深圳市im电竞数控设备有限公司

    于半导体及电子制造范畴，对于小型化的寻求好像永无止境。只要简朴地相识一下现今制造情况中出产的元器件甚至很多制品装备，就能较着察觉到这一趋向。

然而，只管小型化于现代制造中无处不于，但制造纳米布局所需要的工艺及技能，仍旧面对着诸多不停成长变化的挑战。办事在半导体及消费电子行业的制造商们于实现可连续小型化（于半导体行业中也称为 scaling ）的门路上，已经经降服了很多限定。

图片来历：iStock.com/Mick Koulavong

此中取患上显著进展的范畴之一是定位技能及装备。对于在纳米尺寸规模的布局而言，优化定位技能以满意特定出产工艺的要求至关主要。跟着定位技能的物理机能不停晋升，纳米定位技能中智能解决方案的呈现，进一步为实现极高精度创造了时机。

是以，定位技能的前进（再加上行业内的几个要害驱动因素）正于鞭策更小、更强盛、更节能的半导体器件的实现。

个性化需求

面向半导体及电子行业的工业定位体系，凡是需要按照单个出产使命的怪异要求举行个性化配置。只管差别的出产工艺可能看起来相似，或者者能到达相似的成果，可是它们却有着差别的严苛要求，是以每一个使命的定位体系都需要零丁配置。

工业定位体系的特征及评估基在多个因素，包括精度、反复性、物理机能和工艺历程中的要求等。例如，行程间隔（或者所需的工艺区域）是一个要害参数，用在注解定位体系于轴向标的目的上可以或许笼罩的间隔。一样，步长，是指装备可以或许靠得住持续履行的最小运动间隔或者最小增量运动（MIM），这是一个可能难以获取的参数。MIM 值常常被误认为是分辩率（R）值，并且并不是所有装备制造商城市明确标注。现实上，步长以和 MIM 自己与编码器的分辩率其实不对于应。差别制造商确定该参数的要领，也可能其实不一致。

为确保定位体系的高精度及高反复性，制造商提供校准办事，以确定机械平台的偏差描摹。（图片来历：MKS Newport）

用户有可能混合的其他参数还有有反复性及精度。反复性描写的是体系于吸收到不异指令时，可以或许屡次靠得住地达到统一位置的能力。于这个参数中，又分为单向反复性及双向反复性。双向反复性需要思量从两个标的目的靠近方针位置的环境，是以也会思量转变位置时的反转偏差。

另外一方面，绝对于精器量化了现实位置与方针位置之间的误差。精度可以用总行程或者单元长度来暗示。

优化步进及不变时间，即从一个丈量或者加工点挪动到下一个点、并于可界说的位置窗口内不变下来所需要的时间，是影响机能及工艺成果的另外一个要害因素。抱负直线运动的指导误差，经由过程直线度及平展度来表现，这是用户必需监督的另外一个变量。假如仅于 x 标的目的上挪动，平展度指的是 z 标的目的上的任何误差，而直线度则与 y 标的目的上的任何误差相干。

按照运用场景的差别，也可能会利用机械及空气轴承定位体系（也称为空气轴太平台）。于传统定位体系中，滑座于机械滚珠或者交织滚子轴承上滑动。于空气轴承定位体系中，滑座则于一层薄薄的清洁压缩空气（或者气体）上挪动。

末了，假如只有一个轴需要极高的精度，混淆体系是个不错的选择。这些解决方案仅于一个轴（扫描轴）上利用空气轴承举行定位，而沿第二个轴的定位则经由过程机械方式（步进轴）完成。

真空情况中的定位体系

针对于特定运用的最好定位体系，取决在所需的规格以和可用的预算。然而，空气轴承体系的利用存于一个基本限定因素：它们没法于真空室内运行。因为用在半导体系体例造的极紫外光刻工艺需要超高真空情况，是以机械轴承是这种运用的适合组件。

为了于这类运用中实现须要的高精度及高反复性，MKS 等制造商还有提供机械定位体系的校准办事，以确定机械平台的偏差描摹。例如，对于在一片典型的 300 妹妹 300 妹妹 晶圆，以 10 妹妹 的步长对于晶格举行扫描，并利用干预干与仪来确定切确位置。将这个值与编码器的值举行比力，以确定偏移量。这类比力天生的校订数据集存储于运动节制器中，用在提高运动体系的精度。

