Measuring the Nearly
Immeasurable
在柏林費迪南德布勞恩研究所生產的半導體激光和高頻放大器晶(jing)圓必(bi)須達(da)到一個極度精密的層厚度。潔凈室工人使用WERTH多傳(chuan)(chuan)感器(qi)坐標測量(liang)機監(jian)督(du)這(zhe)個(ge)過程。該機配有色差(cha)傳(chuan)(chuan)感器(qi)，的無接觸(chu)捕捉所需的測量(liang)元素。
在柏林(lin)的費迪南德布勞恩研究所、萊布尼茲研究所。共有(you)220名(ming)員(yuan)工，其中包括110名科學家。開發和生產用于材料加工、醫療技(ji)術(shu)和精(jing)密(mi)測(ce)量技(ji)術(shu)，以及其他二極(ji)管激(ji)光(guang)器(qi)產品。另一個重點是通信技(ji)術(shu)、 電(dian)力電(dian)子技術和傳(chuan)感器的高頻零件的生產。
“該(gai)半導體激光器具有(you)非常低(di)的安裝高度，以(yi)及高精度的拋光和接(jie)觸力，”工(gong)藝技術部的Dr.Andreas Thies說這些(xie)。雖然(ran)這樣的激光不大于一粒米，但它可以輸(shu)出高達(da)20瓦的連續波操作，或100瓦的快速脈沖波。
激光在光盤中的大約(yue)是5000到25000倍(bei)。這些(xie)特點，伴隨著(zhu)在條件下(xia)的(de)高(gao)可靠性，使得FBH激光(guang)器享譽(yu)。他們甚至在外太空試驗，例(li)如，在下一代GPS衛星的(de)原子鐘。
光(guang)(guang)學有許多領域(yu)的(de)應用案例。在醫學技術中，他們通過激(ji)活(huo)一種定義(yi)的(de)波長和(he)受影響的(de)被破(po)壞細(xi)胞，在腫瘤(liu)細(xi)胞中建(jian)立的(de)藥物(wu)來幫助治(zhi)療的(de)光(guang)(guang)動力療法。進一步的(de)應用包括(kuo)光(guang)(guang)學精密測(ce)量，工業測(ce)量和(he)材料處理（粘接(jie)、焊(han)接(jie)、雕刻）。
晶圓的各種加工過程
微波技術的(de)研究和(he)(he)開發工作和(he)(he)光電(dian)是對基本技術的(de)基礎上完成的(de)。利用(yong)外延（在單(dan)晶底面上放置的(de)單(dan)晶半導體層），與所需(xu)的(de)極薄的(de)層的(de)特征材料組裝(zhuang)在硅晶圓上。
使用現代工(gong)藝(yi)，晶(jing)圓(yuan)要進(jin)一(yi)步加工(gong)，加工(gong)流程包(bao)括光(guang)刻方法(fa)(fa)，濕法(fa)(fa)和干法(fa)(fa)刻蝕(shi)工(gong)藝(yi)和金屬化的步驟。約(yue)2000片(pian)與微波(bo)電路，或10000個激(ji)光(guang)芯片(pian)，能夠組裝成4英(ying)寸晶(jing)圓(yuan)。
圖1 在潔凈室里：員工使用(yong)3D多傳感(gan)器坐標測(ce)量機(ji)，采用色譜聚焦傳感(gan)器測(ce)量晶(jing)圓厚度
在技術人員將芯片從晶圓分(fen)離并且(qie)把它們組裝(zhuang)到光電或者(zhe)高頻(pin)原件之前，晶圓必須首先足夠薄，要(yao)做到這一點，它(ta)是(shi)粘附(fu)到載體(ti)材(cai)料，然后經過研磨拋光達到定(ding)義(yi)的尺寸。Dr.Andreas Thies 是(shi)在FBH的工(gong)藝技(ji)術專家并且負(fu)責潔凈室工(gong)作。他(ta)解釋說，"晶圓的厚度是組件(jian)可用性(xing)的一個重要指標。作為一項規則，晶圓(yuan)是(shi)底面下從初(chu)始(shi)厚度350 μ m 到(dao)盡(jin)可能少的(de) 100 μ m，根(gen)據不同的應(ying)用。 4 英(ying)寸晶圓制(zhi)成的砷化鎵 (GaAs) 或氮化鎵 (GaN)，是(shi)高(gao)頻(pin)應用的材料，它大約(yue)兩個小時為砷化(hua)鎵，并且(qie)更長(chang)時間的氮(dan)化(hua)鎵。
要達(da)到(dao)的目標(biao)厚度，晶圓必(bi)須多次測量。直到zui近，這個過程的(de)測量都是接觸式測量的(de)。
這種方法的工作(zuo)原理如下，在(zai)它(ta)被(bei)粘(zhan)到一個(ge)載體之前要測(ce)量(liang)晶圓的厚度(du)(du)。經過膠粘后，它要再次測量，兩個測量值(zhi)之間的差異(yi)可以用來近(jin)似于層厚度(du)(du)。這是(shi)用來計算原(yuan)料已被除去研(yan)磨后的晶圓的厚度。
