Проект: Автоматизированная система измерения шероховатости и профиля поверхности

В результате выполнения проекта будет получен макет стилусного профилометра, состоящий из измерительного зонда и предметного стола. Геометрическое разрешение измерительного зонда будет составлять не менее 100 нм. Реализация разрешающей способности будет достигаться конструкцией измерительного зонда, оптической системой детектирования колебаний измерительного зонда, включающая лазерный позиционер и программу определения положения зонда. Предметный стол будет рассчитан на образцы размером до 100 мм, фиксация которых будет осуществляться вакуумным прижимом. Перемещение предметного стола будет осуществляться на основе моторизированной системе перемещения с точностью перемещения по осям X и Y не менее 100 нм и оптической системы измерения перемещения с лазерным инкодером. Для достижения заявленных параметров стилусного профилометра, будут проведены исследования и получены зависимости конфигурации формы измерительного зонда на воспроизводимость геометрии измеряемой поверхности и погрешности измерения. Получена технология изготовления измерительного зонда на основе композиции тонких диэлектрических и металлических пленок. Для реализации оптической системы детектирования колебаний измерительного зонда, будут получены зависимости влияния положения и угла наклона лазерного источника на чувствительность колебаний измерительного зонда и разрешающую способность измерений. Будут определены требования к источнику лазерного излучения, 4х-польному детектору и геометрии оптической системы измерения. Для реализации контроля и детектирования перемещения предметного стола, будет спроектирован и разработан оптический инкодер и стеклянная линейка со шкалой, которые позволят проводить измерения перемещения с шагом до 50 нм, со скоростью перемещения до 10м/с.

Производство интегральных схем основывается на последовательности технологических операций, включающие такие процессы как нанесение полимерного материала, литография, удаление ненужных участков полимерного материала, травление полупроводника, травление металлических/диэлектрических пленок, осаждение металлических/диэлектрических пленок. Для изготовления микросхемы, количество операций насчитывается не менее десяти. Для простых микросхем, в среднем составляет 30 операций. Толщина технологических слоёв микросхемы может составлять от единиц нанометров, до сотен микрометров. Точность и воспроизводилось толщины/глубины слоев влияют на параметры микросхемы, а, следовательно, и на параметры конечного изделия микроэлектроники. Необходимость контроля толщины технологических слоёв является одним из ключевых этапов производства микросхем. На сегодняшний день, существую два типа приборов, позволяющие проводить такие измерения, это оптический и стилусный профилометры. Оба принципа определения толщины слоя имеют как свои достоинства, так и недостатки. На рынке стилусных профилометров монополистом является американская фирма KLA, которая на сегодняшний день не поставляет свои приборы в РФ. Имеющиеся профилометры у российских производителей микросхем, требуют ремонта, что так же на сегодняшний день является не реализуемой задачей. В представленном проекте предлагается решить ряд задач, которые позволять реализовать отечественный стилусный профилометр, применяемый для проведения измерений толщин тонких пленок, при производстве интегральных схем.

Предметом разработки являются измерительный зонд, система определения колебаний зонда, оптическая система измерения перемещения с лазерным инкодером, на основе которых будет собраны макете функциональных узлов стилусного профилометра. Предметом исследования будут являться зависимости влияния конструктивных решений исполнительных боков на параметры стилусного профилометра. Для визуализации исследуемого профиля будет разработано программное обеспечение.

Разработка измерительного зонда будет осуществляться на основе физического моделирования механики и геометрии конструкции. Изготовление измерительного зонда будет осуществляться с помощью литографических процессов, вакуумного напыления металлических пленок, плазменного осаждения диэлектрических пленок и плазменного травления. Конструкция оптической системы измерения колебаний измерительного зонда будет проектироваться в программе comsol, изготовление тестовых образцов будет осуществляться на основе 3Д печати. Оптическая система измерения перемещения предметного стола будет разработана на основе стеклянной линейки с металлической шкалой и лазерным инкодером.

Проект направлен на разработку высокоточного измерительного прибора, где, для реализации и достижения заявленных параметров, будут применяться решения, разработанные зарубежными лидерами в данной сфере, такие как KLA Corporation, Jena Numerik, ACS motion control, Heidelberg.

Для реализации проекта коллективом заявителей, были проведены расчеты оптической системы измерения колебаний измерительного зонда, спроектирован испытательный стенд для исследования измерительной системы, закуплен 4х-польный диодный модуль и источник излучения. Проведен литературный обзор конструкции измерительного зонда. Для изготовления измерительного зонда у коллектива есть большой опыт в моделировании и изготовлении механики многослойных композиций диэлектрических и металлических пленок, опыт в изготовлении МЭМС структур. Для разработки и наладки функциональных узлов у коллектива есть большой опыт в наладке и настройке технологического оборудования, где используется системы перемещения и позиционирования с точностью до 2 нм, скоростью перемещения до 10 м/сек., а также опыт ремонта и наладки с оптического измерительного оборудования.

На Российском рынке из отечественных конкурентов можно выделить только фирму НТ-МДТ Спектрум Инструментс, которые имеют большой опыт в проектировании и изготовлении атомно-силовых микроскопов. Однако, в линейке их продукции нет стилусных профилометров. Преимуществом перед зарубежными аналогами является производство на отечественной технологии, с максимально возможной отечественной элементной базой. Недоступность зарубежных аналогов является высоким конкурентным преимуществом предлагаемого решения в проекте.