DE4136089C2 - - Google Patents
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- G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen der
Kristallorientierung in einem Wafer aus einem Kristall mit einer
Zinkblende-Kristallstruktur. Eine derartige Struktur weist bei
spielsweise Silizium oder Germanium oder Gallium-Arsenid auf.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (Buch von H. Beneking
"Halbleiter-Technologie", 1991, Seiten 69 und 70) wird die räum
liche Kristallorientierung mit Hilfe von Röntgenuntersuchungen
festgestellt, beispielsweise an Hand von Laue-Aufnahmen. Die
Durchführung dieses Verfahrens bedingt jedoch einen großen Auf
wand hinsichtlich der zu seiner Durchführung erforderlichen An
ordnung; außerdem sind aufwendige Arbeitsschutzeinrichtungen
erforderlich.
Ferner ist in der in der DE 40 22 904 A1 veröffentlichten älte
ren Anmeldung ein Verfahren beschrieben, bei dem zur Ermitt
lung des Winkels zwischen einem Wafer-Flat und der (110)-Ebene
der Wafer in senkrechter Einfallrichtung mit Röntgenstrahlung
oder an einer aufgerauhten, kleinen Stelle in senkrechter Ein
fallrichtung mit Strahlung eines Orientierungslasers beauf
schlagt wird. Die vom Wafer reflektierte Strahlung wird von
einer Video-Kamera erfaßt, deren Ausgangssignale in einem Rech
ner in entsprechende elektrische Betätigungssignale umgesetzt
werden. Entsprechend den Betätigungssignalen wird eine
Markierungseinrichtung in bezug auf den Wafer in ihrer Ausrich
tung derart verändert, daß die Markierungseinrichtung ent
sprechend der festgestellten Orientierung des Kristallgitters
ausgerichtet ist; in der ausgerichteten Lage wird eine Mar
kierung auf der Kristallscheibe angebracht. Die räumliche
Kristallorientierung ist mit diesem Verfahren nicht feststellbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Bestimmen der Kristallorientierung in einem Wafer vorzuschlagen,
mit dem sich nicht nur die Kristallorientierung in bezug auf
eine vorgegebene Markierung (Flat) auf der Wafer-Oberfläche
ermitteln, sondern auch die räumliche Kristallorientierung
feststellen läßt, wobei das Verfahren mit vergleichsweise
geringem Aufwand durchführbar sein soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs
angegebenen Art erfindungsgemäß auf den Wafer eine Ätzmaske
mit einer streifenförmigen Maskenöffnung mit jeweils einem
spitzen Ansatz an den Längsseiten in einer Ausrichtung entlang
einer vorgegebenen Markierung des Wafers aufgebracht und der
Wafer anisotrop unter Gewinnung einer ausgeätzten Rinne
geätzt; die Winkel zwischen den Rändern der ausgeätzten Rinne
und den Längsseiten der Maskenöffnung werden unter Vermessen
der unterätzten Ätzmaskenbereiche ermittelt, und es wird an
hand der ermittelten Winkel die Kristallorientierung rechne
risch bestimmt.
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be
steht darin, daß es mit vergleichsweise einfachen Mitteln und
damit kostengünstig durchgeführt werden kann. Dies ist zu
nächst darauf zurückzuführen, daß das Aufbringen einer Ätz
maske mit einer streifenförmigen Maskenöffnung auf den zu
untersuchenden Wafer sowie das anisotrope Ätzen gängige Ver
fahrensschritte sind. Auch die Ermittlung der Winkel zwischen
den Rändern der ausgeätzten Rinne und den Längsseiten der
Maskenöffnung ist beispielsweise mittels gängiger mikrosko
pischer Untersuchungen mit wenig Aufwand durchführbar;
Entsprechendes gilt für die rechnerische Bestimmung der
Kristallorientierung anhand der ermittelten Winkel, wozu es
wegen der Einfachheit der Rechnung im Prinzip einer Datenver
arbeitungsanlage nicht bedarf.
