Messsysteme in der Wafer-Fertigung

Eine Scheibe abschneiden

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Auch wenn es zur Zeit hier zu Lande nicht ganz den Anschein hat, für die Anwendung bzw. den Einsatz der Mikrosystemtechnik besteht in verschiedenen Branchen noch ein gewaltiges Potenzial. Mit atemberaubender Geschwindigkeit werden Neuerungen auf dem Gebiet der Mikroelektronik auf den Markt gebracht. Mit immer größer werdenden Integrationsraten stellt sich die Frage nach den physikalischen Grenzen dieser Technologien. Aber mit steigender Verwendung neuer Fertigungstechnologien und entsprechenden Qualitätsmaßnahmen sind hierbei immer noch Weiterentwicklungen von Produkten in diesem Technologiebereich möglich.

Eine entscheidende Grundvoraussetzung hierfür stellt die Qualität der Rohwafer dar, die das Ausgangsprodukt für mikroelektronische Schaltkreise sind. Die Wafer werden aus einem gezüchteten Silizium-Einkristall mit einer Drahtsäge abgeschnitten. Bei diesen Drahtsägen laufen mehrere Drähte gleichzeitig parallel durch das Einkristall. So wird verständlich, dass die Dicke der Siliziumscheiben vom Drahtabstand abhängt. Eine gute Führung dieser Drähte stellt die Voraussetzungen für die präzise Dicke, Ebenheit und Parallelität der Wafer im ersten Arbeitsschritt dar. Diese qualitativ hochwertige Führung der Drähte wird durch so genannte Wire-Guide-Walzen gewährleistet. Aus diesen Grund wird von Anfang an schon bei der Herstellung dieser Wire-Guide-Walzen auf hohe Präzision geachtet. Schon im Profil-Schleifprozess wird durch Messung innerhalb der Maschine die Qualität der Rillen, in denen der Draht laufen wird, akribisch überwacht und geregelt. Hierzu wird ein von Microspace entwickeltes Messsystem eingesetzt, das die Mikro- Geometrien an der Wire-Guide-Walze berührungslos optisch misst.

Kern des gesamten Messsystems ist der Messkopf, der rückseitig am Schleifkopf der Maschine montiert ist und bei Bedarf in den Arbeitsbereich eingeschwenkt werden kann. Dieser Messkopf arbeitet optisch im Schattenbildverfahren und misst tangential an der Wire- Guide-Walze die Geometrien der Mikrorillen. Im unteren Teil des U-förmig ausgebildeten Messkopfes befindet sich die Feldbeleuchtung, die in der gegenüber liegenden Kamera die klaren Schattenkonturen der im Bildfeld befindlichen Mikrorillen abbildet. Durch eine spezielle qualitativ hochwertige Optik werden geringste Messunsicherheiten auch bei großen Messabständen erreicht, die durch die unterschiedlichen Durchmesser der zu fertigenden Wire-Guide-Walzen gefordert sind. Die nachgeschaltete Bildverarbeitung ermittelt dann die definierten geometrischen Parameter, die eine Qualitätsbewertung und Regelung der Schleifmaschine ermöglichen. Da tangential an der Wire-Guide-Walze in Achsenhöhe gemessen wird und der Messkopf sich in einer festen Position zur Spitzenhöhe der Einspannvorrichtung befindet sind Nachregelungen innerhalb des Messkopfes nicht notwendig. Mit Hilfe der Maschinensteuerung, die mit dem Messsystem kommuniziert, wird der Messkopf an die Wire-Guide-Walze herangefahren bis sich das Rillenprofil innerhalb des Messbereiches befindet und die Messungen ausgelöst werden können. Da die Messungen innerhalb der Maschine durchgeführt werden, ist der Messkopf starken Schmutzkontaminationen ausgesetzt. Aus diesem Grunde werden die Sichtfenster im Beleuchtungs- und im Kameraobjektivbereich mittels schräg angeordneter Düsen permanent mit Druckluft freigeblasen. So wird vermieden, dass sich Schmutzpartikel festsetzen können. Die elektrische Versorgung des Messkopfes, die Auswertung der Messergebnisse, sowie die Kommunikation mit der Maschinensteuerung erfolgt über den Mess- und Steuerrechner, der sich gemeinsam mit der Versorgungseinheit (Netzteil) und den anderen notwendigen hardwaretechnischen Elementen in einem Rechnerschrank befinden. Die Auswertung der Messergebnisse erfolgt über das Softwaresystem WS1-Fleximess, das unter Windows 2000 auch die Kommunikation mit der Maschinensteuerung gewährleistet. Mit Hilfe der Bildverarbeitung wird die Kontur des Schattenbildes und somit die Rillengeometrie erzeugt. Aus dieser Kontur werden folgende Parameter gewonnen:
– Flankenwinkel
– Rillenradius
– Rillenabstand
– Rillentiefe
– Sekantenfehler
– Rundlaufabweichung
Ausgangspunkt für die Bestimmung dieser Parameter ist die Simulation des Solldrahtes in die IST-Geometrie der Mikrorille. Durch die Kombination der Softwaresysteme WS1 und Fleximess besteht die Möglichkeit auch neben der Standardmessung umfangreiche messtechnische Auswertungen mit der Leistungsfähigkeit einer Koordinatenmessmaschinen-Software durchzuführen. Die gewonnenen Messergebnisse können sowohl in tabellarischer als auch in graphischer Form angezeigt oder ausgedruckt werden. Darüber hinaus bietet die Software WS1 für die manuelle Bewertung des Rillenprofils zwei weitere Werkzeuge, mit denen der Rillenabstand gemessen werden kann und dadurch ein subjektiver Vergleich des dargestellten Profils mit einer formidealen Schablone möglich ist.
Weitere Informationen A QE 601
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