CC BY
49
оргстекла и белый матовый экран (2). Для возможности смещения мешающего блика в зону зрачка на правую или левую половину радужной оболочки светодиодные осветители снабжены устройствами поворота на некоторый угол в горизонтальной плоскости.
Оптимальная освещенность радужной оболочки глаза пациента, необходимая для получения качественного слайда, обеспечивается с помощью схемы управления интенсивностью свечения светодиодных осветителей. Это позволяет обойтись без устройства диафрагмирования, что существенно снижает габариты, массу и стоимость иридографического блока.
Устройство соединяется с компьютером кабелем через и8Б-порт (8). Напряжение питания малогабаритной видеокамеры и светодиодных осветителей подводится также с и8Б-порта компьютера. Для безопасности исследователя и пациента напряжение питания не превышает 13 вольт.
Пример изображения радужки, полученного с помощью данного устройства, показан на рис. 2.
Рисунок 2 - Изображение радужки глаза
Полученное изображение передается в программный комплекс для дальнейшей обработки, анализа и постановки диагноза.
ВЫВОДЫ
Разработанное устройство иридографии позволяет оперативно проводить диагностику пациентов сохранять изображения радужной оболочки глаза в электронном виде для дальнейшего анализа. Прибор имеет малые габариты и вес и может размещаться на рабочем столе офтальмолога.
Эксплуатация не требует помещений, специально приспособленных для офтальмологических исследований. В случае, если в состав комплекса входит компьютер класса Notebook, его можно использовать в службах «Скорой помощи» и профосмотровыми выездными бригадами.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Вельховер Е.С. Клиническая иридология. - М.: Орбита, 1992. - 432 с.
2. Вельховер Е.С., Ананин В.Ф. Введение в иридодиагностику. Пупиллодиагностика. - М.: УДН, 1991. - 211 с.
3. Вельховер Е.С., Бондур В.Г. Основные направления компьютерной иридодиагностики. Иридолог. Сборник материалов Всесоюзной ассоциации иридологов. -1990. - № 4. - С. 5-12.
Надшшла 27.12.04 Шсля доробки 230.5.05
Розглянута можлив1сть створення апаратного комплексу ipudodiaznocmuKU. Встановлено наявтсть в1дблис-ку, що заважае, на райдужнш оболонщ, розглянуто метод усунення його впливу. За результатами нacлiдкaмu роботи пропонуеться малогабаритний пристрш з мож-лuвicmю оцифрування зображення райдужноЧ райдужноЧ оболонки ока i пеpедaчi на комп'ютер для подальшог обробки.
The opportunity of creating hardware complex iridology is taken into consideration. According to the results of the work, little device with the opportunity of digitizing the image of iris of the eye and transferring on the computer for future processing is proposed. The way of elimination of the flare on the iris are considered.
УДК 621.317.333
И. Ш. Невлюдов, Н. Г. Стародубцев
КОНТРОЛЬ ТОЛЩИНЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН
В ПРОЦЕССЕ ОБРАБОТКИ
Предлагается метод контроля толщины полупроводниковой пластины в процессе производства, позволяющий повысить его производительность и качество изделий. Для проверки предложенных теоретических положений проведены экспериментальные исследования, приведено описание экспериментальной установки, методики проведения измерений, приводятся результаты.
ВВЕДЕНИЕ
Бурное развитие микроэлектроники в последние десятилетия объясняется тем, что она позволяет существенно снизить массу и габариты электронного оборудования, сложность которого постоянно возраста-
ет. Широкое применение микроэлектронных изделий и, в частности, полупроводниковых интегральных микросхем (ИМС) позволяет повысить аппаратурную плотность упаковки элементов в электронных устройствах. Для повышения аппаратурной плотности упаковки необходимо повышать степень интеграции ИМС.