Das Ermitteln der Winkel zwischen den Rändern der ausgeätzten
Rinne und den Längsseiten der Maskenöffnung unter Vermessen
der unterätzten Ätzmaskenbereiche kann in unterschiedlicher
Weise vorgenommen werden. Als besonders vorteilhaft wird es
jedoch im Hinblick auf die vergleichsweise einfache Durch
führbarkeit und die erzielbare Genauigkeit angesehen, wenn zum
Ermitteln der Winkel mehrfach entlang der ausgeätzten Rinne
die Intensitätsverteilung reflektierten Lichts quer zur
Rinne erfaßt wird und aus den Verläufen der Intensitätsver
teilung an verschiedenen Erfassungsstellen und aus den je
weiligen Abständen der Erfassungsstellen voneinander die
Winkel rechnerisch bestimmt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können im Hinblick auf die
Lage der spitzen Ansätze unterschiedlich gestaltete Maskenöffnungen
verwendet werden. So wird es als vorteilhaft ange
sehen, eine Ätzmaske mit einer streifenförmigen Maskenöffnung
zu verwenden, die jeweils etwa in der Mitte ihrer Längsseiten
den spitzen Ansatz aufweist. Bei einer derartigen Maskenöff
nung werden jeweils beiderseits der spitzen Ansätze zwei
Winkel zwischen den Rändern der ausgeätzten Rinne und den
Längsseiten der streifenförmigen Maskenöffnung ermittelt, also
insgesamt vier Winkel bestimmt, und daraus die Fehlorientierung
F der streifenförmigen Maskenöffnung im Hinblick auf den
Kristall, die Neigung N der Oberfläche des Wafers in Richtung
der streifenförmigen Maskenöffnung in bezug auf die Kristall
orientierung und die sogenannte Selektivität S ermittelt, die
den Umstand berücksichtigt, daß beim anisotropen Ätzen zum
Freilegen der (111)-Ebenen auch ein Abtragen quer dazu
erfolgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch eine Ätzmaske
mit einer streifenförmigen Maskenöffnung verwendet werden, die
an einem Ende einer Längsseite und am anderen Ende der gegen
überliegenden Längsseite der Maskenöffnung jeweils den spitzen
Ansatz aufweist. Bei Verwendung einer derartigen Ätzmaske
läßt sich die Neigung N durch Bestimmen von nur zwei
Winkeln errechnen, die sich jeweils zwischen den Rändern der
ausgeätzten Rinne und den Längsseiten der streifenförmigen
Maskenöffnung ergeben. Eine Selektivität sowie eine Fehl
orientierung sind hier nicht zu berücksichtigen.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in
Fig. 1 in verschiedenen Darstellungen jeweils eine Draufsicht
auf einen Ausschnitt aus einem zu untersuchenden Wafer
in unterschiedlichen Stadien des Ätzvorganges, in
Fig. 2 der Verlauf der ausgeätzten Rinne in bezug auf die
Maskenöffnung bei vorliegender Fehlorientierung, in
Fig. 3 der Verlauf der ausgeätzten Rinne bei einer Neigung
der Oberfläche des Wafers in Richtung der streifen
förmigen Maskenöffnung zur Kristallorientierung, in
Fig. 4 ein Schnitt durch den Wafer gemäß Fig. 2 entlang der
Linie IV-IV, in
Fig. 5 die Lichtintensitätsverteilung an der Schnittstelle
IV-IV der Fig. 2 und in
Fig. 6 in zwei Darstellungen der Verlauf der ausgeätzten Rinne
bei einer weiteren Ausführungsform der Maskenöffnung
wiedergegeben.
Die Darstellung A der Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen
Ausschnitt 1 eines zu untersuchenden Wafers, auf den eine Ätz
maske 2 (Schraffur mit durchgehenden Linien) aufgebracht ist.
Diese Ätzmaske, die aus Siliziumnitrid bestehen kann, weist
eine streifenförmige Maskenöffnung 3 (Schraffur mit strich
lierten Linien) auf, die etwa in der Mitte ihrer Längsseiten
4 und 5 mit spitzen Ansätzen 6 und 7 versehen ist. Der Ätz
vorgang hat noch nicht begonnen.
Wird der mit einer Ätzmaske 2 gemäß Darstellung A der Fig. 1
versehene Wafer anisotrop geätzt, dann wird dabei eine Rinne
8 ausgeätzt, deren Flanken 9 und 10 jeweils in der (111)-Ebene
liegen, also in der Darstellung B keilförmig von außen nach
innen verlaufen. Die Bildung der Rinne 8 erfolgt von beiden
Seiten der spitzen Ansätze 6 bzw. 7 fortschreitend entlang der
streifenförmigen Maskenöffnung 3, wobei unterätzte Bereiche 11
und 12 sowie 13 und 14 der Ätzmaske 2 gebildet werden, die in
der Darstellung B weiß belassen sind. Die Ausrichtung der
ausgeätzten Rinne 8 verläuft streng entsprechend der Kristall
orientierung im Wafer; entsprechend verlaufen die Ränder 15
und 16 der Rinne 8. In der Darstellung B der Fig. 1 ist
angenommen, daß die Maskenöffnung 3 genau parallel zur Kristall
orientierung des Wafers ausgerichtet ist, die Fehlorientierung
F also Null ist, so daß die Ränder 15 und 16 der ausgeätzten
Rinne 8 genau parallel zu den Längsseiten 4 und 5 der Maskenöffnung
3 verlaufen müßten. Dies ist tatsächlich aber nicht
der Fall, weil beim anisotropen Ätzen auch ein Materialabtrag
in Richtung der Pfeile 17 und 18 erfolgt; dieser Vorgang wird
als Selektivität S bezeichnet.
