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Alexander Tobisch Dipl.-Phys.
alexander.tobisch@iisb.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB)
smart sense 3D - von der Idee zum Produkt
Jahrestagung des Fraunhofer IISB – 20. November 2015
Seite 2 Alexander Tobisch
Motivation
Halbleiterfertigung
Leistungsfähigere und kostengünstigere Chips u.a. durch:
Vergrößerung der Waferfläche derzeit Standard: Ø 300 mm
Verringerung der Strukturgrößen derzeit bis zu 14 nm
Enorme Ebenheit der Wafer erforderlich
Seite 3 Alexander Tobisch
Motivation
Geometriedefinitionen
Nanotopographie: “the deviation of a surface within a spatial wavelength of around 0.2 to 20 mm.” (SEMI Standard M 43)
200µm 20mm
Am
plit
ud
e
~10*nm
räuml. Wellenlänge
80µm 2nm 15mm 300mm
[A - nm]
~µm
50mm 300mm
~10*µm
Rauhigkeit Ebenheit Bow / Warp Nanotopographie
200µm 20mm
~10*nm
80µm 2nm 15mm 300mm
[A - nm]
~µm
50mm 300mm
~10*µm
Rauhigkeit Ebenheit Bow / Warp Nanotopographie
Seite 4 Alexander Tobisch
Stand der Technik
Interferometrie
aufwändig für große Messfelder,
schwingungsanfällig
Scannende Verfahren (z.B. Profilometer)
keine vollflächige Messung oder Stitching,
mechanische Bewegung
Elektrische Abstandmessung (z.B. kapazitiv)
begrenzte laterale Auflösung, nicht
ausreichend für volle Nanotopographie-
Messung
Fizeau-Type Interferometer
(Quelle: Wikipedia)
Scanning deflectometry
(Quelle: PTB)
Capacitive sensor
(Quelle: MTI)
Seite 5 Alexander Tobisch
Anforderungen an die Messtechnik
Anforderungen für neue Nanotopographie-Messtechnik
Hochauflösend (unterer Nanometer-Bereich)
Großflächig (Waferdurchmesser)
Robust
Schnell
Kostengünstig
Herausforderung: spiegelnde Oberfläche
Seite 9 Alexander Tobisch
Messprinzip
L
Δd Muster
Referenz
Gitterpunkt
Sichtstrahl
Musterverzerrung
Lokale Neigung der Oberfläche
Topographie (Höhe)
Camera
Collimator
Wafer
Beam- splitter
Light source
Light structuring
Seite 10 Alexander Tobisch
Technische Umsetzung – 2. Prototyp
Spezifikationen
Messfeld:
Ø 300 mm
Laterale Auflösung:
ca. 100 µm
(ca. 7 Millionen Messpunkte)
Messgenauigkeit:
< 0.1 arcsec (Neigung)
< 1 nm (Nanotopographie)
Durchsatz:
aktuell ca. 20 s pro Wafer
Seite 11 Alexander Tobisch
Messungen
Einseitenpolierter S ilizium-Wafer (Ø 300 mm)
Photo
mm
mm
50 100 150 200 250
50
100
150
200
250
nm
-50
0
50
100
150
200
5 cm
Nanotopographie
0 50 100 150 200 250 300
0
100
200
Profile [nm] @ y=150 mm
mm
nm
Seite 12 Alexander Tobisch
Messungen
Doppelseitenpolierter S ilizium -Wafer (Ø 300 mm)
Nanotopographie
mm
mm
50 100 150 200 250
50
100
150
200
250
nm
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 50 100 150 200 250 300
-40
-20
0
20
Profile [nm] @ y=150 mm
mm
nm
5 cm
Seite 13 Alexander Tobisch
Von der Idee zum Produkt
Lizensierung
Idee
2. Prototyp
seit 2014
Global NanoScopeTM
Produkt
Demonstrator
Anfang 2013
Weiterentwicklung
Patent
2012/13
1. Prototyp
Ende 2013
Versch. Ansätze
und Ideen
Machbarkeit
Theorie
Experimente
weitere
Anwendungen
und Produkte
R
Förderprojekt
UTTERMOST
2010-2013
Anwender
Förderprojekt
450 mm Wafer
Zusammenarbeit
FuE Projekte
Spezifikationen
seit 2013
Kontakte,
Messen
Icons: CC BY 3.0, flaticon.com
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