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Schichtdickenmessung an gedruckten Polymerschichtsystemen

Shaker,
Buch
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Kurzbeschreibung

Geometrie und elektrische Eigenschaften elektrischer Bauteile sind eng miteinander verknüpft. So werden z. B. dünne Schichten in der Halbleiterindustrie optisch auf ihre Schichtdicke hin vermessen. Die Schichtdicke lässt Rückschlüsse auf die elektrische Funktion der integrierten Bauteile zu. Beispiele sind der Widerstand einer Leitung, der direkt vom Leiterquerschnitt abhängt oder das On/Off- Verhältnis eines Transistors, das u. a. von der Isolatordicke abhängt.
In diesen Bereichen ist die spektrale Dünnschichtreflektometrie ein gängiges Verfahren. Die bei gegebener Beleuchtungswellenlänge vom Schichtsystem reflektierte Lichtintensität ist dabei eine Funktion der Schichtdicke. Bei spektral aufgelöster Messung kann die Schichtdicke berechnet werden. Die Methode basiert allerdings auf zeitlicher Integration, um ein rauscharmes Signal zu erhalten. Eine Messung an einem sich bewegenden Messobjekt ist deswegen bis dato nicht umgesetzt worden.
Eine neue Entwicklung in der Halbleiterindustrie stellt die gedruckte Polymerelektronik dar. Dabei werden organische Materialien mit adaptierten Printmedia- Geräten gedruckt. Dieser Prozess verspricht hohe Durchsätze bei geringem Preis. Zur Qualitätssicherung soll die Schichtdicke der Polymere überwacht werden. Dieser Arbeit liegt die Frage zugrunde, wie die spektrale Dünnschichtreflektometrie erweitert werden kann, um gedruckte Polymerschaltungen im laufenden Produktionsprozess bzgl. ihrer Schichtdicke zu vermessen.
Zur Klärung dieser Frage wurden mehrere Untersuchungen durchgeführt. Nach der Detaillierung des Stands der Technik wurde eine abstrakte Systembeschreibung abgeleitet, um systematisch Optimierungshebel zu erarbeiten. Die identifizierten Funktionsgruppen (Lichtquelle, Detektionseinheit, Messkopf, Algorithmik und Messobjekt) lassen sich als Optimierungskategorien verstehen. Für jede Funktionseinheit wurden Optimierungshebel identifiziert und evaluiert. Die erfolgsversprechendsten Optionen wurden praktisch umgesetzt. Das optimierte System wurde dann einer Laborvalidierung unterzogen, bei der u. a. der Einfluss der Bewegung auf das Reflektogramm analysiert wurde. Abschließende Messungen im Druckprozess gedruckter Polymerschaltungen zeigen das Potenzial dieses Messsystems:
Die Messung von Schichtdicken gedruckter Polymerbahnen ist im laufenden Produktionsprozess mit Hilfe der spektralen Dünnschichtreflektometrie möglich. Bei einer zu Grunde gelegten Bahngeschwindigkeit von 1500 mm/s entspricht das Messsystem im Messbereich von 1 µm bis 100 µm bereits jetzt der Geräteklasse 1 nach VDE 0410. Für den im Druckprozess relevanten Messbereich von 10 nm bis 1 µm konnte eine Auflösung der Schichtdicke besser 5 nm gezeigt werden. Die laterale Auflösung bleibt dabei unter 250 µm.
Im Hinblick auf die Kommerzialisierung erscheinen weitere Optimierungen technischer Kennwerte wie die Erhöhung der Genauigkeit mit vertretbarem Aufwand realisierbar.

Details
Schlagworte

Titel: Schichtdickenmessung an gedruckten Polymerschichtsystemen
Autoren/Herausgeber: Florian Hirth
Aus der Reihe: Reports on Measurement and Sensor Systems
Ausgabe: 1., Aufl.

ISBN/EAN: 9783844004670

Seitenzahl: 161
Format: 21 x 14,8 cm
Produktform: Buch
Gewicht: 242 g
Sprache: Deutsch

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