《SiC晶片的残余应力检测方法(T-ZSA 38—2020).pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SiC晶片的残余应力检测方法(T-ZSA 38—2020).pdf（10页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、中中关关村村标标准准化化协协会会发发布布ICS 29.045H 80/84SiC 晶片的残余应力检测方法Experimental method for residual stress in SiC wafers2020-12-17 发布2020-12-18 实施团团体体标标准准T/ZSA 38-2020T/ZSA 38-2020I目次前 言.II1 范围.12 规范性引用文件.13 术语和定义.14 测试原理.25 测试仪器.36 干扰因素.47 测试环境.48 试样.49 测试程序.410 计算.511 精密度.512 测试报告.6附录 A（资料性附录）材料参数的 C 的标定.7T/ZSA
2、38-2020II前 言本文件按照 GB/T 1.12020标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。中关村标准化协会不承担识别专利的责任。本文件由中关村标准化协会技术委员会提出并归口。本文件起草单位：中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟、北京聚睿众邦科技有限公司、北京航空航天大学、北京天科合达半导体股份有限公司、北京三平泰克科技有限责任公司。本文件主要起草人：苏飞、闫方亮、彭同华、佘宗静、刘春俊、赵宁、陆敏、郑红军、陈鹏、林雪如、刘祎晨。T/ZSA 38-20201SiC 晶片的残余应力检测方法1范围本文件规定了SiC晶片内部残余应
3、力的光学无损检测方法。本文件适用于晶片厚度适当，对波长400-700nm的可见光范围内测试光的透过率在30%以上的SiC晶片。2规范性引用文件下列文件对于本标准的应用是必不可少的，凡是注日期引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 14264 半导体材料术语3术语和定义GB/T 14264 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1残余应力消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在晶片内的自相平衡的内应力。3.2应力双折射现象又称光弹性效应。某些介质在应力的作用下，其对光的折射特性会发生改变，出现本征折射率以外的另一种折射
4、率，此时若有一束光入射，会出现两束以不同速率传播的出射光，从而显示出光学上的各向异性。3.3起偏镜和分析镜在本标准中，两者都是线偏振片。线偏振片(polarizer)是指可以使自然光（各个方向的偏振光都存在的合成光）变成线偏振光（偏振方向为某一个特定方向的光）的光学元件，对入射光具有遮蔽和透过的功能。其中把靠近光源的线偏振片成为起偏镜，而沿着光路最后摆放的线偏振片称为分析镜。3.4平面应力状态T/ZSA 38-20202是指试件内部各点沿试件平面法向的应力分量为零的应力状态，也即试件内的残余应力仅分布在试件面内。3.5相位差一束偏振光进入具有应力双折射的试件内部后分成传播速率不同的两束线偏振光
5、，通过厚度一定的试件后，这两束光的电场矢量振动不再同步，所呈现出的相位上的差距。4测试原理本标准采用光弹性原理测试 SiC 晶片内部的残余应力，光路如图 1 所示。图 1 SiC 晶片残余应力的光弹性方法光路图示意图该光路中包括光源、起偏镜P和检偏镜A、两块1/4波片、待测的SiC晶片以及记录图像的CCD相机。一般认为待测试件处于平面应力状态，任意一点（x，y）处的第一主应力记为1，第二主应力记为2，第一主应力的方向记为。上述光路图中所有光学元件角度均以水平方向（x轴）作为参考，除了起偏镜P的角度为90以及1/4波片A的角度为45外，1/4波片B和分析镜A的角度（，）均为可变化量。在上述光路中
6、，试件与起偏镜平行以保证光线垂直入射试件，由于应力双折射效应，垂直出射的光有两束且具有相位差（记为，单位：弧度），经过分析镜后两束光的偏振方向相同，具备了形成稳定光学干涉的条件，各点干涉所形成的条纹场可以记为I。将检偏镜的角度（）和1/4波片B 的角度（）分别置于若干个特定值（见表 A.1所示），CCD采集得到六幅不同的条纹场图像 I1，I2，I6。T/ZSA 38-20203表 A.1 检偏镜和1/4波片B的特定角度及对应光强表达式序号光强等式I10/4203/43004/4/45/2/263/43/4对上述六幅数值图像进行数学处理，即可得到试件上任一点（x，y）处的主应力方向和相位差信息。
