DIN 32567-2-2014 Production equipment for microsystems - Determination of the influence of materials on the optical and tactile dimensional metrology - Part 2 Specimen for tactile .pdf

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1、Oktober 2014DEUTSCHE NORM DIN-Normenausschuss Feinmechanik und Optik (NAFuO)Preisgruppe 9DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 39.020!%:/“2231204www.din.deDDIN 32

2、567-2Fertigungsmittel fr Mikrosysteme Ermittlung von Materialeinflssen auf die optische und taktiledimensionelle Messtechnik Teil 2: Prfkrper fr taktile VerfahrenProduction equipment for microsystems Determination of the influence of materials on the optical and tactile dimensionalmetrology Part 2:

3、Specimen for tactile proceduresquipements de production pour systmes microtechniques Dtermination de linfluence des matriaux sur la mtrologie dimensionnelle optique ettactile Partie 2: Spcimen pour les procds tactilesAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtum

4、fang 13 SeitenDIN 32567-2:2014-10 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich 5 2 Normative Verweisungen . 5 3 Begriffe 5 4 Anforderungen an die Prfkrper . 5 4.1 Allgemeines . 5 4.2 Anforderungen an die Abmessungen der Schicht 5 4.2.1 Mindestschichtdicke, -lnge und -breite 5 4.3 Anfo

5、rderungen an Ebenheit, Welligkeit und Rauheit von Schicht und Substrat . 7 4.3.1 Allgemeines . 7 4.3.2 Konstanz der Schichtdicke 7 4.3.3 Ebenheit des Substrates 7 4.3.4 Welligkeit des Substrates 8 4.3.5 Rauheit des Substrates 8 5 Prfkrper fr topografische Schichtdickenmessungen . 8 5.1 Allgemeines .

6、 8 5.2 Messverfahren . 9 5.3 Prfkrper A 10 5.3.1 Allgemeines . 10 5.3.2 Schichtsysteme der Testobjekte . 10 5.3.3 Referenzobjekte 12 Literaturhinweise . 13 DIN 32567-2:2014-10 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 027-03-03 AA Fertigungsmittel fr Mikrosysteme“ im DIN-Normenausschus

7、s Feinmechanik und Optik (NAFuO) erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. DIN 32567 Fertigungsmittel fr M

8、ikrosysteme Ermittlung von Materialeinflssen auf die optische und taktile dimensionelle Messtechnik besteht aus den folgenden Teilen: Teil 1: Qualitative Abschtzung der material- und verfahrensspezifischen Einflsse Teil 2: Prfkrper fr taktile Verfahren Teil 3: Ableitung von Korrekturwerten fr taktil

9、e Messgerte Teil 4: Prfkrper fr optische Verfahren Teil 5: Ableitung von Korrekturwerten fr optische Messgerte DIN 32567-2:2014-10 4 Einleitung Ziel der vorliegenden Norm ist die Empfehlung von Prfkrpern fr die Bestimmung der systematischen Abweichungen topografischer Schichtdickenmessungen fr den F

10、all, dass Schicht und Substrat unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen. Bei topografischen Schichtdickenmessungen stellt sich die Schicht als Hhenstufe zum darunter liegenden Substrat dar. Dieser Teil der Norm beschreibt Anforderungen an einen Prfkrper, mit dem die systematischen Abwe

11、ichungen von Tastschnittgerten bestimmt werden knnen. Es wird ein beispielhafter Prfkrper mit weichen Schichten auf harten Substraten beschrieben. DIN 32567-2:2014-10 5 1 Anwendungsbereich DIN 32567 beschreibt systematische Einflsse und Abweichungen bei der Messung von Schichtdicken und Stufenhhen v

12、on Mikrostrukturen aus inhomogenen Materialien mit ausgewhlten taktilen und optischen Messgerten. DIN 32567 legt Verfahren fest, mit denen durch Materialeigenschaften und Messverfahren verursachte systematische Messabweichungen ermittelt und korrigiert werden. Dieser Teil der DIN 32567 beschreibt Pr

13、fkrper fr topografische Schichtdickenmessungen mit taktilen Verfahren zur Untersuchung der systematischen Effekte, die auftreten, wenn Schicht und Substrat unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder

14、als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 32564-1, Fertigungsmittel fr