因(yin)為這(zhe)種方(fang)法不是特(te)別，負責的(de)(de)(de)(de)(de)各(ge)方(fang)決定購買一臺測(ce)量(liang)(liang)機，將(jiang)提(ti)供的(de)(de)(de)(de)(de)結果和工(gong)作，盡可能(neng)不接觸(chu)。他們的(de)(de)(de)(de)(de)選擇(ze)是一個Videocheck 400 x 200 x 200 3D-CNC，用(yong)色譜聚(ju)焦探頭(tou)（CFP）（圖1）。這(zhe)種來自Werth測(ce)量(liang)(liang)技術的(de)(de)(de)(de)(de)3D CNC多傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)坐標測(ce)量(liang)(liang)機，是非(fei)常的(de)(de)(de)(de)(de)，因(yin)其*的(de)(de)(de)(de)(de)預(yu)裝操作系(xi)統。該videocheck系(xi)列設備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)概念允許組合各(ge)種傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)適用(yong)相應的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)（圖2）。除(chu)了(le)包含(han)在基(ji)本版(ban)本的(de)(de)(de)(de)(de)圖像(xiang)處(chu)理傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)，各(ge)種機械配(pei)件，接觸(chu)探針系(xi)統，的(de)(de)(de)(de)(de)3D光纖探針傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)，距離傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)、激光傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)等等都(dou)可以集成進來
色譜聚焦(jiao)傳感器-專(zhuan)業用來測量晶圓
整套(tao)的(de)(de)(de)(de)(de)色譜聚(ju)焦探頭測(ce)量(liang)(liang)晶(jing)圓(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)厚度。它(ta)是(shi)專門開發用(yong)來測(ce)量(liang)(liang)非接觸，有光(guang)澤，反射和(he)透明的(de)(de)(de)(de)(de)材料。因此(ci)，該(gai)傳感器特(te)別適合于(yu)光(guang)學(xue)元件，如反射鏡和(he)透鏡。能(neng)夠測(ce)量(liang)(liang)半導(dao)體(ti)，如通常不是(shi)透明到白光(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)圓(yuan)，在紅外范(fan)圍(wei)內使用(yong)特(te)殊的(de)(de)(de)(de)(de)變體(ti)，其光(guang)能(neng)穿(chuan)透半導(dao)體(ti)材料（圖3）。在材料的(de)(de)(de)(de)(de)邊界的(de)(de)(de)(de)(de)每個邊界表面的(de)(de)(de)(de)(de)物理的(de)(de)(de)(de)(de)影響，產生干涉，這將用(yong)于(yu)計算的(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)圓(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)層厚度。該(gai)傳感器的(de)(de)(de)(de)(de)關鍵優勢是(shi)它(ta)測(ce)量(liang)(liang)晶(jing)圓(yuan)材料，并且(qie)忽略(lve)膠層，任何金屬層，和(he)前面的(de)(de)(de)(de)(de)電氣結構。” Dr.Andreas Thies解釋。
