CC BY
33
ОПТИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА
ФОТОЛИТОГРАФИИ
Гатауллин Рустам Фанисович, студент
(e-mail: sapr@kai.ru) Галеева Луиза Хамитовна, к.т.н., доцент
Казанский национальный исследовательский технический университет (КНИТУ-КАИ) им. А.Н.Туполева, г.Казань, Россия (e-mail: sapr@kai.ru)
В данной работе рассматривается методика неразрушающего контроля качества процесса фотолитографии на основе анализа изображений.
Ключевые слова: контроль качества, фотолитография, анализ изображений
С повышением быстродействия электронно-вычислительной аппаратуры повышаются требования к электрическим свойствам пленочных проводников, таким как емкость, индуктивность и волновое сопротивление. Перечисленные параметры зависят от точности получения рисунка межсоединений, т.е. от точности воспроизведения ширины проводников и зазоров между ними [1,2]а также от опасных технологических дефектов металлизации приводящих к катастрофическому разрушению проводников .Контактная позитивная фотолитография является наиболее распространенным методом формирования рисунка межсоединенийкак в технологии печатных плат, так и в технологии микросхем.В данной работе для исследования и наладки процесса позитивной фотолитографии [3] предлагается тестовая структура в виде штриховой миры из пятидесяти пар "штрих-зазор" длиной 40 мм. Ширина штриха и зазора от пары к паре уменьшается от 1 мм до 20мкм. Тестовая структура позволяет (рис.1) получить информацию о точности фотолитографии на двух основных стадиях техпроцесса.
Рисунок 1 - Изображение фрагмента из десяти последних пар "штрих-зазор" фотошаблона тестовой структуры на стадии формирования защитного рельефа из резиста и на стадии травления проводящего слоя
Качество фотолитографического процесса определяется по тестовой структуре двумя параметрами: а) точностью передачи размеров штриха и зазора; б) плотностью локальных дефектов. Оптический контроль на основе компьютерной микроскопии является неразрушающим и наиболее информативным. На его основе исследованы основные технологические факторы, влияющие на качество рисунка межсоединений: качествофото-шаблона, условия экспонирования и проявления, режим термозадублива-нияфоторезистаи качество травления фольги. Для анализаизображений тестовой структуры применялся программный пакетImageProPlus [4,5], который являетсяэффективныминструментом для анализа изображений в различных областях науки, медицины и промышленности, таких как контроль качества, исследование материалов и т.д.Основной характеристикой цифрового изображения является его гистограмма, представляющая собой диаграмму, где по оси x откладываютсядиапазоны яркости, а по оси у количество точек (пикселей) в данном диапазоне яркостей. Характер гистограммы подсказывает вид обработкии ее результаты отражаются на исходной гистограмме.Инструменты компьютерной обработки изображений представлены во вкладках главного меню и в виде иконок на панели инструментов (рис.2).
Ш
Image-Pro Plus ^JhtitledOO
File Edit Acquire Sequence Enhance Process Measure Macro Window Help
£ В В & ¡2
III tfc III ш н ш Îï h =1 ^HAiiiÊSLLbûisii mm ш
Рисунок 2 - Главное меню и панель основных инструментов
анализа изображений
Они позволяют улучшить качество анализируемого изображения изменением контрастности, коррекцией фона, а также с помощью пространственных и частотных фильтров. Широкий спектр программных инструментов цифровой обработки и анализа изображений, многочисленные функции измерения и настройки позволяют получить объективную информацию о качестве печатной платы практически на всех этапах технологического процесса.
I щ ц
I M "
а) Ь)
Рисунок 3 - Изображения печатных плат, демонстрирующие: a)точность передачи размеров штриха и зазора; ^образование локальных дефектов
В зависимости от решаемой задачи меняется набор и порядок используемых операций. Исследование точности передачи размеров штриха и зазора можно выполнить с помощью инструмента LmeProfile или путем сравнения анализируемого изображения с эталоном. На рис.4 представлено диалоговое окно ImageOperationsдля сравнения изображений с помощью арифметических и логических операций.
Image Operations
1st Operand: untitled003 J
Operation: NOR -
2nd Operand: (* Image Number
|untitled003 -
Put result In: 1st Operand (* New Image
Г Float Result
к / H Acc Min Мак
Set Avg 1/к Log Екр Sqr кл2 нлу
AND OR NAND XOR NOR NOT
NOT (untitled003 OR untitled003) ■■> New Image Close
Apply
Рисунок 4 - Диалоговое окно для операций с изображениями
Часто из-за проколов фоторезистивного слоя при недостаточной толщине фоторезиста на проводниках при травлении образуются дефекты повышающие сопротивление проводника или вызывающие разрыв электрической цепи.
