Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme
Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme

Wafergeometrie

© Fraunhofer ENAS
MicroProf® 300 TTV

Die genaue Bestimmung der Wafergeometrie ist für viele Prozesse und Anwendungen essentiell. Ob beim chemisch-mechanischen Polieren oder beim nasschemischen Strukturieren, exakte und aussagekräftige Messungen erhöhen die Prozessstabilität und dienen ebenso der Qualitätssicherung. Dazu wird, je nach Applikation und Bearbeitungsschritt, die Wafergeometrie anhand verschiedener Parameter definiert:

  • Wafer-/Substratdicke, Dickenvariation (TTV), Durchbiegung (BOW), Verwölbung (WARP)
  • Rauheit nach DIN ISO Normen
  • Ebenheit, Koplanarität
  • Membrandicken
  • Schicht- und Schichtstapeldicken

Es gibt zwei Hauptmethoden zur Bewertung dieser Parameter: optisch und taktil. Die Wahl der Methode hängt von der Art der Probe und den zu messenden Parametern ab und erfolgt in Absprache mit dem Kunden.

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CWL Sensor (chromatic white light)

FRT CWL Bedienungsanleitung
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MicroProf® 300 TTV mit schematischer Darstellung der Messeinheit (u. li.) (Quelle: FRT CWL Bedienungsanleitung, Seite 2-2)
Ausgewertete Wafermap einer automatischen Messung. Der Wafer wird dabei in vordefinierte Bereiche eingeteilt, wodurch die lokalen Werte ausgegeben werden können.
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Ausgewertete Wafermap einer automatischen Messung. Der Wafer wird dabei in vordefinierte Bereiche eingeteilt, wodurch die lokalen Werte ausgegeben werden können.
Die 3D-Darstellung der Waferdicke verschafft einem einen sofortigen Überblick, über die Beschaffenheit des Wafers.
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Die 3D-Darstellung der Waferdicke verschafft einem einen sofortigen Überblick, über die Beschaffenheit des Wafers.

Messprinzip:

  • Chromatische Abstandsmessung

Typische Messaufgaben:

  • 2D-Profil
  • 3D-Topographie
  • Stufenhöhe
  • Rauheit/Ebenheit
  • Struktur/Kontur

Technische Daten:

  • Messbereich z:  600 µm
  • Max. Auflösung z:  6 nm
  • Max. Auflösung x/y:  2 µm
  • Messrate:  ≤ 4 kHz

Typische Proben:

  • Automatische Messung kompletter Wafer (4“, 6“ und 8“)
  • Manuelle Messung von Chips/Bruchstücken

FTR-Sensor (film thickness reflectometer)

Dünnschichtsensor FRT.
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MicroProf® 300 TTV mit schematischer Darstellung des Messprinzips (u. li.) (Quelle: Datenblatt „Dünnschichtsensor FRT FTR“)
3D-Darstellung der gemessenen Schichtdicke über einen kompletten 8“ Wafer. Das Mapping fand mittels einer spiralförmigen Punktmessung statt, wodurch der Wafer auf seinem Radius nahezu vollständig vermessen werden konnte.
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3D-Darstellung der gemessenen Schichtdicke über einen kompletten 8“ Wafer. Das Mapping fand mittels einer spiralförmigen Punktmessung statt, wodurch der Wafer auf seinem Radius nahezu vollständig vermessen werden konnte.

Messprinzip:

  • Auswertung des spektralen Interferenzmusters aus der Überlagerung der Teilwellen, die an den Grenzflächen reflektiert werden

Typische Messaufgaben:

  • Dünnschichtdickenmessung
  • Dickenmessung von Mehrschichtsystemen
  • 3D-Schichtdickenmessung

Technische Daten:

  • Wellenlängenbereich:  350 – 1075 nm
  • Messbereich z:  20 nm – 130 µm
  • Auflösung z:  besser als 1 %, mind. 1 nm
  • Auflösung x/y:  100 – 400 µm

Proben:

  • Automatische Messung kompletter Wafer (4“, 6“ und 8“)
  • Manuelle Messung von Chips/Bruchstücken

IR Sensor (infrared)

Schichtdickensensor.
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MicroProf® 300 TTV mit schematischer Darstellung des Messprinzips (u. li.) (Quelle: Datenblatt „Schichtdickensensor FRT IRT“)
Die mittels Infrarotsensor gewonnen Daten können in einer 3D-Darstellung veranschaulicht werden. Für dieses Beispiel wurde eine Kreispunktmessung mit verschiedenen Abständen zum Mittelpunkt gewählt. Somit erhält man einen guten Überblick über den gesamten Wafer.
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Die mittels Infrarotsensor gewonnen Daten können in einer 3D-Darstellung veranschaulicht werden. Für dieses Beispiel wurde eine Kreispunktmessung mit verschiedenen Abständen zum Mittelpunkt gewählt. Somit erhält man einen guten Überblick über den gesamten Wafer.

Messprinzip:

  • Spektrale Auswertung der Überlagerung von Teilwellen einer IR-Lichtquelle

Typische Messaufgaben:

  • Punktuelle Dicken
  • 2D-Dickenprofil
  • 3D-Schichtdickenmapping
  • Dicken einzelner Schichten/Schichtsysteme

Technische Daten:

  • Messbereich z:  18 – 3000 µm (bei n=1)
  • Auflösung z:  135 nm
  • Auflösung x/y:  ≤ 6,5 µm
  • Messrate:  ≤ 4 kHz

Proben:

  • Automatische Messung kompletter Wafer (4“, 6“ und 8“)
  • Manuelle Messung von Chips/Bruchstücken

Messtaster

Messtaster (manuelles Messgerät), Taktile Messung, Wafer wird mittels Vakuum auf einem Keramikchuck gehalten, Messgenauigkeit ± 0,5 µm, Messkraft 1 N ± 0,2, Proben: komplette Wafer (4“, 6“ und 8“), Chips/Bruchstücke; es handelt sich dabei immer um eine manuelle Messung.
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Messtaster
  • Taktile Messung
  • Wafer wird mittels Vakuum auf einem Keramikchuck gehalten
  • Messgenauigkeit: ± 0,5 µm
  • Messkraft 1 N: ± 0,2

Proben:

  • Manuelle Messung kompletter Wafer (4“, 6“ und 8“)
  • Manuelle Messung von Chips/Bruchstücken