【解決方案】晶圓厚度測量

Measuring the Nearly

Immeasurable

在柏林費迪南德布勞恩研究所生產(chǎn)的半導體激光和高頻放大器晶圓必須達到一個(gè)極度精密的層厚度。潔凈室工人使用Werth多傳感器坐標測量機監督這個(gè)過(guò)程。該機配有色差傳感器，**的無(wú)接觸捕捉所需的測量元素。

在柏林的費迪南德布勞恩研究所、萊布尼茲研究所。共有220名員工，其中包括110名科學(xué)家。開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)用于材料加工、醫療技術(shù)和精密測量技術(shù)，以及其他二極管激光器產(chǎn)品。另一個(gè)重點(diǎn)是通信技術(shù)、 電力電子技術(shù)和傳感器的高頻零件的生產(chǎn)。

“該半導體激光器具有非常低的安裝高度，以及高精度的拋光和接觸力，”工藝技術(shù)部的Dr.Andreas Thies說(shuō)這些。雖然這樣的激光不大于一粒米，但它可以輸出高達20瓦的連續波操作，或100瓦的快速脈沖波。

激光在光盤(pán)中的大約是5000到25000倍。這些特點(diǎn)，伴隨著(zhù)在極端條件下的高可靠性，使得FBH激光器享譽(yù)全球。他們甚至在外太空試驗，例如，在下一代GPS衛星的原子鐘。

光學(xué)有許多領(lǐng)域的應用案例。在醫學(xué)技術(shù)中，他們通過(guò)激活一種**定義的波長(cháng)和受影響的被破壞細胞，在腫瘤細胞中建立的**來(lái)幫助**的光動(dòng)力療法。進(jìn)一步的應用包括光學(xué)精密測量，工業(yè)測量和材料處理（粘接、焊接、雕刻）。

微波技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)工作和光電是對基本技術(shù)的基礎上完成的。利用外延（在單晶底面上放置的單晶半導體層），與所需的極薄的層的特征材料組裝在硅晶圓上。

使用現代工藝，晶圓要進(jìn)一步加工，加工流程包括光刻方法，濕法和干法刻蝕工藝和金屬化的步驟。約2000片與微波電路，或10000個(gè)激光芯片，能夠組裝成4英寸晶圓。

圖1 在潔凈室里：?jiǎn)T工使用3D多傳感器坐標測量機，采用色譜聚焦傳感器測量晶圓厚度

在技術(shù)人員將芯片從晶圓分離并且把它們組裝到光電或者高頻原件之前，晶圓必須首先足夠薄，要做到這一點(diǎn)，它是粘附到載體材料，然后經(jīng)過(guò)研磨拋光達到定義的尺寸。Dr.Andreas Thies 是在FBH的工藝技術(shù)專(zhuān)家并且負責潔凈室工作。他解釋說(shuō)，"晶圓的厚度是組件可用性的一個(gè)重要指標。作為一項規則，晶圓是底面下從初始厚度350 μ m 到盡可能少的 100 μ m，根據不同的應用。 4 英寸晶圓制成的砷化鎵 (GaAs) 或氮化鎵 (GaN)，是高頻應用的優(yōu)選材料，它大約兩個(gè)小時(shí)為砷化鎵，并且更長(cháng)時(shí)間的氮化鎵。

要達到目標厚度，晶圓必須多次測量。直到近，這個(gè)過(guò)程的測量都是接觸式測量的。

這種方法的工作原理如下，在它被粘到一個(gè)載體之前要測量晶圓的厚度。經(jīng)過(guò)膠粘后，它要再次測量，兩個(gè)測量值之間的差異可以用來(lái)近似于層厚度。這是用來(lái)計算原料已被除去研磨后的晶圓的厚度。

