RU2307339C2 - Method for measuring cleanness of substrate surfaces - Google Patents

Method for measuring cleanness of substrate surfaces Download PDF

Info

Publication number
RU2307339C2
RU2307339C2 RU2005118279/28A RU2005118279A RU2307339C2 RU 2307339 C2 RU2307339 C2 RU 2307339C2 RU 2005118279/28 A RU2005118279/28 A RU 2005118279/28A RU 2005118279 A RU2005118279 A RU 2005118279A RU 2307339 C2 RU2307339 C2 RU 2307339C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
probe
angle
shift
cleanliness
Prior art date
Application number
RU2005118279/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005118279A (en
Inventor
Николай Львович Казанский (RU)
Николай Львович Казанский
Всеволод Анатольевич Колпаков (RU)
Всеволод Анатольевич Колпаков
Сергей Васильевич Кричевский (RU)
Сергей Васильевич Кричевский
Николай Александрович Ивлиев (RU)
Николай Александрович Ивлиев
Original Assignee
Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН) filed Critical Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН)
Priority to RU2005118279/28A priority Critical patent/RU2307339C2/en
Publication of RU2005118279A publication Critical patent/RU2005118279A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2307339C2 publication Critical patent/RU2307339C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: micro-electronics, possible use during production of integration micro-chips on active and passive substrates and in diffraction optics during products of diffraction optics elements.
SUBSTANCE: during realization of method, shift of probe-substrate is performed along the surface of the substrate being examined, which are positioned in substrate holders at an angle to each other. Shift of probe-substrate is performed by means of lifting of free end of substrate holder with the substrate being studied held in it for an angle relatively to horizontal plane, at which working points of probe-substrate moves from its position. Value of the angle is used as interaction parameter, on basis of which cleanness of substrate surface is evaluated.
EFFECT: increased productivity, increased precision.
2 dwg

Description

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 элементов дифракционной оптики.The invention relates to the field of measurement technology and can be used in microelectronics in the production of integrated circuits on active and passive substrates and in diffraction optics in the production of elements of diffractive optics.

Известен способ (Авторское свидетельство СССР, №1260752, кл. G01N 13/02, 1982) определения чистоты поверхности подложки по величине краевого угла смачивания путем измерения объема капли, помещенной на плоскую подложку.A known method (USSR Author's Certificate, No. 1260752, class G01N 13/02, 1982) for determining the surface cleanliness of the substrate by the value of the contact angle by measuring the volume of a drop placed on a flat substrate.

Однако такой способ определения чистоты поверхности очень трудоемкий, т.к. сначала надо измерить геометрические параметры капли и только затем определяется искомое значение краевого угла, определяющее чистоту поверхности подложек.However, this method of determining the surface cleanliness is very laborious, because First, it is necessary to measure the geometric parameters of the droplet, and only then is the sought value of the contact angle determining the surface cleanliness of the substrates.

Известен способ (Авторское свидетельство СССР А.В.Волков, А.И.Колпаков. Способ определения чистоты поверхности подложек. №17848668, кл. G01N 13/02, 1992) определения чистоты поверхности подложки по величине скорости растекания капли жидкости по поверхности плоской подложки.There is a method (USSR Author's Certificate A.V. Volkov, A.I. Kolpakov. Method for determining the surface cleanliness of substrates. No. 17848668, class G01N 13/02, 1992) for determining the surface cleanliness of a substrate by the rate of spreading of a liquid drop on the surface of a flat substrate .

