光电薄膜，MEMS器件，半导体器件中薄膜残余应力检测方案(半导体检测仪)

Confidential 目录Confidential 深圳速普仪器2022.04 1仪器简介 2 测试结果 3公司简介 1仪器简介 薄膜应力作为半导体制程、MEMS微纳加工、光电薄膜镀膜过程中性能测试的必检项，直接影响着薄膜器件的稳定性和可靠性，薄膜应力过大会引起以下问题： 1.膜裂 2.膜剥离 Crack-induced Tensile 3.膜层皱褶 Thin film delamination Thin film deposition Substrate 4.空隙 Buckling Compressive delamination PIC from STI 2020： UItraviolet to Gamma Ray， 114444N 检测应力是品检及改进工艺的有效手段! 1仪器介绍- 产品信息： FST5000 FImStress Testoi 激光器：635/670 nm波长，5mW FST5001 Fllin Stress Tes 样品台：12/8/6寸样品台，最大可测12英寸，向下兼容8、6、44、33、2、1英寸 薄膜应力：11-10000 Mpa 曲率半径：2-20000m FST5000 Film Stress Tesl FST5000 Film Stress Tester 曲率半径/薄膜应力测试重复性1%(20m)2.5%(100m) 特别适合于晶圆类光电薄膜样品的弓高、翘曲、轮廓形貌、、曲率半径测量和薄膜应力计算。 FST5000 Film Stress Tester D 硅光电池'.→ 运动方向 半透镜激光发生器 王 运动方向 H2 CC 试片 D 曲率半径： Pellicle mirror半透镜 Optical detector H1 Sample 试片 Stoney公式计算薄膜应力： 运动方向 2 1 3 4 四象限硅光电池 离线应力仪——业内友商 美国FSM 128 系列 双波长激光技术 FSM 128 Series Global and FSM128薄膜应力及基底翘曲测试设备 在衬底镀上不同的薄膜后，因为两者材质不一样，以及不同的材料不同温度下特性不一样，所以会引起应力。如应力太大会引起薄膜脱落，最终引致组件失效或可靠性不佳的问题。o薄膜应力激光测量仪利用激光测量样本的形貌，透过比较镀膜前后衬底曲率半径的变化，以Stoney’s Equation计算出应力，是品检及改进工艺的有效手段 Specifications： Operating Temperature： Ambient Measurement Technique： Non-Contact Laser Scanning Wafer Size： FSM 128C2C： 150mm to 200mm (Standard) FSM 128C2G-SMIF： Mini-environment Option FSM 128L C2C： 300mm Open Cassette System FSM 128L C2C (SF or DF)： 300mm with Single or Dual FOUP， respectively Scanning Method： High precision Single Scan and Programmable multi- ple diametric scans for 2 D and 3D map profilesAuto Intensity： Automatically adjusts laser intensity according to reflectiv-ity of samplesAuto Switching Dual Lasers： 650nm and 780nmFilm Stress Measurement Range： 1 MPA to 1.4 GPA for a typical Siwafer (provided curvature or bow" height change is atIS以Repeatability： 1% (1 sigma) on a 20m curvature mirror standard²Accuracy： Better than 2.5% based on a 20 m radius curvature mirror²Laser Class： Laser Product Class 1 Data Compatibility： Measurement results or maps are exportable to spreadsheet programs like ExcelTM or to jpeg image files Optional Accessories： Wafer Slot Mappers， Cassette ID Readers， SECS/GEM Communications Computer： CPU： Intel core i5 or later， Ram： 2Gb min. Hard Drive： 1Tb Optical Drive： DVD R/W， USB Port (Min) 4 Ethernet connections： 2 RJ-45 Dimensions & Weight： FSM 128C2C： 