Caracterización de las vibraciones en metrología de silicio a través de sistemas microelectromecánicos (MEMS)

Abstract

Phemet® es un sistema avanzado de metrología de silicio que emplea la técnica de imagen de fase de frente de onda (WFPI) para generar mapas de profundidad precisos en obleas de silicio. Este sistema está continuamente sometido a rigurosos estudios de repetibilidad y reproducibilidad para garantizar la precisión y confiabilidad de sus mediciones. Durante uno de estos estudios, se detectó una anomalía recurrente que manifestaba un patrón similar a la vibración de una membrana, lo cual planteó la hipótesis de que el sistema podría estar afectado por vibraciones externas. Para investigar y refutar esta hipótesis, el presente proyecto se enfocó en el diseño, implementación y prueba de un sistema de metrología de vibraciones específicamente para el sistema Phemet®. Este sistema de metrología de vibraciones fue desarrollado para caracterizar y analizar las vibraciones presentes en el sistema bajo todas sus condiciones de uso, incluyendo la adquisición de flats, bias y medidas de fase. Se llevó a cabo un detallado estudio de caracterización de las vibraciones en el sistema, y posteriormente, se sometió a Phemet® a una perturbación externa constante para evaluar los efectos en las mediciones. Las vibraciones fueron monitorizadas y analizadas utilizando el sistema de metrología de vibraciones diseñado. Los resultados demostraron que las anomalías observadas en las mediciones no eran causadas por vibraciones durante la adquisición de datos, sino por el posicionamiento de la oblea en la cavidad de medida debido a las vibraciones transmitidas por las etapas internas de Phemet®. Este proyecto no solo valida la hipótesis de que las vibraciones internas del sistema son responsables de las anomalías detectadas, sino que también proporciona una solución robusta para la monitorización y análisis de vibraciones en sistemas de metrología de silicio. Los hallazgos y desarrollos de este trabajo tienen el potencial de mejorar significativamente la precisión y fiabilidad de los sistemas de metrología en la industria de semiconductores, estableciendo una base sólida para futuras investigaciones y mejoras en este campo.

Phemet® is an advanced silicon metrology system that employs Wavefront Phase Imaging (WFPI) technology to generate precise depth maps on silicon wafers. This system is continuously subjected to rigorous repeatability and reproducibility studies to ensure the accuracy and reliability of its measurements. During one of these studies, a recurring anomaly was detected, displaying a pattern similar to membrane vibration during the measurement of a wafer. This observation led to the hypothesis that the system might be affected by external vibrations. To investigate and refute this hypothesis, the present project focused on the design, implementation, and testing of a vibration metrology system specifically for the Phemet® system. This vibration metrology system was developed to characterize and analyze the vibrations present in the system under all its operating conditions, including the acquisition of flats, bias, and phase measurements. A detailed study of the vibrations in the system was carried out, and subsequently, Phemet® was subjected to a constant external perturbation to evaluate the effects on the measurements. The vibrations were monitored and analyzed using the designed vibration metrology system. The results demonstrated that the observed anomalies in the measurements were not caused by vibrations during data acquisition but by the positioning of the wafer in the measurement cavity due to vibrations transmitted by Phemet®’s internal stages. This project not only validates the hypothesis that internal system vibrations are responsible for the detected anomalies but also provides a robust solution for monitoring and analyzing vibrations in silicon metrology systems. The findings and developments of this work have the potential to significantly improve the accuracy and reliability of metrology systems in the semiconductor industry, establishing a solid foundation for future research and improvements in this field.