DE3223664A1

DE3223664A1 - Messanordnung fuer duenne schichten und duennschichtbauelemente auf scheibenfoermigen substraten

Info

Publication number: DE3223664A1
Application number: DE19823223664
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr.-Ing. 8012 Ottobrunn Politycki
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1982-06-24
Filing date: 1982-06-24
Publication date: 1983-12-29

Description

Meßanordnung für dünne Schichten und Dünnschicht-
bauelemente auf scheibenförmiaen Substraten.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen der elektrischen Parameter von dünnen Schichten und Dünnschichtbauelementen auf scheibenförmigen Substraten während der Herstellung ihrer, die Parameter beeinflussenden geometrischen Strukturen in diesen Substraten, bei der die zu messende Stelle des Substrats mit Meßkontakten nach dem Prinzip der Spitzenmeßmethode mit einer Meßstelle eines Referenzsubstrates definierter Probengeometrie verglichen wird.
Zur Qualitätssicherung von Dünnschichtbauelementen ist ein hoher Prüfaufwand erforderlich, der die Wirtschaftlichkeit der Fertigung empfindlich herabsetzt.
In vielen Fällen beschränkt man sich deshalb auf bestimmte Prüfverfahren, z. B. optische Kontrolle der Schichten, Dickenmessungen usw.. Lokale Schwachstellen werden dabei nur gelegentlich erkannt. Sie führen erst nach einer Vielzahl weiterer Prozeßschritte und Fertigstellung der Bauelemente zu erkennbaren Mangelerscheinungen. Zur Klärung der Ursache dieser Mangelerscheinungen ist dann meist ein relativ großer analytischer Aufwand erforderlich.
Es ist bekannt, während bzw. zwischen den Fertigungsschritten optische Kontrollen, Schichtdicken- und Widerstandsmessungen, sowie Funktionsprüfungen der fertigen Bauelementstrukturen an Spitzenmeßplätzen durchzuführen.
Eine solche Messung ist beispielsweise aus dem Bild 21b auf Seite 38/39 der Siemens Informationsschrift MOS-Technologien, Design und Anwendungen von Günter Katholing zu entnehmen.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht nun in der Schaffung einer Meßanordnung, die es ermöglicht, die Prüfung von Teilschritten einer Fertigung von Dünnschichtbauelementen vorzunehmen, wobei einzelne Schichten oder auch Schichtpakete vor oder nach der Strukturierung gleichzeitig an zahlre-ichen Stellen auf Parameter wie z. B. Übergangswiderstände, Durchschlagsfestigkeit, Dicke, Rauhigkeit, geprüft werden.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, fertige Bauelemente auf einem Substrat zu prüfen, Mängel zu lokalisieren und zu markieren.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Anordnung der eingangs genannten Art gelöst, die durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist: a) das scheibenförmige Substrat ist auf einer Auflageplatte in einem Halterahmen, der eine Durchführung für einen Vakuumanschluß aufweist, angeordnet, b) als Meßkontakte ist über dem Halterahmen eine mit einem Raster von Kontaktbuckeln versehene mehrlagige, flexible Leiterbahnfolie angeordnet, wobei das Raster der Kontaktbuckel dem jeweils beabsichtigten Meßvorhaben angepaßt ist und c) die Kontaktbuckel bestehen zumindest an der Oberfläche aus einem Material, das einen zuverlässigen Kontakt gibt und praktisch keinem Abrieb unterliegt, d) die Leiterbahnfolie ist durch Vakuum in engem Kontakt mit dem zu prüfenden scheibenförmigen Substrat und e) die Ausgänge der flexiblen Leiterbahnfolie sind über Steckverbindungen mit einer Stromversorgung und einer elektronischen Auswertung verbunden.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, die elektronische Auswertung mit einem Prozeßrechner zu koppeln, der eine Toleranzvorgabe erlaubt und einen Monitor anzuschließen, der das Überschreiten der Grenze der Toleranzvorgabe durch Ausfall des entsprechenden Bildpunktes oder durch Farbänderung anzeigt.
Dadurch ist eine sofortige Lokalisierung des Fehlers möglich. Gegebenenfalls kann die Stelle (das Bauelement) gleichzeitig oder in einem nachfolgenden Arbeitsgang durch ein Zeichen auf dem Substrat, z. B. einem Farbtupfer, markiert werden. Zu diesem Zweck weist die Leiterbahnfolie rasterförmig angeordnete Löcher auf.
Es liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, das Einjustieren der Kontaktbuckel (bumps) auf bestimmte Stellen des Substrats, z. B. Leiterbahnen, über mechanische oder optische Justiermarken vorzunehmen.
Die als Meßkontakte dienende, mit einem Raster von Kontaktbuckeln versehene mehrlagige flexible Leiterbahnfolie wird nach einem Verfahren hergestellt, das aus der Zeitschrift "Feinwerktechnik und Meßtechnik 85 (1977) auf den Seiten 29 bis 34 aus einem Aufsatz von G.
Szolniki zu entnehmen ist.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren 1 bis 5, aus denen weitere Einzelheiten und Vorteile hervorgehen, noch näher erläutert werden. Dabei zeigt die Figur 1 schematisch die erfindungsgemäße Meßanordnung (ohne Stromversorgung und Auswerteelektronik), die Figur 2 im Schnittbild eine mehrlagige Leiterbahnfolie mit Kontaktbuckeln und die Figuren 3 bis 5 verschiedene Anordnungen der Metallbahnen in der mehrlagigen Meßfolie.
In allen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1: Das mit einer durchgehenden oder bereits strukturierten Schicht versehene Substrat 1 (Siliziumkristall scheibe) wird in einen Halterahmen 2 auf einer Auflegeplatte 3 mittels Vakuum (siehe Pfeil 4) in engen Kontakt mit einer flexiblen Mehrschicht (multilayer)-Leiterbahnfolie 5 gebracht. Zur besseren Kontaktgabe (z. B. um störende Bahnwiderstände innerhalb der Si-Scheibe zu vermeiden) kann man auf der Rückseite des Substrates 1 eine flexible Metallfolie 6 einlegen.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, besteht die Multilayer-Leiterbahn-Testfolie 5 aus in Isolationsmaterial 7 befindlichen Metallbahnen 8 mit nach außen geführten Kontaktbuckeln 9, sogenannten bumps. Das Raster dieser bumps 9 ist dem jeweils beabsichtigten Meßvorhaben angepaßt.
Die in Figur 3 bis 5 veranschaulichten Anordnungen der Metallbahnen in der Multilayer-Testfolie 5 entsprechen verschiedenen Meßverfahren: Figur 3 Einfach-Kontakte z. B. zur Messung von Durchgangswiderständen, Durchschlagsfestigkeiten, Figur 4 Zweifach-Kontakte z. B. zur Messung von Bahnwiderständen, Figur 5 Dreifach-Kontakte z. B. zur Messung von Transistorkennlinien.
Die Zahl der Meßstellen hängt von verschiedenen Para- metern ab, wie Platzbedarf der Leiterbahnen in der Testfolie, kapazitive Einflüsse, Aufwand für die Elektronik usw.
Das geschilderte Prüfverfahren hat folgende Vorteile: 1. Eine genauere Kontrolle einzelner Schichten läßt (z. B. vor und nach dem Strukturieren) Mängel frühzeitig erkennen.
2. Die Prüfung der Einzelschichten erlaubt eine sofortige Lokalisierung von Schwachstellen.
3. Das Prüfverfahren läßt sich beliebig variieren, da die Testfolien nach gut beherrschbaren Standardverfahren herstellbar sind. Dadurch kann das Prüfprogramm auf entscheidende Bereiche begrenzt werden (Randpartien, Engstellen usw.).
4. Das Verfahren läßt sich auch zur rationellen Kontrolle von fertigen Bauelementen auf einem Substrat heranziehen (Widerstände, Transistoren, Schaltkreise, usw.).
6 Patentansprüche 5 Figuren Leerseite

