為達高要求的半導體和科學應用，選擇可支援超高真空環境的編碼器
許多高端半導體製程都要求加工環境完全沒有任何污染物，以免半導體晶圓和電晶體在製程中出現缺陷。半導體的發展趨勢是特徵尺寸更小，晶圓更大，元件更複雜，加工步驟更多；因此對晶圓污染控制的要求越來越嚴格。
這些關鍵製程必須在真空環境下進行，因為如果環境中存在大量的空氣或其他氣體，將會降低成品的品質。半導體製造這類需要精密運動控制的製程，需要通過真空相容型光學尺提供位置回饋。將光學尺放置在真空腔體內，以確保量測設備盡可能靠近工作環境，可大幅減少誤差。
半導體廠
生產過程中的半導體晶圓安裝在真空腔體內的光真空腔零件（例如讀頭和柵尺）具有如下重要特性：
- 耐高溫 (> 100 ℃)，能夠承受達到超高真空環境所需的烘烤程式。
- 潔淨度高，表面上無指紋、油污和潤滑劑。
- 釋氣率低，可防止污染物進入加工艙。
- 設有通氣口，可確保將讀頭內部的空氣完全排出。
- 採用具有聚四氟乙烯 (PTFE) 絕緣層和鍍銀銅編織遮罩層的電纜。
對於大多數超高真空應用，低釋氣率和高精度都是關鍵要求。
在滿足這些要求的前提下，客戶還須考量每個潛在解決方案的長期成本和風險。每款光學尺產品的持有成本會受到零件品質、售前和售後服務以及交期等因素影響。
晶圓檢測
晶圓檢測貫穿於半導體晶圓的整個圖案化製作過程。檢測對於製程控制非常重要，並且有助於保持高良率。
晶圓運動平台至少具有兩個線性軸 (X, Y)。伺服軸控制迴路利用編碼器位置回饋來實現高定位精度。
光學檢測頭內有高解析度攝影機，並配備獨立的暗場和明場照明源。在自動檢測過程中，光學檢測頭將檢測晶圓，然後將拍攝的圖像與「標準」或模型參考圖像進行比較，以定位缺陷。
RLE 平面鏡雙軸系統在光學檢測頭保持靜止時，晶圓平台將在不同位置之間快速移動，讓光學檢測頭拍攝被測物體的圖像。高性能編碼器可實現更快定位，有助於大幅提高檢測效率。
雷射尺具有次奈米級位置量測能力，因此掃描電子顯微鏡 (SEM) 可以在同一個位置上重複疊加多張圖像，以進行多層缺陷檢查。
高性能超高真空 (UHV) 光學尺提供粗略的位置回饋，使晶圓平台以極小的扭矩波動跟隨著預定的掃描路徑移動，實現平穩的速度控制。
半導體檢測平台上配有 RLE 雷射尺系統
晶圓檢測對編碼器的要求包括：
- 通過類比訊號輸出可實現極高水準細分和解析度。
- 抖動 ≤ 1 nm，以實現卓越的伺服控制、靜態和動態穩定性，這是成功進行圖像比較和圖像拼接的必要條件。
- 在指定的點進行非接觸式量測，以消除阿貝偏置和機械誤差。
- 測系統能夠在超高真空環境下運行。
- 具有類比和數位雙輸出的功能安全 (FS) 型光學尺，用於晶圓掃描運動。
用於晶圓檢測的編碼器解決方案
Renishaw RLE 光纖雷射尺是一種干涉儀系統，可提供高解析度位置回饋。
差分干涉儀發射頭 (RLD10) 設計用於直接安裝在加工艙的外壁上，採用獨特的光學系統，可實現低細分誤差 (SDE) 和高精度，輸出解析度可達 38.6 pm。整合的雷射光束調整器可在安裝設定過程中調整俯仰和扭擺角度，從而達到校準過程的最佳化。
TONiC™ UHV 光學尺適用於低至 10-10 Torr 的超高真空條件，提供高達 1 nm 的解析度和低細分誤差，有助於實現卓越的運動控制性能。
Renishaw TONiC UHV 光學尺及其附件由真空相容材料和粘合劑製成，釋氣率低，適用於許多半導體應用。
TONiC UHV 光學尺系列提供功能安全型號 (SIL2/PLd) 以及類比和數位雙輸出選項，以實現攝像機等設備與運動軸的同步移動。對於線性軸應用，Renishaw 提供的尺材料包括低膨脹 係數的 ZeroMet™，可在溫度不穩定的環境中實現高精度。