15、 Mikrosysteme Begriffe und Definitionen DIN 32567-11), Fertigungsmittel fr Mikrosysteme Ermittlung von Materialeinflssen auf die optische und taktile dimensionelle Messtechnik Qualitative Abschtzung der material- und verfahrensspezifischen Einflsse DIN 32567-3:2014-07, Fertigungsmittel fr Mikrosyste

16、me Ermittlung von Materialeinflssen auf die optische und taktile dimensionelle Messtechnik Ableitung von Korrekturwerten fr taktile Messgerte DIN EN ISO 2808:2007-05, Beschichtungsstoffe Bestimmung der Schichtdicke (ISO 2808:2007); Deutsche Fassung EN ISO 2808:2007 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses

17、 Dokuments gelten die Begriffe nach DIN 32564-1 und nach DIN 32567-1. 4 Anforderungen an die Prfkrper 4.1 Allgemeines Fr topografische Schichtdickenmessungen mit taktilen Messverfahren ergeben sich Anforderungen an die Abmessungen der Schicht, wie Mindestdicke, Breite und Lnge und an die Ebenheit, W

18、elligkeit und Rauheit der Oberflchen von Schicht und Substrat. Werden diese Anforderungen nicht erfllt, so lsst sich die systematische nderung der Schichtdicke nicht przise bestimmen. 4.2 Anforderungen an die Abmessungen der Schicht 4.2.1 Mindestschichtdicke, -lnge und -breite Der Einfluss des unter

19、halb der Schicht liegenden Substrates kann vernachlssigt werden, wenn die Mindestschichtdicke dminder zu messenden Schichten mindestens 10-mal grer als die Deformation DList. Daraus wird fr die Mindestdicke dminder zu messenden Schichten abgeleitet: 1) Dieser Teil der Normenreihe befindet sich derze

20、it noch in der Erarbeitung. DIN 32567-2:2014-10 6 L10minDd = (1) Dabei ist dmindie Mindestschichtdicke; DLdie Deformation der Schicht. Die auftretenden Deformationen der Schicht DLlassen sich fr kleine Antastkrfte, bei denen die Deformationen elastisch sind, und bei schwach viskosen Materialien nher

21、ungsweise nach DIN 32567-3:2014-07, Gleichung (4), berechnen. Fr grere Krfte, bei denen plastische Deformationen auftreten, lassen sie sich nherungsweise nach Flores 1 berechnen: tiptipplastL,3 rYFD(2) Dabei ist DL,plastdie plastische Deformation der Schicht; Ftipdie Antastkaft; Y die Fliegrenze des

22、 Schichtmaterials; rtipder Tastspitzenradius; Die Fliegrenze Y lsst sich fr glasartige Polymere mit Hilfe der Eindringhrte HITabschtzen 2: 2,5PolymereITHY (3) Die Mindestbreite wminder Schicht (siehe Bild 1) muss gleich dem 30-fachen Spitzenradius sein: tipmin30 rw = (4) Als Mindestabstand zwischen

23、den Schichten wird die Hlfte der Schichtbreite empfohlen. Die Lnge der zu messenden Schicht muss mindestens lminbetragen. Die erforderliche Mindestlnge lminder Schicht (siehe Bild 1) muss aus der Anzahl n zu messender Tastschnittprofile, deren Mindestabstand (10rtip) und den Schichtrandbereichen der

24、 Breite 10rtip, die nicht fr Messungen genutzt werden sollten, berechnet werden: tiptipmin2010)1( rrnl += (5) DIN 32567-2:2014-10 7 Legende 1 Tastschnittprofile 2 Schicht 3 Substrat ypAbstand der Tastschnittprofile Bild 1 Lage der mit unterschiedlicher Antastkraft F zu messenden Tastschnittprofile f

25、r taktile topographische Schichtdickenmessungen 4.3 Anforderungen an Ebenheit, Welligkeit und Rauheit von Schicht und Substrat 4.3.1 Allgemeines Die Ebenheit, Welligkeit und Rauheit von Substraten wird durch aufgetragene Schichten verndert. Durch die Auswertung von linker und rechter Kantenhhe wirke

