Реферати українською » Коммуникации и связь » Мікроінтерферометрія для контролю і оцінки тривимірних дефектів


Реферат Мікроінтерферометрія для контролю і оцінки тривимірних дефектів

БІЛОРУСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІНФОРМАТИКИ ІРАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

КафедраЭТТ

 

>РЕФЕРАТ

На тему:

«>Микроинтерферометрия контролю з оцінкою тривимірних дефектів»

МІНСЬК, 2008


Для контролю рельєфу поверхні, і оцінки розміру тривимірних дефектів лежить на поверхні найбільш придатні методиинтерферометрии. Основним приладом, використовуєинтерферометрический принцип при вимірах висоти, глибини, профілю елементів мікроструктур і товщини плівок, є відомиймикроинтерферометр ЛинникаМИИ-4 (мал.1), принцип дії якого грунтується на порівнянні світлових хвиль, одержуваних для відсічі когерентних пучків світла від контрольованою і еталонною поверхонь.

Світло джерела 1 проходить черезконденсор 2 і діафрагму 3. Дзеркало 4 ділить його за два когерентних пучка, одна з яких фокусується об'єктивом 5 на еталонне дзеркало 6, а інший об'єктивом 5' на контрольовану поверхню 7. Після відображення від еталон і вироби пучки проходять через самі елементи схеми і фокусуються лінзою 8 у площині діафрагми 9, у якій з допомогою окуляра 10 спостерігаютьинтерференционную картину 11 взаємодії еталонного та робочої пучків світла. У цьому спостерігають що чергуються світлі і темні смуги інтерференції,искривленние відповідно до профілем досліджуваної поверхні.Кривизну смуг вимірюють, наприклад, з допомогоюокуляр-микрометра. вона є кількісної характеристикоюмикронеоднородностей поверхні виробу: викривлення одне відстань між одноколірними смужками відповідає глибині чи висоті дефекту, рівної одному періоду світлових коливань чи лінійному розмірі - довжині хвилі використовуваного світла.

>Рис. 1.Оптическая схемамикроинтерферометра Линника:

1 - освітлювач; 2 -конденсор; 3,9 - діафрагми; 4 –светоделительное напівпрозоре дзеркало; 5,5' -микрообъективи; 6 - еталонне дзеркало; 7 - досліджувана поверхню; 8-10 - окуляр; 11 - що спостерігаєтьсяинтерферограмма

>Интерференционним способом виробляється вимірнеплоскостности скляних пластин фотошаблонів. Цьому сприяє висока чистота поверхні шибок, що дозволяє отримати чіткуинтерференционную картину. В такий спосіб досліджується поверхню полірованих напівпровідникових пластин. І тому використовуютьпризменнийинтерферометр,изображенний на мал.2. З його допомогою ми то, можливо вимірятинеплоскостность (прогин) пластин і пояснюються деякі поверхневі дефекти.

>Рис. 2. Схемапризменного інтерферометра:

1 - напівпровідникова пластина; 2 - скляна призма; 3 - екран (матове скло); 4 - лазер; 5,6 - коліматор; 7 - регулювальний гвинт; 8 - вакуумнийприжимной столик

>Интерференционная картина виводиться на телевізійний екран (рис. 3). Відхилення визначається за кількістю інтерференційних смуг (кілець) на екрані телевізійного інтерферометра (рис. 4).

>Рис. 3.Интерферограмми на екрані телевізійного інтерферометра

>Рис. 4. Зовнішній вид цифрового телевізійного інтерферометраZygoMark II

Контроль товщини діелектричних плівокинтерференционними методами. У технології виробництва ІВ дляЭА і СМЕ з урахуванням кремнію операція термічного окислення слід за першому місці ланцюга технологічних операцій із створенню топологічного малюнка. Далі під час виготовлення ІВ війни операція повторюється кілька разів. Товщина шарудиелектрика рідко перевищує 1мкм і звичайно у межах 0,1-0,6мкм. З огляду на завдання контролю товщини, треба сказати, що стабілізація швидкості термічних процесів осадження плівок технічно складна, і якщо можлива, за наявності сигналу зворотний зв'язок,информирующего про нарощуваної товщині. З урахуванням високих температур і кисневої середовища найперспективнішими для зазначених процесів є неконтактні оптичні способи вимірів, використовують явище інтерференції в плівці: методотражательной інтерференції з автоматичнимотсчетом товщини плівки і з візуальним колірною контролем.

