Metrologie Systeme Laser

Eigenspannungszustände sind „Fingerabdrücke“, die Einblick in die Entstehung oder den Einsatz eines Materials oder Bauelementes geben. Ihre Analyse ist erforderlich, um z. B. an Halbleitersubstraten und -bauelementestrukturen lokale Spannungszustände und Defekte zu identifizieren oder Fabrikationsprozesse anhand von Informationen über Spannungszustände und Defektverteilungen zu optimieren. Dies ermöglichen die Systeme SIRD und SIREX von Metrology & Plasma Solutions, die absolut berührungslos und zerstörungsfrei arbeiten.

SIRD und SIREX sind Polariskope, die Spannungen - in für die Untersuchungswellenlänge transparenten Materialien ( z. B. Silizium) – sichtbar machen können. Hierbei wird der Effekt der spannungsinduzierten Doppelbrechung genutzt:
Wird ein Material Scherspannungen ausgesetzt, so wird sein Brechungsindex anisotrop und das Material doppelbrechend. Einfallendes linear polarisiertes Licht (Laser) wird somit in Transmission oder Reflexion durch die Probe depolarisiert. Folglich sind die erhaltenen Depolarisationsmaps von SIRD und SIREX als Scherspannungsverteilungen interpretierbar.

Defekte und Materialinhomogenitäten werden häufig von Spannungsfeldern begleitet, deren räumliche Ausdehnung um ein Vielfaches größer ist als die der Ursache selbst. Ein Mikroskop wie SIREX ist in der Lage, auch kleinste Defekte im Submikrometerbereich sichtbar zu machen.

Intelligente Softwarelösungen helfen MPS dabei, die gewonnen Maps effizient in interpretierbare Ergebnisse umzuwandeln.

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Unsere Anlagen zur Analyse von Eigenspannungszuständen

  • SIRD Stressmessung

    SIRD (Scanning Infrared Depolarization System) ist ein so genanntes transmission dark-field plane polariscope. Bei seiner Nutzung durchstrahlt ein fest positionierter, linear polarisierter Laserstrahl den zu untersuchenden Wafer. Ist dessen Kristallstruktur perfekt und spannungsfrei, ändert sich die Polarisation des Laserstahls nicht. Liegen aber Scherspannungen oder Defekte im Kristall vor, erfährt der Laserstrahl eine Depolarisation, die durch spannungsinduzierte Doppelbrechung verursacht wird.

    Die Funktion im Überblick:

    • Das SIRD arbeitet ähnlich wie ein Plattenspieler: der Wafer rotiert auf einem Rotationstisch und wird diskontinuierlich oder kontinuierlich (spiral mode) in Radiusrichtung verschoben
    • Aufnahme der Daten nach einem voreingestellten Messrezept; Minimal- und Maximalradius sind jeweils frei wählbar
    • Die Messzeit wird durch die gewählte laterale Auflösung (≥50µm) und die Abtastgeschwindigkeit (max. ca. 1 cm2 s-1) bestimmt
    • Die wichtigsten Messergebnisse liegen als Maps von Depolarisation und Transmission vor

    SIRD arbeitet nach dem ARD (alternating retarder depolarization) -Prinzip. Dies erlaubt die Diskriminierung von Depolarisationsanteilen, die nicht durch Doppelbrechung verursacht werden. Dadurch ist die Visualisierung selbst kleinster Spannungsdifferenzen (>100 Pa) möglich.

    SIRD Anwendnungsbeispiele:

  • SIREX Stressmessung

    SIREX (Scanning Infrared Stress Explorer) ist ein so genanntes reflection dark-field plane polariscope. Bei der Anwendung dringt ein fest positionierter, linear polarisierter Laserstrahl in die zu untersuchende Probe ein und wird an der Rückseite oder inneren Grenzflächen reflektiert. Ist die Kristallstruktur der Probe perfekt und spannungsfrei, ändert sich die Polarisation des Laserstahls nicht. Liegen aber Scherspannungen oder Defekte im Kristall vor, so erfährt der Laserstrahl eine Depolarisation, die durch spannungsinduzierte Doppelbrechung verursacht wird. Die Abtastung der Probe erfolgt durch klassische X-Y-Bewegung des Probentisches. Das Messergebnis liegt schließlich als Maps von Depolarisation und Reflexion vor. Das zu vermessende Areal ist frei wählbar. Die Messzeit wird durch die gewählte laterale Auflösung (≥ 3µm) und Abtastgeschwindigkeit (max. ca. 1 mm2 min-1) bestimmt. Durch automatisierte Drehung des Probentisches ist die Aufnahme von Maps bei verschiedenen Polarisationswinkeln möglich.

    Das SIREX arbeitet nach dem ARD (alternating retarder depolarization) -Prinzip. Dies erlaubt die Diskriminierung von Depolarisationsanteilen, die nicht durch Doppelbrechung verursacht werden. Dadurch ist die Visualisierung selbst kleinster Spannungsdifferenzen (>100 Pa) möglich.

    SIREX Anwendnungsbeispiele:

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