双工件台系统的FMECA曾纪栋

1、光刻机简介光刻机简介芯片无处不在光刻机是微电子装备的龙头02/28国内外光刻机厂家产品比较国内外光刻机厂家产品比较光刻机生产厂家光刻机生产厂家 上海微电子装备有上海微电子装备有限限责任责任公司公司（SMEE） ASML 产品型号 SSA600/20 （第8代）PAS 5500/1150C（第8代）TWINSCAN NXE:3300B（第11代）完工时间 2009年 19972013 分辨率 90nm90nm22nm曝光光源 ArF excimer laser （ArF准分子激光）ArFEUV(远紫外线)工件台运行方式 步进扫描（单工件台） 步进扫描（单工件台）步进扫描（双工件台）效率135片/

2、h125片/h 价格 几百万美元1千万欧元1亿美元 单台套刻精度12nm3.5nm多机套刻精度20nm5.0nm03/28课题来源课题来源n发展光刻机产业，促进国家信息化产业发展 国家科技重大专项02专项项目。本论文来源于与清华大学合作的光刻机系统样机研制阶段可靠性评估和强化的关键技术04/28论文的基本结构论文的基本结构光刻机双工件台系统的FMECA分析第二章 可靠性分析方法概述第三章 双工件台系统的 可靠性建模第四章 双工件台系统的 FMECA分析第五章 结论与展望05/28主要内容主要内容06/28光刻机的结构介绍光刻机的结构介绍n光刻机：掩模对准曝光机。主要是将掩模上的图案按一定比例投

3、影到硅片上，并完成对硅片的曝光n主要功能：对准和曝光光刻机三大核心技术工件台对准曝光技术07/28双工件台结构介绍双工件台结构介绍双工件台硅片台掩模台控制子系统掩模台 承载硅片，和掩模台同步运动。扫描方向和步进方向大行程 运动和6自由度微动（2组直线电机+(8+2+4)组音圈电机）。隔振消振组件、散热组件、机座组件等。硅片台 承载掩膜，和硅片台同步运动。扫描方向的大行程运动和6自由度微动（2组平面电机+（4+4+4）2组音圈电机）。隔振消振组件、散热组件、机座组件等控制系统 发出控制指令控制双工件台的运动。08/28主要内容主要内容09/28双工件台系统的建模双工件台系统的建模双工件台结构双工

4、件台结构采用建模采用建模方法方法顶事件顶事件/输出事件输出事件硅片台故障树硅片台机械运动系统不能正常运行掩膜台掩模台机械运动系统不能正常运行控制部分硅片台GO法硅片台控制系统能够输出正确的控制信号掩模台掩模台控制系统能够输出正确的控制信号10/28两个子系统的建树分析两个子系统的建树分析掩模台故障树11/28故障树定性分析故障树定性分析n掩模台定性分析n掩模台的最小割集 X1，X2，X3， ，X25n故障树中引发顶事件发生的割集25个。都会影响掩模台的正常运行n硅片台定性分析n硅片的最小割集 X1，X2，X3， ，X26n故障树中引发顶事件发生的割集26个。都会影响硅片的正常运行n故障树定性分

5、析只能分析会导致顶事件发生的原因，但不能说明各个底事件的重要程度12/28GO法对控制系统的建模法对控制系统的建模方法方法GO法法FTA顶事件顶事件/输出事输出事件件以成功信号状态开始分析最终输出信号的成功状态以故障为向导，分析顶事件发生的最终原因建模方式建模方式归纳法：以系统图和原理图为基础演绎法：通过找出引起上级事件的原因建模一致性建模一致性不同的人建模差别不大不同的人建模差别较大结构结构类此系统原理图分层次逻辑图适用范围适用范围尤其适用有实际物流的系统适用大部分系统，但对复杂系统建树困难13/28GO法对控制系统的建模法对控制系统的建模控制系统信号传递过程GO法的操作符1*RSPPP两状

