晶圓高精度檢測與預對準技術的研究.pdf

1、步進掃描投影光刻機，當芯片光刻特征線寬從微米級發(fā)展到納米級時，對各個分系統(tǒng)的要求到了非?？量痰牡夭?，使原來近乎獨立的晶圓傳輸系統(tǒng)直接參與到整機中來，它的傳輸結果直接影響整機精度和生產效率。對于100nm線寬的光刻機，要求精對準精度小于10nm，在晶圓傳輸過程中，機械手從片盒取出的晶圓存在±2mm范圍的隨機偏心以及隨機缺口方向，在工程中要從毫米級一次對準到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之前要先進行微米級

2、晶圓預對準，來保證納米級精對準的實現(xiàn)。因此，晶圓預對準平臺就是保證晶圓傳輸精度的關鍵部件。本課題在國家863計劃重大項目(編號：200X AA4C3000)和上海市重點項目《100nm步進掃描投影光刻機之課題四——8英寸晶圓的預對準系統(tǒng)的研究》支持下，以100nm線寬的光刻機為對象，對狹小空間內晶圓預對準裝置的關鍵技術進行了系統(tǒng)的研究，主要有以下幾個方面：
　　 一、根據(jù)步進掃描投影光刻機對晶圓預對準分系統(tǒng)技術指標和狹小空間的要

3、求，設計了一款能在規(guī)定的狹小空間內能可靠工作的低成本微米級定位的晶圓預對準系統(tǒng)。設計了機構緊湊的四自由度執(zhí)行機構(X-Y-θ-Z)，以實現(xiàn)水平、旋轉和垂向的運動；采用了小體積、高采樣率的激光位移傳感器和光透傳感器融合感知機構，配合旋轉掃描運動，可實現(xiàn)晶圓邊緣整周檢測。
　　 二、研究基于激光檢測的晶圓邊緣精確測量法。設計以轉臺編碼為數(shù)據(jù)采集卡外部觸發(fā)信號的采集原理，實現(xiàn)各傳感器數(shù)據(jù)采集的同步性與實時性。由于激光傳感器數(shù)據(jù)受尖脈沖

4、干擾嚴重，分析各種濾波算法的應用特點，提出一種改進的防脈沖濾波算法，根據(jù)最小方差原理確定濾波參數(shù)，實驗結果表明該濾波算法可以有效地消除尖脈沖，同時大大減少后續(xù)處理的計算量。對缺口段數(shù)據(jù)超量程點進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，具有形心識別精度高，抗干擾能力強，可以適用于任意形狀的物體。缺口方向的識別分兩步——先識

5、別缺口角點，角點之間的數(shù)據(jù)段再代入分區(qū)域積分組合形心法計算缺口形心。當晶圓無偏時，提出一種基于傳感器邊緣檢測閾值分割的角點識別方法；當晶圓帶偏時，提出一種基于坐標平移的變化率極值角點識別方法。應用無偏和帶偏兩種缺口方向識別算法，分別提出晶圓形心、缺口異步與同步兩種預對準算法。
　　 四、提出了系統(tǒng)誤差補償綜合算法。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誤差的轉臺回轉誤差和傳感器安裝偏心誤差、引起晶圓

6、預對準調整誤差的水平向位移臺平行度和垂向位移臺垂直度安裝誤差。對轉臺回轉的動態(tài)誤差，通過渦流傳感器在線芯軸檢測，提出了改進的兩點法誤差分離技術對其進行補償。對傳感器以及位移臺的安裝的靜態(tài)誤差，通過檢測獲取誤差值，然后建立誤差修正模型對誤差進行補償。設計了靜態(tài)誤差的自檢法和外設檢測法，用自檢檢測結果對比外設檢測結果，驗證了自檢法的可行性。
　　 五、搭建了晶圓預對準重復性定位精度檢測的實驗平臺，針對文中提出的晶圓異步與同步兩種預對