Однако такой способ определения чистоты поверхности приводит к необратимому изменению ее свойств продуктами жидкости, для устранения которых необходимо использовать жидкости особой чистоты. Выполнение этого требования значительно усложняет и удорожает процесс измерения.However, this method of determining the surface cleanliness leads to an irreversible change in its properties by liquid products, for the elimination of which it is necessary to use high-purity liquids. Meeting this requirement greatly complicates and increases the cost of the measurement process.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ (Авторское свидетельство СССР А.В.Волков, А.И.Колпаков. Способ определения чистоты поверхности подложек. №1821688, кл. G01N 13/02, 1993) определения чистоты поверхности подложек по величине скорости скольжения подложки-зонда (контртела) по поверхности исследуемой подложки, заключающийся в том, что производят сдвиг подложки-зонда по поверхности исследуемой подложки, которые расположены в подложкодержателях под углом к друг другу, определяют параметр их взаимодействия, по которому судят о чистоте поверхности подложки.The closest in technical essence to the proposed one is the method (USSR Author's Certificate A.V. Volkov, A.I. Kolpakov. Method for determining the surface cleanliness of substrates. No. 1821688, class G01N 13/02, 1993) for determining the surface cleanliness of the substrates by speed the sliding of the substrate probe (counterbody) on the surface of the investigated substrate, which consists in the fact that they shift the substrate probe on the surface of the investigated substrate, which are located in the substrate holders at an angle to each other, determine the parameter of their interaction, according to rum judged clean substrate surface.

К недостаткам способа относится необходимость жесткого контроля величины угла наклона подложек, за счет которого и осуществляется скольжение подвижной подложки-зонда (контртела). Высокая чувствительность к изменению величины этого угла приводит к значительному нарушению точности процесса измерения, для устранения которого в процесс измерения включают дополнительное устройство контроля за величиной отклонения угла скольжения от заданного значения. Выполнение этого требования значительно снижает производительность способа, усложняет и удорожает процесс измерения.The disadvantages of the method include the need for tight control of the angle of inclination of the substrates, due to which the sliding of the movable substrate of the probe (counterbody) is carried out. High sensitivity to a change in the value of this angle leads to a significant violation of the accuracy of the measurement process, to eliminate which an additional device is included in the measurement process for monitoring the value of the deviation of the sliding angle from the set value. The fulfillment of this requirement significantly reduces the performance of the method, complicates and increases the cost of the measurement process.

В основу изобретения поставлена задача увеличения производительности и точности.The basis of the invention is the task of increasing productivity and accuracy.

Данная задача решается за счет того, что в способе измерения чистоты поверхности подложки, заключающемся в том, что производят сдвиг подложки-зонда по поверхности исследуемой подложки, которые расположены в подложкодержателях под углом друг к другу, определяют параметр их взаимодействия, по которому судят о чистоте поверхности подложки, согласно изобретению сдвиг подложки-зонда осуществляют путем подъема свободного конца подложкодержателя с закрепленной в нем исследуемой подложкой на угол относительно горизонтальной плоскости, при котором рабочая точка подложки зонда сдвинется с места, и значение этого угла используют в качестве параметра взаимодействия.This problem is solved due to the fact that in the method of measuring the purity of the surface of the substrate, which consists in the fact that they shift the substrate probe along the surface of the investigated substrate, which are located in the substrate holders at an angle to each other, determine the parameter of their interaction, which judges the cleanliness the surface of the substrate, according to the invention, the movement of the substrate probe is carried out by lifting the free end of the substrate holder with the test substrate fixed therein at an angle relative to the horizontal plane, at The working point of the probe substrate will shift from place, and the value of this angle is used as an interaction parameter.

На фигуре 1 изображено расположение сил, возникающих при взаимодействии подложек: α - угол, который исследуемая подложка составляет с горизонтом; β - угол между подложками.The figure 1 shows the location of the forces arising from the interaction of the substrates: α is the angle that the investigated substrate is with the horizon; β is the angle between the substrates.

На фигуре 2 изображен способ определения чистоты поверхности подложки, заключающийся в том, что в качестве контролируемого параметра используют величину угла наклона поверхности исследуемой подложки относительно горизонтальной плоскости, показана конструктивная схема подложкодержателей относительно плоской горизонтальной поверхности корпуса устройства.The figure 2 shows a method for determining the purity of the surface of the substrate, which consists in the fact that as a controlled parameter use the angle of inclination of the surface of the investigated substrate relative to the horizontal plane, shows a structural diagram of the substrate holders relative to the flat horizontal surface of the device body.