Die Darstellung C der Fig. 1 zeigt den zu untersuchenden
Wafer 1 im Bereich der streifenförmigen Maskenöffnung 3 un
mittelbar vor Abschluß des anisotropen Ätzvorganges. Die
unterätzten Bereiche 11 und 12 bzw. 13 und 14 verlaufen nun
von den spitzen Ansätzen 6 bzw. 7 bis zu den Enden der
streifenförmigen Maskenöffnung 3. Die Ränder 15 und 16 der
ausgeätzten Rinne 8 verlaufen im wesentlichen parallel zu den
Längsseiten 4 und 5 der streifenförmigen Maskenöffnung 3, wenn
man von der Selektivität S absieht. Ein derartiger Verlauf
der Rinne 8 bzw. eine derartige Ausgestaltung der Bereiche 11
bis 14 gibt an, daß die streifenförmige Ätzmaske 3 in ihrer
Lage genau zur Kristallorientierung des Wafers (F = 0 und N = 0).
ausgerichtet ist.
In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einem
zu untersuchenden Wafer 20 dargestellt, bei dem der anisotrope
Ätzvorgang bereits abgeschlossen ist. Die Figur zeigt, daß bei
einer streifenförmigen Maskenöffnung 3 in der angegebenen Lage
in den Wafer 20 eine Rinne 21 geätzt worden ist, deren Ränder
22 und 23 stark geneigt zu den Längsseiten 24 und 25 der
Maskenöffnung 3 verlaufen. Die Ätzmaske 26 ist außerhalb der
Maskenöffnung 3 voll erhalten und ist in Fig. 2 schraffiert
mit durchgehenden Linien dargestellt, um die weiß gelassenen
unterätzten Bereiche 27 bis 30 der Ätzmaske 26 von den nicht
unterätzten Bereichen unterscheiden zu können. Ein derartiger
Verlauf der ausgeätzten Rinne 21 in bezug auf die Lage der
Maskenöffnung 3 ergibt sich dann, wenn nur eine Fehlorientierung
F des Wafers 20 vorliegt. Der einfachen Darstellung halber ist
in der Fig. 2 übrigens die Selektivität S vernachlässigt.
In Fig. 3 ist mit denselben Darstellungsmitteln wie in den
vorangehenden Figuren der Verlauf einer ausgeätzten Rinne 31
in einem zu untersuchenden Wafer 32 für den Fall dargestellt,
daß die Oberfläche des Wafers 32 eine Neigung N zur Kristall
orientierung aufweist. In diesem Falle ergibt sich aufgrund
des anisotropen Ätzvorganges bei einer Maske mit einer
Maskenöffnung 3 eine ausgeätzte Rinne 31, deren Ränder 33 und
34 gleiche Winkel mit den Längsseiten 35 und 36 der Maskenöffnung
3 einschließen. Der Einfluß der Selektivität S ist
hier ebenfalls nicht dargestellt.
Um eine mögliche Neigung der Oberfläche des zu untersuchenden
Wafers 32 auch in einer zu untersuchten Richtung gemäß Fig. 3
senkrechten Richtung erfassen zu können, kann in nicht darge
stellter Weise auf dem Wafer 32 eine weitere streifenförmige
Maskenöffnung in einem rechten Winkel zu der Maskenöffnung 3
nach Fig. 3 aufgebracht und auch hier eine Winkelbestimmung
vorgenommen werden.
In Fig. 4 ist zur weiteren Veranschaulichung des erfindungs
gemäßen Verfahrens ein Schnitt durch den Wafer 20 entlang der
Schnittlinie IV-IV der Fig. 2 dargestellt; es ist zu erkennen,
daß die ausgeätzte Rinne 21 im Winkel zur Maskenöffnung 3 aus
gerichtet ist.