Count / Size
File Edit View Measure Image Intensity Range Selection Current Range (0....131)
<•" Manual:
Automatic Bright Objects Automatic Dark Objects
Select Ranges..
I? Measure Objects P Apply Filter Ranges Accumulate Count
Count
Delete
Total Count: 0 In Range: 0
I? Display Objects
J
Options...
Рисунок 5 - Диалоговое окно для выделения и классификации дефектов
Выделение локальных дефектов можно выполнить путем сегментации по гистограмме в программе Count/Size, диалоговое окно которой приведено на рис.5. Анализ изображений тестовой структуры на подложках из СФ1-35 показал, что основное ухудшение точности рисунка происходит при химическом травлении запрессованной в диэлектрик медной фольги. Формирование клина растравливания связано с двухслойным строением фольги [6]. Повышение адгезионной прочности фольги осуществляется слоем порошковой меди, что приводит к уменьшению попадания травильного раствора в зону контакта диэлектрика и фольги. Рисунок проводников формируется в слое компактной меди имеющей зерна конической или пирамидальной формы, обеспечивающие преимущественное травление по толщине фольги и минимальное боковое растравливание.В результате выполненных исследований разработаны частные методики автоматического анализа качества в виде макросов и способы документирования измеренных данных.
Список литературы
1.Медведев А.М. Печатные платы. Конструкции и материалы. - М.: ТЕХНОСФЕРА,
2005.- 304с.
2.Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатных плат.Учебник.- М.: ФОРУМ ИНФРА , 2005- 560с.
3.Галеева Л.Х., Фоминых В .Я. Исследование фотолитографического процесса: Методические указания к лабораторной работе. Казань, 1989, 16 с.
4.Галеева Л.Х., Сайфуллина Д.В. Компьютерная микроскопия при изучении предмета микроэлектроники // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (EducationalTechnology&Society)" -2015. -V.18. -No1. -C.463-471. 5.В.Пантелеев, О.Егорова, Е.Клыкова Компьютерная микроскопия. М.: Техносфера, 2005. - 304с.
6. Л.А. Кузнецова, Л.Г.Колзунова. Влияние микрорельефа поверхности электролитической медной фольги на прочность сцепления с диэлектриком. - Вестник ДРОВАН,
2006, №5, с.28-37.
Gataullin Rustan Fanisovich, student (e-mail: sapr@kai.ru)
Kazan National Reserch Technical university named after A.N. Tupolev, Kazan, Russia Galeeva Luiza Hamitovna, Cand.Tech.Sci., associate professor
Kazan National Reserch Technical university named after A.N. Tupolev, Kazan, Russia (e-mail: sapr@kai.ru)
OPTICAL DIAGNOSIS OF QUALITY PHOTOLITHOGRAPHY PROCESS
Abstract. In this paper non-destructive quality control technique of the photolithography process based on image analysis are considered.
Keywords: quality control, photolithography, image analysis.
УДК 669.1
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МЕДИ НА ПРОДУКТЫ СИНТЕЗА МАХ-ФАЗЫ В СИСТЕМЕ TI-C-SI Головань Антон Александрович, студент магистрант (e-mail: gaz163@yandex.ru) Латухин Евгений Иванович, доцент, к.т.н. (e-mail: evgelat@yandex.ru) Борисов Денис Вячеславович, студент магистрант (e-mail: denis.dub@mail.ru) Самарский государственный технический университет
В данной статье представлены результаты исследований взаимодействия в процессе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза расплава меди с МАХ фазой карбосилицида титана. Приведены результаты исследований на растровом электронном микроскопе Jeol JSM-6390A, дифрактометре ARL X'TRA-138.
Ключевые слова: СВС, МАХ-фаза, Ti3SiC2, электроконтактный.
Реакция самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) является одной из современных технологий получения разнообразных тугоплавких соединений, в частности, карбидов, нитридов, боридов, МАХ фаз [4].
Новым и перспективным материалом для изготовления композитов является карбосилицид титана (Ti3SiC2), относящийся к новому классу соединений - к МАХ-фазам. Особенность этих соединений состоит в том, что они представляют собой чередующиеся наноразмерные пластинки из карбидов или нитридов и атомарные слои из кремния, алюминия и некоторых других элементов. Эти тройные соединения обладают уникальным сочетанием свойств, присущих как керамике, так и металлам [1, 6]. С помощью эффективной технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза карбосилицид титана может быть получен в системе Ti-C-Si как в пористом виде, так и в компактном. В работе [2] рассмотрено применение метода СВС без приложения избыточного давления для получения пористого карбосилицида титана и исследовано влияние газовой атмосферы сжигания на образование поверхностных пленок на пористом материале. Изложенное в работе [3], приложение избыточного давления (метод СВС-прессования) позволило получить плотный Ti3SiC2 и исследовать его