整個測(ce)(ce)量(liang)可(ke)以(yi)快速建立和執(zhi)行。工(gong)程師首先把待測(ce)(ce)的(de)(de)(de)晶圓(yuan)放置(zhi)(zhi)在X-Y工(gong)作臺(tai)上(shang)的(de)(de)(de)固定裝(zhuang)(zhuang)夾裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)上(shang)面。然后使用電(dian)腦(nao)中的(de)(de)(de)WinWerth測(ce)(ce)量(liang)軟件(jian)，選擇合適的(de)(de)(de)位置(zhi)(zhi)并輸(shu)入所(suo)需的(de)(de)(de)基(ji)本信息(xi)關于(yu)尺寸(cun)(cun)大小(xiao)和晶圓(yuan)的(de)(de)(de)材料。Dr.Andreas Thies更(geng)準確地(di)說，“我(wo)們(men)可(ke)以(yi)測(ce)(ce)量(liang)砷(shen)化(hua)鎵，鎵氮(dan)化(hua)硅(gui)，藍寶石，硅(gui)，碳化(hua)硅(gui)。這些是我(wo)們(men)的(de)(de)(de)主要(yao)材料。對(dui)于(yu)其他(ta)材料，可(ke)以(yi)輸(shu)入折射率(lv)。輸(shu)入測(ce)(ce)量(liang)樣本的(de)(de)(de)大約(yue)(yue)厚(hou)(hou)度（估計尺寸(cun)(cun)為50μm）。為了加快了測(ce)(ce)量(liang)速度，現在的(de)(de)(de)操作者只需按開始(shi)，機器(qi)就開始(shi)測(ce)(ce)量(liang)過程。該(gai)傳感器(qi)在兩條(tiao)通過中心的(de)(de)(de)方(fang)(fang)(fang)向掃描晶圓(yuan)，一(yi)條(tiao)從X方(fang)(fang)(fang)向，一(yi)條(tiao)從Y方(fang)(fang)(fang)向。傳感器(qi)每(mei)一(yi)次探測(ce)(ce)，顯示(shi)在屏幕中測(ce)(ce)量(liang)晶圓(yuan)層(ceng)厚(hou)(hou)。工(gong)人(ren)們(men)發現它(ta)實際能夠直接在設備上(shang)的(de)(de)(de)PC中分(fen)析數據。使用寫好的(de)(de)(de)程序，層(ceng)厚(hou)(hou)度分(fen)布情況(kuang)被(bei)計算并且圖形化(hua)顯示(shi)出(chu)來(lai)。測(ce)(ce)量(liang)一(yi)件(jian)70mm的(de)(de)(de)晶圓(yuan)需要(yao)約(yue)(yue)2分(fen)鐘。用戶(hu)可(ke)以(yi)看(kan)到一(yi)個的(de)(de)(de)晶圓(yuan)厚(hou)(hou)度分(fen)布圖像，如(ru)果需要(yao)的(de)(de)(de)話(hua)，還可(ke)以(yi)繼續一(yi)遍。
非接觸(chu)測量-防止損壞
當與敏感的(de)晶圓工作時(shi)，在機(ji)械加(jia)工過程(cheng)中有輕微的機(ji)械損傷，如細裂紋。接觸測量會(hui)引起晶圓的進一步損害，由(you)于(yu)接觸(chu)壓力，使其*無法(fa)使用(yong)。然而，如(ru)果測量可以不接觸(chu)，那么這個加工(gong)過(guo)程繼(ji)續(xu)盡管有輕微損壞(huai)。在(zai)大多(duo)數情況下，在(zai)晶圓上的芯(xin)片(pian)的一大部分仍然(ran)可以使用。
CFP傳感器不(bu)是用在FBH實(shi)驗室的(de)*工具(ju)。具(ju)有光路作為(wei)標準設備的(de)VideoCheck IP，使硅晶圓的檢驗具有(you)較(jiao)高的分辨率(lv)和精(jing)度。變焦光學可(ke)以通(tong)過(guo)使(shi)用操縱桿CNC控制(zhi)器或手動定(ding)位(wei)和聚焦(jiao)。各種(zhong)變焦(jiao)裝置可以選擇(ze)所需的(de)(de)放大倍率。通(tong)過不同的(de)(de)光(guang)路對測(ce)試對象進行照明(ming)，可以檢測(ce)不同的(de)(de)任務。照明(ming)的(de)(de)角(jiao)度(du)，與(yu)多環暗(an)場的(de)(de)入射光(guang)，例如，是邊緣(yuan)突出，那么其粗糙度(du)可以評估。垂直(zhi)照明(ming)，利用(yong)光(guang)波的(de)(de)入射光(guang)，可以用(yong)來(lai)檢查表秒(miao)是否已被顆粒污染。
AndreasThies博士也采用這種(zhong)靈活的(de)工具“拍(pai)攝(she)”測試的(de)零(ling)件，“在(zai)短短的(de)幾分(fen)鐘(zhong)，我得到了(le)被檢測的(de)晶圓的(de)非(fei)常高分辨率的(de)光(guang)柵圖像(xiang)(xiang)，并且(qie)*自動(dong)。大量的(de)單個圖像(xiang)(xiang)被記錄在一(yi)個定(ding)義的(de)光(guang)柵，然(ran)后合并形成一(yi)個更大的(de)圖像(xiang)(xiang)，這使得生(sheng)成的(de)圖像(xiang)(xiang)顯示(shi)到晶圓zui的(de)細(xi)節。這是一個很好的(de)科學研(yan)究的(de)基礎。”
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