ウェーハスキャナの制御: 方法と開発

モノのインターネットやビッグデータの時代などのパラダイムを含む今日の情報経済は、ムーアの法則に基づいた半世紀にわたる半導体産業の技術開発に基づいて構築されています。 これらの開発の背後にある主な技術的要因は、費用効率の高い方法でマイクロチップを製造するための現在の標準を提供するリソグラフィープロセスであると広く信じられています。 フォトリソグラフィーは、マイクロチップの製造に使用される機械であるウェーハ スキャナーの重要なプロセスです。

定価が 1,000 万ドルから 1 億 5,000 万ドルのリソグラフィー マシンは、高スループットと高精度を組み合わせた多数の非常に複雑なメカトロニクス システムで構成されています。 スループットの点では、最新のリソグラフィー装置は 1 時間あたり約 280 枚のウェーハを処理でき、約 100 の露光フィールドを含む 300 mm ウェーハを露光するのにかかる時間は 10 秒未満です。 各フィールドでは、スキャン プロセスを通じて複雑なプロセッサ チップを構築できます。 スキャンは、接続された一連のポイントツーポイント動作を命令することによって行われ、その間のスキャナ動作システムの追跡仕様は、ほとんどが (サブ) ナノメートルの範囲内にあります。

リソグラフィー マシンは、いくつかの主要なサブシステムで構成されています。 たとえば、光源、照明光学系、マスクおよびウェーハ システム、マテリアル ハンドリング ロボットなど、これらのサブシステムは、仕様を満たすために高度な制御を広範囲に使用する高精度のメカトロニクス システムです。

ウェハースキャナー スキャナー

ウェーハ スキャナは、現在製造されているほぼすべての集積回路のパターニング方法であるリソグラフィーの原理を利用しています。 [40] したがって、図 1 に示すマイクロチップ製造の循環プロセスにおける重要なステップとなります。ウェハ スキャナの仕様は通常、オーバーレイ、解像度、フォーカス、およびスループットの観点から表現されます。 重ね合わせ。単一マシン重ね合わせ (SMO) か、同じシステムで測定されたマッチング マシン重ね合わせか。

光源: 光の生成と制御

光源は、複雑な非線形の多入力多出力 (MIMO) レーザー システムです。 このシステムでは、光はレーザーの繰り返し率と呼ばれる数 kHz のパルス列の形で生成されます。 パルス列の後には、パルス列間隔と呼ばれる、光が生成されない静止状態が続きます。 (1) から、光源の波長が印刷可能なフィーチャのサイズを直接決定することがわかります。

光学系: 振動の隔離と制御

投影光学系は、マスク上の元のパターンの像をウェハ上に形成するため、リソグラフィ ツールの中心にあります。 DUV ツールでは通常、投影レンズに複数の屈折レンズ要素が含まれていますが、EUV ツールでは複数の多層ミラーが使用されます。 光学システムには、通常、光学要素とプラットフォームの位置基準として機能するフレームがあります。 光学要素は、フレームに対してアクティブに制御されるか、フレームに物理的に接続されます。 いずれの場合も、動作中に光学素子の安定した位置を維持するために、光学フレームは振動のないものでなければなりません。 さらに、フレーム自体の変形を制限するために、低周波数の動きを避ける必要があります。

プラットフォーム：パート1 - モーションコントロール

ウェーハおよびマスク プラットフォーム システムは、ポイントツーポイント移動 (連続) のための高速かつ正確な位置決めシステムです。 その際、これらのシステムは、追跡パフォーマンスと干渉抑制の制御に大きく依存しています。

ステージ: パート 2 - 熱変形の制御

光源によって生成される露光光により、マスクとウェハの両方が加熱され、部分的に変形します。 これにより、ウェーハレベルのオーバーラップや焦点合わせエラーが発生します。 これらの問題は、それぞれマスク加熱とウェハ加熱と呼ばれます。

見通し

ウェーハスキャナの制御は、システムと制御の分野の理論と方法から引き続き恩恵を受けることが期待されます。 これには、線形および非線形理論、連続制御およびデジタル制御、SISO および MIMO 制御、カルマン フィルタリング、適応制御、システム同定、確率制御、分散パラメータ システム制御、および学習制御が含まれます。 また、伝統的に古典力学、熱力学、電磁気学、電子工学、光学などの物理学のさまざまな分野の多くの応用分野にも関与しています。 さらに、数学や統計などの他の分野も統計的プロセス制御において重要な役割を果たします。

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