【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的半導體激光和高頻放大器晶圓必須達到一個極度精密的層厚度。潔凈室工人使用Werth多傳感器坐標測量機監督這個過程。該機配有色差傳感器，**的無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名科學家。開發和生產用于材料加工、醫療技術和精密測量技術，以及其他二極管激光器產品。另一個重點是通信技術、 電力電子技術和傳感器的高頻零件的生產。

“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20瓦的連續波操作，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，伴隨著在極端條件下的高可靠性，使得FBH激光器享譽全球。他們甚至在外太空試驗，例如，在下一代GPS衛星的原子鐘。

光學有許多領域的應用案例。在醫學技術中，他們通過激活一種**定義的波長和受影響的被破壞細胞，在腫瘤細胞中建立的**來幫助**的光動力療法。進一步的應用包括光學精密測量，工業測量和材料處理（粘接、焊接、雕刻）。

微波技術的研究和開發工作和光電是對基本技術的基礎上完成的。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多傳感器坐標測量機，采用色譜聚焦傳感器測量晶圓厚度

在技術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，它是粘附到載體材料，然后經過研磨拋光達到定義的尺寸。Dr.Andreas Thies 是在FBH的工藝技術專家并且負責潔凈室工作。他解釋說，"晶圓的厚度是組件可用性的一個重要指標。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)，是高頻應用的優選材料，它大約兩個小時為砷化鎵，并且更長時間的氮化鎵。

要達到目標厚度，晶圓必須多次測量。直到近，這個過程的測量都是接觸式測量的。

這種方法的工作原理如下，在它被粘到一個載體之前要測量晶圓的厚度。經過膠粘后，它要再次測量，兩個測量值之間的差異可以用來近似于層厚度。這是用來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，負責的各方決定購買一臺專用測量機，將提供**的結果和工作，盡可能不接觸。他們的選擇是一個Videocheck 400 x 200 x 200 3D-CNC，用色譜聚焦探頭（CFP）（圖1）。這種來自Werth測量技術的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來

整套的色譜聚焦探頭測量晶圓的厚度。它是專門開發用來**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邊界表面的物理的影響，產生干涉，這將用于計算的晶圓的層厚度。該傳感器的關鍵優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于尺寸大小和晶圓的材料。Dr.Andreas Thies更準確地說，“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始，機器就開始測量過程。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，顯示在屏幕中測量晶圓層厚。工人們發現它實際能夠直接在設備上的PC中分析數據。使用寫好的程序，層厚度分布情況被計算并且圖形化顯示出來。測量一件70mm的晶圓需要約2分鐘。用戶可以看到一個**的晶圓厚度分布圖像，如果需要的話，還可以繼續一遍。

當與敏感的晶圓工作時，在機械加工過程中有輕微的機械損傷，如細裂紋。接觸測量會引起晶圓的進一步損害，由于接觸壓力，使其完全無法使用。然而，如果測量可以不接觸，那么這個加工過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。變焦光學可以通過使用操縱桿CNC控制器或手動定位和聚焦。各種變焦裝置可以選擇所需的放大倍率。通過不同的光路對測試對象進行照明，可以檢測不同的任務。照明的角度，與多環暗場的入射光，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。大量的單個圖像被記錄在一個定義的光柵，然后合并形成一個更大的圖像，這使得生成的圖像顯示到晶圓優良的細節。這是一個很好的科學研究的基礎。”