Dünnschicht-Spannungsmesssysteme FLX Flexus

Von Toho Technology

Die Toho-FLX-Dünnschicht-Spannungsmesssysteme bieten Messfunktionen gemäß des Industriestandards für Anwendungen in der Massenproduktion, sowie auch in der Forschung, bei denen präzise Messungen an unterschiedlichen Schichten und Substraten durchgeführt werden müssen. Die Messsysteme aus der Serie FLX von Toho beinhalten die patentierte "Dual-Wavelength"-Technologie von KLA-Tencor und ermöglichen die genaue Bestimmung und Analyse von Oberflächenspannungen, die durch abgeschiedene Dünnschichten erzeugt werden.

Features
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

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.

Maximaler Scan Durchmesser/Probengröße

  • 50-200 mm für die FLX-2320 Serie (1 inch auf Anfrage)
  • 75-300 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
Dünnschicht-Spannungsmessung

Wenn zwei Werkstoffe mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten miteinander verbunden werden, entstehen im Allgemeinen Spannungen. Schichten, die sich bei hohen Temperaturen sehr ähnlich verhalten, können sich beim Abkühlen sehr unterschiedlich kontrahieren/ausdehnen und dadurch Spannungen in der Schicht hervorrufen. Wenn in einer Schicht Spannungen vorhanden sind, kann dies zu Defekten wie Versetzungen, Hohlräumen und Rissbildung führen. Mit Hilfe des Flexus-Systems können die durch den Abscheidungsvorgang induzierten Spannungen bestimmt und die Beschichtung problemlos je nach Anwendung und Haltbarkeit optimiert werden.

Temperaturwechsel

Häufig ändern sich die Spannungen in Abhängigkeit von der Prüftemperatur. Mit den Systemen aus der Flexus-S-Serie können Temperaturwechsel mit Temperaturanstiegsraten bis 25°C pro Minute bis zu einer Maximaltemperatur von 500°C durchgeführt werden. Durch den Einsatz von Argon oder Stickstoff als Schutzgas kann die Oxidation des Probe während der Prüfung auf ein Minimum reduziert werden.

3D-Mapping

Die Flexus-Software ermöglicht die Erstellung von 3D-Maps der Spannung und Durchbiegung der Probe. Mit Hilfe der manuellen oder automatisierten Drehvorrichtung (als Option nur für die Version Flexus-R erhältlich), wird die Probe mehrfach um einen vorgegebenen Winkel gedreht. Die verschiedenen Scans werden von der Software automatisch zu einem 3D-Abbild der Spannungsverteilung und der Probendurchbiegung zusammengefügt.

Messung von Wärmeausdehnungskoeffizient und biaxialem Modul von Dünnschichten

Mit dem Flexus-S-System können sowohl der Wärmeausdehnungskoeffizient als auch das biaxiale Modul einer Dünnschicht bestimmt werden. Zur Bestimmung dieser Werte werden lediglich Temperaturmessungen der gleichen Schicht benötigt, abgeschieden auf unterschiedlichen Substraten mit bekannten Eigenschaften.

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