Способ измерения загрязненности поверхности подложек микроэлектроники
METHOD FOR MEASURING SURFACE CONTAMINATION OF MICROELECTRONIC SUBSTRATES

Изобретение относится к неразрушающим методам измерения, а именно к области экспресс измерений загрязнённости поверхности подложек микроэлектроники
Способ позволяет провести измерения в экспресс-режиме без использования специализированного оборудования для измерения шероховатостей поверхности.
Известен целый ряд методов (механическая профилометрия; – атомно-силовая и туннельная микроскопия), предназначенных для измерения шероховатости поверхности в нанометровом диапазоне.
Их недостатком является необходимость использования специализированного оборудования, ограничения по размеру поверхности, достаточно большие временные затраты.
Прототипом предлагаемого метода является метод анализа осесимметричной формы капли (в англоязычной литературе ADSA). Метод анализа осесимметричной формы капли устанавливает связь между поверхностным натяжением капли и углом смачиваемой. Существуют приборы реализующие данный метод и предназначенные для измерения угла смачиваемости. Но они не предназначены для измерения шероховатости поверхности.
Технический результат – оперативный производственный контроль чистоты поверхности подложек микроэлектроники за счет анализа формы капли жидкости, нанесенной на поверхность подложки.
Технический результат достигается тем, что способ измерения загрязненности поверхности подложек микроэлектроники, включающий нанесение капли на поверхность подложки, на основе анализа осесимметричной формы капли находят по ее профилю величину угла смачиваемости, согласно изобретения, определяют величину шероховатости контролируемой подложки по следующей зависимости, устанавливающей связь между параметрами капли и величиной  загрязнения подложки:
,
где h - высотой капли на поверхности, мм;
α – углом смачиваемости, град;
l – диаметром капли, мм;
aЗП
aАГП
aАГП
aЗП
– коэффициент является отношением шероховатости загрязненной подложки (R) к шероховатости атомно-гладкой подложки (R), затем из найденной величины шероховатости подложки Rвычитают величину шероховатости атомно-гладкой подложки R, принятой за эталонную, получают величину загрязненности поверхности подложки.
Предлагаемый способ направлен на решение проблемы оперативности неразрушающего контроля чистоты поверхности подложек, используемых в микроэлектронике за счет анализа формы капли жидкости на поверхности подложки с использованием метода анализа осесимметричной формы капли и связи этой формы с чистотой поверхности подложки. Общеизвестно, что форма капли жидкости, формируемой на поверхности зависит от ряда факторов – материала поверхности на которой формируется капля жидкости, ее шероховатости и загрязненности. Поскольку предлагаемая методика разрабатывается в первую очередь для оперативного производственного контроля чистоты поверхности подложек микроэлектроники, то такими факторами, как состав и давление окружающего каплю жидкости воздуха, также влияющими на форму капли мы пренебрегаем, так как в условиях «чистых» комнат современного микроэлектронного производства они варьируются незначительно. Известно, что угол смачиваемости на прямую зависит от границы раздела капля-подложка. В условиях контроля подложек микроэлектроники эта зависимость сводится к влиянию загрязнений и шероховатости подложки на угол смачиваемости. Таким образом воспользовавшись методом анализа осесимметричной формы капли и найдя по профилю капли величину угла смачиваемости можно установить изменение этой величины относительно величины угла смачиваемости капли, нанесенной на эталонную подложку с известной величиной шероховатости и загрязненности, измеренной с максимально возможной точностью, например методами атомно-силовой микроскопии. Далее по зависимости [1] определяется шероховатость контролируемой подложки:
(1)
где h - высотой капли на поверхности, мм;
α – углом смачиваемости, град;
l – диаметром капли, мм;
aЗП
aАГП
– коэффициент является отношением шероховатости загрязненной подложки (R) к   шероховатости атомно-гладкой подложки (R)
aАГП
aЗП
Тогда если из величины шероховатости подложки Rвычесть величину шероховатости атомно-гладкой подложки R, принятой за эталонную, полученная величина будет отражать величину загрязненности поверхности подложки.
aЗП
Для подтверждения работоспособности методики были проведены измерения шероховатости подложек из ситалла, стекла, полированного кремния. За шероховатость атомно-гладких подложек (R) брались значения шероховатостей подложек, полученных атомно-силовым микроскопом Ntegra Prima, после чистки этих подложек при помощи ионного источника. Результаты измерения шероховатостей материалов предложенной методикой сведены в таблицу:
Таблица
Результаты измерения шероховатости и загрязненности подложек
Материал подложки
Шероховатость подложки, измеренная атомно-силовым микроскопом, нм
Шероховатость подложки, измеренная предложенной методикой R<sub>aЗП</sub>, нм
Относительная погрешность, %
Загрязненность подложки R<sub>aЗП-</sub> R<sub>aАГП, </sub>нм
Ситалл с шероховатостью R<sub>aАГП</sub>=7,9 нм
7,9
8,1
2,5
0,2
8,1
8,2
1,2
0,3
8,5
8,4
-1,2
0,5
8,6
8,7
1,1
0,8
Стекло R<sub>aАГП</sub>=6,9 нм
6,9
7,1
2,8
0,2
7,1
7,3
2,7
0,4
7,4
7,6
2,6
0,7
7,7
7,6
-1,3
0,7
8,0
8,2
2,4
1,3
Шлифованный  кремний, R<sub>aАГП</sub>=3,6 нм
3,6
3,7
2,7
0,1
3,7
3,8
2,6
0,2
4,0
4,1
2,4
0,5
4,1
4,1
0,0
0,5
Анализ результатов измерений показал, что погрешность измерения шероховатости подложек предложенным методом не превышает 2,7% относительно измерения шероховатости методом атомно-силовой микроскопии. Таким образом предлагаемый метод позволяет в экспресс-режиме измерять загрязненность подложек микроэлектроники без использования специализированного оборудования.
Список литературы:
1. Киселев, М.Г. Определение краевого угла смачивания на плоских поверхностях / М.Г.Киселев, В.В. Савич,  Т.П. Павич, // Наука и техника. - 2006. - № 1. - С. 38-41.