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alpha300 Semiconductor Edition

Großflächige Untersuchung von Wafern in der Halbleiterindustrie

Die alpha300 Halbleiter Edition ist ein hochwertiges konfokales Raman-Mikroskop, das speziell für die chemische Bildgebung von Halbleitermaterialien konfiguriert wurde. Es hilft Forschenden, die Charakterisierung von Kristallqualität, Verspannungen und Dotierung in ihren Halbleiterproben und Wafern zu beschleunigen.

Der Scantisch des Mikroskops erfasst einen besonders großen Bereich und erlaubt so die Untersuchung von ganzen Wafern mit bis zu 300 mm (12 Zoll) Durchmesser sowie die Aufnahme von großflächigen Raman-Bildern. Das Gerät verfügt über aktive Schwingungsdämpfung und aktive Fokusstabilisierung um topographische Unterschiede während langen oder großflächigen Messungen auszugleichen. Die vollständige Automatisierung aller Komponenten ermöglicht es, das Gerät fernzusteuern und wiederkehrende Messprozesse zu definieren.


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Wichtigste Merkmale

  • Branchenführendes konfokales Raman-Mikroskop für höchste Geschwindigkeit, Sensitivität und Auflösung – ohne Kompromisse
  • Extrem sensitives, für die Anregungswellenlänge optimiertes Spektrometer für hohe Signalsensitivität und spektrale Auflösung
  • Scantisch mit großem Verfahrweg (300 x 350 mm) für die Untersuchung ganzer Wafer
  • Aktive Fokusstabilisierung für großflächige Messungen (TrueSurface)
  • Aktive Schwingungsdämpfung
  • Umfangreiche Automatisierung für Fernsteuerung und wiederkehrender Arbeitsabläufe
  • Software für umfangreiche Datenanalyse
Raman-Bild von CVD-gewachsenem Graphen
Hochauflösendes Raman-Bild von CVD-gewachsenem Graphen. Die Intensität der D-Bande ist farbkodiert und hängt von der Defektdichte im Kohlenstoffgitter ab.

Anwendungsbeispiele - Großflächige Waferprüfung

In der Halbleiterindustrie ist es wichtig, die Qualität von Wafern über deren gesamte Fläche zu untersuchen. Dabei muss die Homogenität des Materials überprüft und Bereiche mit Verspannungen oder ungleichmäßiger Dotierung müssen aufgespürt werden.

In diesem Beispiel wurde die komplette Oberfläche eines 150 mm (6 Zoll) Siliziumkarbid (SiC) Wafers mit Raman-Mikroskopie untersucht (Anregungswellenlänge 532 nm). Die Analyse zeigte, dass die Konzentration des Dotierstoffs nicht über die komplette Fläche homogen war. Das ultra-sensitive UHTS 600 Spektrometer des Mikroskops war in der Lage Peakverschiebungen von weniger als 0,01 cm-1 zu detektieren und konnte so Verspannungen im Wafer aufzeigen.

Um ein scharfes Raman-Bild des gesamten Wafers zu erhalten, musste die Oberfläche aktiv im Fokus gehalten werden. TrueSurface nahm Topographie und Raman-Daten gleichzeitig auf und kompensierte auftretende Höhenunterschiede.

Außerdem wurde ein Tiefenscan durch einen epitaktisch überwachsenen SiC-Wafer aufgenommen um die Verteilung verschiedener Schichten zu visualisieren.

Probe freundlicherweise zur Verfügung gestellt vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB, Erlangen.

Konfokales Raman-Bild eines 150 mm SiC-Wafers
Konfokales Raman-Bild eines 150 mm SiC-Wafers. TrueComponent Analyse identifizierte zwei Spektren, die sich vor allem in der A1-Bande unterscheiden, die für Dotierungseffekte sensitiv ist (ca. 990 cm-1). Das Bild zeigt eine ovale Region (blau), deren Dotierungskonzentration sich von der im restlichen Wafer (rot) unterscheidet.
Raman spectra durch TrueComponent Analyse des 150 mm SiC-Wafers
Raman-Spektren der beiden Komponenten, die durch TrueComponent Analyse des 150 mm SiC-Wafers identifiziert wurden.
Raman-Tiefenscan eines epitaktisch überwachsenen SiC-Wafers
Der Raman-Tiefenscan eines epitaktisch überwachsenen SiC-Wafers zeigt eine dünne Grenzschicht (blau) zwischen dem Wafersubstrat (grün) und der epitaktischen Schicht (rot).
Konfokales Raman-Bild eines 150 mm SiC-Wafers
Konfokales Raman-Bild eines 150 mm SiC-Wafers. Die Position der spannungssensitiven E2-Bande (776 cm-1) ist farbkodiert. Das Bild zeigt kleine, vermutlich durch Verspannungen verursachte Peakverschiebungen von der Mitte zum Rand des Wafers.
Topographie eines 150 mm SiC-Wafers
Topographie eines 150 mm SiC-Wafers mit Höhenunterschieden von bis zu 40 µm.

