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Möglichkeiten der Wafer-Metrologie

Sägen, Schleifen, Läppen, Polieren... Das sind die typischen Bearbeitungsschritte, die vom Ausgangsprodukt „Ingot“ zu qualitativ hochwertigen Wafern führen. Hersteller in den Bereichen Mikr Lösungen zur Messung blanker, strukturierter und gebondeter Wafer

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, teils vollautomatische Multi-Sensor Messtechnik von FRT trägt zur Überwachung der Prozesstoleranzen in der Waferbearbeitung bei und hilft die geforderten Qualitätsstandards der Produzenten einzuhalten.

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MicroProf® MHU

Kein Sägen ohne Messen - Rohwaferproduktion aus Ingots

Der so genannte Ingot, ein Block z.B. aus Silicium oder einem Compound Material wie Saphir oder GaAs, ist das Ausgangsprodukt bei der Waferherstellung. Mit einer hochgenauen Wafersäge werden einzelne Rohwafer abgetrennt. In diesem Prozess entstehen Riefen, deren Breite und Tiefe überwacht werden müssen. Dies erfolgt mit optischen Multi-Sensor Messsystemen wie dem MicroProf® MHU welches die Sägekontur nicht nur dreidimensional visualisiert, sondern vor allem quantitativ, metrologisch charakterisiert – eine Aufgabe bei der klassische, optische Mikroskope aufgrund fehlender Höheninformation an ihre Grenzen stoßen. Durch die quantitative Prozesskontrolle kann der Sägeprozess besser gesteuert werden, sodass die Spezifikationsabweichungen der gesägten Wafer deutlich geringer ausfallen. Zudem lässt sich der Werkzeugverschleiß der Bearbeitungsmaschinen überwachen und das Verhalten verschiedener Materialien beim Sägeprozess evaluieren.

TTV & Co. – Prozessüberwachung beim Waferdünnen und Polieren

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. Mit derselben Technologie wird zudem die Rauheit hoch aufgelöst bestimmt. 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.

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.

MicroProf® mit TTV Konfiguration

3D-IC Wafer Metrolgie - Increased demands on measurement technology

Flächenmessung von Through Silicon Vias (TSVs)

Hierzu zählen z.B. Einsatzbereiche in der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik, etwa die 3D-IC Fertigungstechnologie. Sie ist ein zunehmend populäres Verfahren, bei dem einzelne Chips durch Stapeln und Verbinden in vertikaler Richtung zu Paketen verschaltet werden. Dadurch lassen sich noch leistungsfähigere, kompaktere und effizientere Baugruppen mit kurzen Signalwegen realisieren. FRT hat eine spezielle Lösung für die 3D-IC Wafer Metrologie entwickelt. Diese umfasst Dickenmessungen, Oberflächen- und Rauheitsanalysen, die Bestimmung von Ein- und Mehrschichtsystemen sowie die Messung von Through Silicon Vias (TSV) mit hohem Aspektverhältnis.