这类要领能显著提高绝对于精度，例如，于对于两个尺度的 Newport XML350-S 轴构成的 xy 单位举行映照测试时，绝对于精度至少提高了 10 倍。因为于这类环境下两个轴并不是彻底正交，以是组合偏差弘远在两个零丁精度偏差之及（于 300 妹妹 300 妹妹 的平面内，偏差必定会显著 10 m）。但颠末映照后，该体系于 xy 平面内实现了 0.5 m 的绝对于精度。

空气轴承：无磨擦的精度

于检测用在光刻的晶圆或者掩模时，需要第一流另外精度。空气轴承定位体系具备显著上风。按照体系设计，负载可以线性或者扭转挪动。与传统的滚珠或者交织滚子轴承差别，于挪动空气轴太平台时不存于机械接触。

因为驱动体系彼此作用的机械部件之间既没有间隙，轴承中也不存于磨擦，这些特征带来了几个较着上风。起首，它从底子上消弭了机械轴承中常见的偏差来历。并且因为于 xy 平面内只有一个滑座的平面布局，其设计也比全机械体系较着更平展。这显著降低了角度偏差，并实现了更好的平整度及直线度。同时，因为没有磨擦，空气轴承体系孕育发生的热量更少，位置不变性也比全机械体系更高。并且，体系可以以恒定速率挪动。空气轴承定位体系的速率不变性 0.1%，步长可小至几纳米。

半导体出产需要颠末邃密调校且量身定制的定位体系，以满意怪异的精度要求。（图片来历：iStock.com/kynny）

假如对于定位体系的绝对于精度及挪动速率值要求都很高，那末采用由碳化硅（SiC）制成滑座的定位体系会具备显著上风。这类陶瓷复合质料集多种质料的良好特征在一身，如表 1 所示。它像钢同样坚硬，像铝同样轻巧，而且热膨胀系数与花岗岩近似。

表1：空气轴太平台质料的特征

（图片来历：MKS Newport）

d：密度丈量值；

E：杨氏模量（弹性质料的应力/应变丈量值，单元为吉帕斯卡（GPa））；

Stiffness：刚度

Thermal conductivity：热导率

Thermal expansion：热膨胀系数

因为滑座的高刚性及低重量，这类空气轴承体系运行起来的动态机能更好，是以比传统体系具备更高的吞吐量。此外，SiC 滑座还有可以于设计上提供分外的矫捷性。仅利用少数几个零丁组件就能实现总体的高度集成，这使患上定位体系越发结实耐用，并延伸了其利用寿命。

智能解决方案

其他调解办法也会影响体系的总体机能，以满意运用的怪异需求。例如，于晶圆出产中，建议利用 SiC 晶圆吸盘以实现高出产率。与金属布局比拟，SiC 吸盘更轻、更平展，而且与滑座具备不异的热机能。这象征着各个组件之间可以或许实现最好协调。此外，假如需要，晶圆吸盘可以直接集成到 xy 滑座中，确保整个装配的总体高度较低。这提高了整个体系的精度及动态机能。

对于在那些对于 xy 精度要求极高的运用，除了了经典的位移丈量体系（如线性编码器）以外，还有可使用基在干预干与仪的解决方案。一种如前文所述的映照观点被集成到定位体系中，如许就能于丈量点直接读取位置，从而消弭编码器插值或者阿贝偏差等。MKS 等供给商可以将具备精彩外貌质量及动态机能的陶瓷干预干与仪镜解决方案集成到定位体系中。与晶圆吸盘的环境同样，这些陶瓷镜可以直接内置到 xy 滑块中，使其成为定位体系必不成少的一部门，而且于热机能方面与定位平台的总体观点相契合。

光刻及/或者晶圆检测中的其他一些工艺，可能需要于 z 轴上对于晶圆举行自动瞄准，包括 歪斜及俯仰 或者于 规模内。为此，需要于不影响 xy 平台动态机能的条件下，实现可反复且不变的定位。

