21.11.2017

Hoch präzise Dicken- und TTV-Messung für die Waferherstellung

Sägen, Schleifen, Läppen, Polieren… Das sind die typischen Bearbeitungsschritte, die vom Ausgangsprodukt „Ingot“ zu qualitativ hochwertigen Wafern führen. Hersteller in den Bereichen Mikroelektronik, Mikrosystemtechnik und Photovoltaik stellen hohe Anforderungen an die Fertigungstoleranzen des Vorprodukts „Wafer“, da bereits geringe Abweichungen die Qualität in den nachgelagerten, kostenintensiven Prozessschritten negativ beeinflussen können. Die Folge sind Einbußen bei der Ausbeute sowie verringerte Effizienz und Zuverlässigkeit der Endprodukte. Hochwertige, vollautomatische Multi-Sensor Messtechnik von FRT trägt zur Überwachung der Prozesstoleranzen in der Waferbearbeitung bei und hilft die geforderten Qualitätsstandards der Produzenten einzuhalten.

Nach dem Sägen werden die Wafer mit Hilfe mechanischer Verfahren wie Schleifen, Läppen und Polieren weiter bearbeitet. Dabei muss die Einhaltung der Dicke über den gesamten Wafer im Bereich weniger Mikrometer sichergestellt werden. Da dieser in der Regel mit einer Dotierung mit definierter Eindringtiefe versehen ist, muss der Schleifprozess so eingestellt werden, dass eine bestimmte Dicke nicht unterschritten wird. Vor allem bei Thin-Wafern mit geringeren Toleranzen steigen die Anforderungen an Genauigkeit und Reproduzierbarkeit. Hier hat sich die optisch berührungslose Dickenmessung durchgesetzt. Neben Thin-Wafern können auch auch gebondete oder getapte Wafer gemessen werden. FRT setzt bei der Waferdicken- und Oberflächenmessung auf eine diametral angeordnete, kalibrierte Sensorkonfiguration, bestehend aus zwei berührungslos arbeitenden, chromatischen Punktsensoren. Sie messen den Abstand zum Wafer an dessen Ober- und Unterseite. Auf diese Weise wird die lokale Waferdicke wie auch die Dickenvariation über die gesamte Waferfläche zuverlässig und nach der Norm des Industrieverbands SEMI bestimmt.

Das  System  erreicht  bei einem maximalen Waferdurchmesser von 300 mm eine Auflösung kleiner 10 nm für die Dickenmessung. Gleichzeitig können Rauheit und Struktur auf beiden Probenseiten vermessen werden. Ein spezieller Probenhalter nimmt das Bauteil so auf, dass es nur am äußeren Rand aufliegt. Die Sensoren sind oberhalb  und  unterhalb  der  Probe angeordnet. Der untere Sensor bleibt, einmal ausgerichtet, fix und ist durch die  Probenaufnahme automatisch  im richtigen  Arbeitsabstand.  Der  obere Sensor wird über die z-Achse angenähert. Die Variation der absoluten Dicken kann über  den  gesamten  Probenbereich gemessen werden.  Dabei  spielen  die Durchbiegung  der  Probe  und  der Höhenschlag des  Rastertisches  keine Rolle, da eine Differenzmessung zwischen den  feststehenden  Sensoren  durchgeführt wird. Gerade die Dickenvariation, definiert über den sog. TTV-Wert, ist beim Waferschleifen eine Kennzahl für Qualität. Sie lässt Rückschlüsse zu, ob der Abtrag gleichmäßig erfolgt ist. Nur Wafer mit einem sehr niedrigen TTV-Wert können für anspruchsvolle Aufgaben weiter verwendet werden.

Für die Bestimmung von Schichtdicken im Sub-Mikrometer Bereich, von wenigen zehn Nanometern bis zu einigen zehn Mikrometern, sowie für die Analyse komplexer Mehrschichtstrukturen mit hoher Auflösung wurde der FTR Sensor bei uns im Hause entwickelt. Je nach Anforderung wird der Dünnschichtsensor in Varianten mit verschiedenen Wellenlängenbereichen eingesetzt, so dass für unterschiedliche Materialien und Schichtdicken entsprechend optimale Messbedingungen geboten werden.

Bei Materialien, die für sichtbares Licht opak, für Infrarotstrahlung aber transparent sind, macht FRT mit dem CWL IR Dickenmessung möglich. Auch die Klebungsschicht bei gestapelten Wafern, so wie Hohlräume und Defekte können ermittelt werden. Der Sensor zeichnet sich durch einen großen Messbereich sowie eine x,y-Auflösung von 6,5 μm aus. Mit den bewährten Geräten der MicroProf® Serie kann der CWL IR für 3D-Schichtdickenmappings und 2D-Schichtdickenprofile eingesetzt werden.

Der Automatisierungsgrad reicht von manuell bedienten Messsystemen wie dem MicroProf® 300, die automatisch vordefinierte Programme ausführen, bis hin zum vollautomatisierten Wafer-Handling einschließlich automatischer Vor- und Feinausrichtung im MicroProf® MHU. FRT Systeme können für die Handhabung SEMI-konformer und nicht konformer Wafer, die oftmals in der MEMS-Industrie eingesetzt werden, konfiguriert werden.

Für Halbleiter-Anwendungen bietet FRT eine eigene Geräteklasse für die Reinraum- Fertigung: die MFE-Serie, mit dem MicroProf® FE und MicroProf® FS. MFE Messsysteme können 200 mm und 300 mm Wafer in einem System verarbeiten (FOUP, SMIF und offene Waferkassetten möglich). Das enthaltene SEMI-konforme Softwarepaket ermöglicht eine interaktive oder automatisierte Nutzung, die einfache Erstellung von Mess- und Auswerterezepten sowie die Einbindung in vorhandene Fertigungssteuerungssysteme über die SECS/GEM-Schnittstelle.

Ob Labor, Entwicklung, Qualitätssicherung oder Produktion – FRT bietet die passende Messtechnik für Ihre Anwendung. Zögern Sie nicht uns bei Fragen zu kontaktieren. Unsere Experten helfen Ihnen gerne bei der Lösung Ihrer Messaufgaben, indem sie die bestmögliche Systemkonfiguration für Sie erstellen.