Halbleiterchips berührungslos messen
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HALBLEITERCHIPS BERÜHRUNGSLOS MESSEN DIE SCHNELLSTEN LINIENSENSOREN MESSEN KLEINSTE STRUKTUREN Weltweit feiern alle Halbleiterchips dieses Jahr ein Jubiläum der besonderen Art: ein Gesetz, das nur für sie gilt, wird 50. Die Rede ist vom Mooreschen Gesetz (engl. Moore´s Law) welches besagt, dass sich die Komplexität (manchmal auch Integrationsdichte) integrierter Schaltkreise regelmäßig verdoppelt. Je nach Quelle spricht man hier von 18 oder 24 Monaten. Parallel und fast genauso ungestüm wie die digitale Revolution die dieses Gesetz auslösen half, entwickelte sich auch die optische Messtechnik für Halbleiter weiter. Realisiert auf der Basis chromatisch-konfokaler Technologie sind heutzutage Liniensensoren der aktuelle Stand der Entwicklung. Dieser Bericht beschreibt Technologie und Ergebnisse dieser Messtechnik für kleinste Strukturen im Mikrometerbereich. Anfassen gilt nicht: Berührungsloses Messen Will man Oberflächen von Halbleiterchips (Wafer) messen oder untersuchen, müssen 3D-Daten mit einer Auflösung gewonnen werden, die eine Untersuchung von Strukturen und Geometrien der Schaltkreise auf der Oberfläche ermöglicht. Heutige Chiptechnologien erfordern dazu Auflösungen im Nanobereich in axialer Richtung, bzw. von wenigen Mikrometern in lateraler Richtung. Dass die empfindlichen Bauteile zum Messen nicht berührt werden dürfen, versteht sich; also kommt berührungslose Messtechnik zum Einsatz. Und da es um Oberflächen geht, um ausgedehnte Bereiche mit kleinsten Strukturen die es zu überprüfen gilt, ist auch der Zeitfaktor wesentlich, denn das Messsystem muss sich dazu über die Oberfläche bewegen. Bezogen auf gängige Größenverhältnisse wäre ein vollständiger Waferscan gleichbedeutend mit der Aufgabe, eine Fläche von 1 Kilometer Durchmesser mit einem Lackierpinsel anzustreichen. Hier kommen die neuen Liniensensoren ins Spiel: Mit 192 gleichzeitig ausgelesenen Messpunkten sind sie genau 192 Mal so schnell wie konventionelle Sensoren, die mit nur einem Messpunkt arbeiten.

Trotz der großen Geschwindigkeiten von Liniensensoren konzentriert man sich bei Oberflächenuntersuchungen daher auf einige repräsentative Bereiche, um Zeit zu sparen. Die interessierenden Regionen werden in der Regel durch den Fertigungsprozess vorgegeben; umso mehr ist man daran interessiert, möglichst genaue und aussagekräftige Ergebnisse dieser Teilbereiche zu bekommen. Bild 1: 3D-Wafer-Topografie, gemessen mit einem Liniensensor. Die Strukturen haben eine Höhe von 9 µm gegenüber der inneren Kreisfläche (gelb). Der dargestellte Bereich wurde in einer Zeit von unter 1 Sekunde gescannt ©...

Bild 2: Ein CHRocodile CLS Liniensensor von Precitec Optronik mit seinen unterschiedlichen Messköpfen für Messbereiche von 200 µm bis 4 mm. Die Auflösung in axialer Richtung reicht hier von 20 nm bis 320 nm. © Precitec Optronik Drei auswechselbare Messköpfe bieten je nach Messbereich Genauigkeiten von 80 nm bis 1,2 µm. 3D-Daten in kürzester Zeit Die vom Sensor gelieferten Rohdaten werden je nach Einsatz verwendeter Software zur Erkennung regelmäßiger Muster und Strukturen für 2D- und 3D-Bilder aufbereitet. Häufig benutzt man grafisch codierte Höhenansichten, um die Strukturen auf dem Wafer...

Bild 4: Höhenprofil. Ein durch Software ausgeführter Schnitt durch die gescannten Strukturen, der die Höhenlinie zeigt. © Precitec Optronik .. und es geht weiter Weitere Anwendungen für Liniensensoren ergeben sich aus neuentwickelten chromatisch-konfokalen Messköpfen mit größeren Messbereichen und hoher Apertur. Um dem Wunsch nach noch höheren Geschwindigkeiten nachzukommen, gibt es weitere Stellschrauben: So kann die Messfrequenz weiter erhöht werden, was allerdings den Effekt hat, dass sich der Messbereich um den gleichen Faktor reduziert. Die aktuellen Liniensensoren von Precitec...