Aufnahme von Wafer mit Mikroskop

Mikroskope für Halbleiter (Wafer)


Leica DM8000 M und DM12000 M

Leica DM8000 M

Wenn es um Halbleiter geht, sind die Leica DM8000 M und Leica DM12000 M Mikroskope aufgrund ihrer exzellenten und hochauflösenden Optik besonders beliebt. Diese Halbleitermikroskope kombinieren alle lichtmikroskopischen Kontrastverfahren in einem Gerät, wodurch eine umfassende Analyse mit nur einem Instrument ermöglicht wird. Eine herausragende Eigenschaft ist die innovative UV-Schräglicht-Beleuchtung, die kleinste Strukturen bis zu 0,12 µm auflöst und gleichzeitig einen hohen Kontrast bietet. Dadurch lassen sich zeitaufwendige SEM-Untersuchungen häufig vermeiden. Zusätzlich sind die Leica Mikroskope speziell für Reinräume konzipiert und bieten die Option zur vollständigen Motorisierung, um einen hohen Probendurchsatz zu gewährleisten.

Weitere Informationen zum Leica DM8000 M (für bis zu 8“ große Wafer)

Weitere Informationen zum Leica DM12000 M (für bis zu 12“ große Wafer)

Zeiss Axio Imager Vario

Zeiss Axio Imager Vario

Das Zeiss Axio Imager Vario zeichnet sich durch sein innovatives Vario-Stativ aus, das die Untersuchung großer Objekte wie 12“ Wafer und TFT Displays ermöglicht. Mit einer beeindruckenden Probenhöhe von bis zu 254 mm ist das Zeiss Mikroskop besonders flexibel, auch über die Untersuchung von Halbleitern hinaus. Es wird von der anwenderfreundlichen ZEN Core Software unterstützt, die auch in großen Teams reproduzierbare Ergebnisse gewährleistet. Eine Besonderheit ist die revolutionäre automatische Bildanalyse, die durch Künstliche Intelligenz angetrieben wird. Hierdurch wird eine besonders präzise und effiziente Gewinnung produktionsrelevanter Daten ermöglicht. Der ultraschnelle Hardware-Autofokus bietet höchste Präzision und ist besonders effektiv bei kontrastarmen Proben wie polierten Wafern. Zusätzlich ist das Zeiss Axio Imager Vario mit einem Reinraum-Kit erhältlich, das den Anforderungen der Reinraumklasse ISO 5 entspricht. Dadurch ist das Mikroskop ideal für sensible Produktionsumgebungen geeignet.

Weitere Informationen zum Zeiss Axio Imager Vario

Experten für Halbleitermikroskope

Foto von Dr. Richard Demming
Ihr Ansprechpartner: Dr. Richard Demming

„Mikroskope für Halbleiter sind spannend und anspruchsvoll und zugleich. Speziell die Auswahl der passenden Kontrastverfahren ist wichtig, damit Sie die richtigen Informationen aus Ihren Proben gewinnen. Kontaktieren Sie mich gerne für eine ausführliche Beratung und ein individuelles Angebot.“

+49 (0) 2103 / 963 440 1

Das Mikroskop für die Analyse von Halbleitern

Die Auswahl des richtigen Mikroskops für die Analyse von Halbleitern ist von entscheidender Bedeutung, da sie einen erheblichen Einfluss auf die Qualität und Effizienz Ihrer täglichen Arbeit hat. In diesem Leitfaden werden wir die verschiedenen Aspekte und Kriterien behandeln, die bei der Auswahl eines Mikroskops für Halbleiteranalysen zu beachten sind.

Stativ: Größe und Stabilität sind entscheidend

Person mikroskopiert Wafer

Ein großes und stabiles Stativ ist essentiell. Dadurch wird sichergestellt, dass das Bild während der Analyse stabil bleibt. Bei der Arbeit mit Halbleitern, insbesondere größeren Wafern, ist ein Tisch mit einem großen Fahrbereich erforderlich. Dieser kann je nach Anwendung die Analyse von bis zu 12" großen Wafern ermöglichen. Ein weiterer wichtiger Punkt ist das Design des Stativs, das für den Einsatz in Reinräumen optimiert sein sollte. Dies umfasst glatte Flächen, eine integrierte Beleuchtung sowie einen Partikel- und Niesschutz.

