автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Колориметрический контроль параметров тонких пленок в производстве интегральных схем

>. .5 »2 и 3"

МИНИСТЕРСТВО НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УЗБЕКСКОЙ ССР

ТАШКЕНТСКИЙ ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени АБУ РАЙХАНА БЕРУНИ

На правах рукописи

МУХАМЕДХАНОВ Улугбек Тургудович

УДК 658.562:539.238

;олориметрический контроль параметров тонких пленок в производстве интегральных схем

05.11.13 — Приборы и методы контроля веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТАШКЕНТ - 1989

Работа выполнена на кафедре «Автоматизация производственных процессов> Ташкентского ордена Дружбы народов политехнического института имени Абу Райхана Беруин.

Научные руководители:

Заслуженный деятель пауки УзССР, доктор технических наук,

профессор ЮСУПБЕКОВ Н. Р. Кандидат технических наук, доцент МАВЛЯНКАРИЕВ Б. А.

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук АРИФОВ П. У. Кандидат технических наук АФОНИН В. В.

Ведущая организация—Московский институт электронной техники.

ЗащитаСостоится « .^У^ » 1989 г. в 4(0 . часов

на заседании специализированного совета К 067.03.01 в Ташкентском политехническом институте имени Абу Райхана Беруни (700095, Ташкент, Вузгородок, факультет АСУ, ТашПИ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ташкентского политехнического института имени Абу Райхана Беруни (Ташкент, ул. Навои 13).

Автореферат разослан « 1989 г.

Ученый секретарь, ,

специализированного совета, -—-¡А—

кандидат технических наук, доцент ^^ ТУРАПИНА Н. Н.

■ • Актуальность работа. Яовшение качества продукции является ёот^емлемой частью стратегий ускорения, провозглашенной ХХУП ъездом КПСС на период коренной перестройки народного хозяйства, ешщ развития вычислительной техники в последние годи обус..ов~ вны, в первую очередь, достижениями микроэлектроники, основу ;оторой составляет тоююллвночная технология. Тонкие длеккя (ТП) :спользуются в качестве защитных масок при диффузии, а методы та >саждения являются удобным средством получения внсокочистых ве~ ¡еств и материалов с контролируемым составом. Наконец, значлте-сьноа число современных интегральных схем (ИС) можно реализовать "олько с использованием ТП.

Анализ существующих методов контроля основных параметров [толщины, показателя преломления, величины зерна структуры и т. I. ) ТП в производстве <'С свидетельствует о насущной необходимо-:ти их дальнейшего совершенствования. Известные методы контроля шляются разрушающими, яла по точности и трудоемкости кз удовлет-зоряют предъявляемы!/! к ним требования!/.. Используемш отечествен-ше приборы контроля дороги, елошш з экеллуагадни, оригктирова-ш на выборочшп;, а не на массовый контроль продукции.Разбраковка последней проводится не в производственном цикло, а после него.

Весьма перспективной и широко используемой в отрасли явля-этея сценка параметров ТП по ее цвету, которая до настоящего времени выполняется визуально, и ее развитие одерживается из-за отсутствия измерительной аппаратуры и соотоетствуашх гзтодик измерения.

Разработка оффектквяого инструментального мэтоца контроля параметров ТП в микроэлектронике, ориентир занного ка масссзаЗ" контроль продукции на различных этапах технологического процесса производства ЛС является актуально;! на^чпо-тохнкческ.л задачей. Причем, значимость ее возрастает е связи с современными тробова-ниягл увеличена объема продукция электронной лролкшмняое^к, л которой до 5С# затрат приходится на ксхирод:-, параметров продукции.

Цель и задачи исследования. Целью. дкссертацяонко'Х работы является разработка и приборная реализация колориметрического метода конгл)олк (&МК) качеств ТП в сисюиа* массового контроля и разбраковки серийной продукции на различных этапах производства КС.

В соответствии с поставленной целью ^ раооте формулируются и решаются следуацяе яадачи:

- анализ методов и приборного парта средств контроля параметров качества III;

- разработка математических моделей "цвет-параметр качества" ТП на основа статистической измерительной информации;

- разработка и исследование КЖ толщины ТП;

- разработка и наследование КЫК оптических постоянных ТП;

- обоснование приборной реализации КЖ параметров ТП;

- повышение точности измерений параметров качества ТП;

- разработка алгоритмов и программных средств автотатизирс ванного построения моделей (ЛШ) "цвет-параметр" ТП;

- програлмно-еппаратная реализация модуля КЖ параметров ^ в промышленных условиях.

Научная новизна. В работе разработаны и исследованы матемг

тичоскяе и лрограшно-аддарахнке модули инструментального КЖ параметров качества ТП, выполнена оценка точности измерения, а также реалии .вшш алгоритмы и программные средства- АШ "цвет-п раштр" ТП с учетом измерительной информации конкретного объек

В р? "'ерируемой работе получены следующие новые- научные ре зультаты: '

-■установлены зависимости и предложены математические мод ли цветовых характеристик ТП в зависимости от их параметров ка чества; •

- разработали методики и- программные • "эдули колориметриче кой рс ,браковки изделий на различных этапах производства ИС; ■

- предложена методика повшиения точности измерений параме ров качества ТП;

- обоснована процедура, создания и реализованы алгоритм и программные средства модуля АЛЫ "цвет-параметр" ТП, функционир вдего в режиме самообучающейся системы.