驱动小型化的潜于因素

浩繁驱动因素配合鞭策半导体行业不停开发更小、更高效、更强盛的技能。只管进一步小型化面对着愈来愈多的挑战，但这些驱动小型化的因素依然存于。于某些环境下，这些驱动因素自己已经经鞭策了制造工艺及/或者组件和体系的立异。

某些进展，例如光刻技能（尤其是极紫外光刻）的前进，使患上于更小标准上实现更切确的图案化成为可能，从而可以或许于芯片上制造出更小的特性。摩尔定律自己就需要光刻技能的前进；芯片上的晶体管数目约莫每一两年就会翻倍，从而提高机能并降低单个晶体管的成本。这促使了小型化的不停前进以满意行业预期，而且接下来还有将开发更小、更密集排布的晶体管。

与此同时，以新质料及新工艺情势呈现的质料立异，使制造商可以或许降服传统硅基晶体管的物理限定。高k/金属栅极（HKMG）仓库、鳍式场效应晶体管（FinFET）及环抱栅极（GAA）晶体管，都满意了这一需求。于传统的硅基要领面对物理极限时，这些质料使患上制造更小、更高效的晶体管成为可能，继承连结并推进小型化趋向。

并且，因为更小的晶体管耗损的功率更小，孕育发生的热量更少，这对于在电子装备的靠得住性及利用寿命至关主要，散热及功率效率已经成为年夜范围制造的焦点驱动因素。再加之将更多功效集成到单个芯片上的需求不停增加，这使患上小型化进一步成为制造商存眷的核心。小型化使患上于芯片上构建更繁杂的体系成为可能，这些体系可以将各类差别的功效集成到更小的形状尺寸中。

一些外部因素也于促使行业朝着连续小型化的标的目的成长。为了连结竞争力，行业介入者必需降低单个晶体管的成本，这反过来又孕育发生了对于更小、更高效的制造工艺的需求。小型化使患上每一个晶圆上可以容纳更多的晶体管，从而降低成本并提高产量，这对于在出产进步前辈半导体的经济可行性至关主要。此外，消费电子产物，特别是挪动装备，对于更小、更快、更节能的组件需求日趋增加。消费市场对于更薄、更轻、功效更强盛装备的寻求，是半导体产物连续小型化的重要鞭策力。

瞻望将来

半导体及消费电子产物出产中利用的定位体系，是颠末邃密调校的体系，它们会按照各自的运用要求举行个性化适配。定位体系的配置需要专业常识及经验，它们的制造历程繁杂且要遵照严酷的规格。正由于云云，全世界只有少数几家制造商可以或许提供空气轴太平台。芯片东西制造商或者体系集成商与定位体系制造商于设计历程中紧密亲密互助，对于在确保实现预期机能至关主要。选择适合的技能并将它们与智能观点相联合举行个性化适配，是包管项目总体乐成的须要前提。

于半导体及消费电子行业预期的制造线路图配景下，这一点特别需要思量。下一代芯片已经经计划了仅几纳米的微小布局尺寸，并且给定芯片上的晶体管数目也于不停刷新纪录。只有制造技能可以或许跟上程序，才能实现这类集成程度。不管是于光刻自己、晶圆及掩模的检测中，还有是于差别组件的键合历程中，无数的加工操作都需要高精度且靠得住的定位技能。从逻辑上讲，定位精度必需比布局自己越发邃密。

固然，这些并不是独一的挑战。协调须要工艺步调所需的精度及制造质量与方针产量之间的瓜葛，是所有制造商都必需器重的一种动态均衡。物流决议计划也至关主要。于晶圆出产及检测中愈来愈遍及的主动化体系，凡是需要 24/7 全天候运行。是以，它们对于体系可用性提出了很高要求。

文章信息

本文刊载在PHOTONICS spectra 。作者：Knut Hauke，Marc Schenkelberger，MKS Newport

转自：Resource 馆主

注：文章版权归原作者所有，本文内容、图片、视频来自收集，仅供交流进修之用，如触及版权等问题，请您奉告，咱们将和时处置惩罚。

-IM电竞