Contrôle des Wafer Scanners : Méthodes et Développements

L'économie de l'information d'aujourd'hui, y compris des paradigmes tels que l'Internet des objets et l'ère du Big Data, repose sur un demi-siècle de développements technologiques dans l'industrie des semi-conducteurs basés sur la loi de Moore. Il est largement admis que le principal catalyseur technologique derrière ces développements est le processus de lithographie, car il constitue la norme actuelle pour produire des micropuces de manière rentable. La photolithographie est un processus clé dans les scanners de plaquettes, les machines utilisées pour fabriquer des micropuces.

Avec un prix catalogue compris entre 10 000 000 $ et 150 000 000 $, les machines de lithographie sont constituées d'un certain nombre de systèmes mécatroniques très complexes qui combinent un débit élevé et une haute précision. En termes de débit, les machines de lithographie modernes peuvent traiter environ 280 tranches par heure, alors qu'il faut moins de 10 secondes pour exposer une tranche de 300 mm contenant environ 100 champs d'exposition. Chaque champ permet de construire des puces de processeur complexes via un processus de numérisation. Le balayage s'effectue en commandant une série de mouvements point à point connectés, au cours desquels les spécifications de suivi du système de mouvement du scanner se situent principalement dans la plage (sous-)nanométrique.

La machine de lithographie se compose de plusieurs sous-systèmes principaux. Par exemple, les sources lumineuses, les optiques d'éclairage, les systèmes de masques et de plaquettes et les robots de manutention, ces sous-systèmes sont des systèmes mécatroniques de haute précision qui utilisent largement des commandes avancées pour répondre aux spécifications.

Scanner de plaquettes Scanner

Les scanners de plaquettes utilisent le principe de la lithographie, qui est la méthode de structuration de presque tous les circuits intégrés fabriqués aujourd'hui. [40] En tant que tel, il constitue une étape clé dans le processus circulaire de fabrication de la micropuce illustrée à la figure 1. Les spécifications du scanner de plaquettes sont généralement exprimées en termes de superposition, de résolution, de mise au point et de débit. Superposition, qu'il s'agisse d'une superposition sur une seule machine (SMO) ou d'une superposition de machine correspondante mesurée sur le même système.

Source lumineuse : génération et contrôle de la lumière

La source de lumière est un système laser complexe, non linéaire, à entrées multiples et sorties multiples (MIMO). Dans ce système, la lumière est produite sous la forme d'un train d'impulsions de quelques kHz, appelé taux de répétition du laser. Le train d’impulsions est suivi d’un état de repos pendant lequel aucune lumière n’est produite, appelé intervalle de train d’impulsions. Il ressort de (1) que la longueur d’onde de la source lumineuse détermine directement la taille du motif imprimable.

Optique : Isolation et contrôle des vibrations

Le système optique de projection est au cœur de l'outil de lithographie car il forme une image du motif original du masque sur la plaquette. Dans les outils DUV, la lentille de projection contient généralement plusieurs éléments de lentille réfringente, tandis que dans les outils EUV, plusieurs miroirs multicouches sont utilisés. Dans les systèmes optiques, il existe généralement un cadre qui sert de référence de position pour les éléments optiques et les plates-formes. L'élément optique est soit activement contrôlé par rapport à la monture, soit physiquement connecté à celle-ci. Dans tous les cas, le cadre optique doit être exempt de vibrations afin de maintenir une position stable de l'élément optique pendant le fonctionnement. De plus, les mouvements à basse fréquence doivent être évités pour limiter la déformation du cadre lui-même.

Plateforme：Première partie - Contrôle de mouvement

Les systèmes de plates-formes de plaquettes et de masques sont des systèmes de positionnement rapides et précis pour un mouvement point à point (en série). Ce faisant, ces systèmes s’appuient fortement sur le contrôle des performances de suivi et de suppression des interférences.

Étape : Deuxième partie - Contrôle de la déformation thermique

En raison de la lumière d'exposition produite par la source lumineuse, le masque et la plaquette vont chauffer et se déformer partiellement. Cela entraîne un chevauchement des niveaux de tranche et des erreurs de focalisation. Ces problèmes sont appelés respectivement chauffage du masque et chauffage des plaquettes.

Perspectives

Le contrôle des scanners de plaquettes devrait continuer à bénéficier des théories et des méthodes dans le domaine des systèmes et des contrôles. Cela implique la théorie linéaire et non linéaire, le contrôle continu et numérique, le contrôle SISO et MIMO, le filtrage de Kalman, le contrôle adaptatif, l'identification du système, le contrôle stochastique, le contrôle du système de paramètres distribués et le contrôle d'apprentissage. Elle intervient également dans de nombreux domaines d'application, issus traditionnellement de diverses branches de la physique comme la mécanique classique, la thermodynamique, l'électromagnétisme et l'électronique, ou encore l'optique. En outre, d’autres domaines tels que les mathématiques et les statistiques jouent également un rôle important dans le contrôle des processus statistiques.

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