Практическая ценность диссертации состоят в промышленном использовании разработанных методик инструментального КМК пара петров качества ТП - как составного фрагмента комплексной оист га управления качеством продукции в производстве ИС.Разработал; 1шз методики инструментального Kf.1t параметров ТП включены в оа .'. ндарт предприятия п/я Г-4710. Для производственного использова ' нил и тиражирования вышеназванных методик составлена технолога ; . чэскля инструкция ПАЮ 045.188ТИ.

I.. Разработанная методика КЖ параметров ТП позволяет про-дение его з технологической линии массового, серийного произ-дства, обеспечивая сняжоние трудоемкости контроля и увеличивая 10Ц9НТ выхода годных приборов;

2. Приборно-программная реализация разработанных методик

К параметров ТП позволяет осуществлять межоперацдоншгй контроль ..; разбраковку продукции на начальных этапах производства, что об- , ' яовливает снижение брака продукции! и экономию дорогостоящих ма- : (риалов; '..-•,

3. Предложенные методики и программные модули повышения точ~ юти измерений - основа для получения изделий заданного качества повышения технического уровня всей продукдии;

4. Разработанные алгоритм и программные средства АЛЛ "цвет-фаттр" ТП решавт задачи отдельных производств' я позволяют со-)ащать время и организационные затр&тн технологического кентро-

I.

На защиту выносятся;

- математические модэли я программные модули зависимостей дрет-параметр" ТП; "

- лриборно реализованные КМК параметров ТП в технологичес-зй линия массового, серийного производства ИС я разбраковки ее родукции на различных этапах;

-'методики повышения точности измерений параметров ТП; . - алгоритм и программные средства АПМ "цвет-параметр" ТП ис-зльзувдие информационную базу' конкретного объекта. V".

Апробация работы. Основные положения диссертации докладыв' ась и обсуздаяись на: III Всесоюзной конференция "Хроматографа- .' эские процессы и юс применение в кинетике л катализе, аЕтетгат'й-огщя измерений" (г. Ташкент, 1981г.); республиканской научно- , роизводственной конференции молодых ученых и опёциа: *>стов "За-ачи молодых ученых и специалистов в повышении качества выпускаемой продукции и освоении производственных мощностей" (г. Таш- '•'' ент, 1983г.);' Всесоюзном семинаре-созеиан&п "Внедрение програм-1шх сродств к методов размерного контроля точных измерении дайн углов" (г. Ленинград, 1964г.); юбилейной научной конференции • модых ученых я специалистов, лоеледеляой бС-летлю Ленинского омссмола Узбекистана (г.Ташкент, 1985г.); Всесоюзной научной окреренции "Проблемы теории чувствительности электронных к зло-.трсиоханяческих систем" (г.Москва, 1585~.); I Всесоюзной'юколе

до термодинамике я технологии лолущюводниковнх кристаллов в плавок (?; Ивано-Франковск, ISSGr,); У111 Всесоюзной научно-технической ко^ерэнцин Лйфрг^ащюнао-азыарительнно системы" (г. Ташкент, 1387г.); республиканских паутао-техническох шсолах-ссшшарах "Кслоршзтрические штоды и оредства контроля качества продуктов" (у/Ташкент, 1982,1904, 19ш, 1968 г.г.).

Публикации. По результатам работы опубликовано 12 научных рдбот а 8 - рукописных отчетов ш НИР.

■■''-.г.'. Структура п объем;работа. Ддссертацаошшя работа состоят из введения, четырех,глав, закяогчеыия, библиографии и щшоаенпй.йз-лсшна на 175 страницах шшинодаоного текста , содержат 30 рисунков, 23 таблица я 101 ши&шоваше библиографических ссылок.

• ; • ' . СОДЕШНИЕ РАБОТЫ.

Во введении реферируемой работ кратко излагается ее акту- • альность, обосновывается даль и задачи исследований и формулируются основные пологент.вшосшшз на защиту.Отражена научная новизна и практическая данность работа.

В первой главе рассматриваются классификация и анализ што- . дов контроля параметров fffl,а такта приводятся данные,отражавшие уделыпй вьс'каздого из них в структуре киироля производства ИС, Обосновывается связь технологических показателей .качества Til с их толщиной. - Анализируются современное состояние, и-традиционные методы контроля толщины ТП.

Современная И0 упрощенно может быть представлена в вида па-раллелрчииэда полупроводникового монокристалла {обычно кремния) палых размеров, содердацэго легированные области с разного типа проводимостью. На его поверхности в виде определенного геометрического, рисунка нанесены Ш металлов а диэлектриков. Надежность . любой макросхемы определяется качеством нанесения множества 1П. Основное параметры качества Тт' определятся целым рядом структурных, электрофизических и механических показателей.

