晶圓高精度檢測(cè)與預(yù)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)的研究.pdf

1、步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)，當(dāng)芯片光刻特征線寬從微米級(jí)發(fā)展到納米級(jí)時(shí)，對(duì)各個(gè)分系統(tǒng)的要求到了非常苛刻的地步，使原來(lái)近乎獨(dú)立的晶圓傳輸系統(tǒng)直接參與到整機(jī)中來(lái)，它的傳輸結(jié)果直接影響整機(jī)精度和生產(chǎn)效率。對(duì)于100nm線寬的光刻機(jī)，要求精對(duì)準(zhǔn)精度小于10nm，在晶圓傳輸過(guò)程中，機(jī)械手從片盒取出的晶圓存在±2mm范圍的隨機(jī)偏心以及隨機(jī)缺口方向，在工程中要從毫米級(jí)一次對(duì)準(zhǔn)到10nm的精度是非常困難的，目前普遍采用的方法是晶圓在傳送到工件臺(tái)之前要先進(jìn)行微米級(jí)

2、晶圓預(yù)對(duì)準(zhǔn)，來(lái)保證納米級(jí)精對(duì)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)。因此，晶圓預(yù)對(duì)準(zhǔn)平臺(tái)就是保證晶圓傳輸精度的關(guān)鍵部件。本課題在國(guó)家863計(jì)劃重大項(xiàng)目(編號(hào)：200X AA4C3000)和上海市重點(diǎn)項(xiàng)目《100nm步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)之課題四——8英寸晶圓的預(yù)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的研究》支持下，以100nm線寬的光刻機(jī)為對(duì)象，對(duì)狹小空間內(nèi)晶圓預(yù)對(duì)準(zhǔn)裝置的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要有以下幾個(gè)方面：
　　 一、根據(jù)步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)對(duì)晶圓預(yù)對(duì)準(zhǔn)分系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)和狹小空間的要

3、求，設(shè)計(jì)了一款能在規(guī)定的狹小空間內(nèi)能可靠工作的低成本微米級(jí)定位的晶圓預(yù)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了機(jī)構(gòu)緊湊的四自由度執(zhí)行機(jī)構(gòu)(X-Y-θ-Z)，以實(shí)現(xiàn)水平、旋轉(zhuǎn)和垂向的運(yùn)動(dòng)；采用了小體積、高采樣率的激光位移傳感器和光透?jìng)鞲衅魅诤细兄獧C(jī)構(gòu)，配合旋轉(zhuǎn)掃描運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)晶圓邊緣整周檢測(cè)。
　　 二、研究基于激光檢測(cè)的晶圓邊緣精確測(cè)量法。設(shè)計(jì)以轉(zhuǎn)臺(tái)編碼為數(shù)據(jù)采集卡外部觸發(fā)信號(hào)的采集原理，實(shí)現(xiàn)各傳感器數(shù)據(jù)采集的同步性與實(shí)時(shí)性。由于激光傳感器數(shù)據(jù)受尖脈沖

4、干擾嚴(yán)重，分析各種濾波算法的應(yīng)用特點(diǎn)，提出一種改進(jìn)的防脈沖濾波算法，根據(jù)最小方差原理確定濾波參數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該濾波算法可以有效地消除尖脈沖，同時(shí)大大減少后續(xù)處理的計(jì)算量。對(duì)缺口段數(shù)據(jù)超量程點(diǎn)進(jìn)行拉格朗日線性插值，完整再現(xiàn)晶圓邊緣整周數(shù)據(jù)。
　　 三、提出了分區(qū)域積分組合晶圓形心和缺口方向特征識(shí)別算法。此方法與最小二乘圓擬合法做性能分析比較，具有形心識(shí)別精度高，抗干擾能力強(qiáng)，可以適用于任意形狀的物體。缺口方向的識(shí)別分兩步——先識(shí)

5、別缺口角點(diǎn)，角點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)段再代入分區(qū)域積分組合形心法計(jì)算缺口形心。當(dāng)晶圓無(wú)偏時(shí)，提出一種基于傳感器邊緣檢測(cè)閾值分割的角點(diǎn)識(shí)別方法；當(dāng)晶圓帶偏時(shí)，提出一種基于坐標(biāo)平移的變化率極值角點(diǎn)識(shí)別方法。應(yīng)用無(wú)偏和帶偏兩種缺口方向識(shí)別算法，分別提出晶圓形心、缺口異步與同步兩種預(yù)對(duì)準(zhǔn)算法。
　　 四、提出了系統(tǒng)誤差補(bǔ)償綜合算法。該方法從分析影響系統(tǒng)定位精度的主要誤差源出發(fā)，發(fā)現(xiàn)了引起晶圓邊緣檢測(cè)誤差的轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)誤差和傳感器安裝偏心誤差、引起晶圓

6、預(yù)對(duì)準(zhǔn)調(diào)整誤差的水平向位移臺(tái)平行度和垂向位移臺(tái)垂直度安裝誤差。對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)誤差，通過(guò)渦流傳感器在線芯軸檢測(cè)，提出了改進(jìn)的兩點(diǎn)法誤差分離技術(shù)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)傳感器以及位移臺(tái)的安裝的靜態(tài)誤差，通過(guò)檢測(cè)獲取誤差值，然后建立誤差修正模型對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。設(shè)計(jì)了靜態(tài)誤差的自檢法和外設(shè)檢測(cè)法，用自檢檢測(cè)結(jié)果對(duì)比外設(shè)檢測(cè)結(jié)果，驗(yàn)證了自檢法的可行性。
　　 五、搭建了晶圓預(yù)對(duì)準(zhǔn)重復(fù)性定位精度檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，針對(duì)文中提出的晶圓異步與同步兩種預(yù)對(duì)