Методотражательной інтерференції грунтується на реєстрації інтерференції що проглядали від підкладки з плівкою когерентних променів світла з відомою довжиною хвиль й визначенні товщининаносимой плівки за інтенсивністю сумарного світлового потоку. Він ось у чому. Поверхню підкладки зпленкой іде промінь світла відмонохроматического джерела (зазвичай лазера). На поверхні розділу «довкілля -пленка - підкладка» промінь зазнає відбиток і переломлення (рис. 5).

>Отраженний від поверхні плівки промінь I1 і який із неї промінь I2 мають оптичну різницю ходу, пропорційну подвоєною товщині контрольованій плівки

P.S =n2(AD+DC) -n1BC ~2h .

За нормального падінні променяI0

P.S =2hn2 .

Для першого гасіння вихідного пучка світла результаті інтерференції променів I1 і I2 необхідно умова

P.S = /2 ,

звідки можна визначити товщину плівки:

h = />4n2 .

>Рис. 5. Хід променів у системі «>пленка-подложка» виміру атмосферного явища товщини плівки

Це є основою принципу дії лазерногоинтерференционного приладу контролю товщини діелектричних плівок у процесі їх нанесення (рис. 6). Сумарний оптичний сигнал після інтерференції цих променів у процесі росту плівки матимеосциллирующую форму (див. мал.7). Цей сигнал реєструється і перетворюється на електричний з допомогоюфотоприемника. Процес нарощуваннядиелектрического шару контролюють по залежностіI=f(t), яку реєструють абосамописцем, або графічним дисплеєм з пам'яттю.Толщиненаносимой плівки, відповідної відстані між двома екстремальними точками експериментальної залежностіI=f(t), відповідатиме різницю ходу променів I1 і I2, де вкладається половина довжини хвилі використовуваногомонохроматического випромінювання. Відлічуючи тимчасової інтервал з початку процесу знаючи довжину хвилі джерела випромінювання та показник заломлення n2, за дзвоновидною кривоюI=f(t) можна реєструвати поточне значення товщининаносимой на підкладку плівки.

>Рис. 6.Оптическая схема лазерногоинтерференционного приладу контролю товщини діелектричних плівок:

1 - лазер; 2 - оптичне вікно; 3 - трубчастий реактор; 4 - дзеркало; 5 - пластина; 6 -ВЧ-индуктор; 7 - графітовий нагрівач; 8 –фотоприемник

>Рис. 7. Інтенсивність випромінювання,отраженного від кремнієвої пластини під час нарощування плівки Si3N4

>t1 - початок нарощування;t2 - закінчення нарощування;t - тимчасової інтервал, відповідний кроку />4n2

Візуальний колірної метод контролю. Колірний метод контролю грунтується на властивості тонких прозорих плівок,нанесенних на яка відображатиме підкладку, змінювати свій колір залежно від товщини. У підставі цього властивості лежить інтерференція світлових променів,отраженних від кордону розділу «навколишнясреда-пленка» і «>пленка-подложка», посилююча світлові промені певного кольору тагасящая промені світла іншого кольору.

Він знайшов широке використання умикроелектронном виробництві завдяки простоті і оперативності контролю. Особливо ефективним колірної метод в умовах масової виробництва з відомому технологічному режимі нарощування плівки. Контроль виготовляють повітрі після вилучення напівпровідникових пластин з технологічної камери при відтворювальних таких умовах освітлення і яскраві спостереження.