На фиг.2 изображены 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.Figure 2 shows the substrate holder 1, in which the test substrate 2 is rigidly attached, the substrate probe 3 with a surface identical to the surface of the substrate 2 is also rigidly attached to the substrate holder 4. The lever 5 is attached at one end to the substrate holder 4, and the other to the mechanism, providing the establishment of the operating point 6 in the initial state on the investigated surface of the substrate and providing sliding under the influence of gravity of the working point 6 of the substrate of the probe along a predetermined path on the studied surface of the substrate 2, provided that sludge gravity determined tilt angle of the surface of the substrate under investigation relative to the horizontal plane, exceeds the force of static friction.

Пусть подложка-зонд движется по исследуемой подложке с ускорением

Figure 00000002
, тогда в области взаимодействия подложек действуют три силы:
Figure 00000003
- сила тяжести,
Figure 00000004
- сила реакции опоры и
Figure 00000005
- сила трения скольжения. Энергетический баланс этих сил вначале движения подложки-зонда можно описать равенством вида:Let the substrate probe move along the studied substrate with acceleration
Figure 00000002
then three forces act in the interaction region of the substrates:
Figure 00000003
- gravity,
Figure 00000004
- reaction force of the support and
Figure 00000005
- sliding friction force. The energy balance of these forces at the beginning of the motion of the substrate-probe can be described by the equality of the form:

Figure 00000006
Figure 00000006

Определим проекции всех сил, действующих на подложку-зонд, на ось y, направленную вдоль этой подложки:We define the projection of all the forces acting on the probe substrate on the y axis directed along this substrate:

Figure 00000007
Figure 00000007

Из фиг.1 видно, что вектор N перпендикулярен исследуемой подложке, поэтому угол γ между подложкой-зондом и вектором

Figure 00000008
будет равен γ=180-90-β=90-β. Угол между осью γ и горизонтом равен α+β, следовательно, φ=180-90-α-β=90-(α+β). Вектор равнодействующей сил параллелен исследуемой подложке, поэтому угол между поверхностью подложки зонда (индентором) и равнодействующей равен углу между подложками, как накрест лежащие. Подставив выражения для углов γ и φ в формулу (2), получим:From figure 1 it is seen that the vector N is perpendicular to the investigated substrate, therefore, the angle γ between the substrate probe and the vector
Figure 00000008
will be equal to γ = 180-90-β = 90-β. The angle between the γ axis and the horizon is α + β, therefore, φ = 180-90-α-β = 90- (α + β). The vector of the resultant forces is parallel to the substrate under study, therefore, the angle between the surface of the probe substrate (indenter) and the resultant is equal to the angle between the substrates, as lying crosswise. Substituting the expressions for the angles γ and φ in the formula (2), we obtain:

Figure 00000009
Figure 00000009

Подставив в формулу (3) выражение для FTP=Nμ, получимSubstituting the expression for F TP = Nμ into formula (3), we obtain

Figure 00000010
Figure 00000010

где μ - коэффициент трения скольжения.where μ is the coefficient of sliding friction.

При проецировании сил, действующих на поверхность подложки-зонда (индентор), на ось y' (см. фиг.1) видно, что вектор силы трения и равнодействующей перпендикулярны оси y', тогда можно записать:When projecting the forces acting on the surface of the probe substrate (indenter) on the y 'axis (see Fig. 1), it can be seen that the friction force and resultant vector are perpendicular to the y' axis, then we can write:

N-mgcosα=0,N-mgcosα = 0,

Figure 00000011
Figure 00000011

Подставим формулу (5) для проекции N в формулу (4), получим:We substitute formula (5) for the projection N into formula (4), we obtain:

Figure 00000012
Figure 00000012

Сократив обе части формулы (6) на m, получимHaving reduced both sides of formula (6) by m, we obtain

Figure 00000013
Figure 00000013

Из формулы (7) находим соотношение для μFrom formula (7) we find the relation for μ

Figure 00000014
Figure 00000014

Таким образом, между углом α и коэффициентом трения скольжения действительно существует жесткая зависимость.Thus, between the angle α and the coefficient of sliding friction, there is indeed a rigid dependence.