26、n sich aber Ebenheitsabweichungen des Prfkrpers wesentlich geringer aus. Nur innerhalb des Bereichs, in dem die Kantenhhe bestimmt wird, muss die Schichtdicke konstant sein. Eine Welligkeit des Substrates hat daher einen geringen Einfluss auf die gemessene Schichtdicke. Die Rauheit des Substrates ka

27、nn durch das Aufbringen einer Schicht verndert werden. Bei ausreichender Breite w der Schicht kann die Schichtdicke ber einen lngeren Bereich gemittelt werden und damit dieser Streinfluss reduziert werden. 4.3.2 Konstanz der Schichtdicke Wichtigste Anforderung an den Prfkrper ist eine lokal konstant

28、e Schichtdicke. Die Variation der Schichtdicke d auf dem Prfkrper muss kleiner 2 % sein. Wird dieser Wert berschritten, muss die in DIN 32567-3:2014-07, 6.1, und Bild 4, beschriebene Messstrategie gendert werden und es mssen zustzliche Tastschnittmessungen mit minimalem Kontaktdruck eingefgt werden,

29、 um die Schichtdicke d, die sich bei Antastkraft Null (Ftip= 0) ergibt, zu bestimmen. 4.3.3 Ebenheit des Substrates An die Ebenheit des Substrates werden keine besonderen Anforderungen gestellt. DIN 32567-2:2014-10 8 4.3.4 Welligkeit des Substrates Die Welligkeit des Substrates kann die gemessene Sc

30、hichtdicke dmbeeinflussen. Sie darf daher im Bereich der zu messenden Schichten und in den benachbarten Bereichen einen Wert von 2 % der Schichtdicke d nicht berschreiten. 4.3.5 Rauheit des Substrates Der arithmetische Mittenrauwert des Substrates muss kleiner als 2 % der zu messenden Schichtdicke d

31、 sein. 5 Prfkrper fr topografische Schichtdickenmessungen 5.1 Allgemeines Im Folgenden wird ein beispielhafter Prfkrper fr topografische Schichtdickenmessungen beschrieben. Durch eine Oberflchenmessung von Schicht und Substrat (siehe Bild 2) und die Auswertung der linken und rechten Kantenhhen (sieh

32、e Bild 3) lsst sich die Schichtdicke dmermitteln. Legende X in mm Z in m 1 Schicht 2 Substrat Bild 2 Gemessenes Tastschnittprofil ber vier Streifen einer Schicht auf einem Substrat DIN 32567-2:2014-10 9 Legende X in mm Z in m dmgemessene Schichtdicke Bild 3 Gemessenes Profil einer Schicht mit Markie

33、rungen fr die Bestimmung der Kantenhhen Jeder Prfkrper fr topografische Schichtdickenmessungen muss mindestens drei Referenzobjekte enthalten, die eine Kalibrierung der Hhenmessachse erlauben. Wichtigste Eigenschaft der Referenzobjekte ist, dass die Hhenstufe aus dem gleichen Material wie das Substr

34、at realisiert ist, um materialspezifische Einflsse zu vermeiden. Die Hhen der Referenzobjekte mssen an die Hhen der Testobjekte nach dem Komparatorprinzip angepasst sein, d.h. die Summe der Hhendifferenzen der jeweiligen Referenzobjekte zu den jeweiligen Testobjekten muss minimal sein. 5.2 Messverfa

35、hren Jedes Referenzobjekt muss in vier parallelen Profilschnitten gemessen werden. Die Schichtdicke davdes Referenzobjektes muss durch Mittelung der vier Einzelmessergebnisse der Profilschnitte bestimmt werden. Der Kalibrierfaktor K muss aus dem Verhltnis des kalibrierten Referenzwertes der Schichtd

36、icke drefzur gemittelten gemessenen Dicke davberechnet werden: avrefddK = (8) Die gemessene Schichtdicke dmmuss mit dem Kalibrierfaktor korrigiert werden, um korrekte Schichtdickenmesswerte dm zu erhalten: mm dKd =(9) DIN 32567-2:2014-10 10 5.3 Prfkrper A 5.3.1 Allgemeines Der hier prsentierte Aufba

37、u eines Prfkrpers vom Typ A (siehe Bild 4) ist beispielhaft. Der Prfkrper besteht aus sechs Testobjekten mit unterschiedlichen Schichtmaterialien, die streifenfrmig auf ein Silizium- bzw. oxidiertes Siliziumsubstrat aufgebracht sind. Der Prfkrper enthlt darber hinaus Referenzobjekte (R1, R2, R3) mit

