Controllo degli scanner per wafer: metodi e sviluppi

L'odierna economia dell'informazione, compresi paradigmi come l'Internet delle cose e l'era dei big data, si fonda su mezzo secolo di sviluppi tecnologici nel settore dei semiconduttori basati sulla legge di Moore. Si ritiene che il principale fattore tecnologico alla base di questi sviluppi sia il processo di litografia, poiché fornisce lo standard attuale per la produzione di microchip in modo economicamente vantaggioso. La fotolitografia è un processo chiave negli scanner per wafer, le macchine utilizzate per realizzare microchip.

Con un prezzo di listino compreso tra $ 10.000.000 e $ 150.000.000, le macchine per la litografia sono costituite da una serie di sistemi meccatronici altamente complessi che combinano un'elevata produttività con un'elevata precisione. In termini di produttività, le moderne macchine litografiche possono elaborare circa 280 wafer all'ora, mentre occorrono meno di 10 secondi per esporre un wafer da 300 mm contenente circa 100 campi di esposizione. Ciascun campo consente di creare chip di processore complessi attraverso un processo di scansione. La scansione viene eseguita comandando una serie di movimenti punto a punto collegati, durante i quali le specifiche di tracciamento del sistema di movimento dello scanner sono per lo più nell'intervallo (sub-) nanometrico.

La macchina litografica è composta da diversi sottosistemi principali. Ad esempio, sorgenti luminose, ottiche di illuminazione, sistemi di maschere e wafer e robot per la movimentazione dei materiali, questi sottosistemi sono sistemi meccatronici ad alta precisione che fanno ampio uso di controlli avanzati per soddisfare le specifiche.

Scanner per wafer

Gli scanner per wafer utilizzano il principio della litografia, che è il metodo di modellazione per quasi tutti i circuiti integrati prodotti oggi. [40] In quanto tale, fornisce un passaggio chiave nel processo circolare di produzione del microchip mostrato nella Figura 1. Le specifiche dello scanner per wafer sono generalmente espresse in termini di sovrapposizione, risoluzione, messa a fuoco e produttività. Sovrapposizione, sia che si tratti di una sovrapposizione a macchina singola (SMO) o di una sovrapposizione di macchine corrispondenti misurata sullo stesso sistema.

Sorgente luminosa: generazione e controllo della luce

La sorgente luminosa è un sistema laser complesso, non lineare, con ingressi multipli e uscite multiple (MIMO). In questo sistema la luce viene prodotta sotto forma di un treno di impulsi di pochi kHz, chiamato frequenza di ripetizione del laser. Il treno di impulsi è seguito da uno stato di quiescenza durante il quale non viene prodotta luce, chiamato intervallo del treno di impulsi. Da (1) si può vedere che la lunghezza d'onda della sorgente luminosa determina direttamente la dimensione dell'elemento stampabile.

Ottica: Isolamento e controllo delle vibrazioni

Il sistema ottico di proiezione è il cuore dello strumento di litografia poiché forma un'immagine del modello originale sulla maschera sul wafer. Negli strumenti DUV, la lente di proiezione contiene solitamente più elementi di lenti rifrangenti, mentre negli strumenti EUV vengono utilizzati più specchi multistrato. Nei sistemi ottici è solitamente presente una cornice che funge da riferimento di posizione per gli elementi ottici e le piattaforme. L'elemento ottico è controllato attivamente rispetto alla montatura oppure collegato fisicamente ad essa. In ogni caso, la montatura ottica dovrebbe essere esente da vibrazioni per mantenere una posizione stabile dell'elemento ottico durante il funzionamento. Inoltre, è opportuno evitare movimenti a bassa frequenza per limitare la deformazione del telaio stesso.

Piattaforma: prima parte: controllo del movimento

I sistemi con piattaforma wafer e maschera sono sistemi di posizionamento rapidi e precisi per il movimento punto a punto (in serie). In tal modo, questi sistemi fanno molto affidamento sul controllo per il monitoraggio delle prestazioni e la soppressione delle interferenze.

Fase: Seconda Parte - Controllo della deformazione termica

A causa della luce di esposizione prodotta dalla sorgente luminosa, sia la maschera che il wafer si surriscaldano e si deformano parzialmente. Ciò si traduce in sovrapposizioni a livello di wafer ed errori di messa a fuoco. Questi problemi sono chiamati rispettivamente riscaldamento della maschera e riscaldamento del wafer.

Veduta

Si prevede che il controllo degli scanner per wafer continuerà a beneficiare di teorie e metodi nel campo dei sistemi e dei controlli. Ciò coinvolge la teoria lineare e non lineare, il controllo continuo e digitale, il controllo SISO e MIMO, il filtraggio di Kalman, il controllo adattivo, l'identificazione del sistema, il controllo stocastico, il controllo del sistema a parametri distribuiti e il controllo dell'apprendimento. È anche coinvolto in molti campi di applicazione, tradizionalmente da vari rami della fisica come la meccanica classica, la termodinamica, l'elettromagnetismo, l'elettronica e l'ottica. Inoltre, anche altri campi come la matematica e la statistica svolgono un ruolo importante nel controllo statistico dei processi.

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