Medição da altura Z com sensores sem contato

PAPEL BRANCO

Nota de aplicação LA03-0055

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Resumo

Medição da altura Z, ou qualquer medição sem contato de alta resolução e alta precisão da posição crítica em um eixo, é uma necessidade comum em muitos setores. Muitos engenheiros têm se esforçado para tentar obter uma medição precisa com alta resolução ao lidar com os requisitos de projeto e problemas de implementação causados ​​por espaço limitado, mudanças de temperatura, vácuo, interferência na superfície do alvo e danos às sondas de medição resultantes do contato acidental com o alvo. Os sensores de deslocamento sem contato capacitivo e com corrente de Foucault estão se tornando uma tecnologia padrão para medição da altura z devido ao seu pequeno tamanho, flexibilidade, facilidade de uso, alta resolução, natureza sem contato e design robusto. Os sensores capacitivos e de corrente de Foucault também podem ser facilmente personalizados para caber em aplicações específicas de medição de altura z.

Equipamento de medição de altura Z recomendado

Sensores capacitivos da série Elite

Resolução <1 nm requer ambiente limpo e seco

Série Elite

 

Sensor de corrente de Foucault ECL202

Resolução <100 nm Funciona em ambiente úmido Não detecta não condutores

ECL202

 

Tecnologias

Muitas tecnologias foram aplicadas a esses medições de altura z, cada um com seu próprio conjunto de desafios. A medição do contato pode danificar as superfícies do alvo. A medição óptica pode sofrer de sensibilidade térmica, refletividade inconsistente do material alvo e pode ser difícil de ajustar no espaço necessário. Alguns produtos capacitivos podem sofrer danos nos componentes eletrônicos internos se o final da sonda tocar uma superfície aterrada (os sensores de deslocamento capacitivo Lion Precision não apresentam esse problema).
Os sensores capacitivos e de corrente de Foucault da Lion Precision são robustos, compensados ​​termicamente, podem ter resoluções inferiores a um nanômetro e larguras de banda de até 15 kHz. Eles podem ser usados ​​no vácuo e sua baixa dissipação de energia não adicionará calor ao seu ambiente sensível. Eles também podem ser personalizados para um ajuste perfeito. Os sensores capacitivos fornecem a resolução mais alta absoluta, mas devem ser usados ​​em um ambiente limpo. Os sensores de corrente de Foucault podem ser usados ​​em ambientes úmidos enquanto ainda fornecem resoluções abaixo de 100 nm.

Aplicações e Indústrias

Medição da altura Z é comum em indústrias que exigem posicionamento preciso para processamento óptico e não óptico. Algumas das muitas aplicações incluem: processamento e inspeção de semicondutores, microlitografia, microscopia óptica e não óptica, foco e pré-foco, posicionamento e alinhamento da máscara, controle de varredura e planarização. Essas aplicações geralmente exigem posicionamento crítico onde os nanômetros são importantes. Eles também podem incluir ambientes desafiadores, desde ambientes cheios de polpa de planarização químico-mecânica até ambientes de vácuo que exigem baixa emissão de gases e baixa dissipação de energia.

Altura Z do alinhamento da máscara

As máscaras usadas no processamento de semicondutores devem ser alinhadas com precisão para alcançar as densidades de circuito atuais. Quatro sondas sem contato podem ser montadas para monitorar a altura z e o paralelismo da máscara em relação à bolacha. Manter saídas iguais dos sensores fornece paralelismo, enquanto o valor real da saída indica a dimensão do intervalo crítico.

Diagrama do Sensor

Planarização químico-mecânica (altura CMP Z)

Um processo de lapidação preciso é usado em semicondutores, unidades de disco e outras indústrias que requerem profundidade controlada de remoção de material. O processo de planarização químico-mecânica utiliza uma pasta abrasiva em uma placa de precisão que gira contra o objeto a ser lapidado. À medida que o material é removido, o suporte que segura o objeto a ser lapidado se move para mais perto da placa. Os sensores de corrente parasita não detectam a lama e, portanto, fornecem uma medição precisa da posição relativa do cilindro em relação ao transportador (altura z) para determinar quanto material foi removido. A alta resolução dos sensores permite medições dentro de 100 nm. Para wafers semicondutores, os sensores de corrente parasita podem “ver através” do wafer e da pasta para medir a distância até o cilindro.

Diagrama

Foco / Pré-foco

A microscopia óptica e não óptica requer precisão posicionamento em altura z para manter o foco adequado. Embora existam algoritmos ópticos para controlar o foco, eles podem ser lentos ao procurar o foco correto. Sensores sem contato podem ser usados ​​para mover rapidamente para uma posição na distância focal precisa, onde os algoritmos ópticos podem concluir o processo mais rapidamente.
Devido ao espaço limitado e à extrema demanda por desempenho em muitas aplicações de microscopia, há vantagens significativas no uso sondas projetadas; este desenho mostra sondas capacitivas configuradas a 45 °.

Diagrama

Exploração

Alguns aplicativos de processamento e inspeção usam uma cabeça de varredura para tratar ou inspecionar na superfície do objeto alvo. A lacuna da altura Z e o alinhamento ainda são críticos, mas em vez de um controle estático, este aplicativo é dinâmico. Os sensores capacitivos e de corrente parasita da Lion Precision têm larguras de banda de 15 kHz com larguras de banda de até 80 kHz quando necessário. O rápido tempo de resposta e a excelente resposta de fase permitem um servo controle preciso e estável em aplicações dinâmicas.

Diagrama

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