Exakter Höhenmesser für Mikrochips

Nicht nur Piloten haben einen Höhenmesser, auch die Hersteller von Computerchips brauchen exakte Angaben über die mikroskopischen Höhenprofile ihrer Produkte. Fehlerhafte Bauteile können dann rechtzeitig aussortiert werden.

Forscher von Siemens haben ein optisches Messsystem entwickelt, das Höhenprofile schnell und mit hoher Genauigkeit bestimmt.

Siscan tastet Oberflächen in Zeilen von 300 Mikrometern Breite mit einer Geschwindigkeit von 38 Millimeter pro Sekunde ab und erstellt ein Höhenprofil mit einer Genauigkeit von einem Mikrometer. Die Genauigkeit kann sogar auf 250 Nanometer (Tausendstel Mikrometer) gesteigert werden.

Die Wissenschaftler arbeiten jetzt daran, die Abtastgeschwindigkeit von 128.000 Messungen pro Sekunde zu vervierfachen. Bisherige Messgeräte waren entweder zu langsam für den Einsatz direkt in der Produktionslinie, oder sie lieferten zu viele falsche Ergebnisse.

Siscan ist die intelligente Weiterentwicklung des so genannten konfokalen Mikroskops. Darin wird Laserlicht über ein Linsensystem auf einen Punkt am Untersuchungsobjekt fokussiert. Das Objekt wird vertikal so lange bewegt, bis eine Fotodiode die maximale Reflexion des Lichts feststellt – das entspricht dann der Höhe des Messpunkts. Nacheinander werden alle Punkte der Oberfläche abgetastet und ein Profil ermittelt; ein sehr zeitaufwändiges Verfahren.

Siscan dagegen arbeitet parallel mit 32 Kanälen und simuliert die vertikale Bewegung über einen schwingenden V-förmigen Spiegel.

Eine wirtschaftlich bedeutende Anwendung des Messsystems ist die Analyse von Computerbausteinen, Halbleiterelementen und Mikrochips: In jedem Handy etwa befindet sich ein Bauteil von der Größe eines Apfelkerns, das Nutzsignale aus der Umgebung herausfiltert und damit einen störungsfreien Betrieb erst ermöglicht. Die Profilmessung ist für diese Oberflächenwellenfilter unverzichtbar.

Beim Weltmarktführer für Oberflächenwellenfilter, dem Münchner Unternehmen Epcos, sind allein 14 der Siscan-Geräte im Einsatz.

Ebenso kann das System eine Übersicht von Siliziumwafern erstellen, aus der die Qualität der darauf befindlichen Mikrochipkontaktflächen ersichtlich ist. Eine weitere Anwendung ist die Überprüfung der Porentiefe von Schweißnähten. Je tiefer die Poren sind, desto wahrscheinlicher ist ein Riss der Naht bei Belastung.