38”(W)x45"(D)x75"(H)；850lbs FSM 128L C2C： 41"(W)x57"(D)x75"(H)； 1000lbs FSM 128L C2C (DF)： 58"(w)x68"(D)x75"(H)； 1210lbs Power： 110v/220v； 20A 日本TOHO FLX (美国KLA转让技术) Toho FLX-2320-S Thin Film Stress Measurement Systems offer industrystandard capabilities for mass production and research facilities thatdemand accurate stress measurements on various films and substratesup to 200mm in diameter. Incorporating KLA-Tencor's patented “DualWavelength”technology， Toho FLX Series tools determine and analyzesurface stress caused by deposited thin films. The Toho FLX systems offeroutitsstanding value in a variety of comprehensive Stress MMee：asurementSolutions that utilize advanced measurement principles. Specifications Performance Scan Range Programmable up to 200mm Measurement Range l to 4.000MPal Repeatability 1.3MPa2 Accuracy Less than 2.5% or I MPa (whichever is larger) Minimim Radius 2.0m Maximum Radius 33km Wafer Sizes (mm) 25，50，75，100，150，200mm Minimum Scan Step 0.02mm Compliance Class Illa 670nm / 780nm 4mW lasers compliant with 2ICFR， Chapter I Subchapter Notes： 1725um wafer thickness for 10，000A thin film (Is)：1 x 10 dyne/cm² U.S. Patent No.s 5134303 and 5248889 TOHO FLX2320R FSM128 产品图片 适用样品大小 25，50，75，100，150，200mm 50mm-200mm 最大8英寸，向下兼容6、4、3、2、1英寸 薄膜应力测量范围 1MPa~4000MPa 1MPa-4000MPa(硅片翘曲变化大于1 um) 1MPa~10000MPa 曲率半径测试范围 2m-33km 2m-20km 2m-20km 测量原理 激光扫描非接触式测量/曲率法 激光扫描非接触式测量/曲率法 激光扫描非接触式测量/曲率法 测量方法 双波长670nm及780nm 双波长650nm及780nm 双波长635nm/670nm 样品台 自动旋转样品台 全自动样品台 全自动样品台 重复性 1.3Mpa(应力重复性) 1%(1 sigma)(使用20米半径球面镜) <1%@1o (曲率半径<20 m)<2.5%@10 (曲率半径<200m) 精度 2.5%或者1 Mpa ≤2.5%(使用20米半径球面镜) ≤2.5%(使用20米半径球面镜) 操作界面 菜单式 菜单式 桌面式-简洁 测试结果呈现方式 2D/3D 2D/3D 2D/3D 弓高/翘曲度测量(BOW/Warpage) 2021-12-08 15：08：00 文件设置关于 FST5000 D：测试报告\2012华为\2012-华为测试项目.Fst5 曲率半径： 221.249 m最大曲率：5.436E-003 1/m最小曲率：3.230E-003 1/m曲率标准差：9.277E-0041/m 平均曲率： 4.510E-003 1/m曲率半径：221.723m最大曲率：5.093E-003 1/m最小曲率：3.260E-003 1/m 曲率标准差：8.438E-0041/ml 平均弓高：-3.62 um 最大弓高：-2.58 um最小弓高：-4.35pm弓高标准差： 0.74 um| 平均弓高：-3.61 um 最大弓高：-2.61 pm最小弓高：-4.07 pm司弓高标准差：0.68uml 翘曲标准差：0.77 pm| 平均匀曲：3.62 um 最大翘曲：4.35pm最小翘曲： 2.58 um 翘曲标准差：0.74 pm 平均翘曲： 3.61 um 最大翘曲： 4.07 um最小翘曲：2.61 um |翘曲标准差：0.68 umlL 应力标准差：62.22MPa 平均应力值： 293.13 MPa 最大应力值：352.52 MPa最小应力值：209.51 MPa 应力标准差： 60.17 MPa 平均应力值：292.5MPa 最大应力值：330.28 