Optische Defektsuche in Mikrochips

Markus Stöhr von der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig gelang es, ein Messverfahren, mit dem sich mechanische Spannungen in licht­durchlässigen Materialien analysieren lassen, zu optimieren. Durch seine Arbeit ist es nun möglich, Material­fehler von Halbleitern wie Silizium exakter zu bestimmen. Damit könnten zukünftig geschädigte Silizium­scheiben bereits im Herstellungs­prozess besser aussortiert und vorzeitige Defekte in Elektronik­bauteilen oder Solarmodulen vermieden werden. Für seinen Beitrag zur 20. Fachtagung „Sensoren und Messsysteme“ Ende Juni 2019 in Nürnberg wurde Stöhr für das „Beste Poster“ von der VDI/VDE-Gesell­schaft Mess- und Auto­matisierungs­technik ausgezeichnet.

Die heraus­ragenden Eigenschaften von Silizium gehen mit einer speziellen Material­beschaffenheit einher: Silizium­kristalle sind anisotrop, verformen sich bei Belastung also in verschiedenen Richtungen unterschiedlich stark. Dieser Umstand macht es bislang schwierig, Verspannungen im Material exakt zu bestimmen. „Mit spannungs­optischen Mess­verfahren werden schon seit Jahrzehnten isotrope Materialien wie beispielsweise Glas analysiert. Dabei wird das Material mit einem polari­sierten Lichtstrahl durchleuchtet und aus der Brechung des Lichts die Verspannung berechnet. Aber für Silizium und andere Halbmetalle liefert diese klassische Methode bislang nur sehr ungenaue Ergebnisse. Das macht es schwierig zu entscheiden, ob Spannungen und Risse wirklich kritisch sind. Im Rahmen meiner Forschung habe ich die das Berechnungs­verfahren der Methode so weiter­entwickelt, dass es nun auch für anisotrope Materialien funktioniert“, sagt Stöhr. 

Stephan Schönfelder, der Betreuer von Markus Stöhrs Promotions­vorhaben, forscht in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Mikro­struktur von Werkstoffen und Systemen IMWS seit Jahren dazu, wie empfindliche Materialien bereits während der Produktion geschädigt werden und wie die Herstellung verbessert werden kann. „Bauteile aus Silizium – egal ob Mikrochips oder Solarzellen – sind im Endprodukt tief verborgen. Ein früh­zeitiger Defekt durch Risse im Material bedeutet oft einen Total­schaden des Smartphones, der PC-Platine oder des Solar­moduls. Wir wollen deshalb Defekte möglichst frühzeitig erkennbar und vor allem im Detail bewertbar machen“, sagt Schönfelder. 

HTWK Leipzig / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  M. Stöhr et al.: Analysis of photoelastic properties of monocrystalline silicon, 20. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2019, P 2.6, 695 (2019); DOI: 10.5162/sensoren2019/P2.6
• Fakultät Ingenieurswissenschaften (S. Schönfelder), Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur HTWK, Leipzig