Однако, возрастание плотности упаковки элементов и степени интеграции затрудняет решение проблемы одновременного повышения быстродействия ИМС. Дело, в том, что при увеличении плотности упаковки элементов ИМС уменьшаются расстояния между ними, что, в свою очередь, увеличивает паразитные связи между элементами, а, следовательно, уменьшает быстродействие ИМС. К аналогичным результатам приводит и увеличение степени интеграции, так как при этом неизбежно увеличивается площадь, занимаемая разводкой (токоведущими шинами и контактными площадками) и, кроме того, требуется использование многослойной разводки. Все это увеличивает паразитную емкость разводки на подложку, а, следовательно, снижает быстродействие ИС.
Одним из наиболее перспективных способов увеличения быстродействия является замена проводящей подложки на непроводящую (диэлектрическую) [1]. Такую подложку изготовляют из диэлектрического материала, в который утоплены островки монокристаллического полупроводникового материала.
Использование таких подложек позволяет практически полностью устранить паразитную связь между элементами ИМС и существенно снизить паразитную емкость разводки. Кроме того, использование непроводящих подложек позволяет повысить стойкость интегральных микросхем к факторам, приводящим к изменению проводимости подложки: температуре, свету, различного рода радиационным воздействиям и т. д. Однако метод изоляции элементов микросхем непроводящей подложкой имеет серьезный недостаток - сложность технологии раскрытия островков монокристаллического полупроводникового материала, механической обработкой пластин.
Сложность выполнения данной операции заключается в трудности определения времени необходимого для шлифования кремниевой пластины, поскольку оно зависит от множества параметров, определяюще действующих на процесс шлифования (скорости шлифования, давления, состояния шлифовальников и т. д.). Значения большинства данных параметров заранее заданы или известны и контролируются. Однако в процессе шлифования они могут самопроизвольно менять свои значения под воздействием внешних и внутренних факторов, что не учитывается при первоначальном расчете времени шлифования и может привести к негативному результату.
Все это подчеркивает важность операционного (в процессе обработки) контроля толщины обрабатыва-
емой пластины (величины сошлифовываемого слоя кремния). Необходим метод, позволяющий проводить «следящий» контроль, который обеспечивает остановку процесса формообразования по достижении требуемой толщины пластины, а не по истечении определенного времени.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
При анализе применяющихся методов контроля толщины кремниевых пластин [2] было определено, что большая часть из них не соответствуют требованиям, предъявляемым к ним технологическим процессом производства ИМС с изоляцией элементов непроводящей подложкой.
Исходя из этого был предложен метод измерения толщины полупроводниковой пластины, основанный на предположении, что текущее расстояние между верхним и нижним шлифовальниками равно, с некоторым допуском, текущей толщине обрабатываемой пластины и в процессе обработки расстояние между верхним и нижним шлифовальниками изменяется синхронно-пропорционально изменению толщины пластины (с тем же знаком и по тому же закону) [3].
Структурная схема установки контроля, реализующая предложенный метод приведена на рисунке 1.
I
Верхняя базовая плоскость
Абразив Пластина
Нижняя базовая плоскость
Станок
н= ь
— ^ЗЯЯ
| 0— ±1 к
Рисунок 1 - Структурная схема измерения толщины иковой пластины:
5 - расстояние между обкладками емкостного датчика; Н -величина перемещения верхнего шлифовальника; Н - величина перемещения подвижной обкладки емкостного датчика.
В процессе шлифования полупроводниковой пластины рабочие поверхности базовых плоскостей и пластин плотно прилегают друг к другу. Абразивный диск, который является верхней базовой плоскостью, торцом прижимается к пластине весом шпинделя. Алмазные зерна, равномерно распределенные по рабочей поверхности алмазного шлифовального круга, служат как бы микрорезцами, которые при вращении царапают поверхность пластин, срезая выступы. Поверхность пластин покрывается сеткой пересекающихся царапин, трещин, происходит отделение частиц материала, которые удаляются подаваемой жидкостью.