Die Motorisierung von Probentisch und Z-Trieb ist empfehlenswert, da sie eine präzise Positionierung und Fokussierung der Probe ermöglicht. Ebenso sollte der Objektivrevolver motorisiert und gekapselt sein, um Kontaminationen zu reduzieren und den Probendurchsatz durch einen schnelle Objektivwechsel zu erhöhen. Je nach Art und Größe der Proben sollte eine große Auswahl an Probenhaltern zur Verfügung stehen. Je nach Anwendung sind drehbare Probenhalter empfehlenswert. Spezielle Vakuum-Waferhalter sorgen für ein optimales und sicheres das Handling der Proben.

Optik: Höchste Auflösung und beste Farbkorrektur

Objektiv eines Mikroskops

Die Optik spielt bei der Analyse von Halbleitern eine entscheidende Rolle. Für eine optimale Detailauflösung sind apochromatische oder semi-apochromatische Objektive notwendig. Zur Analyse von Flanken, Kanten oder Ausbrüchen sind gute Übersichtsobjektive mit Vergrößerungen von weniger als 2,5x empfehlenswert. Zwischenvergrößerungen wie 10x, 20x und 50x sind wichtig, um interessante Probenbereiche einzugrenzen. Objektive mit 100- bis 150-facher Vergrößerung und einer Apertur von mindestens 0,9 sind erforderlich, um besonders kleine Strukturen zu analysieren. Wenn das Mikroskop auch für Analysen in der Mikroelektronik (z.B. Bonding) verwendet werden soll, sind Objektive mit einem langem Arbeitsabstand von Vorteil. Ein großes Sichtfeld der Okulare von 25 mm (mindestens 22 mm) ist wichtig, um einen hohen Probendurchsatz zu gewährleisten. Mit einem großen Sichtfeld sieht man bei gleicher Vergrößerung auf einen Blick einen größeren Probenbereich, wodurch die Analysen komfortabel und schneller erledigt werden können.

Beleuchtung: Auflicht und optionales Durchlicht

LED-Beleuchtung eines Mikroskops

Die Beleuchtung ist entscheidend für eine zuverlässige Analyse von Halbleitern. Eine Auflichtbeleuchtung sollte immer verfügbar sein. Eine zusätzliche Durchlichteinrichtung zahlt sich aus, wenn die Proben teilweise oder vollständig transparent sind. Ein Anwendungsbeispiel für Durchlicht sind Photomasken. Moderne, haltbare und leistungsfähige LED-Beleuchtungssysteme sind Stand der Technik und bei jedem guten Mikroskop verfügbar. Für Proben, die empfindlich auf kurzwelliges blaues bzw. violettes Licht reagieren, sind entsprechende Filter erhältlich. Durch einen passenden Filter können beispielsweise alle Wellenlängen < 480 nm herausgefiltert werden.

Kontrastverfahren: Entscheidend für eine optimale Darstellung Ihrer Proben

Die Auswahl der passenden Kontrastverfahren ist spielt eine große Rolle. Aufgrund der Komplexität bei der Analyse von Halbleitern kommen alle gängigen Auflicht-Kontrastverfahren zum Einsatz. Dabei hat jedes Kontrastverfahren einen speziellen Einsatzbereich, wodurch eine umfassende Betrachtung der Proben ermöglicht wird. Unabhängig von der gewählten Kontrasttechnik sollte Ihr Mikroskop über automatisierte Lichtachsen verfügen, welche das gewählte Kontrastverfahren automatisch einstellen. Dadurch wird die Bedienung erleichtert und die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse deutlich verbessert.

Bild eines Halbleiters mit Hellfeld aufgenommen

Hellfeld: Diese Methode bietet einen guten Überblick über die Probe und ist oft der erste Schritt in der Inspektion von Halbleitern. Im Hellfeld wird das Licht direkt auf die Probe gelenkt und die reflektierte Lichtinformation wird sichtbar. Dies ermöglicht die Betrachtung von größeren Strukturen und Defekten.

Bild eines Halbleiters mit Hellfeld aufgenommen

Dunkelfeld: Im Dunkelfeld wird eine indirekte Beleuchtung eingesetzt, um Partikel, Mikrokratzer, Poren und Unebenheiten auf der Probe sichtbar zu machen. Es ist besonders nützlich, um Fehler oder Verunreinigungen auf Halbleitern aufzuspüren.

