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Copper Pillars, Schichtsysteme und CMP

Bei der Herstellung von galvanisch abgeschiedenen Strukturen, wie z.B. sogenannten Copper Pillars oder Strukturen mit kritischen Abmessungen, sogenannten "Critcal Dimensions", werden Mehrschichtsysteme aus Fotoresist verwendet, um formgebende Strukturen für nachfolgende Beschichtungsprozesse zu erzeugen. Dazu werden metallisierte Waferoberflächen mit einer oder mehreren Schichten aus transparentem Fotoresistmaterial beschichtet, in welche die gewünschte Struktur durch Lithografie, Filmentwicklung und Reinigungsprozesse aufgebracht wird. Nachdem die auf diese Weise eine Matrize im Fotolack erzeugt wurde, lagern sich während der galvanischen Abscheidung leitende Materialien in den Öffnungen des Fotolacks ab und wachsen in Richtung der gewünschten Geometrie. Die Struktur des entwickelten Fotoresists bestimmt dabei die endgültige Form und die Abmessungen, somit auch ohmsche und kapazitive Eigenschaften der abgeschiedenen Materialien.

Das Bild zeigt die Oberseite eines Copper Pillars, die noch von dem ausgehärteten Fotoresistmaterial umgeben ist. Die Oberseite der Kupfersäule befindet sich nicht auf der gleichen Höhe wie das Fotolackmaterial. Um die tatsächliche Höhe der Kupfersäule in Bezug auf die Waferoberfläche zu bestimmen, sind Höhen- oder Dickenmessungen des transparenten Schichtsystems sowie der Kupfersäulenoberfläche wichtig. Auch die Koplanarität der Säulenstruktur über den gesamten Wafer ist entscheidend. Die Bestimmung des Schichtsystems und des abgeschiedenen Materials kann durch optische Bildsensoren im Nanometerbereich erfolgen. Solche Messungen können auch während des chemisch-meachnischen Planarisierens (CMP) durchgeführt werden, einem Prozess, der darauf abzielt, die Oberfläche einer Oxidschicht und den Copper Pillars zu egalisieren. Typischerweise ist der Abrieb des Oxids und des Kupfers aufgrund der unterschiedlichen Härtegrade der einzelnen Materialien nicht homogen und erfordert daher eine häufige Qualitätskontrolle durch Prozessmesstechnik. Die Profile im Bild unten zeigen einen Copper Pillar innerhalb des ihn umgebenden Fotolackschichtsystems.

Der gezeigte Copper Pillar und das ihn umgebende Photoresist Schichtsystem wurden mit der konfokalen Mikroskoptechnologie Solarius Polaris aufgenommen. Der gesamte Datensatz wurde in einer einzigen Datenaufnahme mit einem Sichtfeld von 87 µm x 87 µm und einer lateralen Auflösung im Submikrometerbereich aufgenommen. Der Durchmesser der Kupfersäulen innerhalb des Sichtfeldes beträgt etwa 8 µm. Normalerweise sind konfokale Systeme nicht in der Lage, Schichtdicken unter 1 µm zuverlässig aufzulösen. Dank ständiger Innovation und Weiterentwicklung von Hardware, Software und Bildverarbeitungsintelligenz sind die konfokalen Systeme von Solarius jedoch in der Lage, transparente Schichten bis zu 100 Nanometern zuverlässig aufzulösen, in bestimmten Fällen sogar noch darunter.

Die konfokale Polaris Technologie ist in der gesamten Produktpalette von Solarius verfügbar. Sie ist sowohl als kosteneffiziente und platzsparende Tischlösung für F&E Zwecke als auch auf den robusten und vielseitigen AOP Plattformen erhältlich, die sich für umfangreiche Anpassungen eignen. Die AOP Plattformen ermöglichen eine vollständige Automatisierung des Messprozesses und werden zusammen mit der SolarScanSC Benutzeroberfläche geliefert, die nach den SEMI- und GAMP Richtlinien entwickelt ist. Für die vollständige Integration in der Halbleiterindustrie ist die konfokale Polaris Technologie auch auf den SIMP Tools verfügbar und ermöglicht so die Fernsteuerung der Messtechnik über den SECS/GEM Standard, einschließlich OHT und AGV Beladung.