SiCウェーハの残留応力を検出する方法は?

SiCウェーハの残留応力を検出する方法は?

SiC基板のようなPAM-XIAMENによって供給される炭化ケイ素(SiC)ウェーハ材料(リンク:https://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-family.html)は、高熱伝導率、高強度、高温耐性、耐放射線性などの優れた特性により、航空宇宙、レーダー通信、自動車産業、半導体産業で広く使用されています。 ただし、SiC単結晶材料の準備、加工、使用中には、マイクロパイプ、転位、小角境界、介在物などの欠陥が存在するため、一定の残留応力が発生します。 SiC単結晶材料の場合、残留応力の形成は、熱応力、欠陥による応力、および機械加工応力の重ね合わせです。 そのため、残留応力は、コンポーネントの品質を測定するための重要な指標としてよく使用されます。 通常、不適切な残留応力はSiC単結晶材料の完全性を損ない、不必要な変形や部品の故障を引き起こします。 したがって、炭化ケイ素単結晶材料の残留応力を検出する必要があります。 SiC単結晶の残留応力を検出する方法をお勧めします。

SiCウェハ

現在、単結晶材料の残留応力の測定方法は、主に光弾性法、X線回折法、マイクロラマン分光法、中性子回折法などがあります。 その中でも、単結晶材料の応力検出には、光弾性法やX線回折法が広く利用されています。 より具体的には次のとおりです。

1.光弾性法

光弾性は、光学原理を使用して材料の応力分布を研究する実験方法です。 ブリュースターは最初に光弾性の現象を発見しました。 次に、マックスウェルは複屈折を応力と関連付け、光弾性の発達を加速する応力の光学法則を確立しました。

単結晶材料の残留応力を検出するための光弾性法は、光学結晶材料の複屈折特性に基づいています。つまり、光線が特定の材料を通過するときに2つの異なる屈折率が生成されます。 この方法の応力検出原理は次のとおりです。図1に示すように、光ビームが光弾性材料を通過すると、2つの主応力σ1およびσ2方向に沿って伝播速度が異なる2つのビームに分解されます。ストレスの存在による。 の平面偏光は、相対的な光路差を生成し、材料の主応力は、式(1)に示す応力の光学法則に従って決定できます。次に、光はアナライザーを透過して光干渉を生成します。 、およびコンポーネントの応力が取得されます。 情報の光弾性フリンジ画像。これから、コンポーネントの応力状態と分布を推定できます。

式では:m光学フリンジシリーズに関連する正の整数です。λ光源の波長です。C1-C2は応力光学定数です。 f =λ/(C1-C2)は光弾性材料のフリンジ値です。hモデルの厚さです。

図1光弾性法の原理概略図

図1光弾性法の原理概略図

光弾性法には、リアルタイム、非接触、非破壊、グローバルという利点があり、複雑な2次元および3次元の空間構造の応力を検出できます。 そのため、この方法は広く研究され、単結晶材料の応力検出に適用されてきました。

2.X線回折

X線回折は、単結晶材料の表面の残留応力をテストするための非破壊テスト方法です。 X線回折法は、弾性力学理論とX線回折理論に基づいて、材料の応力検出を実現します。 基本的な原理は、コンポーネントに残留応力がある場合、粒子内の結晶面間の間隔は応力の大きさに応じて規則的に変化するということです。 材料のひずみ値は、X線回折によって面間隔の変化を測定することによって取得され、次に、フックの法則に従って適切な剛性関係を使用して、部材の残留応力値が計算されます。 現在、主に井村法、オルトナー法、重回帰法があります。

3.マイクロラマン分光法

マイクロラマン分光法は、新しい有望なマイクロスケールの実験的機械的試験技術です。 この技術を使用して単結晶材料の残留応力を検出することは、ラマン散乱の原理に基づいています。 基本的な原理は、材料に残留応力がある場合、ラマン周波数シフトは格子変形に伴って変化するということです。 式(2)に示す応力と相対ラマン周波数シフトの関係を利用して、ラマンスペクトル線の変化を検出することにより、単結晶材料の応力を求めることができます。

式(2)の場合:Ψは、材料の応力/ひずみ-周波数シフト係数です。 Δωは周波数シフトの増分です

非接触、非破壊、リアルタイム、高感度、高空間分解能の利点を備えたマイクロラマン分光法は、マイクロスケールの実験力学、特に半導体材料の機械的測定の分野で広く使用されています。

4.中性子回折

中性子回折法は、部品に損傷を与えることなく、部品内部の三次元応力分布を直接取得できる検出・解析手法です。 単結晶材料の残留応力の決定を実現するのはブラッグの法則に基づいています。 この方法の基本原理は次のとおりです。ユニットセル内の格子間の距離を中性子回折計で測定し、距離の変化によって弾性ひずみを解き、次の式に従ってコンポーネントの応力分布を求めます。ひずみと応力の関係。 中性子回折法には、侵入深さが大きく、空間分解能が高いという利点があります。

図2中性子回折法による残留応力測定の概略図

図2中性子回折法による残留応力測定の概略図

図3のように、参考のためにさまざまな残留応力検出方法を比較します。

図3ストレス検出方法の比較

図3ストレス検出方法の比較

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