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Einblicke in die Halbleiter- und Mikroelektronikbranche – Ein Interview mit Alberto Aguerri

Metrology, News, Produkte

Der VP of Sales von Sensofar, Alberto Aguerri , im Gespräch mit Adam Kingvon AZO Network über optische Messlösungen für die Halbleiter- und Mikroelektronikindustrie.

AZO Network ist eine Online-Plattform mit branchenspezifischen Bereichen von Werkstofftechnik, Optik und Sensorik über Nanotechnologie bis hin zu Medizin, Life Sciences und mehr…

azo-logo

   Möchten Sie unseren Lesern zunächst zum Einstieg einen Überblick über Sensofar und den Tätigkeitsbereichen des Unternehmens geben?

Sensofar wurde 2001 gegründet und verfügt über enorme globale Präsenz in Asien, Europa und in den Vereinigten Staaten. Das Unternehmen zählt etwa 75 Mitarbeiter, weltweit haben wir bisher rund 1.000 Systeme verkauft. Zum Einsatz kommen unsere Systeme in diversen Branchen, wie bei der Herstellung von Halbleitern und in der Mikroelektronik, in der Luft- und Raumfahrt , in Fahrzeuganwendungen, in medizinischen Gerätenund in einer Reihe von wissenschaftlichen Anwendungen der akademischen Forschung.

Zu Beginn dieses Jahrtausends konzentrierte sich das Unternehmen auf das Verständnis der Zielmärkte und die Entwicklung von Technologien. 2008 verlagerte sich der Schwerpunkt von Sensofar mehr auf den Vertrieb und die Wachstumsstrategie.

Bis 2014 hatten wir unser Produktportfolio diversifiziert. Neben unserem Flaggschiff, dem S neox 3D-Profilometerbieten wir eine Reihe weiterer Systeme an, von Sensorköpfen bis zu motorisierten Systemen.

Wir haben diverse Lösungen entwickelt, die speziell auf die Mikroelektronik- und die Halbleiterindustrie ausgerichtet sind , Sektoren in denen wir ein enormes Wachstum verzeichnet haben. Der Schwerpunkt liegt hier auf der Frage, wie wir die Qualität auf dem Leiterplatten- und Halbleitermarkt verbessern können.

   Können Sie uns einen Überblick über den S neox 3D-Profilometer geben?

Die 5. Generation des S neox 3D-Profilometers ist das schnellste konfokale Scanning-Profilometer auf dem Markt. Es ist extrem einfach zu bedienen und hat einige entscheidende Vorteile gegenüber den Vorgängermodellen: mehr Stabilität und verbesserte Algorithmen für den Sensorkopf. Das Ergebnis ist das schnellste System auf dem Markt, ohne bewegliche Teile, mit minimalen Wartungs- und Kalibrierungsanforderungen.

„Sensofar bietet eine einzigartige proprietäre Technologie und ist das einzige Unternehmen weltweit, das Konfokaltechnik, Interferometrie und Fokusvariation in einen einzigen Sensorkopf integriert. Mit unseren Geräten lassen sich Dünn- und Dickschichten vermessen. Der kontinuierliche konfokale Algorithmus bietet Geschwindigkeiten, die etwa fünfmal höher sind als bei jedem laserbasierten konfokalen Rastersystem.“

Mit unserer Kohärenzlichtinterferometrie und der Phasenverschiebungsinterferometrie lässt sich mit dem S neox (wenn erforderlich) eine Auflösung im Subnanometerbereich erzielen. Einzigartig ist nicht zuletzt die Texturierungsfähigkeit unserer neuen aktiven Beleuchtungsfokus-Variante, denn sie ermöglicht eine nahezu konfokale Auflösung.

   Wie funktioniert das Softwarepaket SensoPRO im Zusammenspiel mit dem S neox 3D-Profilometer?

Sensofar bietet mehrere Analysesoftwares an, wobei SensoPRO die beliebteste automatisierte Lösung ist. Die meisten Systeme bieten die Möglichkeit, manuelle Messungen durchzuführen und Rauheitswerte abzuleiten. Um jedoch jede Art von Subjektivität zu reduzieren, ermöglichen wir es dem Ingenieur, Erfassungsprogramme zu erstellen, die in der Folge automatisch von SensoPRO analysiert werden.

