In kaum einem anderen Bereich sind Metrologie und Materialwissenschaften so eng miteinander verbunden wie bei der Herstellung von Halbleitern.
Die Metrologie spielt bei der Halbleiterherstellung eine wichtige Rolle, um die Qualitätskontrolle, die Prozessoptimierung und die Entwicklung fortschrittlicher Halbleitergeräte mit präzisen Leistungsmerkmalen zu gewährleisten. Das geschieht mittels einer Vielzahl von Techniken und Instrumenten, die zur Charakterisierung der elektrischen, optischen, strukturellen und chemischen Eigenschaften von Halbleitern sowie anderer Parameter eingesetzt werden. Dazu gehören Methoden wie Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Rasterkraftmikroskopie (AFM), Röntgenbeugung (XRD), Ellipsometrie und spektroskopische Verfahren.
Die Halbleiterinspektion ist ein wichtiger Aspekt des Herstellungsprozesses und umfasst die Inspektion von Halbleitermaterialien, Komponenten und Anlagen, um Qualität, Zuverlässigkeit und Leistung zu gewährleisten. Sie umfasst eine Vielzahl von Techniken und Methoden zur Erkennung von Defekten, Fehlern und Unregelmäßigkeiten in Halbleiterwafern, Chips und verpackten Geräten. Die Inspektion findet in verschiedenen Stadien des Halbleiterherstellungsprozesses statt, u. a. bei der Herstellung der Wafer, der Montage der Geräte und der Endprüfung.
Die Inspektionstechniken für Halbleiter unterscheiden sich je nach den spezifischen Anforderungen des Herstellungsprozesses und den Eigenschaften der zu prüfenden Materialien und Bauelemente. Zu den gängigen Prüfverfahren gehören die Sichtprüfung, die optische Mikroskopie, die Rasterelektronenmikroskopie (SEM), die Rasterkraftmikroskopie (AFM), die Röntgenprüfung und verschiedene Arten von Messtechniken1Improving Accuracy — Innovations in Semiconductor Metrology and Inspection Move Industry Forward.
Die anhaltende Nachfrage nach kleineren, schnelleren und zuverlässigeren Halbleiterbauelementen hat zu Fortschritten in der Halbleitermess- und -prüfungstechnologie geführt. Zu den bemerkenswerten Fortschritten gehören:
- Nanometrologie, die hochauflösende Bilder und Messungen im Nanobereich ermöglicht.
- Multi-Modell-Messtechnik – Die Integration mehrerer Messtechniken in ein einziges System ermöglicht eine umfassende Charakterisierung von Halbleitermaterialien und -geräten. So kann beispielsweise die Kombination von optischen, elektrischen und strukturellen Messungen ein vollständigeres Bild der Leistung und Zuverlässigkeit von Bauelementen liefern.
- Inline- und In-situ-Inspektionstechniken in Echtzeit werden für die Prozessüberwachung und -steuerung in der Halbleiterfertigung immer wichtiger. Sie ermöglichen eine schnelle, zerstörungsfreie Überwachung von Halbleiterfertigungsprozessen.
- 3D-Messtechnik – Da die Architekturen von Halbleiterbauelementen immer komplexer werden, sind 3D-Messtechniken für die genaue Charakterisierung der Bauelementestruktur und -eigenschaften von entscheidender Bedeutung. Moderne 3D-Bildgebungsverfahren liefern detaillierte dreidimensionale Informationen für die Prozessoptimierung und Fehleranalyse.
- Materialcharakterisierung – Fortschritte in der Materialcharakterisierung ermöglichen eine präzise Analyse der Zusammensetzung von Halbleitermaterialien, der Verteilung von Dotierstoffen und der Grenzflächeneigenschaften.
Und nicht zu vergessen: Die virtuelle Metrologie2Virtuelle Messtechnik in der Halbleiterproduktion.
Eine Vielzahl von Unternehmen hat die Halbleitermetrologie in ihr Produktprogramm aufgenommen, darunter Laird, Precitec und ZEISS.
Eine Übersicht liefert Directindustry.