Der den Fig. 1 bis 3 entnehmbare optische Eindruck von dem
jeweils zu untersuchenden Wafer ergibt sich, wenn der
jeweilige Wafer unter einem Mikroskop betrachtet wird. Das von
dem Wafer reflektierte Licht markiert dann die unterätzten
Bereiche der Ätzmaske als besonders helle Stellen, während die
Bereiche der streifenförmigen Maskenöffnung mit ihren spitzen
Ansätzen dunkel erscheinen, weil in diesen Bereichen wenig
Licht reflektiert wird. Dunkel bleiben auch die weiteren
Bereiche (schräg durchgehend schraffiert) der Ätzmaske. Dies
eröffnet die Möglichkeit, durch Messung der Intensitätsver
teilung des in der ausgeätzten Rinne reflektierten Lichtes
quer über die Rinne die unterätzten Bereiche der Ätzmaske zu
vermessen. Fig. 5 gibt den Intensitätsverlauf des Lichtes an
der Schnittstelle IV-IV der Fig. 2 wieder und zeigt, daß ein
erster Abschnitt a relativ dunkel ist, also kaum Licht re
flektiert. An diesen Abschnitt a schließt sich ein Abschnitt
b an, der aufgrund des reflektierten Lichtes unterhalb des
unterätzten Ätzmaskenbereiches 30 durch eine relativ hohe Licht
intensität gekennzeichnet ist. Im Bereich c (Maskenöffnung)
wird relativ wenig Licht reflektiert, so daß hier die Licht
intensität gering ist. Der sich anschließende Bereich d ist da
gegen wieder durch eine hohe Lichtintensität gekennzeichnet;
es handelt sich hier um den weiteren unterätzten Bereich 29
der Ätzmaske 26. Daran schließt sich ein weiterer Bereich e
an, der vergleichsweise dunkel ist. Da sich die Veränderung
der Lichtintensität an den Übergängen zwischen den einzelnen
Bereichen a bis e nicht sprungartig vollzieht, sondern mit
endlicher Steigung erfolgt, wird zur Erzielung einer hohen
Auswertegenauigkeit zur Vermessung der unterätzten Bereiche 29
und 30 jeweils etwa in der Mitte der ansteigenden Flanke I und
der ansteigenden Flanke II der Abstand D1 gemessen, aus dem
sich in Kenntnis der Breite der streifenförmigen Maskenöffnung
3 ohne weiteres mit großer Genauigkeit die Größe des Bereichs
b errechnen läßt. Entsprechend ist zur genauen Bestimmung des
Abschnitts d der Abstand zwischen der abfallenden Flanke III
und der abfallenden Flanke IV bestimmt und daraus wiederum
unter Berücksichtigung der Breite der streifenförmigen Maskenöffnung
3 genau die Größe d feststellbar.
Wird eine derartige Auswertung an jeweils zwei Erfassungsstellen
E1 und E2 bzw. E3 und E4 vorgenommen, wie dies die Darstellung
C der Fig. 1 zeigt, und ist der Abstand der Erfassungsstellen
E1 und E2 bzw. E3 und E4 voneinander bekannt, dann lassen sich
daraus die Winkel α1 und α2 bzw. β1 und β2 zwischen den
Rändern 22 und 23 der ausgeätzten Rinne 21 und den Längsseiten
24 und 25 der Maskenöffnung 3 gemäß Fig. 2 ermitteln.
Berücksichtigt man, daß in der Regel bei einem zu untersuchen
den Wafer sowohl eine Fehlorientierung F, eine Neigung N sowie
eine Selektivität S gegeben ist, dann ist der für diesen Fall
ermittelte Winkel α1 durch die Gleichung (1) gegeben:
α₁ = S - F - N (1)
Der Winkel α ist durch die Gleichung (2) definiert:
α₂ = S - F + N (2)
Für die Winkel β₁ und β₂ gelten die weiteren
Beziehungen (3) und (4)
β₁ = S + F - N (3)
β₂ = S + F + N (4)
Daraus ergeben sich für die Fehlorientierung F, die Neigung N
und die Selektivität S folgende Beziehungen (5) bis (7)
Äquivalente Ergebnisse lassen sich unter Berücksichtigung der
äquivalenten Winkel erreichen. Damit ist die räumliche Kristall
orientierung eines zu untersuchenden Wafers festgestellt.
Für die Praxis bedeutet dies, daß nach Feststellung der Fehl
orientierung F eines untersuchten Wafers bei der Bearbeitung
gleichartig aufgebauter Wafer - beispielsweise zur Herstellung
mikromechanischer Bauteile - dabei aufzubringende Ätzmasken
unter Berücksichtigung der ermittelten Fehlorientierung F zum
Wafer-Flat ausgerichtet werden können, um den mikromechani
schen Bauelementen die gewünschte Präzision verleihen zu
können. Wird eine Neigung N bei einem zu untersuchten Wafer
festgestellt, dann kann auch dies bei der Orientierung einer
Ätzmaske berücksichtigt werden; ggf. kann es notwendig sein,
die gesamte Wafer-Charge auszusondern.