Bild eines Halbleiters mit DIC aufgenommen

DIC (Differentieller Interferenzkontrast): Der DIC ermöglicht die detaillierte Untersuchung von feinsten Oberflächenstrukturen, die im Bild reliefartig erscheinen. Der DIC basiert auf polarisiertem Licht, das durch spezielle doppelbrechende Prismen moduliert wird. Auch bei transparenten Schichten ist der DIC äußerst effektiv. Dies macht den DIC zur optimalen Wahl für die räumliche Beurteilung Ihrer Proben.

Bild einer Solarzelle mit Polarisation aufgenommen

Der Polarisationskontrast nutzt die Kombination von zwei Polarisationsfiltern: Der erste Filter (Polarisator) ist lichtquellenseitig angeordnet und der zweite Filter (Analysator) wird hinter dem Objektiv eingeschoben. Durch die Filterwirkung können stark reflektierende Proben optimal dargestellt werden. Zudem eignet sich der Polarisationskontrast besonders gut für Proben, die doppelbrechend sind oder die Polarisationsrichtung des Lichts ändern, wie zum Beispiel Kristalle und Fasern.

Vergleich Hellfeld und OUV-Beleuchtung mit Halbleiter

UV-Beleuchtung: Wenn eine besonders hohe Auflösung erforderlich ist, spielt die UV-Beleuchtung ihre Stärken aus. Durch die kürzere Wellenlänge können Strukturen ab 0,12 µm aufgelöst werden. Hierfür werden Objektive und Kameras benötigt, die für den UV-Bereich optimiert sind. Die Kombination mit einem integriertem Schräglicht („OUV-Beleuchtung“) sorgt zusätzlich für einen optimalen Kontrast bei gleichzeitig hoher Auflösung. Das Beispielbild zeigt den großen Unterschied zwischen dem „normalen“ Hellfeld und der hochauflösenden OUV-Beleuchtung. Diese kann arbeits- und materialintensive Verfahren wie die Elektronenmikroskopie ersetzen und somit Zeit und Kosten sparen. Ein großer Vorteil ist dabei, dass die Untersuchung mit Lichtmikroskopen im Regelfall zerstörungsfrei ist.

Ergonomie: Wichtig für längere Arbeitseinsätze

Ergonomische Bedienelemente am Leica DM8000 M

Da die Analyse von Halbleitern oft längere Zeit in Anspruch nimmt, ist die Ergonomie des Mikroskops von großer Bedeutung. Ein winkelverstellbarer Ergo-Tubus ist hier vorteilhaft und ermöglicht eine komfortable Körperhaltung. Die Bedienelemente sollten griffgünstig am Stativ oder an externen Bedienpanels angeordnet sein. Dadurch können präzise arbeiten und Kontaminationen vermeiden.

Kamera und Software: Wichtig für eine professionelle Analyse und Dokumentation der Bilder

Mikroskopie-Software mit Messungen

Für eine zuverlässige Beurteilung von Halbleitern ist eine hochauflösende Kamera mit exzellenter Farbwiedergabe erforderlich – schließlich sind häufig feinste Details entscheidend. Da häufig volldigital gearbeitet wird, ist ein schnelles Livebild ebenfalls wichtig.

Die Basisanforderung an jede Software für Mikroskope ist ein umfangreicher Satz an Messfunktionen. Dies ermöglicht den Benutzern präzise Messungen an den untersuchten Halbleiterstrukturen. Die Software sollte beispielsweise in der Lage sein, verschiedene Messparameter wie Größe und Form sowie den Abstand zu Nachbarstrukturen zu quantifizieren. Häufig sind hohe Vergrößerungen notwendig, um feinste Strukturen sichtbar zu machen. Allerdings kann die Tiefenschärfe der Optik in hohen Vergrößerungen oft zu gering sein. Die Software sollte entsprechend in der Lage sein, tiefenscharfe Bilder aufzunehmen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Bildinformationen aus verschiedenen Schärfeebenen in einem einzigen Bild verfügbar sind.

Darstellung eines 3D-Modells in Mikroskopie-Software

In der Produktion ist es besonders wichtig, dass die Software ein standardisiertes und reproduzierbares Arbeiten ermöglicht. Dadurch wird sichergestellt, dass die Bilder unabhängig vom Benutzer unter vergleichbaren Bedingungen aufgenommen werden. Die Software sollte benutzerfreundlich sein und die Möglichkeit bieten, Arbeitsschritte wie Bildaufnahme, Analyse und Berichterstellung in einem Workflow zu integrieren.

