Piezobasierte Aktoren und Nanopositioniersysteme von piezosystem jena sind Schlüsseltechnologien in der Halbleiterfertigung, die eine präzise Steuerung auf Nanometer- und Subnanometerebene ermöglichen. Ihre hohe Steifigkeit, ihr schnelles dynamisches Ansprechverhalten und ihre exzellente thermische Stabilität machen sie unverzichtbar für die Waferbearbeitung, die lithografische Ausrichtung, die Inspektion und die Verpackungsschritte. Mit geschlossenem Regelkreis und reinraumtauglichem Design unterstützen diese Systeme die zunehmenden Präzisions- und Durchsatzanforderungen moderner Halbleiterproduktionsprozesse.
Waferverarbeitung (Vom Silizium zum Wafer)
In der ersten Phase der Umwandlung von Siliziumblöcken in Wafer spielen piezoelektrische Systeme eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung von Präzision und Qualität.
- Schneiden und Polieren von Wafern: Piezobasierte Positioniersysteme werden sowohl beim Schneiden als auch beim Polieren der Wafer eingesetzt. Während des Schneidens ist die Aufrechterhaltung einer konstanten und präzisen Waferdicke (zwischen 280 und 725 Mikrometern) entscheidend. Objektivpositionierer wie die MIPOS-Serie bieten eine Auflösung im Subnanometerbereich und ermöglichen eine dynamische Überwachung der gesamten Wafertiefe, ohne dass die bei herkömmlichen Systemen üblichen Vibrationen auftreten. Wenn diese Positionierer in Feedback-Kontrollsysteme integriert werden, ermöglichen sie Echtzeitanpassungen, die ein gleichmäßiges Slicing und die sofortige Darstellung aller Defekte zur Prozessverbesserung gewährleisten.
- Polieren von Wafern: Nach dem Schneiden der Wafer können piezobasierte Aktoren wie die Serie PA den Druck von Polierinstrumenten auf die Siliziumwaferoberfläche steuern. Diese präzise Steuerung trägt dazu bei, die Oberflächenglätte zu verbessern, die Defektdichte zu reduzieren und den Waferverzug zu minimieren.
- Wafer-Inspektion: Mehrachsen-Tische, wie die TRITOR-Serie von piezosystem jena, sind auch für die Waferinspektion von entscheidender Bedeutung. Piezoelektrische Objektivpositionierer bieten exzellente Autofokus-Lösungen für die Mikroskopie, die für die Defekterkennung und Qualitätssicherung von Wafern entscheidend sind. Hochstabile Bewegungsprofile und minimales Cross-Axis-Talk sind dabei unerlässlich.
Front-End-Fertigung (vom Wafer zur Halbleiterscheiben)
Während des komplexen Prozesses der Herstellung einzelner Halbleiterscheiben auf dem Wafer werden piezoelektrische Systeme in verschiedenen kritischen Schritten eingesetzt.
- Lithografie In EUV-Lithografiemaschinen (wie denen von ASML) sind Piezos für die hochpräzise Bewegung und Positionierung absolut entscheidend. Piezos werden bei der Positionierung des Wafers und der Maske (Reticle) im Nanometerbereich eingesetzt, wo sie ultraschnelle, hochpräzise Anpassungen ermöglichen und gleichzeitig die durch den Maschinenbetrieb verursachten Vibrationen aktiv dämpfen. Eine weitere Anwendung ist die perfekte Ausrichtung von Spiegeln durch Echtzeitanpassung für Neigung, Fokus und Formkorrektur. In DUV-Lithografiemaschinen werden 3-dimensionale piezoelektrische Positioniertische verwendet, um schwere 300-mm-Wafer auf Waferchucks mit Sub-Nanometer-Auflösung auszurichten. Eine präzise Ausrichtung der Wafer ist während des Lithografieprozesses unerlässlich, um Defekte zu vermeiden und die Ausbeute zu maximieren.
- Chemische Gasphasenabscheidung (CVD): Eine neue Anwendung besteht in der Verwendung kompakter piezoelektrischer Stapelaktoren als Ventilvorrichtungen in den chemischen Leitungen von CVD-Anlagen. Diese Aktoren ermöglichen eine schnelle, präzise und gleichmäßige Zufuhr fein verdampfter Chemikalien für die Abscheidung von Fotolackschichten im Submikrometerbereich auf dem Siliziumwafer. Ihre hohe Betriebslebensdauer ohne Verschleiß oder Ausrichtungsfehler ist für die kontinuierliche Verarbeitung von Vorteil. Die Eigenschaften von Piezosystemen – hohe Kraft, schnelle Reaktion, kein Spiel, ultrafeine Bewegung – bieten einen besonderen Vorteil bei dieser Anwendung.
- Systeme für Inspektion und Defektdetektion: Piezoelektrische Positioniersysteme sind für hochpräzise Halbleiterprüfanwendungen unverzichtbar. Sie bieten eine Steuerung im Nanometerbereich, eine hohe Dynamik und eine ausgezeichnete Stabilität.