MPa最小应力值：211.44 MPa应力标准差：54.72MPa 对减 删除 清空 2测试结果展示 ①激光器稳定性漂移测试2环境振动影响测试3标准曲率镜重复性测试4Si 晶圆薄膜应力测试案例 第三方标准曲率镜测试结果 Laser时间稳定性测试 日期 时间 0 45 90 135 621 14：42 -0.18 0.09 -0.05 0.04 621 15：43 -0.17 0.04 0.03 0.08 621 15：49 -0.17 0.06 -0.05 0.05 621 17：49 -0.11 -0.07 -0.02 -0.04 622 9：43 -0.11 0.05 -0.03 0.1 622 9：47 -0.06 0.06 0.04 0.09 622 11：28 -0.14 -0.1 -0.06 -0.06 622 12：29 -0.15 -0.11 -0.11 -0.03 622 14：16 -0.15 -0.06 -0.11 -0.06 622 14：19 -0.16 -0.06 -0.11 -0.06 622 14：21 -0.16 -0.06 -0.09 -0.06 622 16：21 -0.17 -0.05 -0.09 -0.1 622 16：26 -0.16 -0.06 -0.09 -0.05 623 9：34 -0.13 -0.08 -0.06 -0.07 623 9：38 -0.15 -0.1 -0.06 -0.06 623 14：13 -0.1 -0.1 -0.06 -0.11 623 14：17 -0.11 -0.12 -0.04 -0.11 623 16：23 -0.17 -0.18 -0.11 -0.09 623 17：37 -0.22 -0.17 -0.11 -0.12 623 17：41 -0.23 -0.16 -0.1 -0.12 624 9：29 -0.18 -0.06 -0.09 -0.04 624 10：11 -0.14 -0.07 -0.08 0.07 624 11：59 -0.1 -0.15 -0.1 -0.1 625 10：33 -0.18 -0.05 -0.07 -0.07 625 10：36 -0.18 -0.08 -0.09 -0.09 平均值 -0.14816-0.06658-0.06053--0.04263 标准差 0.037980.0720840.0493720.070699 测试样品：：1/10入平面镜/40mm1；测量长度测试数据：弓高(um)不确定度：<0.05 um 时间 0 45 90 135 14：04 -0.15 0.06 0.06 0.11 14：06 -0.14 0.05 0.07 0.08 14：09 -0.17 -0.04 -0.04 0.04 14：11 -0.17 0.04 -0.03 0.06 14：13 -0.17 -0.03 0.03 0.08 平均值 -0.16 0.016 0.018 0.074 标准差 0.014142 0.047223 0.050695 0.026077 时间 0 45 90 135 16：02 -0.17 0.1 -0.03 0.06 16：04 -0.18 0.05 -0.04 -0.03 16：08 -0.19 0.04 -0.03 0.04 16：11 -0.15 0.09 -0.07 -0.03 平均值 -0.1725 0.07 -0.0425 0.01 标准差 0.017078 0.029439 0.01893 0.046904 曲率半径<20m(<1%@1o重复性) 弓高曲率半径-310.003.26测试样品信息：-310.50样品名称：3.26-三311.00Ave=310.89umAve=3.26m3m曲率镜-311.503.25Std.dev~0.00样0品尺寸： 6inch45090°135°Std.dev~0.02045°90135°样品厚度：25000um弓高曲率半径杨氏模量：86Gpa-310.003.27泊松比：0.28-310.503.26-311.00Ave=310.90um3.26Ave=3.26m样品图片：-311.50Std.dev~0.033.25Std.dev~0.000°45°90°13550°45°90°135°弓高曲率半径-310.003.27-310.503.26Ave=310.90um3.26Ave=3.26m-311.003.25Std.dev~0.06-311.50234 5 6789 10Std.dev~0.000°45°90°135°0°45°90°135° 曲率半径<200m(<2.5%@1o重复性 弓高曲率半径10.50-19.00测试样品信息：Ave=10.32umAve=-19.38m样品名称：10.00Std.dev~0.02-20.00Std.dev~0.02定制20m曲率镜0°45°90°135°045° 90°135°样品尺寸： 2inch样品厚度：8200um弓高曲率半径杨氏模量：86Gpa10.40-19.00泊松比：0.2810.20Ave=10.28um-19.50Ave=-19.46m样品图片：10.00Std.dev~0.01-20.00Std.dev~0.030°-一445°90°135°0°45° 