Studju tal-Każ: Kamera b'Veloċità Għolja Tgħin biex Timbotta l-Limiti fuq il-Metroloġija tas-Semikondutturi
Esperimenti ġodda minn istitut ta' riċerka bbażat fl-Olanda jiddependu fuq il-qbid ta' immaġni b'veloċità għolja ta' Emergent biex itaffu l-isfidi tal-vibrazzjoni f'kunċett ġdid ta' metroloġija overlay.
Biex tlaħħaq mal-Liġi ta' Moore — bażi tal-innovazzjoni li tbassar li n-numru ta' transistors fuq mikroċipp se jirdoppja madwar kull sentejn — l-industrija tas-semikondutturi tkompli timbotta kontra l-limiti fundamentali. Din hija l-kamra tat-tmunier li fiha l- Ċentru ta' Riċerka Avvanzata għan-Nanolitografija (ARCNL) f'Amsterdam tgħix — fost l-isfidi xjentifiċi estremi li jagħmlu din l-industrija taħdem sew.
F’din id-dinja tal-fabbrikazzjoni tas-semikondutturi, l-iżgħar vibrazzjonijiet jistgħu jikkawżaw l-akbar problemi — jiġifieri, li jkollhom jiskrappjaw wejfer ipproċessat li jista’ jiswa eluf ta’ dollari. Filwaqt li qed jaħdmu biex isolvu l-isfidi tekniċi futuri fil-qasam tal-manifattura taċ-ċipep tas-semikondutturi, l-ARCNL żviluppaw metodu biex jegħlbu s-sensittivitajiet inerenti fit-tipi ta’ tekniki interferometriċi li l-manifattur tat-tagħmir se jkollu bżonn biex jiżgura l-eżattezza fil-manifattura taċ-ċipep.
Twettiq tal-Wegħda tal-Mikroskopija Olografika Diġitali
Hekk kif id-daqsijiet taċ-ċirkwiti jkomplu jiċkienu, il-mikroskopija olografika diġitali (DHM) intweriet li hija teknika promettenti ta' kejl interferometriku għall-metroloġija tal-overlay futura. Id-DHM tintuża biex titkejjel l-eżattezza tal-allinjament tas-saffi taċ-ċippa fuq il-wejfers tas-semikondutturi. Madankollu, it-teknika hija intrinsikament sensittiva għal varjazzjonijiet mhux mixtieqa fil-fażi, li jwasslu għal distorsjoni fil-kwalità tal-immaġni kkawżata minn vibrazzjonijiet mekkaniċi u turbulenza tal-arja.
Id-DHM jaħdem tajjeb f'ambjent ta' laboratorju, iżda l-implimentazzjoni tiegħu fid-dinja reali hija fejn issir diffiċli, tinnota Tamar Cromwijk, riċerkatriċi fl-ARCNL u studenta tal-PhD fil-Vrije Universiteit f'Amsterdam, u awtriċi ewlenija fuq Artiklu ta’ riċerka ppubblikat fil-ħarġa tas-7 ta’ Ottubru ta’ Optics Express. “Fid-dinja reali, il-preċiżjoni tal-metodi interferometriċi bħad-DHM hija affettwata mill-vibrazzjonijiet,” tgħid hi.
F'ambjent ta' produzzjoni b'rendiment għoli, wejfer tas-semikonduttur jiċċaqlaq b'veloċitajiet li jvarjaw malajr f'għodda tal-metroloġija, li jirriżulta f'aċċelerazzjonijiet kbar, u dan jikkawża l-akbar tħassib għall-vibrazzjoni, jispjega Cromwijk.
“Hija sfida teknika enormi li rridu nsolvu. Trid tkun malajr kemm jista’ jkun bil-metroloġija tiegħek, allura trid tibda tkejjel waqt li jkun hemm vibrazzjonijiet mekkaniċi. Allura dik hija l-kawża numru wieħed,” tgħid hi. Vibrazzjonijiet oħra, bħal varjazzjonijiet fit-temperatura u l-moviment tal-fannijiet, jikkontribwixxu wkoll għall-problema. “Dan kollu jikkontribwixxi għal varjazzjoni totali tal-fażi li tiddegrada l-kwalità tal-kejl, u dan huwa dak li qed nippruvaw innaqqsu.”
Flimkien mal-Kunsill tar-Riċerka Olandiż, l-Università ta' Amsterdam, il-Vrije Universiteit, u l-Università ta' Groningen, l-ARCNL topera fi sħubija diretta ma' manifattur tat-tagħmir, li jara potenzjal fid-DHM jekk il-limitazzjonijiet tiegħu jistgħu jingħelbu.
