Sistema di misura di stress per film sottili Flexus FLX

Da Toho Technology

I sistemi della famiglia Flexus FLX della Toho forniscono misure accurate di stress su film e substrati di varia natura, per applicazioni sia in ambito di ricerca che di controllo qualità industriale. I sistemi FLX impiegano la tecnologia brevettata KLA-Tencor “Dual Wavelenght” che permette di determinare con estrema precisione stress di superficie generati durante il processo di crescita dei film.

Features
Range di temperatura disponibile da -65 °C a 500 °C
Tecnologia brevettata “dual wavelength”
Calcolo del coefficiente di dilatazione termica e modulo elastico biassiale
Mappatura 3D della curvatura del campione e distribuzione dello stress
Dimensione dei campioni alloggiabili da 25 mm fino a 300 mm

I sistemi della famiglia Flexus FLX della Toho permettono la misura di stress su film sottili nel range di temperature da -65 °C a 500 °C. Fenomeni di stress che avvengono durante i processi di deposizione dei film sono all’origine della formazione di cricche e irregolarità nei campioni e costituiscono dunque la causa principale di guasti e malfunzionamenti di componenti elettronici.

La tecnologia brevettata KLA-Tencor “Dual Wavelenght” utilizza un fascio laser che viene scansionato sulla superficie del campione lungo un asse. Il fascio riflesso dal campione viene poi letto da un sensore di posizione. In questo modo è possibile misurare il raggio di curvatura del substrato prima e dopo la deposizione del film, e quindi la variazione di curvatura indotta dalla deposizione. Il valore di stress del film deposto viene poi calcolato utilizzando l’equazione di Stoney.  Eseguendo la scansione lungo diversi assi del campione è possibile ottenere una ricostruzione 3D della distribuzione dello stress o del raggio di curvature del campione.

I sistemi della famiglia Flexus sono disponibili in due versioni principali: FLX-2320-S per campioni di dimensioni 25-200 mm e FLX-3300-T per campioni fino a 300 mm di diametro. I nuovi sistemi FLX-2320-R e FLX-3300-R rappresentano invece una soluzione più economica per tutte quelle applicazioni dove non è necessario eseguire misure in funzione della temperatura. Oltre alle funzioni standard presenti sugli altri modelli FLX, questi sistemi sono equipaggiati con uno stage di rotazione motorizzato che permette di ruotare il campione in maniera arbitraria ed eseguire diverse scansioni. Tutti i sistemi sono dotati di software di controllo e analisi delle immagini che consente una visualizzazione 3D sia dei valori di stress che di curvatura.

Diametro massimo di scansione/dimensioni massime del campione

  • 50-200 mm per il modello FLX-2320 (1” su richiesta)
  • 75-300 mm per il modello FLX-3300

Caratteristiche tecniche

  • Range di misura: da 1 a 4000 MPa (3500 MPa per FLX-3300)
  • Ripetibilità: 1.3 MPa
  • Accuratezza: <2.5% o 1 MPa
  • Raggio minimo: 2 m
  • Raggio massimo: 33 km

Misure in temperatura (solo per FLX-2320-S e FLX-3300-T)

  • Range di temperatura: da -65°C a 500°C
  • Gas inerti: Azoto e Argon
  • Portata flusso: 1,5L/min, 0.3 kg/cm²
  • Opzione per raffreddamento ad azoto liquido LN2 
  • Velocità di riscaldamento: 25°C/min
  • Velocità di raffreddamento: da 500°C a 100°C in 1 ora (30 minuti con opzione LN2)
  • Misura del coefficiente di dilatazione termica e modulo elastico biassiale 
Misura di stress di film sottili

In genere lo stress viene indotto quando materiali con coefficienti di dilatazione termica differente vengono accostati gli uni agli altri. Al variare della temperatura, film e substrato possono dilatarsi o contrarsi in maniera differente causando stress nel film che a sua volta può indurre difetti quali dislocazioni e cricche.

Con i sistemi della serie Flexus, è possibile determinare lo stress indotto dal processo di deposizione del film e quindi ottimizzare il processo stesso in funzione delle applicazioni e delle caratteristiche richieste.

Cicli di temperatura

Lo stress è spesso funzione della temperatura. I sistemi Flexus FLX-2320-S e FLX-3300-T permettono di eseguire cicli in temperatura con rate di riscaldamento fino a 25°C /min fino ad un massimo di 500°C. L’impiego di gas inerti quali Argon o Azoto permette inoltre di minimizzare processi di ossidazione non voluti durante l’esecuzione dei test.

Mapping 3D

Il software in dotazione ai sistemi Flexus permette la ricostruzione 3D dello stress e della curvatura del campione sotto esame. Utilizzando l’opzione di rotazione del campione, manuale o motorizzata (quest’ultima disponibile solo sulle versioni “R”), la scansione viene eseguita lungo diversi assi del campione e le diverse scansioni vengono poi automaticamente elaborate dal software per creare un’immagine 3D dello stress e della curvatura.

Misura del coefficiente di dilatazione termica (CTE) e modulo elastico biassiale

I sistemi Flexus sono in grado di determinare sia il coefficiente CTE che il modulo elastico biassiale di film sottili di varia natura. Per la determinazione di tali parametri, è sufficiente eseguire la misura sullo stesso tipo di film depositato su due substrati differenti ma con proprietà note.

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