Spezifikationen

  • Leistungsfähiges alpha300 Raman-Mikroskop
  • Weißlicht-Beleuchtung für Probenübersicht
  • 300 x 350 mm Scantisch
  • Waferchuck, optional mit Vakuumpumpe
  • TrueSurface für aktive Fokusstabilisierung und topographisches Raman Imaging
  • Aktive Schwingungsdämpfung
  • Voll automatisierte Steuerung dank AutoBeam Technologie
  • Verschiedene Laserwellenlängen verfügbar
  • Extrem sensitives, linsenbasiertes, für die Anregungswellenlänge optimiertes UHTS Spektrometer mit thermoelektrisch gekühlter, wissenschaftlicher CCD-Kamera
  • Datenerfassung und -nachbearbeitung mit der neuesten Version der WITec Software Suite
  • Bequeme Definition von Arbeitsabfolgen für wiederkehrende experimentelle Aufgaben
  • DCOM Interface für Design und Kontrolle individueller Messprozesse mit LabVIEW, Python, C# und anderen Programmiersprachen
alpha300 Halbleiter Edition – Konfokales Raman-Mikroskop für die Untersuchung von Wafern
alpha300 Halbleiter Edition – Konfokales Raman-Mikroskop für die Untersuchung von Wafern

Vorteile von Raman Imaging für die Halbleiterindustrie

Konfokale Raman-Mikroskopie bietet Forschung und Qualitätskontrolle in der Halbleiterindustrie viele Möglichkeiten, detaillierte und räumlich aufgelöste chemische Informationen zu erhalten ohne die Probe zu beschädigen. Herkömmliche Halbleitermaterialien wie Silizium (Si), Siliziumkarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN) und Galliumarsenid (GaAs) können ebenso charakterisiert werden wie neuartige 2D Materialien wie Graphen, Perowskit, Molybdändisulfid (MoS2), Wolframdiselenid (WSe2) und andere Übergangsmetalldichalkogenide (TMDs) und Heterostrukturen. Raman-Bilder visualisieren die räumliche Verteilung verschiedener Materialien und Materialeigenschaften wie Kristallinität, Verspannungen und Dotierungen. Tiefenscans können die Verteilung von Materialien auf Substraten untersuchen und Grenzflächen charakterisieren. Einschlüsse in einer Probe können in Form von 3D Bildern dargestellt werden.

Topographische Raman-Mikroskopie

Topographisches Raman-Bild von Mikrostrukturen in Silizium (blau) mit fluoreszenten Verunreinigungen (pink)
Topographisches Raman-Bild von Mikrostrukturen in Silizium (blau) mit fluoreszenten Verunreinigungen (pink). Chemische Information und Oberflächenprofil wurden gleichzeitig mit TrueSurface Technologie aufgenommen und überlagert. Der maximale Höhenunterschied betrug 9 µm.

Analyse von 2D Materialien

Bright-field image of WSe2
Raman image of WSe2
Photoluminescence image of WSe2
Charakterisierung einer WSe2-Flocke. A: Hellfeldbild. B: Hochauflösendes Raman-Bild (102.400 Spektren, aufgenommen in ca. 17 Minuten), das Bereiche mit einer (rot), zwei (grün) und mehreren (blau) Schichten unterscheidet. C: Photolumineszenz-Bild mit einer sichtbaren Korngrenze (weißer Pfeil).
Raman spectrum of MoS2
Repräsentatives Raman-Spektrum einer einzelnen CVD-gewachsenen MoS2-Schicht auf einem Si/SiO2-Substrat.
Raman image of MoS2
Raman-Bild einer einzelnen MoS2-Schicht. Die Position der Raman E2g-Bande ist farbkodiert, was Bereiche mit Verspannungen und unterschiedlicher Dotierung visualisiert.

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Anwendungen

Materials ScienceNano-Carbon & 2D MaterialsSemiconductors & Photovoltaics