СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧИСТОТЫ ПОВЕРХНОСТИ ПОДЛОЖЕК
METHOD TO MEASURE PURITY OF SUBSTRATE SURFACES

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в микроэлектронике при производстве интегральных микросхем на активных и пассивных подложках и в дифракционной оптике при производстве дифракционных микропрофилей.
Известен способ (А.С. №1260752, МПК G01N 13/02, опубл. 30.09.1986) определения чистоты поверхности подложки путем измерения величины краевого угла смачивания каплей жидкости, помещенной на плоскую подложку.
Однако такой способ определения чистоты поверхности очень трудоемкий, т.к. процесс растекания практически не прекращается в процессе измерения величины краевого угла. Кроме этого длительное взаимодействие жидкости с поверхностью подложки приводит к растворению в ее объеме чужеродных атомов, адсорбированных поверхностью подложки. Последнее изменяет свойство жидкости, а следовательно, и механизм растекания, изменяя этим величину краевого угла, т.е. увеличивает погрешность его измерения.
Известен способ (А.С. №1784868, МПК G01N 13/02, опубл. 30.12.1992) определения чистоты поверхности подложки по величине скорости растекания капли жидкости по поверхности плоской подложки.
Однако такой способ определения чистоты поверхности приводит к необратимому изменению свойств ее поверхности продуктами жидкости, т.е. приводит поверхность подложки в негодное состояние. Для устранения загрязнений, обусловленных водой, необходимо использовать после выполнения процесса измерения чистоты поверхности подложек жидкости особой чистоты. Выполнение этого требования значительно усложняет и удорожает процесс измерения.
Известен способ (Патент №2380684, МПК G01N 13/02, G01N 21/88, опубл. 27.01.2010) измерения чистоты поверхности подложек по параметрам растекания капли жидкости, нанесенной на расположенную под углом к горизонту подложку.
Однако такой способ определения чистоты поверхности также приводит к необратимому изменению свойств ее поверхности продуктами жидкости, т.е. приводит поверхность подложки в негодное состояние. Для устранения загрязнений обусловленных водой необходимо использовать после выполнения процесса измерения чистоты поверхности подложек жидкости особой чистоты. Выполнение этого требования значительно усложняет и удорожает процесс измерения.
Известен способ (А.С. №1821688, МПК G01N 13/02, 15.06.1993) определения чистоты поверхности подложек по величине скорости скольжения подложки-зонда (контртела) по поверхности исследуемой подложки.
Такой способ определения чистоты поверхности обладает высокой скоростью скольжения по всей поверхности подложки, что приводит к микронарушениям поверхности, которые ухудшают ее свойства и делают непригодной при использовании в микро- и наноэлектронике.
Наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому, является способ (Патент №2307339, МПК G01N 19/08, 20.12.2006) измерения чистоты поверхности подложек по величине угла наклона поверхности исследуемой подложки относительно горизонтальной плоскости, при котором происходит скольжение подложки-зонда (контртела) по поверхности исследуемой подложки, при этом исследуемую подложку размещают относительно другой, идентичной исследуемой, под углом 5-10° между их плоскостями с касанием в точке. При увеличении угла между исследуемой подложкой и горизонтом под действием силы тяжести происходит сдвиг подложки-зонда (контртела) и по величине этого угла судят о чистоте поверхности подложки.
Недостатком данного способа является наличие механических разрушений на поверхности, что значительно снижает точность процесса измерения и затрудняет использование исследуемой подложки в технологическом процессе после операции измерения чистоты поверхности.
Расположение подложек относительно друг друга становится чрезвычайно важным при формировании точечного контакта между ними, т.к. поворот подложки-зонда относительно исследуемой подложки на угол 0-90° и установление ее на исследуемую подложку под острым углом приводит к образованию режущей кромки, срезающей микровыступы рельефа исследуемой поверхности.
В основу изобретения поставлена задача устранения механического разрушения поверхности и увеличения точности процесса измерения.
Данная задача решается за счет того, что в способе измерения чистоты поверхности подложки, заключающийся в том, что производят сдвиг подложки-зонда по поверхности исследуемой подложки, которые расположены в подложкодержателях под углом друг к другу, сдвиг подложки-зонда осуществляют путем увеличения угла между исследуемой поверхностью и плоскостью горизонта, по углу, при котором происходит сдвиг подложки-зонда, судят о чистоте поверхности подложки, согласно изобретению, угол между подложками создают в сторону движения, т.е. скольжение подложки-зонда происходит в положении, при котором она наклонена относительно исследуемой подложки в сторону противоположную направлению движения, при этом в процессе скольжения подложки-зонда выполняют неравенство γ≤±16°, где γ - угол между биссектрисой угла при вершине контактирующей грани подложки-зонда и траекторией скольжения.
На фиг.1 представлена схема расположения подложек, формирующая точечный контакт между поверхностями; на фиг.2 - след скольжения; на фиг.3 - схема расположения подложек, позволяющая полностью устранить механические разрушения поверхности; на фиг.4 - схема отклонения положения подложки-зонда от траектории движения; фиг.5 и фиг.6 - изображение следа скольжения и его профилограмма, полученные на сканирующем - зондовом микроскопе.
На фиг.3 приведена схема расположения подложек, позволяющая полностью устранить механические разрушения поверхности: подложкодержатель 1, в котором жестко крепится исследуемая подложка 2, подложка-зонд 3, с поверхностью идентичной поверхности подложки 2, также жестко крепится к подложкодержателю 4. Рычаг 5 одним концом крепится к подложкодержателю 4, а другим - к механизму, обеспечивающему установление рабочей точки 6 в исходное состояние на исследуемой поверхности подложки и обеспечивающему скольжение под действием силы тяжести рабочей точки 6 подложки-зонда по заданной траектории на исследуемой поверхности подложки 2, при условии, что сила тяжести, определяемая углом наклона поверхности исследуемой подложки относительно горизонтальной плоскости, превысит силу трения покоя.
При таком расположении подложек возможно отклонение биссектрисы угла при вершине контактирующей грани подложки-зонда (контртела) от траектории скольжения на угол γ (фиг.4). Для определения диапазона допустимого отклонения, при котором отсутствуют разрушения, угол γ увеличивался с шагом 1° до появления следа скольжения. Изображение поверхности в месте скольжения и ее профилограмма при γ=17°, полученные на силовом - зондовом микроскопе, приведены на фиг.5 и фиг.6. На фиг.6 видно, что высота профиля следа скольжения при данном угле соизмерима с высотой шероховатости поверхности, следовательно, γ=17° является порогом начала разрушений.
Способ осуществляется следующим образом.
Подложку-зонд (контртело) 3 наклоняют в сторону, противоположную направлению скольжения, на острый угол и располагают на исследуемой подложке 2, причем угол между биссектрисой угла при вершине контактирующей грани подложки-зонда (контртела) и траекторией скольжения должен лежать в диапазоне 0°≤γ≤6°.
При увеличении угла между исследуемой подложкой и горизонтом под действием силы тяжести происходит скольжение подложки-зонда (контртела) и по величине этого угла судят о чистоте поверхности подложки.