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Dr. Ciaran Fowley

Gruppenlei­ter Reinraum

Prozess­techno­logie und Devices
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Tel.: +49 351 260 3253

Eye catcher

Messtechnik

Optische Schichtdickenmessung

Die optische Schichtdickenmesstechnik wird eingesetzt zur Bestimmung der Schichtdicke von transparenten und semi-transparenten Schichten. Die Messung besonders von SiO2-Schichten wird herangezogen zur Prozesskontrolle der thermischen Oxydation von Silizium und beim gezielten Abdünnen von Oxidschichten mittels nasschemischer Ätzverfahren. Die Ellipsometrie wird vorzugsweise zur Dickenmessung ultra-dünner Schichten (d = 1-50 nm) und zur Bestimmung von Brechungs- und Absorptionskoeffizienten verschiedener Dünnschichtschichtsysteme eingesetzt. Folgende Geräte stehen zur Verfügung:

  • Reflektometer: Spektroskopisches Reflektometer NanoCalc-2000-UV/VIS (Micropack GmbH)
    • Schichtdickenbereich: 10 nm - 10 µm
    • Wellenlängenbereich: 250 – 850 nm
  • Ellipsometer: Winkel-Spektralellipsometer WVASE 32 (J.A. Woolam Inc.)
    • Ellipsometer SE400 (Sentech Instruments GmbH)
    • Schichtdickenbereich: 1 - 1000 nm
    • Wellenlängenbereich: 400 – 1100 nm

Optische Mikroskopie

Zur Inspektion von Substratoberflächen stehen mehrere Lichtmikroskope mit einer max. Vergrößerung bis 500-fach mit Hell- bzw. Dunkelfeldabbildung zur Verfügung. Diese sind meistens mit einer CCD-Kamera und digitaler Bildverarbeitung ausgestattet und erlauben somit die Messung und Kontrolle lateraler Strukturabmessungen im µm-Bereich besonders nach fotolithografischer Strukturierung.

  • Mikroskope:
    • 3 x JENTECH Inspection (Carl Zeiss Jena)
    • 2 x OLYMPUS BX51 (Olympus Deutschland GmbH)
    • 2 x Stereo-Mikroskope SMC4 (Acamia Werke Rathenow GmbH)
    • 1 x Stereo-Mikroskop (Vision Engineering Ltd.)
       
  • Optische Breitenmessung:
    • TSO-VID-MESS-RY Meßsystem (Thalheim Spezialoptik Pulsnitz)
    • MFK II - Meßsystem (Fotolitografie)

Oberflächenprofil- und Rauhigkeitsmessung

Mit dem Oberfächenprofiler können Stufenhöhen (Schichtdicken) an strukturierten Dünnschichtsystemen und Ätztiefen an Halbleitersubstraten im Bereich von 5 nm bis 65 µm gemessen werden. Das Gerät erlaubt lateral Längen von 50 µm bis 30 mm abzuscannen und somit auch Waferebenheiten, Waferkrümmung durch Spannungen und ähnliches zu bestimmen. Ein weiterer Einsatzbereich ist die Messungen von Oberflächenrauhigkeiten für dünne Schichten und geätzte Waferoberflächen. 

Dektak 3 Oberflächen-Profilometer (VEECO Instruments GmbH)

Spezifikation Dektak 3
Bereich Spitzen-Auflagekraft 10 – 50 mg
Einstellung Spitzen-Auflagekraft manuell
Meßspitzenradius 12,5 µm
Max. Anzahl der Meßdatenpunkte 2000
Max. Messhöhe 65 µm
Auflösung Stufenhöhe 0,5 nm
Reproduzierbarkeit Stufenhöhe (1σ) 1,0 nm


Atomkraftmikroskopie (AFM)

Die Kombination eines hochauflösenden optischen Mikroskops (Olympus BX 51) mit einem AFM (ULTRAObjective) der Fa. SIS erlaubt den Einsatz des AFM an definierten Mikro- und Nano-Strukturen auf Oberflächen. Der Vorteil des Gerätes besteht in der relativ einfachen optischen Justage des zu untersuchenden Oberflächenbereiches mit einer Zielgenauigkeit von kleiner 1 µm. Am AFM können sowohl der Kontakt- als auch der Nicht-Kontakt-Modus (Tapping mode) genutzt werden.

Spezifikation ULTRAObjective
Rasterweiten 25 x 25 x 3 µm
Rauschpegel 0.1 nm rms vertikal
Laterale Auflösung < 2 nm
Rastergeschwindigkeit typ. 1 bis 10 Hz
Spitzenwechsel justagefrei
Digitale I/O Auflösung 16 bit
Bildgröße 128 bis 1024 Pixel
Schnittstelle USB
Betriebssystem MS Windows

Elektrische Meßtechnik (I/U-, MOS-C/V-Messungen)

Zur Bestimmung der elektrischen Bauelemente-Kenndaten von Halbleiterdioden, MOS-Kapazitäten und Halbleitertransistoren werden an entsprechenden Meßstrukturen Strom-Spannungs-Kennlinien (IU) und Kapazitäts-Spannungs-Kennlinien (CV) gemessen. Aus den Messungen können Rückschlüsse zur Optimierung technologischer Entwicklungen von neuartigen Halbleiterbauelementen bei bevorzugtem Einsatz der Ionenstrahltechnik (Ionenimplantation, Ionenstrahlsynthese) gezogen werden.

Für diese Aufgaben stehen zwei elektrische Messplätze zur Verfügung:

  • Manueller Prober, Typ PM5 (SÜSS MicroTech Test Systems GmbH, Sacka)
    • Wafergröße: bis 150 mm
    • Temperaturbereich: RT
    • 4 Proberköpfe mit Messspitzen
    • Messdatenerfassungs- und –verarbeitungssystem:
      • PC-gestützte Konfiguration folgender Geräte (Keithley Instruments) mit
      • Strom-Spannungsquelle 237 High Voltage Source Measure Unit (SMU) für I-U-Messungen
      • Kapazitätsmessbrücke 590 CV Analyzer für 100 kHz HF-CV-Messungen
      • Kapazitätsmeßsystem Model 82-DOS Simultaneous CV für simultane HF- und quasi-statische CV-Messungen
      • Präzisions-LCR-Meter HP 4284A (Hewlett Packard) für CV-Messungen im Frequenzbereich 20 Hz bis 1 MHz
  • Halbautomatischer Prober, Typ PA200 (SÜSS MicroTech Test Systems GmbH, Sacka)
    • Wafergröße: bis 200 mm
    • Temperaturbereich: -60 bis +300 °C (ATT Chuck System)
    • 6 Proberköpfe mit Meßspitzen
    • Messdatenerfassungs- und –verarbeitungssystem:
      • Halbleitermeßsystem, Model 4200-SCS (Keithley Instruments) bestehend aus:
      • 4 x SMU (davon 2 x High Power SMU)
      • Ultra-Low-Current Switch Matrix 8x12
      • Dual-channel digital oscilloscope
      • Dual-channel pulse generator

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