11.07.2017

Patterned-Sapphire-Substrate Prozess: Steigern Sie ihren Yield durch intelligent eingesetzte FRT-Messtechnik

Was auch immer produziert wird, ganz gleich aus welchem Material und in welchen Mengen – einwandfreie Qualität wird nur durch gleich bleibend hohe Perfektion erreicht. Und diese muss laufend kontrolliert werden. Sensorik und Messtechnik können in der Prozesssteuerung helfen die Produktivität zu steigern und dadurch Produktionskosten zu senken. FRT-Messtechnik schafft optimale Voraussetzungen, um die einzelnen Schritte in einer Prozesskette ideal aufeinander abzustimmen.

In der LED Herstellung werden periodisch strukturierte Saphir-Substrate verwendet, um die Lichtausbeute der Dioden zu erhöhen. Beim Patterned- Sapphire-Substrate Prozess (PSS-Prozess) werden in glatte Saphir-Wafer Strukturen wie Kegel oder Pyramiden im Mikro- bis Nanometerbereich geätzt. Bei einem nicht strukturierten Wafer wird eine Vielzahl von Photonen, die aus der aktiven Schicht einer LED emittiert werden, aufgrund von Totalreflexion diese niemals verlassen. Durch Strukturierung mittel PSS-Prozess wird der Anteil an Totalreflexion verringert, folglich verlassen mehr Photonen die LED und die Lichtausbeute steigt. Darüber hinaus führt die Strukturierung des Substrats zu einer höheren Qualität der nachfolgend aufgebrachten Schichten im LED-Herstellungsprozess, wodurch die Lichtausbeute ebenfalls gesteigert wird.

Die Strukturierung der Substratoberfläche wird mittels Nanoprägelithografie („Nanoimprint“) oder Photolithographie und nachfolgendem Ätzen erzeugt. Für die photolithographische Strukturierung wird die Struktur einer Photomaske mittels einer Belichtungsanlage auf eine Photolackschicht übertragen und somit für den Ätzprozess vorgegeben. Da die Abbildung einer Maske nicht den ganzen Wafer abdecken kann, wird die Struktur in einer speziellen Belichtungsanlage, einem Stepper, nacheinander auf den Wafer übertragen. Für eine möglichst hohe Qualität und Ausbeute des Belichtungsprozesses im Stepper muss das Licht an allen Positionen auf dem Wafer gleichermaßen gut fokussiert sein. Verbiegungen und Dickenvariationen der Wafer führen zu Defokussierungen während der Belichtung und somit zu unscharfen Strukturierungen, die dann zum Teil aufwändig nachbearbeitet werden müssen oder sogar Ausschuss verursachen. Eine Vorhersage der Qualität und der Ausbeute war bisher nicht verlässlich möglich.

Die Messtechnik von FRT bietet an dieser Stelle die Möglichkeit, die Wafer vor der Strukturierung zu klassifizieren. So können je nach Qualität des Wafers entsprechend geeignete Stepper verwendet werden oder der Strukturierungsprozess bei allzu schlechter Eignung des Wafers erst gar nicht durchgeführt werden. TTV-Messsysteme von FRT, wie der MicroProf® 200 TTV und MicroProf® 300 TTV, ermöglichen eine hochgenaue Messung der Dickenvariation der Wafer. Neben globalen Parametern kann auch eine lokale Dickenvariation (LTV, „Local Thickness Variation“) der Wafer bestimmt und in einer Local-Wafer Map angezeigt werden. Auch unser MicroProf® MHU kann mit TTV-Option geliefert werden. Dieser besitzt eine voll automatische Waferhandling-Einheit, mit der Durchsatzraten von über 200 Wafer pro Stunde erreicht werden können. Außerdem ist eine Sortierung der Proben, nach individuellen Spezifikationen möglich.

Basierend auf den Messungen mit den FRT Geräten sind Vorhersagen über die Ausbeute des photolithographischen Prozesses an den Wafern für die verschiedenen Stepper und damit eine Optimierung des Yield möglich.

Auf diese Weise können beim PSS-Prozess sowohl Produktionskosten als auch Zeitverluste durch Nachbearbeitung verringert werden. Ebenso können PSS-Strukturen auch nach Litographie und Ätzen durch Verwendung eines FRT Multi-Sensor Systems, z.B. ausgestattet mit einem Konfokalmikroskop (CFM) und/oder einen Rasterkraftmikroskop (AFM), gemessen und ausgewertet werden.

Sie sehen, FRT Messgeräte schaffen Vorteile – an vielen Fronten. 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.