30.01.2018

Metrologie Know-How: Messlösungen für alle Waferanwendungen

Halbleiter und MEMS unterliegen einer zunehmenden Miniaturisierung. Damit steigen die Anforderungen an die Messtechnik, mit der die Qualität der Wafer im Prozess kontrolliert wird.

Die Fertigung wird auf Wafern mit 150, 200 oder 300 mm Durchmesser vollzogen. Im Prozess erhalten die Wafer (z.B. Silizium, Saphir oder Glas) durch verschiedene Ätz-, Schleif- und Polierprozesse eine nahezu perfekt ebene Oberfläche. Zur Charakterisierung der Wafertopographie und -dicke gibt es eine Reihe von globalen und lokalen Waferparametern. Dazu gehören Ebenheit, Rauheit, Welligkeit, TTV (Gesamtdickenvariation), Bow, Warp, Sori, Taper, LTIR, LTV, LFPD und viele mehr, die zur Prozessüberwachung und Qualitätskontrolle eingesetzt werden. Die graphische Darstellung der lokalen Waferparameter ermöglicht es dem Anwender auf einen Blick, Bereiche auf dem Wafer zu identifizieren, die außerhalb der Spezifikationen liegen. Die Dickenschwankungen liegen im Bereich von wenigen µm. Auf diesen Wafern werden durch eine wiederholte Folge von Strukturierungs-, Ätz, und Abscheideprozessen die Bauelemente und Strukturen erzeugt. Jeder dieser Prozessschritte wirkt sich erneut auf die TTV aus. Damit ist die TTV neben der Oberflächenbeschaffenheit der wichtigste zu messende Parameter.

Das für diese Anwendung entwickelte MicroProf® Oberflächenmessgerät mit TTV Setup misst zügig eine komplette Waferoberfläche und bestimmt TTV, Ebenheit oder Welligkeit bei sehr hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit. Das  System  erreicht  bei einem maximalen Probendurchmesser von 300 mm eine Auflösung kleiner 10 nm für die Dickenmessung. Gleichzeitig können Rauheit und Topographie auf beiden Probenseiten hochaufgelöst 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 wie bei den Standardgeräten über die z-Achse angenähert. Die Variation der absoluten Dicke 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.

Der MicroProf® ist mit bedarfsgerechter optischer Multi-Sensor Messtechnik und wahlweise Rasterkraftmikroskopie ausgestattet. Das Messsystem ermöglicht damit neben der Ebenheits- und TTV Messung auch die Kontrolle von feinsten Strukturen auf dem Wafer. Neben der Durchführung von Dotierungs-, Schleif- oder Ätzprozessen werden während der Waferfertigung wiederholt Beschichtungen aufgebracht deren Dicke es zu messen gilt. Zur Lösung dieser Messaufgabe eignen sich optische Schichtdickensensoren, welche in den MicroProf® integriert werden können – auch nachträglich sobald die Messaufgabe eintritt.

Folgende metrologische Messaufgaben sind z.B. realisierbar: Waferdicke, TTV, Bow, Warp, 3D Topographie, Profile, Parallelität, Ebenheit, Rauheit, Welligkeit, Schichtdicke, Stufenhöhen und -breiten, Pitch, Bumps, Kontur, Kantenstrukturen, Vias, Trenches, Geometrie, Flankenwinkel, Koplanarität, Overlay, Critical Dimensions und Defektinspektion.

Auch da wo Multi-Sensor Anordnung alleine nicht weiter hilft bietet FRT die passende Lösung: Hybrid-Metrologie. Aufgrund des von uns verfolgten Multi-Sensor Konzepts können die 3D-Oberflächenmessgeräte der bewährten MicroProf® Serie, sowohl mit Punkt– und Flächensensoren zur Topographiemessung, als auch mit Schichtdickensensoren ausgestattet werden. Dadurch bietet sich die Möglichkeit mit unterschiedlichen Sensoren eine Messaufgabe zu lösen, indem jeder Sensor eine Messung durchführt und die verschiedenen Ergebnisse kombiniert werden. Der entscheidende Schritt ist, dass das Messgerät bzw. das benutzte Rezept, die komplette Messaufgabe kennt und vollständig umsetzt. D.h., nicht nur die Messungen mit allen notwendigen Sensoren werden automatisiert erledigt, sondern die Software nimmt auch die unterschiedlichen Messergebnisse auf und errechnet daraus die gewollten Parameter.

Egal ob Sie ein eigenständiges berührungsloses Wafer-Messgerät für Ihr Labor oder ein vollintegriertes System für Ihre Produktionsabteilung im Front-End oder Back-End Bereich benötigen – FRT bietet die passenden Standard- und Speziallösungen zur Verbesserung Ihrer Produktionseffizienz. 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. Zudem kann das Messgerät mit leistungsfähiger Bilderfassungshardware für eine intelligente Mustererkennung ausgestattet werden. FRT Systeme können für die Handhabung SEMI-konformer und nicht konformer Wafer, die oftmals in der MEMS-Industrie eingesetzt werden, konfiguriert werden. FRT bietet überdies eine Vielzahl von Lösungen für das wachsende Marktsegment der 3D IC-Fertigung von der Dünnschichtmessung über die Trenchmessung bis hin zur Maßprüfung kritischer Abmessungen im gesamten Fertigungsprozess.

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 SEMI-konforme SECS/GEM-Schnittstelle. Diese leitet gewonnene Messinformationen nahtlos an den nächsten Schritt in der Fertigungslinie weiter.

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. Eine umfassende Lösung besteht unserer Ansicht nach neben der Hard- und Softwareentwicklung auch in ergänzenden Dienstleistungen und einem effektiven technischen Kundendienst. FRT bietet über ein globales Netzwerk aus Zweigniederlassungen und Distributoren zur Unterstützung vor Ort. Mithilfe des FRT Remote-Supports können unsere Experten weltweit Kunden bei Fragen zur Seite zu stehen.