницы давлений на кольцевой опоре.
Идеальная изотропная пластина, не содержащая скрытых дефектов, под воздействием
разницы давлений на кольцевой опоре изгибается по сферической поверхности. Изгиб
идеальной анизотропной пластины зависит от азимутального распределения модуля Юнга. Так, например, кремниевая пластина с кристаллографической ориентацией поверхности в плоскости (001) изгибается в виде правильной четырехполюсной розетки. Наличие
скрытых дефектов приводит к локальному изменению направления действия механических напряжений в пластине и отклонению формы изгиба от правильной поверхности.
Фактическая форма изгиба контролируемой поверхности определяется на основании регистрируемой на экране устройства светотеневой картины, которая позволяет судить о
наличии тех или иных скрытых дефектов.
Разрежение внутри кольцевой опоры, обеспечивающее прогиб пластин под действием
атмосферного давления до достижения радиуса кривизны 5-25 м, необходимо для создания условий для взаимодействия полей упругих напряжений со скрытыми дефектами и
получения светотеневой картины результата такого взаимодействия.
Изгиб пластин до получения радиуса кривизны более 25 м не позволяет получить достаточно контрастную светотеневую картину взаимодействия дефектов с полями напряжений. Изгиб пластин до получения радиуса кривизны менее 5 м опасен возможностью
растрескивания пластин в процессе осуществления контроля. Кроме того, значительное
уменьшение радиуса кривизны пластины в целом сопровождается также соответствующим уменьшением радиуса кривизны наблюдаемых топографических дефектов. В ряде
случаев это приводит к фокусировке их изображения (изображение дефектного участка
поверхности превращается в точку) в области между экраном и держателем образцов, что
значительно затрудняет идентификацию этих дефектов.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема осуществления контроля, а на фиг. 2-6 приведены светотеневые изображения поверхностей
полупроводниковых пластин и структур, полученные с помощью прототипа (а) и заявляемого способа (б).
Свет от точечного источника оптического излучения 1 направляют на контролируемую пластину 2, расположенную на кольцевой опоре 3, внутри которой создается разрежение за счет подключения к вакуумной магистрали или насосу откачки. Под действием
разницы давлений, с рабочей стороны пластины - атмосферного P1, а с обратной стороны давления разрежения P2 внутри опоры, пластина прогибается. Первоначальное положение
пластины указано пунктирной линией. Величину прогиба регулируют выбором величины
разрежения, которая зависит от толщины пластин. Отраженный контролируемой поверхностью свет направляют на экран 4. На нем возникает светотеневая картина 5, отражающая наличие как типовых топографических дефектов, выявляемых с помощью прототипа,
так и дефектов, влияющих на изменение характера прогиба контролируемой пластины. За
счет этого обеспечивается расширение технических возможностей способа контроля по
видам контролируемых дефектов. Кроме того, изменение величины разрежения в процес3
BY 14195 C1 2011.04.30
се контроля сопровождается соответствующим изменением прогиба пластин, что позволяет более наглядно определить значимость тех или иных дефектов.
Как видно из фиг. 1, заявляемый способ контроля качества поверхностей отличается
от прототипа внесением в контролируемую поверхность равномерных механических
напряжений. Взаимодействие скрытых дефектов контролируемой пластины с полями этих
напряжений приводит к изменению формы изгиба от правильной поверхности. Регистрируемая светотеневая картина позволяет определить степень отклонения формы изгиба от
правильной поверхности и на этом основании оценить наличие скрытых дефектов. Таким
образом, технические возможности заявляемого способа по сравнению с прототипом расширяются.
Контроль качества поверхности с помощью заявляемого способа осуществляли следующим образом.
В качестве точечного источника оптического излучения использовали ксеноновую
лампу сверхвысокого давления ДКсШ-150 с блоком питания, собранным по стандартной
схеме. Диаметр кольцевой опоры выбирали примерно на 5 мм меньше диаметра контролируемых пластин. Разрежение внутри кольцевой опоры создавали путем подключения к
вакуумной магистрали. Величину разрежения и, соответственно, прогиба контролируемых
пластин регулировали с помощью вентиля на вакуумной магистрали. Радиус кривизны
рассчитывали на основании измеренной величины прогиба пластин. Отраженный свет
направляли на белый рассеивающий экран.
Оценку технических возможностей заявляемого способа проводили на основании результатов контроля качества полупроводниковых пластин и структур различного диаметра, содержащих различные топографические дефекты. Для этого светотеневые
изображения поверхностей пластин и структур, полученные с помощью заявляемого способа, сравнивали с изображениями, полученными с помощью прототипа. Характер скрытых дефектов определяли с помощью рентгеновской топографии, селективного травления
и др. и сравнивали с полученными светотеневыми изображениями. Результаты контроля
приведены в таблице. Полученные светотеневые изображения контролируемых пластин
приведены на фиг. 2-6.