Пересчет коэффициента трения осуществляется по формулам, приведенным в работе (Полтавцев Ю.Г., Князев А.С. Технология обработки поверхностей в микроэлектронике. - Киев: Тэхника, 1990, с. 192-194), при неравномерном распределении загрязненийRecalculation of the friction coefficient is carried out according to the formulas given in (Poltavtsev Yu.G., Knyazev A.S. Technology of surface treatment in microelectronics. - Kiev: Tekhnika, 1990, pp. 192-194), with an uneven distribution of pollution

Figure 00000015
Figure 00000015

при равномерном распределении загрязненийwith uniform distribution of pollution

Figure 00000016
Figure 00000016

где m и В - эмпирические константы; μmax - коэффициент трения для технологически чистой поверхности подложки; μн - коэффициент трения насыщения для поверхности подложки, увеличение степени загрязнения, которое не приводит к изменению значений коэффициента трения.where m and B are empirical constants; μ max - coefficient of friction for a technologically clean surface of the substrate; μ n is the saturation friction coefficient for the substrate surface, an increase in the degree of contamination, which does not lead to a change in the friction coefficient.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Свободный конец подложкодержателя 1 с помощью подвижного соединения поднимается относительно крышки устройства 7 на некоторый угол наклона поверхности исследуемой подложки относительно горизонтальной плоскости α, при котором рабочая точка 6 подложки-зонда 3 сдвинется с места и начнет скользить по исследуемой поверхности подложки 2. Непосредственно в момент трогания рабочей точки 6 потенциальная энергия подложки-зонда уравновешивается энергией сил связи атомов взаимодействующих поверхностей, т.е. справедливо равенство:The free end of the substrate holder 1 with a movable connection rises relative to the cover of the device 7 by a certain angle of inclination of the surface of the investigated substrate relative to the horizontal plane α, at which the working point 6 of the substrate probe 3 moves and starts to slide along the studied surface of the substrate 2. Immediately at the moment of starting of working point 6, the potential energy of the probe substrate is balanced by the energy of the bonding forces of atoms of the interacting surfaces, i.e. fair equality:

Figure 00000017
Figure 00000017

Электрический сигнал, получаемый с помощью схемы измерения в виде напряжения, снимаемого с прецизионного переменного резистора, соответствующего углу наклона поверхности исследуемой подложки относительно горизонтальной плоскости α, получаемого при сдвиге рабочей точки 6, фиксирует величину угла наклона поверхности исследуемой подложки относительно горизонтальной плоскости α, которую или подставляют в формулу 8 и рассчитывают численное значение μ, затем находят чистоту поверхности из формул 9 или 10, или калибруют значения показаний α путем измерения чистоты поверхности на соответствующих подложках с известной концентрацией чужеродных атомов. Однако последний вариант для применения в производственных условиях менее целесообразен из-за дороговизны формирования калиброванных поверхностей, поэтому в реальных случаях достаточно использования формул 9, 10.The electrical signal obtained using the measurement circuit in the form of a voltage taken from a precision variable resistor corresponding to the angle of inclination of the surface of the investigated substrate relative to the horizontal plane α, obtained by shifting the operating point 6, fixes the value of the angle of inclination of the surface of the studied substrate relative to the horizontal plane α, which substitute in formula 8 and calculate the numerical value of μ, then find the cleanliness of the surface from formulas 9 or 10, or calibrate the readings α by measuring the surface cleanliness on the corresponding substrates with a known concentration of foreign atoms. However, the latter option for use in a production environment is less appropriate due to the high cost of forming calibrated surfaces, therefore, in real cases, the use of formulas 9, 10 is sufficient.

Claims (1)

Способ 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, определяют параметр их взаимодействия, по которому судят о чистоте поверхности подложки, отличающийся тем, что сдвиг подложки-зонда осуществляют путем подъема свободного конца подложкодержателя с закрепленной в нем исследуемой подложкой на угол относительно горизонтальной плоскости, при котором рабочая точка подложки-зонда сдвинется с места, и значение этого угла используется в качестве параметра взаимодействия.The method of measuring the surface cleanliness of the substrate, which consists in the fact that the substrate-probe is shifted along the surface of the substrate under study, which are located in the substrate holders at an angle to each other, determine the parameter of their interaction, which judges the cleanliness of the surface of the substrate, characterized in that the substrate shift the probe is carried out by lifting the free end of the substrate holder with the test substrate fixed in it at an angle relative to the horizontal plane at which the working point of the probe substrate is shifted are removed, and the value of this angle is used as an interaction parameter.
RU2005118279/28A 2005-06-14 2005-06-14 Method for measuring cleanness of substrate surfaces RU2307339C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005118279/28A RU2307339C2 (en) 2005-06-14 2005-06-14 Method for measuring cleanness of substrate surfaces

