Medición de Altura Z con Sensores sin Contacto

PAPEL BLANCO

Nota de aplicación LA03-0055

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Resumen

Medida de altura Z, o cualquier medición sin contacto de alta resolución y alta precisión de la posición crítica en un eje, es una necesidad común en muchas industrias. Muchos ingenieros han luchado para tratar de obtener una medida precisa con alta resolución, mientras se enfrentan a los requisitos de diseño y los problemas de implementación causados ​​por el espacio limitado, los cambios de temperatura, el vacío, la interferencia de la superficie del objetivo, y el daño a las sondas de medición como resultado del contacto incidental con el objetivo. Los sensores de desplazamiento sin contacto capacitivos y de corrientes de foucault se están convirtiendo en una tecnología estándar para la medición de la altura z debido a su pequeño tamaño, flexibilidad, facilidad de uso, alta resolución, naturaleza sin contacto y diseño robusto. Los sensores capacitivos y de corrientes parásitas también se pueden personalizar fácilmente para adaptarse a aplicaciones específicas de medición de altura z.

Equipo de Medición de Altura Z Recomendado

Sensores Capacitivos de la Serie Elite

Resolución <1 nm Requiere un ambiente limpio y seco

Serie Elite

 

Sensor de corriente parásita ECL202

Resolución <100 nm Funciona en ambientes húmedos No detecta no conductores

ECL202

 

De Acabado

Muchas tecnologías se han aplicado a estas mediciones de altura z, cada uno con su propio conjunto de desafíos. La medida de contacto puede dañar las superficies del objetivo. La medida óptica puede sufrir sensibilidad térmica, una reflectividad inconsistente del material del objetivo, y puede ser difícil de ajustar en el espacio requerido. Algunos productos capacitivos pueden sufrir daños en la electrónica interna si el extremo de la sonda toca una superficie conectada a tierra (los sensores de desplazamiento capacitivos Lion Precision no tienen este problema).
Los sensores capacitivos y de corriente parásita Lion Precision son robustos, compensados ​​térmicamente que pueden tener resoluciones inferiores a un nanómetro y anchos de banda tan altos como 15 kHz. Se pueden usar al vacío y su baja disipación de energía no agregará calor a su entorno sensible. También se pueden personalizar para un ajuste perfecto. Los sensores capacitivos proporcionan la resolución más alta absoluta, pero deben usarse en un entorno limpio. Los sensores de corriente de foucault se pueden usar en entornos húmedos y al mismo tiempo proporcionan resoluciones por debajo de 100 nm.

Aplicaciones e Industrias

Medida de altura Z Es común en las industrias que requieren un posicionamiento preciso para el procesamiento óptico y no óptico. Algunas de las muchas aplicaciones incluyen: procesamiento e inspección de obleas electrónicas de semiconductores, microlitografía, microscopía óptica y no óptica, enfoque y prefocus, posicionamiento y alineación de máscara, control de escaneo y planarización. Estas aplicaciones a menudo requieren un posicionamiento crítico, donde los nanómetros son importantes. También pueden incluir entornos desafiantes, desde entornos llenos de lechada de planarización químico-mecánica hasta entornos de vacío que requieren baja desgasificación y baja disipación de potencia.

Alineación de Máscara Altura Z

Las máscaras utilizadas en el procesamiento de semiconductores deben alinearse con precisión para lograr las densidades de circuito actuales. Se pueden montar cuatro sondas sin contacto para controlar la altura z y el paralelismo de la máscara en relación con la oblea. Mantener salidas iguales de los sensores proporciona paralelismo mientras que el valor de salida real indica la dimensión crítica de la brecha.

Diagrama del sensor

Planarización Químico-Mecánica (Altura CMP Z)

Se utiliza un proceso de lapeado preciso en semiconductores, unidades de disco y otras industrias que requieren una profundidad de eliminación de material controlada con precisión. El proceso de planarización químico-mecánica utiliza una suspensión abrasiva en una platina de precisión que gira contra el objeto a lapear. A medida que se retira el material, el portador que sostiene el objeto que se está lapeando se acerca a la placa. Los sensores de corrientes de Foucault no detectan la lechada y, por lo tanto, proporcionan una medida precisa de la posición relativa de la platina al portador (altura z) para determinar cuánto material se ha eliminado. La alta resolución de los sensores permite realizar mediciones dentro de los 100 nm. Para las obleas semiconductoras, los sensores de corrientes parásitas pueden "ver a través" de la oblea y la lechada para medir la distancia a la platina.

Diagrama

Enfoque / Pre-Enfoque

La microscopía óptica y no óptica requiere una precisión del posicionamiento de altura z para mantener el enfoque adecuado. Existen algoritmos ópticos para controlar el enfoque, pueden ser lentos mientras se busca el enfoque correcto. Los sensores sin contacto se pueden utilizar para moverse rápidamente a una posición a la distancia focal precisa donde los algoritmos ópticos pueden completar el proceso rápidamente.
Debido al espacio limitado, y la extrema demanda de rendimiento en muchas aplicaciones de microscopía, el uso de ventajas significativas de las sondas diseñadas a medida; Este dibujo muestra sondas capacitivas configuradas en 45 °.

Diagrama

Exploración

Algunas aplicaciones de procesamiento e inspección utilizan un cabezal de escaneo para tratar o inspeccionar la superficie del objeto objetivo. La separación y la alineación de la altura Z siguen siendo críticas, pero en lugar de un control estático, esta aplicación es dinámica. Los sensores capacitivos y de corrientes parásitas de Lion Precision tienen anchos de banda amplios de 15 kHz con anchos de banda de hasta 80 kHz cuando es necesario. El tiempo de respuesta rápido y la excelente respuesta de fase permiten un servocontrol preciso y estable en aplicaciones dinámicas.

Diagrama

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