Großflächige Nanotopographiebestimmung für reflektierende Oberflächen

Fraunhofer-Allianz Vision

NanoInspect ist ein vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB entwickelter optischer Sensor zur berührungslosen Topographiebestimmung von spiegelnden Oberflächen. Das System ist ein kompaktes Tool zur großflächigen Defekterkennung und Topographiebestimmung im nm-Bereich.

Der patentierte Messaufbau basiert auf der »Makyoh«-Methode. Mittels einer LED und eines optischen Systems wird eine ebene Wellenfront auf die Probenoberfläche projiziert. Die zurückreflektierte Wellenfront wird durch eine CCD-Kamera detektiert. Durch die Analyse der Wellenfrontdeformation kann die Oberflächentopographie ermittelt werden.

Der Sensor hat ein Sichtfeld von 130 mm Durchmesser. Mit einer Messung kann also eine Fläche dieser Größe erfasst werden. Die Höhenauflösung beträgt etwa 10 nm, während die laterale Auflösung bei bis zu 500 µm liegt.

Das System deckt den Bereich zwischen SEM, AFM (atomare Auflösung, aber kleines Sichtfeld im µm-Bereich) und geometrischen Messmethoden (großes Sichtfeld, aber nur makroskopische Auflösung) ab. Der Sensor ermöglicht eine schnelle und berührungslose Bestimmung der Nanotopographie und stellt damit eine einfache und kostengünstige Alternative zur Interferometrie dar oder kann für Referenzmessungen herangezogen werden. Die im Vergleich zu Interferometern kompakte Bauweise des Systems ermöglicht eine leichte Integration des Sensors.

Zur 3-D-Topographierekonstruktion aus den Messdaten des optischen Sensors steht die Image Processing Software zur Verfügung.

Das Fraunhofer IISB besitzt zudem Kompetenzen im Bereich »Post Processing«. Die entwickelten Filteralgorithmen dienen der Topographiebestimmung in definierten räumlichen Wellenlängenbereichen. Aus den berechneten Höhendaten kann somit die Nanotopographie (nach SEMI Standard) gefiltert werden. Des Weiteren wurden Algorithmen entwickelt, um Topographiemaps aus mehreren benachbarten Einzelbildern zusammenzusetzen (»Stitching«).

Beispiel: polierter Si-Wafer

Anwendungsbereiche

Der optische Sensor wird bisher im Bereich der Halbleiterfertigung zur Ebenheitsmessung, Defekterkennung und Nanotopographieermittlung von Halbleiterscheiben (Wafern) eingesetzt. Prinzipiell ist das System zur Topographiebestimmung von allen Oberflächen mit ausreichender Reflektivität geeignet, wie z. B. polierte Metalloberflächen, Glasplatten oder Spiegeln.

Einsatzgebiete ergeben sich in Bereichen, in denen eine großflächige und schnelle Topographiebestimmung oder Defekterkennung im nm-Bereich nötig ist. Angesprochen werden neben der Halbleiterindustrie Branchen wie der Instrumentierungsbau, die Präzisionsoptik, die Röntgenoptik und Bereiche, wo Metalloberflächen oder Karosserieoberflächen charakterisiert werden müssen.

Bildquelle

  • Fraunhofer IISB

Aktualisierungsdatum

07.03.2012

Anlass

8. Sonderschau Berührungslose Messtechnik zur Control 2012