Manual_K_Virtualnoy_Laboratornoy_Rabote (Готовая лабораторная работа)

Оценка погрешностей совмещения слоев при фотолитографии

1. Основные сведения о процессе совмещения слоев при фотолитографии

Точность совмещения рисунков при фотолитографии в нашем случае зависит от таких факторов, как точность системы совмещения (включая погрешности оператора), погрешности 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.

На 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. Для облегчения последующей обработки результатов измерений контрольные зоны выбираются симметрично и ортогонально относительно центра платы (рис. 12, а)

Измеренные значения a_i, b_i, c_i, d_i (рис. 12, б) позволяют оценить смещения центров i-й пары отверстий по осям:

Полученные значения можно представить в виде векторограммы, показывающей в определенном масштабе значения и направления векторов рассовмещений в контрольных зонах. В погрешностях можно выделить ряд составляющих (таблица 1)

Т

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

аблица 1. Составляющие координатных погрешностей.

К 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 искажения совмещаемых слоев - их растяжение или сжатие. Возникающие при этом погрешности зависят от коэффициентов x, y искажений вдоль соответствующих осей и пропорциональны координатам Xi, Yi зоны измерения от центра платы.

При сверлении отверстий, как и при изготовлении фотошаблонов, возможна также невоспроизводимость шага соответствующего механизма, приводящая к случайным смещениям xi, yi 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	№
	(6)		(9)
	(7)		(10)
	(8)		(11)

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:

(12)

(13)

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. Матрица планирования и записи результатов экспериментов

№ 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. 12, 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 (2), (3), 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 (12) и (13) 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.

2. Порядок выполнения работ

В данной работе необходимо рассчитать погрешности совмещения заготовки печатной платы и фотошаблона по базовым отверстиям. Для этого необходимо:

1. Ознакомится с основными сведениями о процессе совмещения.

2. С помощью виртуальной лабораторной работы измерить рассовмещения отверстий и контактных площадок в нескольких зонах на плате.

3. Оценить на основе математической модели основные составляющие погрешностей совмещения.

4. Проанализировать возможные причины появления выявленных видов погрешностей.

5. Подготовить отчет.

3. Порядок проведения виртуальной лабораторной работы

1. Запускаем виртуальную лабораторную работу.

2. В появившемся окне представлено полное изображение изучаемой тестовой платы (1), интерактивная область проведения непосредственных измерений (2), таблица для занесения результатов измерений (3), формулы математической модели погрешности рассовмещения, а также формулы для определения средних значений и для определения смещения центров i-го отверстия по двум осям (4), кнопка «Расчет» для проведения дальнейшего расчета (5) и поле для выведения подсказок (на рисунке не показано).

1

2

3

4

5

1. После того как увеличенное изображение исследуемого отверстия будет загружено в области 2, можно приступать к непосредственному провидению эксперимента.

В интерактивной области будет подсвечиваться размер, который необходимо измерить, а в таблице в области 3 будет выделена мигающим красным маркером соответствующая размеру ячейка.

1. Измерение производится помощью мыши: вначале следует навести указатель в область измерений. При попадании курсора в область 2 он изменит свой вид на перекрестие(Рис. 2) после чего можно производить измерения. Кликните мышью 1

Р
ис.2

р аз на границе реперного квадрата или на границе отверстия, чтобы установить начальную точку отсчета (Рис. 3а). Затем переместите курсор вдоль подсвеченного размера и кликните второй раз либо на границе отверстия, либо на границе реперного квадрата (в зависимости от того где вы кликнули вначале), чтобы занести размер в память (Рис. 3б).

а) б)

Рис. 3

1. Полученный в результате размер заносится в таблицу 3.

2. Для лучшей воспроизводимости математической модели необходимо произвести хотя бы 3 измерения для каждого размера, поэтому после того как вы измерили размер 1 раз необходимо повторить измерения этого же размера еще 2 раза. Полученные в результате измерений размеры также будут занесены в таблицу в области 3 и будут отображены в одной ячейке, рядом с первоначальным измеренным размером (Рис. 4)

В АЖНО Если во время измерении вы случайно ошибетесь и кликните мышкой в неправильном месте, то для того чтобы все исправить вам следует просто щелкнуть указателем на подсвеченной ячейке таблицы, после чего повторить измерения. Но будьте внимательны при этом все старые результаты для данного размера будут утеряны, так что потребуется произвести все три измерения заново.

Рис. 4

1. После того как вы измерите размер три раза, система автоматически подсветит следующий размер и подсветит соответствующую ему ячейку в таблице. После того как это произойдет, произведите измерения аналогичным способом.

2. После того как для выбранного отверстия будут измерены все необходимые размеры, система уберет подсветку размера и выделение ячейки таблицы. После чего следует в области изображения тестовой платы (1) выбрать следующее отверстие. Отверстие, с которым работает система в данный момент, выделено мигающим белым квадратом – маркером. Для того чтобы выбрать следующее рабочее отверстие достаточно просто кликнуть один раз по его изображению, при этом маркер выделения перепрыгнет на выделенное отверстие.

П римичание Не обязательно выбирать отверстия в пронумерованном на рисунке порядке. Можно выбрать любое из трех оставшихся отверстий и производить измерения для него, при этом система сама выберет соответствующую этому отверстию строку в таблице.

1. Для выбранного отверстия произведите измерения всех необходимых размеров аналогичным образом.

2. После того как будут произведены измерения для всех отверстий (Рис 5). Следует нажать кнопку «Расчет» .