Halbleitermesstechnik: Positionierung ist entscheidend – Physics World

Halbleitermesstechnik: Positionierung ist entscheidend – Physics World

Zeitstempel: 19. Februar 2024, 9:12 Uhr

Spezialisierte Positionierungssubsysteme stellen Kernbausteine ​​für 3D-Oberflächenmess- und Inspektionslösungen für die Halbleiterindustrie dar

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Qualitätssicherung Plattformtechnologien von Prior Scientific und Queensgate werden in optische OEM-Inspektionssysteme für Forschung und Entwicklung sowie Serienfertigungsanwendungen in der gesamten Halbleiterlieferkette integriert. (Mit freundlicher Genehmigung: Queensgate)

Schwesterunternehmen Vorherige wissenschaftliche und Queensgate bieten ein diversifiziertes Portfolio an Basistechnologien, um die Hochgeschwindigkeits- und Präzisionspositionierungsanforderungen optischer 3D-Messsysteme zu unterstützen, die in der Halbleiterfertigung und in der angewandten Forschung und Entwicklung eingesetzt werden. Physik-Welt sprach mit Queensgate-Produktmanager Craig Goodman über neue Technologien und kommerzielle Möglichkeiten innerhalb der Halbleiter-Lieferkette.

Warum ist die berührungslose Oberflächenmesstechnik in der Halbleiterfertigung von entscheidender Bedeutung?

Mit der Umstellung der Halbleiterindustrie von 8-Zoll- auf 12-Zoll-Wafer (300 mm) und kleineren Strukturen auf diesen Wafern (bis hin zu 5 nm oder so ungefähr) wird die optische Inspektion dieser nanoskaligen Strukturen immer zuverlässiger, wiederholbar und mit hoher Geschwindigkeit und hoher Präzision immer wichtiger. Einfach ausgedrückt ist die optische 3D-Messtechnik ein Muss, da automatisierte Oberflächeninspektionssysteme erforderlich sind, mit denen Hunderttausende mikroelektronische Geräte auf einem einzigen 300-mm-Wafer bewertet werden können. Hier kommen unsere Positionierungstische zum Einsatz: ein echter „Sweet Spot“ für die von uns hergestellten piezoelektrischen Nanopositionierungs-Subsysteme und kapazitiven Sensoren.

Wie sieht Ihr adressierbarer Kundenstamm in der Halbleiterindustrie aus?

Bei Prior Scientific und Queensgate richten wir uns an Instrumenten-OEM-Hersteller, die unser Spektrum an Basistechnologien in die nächste Generation berührungsloser optischer Messsysteme für die 3D-Oberflächenprofilierung und -inspektion integrieren werden. Vorgelagert in der Innovationskette verkaufen wir auch eine Reihe von Positionierungssystemen an Halbleiterwissenschaftler und -ingenieure, die in angewandten Forschungs- und Entwicklungsumgebungen arbeiten.

Welchen Nutzen haben Ihre Positionierungsprodukte für Halbleiterhersteller?

Nach der Integration in optische OEM-Inspektionssysteme werden unsere Produkte zur Unterstützung der Prototypenentwicklung auf Material- und Geräteebene in Halbleiter-Forschungs- und Entwicklungslabors eingesetzt. In der Umgebung der Massenfertigung sind dieselben Oberflächenmesssysteme von entscheidender Bedeutung für die Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle, da sie Gerätedefekte und -ausfälle auf Waferebene beseitigen – also bevor diese Geräte in verpackte elektronische Komponenten integriert werden. Der Vorteil liegt auf der Hand: Durch die frühzeitige Erkennung von Fehlern im Testzyklus vermeiden Halbleiterhersteller, dass diese fehlerhaften Geräte in ein komplettes Paket eingebaut und später in der Produktionslinie bei elektrischen Tests entdeckt werden.

Warum legen Prior Scientific und Queensgate aus strategischer Sicht derzeit so viel Wert auf den Halbleitermarkt?

Für Technologielieferanten der Halbleiterindustrie eröffnen sich konvergierende Wachstumschancen. Auf der Schlagzeilenebene steht das Problem der Halbleitersicherheit im Zusammenhang mit der regionalen Chipknappheit während der COVID-Pandemie. Als Reaktion darauf unternehmen politische Entscheidungsträger in den USA, Europa und Großbritannien proaktive Maßnahmen zum Ausbau der inländischen Kapazitäten in der Halbleiterproduktion. Es gibt einen parallelen Technologietreiber, da die Massenproduktion auf 300-mm-Halbleiterwafer übergeht und Instrumentierungs-OEMs ihre optischen Messsysteme entsprechend umgestalten müssen. Was die Halbleiterindustrie standardmäßig wünscht, sind skalierbare und automatisierte optische Inspektionssysteme mit hohem Durchsatz, um die Effizienz der Arbeitsabläufe und die Produktqualität zu steigern.

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Craig Goodman „Für Technologielieferanten der Halbleiterindustrie eröffnen sich konvergierende Wachstumschancen.“ (Mit freundlicher Genehmigung: Queensgate)

Vermutlich ist die Quantentechnologiebranche auch ein Wachstumstreiber für Halbleiterunternehmen?

Richtig. Fortschritte in der Quantensensorik, der Quantenvernetzung und dem Quantencomputing versprechen bahnbrechende Technologien und Anwendungen, wobei bedeutende Bereiche der Materialforschung und -entwicklung sowie der Geräteentwicklung auf traditionellen Halbleiterherstellungsprozessen basieren. Die Dinge gehen schnell voran, und Unternehmen in der gesamten aufstrebenden Quantenlieferkette hoffen, eher früher als später vom Forschungs- und Entwicklungslabor zu nachhaltigen kommerziellen Anwendungen überzugehen.

