Oberflächenoptimierung in Frontend- und Backend-Prozessen für Halbleiter
Benetzbarkeit – Adhäsion – Oberflächenspannung – Schaumvermeidung
In kaum einer anderen Branche sind die Qualitätsanforderungen so hoch wie in der Halbleiterindustrie, wo die unzähligen Schritte vom Rohwafer bis zum gekapselten Chip permanent optimiert und qualitätsgeprüft werden. Die Oberflächenanalytik übernimmt die Aufgabe, die mit fast jedem Frontend- und Backend-Schritt verbundenen Grenzflächenprozesse zu untersuchen. So werden Sauberkeit, Benetzbarkeit und Haftung sichergestellt, wo immer dies erforderlich ist.
Frontend-Prozesse
Vom Rohwafer, der aus dem Siliziumkristall (Ingot) geschnitten wird, bis zum fertigen Wafer, der für die Chipherstellung bereit ist, sind zahlreiche Oberflächenbehandlungs- und Reinigungsschritte erforderlich. Tensiometer, Kontaktwinkelmessgeräte und Instrumente zur Schaumanalyse unterstützen die F&E bei diesen Prozessen und helfen bei der Qualitätskontrolle, um Wafer von höchster Qualität und mit der geringstmöglichen Ausschussrate zu produzieren.
Wafer-Planarisierung
Bei der chemisch-mechanischen Planarisierung (CMP) sorgen Tenside für eine optimal durchmischte Aufschlämmung und eine gute Benetzung, indem sie die Oberflächenspannung verringern. Beides kann mit einem Tensiometer quantifiziert werden. Um unerwünschter Schaumbildung entgegenzuwirken, wird das Schaumverhalten der Aufschlämmung untersucht.
Reinigung der Wafer
Der Kontaktwinkel (KW) reagiert stark auf Verunreinigungen oder Rückstände von Reinigungsmitteln. Daher ist der KW ein idealer Testparameter für die Qualitätskontrolle und um die verschiedenen Frontend-Reinigungsschritte zu optimieren. Durch Kontaktwinkelmessungen mit reinem Wasser wird die Qualität des Wafers nicht beeinträchtigt.
Automatisierte Chargentests
Für serienmäßige Qualitätskontrollen auf Reinheit oder Benetzbarkeit werden mobile Kontaktwinkelinstrumente mit Robotersystemen kombiniert, während ihre Software über eine API oder das OPC UA-Protokoll mit dem umgebenden System kommuniziert.
Backend-Prozesse
Die Schritte zur Montage und zum Schutz des fertigen Chips (Packaging) umfassen zahlreiche Grenzflächenkontakte, für die Oberflächen vorbereitet und qualitätsgeprüft werden müssen mit dem Ziel, gute Benetzung und Haftung zu erreichen. Für die Messung der entsprechenden Größen und die Analyse von Oberflächen verschiedener Größenordnungen bis hin zu winzigen Bondpads steht eine Reihe von Instrumenten zur Verfügung.
Underfill
Beim Unterfüllen des Chips mit Epoxidharz muss die Benetzung optimal sein, damit jede Stelle schnell erreicht wird und keine Lufteinschlüsse zurückbleiben. Kontaktwinkelmessungen unterstützen Packaging-Ingenieure und machen es sogar möglich, die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Harzes zu berechnen.
Wire Bonding
Um beim Verdrahten des Chips hervorragende Leitfähigkeit und mechanische Stabilität zu gewährleisten, dürfen die Bondpads nicht verunreinigt oder oxidiert sein. Der Kontaktwinkel liefert wichtige Informationen für die Oberflächenoptimierung. Solche Analysen werden mit speziellen Mikro-Instrumenten zur Messung mit Pikoliter-Tropfen durchgeführt.
Glob-Top-Verkapselung
Die Harzummantelung empfindlicher Komponenten muss einen langfristigen Schutz bieten, z. B. vor Feuchtigkeit oder mechanischer Beanspruchung. Kontaktwinkelmessungen ermöglichen die Bestimmung der Adhäsion und der Grenzflächenspannung, welche für die Langzeitstabilität entscheidend ist.