因為這種方法不是特別好，負責的各方?jīng)Q定購買(mǎi)一臺專(zhuān)用測量機，將提供**的結果和工作，盡可能不接觸。他們的選擇是一個(gè)Videocheck 400 x 200 x 200 3D-CNC，用色譜聚焦探頭（CFP）（圖1）。這種來(lái)自Werth測量技術(shù)的3D CNC多傳感器坐標測量機，是非常**的，因其獨特的預裝操作系統。該videocheck系列設備的概念允許組合各種傳感器適用相應的應用（圖2）。除了包含在基本版本的圖像處理傳感器，各種機械配件，接觸探針系統，3D光纖探針傳感器，距離傳感器、激光傳感器等等都可以集成進(jìn)來(lái)

整套的色譜聚焦探頭測量晶圓的厚度。它是專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)用來(lái)**測量非接觸，有光澤，反射和透明的材料。因此，該傳感器特別適合于光學(xué)元件，如反射鏡和透鏡。能夠測量半導體，如通常不是透明到白光的晶圓，在紅外范圍內使用特殊的變體，其光能穿透半導體材料（圖3）。在材料的邊界的每個(gè)邊界表面的物理的影響，產(chǎn)生干涉，這將用于計算的晶圓的層厚度。該傳感器的關(guān)鍵優(yōu)勢是它測量晶圓材料**，并且忽略膠層，任何金屬層，和前面的電氣結構?！?Dr.Andreas Thies解釋。

整個(gè)測量可以快速建立和執行。工程師首先把待測的晶圓放置在X-Y工作臺上的固定裝夾裝置上面。然后使用電腦中的WinWerth測量軟件，選擇合適的位置并輸入所需的基本信息關(guān)于尺寸大小和晶圓的材料。Dr.Andreas Thies更準確地說(shuō)，“我們可以測量砷化鎵，鎵氮化硅，藍寶石，硅，碳化硅。這些是我們的主要材料。對于其他材料，可以輸入折射率。輸入測量樣本的大約厚度（估計尺寸為50μm）。為了加快了測量速度，現在的操作者只需按開(kāi)始，機器就開(kāi)始測量過(guò)程。該傳感器在兩條通過(guò)中心的方向掃描晶圓，一條從X方向，一條從Y方向。傳感器每一次探測，顯示在屏幕中測量晶圓層厚。工人們發(fā)現它實(shí)際能夠直接在設備上的PC中分析數據。使用寫(xiě)好的程序，層厚度分布情況被計算并且圖形化顯示出來(lái)。測量一件70mm的晶圓需要約2分鐘。用戶(hù)可以看到一個(gè)**的晶圓厚度分布圖像，如果需要的話(huà)，還可以繼續一遍。

當與敏感的晶圓工作時(shí)，在機械加工過(guò)程中有輕微的機械損傷，如細裂紋。接觸測量會(huì )引起晶圓的進(jìn)一步損害，由于接觸壓力，使其完全無(wú)法使用。然而，如果測量可以不接觸，那么這個(gè)加工過(guò)程繼續盡管有輕微損壞。在大多數情況下，在晶圓上的芯片的一大部分仍然可以使用。

CFP傳感器不是用在FBH實(shí)驗室的**工具。具有光路作為標準設備的VideoCheck IP，使硅晶圓的檢驗具有較高的分辨率和精度。變焦光學(xué)可以通過(guò)使用操縱桿CNC控制器或手動(dòng)定位和聚焦。各種變焦裝置可以選擇所需的放大倍率。通過(guò)不同的光路對測試對象進(jìn)行照明，可以檢測不同的任務(wù)。照明的角度，與多環(huán)暗場(chǎng)的入射光，例如，是邊緣突出，那么其粗糙度可以評估。垂直照明，利用光波的入射光，可以用來(lái)檢查表秒是否已被顆粒污染。

AndreasThies博士也采用這種靈活的工具“拍攝”測試的零件，“在短短的幾分鐘，我得到了被檢測的晶圓的非常高分辨率的光柵圖像，并且完全自動(dòng)。大量的單個(gè)圖像被記錄在一個(gè)定義的光柵，然后合并形成一個(gè)更大的圖像，這使得生成的圖像顯示到晶圓優(yōu)良的細節。這是一個(gè)很好的科學(xué)研究的基礎?！?/span>