Умова існування інтерференційних максимумів вотраженном світлі, визначальних колір пластин зпленкой, буде такою:

>2hn2 =p ,

деp = 1,2,3 тощо. - порядок інтерференції.

Якщо межах й того порядку інтерференціїпленка змінює свою товщину на h, то довжина хвилі л, відповідна максимуму відображення, зміститься на , тобто.

>2n2(h+ h) =p( + ) .

З положень цих висловів слід, що

/ =h/h .

>Ощущаемий оком колірної інтервал відповідає середньому 30 нм. Тоді для зеленого кольору ( =550 нм) одержимоh/h=30/550=0.054, тобто. візуальний колірної метод контролю товщини може мати відносне дозвіл за "товщиною порядку 5 %.

У таблиці 1 наводиться залежність кольору термічно вирощеної плівки SiO2 від її товщини.

При зміні технології нарощування плівки колірна товщина мусить бути експериментально переперевірена й за необхідності відкоригована. Той самий метод застосовується й контролю плівокфоторезиста.


>Табл. 1

>Голографическаяинтерферометрия. Сучасна технологіяМЭ вимагає ретельного контролю геометричних параметрів виробів у процесі їх виготовлення, і після (на стадії вихідного контролю).Размерному контролю зазнають і заготівлі майбутніх виробів. У цьому необхідно контролювати розміри і форму виробів, виявляти найбільш навантажені ділянки на виробі під час їхньої обробки чи експлуатації, що призводять до механічним деформаціям, визначати що у них внутрішні дефекти. За позитивного рішення таких завдань небажано (чи неможливе) розчленовувати виріб і навіть стосуватися його певними щупами чи шаблонами. Це завдання повинно вирішуватися з методів безконтактного (неруйнуючого) контролю виробів. Одним із таких методів є голографія і голографічнаинтерферометрия.

>Голографические виміру за принципом дії є багатоступеневим процесом: спочатку реєструється голограма об'єкта, потім відновлюється його зображення, а кількісна інформація виходить внаслідок обробки отриманого зображення. Спосіб реєстрацію ЗМІ й наступного відновлення зображення об'єкта грунтується на інтерференції двох хвиль: хвиліотраженной чи минулої через виріб (предметної хвиліEn) і когерентної із нею опорною хвиліEO з заздалегідь відомим розподілом фаз

>E2 =E2n +E2O +2EnEOcos( n-O).

Новоутворенаинтерференционная картина реєструється на фотопластинці (або інший яка реєструє середовищі). Проявлена табличка з зареєстрованоюинтерференционной картиною називається голограмою. Для відновлення досліджуваногообъемного зображення на голограму необхідно направити хвилю, збігається із опорною хвилею під час запису. Відновлене зображення, що є точної копією досліджуваного вироби, має усіма властивостями зображення, властивих оригіналу.

Під час зустрічі опорною і предметної хвиль у просторі утворюється система стоячих хвиль, максимуми відповідають зонам, деинтерферирующие хвилі перебувають у однієї фазі, а мінімуми - в протифазі. Для точечної опорного джерелаO2 і точечної предметаO1 поверхні максимумів і мінімумів амплітуд світлових коливань є системугиперболоидов обертання (рис. 2).

У схемою отримання голограм, запропонованоїГабором (на рис. 8,поз.1), опорний джерело й предмета перебувають у однієї осі перед фотопластинкою. Така голограма називаєтьсяоднолучевой,т.к. використовується один пучок світла, частину доходів якого розсіюється предметом і утворить предметну хвилю, іншу частина, пройшла через об'єкт без спотворень - опорну хвилю.

Удвулучевой схемоюЛейта іУпатниекса (на рис. 8,поз.2) похилий опорний пучок формується окремо. Схему, у якій опорний і предметний пучки падають на фотопластинку різнобічно, вперше запропонувавЮ.Н.Денесюк (на рис. 8,поз.3). Такі голограми називають такожотражательними, а схему Денесюка - схемою зі зустрічними хвилями.