„SensoPRO bietet ein Paket mit diversen Plugins zur Messung spezifischer, automatisch erkannter, analysierter und gemeldeter Merkmale (Unebenheiten, Löcher, Spuren…).Es handelt sich um eine gängige Praxis bei der Messung großer Chargen und bei der Arbeit mit vielen gleichen Probentypen, bei denen es wichtig ist, sicherzustellen, dass sich die Parameter zwischen den Messungen nicht geändert haben.“

Da das S neox automatische Messungen durchführt, sobald das Erfassungsrezept festgelegt ist, führt die Verbindung des S neox mit SensoPRO zu einer automatischen Erfassung und Analyse. Einfach in SensoSCAN auf Erfassen klicken und schon liegt der Pass/Fail-Bericht vor.

   Welche Art von Messmöglichkeiten werden typischerweise in der Halbleiter- und Mikroelektronikindustrie benötigt?

Wir sprechen hier von zwei Branchen, die hohe Erwartungen und Anforderungen an ihre Produkte stellen. Die gefragtesten Technologien für die Oberflächencharakterisierung sind Konfokal- und Interferometrie, da sie die beste laterale bzw. vertikale Auflösung bieten.

Um ein Beispiel zu nennen: Bei der Wafermontage ist das Front-End typischerweise die Herstellung des Wafers und das Back-End befasst sich mit dem Drahtbonden und der Verpackung. Die Hauptstärke von Sensofar liegt im Back-End.

Chips werden in der Regel mit Diamanten geschnitten, die normalerweise zwei separate Schnitte durchführen. Der erste Schnitt dient der Trennung, und der zweite Schnitt wird mit einem geringen Maß durchgeführt, um sicherzustellen, dass der Chip nicht beschädigt wird. Bei diesen Schnitten kommt eine große Bandbreite an Größen zur Anwendung. Ein Mikroskop mit verschiedenen Technologien ist hier äußerst praktisch, da für jede Größe die ideale Technologie ausgewählt werden kann.

Die Messung solcher zweistufiger Höhen kann auf manuelle Weise erfolgen, oder automatisch, mit SensoPRO. Es gibt eine Reihe weiterer wichtiger Messparameter, die sich samt und sonders mit S neox und SensoPROerfassen lassen.

   Welche Art von Messungen sind in der Qualitätskontrolle wichtig und wie arbeitet Sensofar mit Kunden zusammen, um diese zu implementieren?

Zunächst einmal ist die Dimensionsanalyse eine der Hauptkontrollen: In der MEM-Branche muss der Radius über eine flache Fläche gemessen werden, ein Radius, der mit leistungsschwächeren Mikroskopen nicht erfasst werden kann. Darüber hinaus lassen sich Leiterbahnen in CSP-Back-Ends mit konfokalen oder interferometrischen Technologien mit einem Wiederholbarkeitsfehler von 0,5 Prozent leicht abbilden.

Bei der Charakterisierung von Leiterplatten ist die Rauheit entscheidend für das Verständnis der Hafteigenschaften der Leiterplatte. Hier können wir die Berechnungen entweder manuell durchführen oder SensoPRO so programmieren, dass es uns diese Daten automatisch bereitstellt. SensoPRO ist in der Lage, alle in der ISO-Norm 25178definierten Rauheitsparameter zu berechnen.

Für diese Messung wird ein Tastschnittgerät verwendet, eine nicht zerstörungsfreie Methode, die darüber hinaus nur sehr begrenzte Informationen liefert. Wenn man die Oberfläche als Fläche versteht und den Flächenparameter Sa verwendet, erhält man definitiv einen besseren Einblick in die Probe. Für diejenigen, die mit dem Tastschnittgerät messen und den großen Schritt zur Flächenmessung erwägen, haben wir die Möglichkeit, Ra mit Sa zu korrelieren.

