Controle de Scanners Wafer: Métodos e Desenvolvimentos

A economia da informação de hoje, incluindo paradigmas como a Internet das Coisas e a era dos big data, baseia-se em meio século de desenvolvimentos tecnológicos na indústria de semicondutores com base na Lei de Moore. Acredita-se que o principal facilitador tecnológico por trás desses desenvolvimentos seja o processo de litografia, uma vez que fornece o padrão atual para a produção de microchips de maneira econômica. A fotolitografia é um processo fundamental nos scanners de wafer, as máquinas usadas para fabricar microchips.

Com um preço de tabela de US$ 10.000.000 a US$ 150.000.000, as máquinas de litografia consistem em uma série de sistemas mecatrônicos altamente complexos que combinam alto rendimento com alta precisão. Em termos de rendimento, as modernas máquinas de litografia podem processar cerca de 280 wafers por hora, onde leva menos de 10 segundos para expor um wafer de 300 mm contendo cerca de 100 campos de exposição. Cada campo permite que chips de processador complexos sejam construídos por meio de um processo de digitalização. A digitalização é feita comandando uma série de movimentos ponto a ponto conectados, durante os quais as especificações de rastreamento do sistema de movimento do scanner estão principalmente na faixa (sub) nanométrica.

A máquina de litografia consiste em vários subsistemas principais. Por exemplo, fontes de luz, óptica de iluminação, sistemas de máscara e wafer e robôs de manuseio de materiais, esses subsistemas são sistemas mecatrônicos de alta precisão que fazem uso extensivo de controles avançados para atender às especificações.

Scanner de wafer

Os scanners wafer utilizam o princípio da litografia, que é o método de padronização para quase todos os circuitos integrados fabricados atualmente. [40] Como tal, fornece uma etapa fundamental no processo circular de fabricação do microchip mostrado na Figura 1. As especificações do scanner de wafer são normalmente expressas em termos de sobreposição, resolução, foco e rendimento. Superposição, seja uma superposição de máquina única (SMO) ou uma superposição de máquina correspondente medida no mesmo sistema.

Fonte de luz: Geração e controle de luz

A fonte de luz é um sistema laser complexo, não linear, de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO). Nesse sistema, a luz é produzida na forma de um trem de pulsos de alguns kHz, denominado taxa de repetição do laser. O trem de pulsos é seguido por um estado quiescente durante o qual nenhuma luz é produzida, chamado intervalo do trem de pulsos. Pode-se ver em (1) que o comprimento de onda da fonte de luz determina diretamente o tamanho do recurso imprimível.

Óptica: Isolamento e controle de vibração

O sistema óptico de projeção está no centro da ferramenta de litografia, pois forma uma imagem do padrão original da máscara no wafer. Nas ferramentas DUV, a lente de projeção geralmente contém vários elementos de lente refratária, enquanto nas ferramentas EUV, são usados ​​vários espelhos multicamadas. Em sistemas ópticos, geralmente existe um quadro que serve como referência de posição para elementos e plataformas ópticas. O elemento óptico é controlado ativamente em relação ao quadro ou fisicamente conectado a ele. Em qualquer caso, a estrutura óptica deve estar livre de vibrações para manter uma posição estável do elemento óptico durante a operação. Além disso, devem ser evitados movimentos de baixa frequência para limitar a deformação da própria estrutura.

Plataforma:Parte um - Controle de movimento

Os sistemas de plataforma wafer e máscara são sistemas de posicionamento rápido e preciso para movimento ponto a ponto (em série). Ao fazer isso, esses sistemas dependem fortemente do controle para rastrear o desempenho e suprimir interferências.

Etapa: Segunda Parte – Controle da deformação térmica

Devido à luz de exposição produzida pela fonte de luz, tanto a máscara quanto o wafer aquecerão e ficarão parcialmente deformados. Isso resulta em sobreposição de nível de wafer e erros de foco. Esses problemas são chamados de aquecimento de máscara e aquecimento de wafer, respectivamente.

Panorama

Espera-se que o controle de scanners de wafer continue a se beneficiar de teorias e métodos na área de sistemas e controles. Isso envolve teoria linear e não linear, controle contínuo e digital, controle SISO e MIMO, filtragem de Kalman, controle adaptativo, identificação de sistema, controle estocástico, controle de sistema de parâmetros distribuídos e controle de aprendizagem. Também está envolvido em muitos campos de aplicação, tradicionalmente de vários ramos da física, como mecânica clássica, termodinâmica, eletromagnetismo e eletrônica, e óptica. Além disso, outras áreas como matemática e estatística também desempenham um papel importante no controle estatístico de processos.

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