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 6 Alexander Tobisch

Messprinzip

Deflektometrie

Seite 7 Alexander Tobisch

Messprinzip

„Makyoh“ Bild

Seite 8 Alexander Tobisch

Messprinzip

Neue Methode

„Makyoh“ Methode

Deflektometrie

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

Seite 14 Alexander Tobisch

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

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