Параметры, характеризующие форму (shape) пластины в свободном состоянии

Геометрическая форма пластины в свободном (не прижатом) состоянии (shape) описывается двумя разными способами:

· при помощи параметра, характеризующего расположение точек срединной поверхности пластины относительно выбранной базовой плоскости;

· при помощи параметра, характеризующего расположение точек рабочей поверхности пластины относительно выбранной базовой плоскости.

Для определения параметров, характеризующих форму пластины в свободном состоянии, используют общие базовые плоскости L и 3.

Пластина может иметь форму выпуклости, вогнутости или чередующихся выпуклых и вогнутых участков. Для характеризации формы пластины используют следующие параметры [7]:

Срединная поверхность пластины (median surface) – совокупность (местоположение) точек, равноудаленных от рабочей и нерабочей поверхностей пластины в направлении, нормальном базовой плоскости.

Коробление (warp) – разность максимального и минимального расстояний срединной поверхности свободной не прижатой пластины от базовой плоскости (рисунок 2.41).

Параметр Sori – разность между максимальным положительным и максимальным отрицательным отклонением рабочей поверхности пластины от базовой плоскости, которая создана по методу наименьших квадратов по отношению к рабочей поверхности пластины (рисунок 2.41). Данный параметр используется производителями пластин крайне редко.

Прогиб (bow) – отклонение центральной точки срединной поверхности находящейся в свободном состоянии пластины от базовой точечной плоскости по отношению к срединной поверхности пластины (три точки равномерно распределены по окружности с диаметром на определенную величину меньше, чем номинальный диаметр пластины) (рисунок 2.42).

Базовая плоскость

Коробление

Рабочая поверхность

Базовая плоскость по методу наименьших квадратов

Базовая плоскость по методу наименьших квадратов

Срединная поверхность

Рисунок 2.41. Геометрическая интерпретация коробления и параметра Sori [26]

На практике при оценке формы пластины производители используют, как правило, параметр коробление (warp), в меньшей мере прогиб (bow). Некоторые производители не видят разницы между параметрами коробление (warp) и прогиб (bow).

Для оценки направления прогиба пластины используют понятие «стрела прогиба». Если пластина имеет форму выпуклости, то тогда «стрела прогиба» имеет знак «+», если вогнутости – «-». Обычно, «стрелу прогиба» определяют контактным методом (измерения проводят с двух сторон).

Рисунок 2.42 – Геометрическая интерпретация прогиба [26]

Рисунок 2.43. Дерево решений по форме пластины
– классификация параметров формы пластины [24]

Классификация параметров формы пластины в свободном (не прижатом) состоянии в соответствии с Древом формы (Four Branches of the Shape Decision Tree, см. ниже), приведена на рисунке 2.41.

2.6.4 Контроль, параметров, характеризующих геометрию пластин кремния монокристаллического

Диаметр пластин контролируют штангенциркулем, длину базового и дополнительного среза – при помощи металлической линейки.

Ориентацию поверхности и расположения базовой метки (базового среза, лунки) контролируют рентгеновским дифрактометрическим методом (наприме, при помощи дифрактомера рентгеновского УОМ-1 121.00.00.000, Россия).

В производстве пластин для контроля толщины пластины и определения припусков на обработку на операциях, связанных с удалением кремния механическим или химическим путем используется контактный метод измерения с помощью индикатора-микрометра. Данный метод оперативный, не требует дополнительной отмывки пластин перед контролем, хотя и является менее точным по сравнению с емкостным методом.

Контроль геометрических параметров: толщины, клина, прогиба (коробления) пластин после всех операций изготовления пластин проводят бесконтактным методом, который основан на изменении емкости двух конденсаторов, образованных двумя датчиками и соответствующими поверхностями измеряемой пластины. Принцип действия емкостной измерительной системы показан на рис. 2.44.

Рисунок 2.44. Принцип действия емкостной измерительной системы [26]

Пара емкостных датчиков (А и В) неподвижно зафиксирована на калиброванном расстоянии Ao друг от друга. Пластина расположена в промежутке между двумя датчиками в плоскости, перпендикулярной к оси датчиков. Изменение емкости обратно пропорционально изменению расстояния между сенсорными поверхностями верхнего и нижнего датчиков и поверхностью пластины, что приводит к изменению тока сигнала от датчиков. По мере сканирования пластины по заданной траектории происходит измерение значений емкостей, которые передаются в блок управления установоки. По измеренным значениям емкости с помощью калибровочной функции определяется значение расстояний от верхнего датчика Мо и от нижнего датчика Mu до пластины..

