Ширяев Борис Владимирович. Программно-аппаратный комплекс автоматизированного визуального контроля при производстве монолитных интегральных схем

Краткое описание

Ширяев Борис Владимирович. Программно-аппаратный комплекс автоматизированного визуального контроля при производстве монолитных интегральных схем;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники»], 2021

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. РУЧНОЙ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ВИЗУАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ (ОБЗОР) 11
1.1 Виды контроля при производстве СВЧ МИС 11
1.2 Визуальный контроль 13
1.3 Методы визуального контроля 17
1.4 Существующие установки автоматизированного визуального контроля 20
1.5 Зондовые станции 22
1.6 Программные решения автоматизированного визуального контроля 26
1.7 Подходы к автоматизации визуального контроля 27
1.8 Инструменты автоматизированного визуального контроля 28
Выводы 30
ГЛАВА 2. АЛГОРИТМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВИЗУАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ 32
2.1 Классификация дефектов на микрофотографии МИС СВЧ 32
2.2 Предварительная обработка изображений 40
2.3 Алгоритм автоматизированного визуального контроля 40
2.3.1 Поиск точек совмещения 42
2.3.2 Вычисление матрицы аффинного преобразования фотошаблона 44
2.3.3 Растеризация векторного чертежа фотошаблона 48
2.3.4 Выделение области анализа 50
2.3.5 Преобразование микрофотографии 51
2.3.6 Вычисление карты дефектности 53
2.3.7 Поиск и определение наличия дефекта на карте дефектности 54
2.4 Подходы и методы реализации этапов алгоритма автоматизированного
визуального контроля 55
2.4.1 Реализация поиска точек совмещения 55
2.4.2 Реализация преобразования векторного чертежа фотошаблона 57
2.4.3 Реализация классификатора на основе искусственной нейронной сети 57
2.4.4 Реализация расчёта карты дефектности 58
2.5 Асимптотика алгоритма автоматизированного визуального контроля 61
2.6 Программное обеспечение автоматизированного визуального контроля 63
Выводы 66
ГЛАВА 3. УСТАНОВКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВИЗУАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ 67
3.1 Требования к проектированию установки автоматизированного визуального контроля 67
3.2 Выбор основных функциональных компонентов 69
3.3 Разработанные образцы зондовых станций и станции визуального контроля 71
3.4 Программное обеспечение управления измерениями 76
3.5 Аппаратно-программная система температурной компенсации 77
3.6 Программно-аппаратный комплекс измерения электрофизических
параметров МИС 80
Выводы 82
ГЛАВА 4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ АЛГОРИТМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВИЗУАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ 84
4.1 Методика проведения экспериментов 84
4.2 Программное обеспечение автоматизированного проведения экспериментов 89
4.3 Проведение экспериментов и обсуждение результатов 91
4.3.1 Самые простые планарные линии СВЧ МИС 91
4.3.2 Простые СВЧ МИС 95
4.3.3 СВЧ МИС средней сложности 100
4.3.4 Сложные СВЧ МИС 104
4.3.5 СВЧ МИС высокой сложности 111
4.3.6 Фотонные МИС электрооптического модулятора 115
Выводы 118
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 119
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 121
ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное) 133
ПРИЛОЖЕНИЕ Б (обязательное) 137

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проделанной работы был разработан программно-аппаратный комплекс автоматизированного визуального контроля МИС.
Программная часть комплекса основана на оригинальном алгоритме обработки микрофотографии МИС с использованием технологий компьютерного зрения и искусственных нейронных сетей. Алгоритм сравнивает микрофотографию МИС и фотошаблон, который используется для создания данной МИС, методом вычисления пиксельного расстояния каждого пикселя микрофотографии до области его принадлежности в фотошаблоне. Разработанный алгоритм, отличающийся от существующих методом сравнения с фотошаблоном, позволяет с высокой эффективностью проводить визуальный контроль. Повторяемость автоматизированного визуального контроля относительно ручного достигает 98%.
Разработан системный подход выбора группы точек совмещения алгоритма автоматизированного визуального контроля, который использует критерий повторяемости геометрического расположения на микрофотографии МИС и фотошаблоне. Данный метод позволяет исключить точки совмещения, на участках которых расположен дефект и их координаты вычислены неверно.
Скорость работы алгоритма автоматизированного контроля прямо пропорциональна количеству вычислительных потоков персонального компьютера, на котором выполняется данный алгоритм и достигает ускорения визуального контроля от 4 до 28 раз на 6 вычислительных потоках по сравнению с ручным в зависимости от сложности топологии контролируемой МИС.
Разработанное программное обеспечение на основе алгоритма автоматизированного визуального контроля обладает модульной структурой для удобного расширения данного программного обеспечения. Так же программное обеспечение может быть подключено в измерительную программу, разработанную в АО «НИИПП» для осуществления «потокового» визуального контроля на существующих станциях. Также в дополнение к основному функционалу программное обеспечение позволяет проводить исследования визуального контроля, которые помогают определить оптимальные критерии вычисления дефектности: порог детектирования дефекта и максимальный допустимый размер дефекта. В качестве вспомогательных величин используются общая ошибка расхождения ручного и автоматизированного визуальных контролей, ошибка первого (доля годных МИС определены как бракованные – «ложнобракованные» МИС) и второго (доля бракованных МИС определены как годные – «ложногодные» МИС) рода.
Разработана станция автоматизированного визуального контроля и полуавтоматическая зондовая станция, которая может выполнять функцию станции визуального контроля за счёт использование качественной оптической системы. Разработанные станции в совокупности с программным обеспечением не уступают по характеристикам зарубежным аналогам, а по некоторым даже превосходят их.
Разработана специализированная аппаратно-программная система температурной компенсации, отличающаяся гибкостью программной настройки и позволяющая исключить влияние эффекта температурного расширения механических узлов под воздействием внешних факторов.
На основе разработанной полуавтоматической зондовой станции разработан программно-аппаратный комплекс измерения электрофизических параметров МИС на неразделённых полупроводниковых пластинах.
Разработанные полуавтоматическая зондовая станция и программное обеспечение автоматизированного визуального контроля используются на предприятии АО «НИИПП».