Анализ структуры потоков информационных сообщений о качества проведения исследуемого производственного цикла, позволяет получить данные об объеме измерительной информации относительно соответствующих параметров и оценить роль каздого из них в общей структуре системы технологического контроля. Так, превалирующая доля (33,3;ó) в последа^ щададлозыга контролю толщины ТП. Слодутацампо г гааяюае-ta.параметром'яадяотся поверхностное сопротивлений (23 »82! .»а'-таш» разбраковка по взешыгу Er;ny <14,2#),которые тесно корро-

лпрутот с толщ-шсй ТП.

На ряс. I представлена предлагаемая классификация методов контроля толщины ТП. Анализ точностных к других показателей рассматриваемых методов и соответствующих ш измерительных сред, >тв указывает :га перспективность использования б производстве ИС оп-тичоскюс (шлерференциошого, поляризащонного) методов. Длитель-, нооть процесса измерения Д сложность обработки ого результатов < ограничивают пршвнанне последних, являщпхея к тому же выборочными и лабораторными. В силу этих обстоятельств преимущественное ,; применение в технологическом контроле производства ИС полупил ви-зуальныи способ оценки толщины ТП'по ей цвету. Однако субъективность определяет его значительную погрешносг-ь.

Корреляция цвета и толщины ТП обусловлена интерференцией световых лучей, ограженннх от границы раздела: "акрузгавдая среда-> плешеа" й "пленка-подложка".

Общее выражешю для пнтер^вренх'ди; ' '- ■ Р = (2/Л)я1п^(п*„ ~$т*&с) + 1/г Ц)

где р - число полуволн С я/2) зондирующего излучение укладывающихся на олтячэской таицинэ - ; .....

П„-пг1п%-ЬдЗс) (2)

©¿- угол падения} пх- показатель преломления окружающей среди; пг- показатель преломления пленки; угг - разовый сдвиг, возника-гашй при отражении волн» от границы раздела "пленка-подложка"; -' - дополнительный сдвиг, не' зависящий от динамики'наращивания, толщины пленки, г

Оценка цветовых характеристик ТД посредство» КМК может достигать относительного разрешений по толицшг до

Во второй главе', базируясь на представительности и требовании ловшеняя технического уровня существующей ЕЯзуал-'яой оценка парижтров ТП по ах цвету, рассматривается вопросы разработки инструментального КМК.. Предложены зависимости колориметрических ' характеристик ТП от их толвлнн, показателя лролототт л других:"' ■параметров, что характеризует предлагаемый метод в качестве универсального инструмента в массовом технологическом контроле серийной продукции производства ПО. ;

Лдя количественной оценки цвета ТП осуществляется выбор ко- . лсримотрическши, характеристик. Рациональна система координат - ' Щ:ета X , У ,2 (МКО 1931г.),построенная на основа-трех наз-

ti s

к

S

i и s

i g

вашшх единичных цветов, позволяющих воспроизвести цветовой сти-.мул з данной трехцветной система. Коордшиты вдета X , Y , Z. определяются следующими уравнениями:

Y-xlvWyWdt; . О)

2'к}ра)г(2Ш);.

IDO А

где К ~ j SCX)y(À)d(Xj- нормирующий коэффициент, введением которого координаты цвета тсамоаввтдашхся объектов выражаются в масштабе, удовлетворяющем условию Y =100, если объект является идеальным отражающим рассеивателегл; относительное слектралхл.

нов распределение анэргии источника света, определяющее средний уровень дневного света, a S (À) ¿¿Л. - определяет спектральный лучистый поток, падающий на единицу поверхности объекта внутри малого интервала длин волн f/Я, содержащего Я .

Спектральный поток, достигающий глаза наблюдателя, определяется для непрозрачных предаг ">в как:

где, J5(Xh основное свойство объекта, ответствепное за его прет (спектральный апертуршй коэффициент отражения);5:("Я), TJcA)tz(A) - удельные коэффициенты - определяют стандартного колориметрического наблюдателя MKQ 1931г. Для каждой длины волны Я -, ординаты трех основных функций сложения S(A)ty(Д),Н(А) указывают соответственно количества основных цветов X , y , 2 , которые для стандартного наблюдателя :сарактеризуит вдет спектрального стимула единичной модности.

Спектральный ацертурный коэффициент.отражения является основным показателем объекта, опредвлящпм его цвет.Зависимость его от толщины - <х/ Т11 имеет вид:

я. , (6)

i +2't%\ + 2\z„cos(Aa+A„ ~4xnxd/A) '

гдв X^^Trt • ~ ~ коэффициенты Фронеля;лг„ пк%

ri j - показатели преломления соответственно окружающей среды, пленка и подложки; , Д,3 - скачки фаз на границе раздела сред (в непоглощающих средах они имеют значения С или Jt в зявн-

симоста от того, положительны дли отрицательны значения 1п -и 7п , а знака cvs &п и toz должны совпадать со знаками "г,г а

Вцрахбнио (£) отражает характер отраженного света, определяемый интерференцией света в пленке и зависящий от разности хода, которую вносит оптическая толщина пленки на пути лучей. Поскольку-показатели преломления nt , /г,, п% имеют постоянные значешш, тс спектральный апертурный коэффициент отражения - JiA является периодической функцией аргумента (± Д+Д,;* Чз^п cl/A), содержащего две переменные величины d. и X . -Поэтому изменения одного из них, очевидно, инициируют изменения - .