Толщина (Т) в измеряемой точке пластины математически вычисляется по формуле:

Т = A – (Мо + Mu), (2-4)

Если значения толщины пластины, изменение толщины (клин) являются косвенными измерениями расстояния между емкостными датчиками и самой пластиной, то значения прогиба (коробления) получают путем математического моделирования с использованием полученных значений толщины пластины. После проведения математической обработки на экран установки контроля геометрических параметров выводятся числовые значения геометрических параметров.

Установки контроля геометрических параметров могут работать как в ручном, так и автоматическом режиме, количество емкостных датчиков от 1 до 44 парных датчика. В случае использования одной пары датчиков меняют положение пластины относительно датчиков, при использовании множества датчиков пластина находится в зафиксированном положении.

Для измерения толщины, клина и прогиба используется установка российского производства ЩЦМ3.445.007. Широкое применение нашли установки контроля толщины, клина, прогиба МХ203-6-33, МХ204-8-37 и др. фирмы E+H Metrology GmbH, Германия [72]. Точность измерений толщины для установок МХ203-6-33, МХ204-8-37 ± 0,5-0,6 мкм. Эта же фирма выпускает автоматизированное оборудование для контроля толщины пластины, типа проводимости, удельного сопротивления с одновременной сортировкой пластин по значениям параметров (рис. 2.45), например MX 202-8-RG-4 (с подачей пластин при помощи приводных ремней) или роботизированные системы MX 204-8-21-V-RA-1C или MX 2012-6012-DRAT-15C [68]. Фирма E+H Metrology GmbH первая в мире выпустила установку для контроля толщины, коробления и прогиба пластин диаметром 450 мм - MX 2018 [73]. Кроме того она выпускает оборудование серии МХ 70х для контроля толщины и профиля поверхности пластин после резки [74].

Кроме толщины, клина, прогиба проводят также более точный контроль параметров, характеризующих отклонения от плоскостности пластин. Для этого используют бесконтактные методы контроля: емкостной или оптический.

Широкое применение нашла установка для контроля отклонения от плоскостности UltraGage 9500 фирмы ADE (в настоящее время KLA) [75]. Установка является универсальным многоцелевым (многофункциональным) инструментом, который измеряет толщину, форму и плоскостность пластин и идеально характеризует изготовленную пластину. Перед измерением пластина помещается на вакуумный столик небольшой площади, центрируется и ориентируется. Сканирование осуществляется парой противоположно расположенных измерительных датчиков: при измерении внешней зоны пластина вращается между датчиками, при измерении центральной зоны совершает возвратно-поступательное перемещение. Для контроля выбирается базовая плоскость, относительно которой будут производиться измерения.

Концерн «Планар» (Республика Беларусь) выпускает установку контроля отклонений от плоскостности ЭМ-6319, использующую оптический метод контроля [76]. Установка предназначена для измерения интерферометрическим методом отклонений от плоскости рабочей поверхности полированных пластин, которые находятся в выпрямленном состоянии.

Установка MX 2012-6012-DRAT-15C (с роботизированной подачей пластин и 15 станциями для кассет)

Установка MX 202-8-RG-4 (с подачей пластин при помощи приводных ремней)

Рисунок 2.45. Автоматизированные системы контроля геометрических параметров пластин фирмы E+H Metrology GmbH [68]

2.6.5 Контроль, параметров, характеризующих внешний вид пластин кремния монокристаллического

Качество рабочей и нерабочей стороны проводят в «чистых» помещениях, отвечающих условиям чистого помещения в электронной промышленности. Перед проведением контроля пластин проверяют запыленность, температуру, относительную влажность воздушной среды на рабочем месте.

Контроль внешнего вида основан на эффекте рассеяния света при визуальном контроле поверхности пластины.