38、 Normalen zur Kalibrierung der vertikalen Messachse des untersuchten Messgertes. Die Normale bestehen ebenfalls aus streifenfrmigen Schichten, sind aber mit einer undurchsichtigen Deckschicht beschichtet. Der in Bild 4 dargestellte beispielhafte Prfkrper enthlt drei Referenzobjekte (R1, R2, R3). Bil

39、d 4 Skizze (links) und Photo (rechts) eines Prfkrpers vom Typ A bestehend aus sechs be-schichteten Silizium-Testobjekten und drei Referenzobjekten, aufgeklebt auf einem Glas-Trger-substrat (Nr. 1/Al: Aluminium, Nr. 2/Au: Gold, Nr. 3/Al: Aluminium, Nr.4/Cu: Kupfer, Cr: Chrom Haftver-mittlungsschicht,

40、 Nr. 5/SU-8 5 3: Polymermaterial, Nr. 6/maP 1215 4: Polymermaterial, R1, R2, R3: Referenzobjekte (Beschreibung siehe 5.3.3) 5.3.2 Schichtsysteme der Testobjekte Die verwendeten Schichtmaterialien sind gngige Materialien der Mikrosystemtechnik. Sie werden mittels Bedampfen, Sputtern und Aufschleudern

41、 hergestellt. Prfkrper A enthlt die folgenden Schicht-Substrat Materialpaarungen: DIN 32567-2:2014-10 11 Tabelle 1 (1 von 2) Schicht-Substrat Materialpaarungen von Prfkrper A Testobjekt Schichtfolge Skizze 1 bedampftes Aluminium (Al) auf thermisch oxidiertem Siliziumdioxid (SiO2) auf Silizium (Si) 2

42、 bedampftes Gold (Au) auf thermisch oxidiertem Siliziumdioxid (SiO2) auf Silizium (Si) 3 gesputtertes Aluminium (Al) auf Silizium (Si) 4 gesputtertes Kupfer (Cu) auf einer Chrom-Haftschicht (Cr) auf Silizium (Si) 5 aufgeschleudertes SU-8 5 3 auf einer Chrom-Haftschicht (Cr) auf Silizium (Si) DIN 325

43、67-2:2014-10 12 Tabelle 1 (2 von 2) Schicht-Substrat Materialpaarungen von Prfkrper A Testobjekt Schichtfolge Skizze 6 aufgeschleudertes maP 1215 4 auf einer Chrom-Haftschicht (Cr) auf Silizium (Si) Legende w Breite der Schichtstreifen 5.3.3 Referenzobjekte Die Referenzobjekte bestehen aus homogenem

44、 Material, d. h. Schicht und Substrat bestehen aus demselben Material. Es werden hier beispielhafte Referenzobjekte beschrieben. Die zu messenden Schichtstreifen haben eine Breite von 30 m und 100 m. Die vier Messstellen (bevorzugte kalibrierte Bereiche“) sind mit gestrichelten Rechtecken markiert.

45、Legende 1 bevorzugte kalibrierte Bereiche 2 Linien mit 100 m und 30 m Breite Bild 5 Skizze der Referenzobjekte R1, R2, R3 DIN 32567-2:2014-10 13 Literaturhinweise 1 Flores, Shane E;. Pontin, Michael G; Zok, Frank W: Scratching of Elastic/Plastic Materials With Hard Spherical Indenters. Journal of Ap

46、plied Mechanics, Vol. 75 (2008), 061021-1 2 Palacio, M; Bhushan, B; Ferrell, N; Hansford, D: Adhesion properties of polymer/silicon interfaces for biological micro-/nanoelectromechanical systems applications. J. Vac. Sci. Technol. A25 (2007), 1275-1284 3 Negativ-Photoresist SU-8 5 der MicroChem Corporation, 1254 Chestnut Street, USA-MA 02464 Newton. Zugriff am 31. Mai 2011 unter 4 Positiv-Photoresist ma-P 1215 der micro resist technology GmbH, D-12555 Berlin, Kpenicker Strae 325. Zugriff am 31. Mai 2011 unter