Толщина пластин уменьшается и верхняя базовая плоскость опускается вниз на величину разрушенного слоя пластин Н. Это перемещение через жесткие балки передается на емкостной датчик и его подвижная обкладка перемещается на расстояние к = Н, в силу чего изменяется контрольная величина - емкость. Это изменение с помощью преобразователя превращается в напряжение переменой частоты и подается на вход усилителя и далее, через АЦП, на микропроцессор, где и обрабатывается.
Для проверки предложенных теоретических положений была создана имитационная модель системы автоматического операционного контроля толщины пластин [4], позволившая провести моделирование поведения системы в целом с целью проверки работоспособности и эффективной оценки параметров системы в каждый конкретный момент времени. Полученные результаты дали возможность сделать вывод о целесообразности создания экспериментальной установки и проведении серии экспериментальных исследований.
Исследования проводились на созданной экспериментальной установке, состоящей из: шлифовального станка со смонтированным на нем емкостным датчиком перемещения, системы обработки результатов измерений и выдачи управляющих воздействий на двигатель.
Структурная схема экспериментальной установки приведена на рис. 2.
Рисунок 2 - Структурная схема экспериментальной установки
Экспериментальная установка была создана на базе станка плоского шлифования МШ-259, проводящего шлифовку связанным абразивом. Для определения величины перемещения был взят датчик перемещения, построенный по схеме многосекционного конденсатора переменной емкости, в котором емкость есть функция от площади пересечения обкладок. Неподвижная обкладка емкостного датчика перемещения была смонтирована на станине, подвижная обкладка датчика крепилась к цилиндру, в котором установлен вал шпинделя. В процессе работы станка цилиндр перемещался по оси 2, это вызывало перемещение подвижной обкладки и, соответственно, изменение емкости. Функциональная схема установки и схема крепления обкладок емкостного датчика приведена на рис. 3.
Рисунок 3 - Функциональная схема установки и схема крепления обкладок емкостного датчика
Емкость датчика перемещения определяет частоту автогенератора, собранного по индуктивной трехточечной схеме, которая служит для преобразования изменения емкости датчика перемещения в изменение частоты, генерируемой автогенератором. Далее сигнал в виде напряжения переменой частоты поступал на вход усилителя. В подсистеме усилителя производилось усиление выходного сигнала преобразователя до значения, необходимого для работы аналого-цифрового преобразователя. В подсистеме аналого-цифрового преобразователя осуществлялось кодирование аналогового сигнала, поступающего на его вход с выхода усилителя, в цифровой код, который принимался и обрабатывался микроконтроллером по заданному алгоритму. Микроконтроллер обеспечивал расчет управляющего воздействия, необходимого для управления работой двигателя. Это воздействие преобразовывалось в цифро-аналоговом преобразователе и усиливалось выходным усилителем. Далее, усиленный аналоговый сигнал поступал на вход блока электропривода, который использовался для плавного изменения скорости по заданному закону и остановки процесса формообразования пластин по определенному управляющему сигналу.
В процессе экспериментов проводилась проверка:
- теоретических положений, которые обосновывают предложенный метод автоматического измерения
толщины полупроводниковых пластин в процессе шлифования;
- соответствие метрологических характеристик метода требованиям технологического процесса производства ИМС с изоляцией элементов непроводящей подложкой;
- повторяемость результатов.
Эксперименты выполнялись по следующей методике:
1. Проводилось контрольное измерение толщины пластин и в партию отбирались образцы с допуском на толщину 1 мкм;
2. Пластины устанавливались на станок и запускался процесс обработки, результаты измерений вводились в ЭВМ, где проводилась их обработка и расчет текущего значения Н;
3. Периодически процесс шлифования останавливался и проводилось контрольное измерение толщины пластин методом встречных зондов;
4. После автоматической остановки процесса обработки, по достижению заданной толщины пластины, проводилось измерение толщины пластин и обработка полученных результатов.