90°135°弓高曲率半径10.50-19.00Ave=10.30umAve=-19.42m10.00Std.dev~0.03-20.00Std.dev~0.060°4590°135°5045° 90°135° 曲率半径<500m(<5%@1o重复性) 弓高曲率半径20.002000.00测试样品信息：Ave=5.22umAve=-404.57m0.000.00样品名称：Std.dev~0.04Std.dev~1.35-20.00-2000.00镀膜硅晶圆<111>0°45°90°135°50°45° 90°135°样品尺寸： 6inch基片厚度：1000um弓高曲率半径薄膜厚度：100nm20.00Ave=5.17um2000.00Ave=-408.25m杨氏模量：188Gpa0.000.00Std.dev~0.06Std.dev~2.252 345泊松比：0.18-20.00-2000.00样品图片：·0°45°90°135°0°45° 90°135°弓高曲率半径20.00Ave=5.2um1000.00Ave=-406.41m0.00Std.dev~0.070.00三EStd.dev~2.61-20.00-1000.00·045°90°135°0°45° 90°135° 弓高曲率半径0.005000.00测试样品信息：Ave=-0.66umAve=1892.06样品名称：-1.00Std.dev~0.060.00Std.dev~97.631/20 平面镜0°45°90°135°10° 45° 90° 135°样品尺寸： 4inch样品厚度：19100um弓高曲率半径杨氏模量：86Gpa0.005000.00Ave=-0.82umAve=1532.22m泊松比：0.28Std.dev~0.04Std.dev~35.02样品图片：-2.000.000%4590°135°-0 45° 90° 135°弓高曲率半径0.005000.00Ave=-0.74umAve=1712.14mStd.dev~0.10Std.dev~201.87-2.000.000°45°90135°0 45° 90° 135° Si 晶圆薄膜应力测试案例——-镀膜前后对减 NaferID 编号 前值 后值 对减 弓高(um) 曲率半径(m) 弓高(um) 曲率半径(m) 弓高(um) 应力值(Mpa) 0° 45° 90° 135° 0° 45° 90° 135° 0° 45° 90° 135° 0° 45° 90° 135° 0° 45° 90° 135° 0° 45° 90° 135° C6 1# 6.46 7.57 15.05 8.53 -326.8 -279.1 -140.4 -247.5 --0.4 1.02 8.7 1.82 一 5265.3 一 2064.9 -242.7 一 1158.8 -6.61 -6.7 -6.49 -6.78 439.62 445.6 431.6 451.15 2# 6.35 7.56 15.1 8.41 -332.4 -279.5 -139.9 -251.2 -0.43 1.14 8.67 1.91 4893.4 1859.9 -243.5 一 1104.1 -6.56 -6.59 -6.52 -6.66 436.27 438.1 434 442.76 3# 6.78 8.12 15.7 8.78 -311.7 -260.1 -134.6 -240.6 0.33 0.76 8.51 1.77 6317.7 2793.1 -248.4 - 1190.7 -6.57 -7.04 -6.7 -6.8 437.01 468.3 446.02 452.66 平均值 443.59 标准差 9.74 3公司简介 速普仪器成立于2012年，位于深圳南山高新科技园片区。 公司拥有一群热爱产品设计与仪器开发的队伍，核心团队来自中国科学院。致力于材料表面处理和真空薄膜领域提供敏捷+精益级制备、测量和控制仪器。 工业界： 安徽熙泰智能科技有限公司 AFTERSHCOkz韶音 浙江光特科技有限公司Zhejiang Guangte Technology Co.，Ltd 深圳市速普仪器有限公司 地址：深圳市南山区桂庙路瑞峰创业中心二楼B区2009 电话：0755-26642901 传真：0755-26419205 手机：13392401261高小姐 Email：gaojin@suproinst.com 北京 深圳市速普仪器有限公司(北京办事处) 地址：北京市房山区长阳镇怡和北路5号院熙悦广场4号楼307-309室电话：010-63839091 传真：010-63839091 手机：：113699120799常先生 Email： zkchang@suproinst.com Thin Film Stress Measurement System FSM C 深圳市速普仪器有限公司版权所有 1.测试原理基于经典基片弯曲法Stoney公式测量原理，采用先进的激光扫描方式和探测技术，以及智能化的操作，使得FST5000薄膜应力仪特别适合于晶圆类光电薄膜样品的弓高、轮廓形貌、曲率半径和薄膜应力测量。2.为什么检测薄膜应力？薄膜应力作为半导体制程、MEMS微纳加工、光电薄膜镀膜过程中性能测试的必检项，直接影响着薄膜器件的稳定性和可靠性，薄膜应力过大会引起以下问题：1.膜裂2.膜剥离3.膜层皱褶4.空隙检测薄膜应力是半导体制程、MEMS微纳加工、光电薄膜品检及改进工艺的有效手段！