Kamera b'Veloċità Għolja Tippermetti Korrezzjoni
Biex jikkoreġu t-telf tal-kuntrast maħluq mill-vibrazzjonijiet, ir-riċerkaturi tal-ARCNL ħarġu b'metodu bbażat fuq korrezzjoni komputazzjonali b'veloċità għolja tal-impatt tal-vibrazzjonijiet. Kamera b'veloċità għolja tintuża biex taqbad sekwenza ta' ologrammi diġitali biex issegwi l-vibrazzjoni bħala funzjoni taż-żmien. Billi ssegwi u tinterpola l-bidliet fil-fażi bejn l-espożizzjonijiet, is-sistema tista' tikkumpensa għat-telf tal-kuntrast tal-immaġni fl-ologrammi. Fl-aħħar mill-aħħar, dan iwassal għal immaġini mtejba għal kejl ta' sovrapożizzjoni aktar preċiż.
“Jekk insegwu dik il-fażi matul iż-żmien, allura nistgħu nikkoreġuha wara. Imma nistgħu nsegwu biss x'kienu qed jagħmlu l-vibrazzjonijiet jekk inkunu aktar mgħaġġla mill-vibrazzjoni nnifisha,” jgħid Cromwijk. “Allura għalhekk neħtieġu l-kamera b'veloċità għolja — biex niżolaw u nsegwu l-imġiba tal-fażi tal-vibrazzjonijiet.”
Kemm fis-setup interferometriku sperimentali tiegħu kif ukoll fis-setup tal-mitigazzjoni tal-vibrazzjoni tiegħu fid-DHM, it-tim tar-riċerka qed juża Kamera HZ-2000-GM 100GigE minn Emergent Vision Technologies, li għandha sensur tal-immaġni CMOS Gpixel GSPRINT4502. B'riżoluzzjoni sħiħa (2048 x 1216 pixel), il-kamera tikseb 3462fps fil-modalità ta' 8-bit u 1782fps fil-modalità ta' 10-bit. Għal dan ix-xogħol, ir-riċerkaturi qed jużaw il-kamera b'1000fps fil-modalità ta' 10-bit.
Il-veloċità għolja u r-riżoluzzjoni għolja tal-kamera huma t-tnejn kritiċi għal din l-esperimentazzjoni, tgħid Cromwijk. “Għandna sensur ta’ 2.5 megapixel, u l-abbiltà li naqraw dik l-informazzjoni kollha b’veloċità daqshekk għolja, dik mhix xi ħaġa li kull kamera tista’ tagħmel,” tgħid hi. “Hija l-veloċità, ir-riżoluzzjoni mill-pixels żgħar, u mbagħad l-abbiltà li naqraw 250 frejm f’buffer wieħed, sabiex inkunu nistgħu nkejlu fuq żmien pjuttost twil.”
Id-daqs kompatt tal-kamera ta' Emergent huwa importanti wkoll. It-tim tal-ARCNL eżamina kameras oħra b'veloċità għolja, iżda mhux biss kienu għaljin ħafna, jgħid Cromwijk, iżda kienu enormi. "Ma nistgħux inpoġġuha f'breadboard, u nixtiequ nuru li s-soluzzjoni tagħna hija kosteffettiva mingħajr ma nissagrifikaw il-prestazzjoni."
Figura 1: Fil-laboratorju fiċ-Ċentru ta' Riċerka Avvanzata għan-Nanolitografija (ARCNL), ir-riċerkaturi jużaw kamera b'veloċità għolja biex isegwu u jikkoreġu l-varjazzjonijiet tal-fażi kkawżati minn vibrazzjonijiet mekkaniċi waqt il-mikroskopija olografika diġitali (DHM).
Is-Setup tad-DHM
Ir-riċerkaturi tal-ARCNL l-ewwel ivverifikaw il-kunċett tat-teknika tagħhom ta’ mitigazzjoni tal-vibrazzjoni fuq setup sempliċi ta’ interferometru Michelson. F’dan il-proċess, id-dawl minn sors ta’ dawl abjad supercontinuum jiġi ffiltrat minn filtru ottiku akustiku li jista’ jiġi aġġustat (AOTF) biex jinkiseb it-tul ta’ mewġa mixtieq. B’raġġ splitter 50:50, ir-raġġ ta’ 632 nm jinqasam f’raġġ ta’ illuminazzjoni lejn mera waħda u raġġ ta’ referenza lejn mera oħra. It-tqegħid tal-ewwel mera f’angolu żgħir joħloq disinn dens ta’ franġi, simili għal disinn ta’ franġi fl-olografija barra mill-assi. Lil hinn mir-raġġ splitter, lenti timmaġina l-uċuħ tal-mera fuq il-kamera b’veloċità għolja. It-tim jikkontrolla t-tulijiet tal-mogħdija ottika billi jċaqalqu l-ewwel mera, fejn iżidu wkoll munzell pjeżoelettriku biex joħolqu vibrazzjoni.