Wie bleiben Prior Scientific und Queensgate bei Produktinnovationen immer einen Schritt voraus?

Wir arbeiten eng mit der Forschungsgemeinschaft zusammen, um unsere firmeninternen Technologieinnovationen voranzutreiben. Eine bemerkenswerte Fallstudie in dieser Hinsicht ist unsere fortlaufende F&E-Zusammenarbeit an. Nach der Installation können Sie HEIC-Dateien mit der Nationales physikalisches Labor (NPL), das britische National Measurement Institute. Mit Förderung von Analyse für Innovatoren (A4I) – ein Programm, das von ausgeführt wird Innovate UK, der britischen Innovationsagentur, haben wir kürzlich einen „tiefen Einblick“ in die Art und das Ausmaß parasitärer (außeraxialer) Bewegungsfehler in den mehrachsigen Nanopositionierungstischen von Queensgate unternommen. In Zusammenarbeit mit NPL-Wissenschaftlern führte diese detaillierte Untersuchung zu einer praktischen Korrektur- und Kalibrierungsmethode, um die durchgängige Qualitätssicherung im gesamten Queensgate-Portfolio piezobetriebener Nanopositionierungstische (sowie unterstützende Technologien wie Piezoaktoren, kapazitive Sensoren und Steuerelektronik) zu stärken und Software).

Wie sieht die Entwicklungs-Roadmap für Ihr Portfolio an Positionierungsprodukten im Jahr 2024 aus?

In Kürze werden wir unsere neuen Hochlastpositionierer auf den Markt bringen – zum Manövrieren des gesamten optischen Kopfs in einem berührungslosen Oberflächenmesssystem – und unser Angebot an Probenpositionierungstischen für 300-mm-Wafer (mit Mehrachsenfähigkeit) erweitern Belastbarkeit zur Unterstützung schwerer Wafer-Chucks). Ebenfalls in der Prototypenentwicklung und voraussichtlich im Laufe dieses Jahres vollständig kommerziell erhältlich ist ein Z-Achsen-Kipp-/Kipp-Probentisch für die fortschrittliche Siliziumwaferverarbeitung. Das Wichtigste zum Mitnehmen: Durch die Zusammenarbeit können Prior Scientific und Queensgate alle Ihre Positionierungsanforderungen für die 3D-Oberflächenmessung und -inspektion abdecken.

Grundlagentechnologien und Subsysteme für die 3D-Oberflächenmessung

Von Forschungsmikroskopen bis hin zu automatisierten Oberflächenabbildungssystemen bietet Prior Scientific motorisierte Positionierungstische, Roboterlader, Beleuchtungslösungen und andere Kernsubsysteme, um die messtechnischen Anforderungen der fortgeschrittenen Halbleiterforschung, -entwicklung und -fertigung zu unterstützen.

Der H105F von Prior ist zum Beispiel ein motorisierter XY-Schrittmotortisch (154 x 154 mm Verfahrweg), der große Proben wie Halbleiterwafer, Fotomasken und Leiterplatten aufnehmen kann. Als Teil derselben Produktfamilie bietet der H112 einen maximalen Verfahrbereich von 302 x 302 mm zur Aufnahme von 300-mm-Wafern (und gewährleistet gleichzeitig die Kompatibilität mit vielen Roboterarm-Waferladern).

Parallel dazu produziert Prior eine Reihe von motorisierte und manuelle Objektivrevolverbaugruppen zur Integration in neue oder bestehende kundenspezifische optische Systeme. Die Objektivrevolver reichen von einem Objektiv mit fester Vergrößerung für OEM-Anwendungen bis hin zu einem motorisierten Objektivrevolver mit sechs Positionen für automatisierte Scananwendungen, die mehrere Objektive erfordern.

Passend zum Produktangebot von Prior Scientific stellt das Schwesterunternehmen Queensgate schnelle, hochpräzise Piezotische und kapazitive Sensoren mit niedrigen Pikometerauflösungen für Nanopositionierungssysteme her, die bei der Halbleiterwafer- und Maskeninspektion eingesetzt werden.

Der WP-Z-120A Wafer-Positionierungssystem ist ein typisches Beispiel. Der Tisch wurde für Anwendungen mit hohem Durchsatz entwickelt und kombiniert Reaktionszeiten im Millisekundenbereich mit reibungsloser Bewegung über einen geschlossenen Regelkreisbereich von 120 µm. Das Produkt kann 300-mm-Wafer und Wafer-Chucks mit einem Gewicht von bis zu 8 kg verarbeiten.

Zu den weiteren Kernsubsystemen im Queensgate-Portfolio gehören OP400 und OP800 Piezo-Objektivscanner – bietet einen Verfahrweg von bis zu 400 bzw. 800 µm, mit kapazitiven Sensoren, die eine Positionierungsauflösung und Wiederholgenauigkeit im Sub-nm-Bereich ermöglichen. Mittlerweile sind OEM-Optionen für eine Familie von verfügbar „Hochlast“-Z-Positionierer zur Positionierung des gesamten optischen Systems in einem 3D-Oberflächenmessaufbau (und kompatibel mit Lasten bis 15 kg und Verfahrwegen bis 300 µm).

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