26.09.2017

Metrologie für MEMS – mehr als ein Trend

Die Komplexität integrierter Schaltkreise nimmt beachtlich zu – und ist ein unglaublicher Innovationstreiber. Gleichzeitig stellt diese Entwicklung für die Industrie in verschiedenen Bereichen eine beachtliche Herausforderung dar. Sie bedingt ständig wechselnde Anforderungen an Produktionsparameter, Prozesskontrolle und Qualitätssicherung. Nur entsprechend variable und erweiterungsfähige Anlagen sind hierfür geeignet – wie die optische Oberflächenmessung in Gestalt von Multisensor-Geräten.

Die Mikrosystemtechnik ist in allen Bereichen präsent und mittlerweile zu einer allgegenwärtigen Querschnittstechnologie geworden. Zum Beispiel gehören zur Ausstattung von Smartphones auf Waferlevel produzierte Mikrofone, RF-Filter, CMOS-Bildsensoren oder GPS- und MEMS-Beschleunigungssensoren.  Auch findet sich Mikrosystemtechnik in Health-Care-Anwendungen, Sensorik in digitalen Kameras, Gyroskope zur Stabilisierung oder zur Steuerung. Sie bietet mehr Funktion bei gleichem Bauraum und macht mobile Anwendungen möglich, auch dank des geringeren Energieverbrauchs.

Gerade in der MEMS-Branche ist wegen der hohen Produktkomplexität meist ein Bündel von Messaufgaben abzuarbeiten. Gängig ist die Bestimmung von Rauheit, Kontur, Topographie und Schichtdicke, dazu kommen Spezialaufgaben, wie die Messung von Membrandurchbiegung, Stressmessung an beschichteten Wafern oder die Parallelitätsmessung von periodischen Strukturen.

Schon an das Vorprodukt „Wafer“ stellen die Hersteller in den Bereichen Mikrosystemtechnik extrem hohe Anforderungen. Geringe Abweichungen bei den Fertigungstoleranzen beeinflussen die Qualität in den nachgelagerten, kostenintensiven Prozessschritten und können Einbußen bei der Ausbeute sowie verringerte Effizienz und Zuverlässigkeit der Endprodukte zur Folge haben. Deshalb müssen während der Produktion laufend die Prozesstoleranzen überwacht werden. Viele Hersteller vertrauen für diese Aufgabe auf hochwertige, berührungslose und zerstörungsfreie Multisensor-Messtechnik von FRT. Die Geräte unserer MicroProf® Serie vereinen mehrere Messaufgaben in einem System, bieten eine deutlich höhere Auflösung als herkömmliche kapazitive Messtechnik und arbeiten nach den Normen des internationalen Industrieverbands SEMI. Die Bestimmung der Parameter in einem einzigen vollautomatischen Multisensor-Gerät spart Investitionen, Aufstellraum und Zeitbedarf zur Prozesskontrolle.

Das Ausgangsprodukt bei der Mikrosystemtechnik-Fertigung ist der sogenannte Ingot, ein Block zum Beispiel aus Silizium oder einem Compound Material, wie Saphir oder Galliumarsenid (GaAs), aus dem einzelne Rohwafer gesägt werden. Dabei müssen Breite und Tiefe der Riefen überwacht werden. Optische Multisensor-Messsysteme können die Sägekontur nicht nur dreidimensional visualisieren, sondern auch quantitativ metrologisch über mehrere Bereiche hinweg charakterisieren. So lässt sich der Sägeprozess besser steuern, der Werkzeugverschleiß und die Bearbeitungsmaschinen überwachen.

Auch bei weiteren Bearbeitungsschritten (Schleifen, Läppen und Polieren) der Rohwafer sind metrologische Messungen notwendig. Die Einhaltung der Dicke über den gesamten Wafer im Bereich weniger Mikrometer und die Einhaltung von Rauheitsparametern müssen gesichert werden. Höchste Präzision im Nanometerbereich ist gefragt bei den so genannten Thin-Wafern zur Herstellung der sich im Markt durchsetzenden 3D-IC-Baugruppen. Schlüsseltechnologie für diese sind tiefe Trenches und TSV (Through Silicon Via), Kontaktierungen durch die verschiedenen Ebenen der Bauteile.

Auch können bestimmte Messaufgaben nicht von einem Sensor alleine gelöst werden, da die gewünschten Parameter nicht direkt zugänglich sind. Auch die Multi-Sensor Anordnung alleine hilft hier nicht weiter. Doch auch hierfür bietet FRT die passende Lösung: Hybrid-Metrologie. Aufgrund des von uns verfolgten Multi-Sensor Konzeptes können die 3D-Oberflächenmessgeräte der bewährten MicroProf® Serie, sowohl mit Punkt- und Flächensensoren zur Topographiemessung, als auch mit Schichtdickesensoren, 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 nun, 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.

Durch das Hinzufügen der Thermoeinheit zum MicroProf® können Sie Messungen der Oberflächentopographie von Bauteilen unter kontrollierter thermischer Beanspruchung durchführen. Dies ist unerlässlich, da Änderungen der Bauteile durch thermische Beanspruchung zu Funktionsstörungen oder sogar Ausfällen führen können. Sowohl vollautomatische Messungen der Oberflächentopographie bei unterschiedlichen Temperaturen, als auch Verweilzeiten bei konstanten Temperaturen sind komplett einstellbar. Die Thermoeinheit ist als Erweiterung für alle FRT-Messgeräte erhältlich und wird als separates Modul wie ein normaler Probenhalter montiert.

FRT bietet sowohl manuelle als auch vollintegrierte Messlösungen mit robotergestütztem Waferhandling, Rezepterstellung, automatische Auswertung der Messdaten und einer SEMI-konformen SECS/GEM Schnittstelle für die Anbindung an den Fab Host. Dank des modularen Multisensor-Konzepts können die Geräte auch bei ambitionierten Roadmaps der Branche mithalten.

Wir haben sicher auch eine Lösung für Ihre spezifische Aufgabe. Zögern Sie nicht uns bei Fragen zu kontaktieren. Unsere Experten werden sich gerne um Ihr Anliegen kümmern und individuelle Lösungen für Sie ausarbeiten.