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005118279/28A RU2307339C2 (en) 2005-06-14 2005-06-14 Method for measuring cleanness of substrate surfaces

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005118279A RU2005118279A (en) 2006-12-20
RU2307339C2 true RU2307339C2 (en) 2007-09-27

Family

ID=37666601

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005118279/28A RU2307339C2 (en) 2005-06-14 2005-06-14 Method for measuring cleanness of substrate surfaces

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2307339C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2515117C1 (en) * 2012-09-10 2014-05-10 Российская академия наук Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН) Method to measure purity of substrate surfaces
RU2616356C1 (en) * 2016-04-22 2017-04-14 Закрытое Акционерное Общество "Аэрокосмический Мониторинг И Технологии" Device for controlling object surface purity
RU2617891C1 (en) * 2016-02-20 2017-04-28 ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "СПЕЦИАЛЬНОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ БЮРО ЭЛЕКТРОНИКИ, ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И АВТОМАТИЗАЦИИ" (ООО "СКТБ ЭлПА") Plate surface purity sensor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2515117C1 (en) * 2012-09-10 2014-05-10 Российская академия наук Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН) Method to measure purity of substrate surfaces
RU2617891C1 (en) * 2016-02-20 2017-04-28 ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "СПЕЦИАЛЬНОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ БЮРО ЭЛЕКТРОНИКИ, ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И АВТОМАТИЗАЦИИ" (ООО "СКТБ ЭлПА") Plate surface purity sensor
RU2616356C1 (en) * 2016-04-22 2017-04-14 Закрытое Акционерное Общество "Аэрокосмический Мониторинг И Технологии" Device for controlling object surface purity

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005118279A (en) 2006-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3611809B2 (en) Rheometer for rapid measurement of small samples
Sharp Resonant properties of sessile droplets; contact angle dependence of the resonant frequency and width in glycerol/water mixtures
TWI521195B (en) Mothod for measuring refractive index, refractive index measuring device, and method for producing optical element
CN104884953B (en) The apparatus and method for monitoring the deposition parameter in fluid media (medium) sample
JP6100760B2 (en) Micro cantilever sensor operated by bimorph and reading by piezoresistor
JP6103646B2 (en) Analysis equipment
KR20160145496A (en) Refractive index measurement method, measurement apparatus, and optical element manufacturing method
RU2307339C2 (en) Method for measuring cleanness of substrate surfaces
KR20140041702A (en) Heat generation point detection method and heat generation point detection device
Fujii Toward establishing dynamic calibration method for force transducers
RU2460987C1 (en) Method of determining surface tension coefficient and wetting angle
US3535043A (en) Stereogoniometer
KR101910697B1 (en) Method for detecting heat generation points and device for detecting heat generate points
KR20150075355A (en) Refractive index distribution measuring method, refractive index distribution measuring apparatus, and method for manufacturing optical element
RU2442131C1 (en) Method for measuring surface texture properties and mechanical properties of the materials
Flude et al. Viscosity measurement by means of falling spheres compared with capillary viscometry
JP2016109670A (en) Refractive index distribution measurement method, refractive index distribution measurement device, and optical element manufacturing method
JP2017198613A (en) Refractive index measurement method, refractive index measurement device, and optical element manufacturing method
RU2354953C2 (en) Device for determining deformation properties of leather and similar flexible materials
Shimokawa et al. Noncontact measurement of liquid-surface properties with knife-edge electric field tweezers technique
Lee et al. Viscometry of single nanoliter-volume droplets using dynamic force spectroscopy
Ivliev et al. Determination of concentration of organic contaminants on a silicon dioxide surface by tribometry
JP3940819B2 (en) Semiconductor wafer surface shape measuring apparatus and surface shape measuring method
EP3330695A1 (en) Magnetic needle interfacial shear rheometer and system and method for actuating same
US1188527A (en) Specific-gravity balance.

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080615