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26.10.2015

PCI-Express-Einsteckkarte von Mazet

Schnelles Erfassen und Ablegen von Bilddaten

PCI-Express-Einsteckkarte (Foto: Mazet)

Das Bearbeiten kleinster Strukturen in der Halbleiterindustrie erfordert spezielle technische Anordnungen. Ein Prinzip ist die Interferenzbelichtung, bei der mehrere Belichtungsmasken übereinander verwendet werden. So lassen sich trotz Beugungseffekten die gewünschten Strukturen belichten.

Die zahlreichen Strukturelemente auf einer Maske machen eine vollständig fehlerfreie Maske fast unmöglich. Die Reparatur von Maskenfehlern ist daher gängige Praxis. Dabei ist ein schnelles Erfassen und die Ablage von Bilddaten bei der Prüfung von hoher Bedeutung für die Produktivität der Kontroll- und Reparatureinheit.

Hier kommen Data Acquisition (DAQ) Cards als Bindeglied zwischen der realen Welt und der Software zur Messdatenaufbereitung zum Einsatz. Komplexe Abläufe, hohe Dynamik im Messablauf und große Datenmengen machen das Design der Hardware zu einer anspruchsvollen Aufgabe.

Die Software der DAQ-Baugruppe regelt das Reparatursystem, sie steuert den Elektronenstrahl und erfasst die remittierten Elektronen. Ein fokussierter Elektronenstrahl bearbeitet gezielt korrekturbedürftige Strukturen. Je nach verwendeter Atmosphäre lässt sich damit Material aufbringen oder abtragen. Der Strahlengang wird mithilfe von elektrischen Feldern analog zum Wirkprinzip einer Braunschen Kathodenstrahlröhre beeinflusst. Der Bearbeitungsfortschritt wird nach dem Prinzip des Elektronenmikroskops fortwährend gemessen.

Datenkanäle müssen gleich laufen

Die von Mazet, Jena, entwickelte, als PCI-Express-Einsteckkarte realisierte Steuerungsbaugruppe erzeugt Elektronenstrahlablenksignale. Die Karte gewinnt zeitlich parallel Bildinformationen und stellt sie über einen Software-Treiber zur Verfügung. Die geforderte Signalsynchronizität zwischen allen Ablenkplatten, hohe Flankensteilheiten bei einer Auflösung von 16 bit und acht parallele Datenkanäle charakterisieren laut Hersteller die Anwendung. Das System bearbeitet die mehrfach zurückgelesenen Daten mithilfe statistischer Verfahren nach, was die Störgrößen reduziert und das Nutzsignal hervorhebt.

Für das fehlerfreie Funktionieren der Anlage ist ein Gleichlauf zwischen den acht Ablenksignalen erforderlich, sonst können etwa diagonale Strahlbewegungen nur fehlerhaft realisiert werden. Die DACs generieren die Analogspannungen für die Ablenksignale und werden zeitdiskret über einen Takt synchronisiert. Die einfachste Lösung für einen Ausgabetakt wäre das direkte Erzeugen in der Logikeinheit, was allerdings einen vergleichsweise hohen Jitter aufweisen und die Möglichkeiten zur zeitlichen Verschiebung der DAC-Ausgaben untereinander einschränken würde.

Daher liegt hier ein grundlegend anderes Taktkonzept vor: Der Takt zur Signalkonvertierung wird nicht nur aus einem FPGA abgeleitet, sondern in einer für diese Applikation zusätzlich entwickelten Schaltung erzeugt. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf den konfigurierbaren Zeitverzögerungsgliedern, der abstimmbaren Frequenz und dem äußerst geringen Jitter.

Saubere Trennung

Durch die konsequente Trennung von Stromversorgung, digitaler Datenverarbeitung und analogen Schaltungsteilen gelingt die Crosstalk-Unterdrückung bereits durch die geometrische Anordnung. Im rechten Teil der Baugruppe befindet sich die Stromversorgung mit getakteten Spannungswandlern, die Ausgangsverstärker hingegen an der entferntesten Stelle dazu. Getrennt zur analogen Ausgabe befindet sich die analoge Eingabe auf einer zweiten Leiterplatte. Ein Crosstalk zwischen Analog to Digital Converter (ADC) und Digital to Analog Converter (DAC) ist messtechnisch nicht mehr nachweisbar.

Trotz der durch das Design definierten Eigenschaften kann eine Justage nach Firmenangaben die Performance der Parameter weiter verbessern. Die Justage erfolgt automatisiert, denn selbst bei routinierter Arbeitsweise sind menschliche Fehler nicht auszuschließen. So lassen sich z. B. fehlerhaft übernommene Messwerte bei der manuellen Messung der Offsetspannung verhindern. Selbst bei kleiner bis mittlerer Stückzahl erfolgt die Justage der Signalparameter im Sinne der Reproduzierbarkeit automatisiert. Die Parameter werden in einer Testprozedur ausgemessen, justiert und baugruppenspezifisch protokolliert.

Foto: Mazet GmbH

Unternehmensinformation

MAZet GmbH

Göschwitzer Str. 32
DE 07745 Jena
Tel.: 03641 2809-0
Fax: 03641 2809-12

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