Control de escáneres de obleas: métodos y desarrollos

La economía de la información actual, incluidos paradigmas como Internet de las cosas y la era del big data, se basa en medio siglo de desarrollos tecnológicos en la industria de los semiconductores basados ​​en la Ley de Moore. Se cree ampliamente que el principal facilitador tecnológico detrás de estos avances es el proceso de litografía, ya que proporciona el estándar actual para producir microchips de manera rentable. La fotolitografía es un proceso clave en los escáneres de obleas, las máquinas utilizadas para fabricar microchips.

Con un precio de lista de entre 10.000.000 y 150.000.000 de dólares, las máquinas de litografía constan de una serie de sistemas mecatrónicos muy complejos que combinan un alto rendimiento con una alta precisión. En términos de rendimiento, las máquinas de litografía modernas pueden procesar alrededor de 280 obleas por hora, mientras que se necesitan menos de 10 segundos para exponer una oblea de 300 mm que contiene alrededor de 100 campos de exposición. Cada campo permite construir chips de procesador complejos mediante un proceso de escaneo. El escaneo se realiza ordenando una serie de movimientos conectados de punto a punto, durante los cuales las especificaciones de seguimiento del sistema de movimiento del escáner están en su mayoría en el rango (sub)nanómetro.

La máquina de litografía consta de varios subsistemas principales. Por ejemplo, fuentes de luz, ópticas de iluminación, sistemas de máscaras y obleas y robots de manipulación de materiales, estos subsistemas son sistemas mecatrónicos de alta precisión que hacen un uso extensivo de controles avanzados para cumplir con las especificaciones.

Escáner de oblea

Los escáneres de obleas utilizan el principio de la litografía, que es el método de creación de patrones para casi todos los circuitos integrados fabricados en la actualidad. [40] Como tal, proporciona un paso clave en el proceso circular de fabricación del microchip que se muestra en la Figura 1. Las especificaciones del escáner de oblea generalmente se expresan en términos de superposición, resolución, enfoque y rendimiento. Superposición, ya sea una superposición de una sola máquina (SMO) o una superposición de máquina coincidente medida en el mismo sistema.

Fuente de luz: Generación y control de luz.

La fuente de luz es un sistema láser complejo, no lineal, de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO). En este sistema, la luz se produce en forma de un tren de pulsos de unos pocos kHz, lo que se denomina tasa de repetición del láser. Al tren de impulsos le sigue un estado de reposo durante el cual no se produce luz, llamado intervalo del tren de impulsos. Se puede ver en (1) que la longitud de onda de la fuente de luz determina directamente el tamaño de la característica imprimible.

Óptica: Aislamiento y control de vibraciones.

El sistema óptico de proyección es el corazón de la herramienta de litografía, ya que forma una imagen del patrón original de la máscara en la oblea. En las herramientas DUV, la lente de proyección generalmente contiene múltiples elementos de lentes refractantes, mientras que en las herramientas EUV se utilizan múltiples espejos multicapa. En los sistemas ópticos suele existir un marco que sirve como referencia de posición de los elementos ópticos y plataformas. El elemento óptico se controla activamente con respecto al marco o se conecta físicamente a él. En cualquier caso, el marco óptico debe estar libre de vibraciones para mantener una posición estable del elemento óptico durante el funcionamiento. Además, se deben evitar los movimientos de baja frecuencia para limitar la deformación del propio marco.

Plataforma: Primera parte: control de movimiento

Los sistemas de plataforma de oblea y máscara son sistemas de posicionamiento rápidos y precisos para movimiento punto a punto (en serie). Al hacerlo, estos sistemas dependen en gran medida del control para el seguimiento del rendimiento y la supresión de interferencias.

Etapa: Segunda Parte - Control de la deformación térmica

Debido a la exposición a la luz producida por la fuente de luz, tanto la máscara como la oblea se calentarán y se deformarán parcialmente. Esto da como resultado una superposición del nivel de oblea y errores de enfoque. Estos problemas se denominan calentamiento de mascarilla y calentamiento de oblea, respectivamente.

panorama

Se espera que el control de los escáneres de obleas siga beneficiándose de teorías y métodos en el campo de los sistemas y controles. Esto implica teoría lineal y no lineal, control continuo y digital, control SISO y MIMO, filtrado de Kalman, control adaptativo, identificación de sistemas, control estocástico, control de sistemas de parámetros distribuidos y control de aprendizaje. También interviene en numerosos campos de aplicación, tradicionalmente de diversas ramas de la física como la mecánica clásica, la termodinámica, el electromagnetismo y la electrónica, y la óptica. Además, otros campos como las matemáticas y la estadística también juegan un papel importante en el control de procesos estadísticos.

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