DIN EN 62047-17-2015 Semiconductor devices - Micro-electromechanical devices - Part 17 Bulge test method for measuring mechanical properties of thin films (IEC 62047-17 2015) Germa.pdf

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1、Dezember 2015DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDEPreisgruppe 16DIN 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

2、 31.080.01; 31.220.01!%FD“2353395www.din.deDDIN EN 62047-17Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 17: WlbungsPrfverfahren zur Bestimmung mechanischer Eigenschaften dnner Schichten (IEC 6204717:2015);Deutsche Fassung EN 6204717:2015Semiconductor devices Microelectromechanical d

3、evices Part 17: Bulge test method for measuring mechanical properties of thin films (IEC 6204717:2015);German version EN 6204717:2015Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 17: Mthode dessai de renflement pour la mesure des proprits mcaniques des couches minces (IEC 62047

4、17:2015);Version allemande EN 6204717:2015Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 28 SeitenDIN EN 62047-17:2015-12 2 Anwendungsbeginn Anwendungsbeginn fr die von CENELEC am 2015-04-09 angenommene Europische Norm als DIN-Norm ist 2015-12-01. Nationales

5、Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN EN 62047-17:2011-06. Fr dieses Dokument ist das nationale Arbeitsgremium K 631 Halbleiterbauelemente“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom

6、SC 47F Micro-electromechanical systems“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (stability date) unverndert bleiben soll, das auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikation angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entspr

7、echend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf ein Dokument ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle,

8、ein Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf die jeweils aktuellste Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments. Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die in Bezug genommene Ausgabe des Dokuments. Der Zusammenhang der zitierten Dokumente mit

9、den entsprechenden Deutschen Dokumenten ergibt sich, soweit ein Zusammenhang besteht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-Publikation. Beispiel: IEC 60068 ist als EN 60068 als Europische Norm durch CENELEC bernommen und als DIN EN 60068 ins Deutsche Normenwerk aufgenommen. Das Origina

10、l-Dokument enthlt Bilder in Farbe, die in der Papierversion in einer Graustufen-Darstellung wiedergegeben werden. Elektronische Versionen dieses Dokuments enthalten die Bilder in der originalen Farbdarstellung. EN 62047-17 Juli 2015 EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE ICS 31.080.99 Deu

11、tsche Fassung Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 17: Wlbungs-Prfverfahren zur Bestimmung mechanischer Eigenschaften dnner Schichten (IEC 62047-17:2015) Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part 17: Bulge test method for measuring mechanical properties of t

12、hin films (IEC 62047-17:2015) Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 17: Mthode dessai de renflement pour la mesure des proprits mcaniques des couches minces (IEC 62047-17:2015) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2015-04-09 angenommen. CENELEC-Mitglieder sind geh

13、alten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind b

14、eim CEN-CENELEC Management Centre oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in sei

15、ne Landessprache gemacht und dem CEN-CENELEC Management Centre mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, der ehemaligen jugoslawischen Republik Mazedon

16、ien, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, der Trkei, Ungarn, dem Verei

17、nigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique CEN-CENELEC Management Centre: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2015 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich

18、 in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 62047-17:2015 DDIN EN 62047-17:2015-12 EN 62047-17:2015 Europisches Vorwort Der Text des Dokuments 47F/210/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe der IEC 62047-17, erarbeitet vom SC 47F Microelectromech

19、anical systems“ des IEC/TC 47 Semiconductor devices“, wurde zur parallelen IEC-CENELEC-Abstimmung vorgelegt und von CENELEC als EN 62047-17:2015 angenommen. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem dieses Dokument auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen natio

20、nalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2016-01-10 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die diesem Dokument entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2018-04-09 Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen.

21、 CENELEC und/oder CEN sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 62047-17:2015 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. 2 DIN EN 62047-17:2015-12 EN 62047-1

22、7:2015 Inhalt SeiteEuropisches Vorwort 2 1 Anwendungsbereich.5 2 Normative Verweisungen.5 3 Begriffe und Symbole.5 3.1 Begriffe.5 3.2 Symbole .6 4 Prinzip der Wlbungsprfung.6 5 Prfeinrichtung und Prf-Umgebungsbedingungen.7 5.1 Allgemeines7 5.2 Prfeinrichtung .8 5.3 Umgebungsbedingungen whrend der Pr

23、fung 9 6 Mikroprobe .9 6.1 Allgemeines9 6.2 Form und Abmessungen der Mikroprobe 9 6.3 Messen der Probemae.9 7 Prfdurchfhrung und Datenanalyse .10 7.1 Prfdurchfhrung .10 7.2 Analyse der Prfergebnisse.11 8 Prfbericht12 Anhang A (informativ) Bestimmung der mechanischen Eigenschaften 13 A.1 Allgemeines1