Ein weiterer entscheidender Aspekt ist die Integration von künstlicher Intelligenz (KI) in der Software. Entsprechende Softwaremodule können automatische und zuverlässige Bildanalysen durchführen, um wiederkehrende Muster zu erkennen und statistische Daten zu generieren. Dies spart Zeit und erhöht die Genauigkeit der Ergebnisse erheblich.

Für fortgeschrittene Anwendungen kann die Option zur Aufnahme und Vermessung von 3D-Bildern von Vorteil sein. Dies ermöglicht eine noch genauere Charakterisierung von Halbleiterstrukturen und die Analyse von Oberflächenprofilen.

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

Welche Hersteller sind für Halbleitermikroskope empfehlenswert?

Es sollte ein Hersteller gewählt werden, der viel Erfahrung auf dem Gebiet hat und Mikroskope anbietet, die speziell für Halbleiter optimiert sind. Zusätzlich ist darauf zu achten, dass ein guter Service über den Händler verfügbar ist, bei dem das Mikroskop gekauft wird. Eine langfristige Ersatzteilversorgung von mindestens 10 Jahren sollte garantiert werden. Vor diesem Hintergrund sind die Hersteller Leica und Zeiss empfehlenswert.

Wie finde ich heraus, welche Kontrastverfahren für meine Proben benötigt werden?

Sie können uns gerne Proben zusenden, die wir in unserem Applikationslabor für Sie analysieren und im Rahmen eines Webmeetings präsentieren. Alternativ bieten wir Ihnen gerne eine Demo bei Ihnen vor Ort an, damit Sie die Funktionalität ausführlich prüfen können.

Warum werden für Halbleiter besonders hochwertige Objektive benötigt?

Die Größe von Strukturen auf Wafern liegt häufig am Rande der lichtmikroskopischen Auflösungsfähigkeit. Um unter dieser großen Herausforderung ein gutes Bild zu bekommen, werden semi-apochromatische oder apochromatische Objektive benötigt. Diese liefern neben einer besonders hohen Auflösung auch ein Bild ohne Farbsäume. Weitere Informationen zu den Objektivklassen finden Sie hier.

Welche Strukturgröße kann mit Lichtmikroskopen aufgelöst werden?

Ohne spezielle Ausstattung können Strukturen ab ca. 240 nm aufgelöst werden. Mit der speziellen OUV-Beleuchtung der Leica DM8000 und DM12000 Mikroskope können bereits Strukturen ab 120 nm aufgelöst werden.

Welchen Vorteil bieten automatisierte Lichtachsen?

Bei automatisierten Lichtachsen werden alle Elemente wie LEDs, Blenden und Filterwürfel automatisch eingestellt. Dadurch kommt man mit nur einem Knopfdruck zum perfekten Bild, was bei einem hohen Probendurchsatz besonders wichtig ist. Zudem bleiben die Hände aufgrund der Motorisierung immer unterhalb der Probe, wodurch das Risiko von Kontaminationen erheblich sinkt.

Was ist bei der Auswahl der passenden Software zu beachten?

Da die Software eine immer größere Rolle spielt, sollten die Anforderungen genau geprüft werden. Eine gute Software sollte ein reproduzierbares Arbeiten ermöglichen und einfach zu bedienen sein. Zusätzlich sollten alle wichtigen Einstellungen des Mikroskops auch über die Software ansteuerbar sein.

Wie viel kostet ein Mikroskop für die Inspektion von Halbleitern?

Der Preis hängt von vielen Faktoren wie der optischen Ausstattung und der Motorisierung ab. Da es Halbleitermikroskope nicht "von der Stange" gibt, ist immer eine individuelle Konfiguration notwendig. Wir beraten Sie gerne und erstellen ein unverbindliches Angebot.