Semiconductor Microelectronics Industries SensoPRO S neox Interview

Eine weitere häufige Anwendung ist in CMP-Maschinen. Mit Hilfe des S neox kann die Lebensdauer der Pads bestimmt werden. Normalerweise gewährleistet der Hersteller eine Lebensdauer von 8 Stunden. Durch die Messung mit dem S neox lassen sich die Pads unter Einsatz eines Wasserimmersionsobjektivs lückenlos messen, so dass ihr Zustand bestätigt werden kann. Dieses Verfahren steigert die Lebensdauer von Pads auf zwischen 28 und 30 Stunden, eine wichtige Kosteneinsparungsfunktion.

In der Photovoltaik und bei Solarzellen ermöglicht die Messung der realen 3D-Oberfläche einen Einblick in die Effizienz der Solarzelle. SDR ist ein ISO 25178-Parameter, der es uns ermöglicht zu verstehen, wie viel Fläche tatsächlich Licht aufnimmt. Dieser Parameter gibt die Gesamtfläche der Topografie an, so als ob wir sie dehnen und die angenommene 2D-Fläche messen würden.

   Welche Strategie verfolgt Sensofar bei der Messung einer großen Probenmengen?

Die SensoSCAN-Software kann das Mikroskop automatisch dazu veranlassen, zu erkennen, wo sich die Passermarken auf einer Probe befinden, und sich dann zu den Bereichen bewegen, die für die eigentliche Messung von Interesse sind. Fiducials sind eine Möglichkeit, unterschiedliche Proben zu laden und sicherzustellen, dass alle im Erfassungsrezept festgelegten Positionen korrekt gemessen werden.

Dieser Ansatz ist z. B. in einem Labor mit mehreren Anwendern nützlich, wo der Ingenieur, der die Routine erstellt, die einzige Person ist, die die Kontrolle über mögliche Änderungen hat. Aus diesem Grund verfügt die Erfassungssoftware SensoSCAN über 3 Bedienerebenen: Administrator, Fortgeschrittener Operator und Operator.

   Wie steht es mit der Charakterisierung von Defekten bei Halbleitern und Mikroelektroniktechnologien?

Bei der Defektmodusanalyse betrachten wir im Allgemeinen Bond-Pad-Defekte. Dabei handelt es sich um die Probentiefe, es ist wichtig zu verstehen, wie nahe der Druck an den darunter liegenden Chip heranreicht.

Wir sehen dies häufig in der Mobiltelefonindustrie, ein zu naher Abdruck kann zu einem Ausfall führen. Geht es um Mobiltelefon, kann das Problem mit einer Neuanschaffung gelöst werden. Defekte bei Chips für die Automobilindustrie hingegen können den Ausschlag darüber geben, ob ein Fahrzeug hält, oder weiterrollt.

Es ist enorm wichtig, sicherzustellen, dass diese Chips nicht ausfallen, und wir können dies mit einem einzigen Sichtfeld relativ rasch messen. Dazu verwenden wir unser Interferometer und können so die Tiefe des Bondpad-Drucks bestimmen. Effektives Drahtbonden erfordert ein Verständnis der einwirkenden Kraft. Wirkt zu wenig Kraft ein, kann sich die Verbindung lösen, wirkt zu viel Kraft ein, können Risse entstehen oder die darunter liegenden Schichten beschädigt werden.

Die Lösungen von Sensofar bieten die Möglichkeit, ein Bild mit einer 10-fachen Interferometerlinse zu messen. Wettbewerber bieten diese Möglichkeit nicht immer an. Um diese Auflösung zu erreichen, müssen sie eine 50- oder 100-fache Messung desselben Sichtfeldes im Konfokalsystem vornehmen und dann mehrere X- und Y-Bilder zu einem Mosaik zusammenfügen. Das ist zeitaufwändig und bietet nicht die gleiche vertikale Auflösung wie ein Interferometer.

   Welche Methoden und Techniken hält Sensofar für die Arbeit mit Wafern aus Silizium und anderen Materialien bereit?

