【解決方案】晶圓厚度測(cè)量

Measuring the Nearly

Immeasurable

在柏林費(fèi)迪南德布勞恩研究所生產(chǎn)的半導(dǎo)體激光和高頻放大器晶圓必須達(dá)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(biāo)測(cè)量機(jī)監(jiān)督這個(gè)過程。該機(jī)配有色差傳感器，**的無接觸捕捉所需的測(cè)量元素。

在柏林的費(fèi)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。開發(fā)和生產(chǎn)用于材料加工、醫(yī)療技術(shù)和精密測(cè)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(dǎo)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說這些。雖然這樣的激光不大于一粒米，但它可以輸出高達(dá)20瓦的連續(xù)波操作，或100瓦的快速脈沖波。

激光在光盤中的大約是5000到25000倍。這些特點(diǎn)，伴隨著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(yàn)，例如，在下一代GPS衛(wèi)星的原子鐘。

光學(xué)有許多領(lǐng)域的應(yīng)用案例。在醫(yī)學(xué)技術(shù)中，他們通過激活一種**定義的波長和受影響的被破壞細(xì)胞，在腫瘤細(xì)胞中建立的**來幫助**的光動(dòng)力療法。進(jìn)一步的應(yīng)用包括光學(xué)精密測(cè)量，工業(yè)測(cè)量和材料處理（粘接、焊接、雕刻）。

微波技術(shù)的研究和開發(fā)工作和光電是對(duì)基本技術(shù)的基礎(chǔ)上完成的。利用外延（在單晶底面上放置的單晶半導(dǎo)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(xiàn)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：員工使用3D多傳感器坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，采用色譜聚焦傳感器測(cè)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)過研磨拋光達(dá)到定義的尺寸。Dr.Andreas Thies 是在FBH的工藝技術(shù)專家并且負(fù)責(zé)潔凈室工作。他解釋說，"晶圓的厚度是組件可用性的一個(gè)重要指標(biāo)。作為一項(xiàng)規(guī)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(jù)不同的應(yīng)用。 4 英寸晶圓制成的砷化鎵 (GaAs) 或氮化鎵 (GaN)，是高頻應(yīng)用的優(yōu)選材料，它大約兩個(gè)小時(shí)為砷化鎵，并且更長時(shí)間的氮化鎵。

要達(dá)到目標(biāo)厚度，晶圓必須多次測(cè)量。直到近，這個(gè)過程的測(cè)量都是接觸式測(cè)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(cè)量晶圓的厚度。經(jīng)過膠粘后，它要再次測(cè)量，兩個(gè)測(cè)量值之間的差異可以用來近似于層厚度。這是用來計(jì)算原料已被除去研磨后的晶圓的厚度。

因?yàn)檫@種方法不是特別好，負(fù)責(zé)的各方?jīng)Q定購買一臺(tái)專用測(cè)量機(jī)，將提供**的結(jié)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）。這種來自Werth測(cè)量技術(shù)的3D CNC多傳感器坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，是非常**的，因其獨(dú)特的預(yù)裝操作系統(tǒng)。該videocheck系列設(shè)備的概念允許組合各種傳感器適用相應(yīng)的應(yīng)用（圖2）。除了包含在基本版本的圖像處理傳感器，各種機(jī)械配件，接觸探針系統(tǒng)，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

整套的色譜聚焦探頭測(cè)量晶圓的厚度。它是專門開發(fā)用來**測(cè)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(cè)量半導(dǎo)體，如通常不是透明到白光的晶圓，在紅外范圍內(nèi)使用特殊的變體，其光能穿透半導(dǎo)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(jì)算的晶圓的層厚度。該傳感器的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是它測(cè)量晶圓材料**，并且忽略膠層，任何金屬層，和前面的電氣結(jié)構(gòu)。” Dr.Andreas Thies解釋。

整個(gè)測(cè)量可以快速建立和執(zhí)行。工程師首先把待測(cè)的晶圓放置在X-Y工作臺(tái)上的固定裝夾裝置上面。然后使用電腦中的WinWerth測(cè)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(zhǔn)確地說，“我們可以測(cè)量砷化鎵，鎵氮化硅，藍(lán)寶石，硅，碳化硅。這些是我們的主要材料。對(duì)于其他材料，可以輸入折射率。輸入測(cè)量樣本的大約厚度（估計(jì)尺寸為50μm）。為了加快了測(cè)量速度，現(xiàn)在的操作者只需按開始，機(jī)器就開始測(cè)量過程。該傳感器在兩條通過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(cè)，顯示在屏幕中測(cè)量晶圓層厚。工人們發(fā)現(xiàn)它實(shí)際能夠直接在設(shè)備上的PC中分析數(shù)據(jù)。使用寫好的程序，層厚度分布情況被計(jì)算并且圖形化顯示出來。測(cè)量一件70mm的晶圓需要約2分鐘。用戶可以看到一個(gè)**的晶圓厚度分布圖像，如果需要的話，還可以繼續(xù)一遍。

當(dāng)與敏感的晶圓工作時(shí)，在機(jī)械加工過程中有輕微的機(jī)械損傷，如細(xì)裂紋。接觸測(cè)量會(huì)引起晶圓的進(jìn)一步損害，由于接觸壓力，使其完全無法使用。然而，如果測(cè)量可以不接觸，那么這個(gè)加工過程繼續(xù)盡管有輕微損壞。在大多數(shù)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(yàn)室的**工具。具有光路作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的VideoCheck IP，使硅晶圓的檢驗(yàn)具有較高的分辨率和精度。變焦光學(xué)可以通過使用操縱桿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。通過不同的光路對(duì)測(cè)試對(duì)象進(jìn)行照明，可以檢測(cè)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(píng)估。垂直照明，利用光波的入射光，可以用來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(cè)試的零件，“在短短的幾分鐘，我得到了被檢測(cè)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(xì)節(jié)。這是一個(gè)很好的科學(xué)研究的基礎(chǔ)?！?/span>