Различают следующие виды освещенности:

· оптимальное окружающее освещение – освещение в помещении с освещенностью от 50 до 650 лк, где проводятся измерения (освещение люминесцентными лампами, дневное освещение и т.д.);

· диффузное освещение – освещенность рассеянным светом при контроле внешнего вида пластин, который может проводиться в боксе. Источник диффузного освещения – люминесцентные лампы, которые дают на рабочем месте освещение от 430 до 650 лк, и находятся на расстоянии от 400 до 500 мм;

· освещение источником света высокой интенсивности – источник освещения кварцевая галогенная лампа (или лампа накаливания) с интенсивностью коллимированного пучка более 200 кЛк – должен создавать на рабочем месте освещенность не менее 16 клк.

Контроль уровня освещенности проводится специальными приборами: люксметрами.

Внешний вид контролируют в несколько этапов:

· контроль рабочей и нерабочей стороны под источником света высокой интенсивности при минимальном окружающем освещении. На поверхности пластин не должно быть: трещин, микротрещин, сколов, макроцарапин (царапин), следов резки, загрязнений, дополнительно на рабочей стороне не должно быть микроцарапин (рисок);

· контроль рабочей стороны на наличие матовости под источником света высокой интенсивности при минимальном окружающем освещении или полном его отсутствии рабочей стороны. Контроль проводят путем сверки пластины с образцом;

· контроль рабочей стороны под источником диффузного освещения на наличие дефектов, связанных с процессом травления при проведении финишной (химико-механической) полировки. На поверхности пластин не должно быть: канавок, кольцевых подтравов, апельсиновой корки, ямок, бугров, кратеров, впадин, заполированных царапин;

· контроль остаточного нарушенного слоя под источником света высокой интенсивности или под источником диффузного освещения после селективного травления или после высокотемпературного окисления и селективного травления;

· контроль плотности дислокаций проводят под микроскопом при увеличении 200^Х после селективного травлении;

· контроль плотности окислительных дефектов упаковки проводят под микроскопом при увеличении 200^Х после селективного травления;

· контроль плотности окислительных дефектов упаковки проводят после высокотемпературного окисления и селективного травления;

Кроме визуального контроля при проверке качества пластин используется инструментальный контроль, который основан на эффекте рассеяния света. Инструментальным контролем измеряется матовость и количество частиц (светорассеивающих дефектов). Для контроля используются установки: лазерный анализатор поверхности «Рефлекс 532 (Россия) [], установки сканирования типа «Surfscan» (США) [].

Поверхность исследуемой пластины освещается лучом света. Этот луч отражается от поверхности, но небольшая его часть поглощается и рассеивается поверхностью и дефектами на ней. Рассеянная компонента света собирается оптической системой, а отраженная и поглощенная компоненты исключаются из рассмотрения. На рисунке 2.47 показана карта частиц, рисок и пятен на поверхности пластины при измерении на установках «Рефлекс» или «Surfscan». На экране показано расположение частиц. Частицы отображаются в виде одиночных точек, риски отображены в виде протяженных дефектов.

Рисунок 2.46 – Карта частиц

Литература к главе 2

1. Курносов А. И., Юдин В. В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, Москва, Высшая школа, 1986, с.368.

2. Технология СБИС, под. ред С.Зи, М.: Мир, 1986, т.1,. с.74-120.

3. Телеш Е.В. Конспект лекций по дисциплине «Специальное технологическое оснащение», Минск, БГУИР, 2007, с. 202.

4. Никифорова-Денисова С.Н. Механическая и химическая обработка. технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники, книга 4, Москва, Высшая школа, 1989, с.95.

5. Баранов В.В. Конспект лекций по дисциплине «Системное проектирование больших и сверхбольших интегральных схем», Основные теоретические положения, Минск, БГУИР, 2007, с. 106.

6. Презентационные материалы фирмы МЕМС, Италия.

7. Стандарт SEMI M59-0307, Terminology of Silicon Technology, 2007.

8. Техническая энциклопедия / Гл. ред. Мартенс Л.К.- Москва: Электронные и традиционные Словари.- 2005.

9. Ресурсы удаленного доступа: Технологические процессы полупроводникового производства процессоров. Получение монокристалла и полупроводниковых подложек. Режим доступа: http://people.overclockers.ru/RussOver/record1 Дата доступа: 11.11.2011.

