晶圓高精度檢測與預(yù)對準技術(shù)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)的要求到了非常苛刻的地步，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(jié)果直接影響整機精度和生產(chǎn)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(yù)對準，來保證納米級精對準的實現(xiàn)。因此，晶圓預(yù)對準平臺就是保證晶圓傳輸精度的關(guān)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(yù)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(nèi)晶圓預(yù)對準裝置的關(guān)鍵技術(shù)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(yù)對準分系統(tǒng)技術(shù)指標和狹小空間的要

3、求，設(shè)計了一款能在規(guī)定的狹小空間內(nèi)能可靠工作的低成本微米級定位的晶圓預(yù)對準系統(tǒng)。設(shè)計了機構(gòu)緊湊的四自由度執(zhí)行機構(gòu)(X-Y-θ-Z)，以實現(xiàn)水平、旋轉(zhuǎn)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(gòu)，配合旋轉(zhuǎn)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(shè)計以轉(zhuǎn)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(yīng)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(jié)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(yīng)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(yù)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(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)誤差和傳感器安裝偏心誤差、引起晶圓

6、預(yù)對準調(diào)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(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)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(shù)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(shè)計了靜態(tài)誤差的自檢法和外設(shè)檢測法，用自檢檢測結(jié)果對比外設(shè)檢測結(jié)果，驗證了自檢法的可行性。
　　 五、搭建了晶圓預(yù)對準重復(fù)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(yù)對