Bei der Arbeit mit Galliumarsenid-Wafern (GaAs) ist es wichtig, den Überblick über die Anzahl der VIAs (elektrische Pfade) und deren Abmessungen zu behalten. Hier wird SensoPRO zum Schlüssel, da es ein Plugin enthält, mit dem der Benutzer automatisch den unteren oder oberen Durchmesser, die Höhe und die relative X-Y-Position der VIAs zueinander bestimmen kann.

Die Rundheit des VIA ist ebenfalls ein kritisches Maß, und SensoPRO liefert auch hier eine detaillierte Beschreibung: oberer und unterer Durchmesser, Höhe, X-Position des Lochs und Abstand zwischen dem Mittelpunkt des oberen und des unteren Kreises. Dieses Plugin verfügt über verschiedene Parameter zur Anpassung an der Messung. Alle unsere Plugins sind konfigurierbar, d.h. wir können Parameter hinzufügen oder entfernen, um sie besser an die zu messende Probe anzupassen.

Andere typische Merkmale von Wafern sind Trenches, Spuren, Stufenhöhen oder Lasergravuren. Wir bieten zwei Lösungen an: die manuelle Messung, bei der ein Bericht an die Art und Weise angepasst werden kann, wie die quantitativen und qualitativen Informationen dargestellt werden, und den automatischen Ansatz, der mit SensoPRO Hand in Hand geht und über ein spezifisches Plugin für jedes Merkmal verfügt. Das Ergebnis sind genaue Messungen in einem Pass/Fail-Bericht.

„Sensofar ist seit jeher offen für die Erstellung von maßgeschneiderten Plugins. Alle 30 Plugins, die SensoPRO umfasst, sind das Ergebnis interner Entwicklung, zur Erfüllung der Bedürfnisse unserer Kunden.“

Das Verständnis der Verformung ist ebenfalls sehr wichtig, Sensofar löst solche Herausforderungen durch Koordinatenfunktionsroutinen. Die Vermessung des gesamten Wafers ist nicht erforderlich, und das, obwohl das System mit Wafern von sechs Zoll oder mehr zurechtkommt.
Stattdessen können wir 21 vorab festgelegte Punkte in etwa 2 Minuten und 45 Sekunden messen, und unter Einsatz der konfokalen Leistungsfähigkeit, mit 20-facher Vergrößerung. Dieser Ansatz erfordert kein Stitching und bietet dennoch eine Auflösung von 0,5 Mikrometern oder 500 Nanometern, was ausreicht, um die Verformung oder die Krümmung eines Wafers zu erkennen.

   Fassen Sie doch zum Abschluss für unsere Leser zusammen, was den Ansatz und die Fähigkeiten von Sensofar so einzigartig macht!

Sensofar bietet das schnellste konfokale Scanning-Mikroskop auf dem Markt, mit dem die Nutzer bei ihrer Arbeit, Analyse oder Forschung Zeit und Geld sparen können. Darüber hinaus haben wir den vielseitigsten Scanning-Profiler auf dem Markt. Wir sind das weltweit einzige Unternehmen, das Konfokal-, Interferometrie- und Fokusvariationen in einem einzigen Sensorkopf anbietet.

SensoPRO ist aus maßgeschneiderten, für Kunden entwickelten Plugins entstanden, es handelt sich um ein Softwarepaket, das eine vollautomatische Lösung für den QC-Markt bietet.

Sensofar bietet die Möglichkeit, Freihandmessungen mit der Standard-Analysesoftware SensoVIEWdurchzuführen. Dennoch nutzen zahlreiche unserer Kunden in der Mikroelektronik- und Halbleiterbrache die Automatisierungsfunktionen von SensoPRO, um jegliche Subjektivität in ihren Analyseroutinen zu eliminieren.

Sensofar begrüßt es, auf Kundenwünsche einzugehen. Wir sind flexibel und in der Lage, auch für schwierige Proben oder Anwendungen maßgeschneiderte Lösungen zu entwickeln.

Erfahren Sie mehr über das von Alberto Aguerri vorgestellte System, indem Sie die folgenden Bilder anklicken: 

Präsentation des optischen Messsystems s wide auf der LWop CNSensofar Deutschland