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01.09.2003

FRT MicroProf

Wafer-Schichten zerstörungsfrei erfassen

FRT MicroProf

FRT MicroProf

Polymere sind aus der modernen Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik, aus der Mikrooptik und Medizintechnik nicht mehr wegzudenken. Dabei wurden sie bisher fast ausschließlich als passive Materialien – etwa zum Schutz empfindlicher Bauteile – eingesetzt. Seit kurzem nutzt man die Eigenschaften moderner Polymere auch für funktionelle Bauteile.

Bei der weltweiten Entwicklung neuartiger Polymermaterialien gilt: Das gewählte Verfahren muss immer einfach handhabbar, leicht in eine konventionelle Fertigung integrierbar und vor allem kostengünstig sein. Diese Kriterien erfüllen die am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC, Würzburg, im Kompetenzfeld von Frau Dr. Houbertz entwickelten, anorganisch-organischen Hybridpolymere für Mikrosysteme. Aus vernetzten nanoskaligen Bausteinen bestehend, bringen sie in einem breiten Spektrum nutzbare Materialeigenschaften mit, die zudem flexible Prozessierbarkeit mit Standardtechnologien ermöglichen.

Unter den Aspekten Prozesskontrolle und -optimierung benötigte das Fraunhofer ISC detaillierte Informationen zur Homogenität der auf einem Wafer aufgetragenen Polymerschicht. Die hybriden Polymere, die durch Variation der Ausgangsmaterialien und Prozessparameter unterschiedliche Eigenschaften für ihren Einsatz in optischen, elektronischen oder elektro-optischen Bauelementen aufweisen können, wurden dafür zunächst als dünne transparente, mikrostrukturierte Schicht auf dem Wafer abgeschieden. Hintergrund: Die Dicke dieser Schicht sollte gemessen werden. Da die Schicht mikrostrukturiert war, wäre eigentlich die Messung der Schichtdicke aus einem Höhenprofil der Schichtoberseite möglich.
Als problematisch erwies sich indes der Einsatz konventioneller Tastschnittgeräte. Sie scheiden hier aus, da sie das noch nicht vernetzte und damit weiche Schichtmaterial mechanisch abtasten und dabei zerkratzen. Nicht in Betracht kamen zudem optische Abstandsmessgeräte wie konfokale Sensoren, Autofokussysteme oder Triangulatoren. Sie versagen bei der Profilmessung auf dünnen transparenten Schichten, da das an Schichtoberseite und Schichtunterseite reflektierte Licht nicht getrennt ausgewertet werden kann.

Mit einem interferometrischen Messverfahren konnte die Dicke der transparenten Polymerschichten schließlich gemessen werden. Dabei misst der Sensor das an den beiden Grenzflächen der Schicht reflektierte Licht und bestimmt für jede Wellenlänge des sichtbaren Spektrums die Interferenz aus den beiden Teilstrahlen. So lässt sich die Dicke dünner transparenter Schichten, wie die der hybriden Polymere, hoch aufgelöst messen, wobei der Wafer als Ganzes zerstörungsfrei und schnell erfasst wird.

Im Messsystem FRT MicroProf Schichtdicke von der Fries Research & Technology GmbH, Bergisch Gladbach bei Köln, wurde dafür der interferometrische Sensor für ortsaufgelöste, hochgenaue Messung der Schichtdickenverteilung eingesetzt (Bild 1). In einer Zwei-Sensor-Anordnung mit dem interferometrischen Messkopf und einem chromatischen Abstandssensor stand dem Fraunhofer ISC somit ein Messsystem für eine schnelle, ortsaufgelöste Schichtdicken- und Topographiemessung zur Verfügung (Bild 2). Die Auswertung der gemessenen Schichtdicke erfolgte im Anschluss mit dem Analyseprogramm FRT Mark III. Das Programm wird in den FRT-Messsystemen sowohl für das Darstellen und Auswerten von Topographiedaten wie auch von Schichtdickenmessungen eingesetzt.

Auch mit dem chromatischen Sensor, der sonst im FRT MicroProf für hochaufgelöste Topographiemessungen eingesetzt wird, können Schichtdicken gemessen werden. Bei hinreichend dicken Schichten (> ca. 40µm) misst der Sensor den Abstand zwischen den beiden Grenzflächen und somit die Schichtdicke. Außerdem kommt beim FRT MicroProf ein leistungsfähiges Reflektometer zum Einsatz, das die Messung auch sehr dünner Schichten (>10nm) mit 1nm Auflösung ermöglicht.

Unternehmensinformation

FRT Fries Research & Technology GmbH

Friedrich-Ebert-Straße 75
DE 51429 Bergisch Gladbach
Tel.: 02204 842430
Fax: 02204 842431

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