【解决方案】晶圆厚度测量

Measuring the Nearly

Immeasurable

在柏林费迪南德布劳恩研究所生产的半导体激光和高频放大器晶圆必须达到一个极度精密的层厚度。洁净室工人使用Werth多传感器坐标测量机监督这个过程。该机配有色差传感器，**的无接触捕捉所需的测量元素。

在柏林的费迪南德布劳恩研究所、莱布尼兹研究所。共有220名员工，其中包括110名科学家。开发和生产用于材料加工、医疗技术和精密测量技术，以及其他二极管激光器产品。另一个重点是通信技术、 电力电子技术和传感器的高频零件的生产。

“该半导体激光器具有非常低的安装高度，以及高精度的抛光和接触力，”工艺技术部的Dr.Andreas Thies说这些。虽然这样的激光不大于一粒米，但它可以输出高达20瓦的连续波操作，或100瓦的快速脉冲波。

激光在光盘中的大约是5000到25000倍。这些特点，伴随着在极端条件下的高可靠性，使得FBH激光器享誉全球。他们甚至在外太空试验，例如，在下一代GPS卫星的原子钟。

光学有许多领域的应用案例。在医学技术中，他们通过激活一种**定义的波长和受影响的被破坏细胞，在肿瘤细胞中建立的**来帮助**的光动力疗法。进一步的应用包括光学精密测量，工业测量和材料处理（粘接、焊接、雕刻）。

微波技术的研究和开发工作和光电是对基本技术的基础上完成的。利用外延（在单晶底面上放置的单晶半导体层），与所需的极薄的层的特征材料组装在硅晶圆上。

使用现代工艺，晶圆要进一步加工，加工流程包括光刻方法，湿法和干法刻蚀工艺和金属化的步骤。约2000片与微波电路，或10000个激光芯片，能够组装成4英寸晶圆。

图1 在洁净室里：员工使用3D多传感器坐标测量机，采用色谱聚焦传感器测量晶圆厚度

在技术人员将芯片从晶圆分离并且把它们组装到光电或者高频原件之前，晶圆必须首先足够薄，要做到这一点，它是粘附到载体材料，然后经过研磨抛光达到定义的尺寸。Dr.Andreas Thies 是在FBH的工艺技术专家并且负责洁净室工作。他解释说，"晶圆的厚度是组件可用性的一个重要指标。作为一项规则，晶圆是底面下从初始厚度350 μ m 到尽可能少的 100 μ m，根据不同的应用。 4 英寸晶圆制成的砷化镓 (GaAs) 或氮化镓 (GaN)，是高频应用的优选材料，它大约两个小时为砷化镓，并且更长时间的氮化镓。

要达到目标厚度，晶圆必须多次测量。直到近，这个过程的测量都是接触式测量的。

这种方法的工作原理如下，在它被粘到一个载体之前要测量晶圆的厚度。经过胶粘后，它要再次测量，两个测量值之间的差异可以用来近似于层厚度。这是用来计算原料已被除去研磨后的晶圆的厚度。

因为这种方法不是特别好，负责的各方决定购买一台专用测量机，将提供**的结果和工作，尽可能不接触。他们的选择是一个Videocheck 400 x 200 x 200 3D-CNC，用色谱聚焦探头（CFP）（图1）。这种来自Werth测量技术的3D CNC多传感器坐标测量机，是非常**的，因其独特的预装操作系统。该videocheck系列设备的概念允许组合各种传感器适用相应的应用（图2）。除了包含在基本版本的图像处理传感器，各种机械配件，接触探针系统，3D光纤探针传感器，距离传感器、激光传感器等等都可以集成进来

整套的色谱聚焦探头测量晶圆的厚度。它是专门开发用来**测量非接触，有光泽，反射和透明的材料。因此，该传感器特别适合于光学元件，如反射镜和透镜。能够测量半导体，如通常不是透明到白光的晶圆，在红外范围内使用特殊的变体，其光能穿透半导体材料（图3）。在材料的边界的每个边界表面的物理的影响，产生干涉，这将用于计算的晶圆的层厚度。该传感器的关键优势是它测量晶圆材料**，并且忽略胶层，任何金属层，和前面的电气结构。” Dr.Andreas Thies解释。

整个测量可以快速建立和执行。工程师首先把待测的晶圆放置在X-Y工作台上的固定装夹装置上面。然后使用电脑中的WinWerth测量软件，选择合适的位置并输入所需的基本信息关于尺寸大小和晶圆的材料。Dr.Andreas Thies更准确地说，“我们可以测量砷化镓，镓氮化硅，蓝宝石，硅，碳化硅。这些是我们的主要材料。对于其他材料，可以输入折射率。输入测量样本的大约厚度（估计尺寸为50μm）。为了加快了测量速度，现在的操作者只需按开始，机器就开始测量过程。该传感器在两条通过中心的方向扫描晶圆，一条从X方向，一条从Y方向。传感器每一次探测，显示在屏幕中测量晶圆层厚。工人们发现它实际能够直接在设备上的PC中分析数据。使用写好的程序，层厚度分布情况被计算并且图形化显示出来。测量一件70mm的晶圆需要约2分钟。用户可以看到一个**的晶圆厚度分布图像，如果需要的话，还可以继续一遍。

当与敏感的晶圆工作时，在机械加工过程中有轻微的机械损伤，如细裂纹。接触测量会引起晶圆的进一步损害，由于接触压力，使其完全无法使用。然而，如果测量可以不接触，那么这个加工过程继续尽管有轻微损坏。在大多数情况下，在晶圆上的芯片的一大部分仍然可以使用。

CFP传感器不是用在FBH实验室的**工具。具有光路作为标准设备的VideoCheck IP，使硅晶圆的检验具有较高的分辨率和精度。变焦光学可以通过使用操纵杆CNC控制器或手动定位和聚焦。各种变焦装置可以选择所需的放大倍率。通过不同的光路对测试对象进行照明，可以检测不同的任务。照明的角度，与多环暗场的入射光，例如，是边缘突出，那么其粗糙度可以评估。垂直照明，利用光波的入射光，可以用来检查表秒是否已被颗粒污染。

AndreasThies博士也采用这种灵活的工具“拍摄”测试的零件，“在短短的几分钟，我得到了被检测的晶圆的非常高分辨率的光栅图像，并且完全自动。大量的单个图像被记录在一个定义的光栅，然后合并形成一个更大的图像，这使得生成的图像显示到晶圆优良的细节。这是一个很好的科学研究的基础。”