웨이퍼 제조 및 테스트는 반도체 제조 공정의 필수적인 부분입니다. 오늘날 웨이퍼 검사기에 대한 요구 사항에는 최소한의 유지보수 시간과 최고의 신뢰성으로 연중무휴 24시간 생산을 보장할 수 있는 고성능, 고정밀 서보 드라이브가 포함됩니다. 한 혁신적인 테스트 장비 제조업체가 차세대 검사기 생산을 모색할 때, Elmo 서보 드라이브와 컨트롤러가 가장 적합하다는 것이 입증되었습니다.

이 사례 연구를 읽고 방법을 알아보세요:

  • 오류 수정 기능은 시스템이 최종 목표인 10nm 정확도에 도달하는 데 도움이 됩니다.
  • 노치 파인더 기능을 사용하면 최고 회전 속도에서 웨이퍼의 위치를 찾을 수 있습니다.
  • 독점적인 자동 초점 기능은 장비의 처리량을 향상시켜 웨이퍼가 이미 초점이 맞춰진 측정 목표에 도달할 수 있도록 합니다.

머신 요구 사항

선도적인 반도체 검사기 제조업체에게 서보 성능은 시스템에서 가장 까다롭고 중요한 부분을 차지합니다. 1nm의 시스템 분해능과 까다로운 동적 요구 사항으로 인해 이 제조업체는 고유한 특성을 갖춘 혁신적인 고성능 검사 스테이지를 생산해야 했습니다. 기존 장비에는 4개의 검사 축이 포함되어 있었지만, Elmo 드라이브로 구동되는 6개의 축을 스테이지에 추가로 통합해야 했습니다. 이 스테이지는 기계 내부와 웨이퍼 근처에 있는 매우 민감한 부품이기 때문에 모든 작은 세부 사항을 '엔지니어링'하고 수년간의 작동을 통해 기계의 신뢰성을 확인하는 것이 중요했습니다.

Motion control 솔루션

여섯 Gold Whistle 드라이브는 맞춤형 PCB에 단단히 통합되어 스테이지의 움직이는 부품 내부, 해당 모터와 인코더 바로 근처에 장착되어 위상과 인코더 케이블을 최소한으로 줄였습니다. 모든 드라이브는 EtherCAT 네트워크를 통해 ElmoGold Maestro 마스터 컨트롤러로 연결되며 500µSec의 주기 시간으로 시스템을 관리합니다. EtherCAT 네트워크에 축을 추가하고 주소를 할당하기만 하면 축을 추가하여 시스템을 쉽게 확장할 수 있습니다. ElmoGold Maestro 는 비동기 시퀀스를 수행할 수 있는 최대 16개의 병렬 프로그램을 실행하고 있으며, 머신의 호스트 컴퓨터는 "웨이퍼 로드"와 같은 필요한 시퀀스를 트리거하기만 하면 됩니다. Gold Maestro 가 시퀀스를 관리하고 이벤트와 함께 보고합니다. 이 비동기 메커니즘을 사용하면 호스트가 시퀀스 상태를 폴링하는 데 시간을 낭비할 필요가 없으므로 호스트 컴퓨터의 계산 리소스를 절약할 수 있습니다.

드라이브는 지속적인 진동과 충격에 노출되기 때문에 이러한 조건을 견딜 수 있는 검증된 방탄 전자 장치를 사용하는 것이 중요했습니다. 드라이브에서 발생하는 열은 모터 자체에서 발생하는 열에 비해 무시할 수 있는 수준이었으며, 100와트의 기계적 동력이 발생할 때마다 모터는 약 10W의 열을 발생시키는 반면 드라이브는 99%의 검증된 효율 덕분에 1W만 발생시킵니다.

스테이지 메커니즘은 최종 목표인 10nm 정확도에 도달해야 했는데, 스테이지의 X, Y, Z 및 세타 축 중 어느 하나도 100% 직선, 평면, 정확도 또는 강성이 없다는 점을 고려하면 쉬운 일이 아니었습니다. Elmo 스테이지의 부정확성을 나타내는 사전 로드된 오류 보정 테이블에 의존하고 부정확성 데이터를 고려하여 자동으로 포지셔닝을 보정하는 3D 오류 보정 기능을 도입했습니다. Elmo 애플리케이션 스튜디오 환경에는 이러한 기계적 오류를 측정하기 위한 고급 자동화된 도구가 통합되어 있어 사용이 간편한 GUI를 제공합니다.

시스템의 각 Elmo 골드 드라이브는 최대 20KHz의 주기율로 계단식 위치-속도-전류 폐쇄 루프를 관리합니다. 또한 강력한 DSP는 모든 종류의 인라인 고차 필터를 10개 이상 관리합니다: 로우 패스/노치/안티 노치/바이 쿼드/리드 래그 중 일부는 모션에 따라 동적으로 변경됩니다. 정착 시간을 개선하기 위해 비선형 특수 알고리즘도 구현됩니다.

드라이브에는 기계가 새로 도착한 웨이퍼의 방향을 검색하는 순서인 노치 파인더 기능이 통합되어 있습니다. 이 작업은 전용 센서가 웨이퍼 가장자리에 있는 특수한 V 표시인 노치가 감지될 때까지 세타 축을 회전하고 그 각도를 호스트에 다시 보고하는 것입니다. 노치를 더 빨리 찾을수록 시간당 더 많은 웨이퍼를 처리할 수 있기 때문에 이 간단한 작업은 웨이퍼 가장자리의 아날로그 신호를 20KHz 샘플링 속도로 샘플링하고 최고 회전 속도에서 노치 마크를 감지할 수 있는 드라이브의 매우 낮은 레벨에서 수행되고 있습니다.

웨이퍼 검사에는 내장형 카메라도 사용됩니다. 모든 측정 지점은 고정 렌즈가 장착된 고해상도, 고배율 광학 카메라로 캡처됩니다. 카메라의 초점은 초점 감지 하드웨어에 따라 웨이퍼를 위/아래(스테이지의 Z축)로 살짝 움직여서 맞춥니다. 처리량을 향상시키기 위해 XY 스테이지가 측정 지점 사이를 이동하는 동안 초점을 맞추는 동작을 수행하여 웨이퍼가 이미 초점을 맞춘 측정 대상에 도달할 수 있도록 합니다. 이 기능에는 특수 HW 인터페이스와 특수 알고리즘이 통합되어 있기 때문에 Elmo 이 애플리케이션을 위해 특별히 이 맞춤형 기능에 투자했습니다. 이러한 맞춤형 기능은 Elmo 골드 드라이브 내부의 유연한 FPGA 덕분에 비교적 쉽게 구현할 수 있습니다.

결과

혁신적인 검사 단계에 Elmo동급 최고의 핀 기반 고성능 서보 드라이브를 통합함으로써 웨이퍼 검사 장비의 성능을 획기적으로 개선할 수 있었습니다. 광학 카메라 렌즈의 자동 초점 활성화, 웨이퍼 위치를 찾는 데 도움이 되는 노치 파인더 통합, 자동 오류 수정 등 드라이브의맞춤형 기능을 통해 장비의 정확성, 효율성 및 속도가 크게 향상되었습니다.