MEMS Inspection & Metrologie

confovisHalbleiter/MEMSMEMS Inspection

MEMS Inspection & Metrologie

MEMS (micro-electro-mechanical systems) sind mikromechanische elektronische Komponenten und können sowohl Sensoren als auch Aktoren sein. MEMS gehören auch in den nächsten Jahren zu den elektronischen Megatrends und finden Anwendung beim autonomen Fahren, 5G, künstlicher Intelligenz oder Mikrofluidik. Die Anzahl von MEMS in Smartphones und Wearables (Gravitationssensoren, Audio- und Videosensoren, Fingerabdrucksensoren, etc.) nimmt ebenfalls immer weiter zu. MEMS werden auf Wafern hergestellt, deren vielfältige Materialien von Silizium, Verbindungshalbleitern, Glas bis hin zu Epoxid und Metallen reichen. Die Confovis WAFERinspect Messsysteme erfassen diese Oberflächen materialunabhängig in 3D und 2D und können so für umfangreiche Messaufgaben in der MEMS Inspection eingesetzt werden.

Automatisierte optische MEMS Inspection

MEMS erreichen höhere Zuverlässigkeiten als diskret aufgebaute Sensoren und Aktoren. Dies ist zum einen im Wegfall von Steckverbindern und Leitungen begründet und zum anderen in der Nutzung einfacher physikalischer Effekte, die kurze Reaktionszeiten und Funktionswege ermöglichen.

Um Produktionsprozesse zu kontrollieren und zu steuern, müssen bei der MEMS Messung Strukturen auf Fehlstellen untersucht (Automatische optische Inspektion) und entsprechend in 2D bzw. 3D vermessen werden. Insbesondere beim MEMS 3D messen reicht das von Confovis patentierte Messverfahren Structured Illumination Microscopy (Konfokalmikroskopie) an die Auflösung und Genauigkeit von Rasterkraftmikroskopen (AFM) heran, ist jedoch in der Lage 100-fach bis 1000-fach schneller zu messen. Ein weiterer Vorteil des Confovis Messystems ist die materialunabhängige 3D-Messung, mit der chromatisch-konfokale Sensoren und Weißlichtinterferometer Schwierigkeiten haben. So können auch Materialkombinationen wie Gold und Epoxid, Chrom auf Glas und Polyamide auf Quarz vermessen werden.

Messaufgaben – MEMS Inspection & Metrologie

Defektinspektion

  • Makrodefekte
  • Mikrodefekte
  • Partikel Inspektion
  • Golden Sample
  • Klassifikation mit Künstlicher Intelligenz (Deep Learning)
  • Regelbasierte Klassifikation mit Neuronalem Netz

3D Messungen

  • Materialunabhängig: Silizium, Epoxid, Glas, Chrom, Fotolack…
  • Artefaktfrei, auch anspruchsvolle Oberflächen (keine „Bat Wings“)
  • Hohe Geschwindigkeit: 60 konfokale Frames pro Sekunde (250 Mio. Messpunkte/s)
  • Schichtdicke / Film Thickness / Layer Stack
  • Topographie
  • Koplanarität
  • Bumps
  • Rauheit / Roughness
  • Stufenhöhe / step height

2D Messungen

Critical Dimensions

    • Line/Space
    • VIAs
    • Oblong holes
    • Overlay

Visuelle Inspektion

  • KLARF Files 
  • Visuelle Inspektion mit Fine Alignment
  • Operator-Modus (visuelle Inspektion)
  • Farbbilder
  • Tiefenscharfe Aufnahmen
  • Stitching
  • Dokumentation durch Kommentarfunktion
  • Digital Inking

Konfokale Messung: die Vorteile des Confovis Messverfahrens

Insbesondere auf Wafern mit sehr unterschiedlichen Strukturen und erforderlichen Auflösungen von unter 1µm ist eine MEMS Inspection herausfordernd und meist kostenintensiv. Die Systeme von Confovis sind dank der Nutzung von Mikroskopoptiken in der Lage die gesamte Wafer-Oberfläche als großes Bild mit Verzeichnungskorrektur, aber auch die-by-die auf Defekte zu analysieren. Indem der 3D-Bildstapel in z-Richtung auf Defekte durchsucht wird, können beispielsweise auch in mehrlagigen MEMS Strukturen Risse in tieferen Lagen erkannt werden.

Ein Prozess-Kontroll-Instrument für die Inspektion von MEMS Strukturen

Durch Integration der Defekterkennung in das hochauflösende Messsystem WAFERinspect AOI entsteht ein Prozess-Kontroll-Instrument, mit dem die Defekte nicht nur erkannt, sondern auch in 2D und 3D vermessen werden können. Dies ermöglicht sofortige Rückschlüsse auf deren Entstehung. Die Datenübertragung an den Host erfolgt über SECS/GEM.

Bei der MEMS Inspection erfolgen Messungen mit Genauigkeiten von 3 nm und Wiederholgenauigkeiten von 4 nm @ 3 Sigma (Beispiel an einer von der Physikalisch Technischen Bundesanstalt zertifizierten 50 nm Stufe). Auch ist eine genaue Vermessung von Winkeln, Abständen, Radien etc. möglich. Dem Kunden steht mit Confovis eine universelle und kosteneffiziente Metrologie Plattform zur Verfügung.

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