晶圓傳送
半導體晶圓不僅易碎而且價格昂貴，必須小心處理，以免在製造過程中受損。因此，在製程設備中普遍使用晶圓搬運機器人進行晶圓移動。
晶圓搬運機器人具有多個自由度，由機身、多關節機械臂和晶圓夾持工具（夾板）組成。搬運機器人通常將晶圓從一個傳送室移動到另一個傳送室，或者在不同製程步驟之間移動晶圓，它的輸送量直接影響半導體廠的性能。
搬運機器人的直線和角度運動必須精確，以避免因任何意外接觸導致晶圓表面損壞或污染。
機械手臂通過電動上臂滑輪和上臂主軸進行控制，這兩個零件驅動一系列環形皮帶，將機械手臂的肩關節、肘關節和腕關節連接起來。
在主從架構中，從馬達接收的位置命令由主馬達的位置回饋決定。
晶圓傳送機器人晶圓搬運機器人對編碼器的要求包括：
- 絕對式光學尺是首選，因為它無需執行基準回零循環，而且即使斷電也能保持控制。
- 能夠提供具有低週期誤差的高品質位置光學尺回饋，以確保極低的扭矩紋波，實現平穩的速度控制和高精度。
- 具有位置校驗演算法和附加安全功能，可防止常見故障。
- 不管是絕對式光學尺或增量式光學尺，都能夠在高運行速度下實現高解析度。
- 具有類比和數位雙輸出訊號的光學尺系統，可同步晶圓夾持器或校正鏡頭的操作。
- 如適用，請選擇適用於超高真空環境的光學尺。
用於晶圓傳送的編碼器解決方案
RESOLUTE™ UHV 光學尺為低至 10-9 Torr 的超高真空應用提供絕對式光學尺技術，可協助客戶提高生產效率，降低損壞風險，並增強可靠性。
RESOLUTE 光學尺可在超高真空應用中實現出色的量測性能，解析度高達 1 nm，並在各種速度下都能保持高性能。
TONiC UHV 光學尺適用於超高真空環境，並通過光學濾波系統和動態訊號處理來降低細分誤差，實現高精度運動控制。
RESOLUTE UHV 絕對式旋轉光學尺和線性光學尺系統同步加速器鏡面彎曲
同步加速器是一種粒子加速器，它可提供極其強大的 X 射線源用於科學研究。
聚焦鏡的理想形狀是橢球面，但橢球面反射鏡很難製造。它的替代方法是利用一對彼此垂直的反射鏡在兩個維度上聚焦光束，例如著名的柯克派翠克-貝茲 (K-B)反射鏡系統。
K-B 系統通常安裝在一系列非真空和真空運動平台上，利用光學尺回饋精確地控制反射鏡在光束中平移和旋轉。由於 X 射線在每個鏡面上的入射角較小，因此只需施加彎曲力便可得到合適的反射鏡形狀。
每個反射鏡兩端安裝的致動器也需要通過光學尺回饋來精確地控制反射鏡的形狀。
同步加速器應用對編碼器的要求包括：
- 平移精度優於 ±0.5 µm。
- 角度解析度高達 0.1 µrad。
- 設計堅固耐用，可承受高強度振動。
- 適用於超高真空環境，可耐受 ℃ 的高溫。
用於鏡面彎曲器的編碼器解決方案
RESOLUTE UHV 光學尺適合在超高真空腔體內使用。Renishaw RESOLUTE UHV 系列光學尺適用於高性能、半導體和科學應用。
同步加速器鏡的超高真空運動平台
結論
為半導體和科學應用選擇位置編碼器時，需要考慮許多常規因素：例如，在這個應用中需要絕對式位置回饋還是增量式位置回饋？編碼器如何與運動系統的其他的部件做連接？這過程中的量測要求是什麼？熱效應和環境問題是否會影響編碼器的選擇？如何安裝和調試編碼器系統？
Renishaw 提供的卓越的全球應用和支援服務是協助客戶尋找所需答案的關鍵。正因為此，廣大客戶一直信賴 Renishaw 和我們的產品。
通過當地技術團隊，以及回應迅速且靈活的供應鏈，Renishaw 幫助客戶降低與編碼器相關的產品週期成本。