6、态单元的运算规则P1为操作符的概率，是由所代表元器件的故障率所决定的。14/28掩模台掩模台GO法建模法建模 171379137101325111213261112*4 *10 *4 *11 *5 *2 *6 *3 *SCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP编号类型单元名称失效率（10-6/h）15VME单板计算机024传感器处理卡2（SB_02）0.6382312VME总线041运动控制卡8（MC_08）2.663457运动控制卡9（MC_09）2.663467运动控制卡10（MC_10）2.6634712功率放大控制卡5（PAC_05）0.638

7、282或门091平衡块直线电机组（2个直线电机）1.6101粗动台直线电机组（2个直线电机）1.6111功率放大控制卡4（PAC_04）0.6382121微动台音圈电机组（14个音圈电机）0.1596132或门015/28掩模台掩模台GO法的定量分析法的定量分析n系统可靠度nPS17=2/(3*exp(2.0196*10(-6)*t)+1/(3*exp(2.2382*10(-6)*t)。n当t=30*24h时， PS17=0.9985；n当t=365*24h时，PS17=0.9818。n可以看出掩模台控制系统的能正常工作的概率较高。即使长时间工作，只要保证外部环境稳定，掩模台控制系统能正常工作

8、的概率较高。设计过程中可以忽略控制系统对系统可靠性的影响。16/28主要内容主要内容17/28双工件台系统的双工件台系统的FMECA分析分析18/28双工件台系统的双工件台系统的CA分析分析nRPN法*RPNOPR ESR DDR专家打分方式获取各个故障模式的可靠性数据掩模台的CA分析在32种列举的故障故障模式中，音圈电机的故障模式数较多，且RPN值最大。它是影响此系列掩模台系统可靠性的关键部件。与实际中出现故障的影响结果是比较接近的。硅片台子系统的分析硅片台中微动台的音圈电机的RPN值最大，音圈电机是影响硅片台子系统可靠性的关键部件。实际粗动台的发生故障较高，但计算出的其他零部件故障的RPN

9、结果比较符合实际情况。19/28权限重新分配的权限重新分配的RPN计算计算再分配的权限量w*保留的基本权限Wb20/28权限重新分配的权限重新分配的RPN计算计算12,nF FF 识别框架12,mEE EE证据集合1111immijijjjj ij iimmijijjjj ij iCEkCE识别框架内 专家的冲突因子12,mWw ww专家权重1,1()()nijipjqpqp qCm F m F1()()nijipjqp qEm F m F 其中()ipipm F 表示为第 个专家对第 个命题的打分概率21/28专家打分等级对应概率表专家打分等级对应概率表 等级专家所评等级1234567891

10、010.90.1000000000000000300000004000000050000000600000007000000080000000900000010000000000.10.9专家所评等级对应的等级概率22/28加入权重的专家打分加入权重的专家打分*()min|1,2,iwmkw im再分配的权限总量*12111,bmWww wwwwmmm保留的基本权限*11111212miimmiiiiEwwEC证据一致性权限*111112miimmi

11、iiiCwwEC证据冲突权限*111iimiiEwwE*2211/(1/)iimiiCwwC212111122212212,mbbmbmmWw wwwwwwwwwww23/28基于权重的基于权重的RPN计算计算故障模式检测难度等级(D1)检测难度等级(D2)检测难度等级(D3)识别号模式20201微动台垂向电机负载过大226权重0.33330.33330.3333故障模式检测难度等级(D1)检测难度等级(D2)检测难度等级(D3)识别号模式20201微动台垂向电机负载过大226权重0.37880.37880.2423权限重新分配24/28DDR=20.3333+20.3333+60.3333 =3.3333DDR=20.3788+20.3788+60.2423 =2.969RPN值计算方法比较值计算方法比较识别号识别号故障模式故障模式传统方法计算传统方法计算RPN值值改进分配权重改进分配权重后的后的RPN值值20209微动台音圈电机对其他运动件产生干扰66.3768.019320204微动台XYZRXRYRZ向运动精度超标63.3368.6906420206微动台加速度不能达到要求35.5631.6916420201微动台垂向电机负载过大33.3329.6840620212微动台温差超标3231.59846硅片台微动台的RPN值计算25/28主要内容主要内容26/28下一