Claims

Patentansprüche Anordnung zum Messen der elektrischen Parameter von dünnen Schichten und Dünnschichtbauelementen auf scheibenförmigen Substraten während der Herstellung ihrer, die Parameter beeinflussenden geometrischen Strukturen in diesen Substraten, bei der die zu messende Stelle des Substrates mit Meßkontakten nach dem Prinzip der Spitzenmeßmethode versehen, mit einer Meßstelle eines Referenzsubstrates definierter Probengeometrie verglichen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß a) das scheibenförmige Substrat (1) auf einer Auflageplatte (3) in einem Halterahmen (2), der eine Durchführung für einen Vakuumanschluß (4) aufweist, angeordnet ist, b) über dem Halterahmen (2) eine als Meßkontakte dienende, mit einem Raster von Kontaktbuckeln (9) versehene mehrlagige, flexible Leiterbahnfolie (5) angeordnet ist, wobei das Raster der Kontaktbuckel (9) dem jeweils beabsichtigten Meßvorhaben angepaßt ist c) die Kontaktbuckel (9) zumindest an der Oberfläche aus einem Material bestehen, das einen zuverlässigen Kontakt gibt und praktisch keinem Abrieb unterliegt, d) die Leiterbahnfolie (5) durch Vakuum (4) in engem Kontakt mit dem zu prüfenden scheibenförmigen Substrat (1) ist und e) die Ausgänge der flexiblen Leiterbahnfolie (5) über Steckverbindungen mit einer Stromversorgung und einer elektronischen Auswertung verbunden sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die elektronische Auswertung mit einem Prozeßrechner gekoppelt ist, der eine Toleranzvorgabe erlaubt.
3. Anordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß ein Monitor vorgesehen ist, der das Überschreiten der Grenzen der Toleranzvorgabe durch Ausfall des entsprechenden Bildpunktes oder durch Farbänderung anzeigt.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Leiterbahnfolie (5) rasterförmig angeordnete Löcher zur Markierung spezieller Stellen des Substrats aufweist.
5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf dem Substrat (1) und der Leiterbahnfolie (5) zum Einjustieren der Kontaktbuckel (9) auf bestimmte Stellen des Substrats (1) mechanische und/oder optische Justiermarken angeordnet sind.
6. Anordnung nach Anspruch. 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Vermeidung störender Bahnwiderstände auf der Rückseite des Substrates (1) eine flexible Metallfolie (6) angeordnet ist.