Das Center „All Silicon System Integration Dresden - ASSID" des Fraunhofer Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM untersucht mit einem Wafermikroskop die Gleichförmigkeit von Mikrostrukturen über die gesamte Fläche von 300-mm-Wafern.

Das Fraunhofer IZM gilt als Vorreiter in der Entwicklung und Anwendung von Technologien für die Systemintegration auf Waferebene. Für Andreas Schenke, Ingenieur am Fraunhofer IZM-ASSID, ist in diesem Zusammenhang von Interesse, ob die Mikrostrukturen über die gesamte Waferfläche der Spezifikation entsprechen und gleichförmig sind. Dazu vermisst er mittels 3D-Mikroskopie zum Beispiel die Durchmesser und Höhen von Kontaktlöchern auf hunderten von Chips. Bisher geschah das mühsam indem Chip für Chip einzeln und von Hand angefahren und vermessen wurde. Mit Hilfe einer Software wurden dann manuell Messlineale über das aufgenommene Bild gelegt.
„Bei der großen Anzahl von Messstellen war der Aufwand der Mikroskopmessung enorm", erinnert sich der Experte an frühere Messmethoden. Die Lösung fand das Fraunhofer Institut im 3D-Messsystem L300 von Confovis, das automatisierte Messungen ermöglicht und dabei, vom ersten bis zum letzten Chip, zuverlässige Messergebnisse liefert. Eine große Anzahl von Wafern kann auf diese Weise in einer kürzeren Zeit analysiert werden.
Als konfokales Lichtmikroskop mit 5- bis 150-facher Vergrößerung und einer Höhenauflösung bis 5 nm erweitert das Confovis L300 (Bild 1) die klassische Mikroskopie um die 3D-Oberflächenanalyse (Bild 2). Mit dem motorisierten Kreuztisch zur exakten Probenpositionierung und der Software Autoaim von Invigon können Bilder von Waferstrukturen an beliebig vielen Stellen automatisch aufgenommen und analysiert werden.

Unscharfe Kanten erkennen

Die Software ermittelt Parameter wie Kreisdurchmesser, Linienabstände und Höhen in einem vom Nutzer mit der Maus ausgewählten Suchbereich. Die Messung erfolgt schnell und ohne Nutzereinfluss und kann an beliebig vielen weiteren Stellen auf dem Wafer automatisch wiederholt werden.
Das Messsystem löst außerdem das Problem des hohen Bedienereinflusses auf die Messergebnisse beim manuellen Messen. Auf Grund unscharfer und zerklüfteter Kanten war der Bedienereinfluss zum Beispiel bei der Ermittlung von Durchmessern von Through-Silicon-Vias (TSVs) oder Bumps besonders hoch (Bild 3).

Automatische Mustererkennung

Die Auswertung von Linienabständen, Kreisdurchmessern, Stufenhöhen, Schichtdicken, Overlays, et cetera erfolgt mit automatischer Mustererkennung. Das Anlernen von Messroutinen erfolgt ganz ohne Programmieraufwand mit wenigen Mausklicks. Anschließend muss ein Operator nur noch einen neuen Wafer einlegen und das Messrezept auswählen. Vollkommen selbstständig führt die Software ein Alignment (Feinpositionierung) aus und nimmt anschließend Chip für Chip Bilder auf. Diese werden automatisch ausgewertet und die Messergebnisse tabellarisch abgelegt.
„Von großem Vorteil ist vor allem der deutlich verminderte Zeitaufwand beim Ausmessen von Wafern. Ebenso sind nun standardisierte und wiederholbare Messungen durch automatisierte Algorithmen möglich, bei dem der Einflussfaktor ‚Operator' ausgeschaltet ist. Das System erhöht die Qualität der Messergebnisse und liefert dem Fraunhofer IZM-ASSID und damit auch Projektpartnern oder Kunden einen Mehrwert im Bereich der waferbasierten zerstörungsfreien CD-Messtechnik", fasst Schenke zusammen.