Wara dik il-verifika inizjali, l-ARCNL wettaq kejl ta' overlay bl-użu ta' DHM barra mill-assi f'kamp skur fuq miri ta' test iddedikati. F'setup simili, id-DHM juża sors ta' dawl abjad supercontinuum akkoppjat bil-fibra li huwa ffiltrat spettralment minn AOTF għal wavelength ta' 632 nm b'bandwidth ta' 3 nm. F'dan il-każ, l-intensità tar-raġġ hija maqsuma bl-użu ta' beamsplitter 90:10 biex joħloq raġġ ta' illuminazzjoni u raġġ ta' referenza, rispettivament. Beamsplitter 50:50 mhux polarizzanti jintuża fiż-żewġ mogħdijiet għall-akkwist parallel tal-ordnijiet ta' diffrazzjoni +1 u −1.
Fl-aħħar mill-aħħar, tinqabad sekwenza ta' ologrammi bil-kamera ta' veloċità għolja Emergent. Kull ologramma tipproduċi fażi rkuprata, li mbagħad tiġi interpolata biex tinġabar il-varjazzjoni kontinwa tal-fażi, li mbagħad tintuża biex tikkalkula t-telf tal-kuntrast.
Minbarra l-veloċità u d-daqs kompatt tiegħu, il- HZ-2000-GM tintegra t-teknoloġija GPUDirect, li tippermetti li d-dejta maqbuda tiġi trasferita direttament lill-GPU għall-ipproċessar f'ħin reali. Din il-kapaċità tnaqqas b'mod sinifikanti l-latenza u timmassimizza l-effiċjenza tal-immaniġġjar tad-dejta, li huwa kritiku għall-ammonti kbar ta' dejta ġġenerata mill-kamera.
Figura 2: Is-setup jinkludi sors ta' dawl abjad superkontinuum, Filtru Acousto-Optic Tunable (AOTF) għall-għażla tat-tul tal-mewġ, raġġ 50:50 biex jaqsam ir-raġġ, u ġeneratur tal-forma tal-mewġa biex jikkontrolla l-vibrazzjonijiet permezz ta' munzell pjeżoelettriku għal kejl interferometriku.
Nimxu 'l Quddiem b'Kapaċitajiet Avvanzati ta' Immaġini
Esperiment bħal dan ma setax jinkiseb mingħajr il-progress tat-teknoloġija tal-kameras matul dawn l-aħħar snin. “Din hija xi ħaġa li ma kinitx possibbli 10 snin ilu, u dan minħabba l-ammont ta’ dejta li nistgħu naqraw mill-kamera,” jgħid Cromwijk. “Pereżempju, 10 snin ilu, stajna nagħmlu l-istess b’linja waħda, iżda issa jista’ jkollna l-kamp sħiħ tal-immaġini.”
Il-kunċett sperimentali huwa mfassal mhux biss għar-riżoluzzjoni meħtieġa għaċ-ċirkwiti dejjem iżgħar tas-semikondutturi futuri iżda wkoll għal firxa usa' ta' wavelengths biex wieħed iħares lejn kuluri multipli fl-istess ħin. It-tielet għan huwa miri dgħajfa, tispjega Cromwijk. "Jekk għandek, pereżempju, saff opak bejniethom, fejn it-tifrix mill-gradilja tiegħek taħtha huwa dgħajjef ħafna, b'din it-teknika olografika, tista' tpoġġi aktar dawl fir-raġġ ta' referenza tiegħek, u mbagħad bażikament tamplifika s-sinjal kollu tiegħek," tgħid hi.
Filwaqt li nnutaw is-suċċess tal-esperimenti inizjali fil-kisba ta' metroloġija overlay aktar preċiża, ir-riċerkaturi nnutaw ukoll aktar titjib li jista' jsir fit-teknoloġija. Hekk kif Emergent tkompli tagħmel titjib fil-kapaċitajiet tagħha, Cromwijk qed iżżomm kuntatt mal-fornitur tal-kamera biex tibqa' aġġornata dwar l-iżviluppi fir-rati tal-frejms, id-daqsijiet tal-pixels, il-fond tal-bits, u aktar. Filwaqt li 100GigE huwa l-fokus issa, Emergent għadha 'l bogħod milli tkun lesta. Ibqgħu aġġornati għal aktar żviluppi innovattivi fl-2025.
Għal dettalji sħaħ tal-esperimenti u r-riżultati, Aqra l-artiklu tar-riċerka mill-ARCNL.
GĦAL AKTAR TAGĦRIF:
Kameras b'Veloċità Għolja ta' Emergent Vision Technologies:
https://emergentvisiontec.com/area-scan-cameras/
