Measuring the Nearly
Immeasurable
在柏林費(fèi)迪南德布勞恩研究所生產(chǎn)的半導(dǎo)體激光和高頻放大器晶圓必須達(dá)到一個極度精密的層厚度。潔凈室工人使用WERTH多傳感器坐標(biāo)測量機(jī)監(jiān)督這個過程。該機(jī)配有色差傳感器，的無接觸捕捉所需的測量元素。
在柏林的費(fèi)迪南德布勞恩研究所、萊布尼茲研究所。共有220名員工，其中包括110名科學(xué)家。開發(fā)和生產(chǎn)用于材料加工、醫(yī)療技術(shù)和精密測量技術(shù)，以及其他二極管激光器產(chǎn)品。另一個重點(diǎn)是通信技術(shù)、 電力電子技術(shù)和傳感器的高頻零件的生產(chǎn)。
“該半導(dǎo)體激光器具有非常低的安裝高度，以及高精度的拋光和接觸力，”工藝技術(shù)部的Dr.Andreas Thies說這些。雖然這樣的激光不大于一粒米，但它可以輸出高達(dá)20瓦的連續(xù)波操作，或100瓦的快速脈沖波。
激光在光盤中的大約是5000到25000倍。這些特點(diǎn)，伴隨著在條件下的高可靠性，使得FBH激光器享譽(yù)。他們甚至在外太空試驗，例如，在下一代GPS衛(wèi)星的原子鐘。
光學(xué)有許多領(lǐng)域的應(yīng)用案例。在醫(yī)學(xué)技術(shù)中，他們通過激活一種定義的波長和受影響的被破壞細(xì)胞，在腫瘤細(xì)胞中建立的藥物來幫助治療的光動力療法。進(jìn)一步的應(yīng)用包括光學(xué)精密測量，工業(yè)測量和材料處理（粘接、焊接、雕刻）。
晶圓的各種加工過程
微波技術(shù)的研究和開發(fā)工作和光電是對基本技術(shù)的基礎(chǔ)上完成的。利用外延（在單晶底面上放置的單晶半導(dǎo)體層），與所需的極薄的層的特征材料組裝在硅晶圓上。
使用現(xiàn)代工藝，晶圓要進(jìn)一步加工，加工流程包括光刻方法，濕法和干法刻蝕工藝和金屬化的步驟。約2000片與微波電路，或10000個激光芯片，能夠組裝成4英寸晶圓。
圖1 在潔凈室里：員工使用3D多傳感器坐標(biāo)測量機(jī)，采用色譜聚焦傳感器測量晶圓厚度
在技術(shù)人員將芯片從晶圓分離并且把它們組裝到光電或者高頻原件之前，晶圓必須首先足夠薄，要做到這一點(diǎn)，它是粘附到載體材料，然后經(jīng)過研磨拋光達(dá)到定義的尺寸。Dr.Andreas Thies 是在FBH的工藝技術(shù)專家并且負(fù)責(zé)潔凈室工作。他解釋說，"晶圓的厚度是組件可用性的一個重要指標(biāo)。作為一項規(guī)則，晶圓是底面下從初始厚度350 μ m 到盡可能少的 100 μ m，根據(jù)不同的應(yīng)用。 4 英寸晶圓制成的砷化鎵 (GaAs) 或氮化鎵 (GaN)，是高頻應(yīng)用的材料，它大約兩個小時為砷化鎵，并且更長時間的氮化鎵。
要達(dá)到的目標(biāo)厚度，晶圓必須多次測量。直到zui近，這個過程的測量都是接觸式測量的。
這種方法的工作原理如下，在它被粘到一個載體之前要測量晶圓的厚度。經(jīng)過膠粘后，它要再次測量，兩個測量值之間的差異可以用來近似于層厚度。這是用來計算原料已被除去研磨后的晶圓的厚度。