>Рис. 8. Схеми розташування фотопластинки і при отриманні голограм у різний спосіб:

1 - розташування фотопластинки у схемі Габора, 2 - у схеміЛейта іУпатниекса, 3 - у схемі Денесюка;O1 - точковий об'єкт,O2 – точковий джерело світла

На рис. 9 зображені основні оптичні схеми запису і відновлення голограм. Уоднолучевой схемою опорна хвиля формується з хвилі, не зазнала розсіювання під час проходження через об'єкт. Удвулучевой схему, і у схемі зі зустрічними хвилями предметні і опорні хвилі розділені у просторі і падають на реєстратор під різними кутами.

У голографічних вимірах знайшов широке застосування метод голографічноїинтерферометрии, що дозволяє реєструвати і здійснювати прямі виміру геометричних змін об'єкті (деформацій внаслідок будь-яких зовнішніх впливів) з точністю до /10, де - довжина хвилі світла. У основі реєстрації таких малих деформацій лежить метод подвійний експозиції, коли на голограмі у різні моменти часу реєструються два стану вироби

>I1=E2n +E2O +>2EnEOcos 1

>I2=E2n +E2O +>2EnEOcos 2 .

При однаковому часу експозиції прозорість отриманого негативу з амплітудою окреслюється

I =I1 +I2 =2(E2n +E2O) +2EnEO(cos1+cos 2) .

Найменше зміна форми об'єкта через деформації у проміжку між двома експозиціями змінюють фазу предметної хвилі. При відновленні результуючої голограми два відновлених зображенняинтерферируют, утворю голографічнуинтерферограмму. На результуючому відновленому зображенні вироби з'являються інтерференційні смуги, що характеризують зміна об'єкта між експозиціями.

Недоліком такого методу і те, контроль здійснюється над реальному масштабі часу.

Вільним цієї вади є метод отриманняинтерферограмм, коли предметна хвиля від реальної об'єктаинтерферирует з хвилею, відновленої з голограми об'єкта в початковому стані (еталонною голограми).Изменяющиеся у часі інтерференційні картини, спостережувані безпосередньо на об'єкті, реєструються у разі з допомогою фото- чителе-аппаратури, що дозволяє вивчатинестационарние процеси в об'єкті, які можуть опинитися бути наслідком виникаючих деформацій в об'єкті (механічні зусилля, зміна температури на об'єкті, тиску у довкіллі тощо.).

>Рис. 9.Двулучевая (а),однолучевая (б) схемиголографирования і схема зі зустрічними хвилями (в); р - схема відновлення зображень;

1 - джерело випромінювання; 2 -светоделитель; 3 - об'єктив; 4 - відбивачі; 5 - досліджуване виріб; 6 - миска; 7 - голограма; 8 – нещире зображення; 9 - дійсне зображення; 10 - площину прийому зображення


ЛІТЕРАТУРА

1. Давидов П. З. Технічна діагностика радіоелектронних пристроїв і систем. -М.:Радио і зв'язок, 2000. - 256 з.

2. Єрмолов І.Н., ОстанінЮ.Я. Методи і кошти неруйнуючого контролю за якістю:Учеб. посібник дляинженерно-техн. спец.вузов.-М.: Вищу школу, 2002. - 368 з.

3. Технічні кошти діагностування: Довідник / Підобщ. ред.В.В.Клюева. - М.: Машинобудування, 2005. - 672 з.

 4. Прилади для неруйнуючого контролю матеріалів і виробів. -Справоч нік. У2-х кн./ Під ред.В.В.Клюева - М.: Машинобудування, 2006.

5.Ж.Госсорг. Інфрачервона термографія. Основи, техніка, застосування: Пер. з франц. – М. Світ, 2005. – 416 з.


Схожі реферати:

Навігація