Das Wichtigste in Kürze: Die Checkliste für den Kauf eines Mikroskops für Halbleiter

Merkmal
Empfohlene Ausstattung
Stativ
  • Mikroskoptyp: Aufrechtes Materialmikroskop
  • Größe des Stativs passend für die Größe der Proben
  • Motorisierung: Fokus und Objektivrevolver
  • Für Reinraum geeignet (gekapselter Objektivrevolver, Partikel- und Niesschutz, einfach zu reinigendes Stativ)
Probentisch
  • Motorisierung in X- und Y-Richtung
  • Passender Probenhalter, ggfs. drehbar und mit Vakuum-Funktion für ein einfaches und sicheres Handling der Probe
  • Bewegungsbereich passend zur Probengröße
Optik
  • Vergrößerungen: Gering vergrößerndes Übersichtsobjektiv ≤ 2,5x, hoch vergrößernde Analyseobjektive bis 150x
  • Qualität der Objektive: Mindestens semi-apochromatisch, besser apochromatisch
  • Numerische Apertur: Bei hoch vergrößernden Objektiven mindestens 0,9
  • Arbeitsabstand passend zur Probe
Beleuchtung
  • LED-Auflicht
  • Je nach Anwendung auch LED-Durchlicht
  • Farbfilter für empfindliche Proben (z.B. um violettes Licht zu filtern)
  • Motorisierte Lichtachsen, die das Kontrastverfahren für eine 100%ige Reproduzierbarkeit automatisch einstellen
Kontrastverfahren
  • Hellfeld
  • Dunkelfeld
  • DIC (Differentieller Interferenzkontrast)
  • Polarisation
  • Optional: UV-Beleuchtung mit Schräglicht für eine maximale Auflösung (Darstellung von Strukturen ab 120 nm)
Ergonomie
  • Anordnung der Bedienelemente unterhalb der Probe (zur Vermeidung von Kontaminationen)
  • Tubus mit Winkelverstellung
Kamera
  • Sensor mit sehr guter Farbwiedergabe, hohem Dynamikumfang und passender Pixelgröße (um sämtliche Details der Probe zu erfassen)
  • Schnelles Livebild
Software
  • Basis-Messfunktionen
  • Tiefenschärfe-Funktion
  • Optional: Workflow-Software für reproduzierbare Ergebnisse, mit integrierter Benutzerverwaltung
  • Optional: Software mit 3D-Aufnahme- und Messfunktion

Ein Überblick: Wie werden Halbleiter hergestellt?

Halbleiter sind ein zentraler Bestandteil moderner Elektronik und aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Die Herstellung von Halbleitern ist ein äußerst komplexer Prozess, der neben einer passenden Ausstattung auch viel Erfahrung benötigt.

Am Anfang der Produktion steht die Gewinnung und Reinigung von Silizium. Um Verunreinigungen zu entfernen, wird das Silizium in einem Hochreinigungsverfahren behandelt. Anschließend wird das Silizium in große, monokristalline Zylinder mit einem Durchmesser von bis zu 300 mm umgeformt. Diese Blöcke werden in dünne Scheiben geschnitten, die auch als Wafer bezeichnet werden. Die Wafer sind die Basis für die weiteren Schritte in der Produktion. Anschließend erfolgt die Fotolithografie, ein Prozess, bei dem ultraviolettes Licht verwendet wird, um präzise Muster auf den Wafer zu übertragen. Diese Muster definieren die Mikrostrukturen des Halbleiters. Nach der Fotolithografie werden verschiedene Techniken wie Ionenimplantation („Dotieren“) und Ätzprozesse angewandt, um die elektronischen Eigenschaften des Halbleiters zu modifizieren. Diese Schritte erzeugen in der Gesamtheit die winzigen Transistoren und Schaltungen auf dem Wafer. Anschließend wird jeder Wafer in einzelne Chips zerteilt. Diese Chips werden getestet, um ihre Funktionalität sicherzustellen. Nach erfolgreichen Tests werden die Chips in Gehäuse eingebettet und mit Anschlüssen für die Integration in elektronische Geräte versehen. Dieser Schritt wird als „Packaging“ bezeichnet.

In diesem anspruchsvollen Umfeld spielen leistungsfähige Mikroskope eine Schlüsselrolle. Diese Halbleitermikroskope sind spezialisierte Instrumente, die für die Inspektion, Prozesskontrolle und Fehleranalyse eingesetzt werden. Dabei wird das Ziel verfolgt, Defekte frühzeitig zu identifizieren und zu minimieren, was entscheidend für die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Produktionsprozesses ist. In der Forschung und Entwicklung spielen Mikroskope ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Analyse von Prototypen. Ein besonderer Vorteil der Lichtmikroskopie in diesem Bereich ist, dass im Gegensatz zu anderen Instrumenten wie Rasterelektronenmikroskopen (SEM) keine aufwendige Probenvorbereitung notwendig ist. Dadurch wird Zeit gespart und eine zerstörungsfreie Analyse ermöglicht.

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