Б работа теоретически обоснована корреляция медду цветом ТП и основным характеризующим его параметром - sL .

Поставлена и решена задача ькспершдонтальной апробации полученных теоретических зависимостей. Для этого испольэовшш образщ с планкой окиоа кремния ( ¿¿Di) в диапазоне толщин S5Q+22G01. В качество образцового измерителя толщины применяется лазерный эл-липсометр Л5М-2. С помощью спектрофотометра СФ-18 определяются спектральные апэртурные коэффициенты отражения образцов различной толщины и строятся соответствующие спектрограммы.. ПО спектральным характеристикам рассчитываются координаты цвета X , у .

2 и.цветности jt , у % Графики зависимости координат цвета и цветности от толщины ТП {рис.2) иллюстрируют наличие' тесной корреляция мезду этими параметрами на отдельных диапазонах . Линейный характер последней наблюдается для зависимости Y*fid)h диапазонах (1230»-14Ш)А и (I4o0fIS00)A, для диапазоне (950 >1400)А и для y=j(*i) Е диапазоне (I230+220G)A.

Экспериментальные данные создают необходимые предпосылки 'для практической реализации инструментального контроля толщины ТП по их цветовым характеристикам.

Другим определяющим параметром качества ТП является показатель прело,/ления. При интерференции света в ТП максимальные и т нималь'лые акаченая ßM о^оделяютоя соотношением показателей пре ломленчя окружающей среды -- п,, псдлскки - ns и пленки - Пг, а такхя оптической толщиной - пг iL и длиной волны падающего излучения - X .Как явствует из (5) , последние определяются соотношениями видсз:

А,*«,'; ^UX/^y (8)

гдя k* О, I, 2, . . .,

>0 1150 1350 1550 1750 1950 2150 ^Д)

Рис. 2. Зависимость косрданат цвета и цветности от 'толщины ТП

1кетремалъное значение

а А

Г» ^ пг1 +

юзволяет определять показатель преломления пленки

.

= «У

(7) -<

(8)

шкмя словами до спектральным характеристикам могло определять с ^статочной для практики точностью (0,01) значения показателя греломления пленки. Практическим подтверждением даннпх твэрем-шских выкладок являются результата экспериментального измерения «Зразцов с различными показателями яролоилетлтя.

Аналогичным образом в реферируемой работе обосновывается

целесообразность использования цветовых характеристик ТП для их разбраковки по основным параметрам качества: шероховатость границ слоя - коррелирующая с зернистостью; пространственные флуктуации оптических постоянных; зеркальность и пористость материала слоя; наличие микротрещин и микровключений.

Законы оптики , -оторш распространяются на ТП, позволяют описывать зависимости отражения света от названных выше параметров поверхности.

Рассеянный сват всегда сопровождается 'пленением направления распространения, которое характеризуется индикатриссой рассеяния й(о1.), где сС - угол рассеяния по отношению к направлению освещающего образец светового пучка. Индикатрисса рассеяния для частицы, не поглодающей свет, определяется как:

1 СОЗ'сС

(9)

где Д - коэффициент пропорциональности; А/. - число частиц в единице объема среды; V - объем одной частицы; Ь - расстояние от рассеивающего объекта до точки наблюдения; 0, - интенсивность падающего света. . •

Отсюда следует, что интенсивность рассеянного света пропорциональна Я"' (закон Реллея).

Рассеяние света в оптически чистых средах является молекулярным. Индикатрисса молекулярного рассеяния в случае электрически изотропных молекул описывается выражением:

где Б - постоянная Болыцлана; Т- абсолютная температура; § -термодинамический коэффициент сжимаемости среды; п. - показатель преломления на длине волны Я ;Ь - расстояние от рассматриваемого объекта до точки наблюдения. Еслч линейные размеры неоднородности соизмеримы с длиной волны или долыие нее,то зависимость интенсивности рассеянного света имеет, вид:

2« Г*1; (и)

где т< 4 н убывает с увеличением размербв неоднородностей.

Эксиериментальнымя исследованиями по измерению спектрально: апертурных коэффициентов отражения образцов с различной зернистость» и зорк&лькоотьа обосновавается возможость применения спек^с/. от оавгрического а колорц'.'.-зтрячвского методов контроля

- хз -

ш целей оценки структурных характеристик ТП.

Теоретическое обоснование функциональной связи спектрального гранения от соответствующего параметра, подтвержденное зкспера-тталыю, дает основание для использования КМК в задачах оценка шества ТП в производстве ИС.

В третьей главе рассматриваются вопросы прибор* реализа-1и ^ЛК параметров ТП. Приводится математическое описание предложных методов массового технологического контроля, обеспечнзаю-зе существенные преимущества по точности и трудоемкости. Прог-шмное обеспечение полученных моделей реализовано в рациональной эрме с использованием микро-ЭВМ спектроколориметра, Найденные эшеиия повышения точности до промышленных требований, открывают эрспективу использования метода в производстве ИС.

Ограниченность номенклатур« отечественных колориметров с тре-уемши характеристиками, а также специфика производства ИС (быс-рое обновление ассортимента продукции и обусловленная этим необ-эдямость оперативной смены программного обеспечения) предопреде-пет выбор колориметрического прибора со встроенной микро-ЭЕМ.

Сравнительный, анализ требований производства и технических озможностей ряда приборов свидетельствует о целесообразности ис-ользования спектроколориметра "Радуга-2", оснащенного микро-ЭВМ Электрощит ДЗ-28". . %

Обоснованна и выбор спвктроколооиметра предшествовали зада-э определения зависимости "цвэг-толцина" ТП. Построение модели азнруется на результатах экспериментальных измерений образцов с танкой 2,/.0г - на спектрофотометре СФ-18 с последующим расчетом начений координат цвета .и цветности; дополнительной партии ана-огичных изделий различной толщины в пределах производственного иапазона - на спекгроколориматре "Радуга-2". Толщина пленок из-еряется на лазерном эллилсомотре Л 31.1-2.

Посредством анализа измерительной информации, представлен-ой в ввда зависимостей Ч-Ш), Ъ-Ш),

С = (и1), у=£ ) для пленок , устанавливаются уча-

тки их связи для отдельных координат цвета я цветности:

2 -950*-1400А; Ух - 123С+14Б0А-, Уа - 148С+1900А; у -12301-22001. На основе методов корреляционного и рагрес-ионного анализа определяится значения коэффициентов зависимое-

■и"цвет-толщпна" ТП. В общем случае выражающийся ¡гак:

1

где 2 - одна из цветовых харе .стеристяк; <г/ - толцкна в ангот' ромах (А); о., и а, - коэффициенты регрессионного уравнения { 2 - принимается за искомую функцию, .поскольку ^ является аргументом функции цвета.)

Для оценка тесноты. линейной связи полученных моделей рассчитываются коэффициенты корреляция. Б нашем случае минимальны из них равен 0,98, что подтвер;.'даэт правильность гипотезы о предполагаемом характере связи. Наряду с этим, все коэффициент, коделзй, проверенные на значимость по критерию Стыодента, дали положительные результаты. Проварка адекватности моделей по крл терпи Скиера подтверждает их соответствие экспериментальным длнным. Все полученные уравнения регрессии проверяются на обра тимость.

Полученные указанными процедурами зависимости цветовых ха рактеркстик ТП с их толцикой, сведены в табл. I.

Таблица I

Диапазон измерения, (1) : Математическая модель . Погрешность, (!»)

950+14Э0 ¿=503,61+19,4401.2 7,71

1ЕЗСШЗО ' ё. =847,523^23, У, 3,65

1480т1°^0 й ---102,835+50 X 5,59

1230*2200 ш!=-62 ,5623+7812,5 у 2,62

Практической алробацле": разработанных моделей, основанию' на выборе линейного 'участка зависимости "цвет-толста" по отдельной координате цвота пли цветности, выявляются их недостач ки: неудовлетворительная дат производства точно ть, обязательный переход к различным моделям ГфЛ контроле толтин ТП в проз: водственных диапазонах.Последнее определяет необходимость исс-ледованкя нелинейно'; зависимости "цвет-толщина" во всем производственном диапазоне тешгцш ТП,. с использованием всех координат цвета.

Оптимальный вид модели получен на основе результатов машинных экспериментов на УВХ-СМ-З.Адекват1Ш1 модель с минимальной .погрешностью имеет вид:

По методу наименьших квадратов на ЭВМ "Искра-?26", рассчитываются коэффициенты аппроксимирующего уравнения. Погрешность расчетов во всем диапазоне таш;;ип не превышает

Зависимости "цвет-толщина" переводятся на язык .кодов ¡шщ-ро-ЭЗМ "Электроника ДЗ-28", комплектно входящей-в состав спект-роколориметра "Радуга-2".

Стыковка программ измерения цватовнх характеристик и модели зависимости "цвет-толщина" сделала возможным осуществлять непосредственное определение толщины ТП в диапазоне 9501-22001 при измерения её цветовых характеристик.

В четвертой главе рассматриваются вопросы унификации К!® параметров ТП, эффективности его внедрения в производство ИС, а также создания системы АПМ зависимостей "цвет-параметр" ТП.

Контроль толщины ТП, рассмотренный на примере пленок 8сОх , типичен для производства НО. В данной постановке задача ставится для пленок нитрида кремния ( ЙцАС ). В сеязи с этим рассматривается возможность применения КМК толщины для пленок , полученных по двум различным технологиям в диапазонах толщин (360-г880)А и (1200+1700)1. По результатам статистической обработки измерительной информации на ЭВМ рассчитнвзытся параметры адекватной математической модели зависимости "цвет-толщина" ТП, аналогичные рассмотренным выше дня пленок &0г

Узким местом тонкопленочной технология является отабвлизи-руемость показателя преломления, однозначно определяющего число контролируемых параметров: "да" - контроль одного параметра; "нет" - контроль нескольких параметров. В формирования цвета ТП, наряду с е£ , участвует и п

. В работе ставится задача одновременного колориметрического контроля ¡1 и п пленок /% . Алгоритм исследований включает: измерение образцов (более 100 штук) с заранее определенными на ЛЭМ-5 значениями ¿и п. ; установление зависимостей "цвет-толщина" и "цвет-показатель преломления"; расчзт тарамотров математических моделей аналогичных вида (13); проверку моделей на адекватность по критерию Фишера; расчет ггогроынос-гей (которые не превышают 2%); перевод программно-реалазованного алгоритма'на язык кодов микро-ЗШ "Электроника ДН-26"; стыковку грограмгл измерения и расчета цветов!« измерений.

В формировании надежности ИС значительна роль качества ка! Л I • , ■

несения пленок алюминия ( А( ) на подложку. Информация оо этом необходима на начальной стадии технологического процесса. Оценку качества пленок А1 (разбраковку) производят посл< более поздней операции - термокомпрессии, - по числу но припал кых золотых выводов и значению усилия на их отрыв.

Качество покрытий суть функция многих переменных

шероховатости, зернистости, , температурного рекима на..м кия и зеркальности слоя. Приходится констатировать низкую эфф< . юность (число параметров определяет количество приборов) и уровень контроля этих показателей. Б свою очередь, перечисленные параметры, формирующие качество пленок А1 , тесно коррелируют с колориметрическими характеристиками.

Процедура производственного контроля качества пленок вши чает определение процентов: выхода годных изделий; непоклейки срыва А1 , пссле этапа термока.лрессии. В работе предлагав ся методика прогнозной оценки указанных показателей на началь них стадиях технологического процесса. Эта оценка осуществляв ся на основе математических моделей вида (13) для рабочих и к трольных пластик. Благодаря разработанным, в рамках диссертац онной работы, методикам и их специальной программной реализац достигнута значительная ¡экономия дор*/госто-тих материалов и р. бочего времени, за счет которых приблизительно на увеличив ется процент выхода годных приборов.

Б производстве /1С, шгтду с тонкими, применяются и "толе (более 4000Я) пленки. Это разделение определяется их различно, отражательной способностью характеризуемой интерференцией в н С точки зрения контроля, спектральные характеристики гонких и толстых пленок имеют соответственно унимодальный одно- и мног эктромальный характер. Ьвзду неравномерности статистической и мерительной информации во всем технологическом диапазоне 5500 17400А., признается рациональным его подразделение на 'интервал 5520*6300А; 7000+9200А; 10900+12900А; 16300+17400А. По описан ной выше методике получаются адекватные математические модели вида (13), представляющие собой зависимости "цвет- толщина" дл указанных поддиапазонов, Погревность измерения не превышает Е

Вопрос эффективного экспроссного контроля качества плене поликристаллического кремния, осуществляемого в настоящее вре выборочно, лабораторным методом, не нашел своего разрешения I производстве ИС. Параметрами, характеризующими качество этих

пленок, являются & , п. , а также величина зерна структуры пленки, однозначно связанные с колориметрическими характеристиками. Информационная часть разработанной методики одновременного контроля параметров плгчок псшжрлсталдического кремния по их цвету включает в себя математические модели (13) в виде зависимостей "цвет-толщина", "цвет- показатель преломления" л "цвет-величина зерла структуры". Измерения организуются с помощью созданной сервисной программы с п ектроколор иматра "Радуга-2".

В работе ставится и решается задача создания методика повышения точности колориметрического контроля толстых ( > 4000А) пленок, использующей уравнение интерференции (5), зависимости спектрального алертурного коэф.]> чента отражения от пленки.

Приводится иллюстрация формирования базы знаний в интерактивном режима работы на ПЭШ "Искра-226" на основа алгоритма решения оптимизационной задачи. Спектральная характеристика образца сравнивается с рассчитанной по уравнению (5) , куда вместо <я первоначально прд-

ставляется рассчитанное в соответствии с колориметрически.! методом его значение. При этом путем автоматических подстановок добиваются выполнения условия:

п

где . £ - погрешность метода. Расчет значений ■водится до достижения требуемой точности.

Итогом предложенных методик колориметрического контроля параметров ТП, является разработка системы АПМ зависимости "цвет-параметр" ТП, 5 возможностями адаптации к конкретному производству и обладающей функциями самообучения . На ПЭВМ "Искра-226" реализован программный модуль, организующий работу по алгоритму, блок-схема которого приводится на рисунке 3.

Предложенная методика реализации АШ, являясь информации оннкм базисом постоянно пополняемо!* библиотеки программных:Мо-дулей, расширяет" сервисные возможности спактроколоримвтрнчос---кой измерительной системы я эффективна в условиях гибкого; :-4 ' ' 'быстуообновляемого технологического процесса производства КС. ' •

(14) про-

("НА ЧАЛО) '

¿-—ТТЛЕ=1--

^/Ввод исходных данных/

^Яаод требуемой точ- / __поста • /

Выбор модели

-5_Е

Оформление матрицы согласно выбранной модели до .'.Ж

Ге-Х

Реглогьче матрицы по методу Гаусса

-.....9 '

а нет Голошение

модели

/Вывод вида тт. моде-, / ;да с полученными коз-• / ф^ицяентама

, ■'. •" г11- * ч СКОПЕ Ц)

Рис, 3 . Бяок-схема алгоритма АПМ

Разработанные штодски колориметрического контроля параме ров И1 апробированы, в производственных условиях пропик проиьш иую эксплуатацию и внедрены на головном предприятии п/я Г-'71С производственного объединения "Родон". ■

Длительная лрошшленная эксплуатация разработанных методе показала их работоспособность в условиях массового производств Экономический эффект от внедрения предложенных методик контрси начальной стадии технологического процесса складывается за счс организации массового.технологического контроля серийной продз дня; экономии дорогостоящих ютериалов; снижения трудоемкости времени контроля; сокращения брака« Перечисленные экономячосю показателя определяет артятую в микроэлектронике оценку - лрс

хода годных приборов. Последний обусловливает экономическую фективность внедрения методик контроля в размэре 171021 руб-й в год.

• Промышленная эксплуатация КМК продукция, предусмотренная ограммой диссертационной работы, выявила его прек-ущес.ва, о очевидно, предопределяло решение НТС головного предприятия тирадированип КМК на всех производствах объединения. •

В технологический регламент и/я Г-4710 введен инструмен-льный колориметрический контроль параметров ТП. Для его какого использования составлена и действует технологическая струкция ПАЬО 045.188ТИ. Совокупность разработанных в диссер-цш1 методик колориметрического контроля включена в стандарт едпрпятия. ,, . ,

Методика инструментального колориметрического, контроля ; ■ ; раг.атров ТП освещается в разделе "Приборы контроля состава а ойств веществ" учебного курса "Метрология и технологические морения отрасли", читаемого студентам специальности 2X03 втоматпзация технологических процессов а производств".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты мояно сформулировать следующим образом;

1. Установлены зависимости цветовых характеристик от техно-гических параметров ТП, определяющих качество продукция в про-зодстве ИС. Зависимости типизированы на два группы - со стаби-;зяруемыми и нестабнлазируемши рэ&имами, предусматривавдимд ответственно контроль' одного или нескольких параметров.

2. Для совокупности технологических режимов, разработаны • .тематические модели зависимостей "цвет-параметр" ТП д выбраны •наиболее адекватные-интерпретации, обосновывающие практичзс- ' ю реализуемость сценок параметров»

3. Разработан -ляд К?Ж параштроз ТП, позволяющий осуществ- 1 ;ть инструмэнтальши технологический контроль продукции, обес-.■ чивая снижение трудоемкости л повтшняе процента выхода яздо- •'

4. Предложенная щжборно-програкшая реализация разрабатывая— ■ з мотодик колориметрического контроля параметров ТП позволяет -уществлять шяопорационный контроль п. отбраковку продукции-па-'' .зличных этапах производства, способствует еншк^щда брака 'рос х изделий и экономия дорогостоящих, материалов на этапе тэр-|Ко:.шресс!1И. . ' ':Г ' 1 -

5. Разработана методика повышэшш точности колориметричес кой оценка параметров "толстых" (■ d > .4000Â) пленок по их спектральным характеристикам, обеспечивающая контроль во всем пройзаодстэенлол! диапазоне измерений.

■ б. Разработаны алгоритм и программные средства АШ завис! иостей "цвет-параметр" ТП, призванные решать задачи конкретны? производств л унифицирующие технологический контроль, сокраща; время в организационные затраты на измерения.

7* Предложенные метода и программные средства технологи-чоского контроля параметров ТП, реализованные на базе отечественного спектрсколоримотра" "Радуга-2", внедрены: на продпрпят; п/я Г-4710 и включены в стандарт предприятия, а для их широко] использования составлена технологическая инструкция ПАБО 045.1SSTíÍ¡ Разработки диссертация используются в учебном процессе кафедры "Автоматизация производственных процессов" Ташкентского политехнического 1шститута.

Основные положения диссертации изложены в работах:

I. Юзуябеков Н.Р., Мавдяпкарпев Б.А., Турсунов А.Т., Мух; медзсанов У.Т., Радаабова М.А. Исследование цветометрического контроля толщин окясной пленки // Хроматографичоскиз процесс их при.'леие!ше в кинетике и катализе, автоматизация измерений: Тез.дскл. Всосодз.научи.коиф. 18-21 мая IS8I.-Ташкент, 1981. С.;

" 2. 1>!ухакэдханов У.Т., Радаабова U.A. К вопросу измерения цветовых характеристик тонких пленок // Тр. ин-та/ Ташкентски политехнический ия-т.-Ташкент,1983.-С.46-50.

3. У.ухаМ'Здхапов У.Т., Тиллнходаяев С.С. Инструментальный метод оцй!ПШ качества параметров интегральных схем в микрозле тропике //Задачи молодых ученых и специалистов в повышении ка чесгва выпускаемой продукция и освоении производственных шцн тей; Тез.докл.Ресгтубл.науч.кокф. 20-21 1983.-Ташкент. 1985 С.41.

4. Юсупбеков Н.Р., Ыавлянкариев Б.А., Мухамедханов V.T. др. Колориметрический контроль качества продукции микроэлект^ някв// Внедрение программных средств и методов размерного koi роля точных измерений длин и углов. Тоз.джт.Всесоюз.сем. - < вещ.Дентсрад. 1984. С.47-48.

5. Мухамедханов У.Т, Цввтометрическил контроль качества пленок нитрида кремния и окиси кремния // Юбилейная научная конференция.молодых ученых и специалистов посвященная 60-лот:

Ионинского комсомола Узбвкистана:Тез.докл.Респу<5л.конф.11-12 -ларта 1985.-Ташкент. 1985.С.286.

6. Юсупбеков Н.Р..Мавлянкариев Б.А., .Мухамедханов У.Т. Совершенствование технологического контроля в производстве интегральных схем//Проблемы теории •чувствительности электроных и электромеханических систем.Тез. докл.Всесоюз. науч. конф. 10-12 июня 1985.-М.:Радио и связь,1985.-С.34-35.

7. Остапчук А.Н., Мавлянкариев Б.А., Школьный А.К., Мухамедханов У.Т. Оценка качественных параметров тонких пленок по цветовым характеристикам// I Всесоюзн.школа по термодинамике

и технологии полупроводниковых кристаллов и пленок:Тез.докл.-Ивано-Франковск,1986.С.164-165.

8. Юсупбеков Н.Р., Иавлянкариев Б./ Мухамедханов У.Т. Методы и приборные средства цветометрического контроля в микроэлектронике.М. ,1936.-8 е.- Дел.в ЦЕМТЭППряборостроения Уг ДР 3262.

9. ЭДухамедханов У.Т. Контроль качества алюминиевого покрытия в производстве интегральных схем.М.,1986.-9 с.-Деп. в ЩШИТЩриборостроения & ДР 3264.

10. Юсупбеков Н.Р., Мавлянкариев Б.А., Остапчук А.Н., Школьный А.К., Мухамедханов У.Т. Приборная реализация цветометричес-кого контроля качественных параметров в микроэлектронике //Приборы и системы управления.-1986.-й 10.С.28-30.

11. Юсу: -5еков Н.Р., Мавлянкариев Б.А., Мухамедханов У.Т. Повышение точности измерений параметров покрытий при оценке надежности микроэлектронных приборов// Информационно-измерительные системы-87„Тез.докл. .8 Всесоюзн.науч.конф. 28-30 сентября 1987. Ташкент.1987.С.129.

12. Мухамедханов У.Т. Эффективный метод контроля для снижения потерь продукции микроэлектроники//Тр.да-та/Ташквнтский политехнический ин- . 1988.Ташкент.-С.39-41.

13. Юсупбеков Н.Р».Мавлянкариев Б.А., Мухамедханов У.Т» я др. Исследование цветометрического контроля толщины окисной пленки и разработка методики её измерения. Отчет о НИР /ВНИИ № ГР 81.057206 ;Итз.)» 0282801Э240.-М. ,1981.-79 о.;Инв„)*

0283.0004162.-М.,1982.~ 90 с.

14. Юсупбеков Н.Р., Мавлянкариев Б.А., Мухамедханов У.Т. и др. Исследование возможности цветометрического контроля качества тонкослойных покрытий,'разработка методик их разбраковки и *

измерения толгдан. Отчет о IE-IP /ЗИЗШ & ГР 01.83.0073155: Инв. JT 02.с4.0024-950.-М. ,1983.-76с. ;Икз.П 02.85.00II927.H. ,1984.-74 Ы1Ш.Я 02.oG00060I8.bi. ji.iti5.-73c.

15. Улвлянкариев Б.А., 'Лухамедханов У.Т., Радаабова 1л.к. J др. Исследование цвзтометрического контроля качества пленок алюминия и лолакристаллического кремния, разработка метода? их оценка и создайте информационно-метрологической системы. Отчет о KÎP/ ВШШ"Л ГР 01.86.009I66I:Ккв.iï 0287.0028155.M. ,1986.-8." Khe.JÎ 0288.0029359.M. ,1937.-87c. ;Инв.й 0289.0028515.M. ,1988.-86c.

Пплпксаио n лсчзть — • P- / '

Фсрхдг буилгн GOxSI'/н Бумага типографская .V- I. Псч.щ, « РОТАПРИНТ». Объем Тираж ,

ал«, тс.