Schichtdickenmessung

Oxidschichten sind lichtdurchlässige Schichten. Wird Licht auf den Wafer gestrahlt und reflektiert, ändern sich bestimmte Eigenschaften der Lichtwellen, die mit Messgeräten erfasst und ausgewertet werden können. Sollen mehrere übereinander liegende Schichten gemessen werden, müssen diese unterschiedliche optische Indizes haben, damit eine Unterscheidung der Materialien möglich ist.

Damit die Schichtdicke auf dem gesamten Wafer kontrolliert werden kann, werden mehrere Messpunkte (z.B. 5 Punkte bei 150-mm, 9 Punkte bei 200-mm, 13–21 Punkte bei 300-mm-Wafern) gemessen. Dabei dürfen nicht nur die Werte der einzelnen Punkte mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen werden, sondern auch die Dicke der Punkte untereinander, da auch die Homogenität wichtig für die weiteren Prozesse ist. Ist die aufgebrachte Schicht zu dick oder zu dünn, muss Material entfernt (z.B. durch chemisch mechanisches Polieren) oder zusätzliches (Wiederholung des entsprechenden Prozesses) aufgebracht werden.

Bei der Überlagerung von Lichtwellen können sich diese verstärken, abschwächen oder auch auslöschen. Dieses Phänomen nutzt man in der Halbleiterfertigung zur Messung von transparenten Schichten aus.

Auf den Wafer einfallende Lichtstrahlen werden an einer transparenten Schicht teilweise reflektiert, ein Teil der Strahlen durchdringt das Material aber auch und wird an der darunter befindlichen Schicht reflektiert.

Es wird dabei ein Spektrum an unterschiedlichen Wellenlängen auf den Wafer gestrahlt. Je nach Dicke der durchstrahlten Schicht überlagern sich die reflektierten Strahlen unterschiedlich und ergeben eine für jede Schichtdicke und jedes Material charakteristische Überlagerung. Mit Hilfe eines Photometers kann aus dem reflektierten Licht die Schichtdicke ermittelt werden.

Interferenzmessungen sind bei Schichten möglich, deren Dicke in etwa einem Viertel der eingestrahlten Lichtwellenlänge oder mehr entspricht.