7、（x，y）点处的相位差 与该点处两个主应力之差（1-2）有如下关系，1-2=C/d.(3)式中：d试件厚度，单位为毫米（mm）；光源的中心波长，单位为毫米（mm）；C材料常数,单位通常取 N/mm2,即 MPa；可以通过标定实验加以确定（详见附录 A）。工程上常采用相位差 或者试件单位厚度的光程差()来简单表征残余应力的大小，以避免复杂的全场应力计算。相位差 与的换算关系为：=106/(2d).(4)式中：单位厚度的光程差，单位为纳米/毫米（nm/mm）；相位差，单位为弧度（rad）；5测试仪器.(1).(2)T/ZSA 38-20204检测碳化硅晶片应力的测试条件：a.测试仪器的类型为具有数
8、字图像采集功能的偏振光显微镜；b.光场应均匀，强度稳定，不能有眼睛可见的闪烁现象，保障在测试时间内光强稳定性优 1%；c.光源的半波带宽不大于 10nm；d.光学器件质量要求：光源的中心波长必须位于 1/4 波片的工作范围内，分析镜和检偏镜的消光比不小于 100:1；e 带有旋转机构的光学机械要求：旋转过程中不发生摆动，光学主轴(指偏振轴或快轴)方位与标识线之间的角度误差以及旋转角刻度线的标识误差小于 1 度。各光学元件安装在同一个平面底板上；f.分析镜 A、起偏镜 P 和 1/4 波片 A、B 的尺寸以及均匀光场的尺寸应不小于待测试件；g.采用数字黑白相机，总像素数不低于 500 万，像素深
9、度不小于 8 bit，曝光时间和增益可调。镜头可将试件清晰成像并占全幅尺寸的 1/2 以上。6干扰因素6.1测试过程中环境光或光源的强度变化。在原理上，光弹图像的强度变化只能是源于分析镜和 1/4 波片 B 的旋转，任何其它因素引起的光强变化都是误差来源。6.2试件与光学元件的不平行或倾斜。6.3CCD 的电子噪声。6.4CCD 采集参数设置不当，图像饱和。7测试环境7.1实验室温度：235C。7.2相对湿度90%。7.3需要在暗室环境下操作。8试样测试样品为SiC晶片，其厚度应该均匀分布，最大偏差不超过10微米，对测试光的透过率不低于30%。9测试程序T/ZSA 38-202059.1检查测
10、试系统，确保每个光电元件摆放位置正确并位于一条轴线上，同时起偏镜和 1/4波片 A 的方位正确。9.2将待测试件置于光场中，夹具对试件不产生附加载荷。9.3打开光源，CCD 相机对试件精确成像，将分析镜的方位调至竖直位置（即与起偏镜同方位），连续转动 1/4 波片 B，观察 CCD 采集的图像，期间调节光源强度或 CCD 相机的曝光时间和增益，确保图像最亮时灰度值不饱和。9.4按表 A.1 所示的顺序，依次将分析镜和 1/4 波片 B 置于特定的角度后采用 CCD 相机拍摄、储存，得到六幅光弹条纹场图像 I1，I2，I6。10计算对于获得的六幅数字图像，按照公式（1）得到试件上各点的主应力方向
11、，按照公式（2）得到各点的相位差。根据公式（2）中分子分母的正负，它的值域可以按照式（5）拓宽到（-，）。即使如此，试件的全场相位差分布仍然被局限于 2范围内，要获得正确的相位差分布，还需要解包裹处理。不过 SiC 材料的应力双折射效应较弱，在试件厚度较小的情况下不需要做解包裹处理。获取全场的相位差之后，可以采用公式（4）获得以单位厚度的光程差表示的应力信息，而获取试件内部真实的应力场需要借助专用的计算软件。(5)11精密度11.1将试件旋转 90 度置于同一测试系统中，重新测试。同一点在两次测试中的最大误差不超过 10%；11.2选择同一试件，保持同一方位，在同一实验室、用两台相同型号的设备
12、上分别进行测试，最大误差不超过 20%。T/ZSA 38-2020612测试报告测试报告应包括以下内容：a)样品来源、规格及型号；b)所用测试系统的名称及技术参数，特别是光源中心波长等技术参数；c)与表 1 对应的被测样品的 6 幅图像、计算所得的相位差分布图或单位厚度的光程差分布图。如果采用软件进行了应力全场分析，则给出两个主应力分布图；d)本标准编号；e)测试单位及检测操作人员签字；f)测试时间。T/ZSA 38-20207附录A（资料性附录）材料参数的C的标定标准中关于数据的处理并没有涉及到材料参数 C 的具体数据，但应用软件进行试件应力场的数值计算时必须知道 C 的具体数据，通常采用实
13、验标定的方法进行确定。实验一般采用四点弯曲法进行，如图 A.1 所示：图 A.1 标定材料参数的四点弯曲加载示意图将 SiC 晶片切成边缘整齐的细长条（忽略与晶向有光的光学各向异性）并置于四点弯曲加载架上，试件长宽比（L：h）不小于 10。对试件加载并保持载荷（F），将加载架置于标准正文图 1 试件的位置，高度合适。按照标准所述方法得到试件中心上下边缘 A，B 两点处的相位差A 与B，取平均值=（|A|+|B|）/2。A，B 两点处为单向应力状态，取理论应力值 1-2=1=6Fa/dh2，代入标准正文中的公式（3）可得：式中：光源中心波长，单位为纳米（nm）；计算时载荷单位取 N，长度单位统一取 mm。