Введение к работе
Актуальность темы: Неразрушающие бесконтактные мегоды лазерных из-Mqieniiii , основанные на явлении интерференции, сочетают большую информативность и точность и в наибольшей степени отвечают критериям выбора способов производственного и исследовательского контроля качества матерка-лов .особенно при изготовлении микрокомпонентов радиоэлектронной аппаратуры (МК РЭА) .Эти методы могут быть использованы при контроле таких параметров как глубина и скорость травления, температура подложки в процессах плаз мохи мического и ионно-плазменного травления микроструктур, исследовании тепло- и массопереноса в газофазных процессах, а также геометрических параметров полупроводниковых пластин и фотошаблонов , осевой деформации структуры подложка-пленка , толщины и равномерности нанесения пленок, глубины рисок и ступенек травления,контроле шероховатости поверхности, исследовании тепловых деформаций элементов металлокерамических корпусов интегральных микросхем.
Сложность автоматической расшифровки интерферограмм обусловлена прежде всего искажениями и шумами в изображении, что затрудняет применение в условиях производства интерферометрических методов .
Первый этап процесса интерферометричесхого контроля должен включать в себя фильтрацию изображения, выделение экстремальных точек - идентификацию интерференционных полос, определение возмущенных и невозмущенных полос с одинаковыми порядками интерференции , вычисление фазовых набегов . Задача выделения центров полос достаточно эффективно решается методами полутоновой скелетизации, позволяющими повысить точность ло-
калнзации координат центров полос . Неоднозначность определения поля фазы Ф(х, у) может возникать при идентификации интерференционных полос с одинаковыми порядками интерференции в случае, когда полос оказывается слишком много, а контраст недостаточен, что часто приводит к их слиянию
Вопросам автоматизации визуального контроля посвящены работы колле тива ученых под руководством академика ДЕ. Охоцимского, а также научны труды В. М. Валькова, В.А . Лопухина, А. П. Петрова и ряда других авторов Теоретические основы и методы анализа изображений разработаны в трудах С.С. Садыкова, В. С. Титова, В.И. Островского, Л. П Ярославского и многих других ученых. Практике создания средств автоматизации визуального контре ля посвящены работы Ю. М. Козлова, Ю.Д. Жаботинского, Д. К. Шелеста, А.С. Гурылева, В.И. Сырямкина, М.В. Руцкого.
Второй этап интерферометрического контроля состоит в обработке информ ции о фазовых набегах и определении контролируемых параметров технологических об'ектов производства МК РЭА.Расшнфровка интерферограмм состоит в реконструкции поля фазы Ф(х,у), характеризующего взаимосвязь формы и расположения интерференционных полос с параметрами об 'екта и может осу ществляться вручную либо программно.
Ручные способы восстановления Ф(х,у) по измерению сдвига интерференционных полос связаны с проблемой неоднозначной интерпретации результатов обработки и большой трудоемкостью . Интерпретация результатов может осуществляться также визуально по определенным критериям, сводящим опре деление параметров технологических об'ектов , например , к подсчету полос с последующими расчетами по элементарным формулам. По виду и количеству
интерференционных полос судят об условиях теплоотаода при посадке кристалла на корпус.
Вопросами автоматизированной расшифровки интерферограим занимались ММ. Бутусов, П. А. Бакут, А. М. Ушаков, М. А. Ган и другиеученые . Разработанные ими алгоритмы ориентированы прежде всего на исследовательский контроль.
В настоящее время актуальным является создание прикладных систем ин-терферометрического контроля , прежде всего при производстве МК РЭА. Для этого требуется решить целый ряд новых задач, направленных на повышение их эффективности и прежде всего на повышение быстродействия вычислительного процесса анализа иптерферограм м после этапа обработки изображений.
Целью диссертационной работы является разработка автоматизированного метода ннтерферометрического контроля микрокомпонентов радиоэлектронной аппаратуры, математической модели измерительного тракта , алгоритма анализа интерферограим , реализующего процесс вычислений после этапа обработки изображений.
В соответствии с поставленной целью основными задачами исследования являются:
анализ лазерных методов контроля технологических об'ектов производства МКРЭА;
анализ и выбор информационных признаков интерферограмм технологических об'ектов производства МК РЭА;
разработка методики и алгоритма анализа интерферограмм технологических
об'ектов производства МК РЭА;.
- разработка математической модели измерительного тракта, синтез ингерфе-рометрического контрольного поста технологических об'ектов производства МКРЭА.
Методы исследования основаны на корректном использовании основных положений топографической оптики, теории обработки наблюдений, методе наименьших квадратов и методе Фурье - преобразования. Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Систематизирован набор информационных признаков интерферограмм технологических объектов производства МК РЭА.
-
Разработаны методика, алгоритм и программа адаптивной полиномиальной аппроксимации поля фазы Ф(х,у) по дискретным значениям разности фаз с возможностью ограничения степенного диапазона либо апроксимации полиномом конкретной степени, что позволяет повысить скорость вычислений , сокращением шагов вычислительного процесса.
-
Разработаны методика, алгоритм и программа синтеза эталонных либо дефектных интерферограмм по математическому описанию поля фазы Ф(х,у), что может служить основой для разработки эффективных систем интерферо-метрического контроля технологических об'ектов производства МК РЭА в реальном масштабе времени.
-
Разработана математическая модель информационно-измерительного тракта системы интерферометрического контроля технологических объектов производства МК РЭА, включающая процесс получения и преобразования оптической информации об объекте в цифровую с последующей математической
обработкой.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
-
Разработанные в диссертации инженерные методики, алгоритм и программа " TECHNOLOG" для интерферометрического контроля технологических об'сктов производства МК РЭА направлены на повышение эффективности процесса контроля .путем повышения скорости вычислительного процесса обработки интерферограмм.
-
Разработаны методика и модуль расчета геометрических параметров полупроводниковых пластин ,по результатам восстановления поля фазы Ф(х,у) программой "TECHNOLOG", в соответствии со стандартами SEMI (США), ГОСТ 24642-81 (СССР).
3.Разработаны методика, алгоритм и программа "IMAGE" синтеза интерферограмм по математическому описанию поля фазы, с целью экономии средств на их получение, особенно для процессов производства МК РЭА, протекающих в экстремальных условиях, либо моделирование эталонных, дефектных интерферограмм для разработки эффективных систем контроля в реальном масштабе времени.
Реализация и внедрение результатов работы. Использование программы " TECHNOLOG " при проведении НИР по теме .-"Разработка и исследование эксимерных и химических лазеров, инициируемых электрическим разрядом и электронным пучком " в НТЦ МИС НИИЭФА им. Д.В. Ефремова, позволило автоматизировать обработку интерферограмм, полученных при исследовании і-азоразрядной плазмы и в процессе контроля качества оптических элементов лазерных технологических систем.
Методики, алгоритмы и программы "TECHNOLOG" и " IMAGE" использованы в ЗАО "Авангард-Микросенсор"при производстве газовых микросенсоров.
Результаты диссертационной работы используются также в учебном процессе ГААП .
Апробация работы.Оеновные результаты диссертационной работы и отдельные ее части докладывались и обсуждались на научно-технической конференции "Оптико-электронные измерительные устройства и системы " (г.Томск, 1989 г. ) , на конференциях профессорско-преподавательского состава ЛИАП , ГААП 1989-1991 г.
Публикации . По теме диссертационной работы опубликовано 6 работ .
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения , пяти глав, заключения, списка литературы . Работа содержит 160 страниц основного текста, 72 рисунка, 9 таблиц , список цитируемой литературы из 108 наименований , общее количество 197 страниц .
