Moderne Elektronikkomponenten weisen inzwischen Strukturen auf, deren Abmessungen deutlich unterhalb 100 µm liegen können. Typische Beispiele dafür sind Pad-Strukturen auf Leiterplatten oder Wafern, aber auch Leadframes. Diese Strukturen bestehen zur besseren elektrischen Verbindung aus einem mehrlagigen Schichtaufbau: beginnend mit Kupfer (Cu), dann wird eine Nickel-Schicht (Ni, üblicherweise 1 bis 4 µm) aufgebracht, eventuell noch eine Zwischenschicht aus Palladium (Pd, zirka 50 bis 300 nm) und als oberste Lage folgt eine dünne Goldschicht (Au, etwa. 20 bis 500nm). Bild 1 zeigt Aufnahmen typischer Proben.
Zur Qualitätskontrolle entstehen dabei anspruchsvolle Vorgaben für die eingesetzte Messtechnik. Zerstörende Prüfverfahren scheiden zur Überwachung einer Serienproduktion aus, die Messung muss punktgenau auf den extrem kleinen Strukturen erfolgen, dabei aber auf Leiterplattengrößen von bis 610 x 530 mm. Zudem muss auch die Messung der mehrlagigen Strukturen möglich sein. Das Fischerscope X-Ray-XDV-µ erfüllt diese komplexen Anforderungen. Das Gerät basiert auf dem berührungslosen Röntgenfluoreszenz-Verfahren. Als Strahlungsquelle dient eine Mikrofokus-Röntgenröhre mit Polykapillaroptik, welche standardmäßig auf Spotgrößen von 20 µm fokussiert (~20µm FWHM, Mo-kα), andere, auch kleinere Spotgrößen sind optional verfügbar. Ein Silizium-Drift-Detektor (SDD) sorgt für die Signaldetektion mit hoher Auflösung und kann dabei auch eine sehr hohe Zählrate verarbeiten.
Standardabweichungen im Sub-Nanometer-Bereich
Die technischen Merkmale des XDV-µ, insbesondere die hohe Zählrate, ermöglichen Messungen mit hoher Wiederholpräzision. Bei dünnen Goldschichten sind Wiederholmessungen mit Standardabweichungen im sub-Nanometer-Bereich möglich, wie in Tabelle 1 zu sehen ist.
Das Fischerscope X-Ray XDV-µ bietet aber nicht nur eine gute Wiederholpräzision, sondern überzeugt auch bei äußerst dünnen Schichten mit einer sehr guten Richtigkeit der Messungen, auch bei mehrlagigen Schichtstrukturen. Die hohe Energieauflösung des SDD sorgt dafür, dass das Nutzsignal nur wenig durch den Untergrund oder benachbarte Fluoreszenzlinien gestört wird. Dadurch wird die hohe Richtigkeit sichergestellt. Tabelle 2 zeigt Messergebnisse für die Struktur Au/Pd mit nominellen Dicken von 4 bis 8 nm der Goldschicht und 8 bis 105 nm der darunter verdeckten Palladiumschicht.
Messung von Schichtdicke auf kleinsten Strukturen
Die Kombination aus stark fokussierender Polykapillaroptik, moderner Detektor-Technologie (SDD) und entsprechend leistungsstarker Analyse-Software WinFTM erlaubt die zuverlässige Messung von Schichtdicken auch auf sehr kleinen Strukturen in der Halbleiter- und Elektronikindustrie. Dabei handelt es sich nicht nur um messtechnische Leistungen unter Idealbedingungen. Die Röntgenfluoreszenz-Messsysteme von Fischer beweisen die entsprechende Leistungsfähigkeit auch im täglichen, industriellen Einsatz.
(ah)