因為這種方法不是特別，負(fù)責(zé)的各方?jīng)Q定購買一臺測量機(jī)，將提供的結(jié)果和工作，盡可能不接觸。他們的選擇是一個Videocheck 400 x 200 x 200 3D-CNC，用色譜聚焦探頭（CFP）（圖1）。這種來自Werth測量技術(shù)的3D CNC多傳感器坐標(biāo)測量機(jī)，是非常的，因其*的預(yù)裝操作系統(tǒng)。該videocheck系列設(shè)備的概念允許組合各種傳感器適用相應(yīng)的應(yīng)用（圖2）。除了包含在基本版本的圖像處理傳感器，各種機(jī)械配件，接觸探針系統(tǒng)，的3D光纖探針傳感器，距離傳感器、激光傳感器等等都可以集成進(jìn)來
色譜聚焦傳感器-專業(yè)用來測量晶圓
整套的色譜聚焦探頭測量晶圓的厚度。它是專門開發(fā)用來測量非接觸，有光澤，反射和透明的材料。因此，該傳感器特別適合于光學(xué)元件，如反射鏡和透鏡。能夠測量半導(dǎo)體，如通常不是透明到白光的晶圓，在紅外范圍內(nèi)使用特殊的變體，其光能穿透半導(dǎo)體材料（圖3）。在材料的邊界的每個邊界表面的物理的影響，產(chǎn)生干涉，這將用于計算的晶圓的層厚度。該傳感器的關(guān)鍵優(yōu)勢是它測量晶圓材料，并且忽略膠層，任何金屬層，和前面的電氣結(jié)構(gòu)。” Dr.Andreas Thies解釋。
整個測量可以快速建立和執(zhí)行。工程師首先把待測的晶圓放置在X-Y工作臺上的固定裝夾裝置上面。然后使用電腦中的WinWerth測量軟件，選擇合適的位置并輸入所需的基本信息關(guān)于尺寸大小和晶圓的材料。Dr.Andreas Thies更準(zhǔn)確地說，“我們可以測量砷化鎵，鎵氮化硅，藍(lán)寶石，硅，碳化硅。這些是我們的主要材料。對于其他材料，可以輸入折射率。輸入測量樣本的大約厚度（估計尺寸為50μm）。為了加快了測量速度，現(xiàn)在的操作者只需按開始，機(jī)器就開始測量過程。該傳感器在兩條通過中心的方向掃描晶圓，一條從X方向，一條從Y方向。傳感器每一次探測，顯示在屏幕中測量晶圓層厚。工人們發(fā)現(xiàn)它實際能夠直接在設(shè)備上的PC中分析數(shù)據(jù)。使用寫好的程序，層厚度分布情況被計算并且圖形化顯示出來。測量一件70mm的晶圓需要約2分鐘。用戶可以看到一個的晶圓厚度分布圖像，如果需要的話，還可以繼續(xù)一遍。
非接觸測量-防止損壞
當(dāng)與敏感的晶圓工作時，在機(jī)械加工過程中有輕微的機(jī)械損傷，如細(xì)裂紋。接觸測量會引起晶圓的進(jìn)一步損害，由于接觸壓力，使其*無法使用。然而，如果測量可以不接觸，那么這個加工過程繼續(xù)盡管有輕微損壞。在大多數(shù)情況下，在晶圓上的芯片的一大部分仍然可以使用。
CFP傳感器不是用在FBH實驗室的*工具。具有光路作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的VideoCheck IP，使硅晶圓的檢驗具有較高的分辨率和精度。變焦光學(xué)可以通過使用操縱桿CNC控制器或手動定位和聚焦。各種變焦裝置可以選擇所需的放大倍率。通過不同的光路對測試對象進(jìn)行照明，可以檢測不同的任務(wù)。照明的角度，與多環(huán)暗場的入射光，例如，是邊緣突出，那么其粗糙度可以評估。垂直照明，利用光波的入射光，可以用來檢查表秒是否已被顆粒污染。
AndreasThies博士也采用這種靈活的工具“拍攝”測試的零件，“在短短的幾分鐘，我得到了被檢測的晶圓的非常高分辨率的光柵圖像，并且*自動。大量的單個圖像被記錄在一個定義的光柵，然后合并形成一個更大的圖像，這使得生成的圖像顯示到晶圓zui的細(xì)節(jié)。這是一個很好的科學(xué)研究的基礎(chǔ)。”