Steuerung von Wafer-Scannern: Methoden und Entwicklungen

Die heutige Informationswirtschaft, einschließlich Paradigmen wie dem Internet der Dinge und dem Zeitalter von Big Data, basiert auf einem halben Jahrhundert technologischer Entwicklungen in der Halbleiterindustrie, die auf dem Mooreschen Gesetz basieren. Der wichtigste technologische Wegbereiter dieser Entwicklungen wird allgemein als das Lithografieverfahren angesehen, da es den aktuellen Standard für die kostengünstige Herstellung von Mikrochips darstellt. Die Fotolithographie ist ein Schlüsselprozess in Wafer-Scannern, den Maschinen zur Herstellung von Mikrochips.

Mit einem Listenpreis von 10.000.000 bis 150.000.000 US-Dollar bestehen Lithographiemaschinen aus einer Reihe hochkomplexer mechatronischer Systeme, die einen hohen Durchsatz mit hoher Präzision kombinieren. In Bezug auf den Durchsatz können moderne Lithographiemaschinen etwa 280 Wafer pro Stunde verarbeiten, wobei die Belichtung eines 300-mm-Wafers mit etwa 100 Belichtungsfeldern weniger als 10 Sekunden dauert. Jedes Feld ermöglicht den Aufbau komplexer Prozessorchips durch einen Scanvorgang. Das Scannen erfolgt durch die Steuerung einer Reihe verbundener Punkt-zu-Punkt-Bewegungen, wobei die Tracking-Spezifikationen des Scanner-Bewegungssystems meist im (Sub-)Nanometerbereich liegen.

Die Lithographiemaschine besteht aus mehreren Hauptsubsystemen. Beispielsweise Lichtquellen, Beleuchtungsoptiken, Masken- und Wafersysteme sowie Materialhandhabungsroboter. Bei diesen Subsystemen handelt es sich um hochpräzise mechatronische Systeme, die in großem Umfang fortschrittliche Steuerungen nutzen, um Spezifikationen zu erfüllen.

Wafer-Scanner-Scanner

Wafer-Scanner nutzen das Prinzip der Lithographie, dem Strukturierungsverfahren für fast alle heute hergestellten integrierten Schaltkreise. [40] Als solches stellt es einen wichtigen Schritt im kreisförmigen Prozess der Herstellung des in Abbildung 1 gezeigten Mikrochips dar. Die Spezifikationen des Waferscanners werden typischerweise in Form von Überlagerung, Auflösung, Fokus und Durchsatz ausgedrückt. Überlagerung, unabhängig davon, ob es sich um eine Einzelmaschinenüberlagerung (SMO) oder eine passende Maschinenüberlagerung, gemessen auf demselben System, handelt.

Lichtquelle: Lichterzeugung und -steuerung

Die Lichtquelle ist ein komplexes, nichtlineares MIMO-Lasersystem (Multiple Input Multiple Output). In diesem System wird Licht in Form einer Folge von Impulsen von einigen kHz erzeugt, die als Wiederholrate des Lasers bezeichnet wird. Auf die Impulsfolge folgt ein Ruhezustand, in dem kein Licht erzeugt wird, das sogenannte Impulsfolgeintervall. Aus (1) ist ersichtlich, dass die Wellenlänge der Lichtquelle direkt die Größe des druckbaren Merkmals bestimmt.

Optik: Isolierung und Kontrolle von Vibrationen

Das optische Projektionssystem ist das Herzstück des Lithographiegeräts, da es ein Bild des ursprünglichen Musters auf der Maske auf den Wafer erzeugt. Bei DUV-Geräten enthält die Projektionslinse normalerweise mehrere brechende Linsenelemente, während bei EUV-Geräten mehrere Mehrschichtspiegel verwendet werden. In optischen Systemen gibt es üblicherweise einen Rahmen, der als Positionsreferenz für optische Elemente und Plattformen dient. Das optische Element wird entweder aktiv relativ zum Rahmen gesteuert oder ist physikalisch mit diesem verbunden. In jedem Fall sollte der optische Rahmen vibrationsfrei sein, um eine stabile Position des optischen Elements im Betrieb beizubehalten. Darüber hinaus sollten niederfrequente Bewegungen vermieden werden, um die Verformung des Rahmens selbst zu begrenzen.

Plattform: Teil eins – Bewegungssteuerung

Wafer- und Maskenplattformsysteme sind schnelle und präzise Positionierungssysteme für Punkt-zu-Punkt-Bewegungen (in Serie). Dabei sind diese Systeme stark auf die Steuerung der Tracking-Leistung und der Interferenzunterdrückung angewiesen.

Stufe: Teil Zwei – Kontrolle der thermischen Verformung

Durch das von der Lichtquelle erzeugte Belichtungslicht erhitzen sich sowohl die Maske als auch der Wafer und verformen sich teilweise. Dies führt zu Überlappungen auf Waferebene und zu Fokussierungsfehlern. Diese Probleme werden als Maskenerwärmung bzw. Wafererwärmung bezeichnet.

Ausblick

Es wird erwartet, dass die Steuerung von Waferscannern weiterhin von Theorien und Methoden im Bereich Systeme und Steuerungen profitieren wird. Dazu gehören lineare und nichtlineare Theorie, kontinuierliche und digitale Steuerung, SISO- und MIMO-Steuerung, Kalman-Filterung, adaptive Steuerung, Systemidentifikation, stochastische Steuerung, Systemsteuerung mit verteilten Parametern und lernende Steuerung. Es ist auch in vielen Anwendungsgebieten tätig, traditionell aus verschiedenen Bereichen der Physik wie der klassischen Mechanik, der Thermodynamik, dem Elektromagnetismus und der Elektronik sowie der Optik. Darüber hinaus spielen auch andere Bereiche wie Mathematik und Statistik eine wichtige Rolle in der statistischen Prozesskontrolle.

FOUNTYL TECHNOLOGIES PTE. GMBH. mit Sitz in Singapur konzentrieren wir uns seit mehr als 10 Jahren auf die Forschung und Entwicklung, Herstellung und technische Dienstleistungen von Präzisionskeramikteilen im Halbleiterbereich. Unsere Hauptprodukte sind Keramik-Vakuumfutter, Keramik-Endeffektor, Keramikkolben und Keramik-Strahlführung. Wir produzieren verschiedene Teile aus fortschrittlicher Keramik (poröse Keramik, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Aluminiumnitrid und dielektrische Mikrowellenkeramik).