DER KONSTRUKTEUR 11-12/2023

SPS 2023
WAFERDICKEN
EXAKT MESSEN
Bei der Produktion von Halbleiterwafern kommt es auf hohe Präzision an.
Einer der entscheidenden Schritte ist das Läppen der Rohlinge, die dabei auf
eine einheitliche Dicke gebracht werden. Um die Schichtdicke fortlaufend
zu kontrollieren, eignen sich Weißlichtinterferometer von Micro-Epsilon.
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
Bevor aus Silizium Halbleiter-Chips entstehen, sind viele
Prozessschritte notwendig. Zunächst werden aus einem
kristallinen Silizium-Ingot etwa 1 mm dicke Scheiben geschnitten,
die anschließend geläppt werden. Dabei erhalten
sie die gewünschte Dicke und Oberflächengüte. Erst dann
können aus den Wafern mit weiteren Verfahren Halbleiter-Chips
gefertigt werden.
LÄPPVORGANG ÜBERWACHEN
Mit Läppmaschinen lassen sich Oberflächen präzise bearbeiten.
Bei Silizium-Wafern sind Ungenauigkeiten der Oberfläche im
Nanometer-Bereich notwendig. Dazu wird zwischen Läppscheibe
und Wafer ein Gemisch aus Flüssigkeit und Schneidkörnern
gebracht, die die Oberfläche spanend bearbeiten. Dadurch dass
sich Läppscheibe und die Wafer gegeneinander um verschiedene
Achsen drehen, wird Material abgetragen und die Oberfläche geglättet.
Um die geforderten Genauigkeiten bei Oberflächengüte
und Dicke zu erreichen, muss die Dicke des Wafers gemessen
werden. Idealerweise passiert dies während des Verfahrens, das
sich dadurch auf Basis der Messwerte exakt steuern lässt. Eine
Messmethode, die Dickenmessungen mit Genauigkeiten im Nanometerbereich
ermöglicht, ist die Interferometrie, die auf der
Dr.-Ing. Alexander Streicher, Produktmanager
Sensorik, Micro-Epsilon, Ortenburg
Wellennatur des Lichts basiert. Werden zwei Wellen überlagert so
kann konstruktive Interferenz entstehen, wenn Wellenberg auf
Wellenberg beziehungsweise Wellental auf Wellental trifft, oder
destruktive Interferenz, wenn Wellenberg auf Wellental trifft.
INDUSTRIELLE PRÄZISIONSMESSTECHNIK
Um die Interferometrie als messtechnische Verfahren einzusetzen,
wird ein Lichtstrahl aufgeteilt, sodass die beiden Teilstrahlen
unterschiedliche Wege zurücklegen. Anschließend werden
die Teilstrahlen überlagert, und die entstehende Interferenz wird
beobachtet. Wenn sich nun die Länge einer der beiden Teilstrahlen
ändert, ist dies im Interferenzmuster sichtbar. Ändert sich
diese Länge um eine halbe Wellenlänge des verwendeten Lichts,
so führt das zu einem kompletten Wechsel von konstruktiver
Interferenz zu destruktiver Interferenz. Soll das Verfahren zur
Dickenmessung eingesetzt werden können die beiden Strahlen
miteinander interferieren, die von der Vorder- und der Rückseite
der Schicht reflektiert werden. Dadurch ist das Messergebnis
gleichzeitig unabhängig vom Abstand zum Messobjekt.
WEISSLICHT-INTERFEROMETER MIT SLD
Die Interferenz funktioniert mit monochromatischem Licht –
beispielsweise aus einem Laser. Bei Änderung der gemessenen
Länge wechselt das Interferenzmuster abwechselnd von Hell zu
Dunkel. Prinzipiell funktioniert Interferometrie aber auch mit
weißem Licht. Wichtig ist lediglich, dass eine kohärente Licht-
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