- Maskeninspektion: Piezoelektrische Objektivscanner ermöglichen eine schnelle, hochauflösende Inspektion von Fotomasken und erkennen Defekte im Submikrometer- und Nanometerbereich in kritischen Strukturmerkmalen vor der Waferbelichtung. Mehrachsige Piezotische (Kipp- und Neigungssystem, wie die PENTOR-Serie von piezosystems jena) sorgen für eine präzise Positionierung und Abtastung der Fotomaskenoberfläche bei hohem Durchsatz, wobei die Systemstabilität auch bei dynamischem Dauerbetrieb erhalten bleibt.
- Defekt-Inspektion: Bei der Defektinspektion auf Waferebene ermöglichen piezobetriebene Nanopositioniertische und Objektivantriebe ein schnelles, großflächiges Scannen mit hoher Wiederholbarkeit. Ihre hohe Steifigkeit, minimale Hysterese und dynamische Linearität sind für die Erkennung und Klassifizierung von Defekten in Mustern, Abweichungen von kritischen Abmessungen (CD) und Partikelkontaminationen unerlässlich. Piezotische mit geschlossenem Regelkreis, die kapazitive oder Dehnungsmessstreifen-Sensoren verwenden, sorgen für eine konstante Positionierung im Subnanometerbereich über längere Prüfzyklen hinweg, was die Systemzuverlässigkeit verbessert und die Fehlerrate reduziert. Piezosystem Jena hat seine TRITOR-Serie mit CAP-Sensor für höchste Positionsstabilität und Linearität in der Bewegung entwickelt.
- E-Beam-Prüfung: Bei Bauelementen mit fortgeschrittenen Knoten (5 nm und darunter) verwenden E-Beam-Inspektionssysteme Piezo-Wafertische, um einzelne Chips unter einem fein fokussierten Elektronenstrahl präzise auszurichten und zu scannen. Piezo-Objektivpositionierer wie der MIPOS Serie, der in die E-Beam-Säule eingebettet ist, justieren kontinuierlich die Linsenelemente und die Strahlsteuerungsoptik, um die Fokuspräzision im Sub-Nanometerbereich zu erhalten. Dies ermöglicht eine genaue Fehlerlokalisierung auf atomarer Ebene bei gleichzeitiger Minimierung von Drift, Strahlunschärfe und Prüfzeit. Darüber hinaus erhöhen reaktionsschnelle Piezo-Aktuatoren den Durchsatz in Mehrstrahl-E-Beam-Systemen, indem sie ein schnelles Field Stitching und eine Strahlstabilisierung ermöglichen.
Die wichtigsten technischen Vorteile von Piezosystemen in der Inspektion:
- Sub-Nanometer-Präzision für die Erkennung kritischer Merkmale
- Hochgeschwindigkeitsdynamik (Bandbreiten >1 kHz in einigen Ausführungen)
- Minimaler thermischer Drift, unerlässlich für lange Inspektionsläufe
- Geringe Partikelbildung für Reinraumkompatibilität
- Geschlossener Regelkreis mit Rückführungsgenauigkeit im Nanometerbereich
- Vibrationskontrolle: Piezoelektrische Aktoren können eingesetzt werden, um elektrische Geräusche und Vibrationen, die während verschiedener Prüfschritte entstehen, zu dämpfen. Durch die Einführung einer Gegenreaktion helfen sie, zusätzliche Defekte oder Anomalien zu minimieren, die durch Umgebungsgeräusche oder den Betrieb von Maschinen verursacht werden. Die Antriebsfrequenzen reichen von 5-70kHz, eine unglaubliche Geschwindigkeit, die durch die hpower-Aktoren von piezosystem jena realisiert wird.
Back-End-Packaging (von Halbleiterscheibe zum fertigen Gerät)
In der letzten Phase der Verpackung von Siliziumwürfeln bieten piezobasierte Bewegungssysteme Lösungen für das Fine-Pitch-Bonding und die Reinigung der Bauteile.
- Drahtbonden: Piezoelektrische Aktoren werden verwendet, um Ultraschallfrequenzen zu erzeugen, die für die Herstellung dauerhafter und kleiner metallurgischer Verbindungen zwischen einzelnen Matrizen und dem Leadframe mit feinen Aluminium- oder Golddrähten erforderlich sind. Diese Miniaturaktoren liefern Ultraschallsignale mit hoher Wiederholbarkeit und abstimmbaren Frequenzgängen, um unterschiedlichen Anforderungen an das Drahtbonden gerecht zu werden.
- Reinigung von Bauteilen: Die piezoelektrische Technologie garantiert eine fortschrittliche Reinigung von Bauteilen, insbesondere bei engen, verborgenen Oberflächen in 3D-NAND- und tiefen DRAM-Kondensatoren. Leistungsstarke piezoelektrische Aktoren und Shaker können die Bubble-Cavitation-Technologien verbessern, indem sie präzise Signalausgänge und kompakte Gerätegrößen liefern. Während häufig Megaschallfrequenzen verwendet werden, können piezoelektrische Systeme eine präzisere Frequenzsteuerung innerhalb einer geringeren Bandbreite bieten, was die Produktivität und Effizienz des Kavitationsprozesses für die Reinigung komplexer 3D-Strukturen und hoher Aspektverhältnisse verbessern kann, ohne empfindliche Merkmale zu beschädigen. Herausragend ist hier der piezobasierte Shaker aus der hpower-Serie PiSha von piezosystem jena mit Arbeitsfrequenzen von 100kHz, sogar über seine eigene Resonanzfrequenz hinaus.
Präzisionslösungen für Hersteller von Halbleitern
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