10. ГОСТ 28818-90 Материалы шлифовальные из электрокорунда. Технические условия.

11. ГОСТ 26327-84 Материалы шлифовальные из карбида кремния. Технические условия.

12. ГОСТ 3647-80. Материалы шлифовальные классификация. Зернистость и зерновой состав. Методы контроля. Технические условия.

13. ГОСТ Р 52381-2005 Материалы абразивные. Зернистость и зерновой состав шлифовальных порошков. Контроль зернового состава. Национальный стандарт РФ.

14. FEPA Standard 42D FEPA 42-GB-1984 R1993, FEPA standard for bonded abrasive grains of fused aluminium oxide and silicon carbide:

15. ГОСТ 9206-80 Порошки алмазные. Технические условия.

16. ГОСТ 26004-83 Круги алмазные отрезные с внутренней режущей кромкой. Технические условия.

17. ГОСТ 2456-82 Бруски шлифовальные Технические условия

18. ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Межгосударственный стандарт.

19. Борисенко В.Е., Воробьева А.И., Наноэлектронка: Учебное пособие для студентов спец. «Микроэлектроника» в 3-х ч., Ч.2.- Мн.:БГУИР, 2003.- 76С.

20. Quate C.F., The AFM as a tool for surface imaging // Surf.Sci.- 1994.- №299/300.- p.980-995.

21. Tilli M., Silicon Wafers: Preparation and Properties, Chapter 5 in Handbook of Silicon Based MEMS Materials and Technologies.- Elsevier Inc., Burlington - 2010.- pp.70-88.

22. Стандарт SEMI MF950 – 1106, Test method for measuring the depth of crystal damage of a mechanically worked silicon wafer surface by angle polishing and defect etching, 2006.

23. Cylindrical Grinding Machine - Outside diameter grinding machine CSN series // Проспект фирмы TOKYO SEIKI KOSAKUSHO CO., LTD.- 2010.

24. Стандарт SEMI M1–0307, Specification for polished monocrystalline silicon wafers, 2007.

25. ТУ РБ 200181967.026-2002 Пластины монокристаллического кремния диаметром 60, 76, 100, 150 мм. Технические условия.

26. ТУ BY 100386629.151-2010 Пластины монокристаллического кремния диаметром 100, 150, 200 мм для субмикронных технологий. Технические условия.

27. INTEGRATED X RAY TECHNOLOGY SOLUTIONS DEDICATED FOR SINGLE CRYSTAL INDUSTRIES // Проспект фирмы Delta Technologies Int'l.- 2010.

28. X-Ray Diffraction Systems for Single Crystal Orientation and Quality Assurance // Проспект фирмы Rigaku CO., LTD.- 2011.

29. Станок резки «Алмаз 6»

30. Ts200

31. Станок струнной резки Е500Е-8 // проспект фирмы HCT Shaping System SA (HCT), Швейцария, 2005.

32. Down Cut Multi Wire Saw – Model // Проспект фирмы Takatori Corporation.- 2002.

33. Highest Yield in the shortest time - DS 265 Wire Saw // Проспект фирмы Meyer und Burger AG.- 2009.

34. Wafers with the highest surface quality - DS 261 Wire Saw // Проспект фирмы Meyer und Burger AG.- 2012.

35. KUKA AWSM 3800.6 ADVANCED WIRE SAW MACHINE // Проспект фирмы KUKA Systems.- 2007

36. KUKA AWSM 4800.2 ADVANCED WIRE SAW MACHINE // Проспект фирмы KUKA Systems.- 2010

37. Стандарт SEMI M12–0706, Specification for serial alphanumerical marking of the front surface of wafers, 2006.

38. Стандарт SEMI M13–0706, Specification for alphanumerical marking of the silicon wafers, 2006.

39. MEP – 2500, 4600, 580 Edge Grinder/Edge Polisher // http://accretechusa.com/semicon/edgeGrind.html.

40. EP 3800 SF Edge Grinder // проспект фирмы STC, 1997.

41. Ncompass 200mm Edge Profiler // проспект фирмы Strasbaugh.

42. Edge Grinders // проспект фирмы Gigamat Technologies, 2012.

43. Ultra Edge – 200, 300 - Edge Grinding Machine // http://www.accretech.jp/english/semicon/product/c/wafer_ms.

44. Стандарт SEMI MF928–0305, Test methods for edge contour of circular semiconductor wafers and rigid disk substrates, 2005.