№
Выявле- ВыявлеСпособ Радиус
плание тиние
контро- кривизны,
Характер скрытых дефектов Примечание
стиповых скрытых
ля
м
ны
дефектов дефектов
1
Заявля3
Да
Да
Локальная преципитация
Опасность
емый
дефектов и связанное с этим боя пластиискажение изображения
ны
5
Да
Да
Локальная преципитация
дефектов и связанное с этим
15
Да
Да
искажение изображения
25
Да
Да
50
Да
Малый контраст изображения скрытых дефектов
2
Заявля20
Да
Да
Неточное совпадение
Фиг. 2,б
емый
направления скрайберных
дорожек на пластине с кристаллографическими
направлениями
2
ПротоДа
Нет
Фиг. 2,а
тип
3
Заявля20
Да
Да
Неравномерность толщины Фиг. 3,б
емый
пластины (клин) более 10
мкм
4
BY 14195 C1 2011.04.30
3
4
4
5
5
6
6
7
Прототип
Заявляемый
Прототип
Заявляемый
Прототип
Заявляемый
Прототип
Заявляемый
-
Да
Нет
15
Да
Да
-
Да
Нет
15
Да
Да
-
Да
Нет
25
Да
Да
-
Да
Нет
3
-
-
Продолжение таблицы
Фиг. 3,а
Отклонения от правильной Фиг. 4,б
формы изгиба незначительны
Фиг. 4,а
Неравномерность вносимых Фиг. 5,б
формируемой структурой
механических напряжений
Фиг. 5,а
Неравномерная преципита- Фиг. 6,б
ция дефектов по всей пластине
Фиг. 6,а
Бой пластины вследствие высокого прогиба
Из приведенных данных видно, что светотеневые изображения контролируемых поверхностей, полученные с помощью заявляемого способа, во всех случаях заметно отличаются от изображений, полученных с помощью прототипа. При этом искажение
изображения пластины в целом, вызванное ее прогибом, не препятствует наблюдению типовых топографических дефектов, определяемых с помощью прототипа.
Для пластины № 2 искажение изображения обусловлено преимущественно неточным
совпадением направления границ кристаллов и скрайберных дорожек кристаллографическим направлениям <110>. В процессе изгиба пластины азимутальное распределение модуля Юнга требует формирования четырехполюсной розетки. Однако распределение
напряжений, внесенных сформированной структурой, приводит к осевому смещению
формируемого изгиба.
Для пластины № 3 установлено сильное различие в ее толщине (более 10 мкм).
Наиболее тонкая область пластины расположена по середине вдоль диаметра, а две
наиболее толстые - по краям. Это облегчило изгиб пластины под действием разницы давлений по поверхности, приближающейся к цилиндрической.
Для пластины № 4 отклонения от правильной формы изгиба незначительны. С помощью рентгеновской топографии обнаружены лишь напряжения в области фаски пластины
в верхнем ее секторе. Это, вероятно, является причиной формирования в этом секторе в
результате изгиба трех узловых точек (темные точки, соответствующие выпуклостям поверхности), а не двух, как в остальных секторах.
На пластине № 5 ориентации (001) сформированы полупроводниковые структуры
прямоугольной формы. Суммарная ширина скрайберных дорожек в направлении, перпендикулярном базовому срезу, примерно в полтора раза больше их суммарной ширины в
направлении, параллельном ему, что способствует изгибу пластины по цилиндрической
поверхности. Кроме того, в верхнем левом секторе пластины обнаружены области рентгеновского поглощения, соответствующие локальной преципитации примесей. Совокупность данных факторов обусловила наблюдаемую форму изгиба.
На пластине № 6 обнаружены области рентгеновского поглощения, соответствующие
локальной преципитации примесей, неоднородно расположенные по всей площади пластины.
5
BY 14195 C1 2011.04.30
Таким образом, наблюдаемая форма изгиба пластин под действием разницы давлений
обусловлена взаимодействием скрытых дефектов и несовершенств полупроводниковой
пластины с возникающими в ней механическими напряжениями. Получаемые с помощью
заявляемого способа светотеневые картины, отражающие фактическую форму изгиба,
позволяют судить о наличии и характере таких скрытых дефектов, что свидетельствует о
расширении технических возможностей заявляемого способа по сравнению с прототипом.
Оптимальное светотеневое изображение результата взаимодействия дефектов с полями
упругих напряжений формируется при обеспечении прогиба пластин до радиуса их кривизны 5-25 м.
Источники информации:
1. Карбань В.И., Кой П., Рогов В.В., Хофман X. и др. Обработка полупроводниковых
материалов / Под ред. Н.В. Новикова, В. Бертольди. - Киев: Наукова думка, 1982. - 256 с.
2. Патент РБ 6374, МПК H 01L 21/66, 2004 (прототип).
Фиг. 2
Фиг. 3
6
BY 14195 C1 2011.04.30
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
547 Кб
Теги
by14195, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа