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Neuer Messplatz für die Qualitätskontrolle von Wafern

Im PTB-Laboratorium am Berliner Elektronenspeicherring BESSY II wurde ein Messplatz in Betrieb genommen, an dem mit Röntgenfluoreszenzanalyse kleinste Verunreinigungen auf Siliciumwafern ermittelt und die Zusammensetzung von nanometerdünnen Schichten analysiert werden können.

Der neue Messplatz am Plangittermonochromator-Strahlrohr (PGM) der PTB bei BESSY II. Ein Robotersystem (EFEM) befördert die Wafer aus ihren Standardtransportbehältern (SMiF oder, wie hier, FOUP) in eine Schleuse. Von dort werden sie mit einem Vakuumroboter in die (T)RFA-Analysekammer transportiert.

Die energiedispersive Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) ist ein physikalisches Verfahren, mit dem simultan und zerstörungsfrei mehrere Elemente gleichzeitig analysiert werden können. Dabei wird die Probe mit Röntgenstrahlung angeregt und die entstehende, elementspezifische Fluoreszenzstrahlung mit einem energiedispersiven Halbleiterdetektor nachgewiesen. Die Methode dient unter anderem zur Ultraspurenanalytik bei der Qualitätskontrolle von Trinkwasser, Nahrungsmitteln und Halbleiteroberflächen.

Die Halbleiterindustrie setzt zur Kontrolle von Waferoberflächen routinemäßig das Verfahren der Totalreflexions-RFA (TRFA) ein. Dabei trifft der Röntgenstrahl unter einem so kleinen Winkel auf die Probe, dass er an der Oberfläche total reflektiert wird. Verwendet man zur Anregung monochromatisierte Undulatorstrahlung, wie sie in der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II in Berlin erzeugt wird, lassen sich selbst Elemente niedriger Ordnungszahl (C bis Al) noch bis zu einer Grenze von einem Pikogramm nachweisen. Das entspricht einer Nachweisgrenze von etwa 108 Fremdatomen je cm2 für 200 mm große, mit einem VPD-Verfahren behandelte Siliciumwafer.

Diese Ultraspurenanalytik erfordert Reinraum-Bedingungen, um sicherzustellen, dass die Waferproben beim Einbringen in die Analysekammer nicht zusätzlich merklich kontaminiert werden. Der neue Messplatz für referenzprobenfreie (T)RFA, der Ende 2002 im PTB-Labor bei BESSY II in Betrieb genommen wurde, gestattet es, bis zu 300 mm große Waferscheiben automatisiert und kontaminationsarm einzubringen. Die Methode, die in Zusammenarbeit mit der Halbleiterindustrie entwickelt worden ist, soll zur Qualitätskontrolle von neuen Wafer-Reinigungsverfahren eingesetzt werden.

Darüber hinaus wird der Messplatz dazu dienen, die chemische Zusammensetzung von nanometerdünnen Mehrfachschichtsystemen zu analysieren. Durch Variation der Anregungsenergie kann die Feinstruktur der Röntgenabsorptionskante untersucht werden. Damit lassen sich Verbindungen leichter Elemente unterscheiden, die sich lediglich in Nanogramm-Mengen auf den Waferoberflächen befinden.

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