In Fig. 6 ist in ähnlicher Darstellung wie in den Fig. 1
bis 3 ein Wafer 60 dargestellt, der mit einer Ätzmaske 61 mit
einer streifenförmigen Maskenöffnung 62 versehen ist. Die
Maskenöffnung 62 ist am Ende einer Längsseite 63 mit einem
spitzen Ansatz 64 und am von diesem einen Ende abgewandten
anderen Ende der anderen Längsseite 65 der Maskenöffnung 62
mit einem weiteren spitzen Ansatz 66 versehen. Wird der so
vorbereitete, zu untersuchende Wafer 60 anisotrop geätzt,
dann ergeben sich unterätzte Maskenbereiche 67 und 68, wie
sie in der Darstellung A der Fig. 6 als weiße Bereiche
gekennzeichnet sind. Die Ränder 69 und 70 der ausgeätzten
Rinne verlaufen parallel zu den Längsseiten 63 und 65 der
streifenförmigen Maskenöffnung 62. Dies ist ein Zeichen dafür,
daß sowohl die Fehlorientierung F als auch die Neigung N Null
ist.
Andere Verhältnisse liegen bei einem zu untersuchenden Wafer
80 gemäß der Darstellung B vor. Hier verlaufen die Ränder 81 und
82 einer ausgeätzten Rinne unter Winkeln γ1 und γ2 in bezug
auf die Längsseiten 83 und 84 einer streifenförmigen Masken
öffnung 85. Die Winkel γ1 und γ2, die in entsprechender
Weise wie im Zusammenhang mit der Fig. 5 erläutert ermittelt
werden können, gestatten hier in einfacher Weise die Fest
stellung der Neigung N, da die Selektivität S und die Fehl
orientierung F hier keine Rolle spielt. Die Neigung N ist
gegeben durch folgende Beziehung (8):
Die Ätzmaske nach Fig. 6 wird in vorteilhafter Weise kombi
niert mit der Ätzmaske nach den Fig. 1 bis 3 angewendet,
und zwar in einer kristallabhängigen Winkelstellung zueinander.
Claims (4)
1. Verfahren zum Bestimmen der Kristallorientierung in einem
Wafer aus einem Kristall mit einer Zinkblende-Kristall
struktur,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) auf den Wafer (1) eine Ätzmaske (2) mit einer streifen förmigen Maskenöffnung (3) mit jeweils einem spitzen Ansatz (6, 7) an den Längsseiten (4, 5) in einer Ausrichtung entlang einer vorgegebenen Markierung des Wafers (1) aufgebracht wird,
- b) der Wafer (1) anisotrop unter Gewinnung einer ausgeätzten Rinne (8) geätzt wird,
- c) die Winkel (α1, α2, β1, β2) zwischen den Rändern der ausgeätzten Rinne (8) und den Längsseiten (4, 5) der Masken öffnung (3) unter Vermessen der unterätzten Ätzmaskenbe reiche (11, 12, 13, 14) ermittelt werden und
- d) anhand der ermittelten Winkel (α1, α2, β1, β2) die Kristall orientierung rechnerisch bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
- e) zum Ermitteln der Winkel (α1, α2, β1, β2) mehrfach entlang der ausgeätzten Rinne (8) die Intensitätsverteilung reflektierten Lichts quer zur Rinne (8) erfaßt wird und
- f) aus den Verläufen der Intensitätsverteilung an verschiede nen Erfassungsstellen (E1, E2, E3, E4) und den jeweiligen Abständen der Erfassungsstellen voneinander die Winkel (α1, α2, β1, β2) rechnerisch bestimmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
- g) eine Ätzmaske (3) mit einer streifenförmigen Maskenöffnung (3) verwendet wird, die jeweils etwa in der Mitte ihrer Längs seiten (4, 5) den spitzen Ansatz (6, 7) aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
- h) eine Ätzmaske (61) mit einer streifenförmigen Maskenöffnung (62) verwendet wird, die an einem Ende einer Längsseite (63) und am anderen Ende der gegenüberliegenden Längsseite (65) der Maskenöffnung (62) jeweils den spitzen Ansatz (64, 66) aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914136089 DE4136089A1 (de) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | Verfahren zum bestimmen der kristallorientierung in einem wafer |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914136089 DE4136089A1 (de) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | Verfahren zum bestimmen der kristallorientierung in einem wafer |
Publications (2)
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DE4136089A1 DE4136089A1 (de) | 1993-05-06 |
DE4136089C2 true DE4136089C2 (de) | 1993-09-23 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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