Лабораторная работа №2

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ СОВМЕЩЕНИЯ СЛОЕВ ПРИ

ФОТОЛИТОГРАФИИ

Точность совмещения рисунков при фотолитографии в нашем случае зависит от таких факторов, как точность системы совмещения (включая погрешности оператора), погрешностей сверлильного станка и оборудования для изготовления фотошаблонов

Для контроля погрешностей совмещения используется заготовка печатной платы с просверленными в ней переходными отверстиями. С этой платой совмещается тестовый шаблон, на котором выполнены изображения контактных площадок, координатно сопряженных с отверстиями на плате.

Н
а плату наносится фоторезист и она совмещается с фотошаблоном. Проводится экспонирование и проявление фоторезиста. После этого с помощью измерительной трубки или микроскопа с окуляр - микрометром измеряются рассовмещения отверстий и контактных площадок в нескольких зонах на плате.

Рис. 9 Схема расположения контрольных зон (а) и схема проведения измерений (б)

Для облегчения последующей обработки результатов измерений контрольные зоны выбираются симметрично и ортогонально относительно центра платы (рис. 9, а)

Измеренные значения a_i, b_i, c_i, d_i (рис. 9, б) позволяют оценить смещения центров i-й пары отверстий по осям:

Полученные значения необходимо представить в виде векторограммы, показывающей в определенном масштабе значения и направления векторов рассовмещений в контрольных зонах.

В погрешностях можно выделить ряд составляющих (таблица 1)

Таблица 1.

Составляющие координатных погрешностей

К

Сдвиг xo , yo
Угловой разворот x , y
Растяжение – сжатие x, y

их числу относятся общие для всех зон смещения x_o и y_o , которые можно представить как результат рассовмещения центров шаблона и платы из-за ошибок оператора или погрешностей системы совмещения.

По тем же причинам возможно появление погрешностей совмещения из-за угловых разворотов _x и _y осей топологических рисунков относительно общего центра. В общем случае из-за возможного нарушения ортогональности координатных систем при сверлении отверстий или изготовлении фотошаблона.

По тем же причинам возможны искаже-ния совмещаемых слоев - их растяжение или сжатие. Возникающие при этом погрешности зависят от коэффициентов _x, _y искажений вдоль соответствующих осей и пропорциональны координатам X_i, Y_i зоны измерения от центра платы.

При сверлении отверстий, как и при изготовлении фотошаблонов, возможна также невоспроизводимость шага соответствующего механизма, приводящая к случайным смещениям x_i, y_i контролируемых элементов относительно их номинальных положений.

Суммируя рассмотренные погрешности i-й зоны, получим следующую математическую модель погрешностей совмещения:

Методом наименьших квадратов получены формулы для оценки погрешностей, входящих в уравнения математической модели (таблица 2)

Таблица 2.

Формулы для оценки основных видов погрешностей совмещения

ФОРМУЛА	№	ФОРМУЛА	№
	(5)		8)
	(6)		(9)
	(7)		(10)

Приведенные формулы соответствуют наиболее распространенному в практике случаю, когда относительное вращение платы и фотошаблона проводится относительно их общего центра, при этом

Для оценки случайных погрешностей используются их средние квадратические отклонения, определяемые по формулам:

(11)

(12)

где - расчетные значения погрешностей в i–й зоне, полученные с помощью уравнений табл.2.

Для записи исходных данных (координат зон и измеренных погрешностей), а также некоторых промежуточных результатов используем таблицу 3. Таблица 3

№ зоны	Xi	Yi	ai	bi	xi		xi	ci	di	yi		yi
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	+1	+1
2	+1	-1
3	-1	-1
4	-1	+1

В столбце 1 записывают номера контрольных зон, а в столбцах 2 и 3 – координаты центров этих зон в виде безразмерных величин, принимающих значения +1 и –1 (рис. 9, а ).

Зазоры a_i, b_i, c_i, d_i , измеряемые в контрольных зонах, записываются в столбцы 4, 5 и 9, 10.

В столбцы 6 и 11 заносятся значения погрешностей x_i, y_i определенные по формулам (1), (2), а в столбцы 7 и 12 вписываются расчетные значения этих погрешностей и .

Разности между измеренными и рассчитанными значениями рассовмещений – случайные погрешности x_i и y_i в каждой зоне - заносятся в столбцы 8 и 13.

Суммирование квадратов получаемых в этих столбцах значений облегчает расчет по формулам (11) и (12) дисперсий и средних квадратических отклонений случайных погрешностей. Отметим, что при измерениях рассовмещений возможно появление случайных погрешностей результатов измерений, связанных с недостаточным разрешением измерительных средств, округлением показаний. Поэтому дисперсии случайных погрешностей в реальных условиях включают и этот вид случайных погрешностей.

Результатом расчета должно быть:

1. Оценка на основе математической модели основных составляющих погрешностей совмещения

2. Анализ возможных причин появления выявленных видов погрешностей

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Выведите формулы (1) и (2)

2. Проанализируйте формулы (5) и (8). Что они Вам напоминают? Обоснуйте их применимость для оценки смещений центров совмещаемых слоев.

3. Изобразите схему углового разворота двух ортогональных координатных систем. Обозначьте возникающие при этом координатные рассовмещения точек по осям X и Y. Получите формулы, описывающие эти рассовмещения в предположении малости угла разворота. Сравните их с формулами (6) и (9).

4. Проведите аналогичный анализ для координатных систем, подвергающихся растяжению и сжатию - формулы (7) и (10).

5. Предложите способ оценки случайных погрешностей измерений рассовмещений.

МГТУ им. Н.Э. БАУМАНА КАФЕДРА МТ -11 ЛАБОРАТОРИЯ "МИКРОТЕХНОЛОГИЯ"

СТУДЕНТ…………………………… ГРУППА МТ 11 - 6… ДАТА ….. .……………….. 2002 г.

ОТЧЕТ

ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 2

ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ СОВМЕЩЕНИЯ СЛОЕВ ПРИ

ФОТОЛИТОГРАФИИ

1. С
   хема расположения контрольных зон на заготовке, схема измерений, векторограмма

Натуральные значения координат X_i = Y_i = … мм D = … мм

Нормированные значения координат X_i = Y_i = 1. h = … мм

1. Матрица планирования и обработки результатов измерений

№ зоны	Xi	Yi	ai	bi	xi		xi	ci	di	yi		yi
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1
2
3
4

Номера модулей и значения координат расставить в соответствии со схемой (а)

1. Выводы

Погрешности совмещения слоев:

рассовмещения центров x_o = y_o =

угловой разворот _x = _y =

искажающие погрешности: _x =   _y =

случайные погрешности:x_i) =   y_i) =

На обороте листа привести ответы на вопросы для самопроверки.