29.05.2018

Schnell, exakt und zerstörungsfrei - Messung dünner transparenter Schichten auf einem Wafer

Polymere sind aus der modernen Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik, aus der Mikrooptik und Medizintechnik nicht mehr wegzudenken. Dabei wurden sie bisher fast ausschließlich als passive Materialien – etwa zum Schutz empfindlicher Bauteile – eingesetzt. Seit kurzem nutzt man die Eigenschaften moderner Polymere auch für funktionelle Bauteile.

Bei der weltweiten Entwicklung neuartiger Polymermaterialien, die nahezu täglich neue Einsatzmöglichkeiten eröffnen, gilt dabei stets eine Prämisse: Das gewählte Verfahren muss immer einfach handhabbar, leicht in eine konventionelle Fertigung integrierbar und vor allem kostengünstig sein. Aus vernetzten nanoskaligen Bausteinen bestehend, bringen sie in einem breiten Spektrum nutzbare Materialeigenschaften mit, die zudem flexible Prozessierbarkeit mit Standardtechnologien ermöglichen.

Unter den Aspekten Prozesskontrolle und -optimierung werden detaillierte Informationen zur Homogenität der auf einem Wafer aufgetragenen Polymerschicht benötigt. Die hybriden Polymere, die durch Variation der Ausgangsmaterialien und Prozessparameter unterschiedliche Eigenschaften für ihren Einsatz als mechanische Schutzschichten oder Antireflexschichten aufweisen können, werden dafür zunächst als dünne transparente Schicht auf dem Wafer abgeschieden. Die Dicke dieser Schicht gilt es zu messen.

Durch partielles Abtragen der Schicht, kann die Schichtdicke in einem gemessenen Profil aus der Höhe der Schichtoberseite über der Waferoberfläche bestimmt werden. Das Problem ist, dass konventionelle Tastschnittgeräte, die für solche Aufgaben sonst eingesetzt werden können, hier ausscheiden, da sie das weiche Schichtmaterial mechanisch abtasten und damit zerkratzen. Auch optische Abstandsmessgeräte wie konfokale Sensoren, Autofokussysteme oder Triangulatoren versagen bei der Profilmessung auf dünnen transparenten Schichten, weil das an Schichtoberseite und Schichtunterseite reflektierte Licht nicht getrennt ausgewertet werden kann.

Mit dem interferometrischen Sensor CWL FT kann die Dicke der transparenten Polymerschichten gemessen werden. Der CWL FT beruht auf der spektralen Auswertung der Überlagerung von Teil­wellen einer Weißlichtquelle, die an den Grenzflächen einer transparenten Schicht reflektiert werden. Bei gegebener Schichtdicke und gege­benem Brechungsindex variiert die Intensität der überlagerten Teilstrahlen mit der Wellenlänge. Das Spektrum zeigt dann ein typisches Interferenz­muster. Aus diesem Spektrum und dem Brechungsindex des Schichtmaterials berechnet der Sensor die Dicke dünner transparenter Schichten, wie die der hybriden Polymere, die hoch aufgelöst gemessen werden. Der Wafer wird hierbei als Ganzes zerstörungsfrei und schnell erfasst.

Im MicroProf® wird der interferometrische Sensor für ortsaufgelöste, hochgenaue Schichtdickenmessungen eingesetzt. In einer Multi-Sensor Anordnung mit dem interferometrischen Messkopf und einem konfokalen chromatischen Abstandssensor steht dem Kunden ein außerordentlich leistungsfähiges Messsystem für schnelle, ortsaufgelöste Schichtdicken- und Topographiemessungen zur Verfügung.

Die Auswertung der gemessenen Schichtdicken erfolgt mit dem Analyseprogramm FRT Mark III. Das leistungsfähige Programm wird in den FRT Messsystemen sowohl für die Darstellung und Auswertung von Topographiedaten wie auch von Schichtdickenmessungen eingesetzt.

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