45. Model 102C Edge Profile Comparator // проспект фирмы H&L Instruments, 1997.

46. The VisEdge CV300R and CV300R-EP wafer edge inspection and metrology systems // проспект фирмы KLA, 2010.

47. Станок двусторонней шлифовки DSM-20B-5L-II // проспект фирмы Peter Wolters, USA, 2005.

48. Diamond Suspensions and Pastes // проспект фирмы PACE Technologies, 2011.

49. Станок полировки SpeedFam PW50Spaw-III «1500 SSP» // проспект фирмы Peter Wolters, USA, 2005.

50. Bonara A.C., Flex-Mount Polishing of Silicon Wafers // Solid State Technology, 1977.- p.55.

51. Precision in Processing // проспект фирмы Peter Wolters, 2010.

52. Polishers // проспект фирмы Gigamat Technologies, 2012/

53. Alumina Polishing Abrasives // проспект фирмы PACE Technologies, 2011.

54. Precision Alumina Abrasives // проспект фирмы PACE Technologies, 2011.

55. Politex http://www.metallographic.com/Technical/Wafer%20Polishing%20Pads.htm

56. Polishing Pad Selection Guide // проспект фирмы PACE Technologies, 2011.

57. Polishing pad business // проспект фирмы FUJIBO Holdings, Inc (Fujibo Ehime Co., Ltd), 2010

58. Suba™ Products // проспект фирмы Rohm and Haas Electronic Materials, 2005.

59. Полирующий материал Ciegal // проспект фирмы CHIYODA, Япония, 2012.

60. Василевич В.П., Кисель А.М., Медведева А.Б. и др. Химическая обработка в технологии ИМС, Полоцк, Полоцкий государственный университет, 2001, с.259

61. Кнунянц И. Л. и др. // Химическая энциклопедия, т.2.- Москва:Советская энциклопедия.- 1990.- с.671.

62. Батавин В.С., Концевой Ю.А., Федорович Ю.В., Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур.- М.:Радио и связь.- 1985.- 264С.

63. Емельянов В.А., Турцевич А.С., Наливайко О.Ю, Эпитаксиальные слои кремния и германия для интегральных микросхем.- Минск:Интегралполиграф, 2008.- 287С.

64. KLA-Tencor OmniMap RS75 – Product overview // проспект M-SM-2311 фирмы KLA, 01/1999.

65. MX 60x Contactless Wafer Gauge for Resistivity, Thickness and P/N // Проспект фирмы E+H Metrology GmbH.- 2010.

66. 1500 Family Contactless Bulk Resistivity/Sheet Resistance Measurement and Mapping Systems // проспект фирмы Lehighton Electronics, Inc, 08/2004.

67. Стандарт SEMI MF42–1105, Test methods for conductivity type of extrinsic semiconducting materials, 2005.

68. EH Basic Tool Types // Проспект фирмы E+H Metrology GmbH.- 2012.

69. ИК Фурье спектрометр ФСМ-1201 // проспект фирмы ООО «Мониторинг», 2002.

70. FTIR Product Overview // проспект фирмы Accent, 06/2003.

71. Стандарт SEMI MF1188–1105, Test methods for interstitial oxygen content of silicon by infrared adsorption with short baseline, 2005.

72. MX 20x series Contactless Wafer Geometry Gauge // Проспект фирмы E+H Metrology GmbH.- 2010.

73. MX 2018: 450mm Bow, Warp, Thickness contactless metrology tool // Проспект фирмы E+H Metrology GmbH.- 2012.

74. MX 70x High Resolution Thickness and Surface Profiler for as-sawn Wafers // Проспект фирмы E+H Metrology GmbH.- 2010.

75. Установка UltraGage 9500// проспект фирмы ADE, США, 2005.

76. Установка контроля отклонений от плоскостности полупроводниковых пластин ЭМ-6319 // Проспект фирмы НПО «Планар».- 2010.

77. ГОСТ 24462-83 Допуски формы и расположения поверхностей. Основные термины и определения. Межгосударственный стандарт.

78.