24、3 A.2 Ermittlung der mechanischen Eigenschaften mithilfe der Spannungs-Dehnungs-Kurve 13 A.3 Bestimmung der mechanischen Eigenschaften mithilfe der Lastverformungsanalyse15 Anhang B (informativ) Verfahren zum Messen der Verformung .18 B.1 Allgemeines18 B.2 Laser-Interferometrie18 B.3 Kapazittsmessve

25、rfahren.18 Anhang C (informativ) Beispiel fr die Probenherstellung: MEMS-Prozess .23 C.1 Herstellung der Probe 23 C.2 Messung der Form der Mikroprobe24 Literaturhinweise 25 Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihren entsprechenden europischen Publikationen

26、26 Bilder Bild 1 Typisches Beispiel einer Wlbungsprobe .6 Bild 2 Membranfenster, das infolge Druckbeanspruchung gewlbt wurde.7 Bild 3 Typisches Beispiel einer Wlbungs-Prfeinrichtung.7 Bild 4 Membranfenster-Formen fr Wlbungs-Prfverfahren .9 3 DIN EN 62047-17:2015-12 EN 62047-17:2015 SeiteBild 5 Beisp

27、iel einer typischen Druck-Hhe-Kurve, die bei einer Wlbungsprfung erhalten wird 11 Bild A.1 Bestimmung des biaxialen Elastizittsmoduls mithilfe der Spannungs-Dehnungs-Kurve, die bei der Wlbungsprfung erhalten wird. 17 Bild B.1 Typisches Beispiel eines Messaufbaus zur Laser-Interferometrie . 19 Bild B

28、.2 Typische Interferenzmuster bei Michelson- und ESPI-Messverfahren. 20 Bild B.3 Typisches Beispiel eines Messaufbaus unter Verwendung eines Fotodetektors. 21 Bild B.4 Schema eines Kapazitts-Messaufbaus zur Wlbungsprfung 21 Bild B.5 Typisches Beispiel der Beziehung zwischen Wlbungshhe und Kapazittsn

29、derung. 22 Bild C.1 Beispiel fr die Herstellung einer Probe zur Wlbungsprfung 23 Tabellen Tabelle 1 Symbole und Benennungen einer Mikroprobe . 6 Tabelle A.1 Beispiele fr unterschiedliche Werte von C und C () fr quadratische Dnnschichten. 16 1 2Tabelle A.2 Beispiele fr unterschiedliche Werte von C un

30、d C () fr kreisfrmige Dnnschichten. 16 1 24 DIN EN 62047-17:2015-12 EN 62047-17:2015 1 Anwendungsbereich In diesem Teil der IEC 62047 ist das Verfahren fr die Durchfhrung von Wlbungsprfungen (Bulge-/Tiefen-Prfungen) an einer freistehenden Schicht, die innerhalb eines Fensters gewlbt wird, festgelegt

31、. Die Mikro-probe wird aus Mikro-/Nano-Schichtwerkstoffen hergestellt, welche Metall-, Keramik- oder Polymerschichten fr MEMS-, Mikrosystem- oder andere Bauteile einschlieen. Die Dicke der Schicht liegt im Bereich von 0,1 m bis 10 m und die Breite des rechtwinkligen oder quadratischen Membranfenster

32、s bzw. der Durch-messer der kreisfrmigen Membran liegt im Bereich von 0,5 mm bis 4 mm. Die Prfbeanspruchungen werden bei Raumtemperatur unter Verwendung einer gleichfrmig verteilten Druckbeanspruchung auf die zu prfende Schicht-Probe innerhalb des Wlbungsfensters ausgebt. Mithilfe dieses Verfahrens

33、knnen das Elastizittsmodul und die Eigenspannung der Schicht-Werkstoffe bestimmt werden. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in

34、Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). IEC 62047-2:2006, Semiconductor devices Micro electromechanical devices Part 2: Tensile testing method of thin film materials 3 Begriffe und Symbole 3.1 Be

35、griffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1.1 Eigenspannung Restspannung 0Spannung, die in einer Mikroprobe ohne uere Beanspruchung vorhanden ist 3.1.2 biaxiales Elastizittsmodul M Elastizittsmodul bei zweidimensionalen Spannungszustnden 3.1.3 Membranfenster Beanspruc

36、hungsflche innerhalb der freistehenden Schicht-Probe, die im direkten Kontakt mit dem Druckme-dium steht und von einem Rahmen umgeben ist Anmerkung 1 zum Begriff: Siehe Bild 1. 5 DIN EN 62047-17:2015-12 EN 62047-17:2015 Legende 1 Draufsicht 2 Seitenansicht 3 Membranfenster 4 abgeschiedene Dnnschicht

37、 Bild 1 Typisches Beispiel einer Wlbungsprobe 3.2 Symbole Die in diesem Dokument verwendeten Symbole sind in der unten stehenden Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 Symbole und Benennungen einer Mikroprobe Symbol Einheit Benennung t m Dicke der Membran oder der Dnnschicht R m Radius des gewlbten Membranf

38、ensters h m Hchstwert der vertikalen Verwlbung am Mittelpunkt des Wlbungs-Fensters d mm Durchmesser bei einem kreisfrmigen Wlbungs-Fenster a, b mm halbe Breite bzw. halbe Lnge eines rechtwinkligen Wlbungs-Fensters Im Falle eines quadratischen Fensters gilt a gleich b. p MPa Differenzdruck, mit dem d

39、as Membranfenster beansprucht wird. C1, C2Koeffizienten in der verallgemeinerten linear-elastischen Wlbungs-Gleichung 4 Prinzip der Wlbungsprfung Es ist eine freistehende Schicht-Probe mit einem Rahmen, der ein Wlbungs-Membranfenster umgibt, wie in Bild 1 dargestellt, erforderlich, und diese Probe s

40、ollte auf einer Wlbungs-Prfeinrichtung, mit der unter-schiedliche Druckbeanspruchungen auf die Probe ausgebt werden knnen, montiert werden. Der Druck sollte dabei ber der Schicht im Fenster gleichmig verteilt sein und die Schicht in einer konstanten und relativ statischen Rate beanspruchen. Die Memb

41、ranfenster-Geometrie kann kreisfrmig, quadratisch oder rechtwinklig sein. ANMERKUNG 1 Bei der Wahl der Fenstergeometrie werden Analysen durchgefhrt, zur Bestimmung von Spannung und Dehnung der gewlbten Schicht mittels unterschiedlicher Modell, d. h. einem kugel- oder einem zylinderfrmigen Druck-kess

42、el-Modell. Die Schicht, welche mit unterschiedlichen Drcken beansprucht wird, verformt sich ber dem Fenster aus der planliegenden zu einer gewlbten Form. Indem die Hhe h und der Druck p des gewlbten Fensters, wie in Bild 2 dargestellt, gemessen werden, kann entsprechend des gewhlten Modells die Druc

43、k-Verformungs-6 DIN EN 62047-17:2015-12 EN 62047-17:2015 Kurve und/oder die Spannungs-Dehnungs-Kurve ermittelt werden. Die mechanischen Eigenschaften der Schicht, wie zum Beispiel Elastizittsmodul und Eigenspannung, knnen mithilfe der Druck-Verformungs-Kurve oder der Spannungs-Dehnungs-Kurve bestimm

44、t werden. ANMERKUNG 2 Einzelheiten zu den Analysemodellen sind im Anhang A angegeben. Bild 2 Membranfenster, das infolge Druckbeanspruchung gewlbt wurde 5 Prfeinrichtung und Prf-Umgebungsbedingungen 5.1 Allgemeines Mit der Druckbeanspruchung der Mikroprobe erfolgt deren Verformung, das bedeutet, ein

45、e nderung der Wlbungshhe, die im Membranfenster zu messen ist. Eine Wlbungs-Prfeinrichtung kann im Allgemeinen aus Druckeinrichtung, Probenhalterung und Wlbungshhen-Messeinrichtung, wie in Bild 3 dargestellt, bestehen. Legende 1 Verformungs-Messeinrichtung 4 Druckkammer 7 Druckmesseinrichtung 2 Prob

46、e 5 Membranfenster 8 Einlasskanal 3 O-Ring 6 Substrat 9 Auslasskanal Bild 3 Typisches Beispiel einer Wlbungs-Prfeinrichtung 7 DIN EN 62047-17:2015-12 EN 62047-17:2015 5.2 Prfeinrichtung 5.2.1 Druckeinrichtung Die Druckeinrichtung sollte so aufgebaut sein, dass das zu wlbende Membranfenster mit einem

47、 bestimmten kontinuierlichen Druck bei einer gesteuerten Rate oder mit einem Druck von einer bestimmten Hhe bean-sprucht wird. Das Druckmedium kann l, Gas oder destilliertes Wasser sein. Die Druckeinrichtung kann im Allgemeinen aus einem Drucksensor und einem Druckregler bestehen. Die Regeleinheit s

48、ollte eine Ge-nauigkeit von 1 % bezogen auf den Skalenendwert haben. ANMERKUNG Bei den im Prfverfahren verwendeten Drcken ist Luft um mehr als das Millionenfache zu kompri-mieren im Vergleich zu blichen Flssigkeiten wie l und destilliertes Wasser. 5.2.2 Wlbungs-(Druck-)Kammer Die Druckkammer sollte so kompakt wie mglich sein, um die Nachgiebigkeit des Prfsystems zu reduzieren. Das zu komprimierende Volumen, das mglicherweise die Nachgiebigkeit beeinflusst, wrde somit minimiert werden. Falls eine Flssigkeit zur Druckausbung in der Prfeinrichtung verwendet wird, enthlt das