Была проведенная серия экспериментов, которая моделировала работу автоматического операционного контроля в условиях колебания параметров внешней среды (температуры, влажности и давления). Результаты исследований, представленные на: рис. 4 - область, которую образовали графики зависимости Н = ф( /), снятые в процессе проведения серии экспериментов; рис. 5 - график зависимости Н = ф(/) при измерении толщины пластины предложенным методом, на графике наблюдается погрешность, обусловленная вибрациями, проявляющими себя в виде флук-туаций емкости.
2г Г^-
О Ж 40 СО ВО 1С0 130 140 100 200
//
Рисунок 4 - Область, характеризующая разброс частоты /г при одном и том же значении толщины пластины Н, измеренном предложенным методом:
1, 2 - границы области отклонений частоты /г; 3 - график Н = ф(/), снятый в процессе контрольных измерений
А Гц
к 10'
65 70 75 ВО 85 90 95
Рисунок 5 - Погрешность измерения толщины пластин предложенным методом (график взят в диапазоне
частот 19,5-21,0 МГц, соответствующем величине
сошлифованного слоя полупроводниковой пластины от 60 до 100 мкм)
В результате анализа полученных результатов было определено, что экспериментальный макет позволяет проводить контроль толщины пластины в процессе формообразования. Однако с точки зрения обеспечения необходимой точности измерений и повторяемости результатов измерительная установка не обеспечила необходимых показателей.
Анализ возможных причин возникновения погрешностей показал, что:
1) система измерения не обеспечивает необходимой стабильности нулевой точки характеристики емкостного датчика и стабильности коэффициента передачи преобразователя емкость-частота;
2) на точность измерений значительно влияют вибрации рабочих органов в процессе работы станка.
Было определено, что для устранения нестабильности нулевой точки емкостного датчика и нестабильности коэффициента передачи преобразователя необходимо перед началом процесса формообразования проводить калибровку и установку нуля датчика. Для калибровки был применен высокоточный лазерный датчик перемещения 7Х-ЬБ30У. Данный датчик обеспечивает точность измерений ±0,25 мкм, но в силу своей конструкции и метода измерения очень чувствительный к вибрации, которая позволяет использовать его лишь в процессе калибровки.
Вибрации, которые действуют на датчик, можно разложить по трем осям. Исходя из особенностей конструкции станка можно предположить, что наибольшие проекции вектора вибраций будут по осям X и У, что обусловлено биением шпинделя в горизонтальной плоскости, движением пластин в процессе шлифования и др. Для уменьшения влияния вибраций по оси X была примененная конструкция датчика, в которой размер недвижимой обкладки по оси X был выбран больше, чем подвижной, что позволило обеспечить неизменность площади пересечения обкладок при микродвижениях подвижной обкладки по оси X и, соответственно, стабильность емкости.
Для уменьшения влияния вибраций по оси У, при которых емкость менялась из-за колебания расстояния между обкладками при вибрации, была выбрана конструкция датчика, при которой каждая секция емкостного датчика состояла из двух недвижимых обкладок и одной подвижной обкладки между ними. В результате чего емкость секции состояла из двух последовательно включенных емкостей, если одна из них увеличивалась, то другая уменьшалась, а результирующая емкость секции оставалась неизмененной.
Уменьшение вибраций по оси 2 обеспечивалось конструкцией станка и технологией обработки (за счет постоянства давления вдоль оси 2).
После проведения вышеперечисленных мероприятий снова была проведена новая серия экспериментов.
Эксперименты выполнялись по следующей методике:
1. Контрольное измерение толщины пластин (в партию отбирались образцы с допуском на толщину ±1 мкм);
2. Калибровка датчика, путем опускания шлифо-вальника до касания с упором, ввод значений Н с калибровочного лазерного датчика перемещения 7Х-ББЗОУ в компьютер, формирование зависимости Н = ф( /), расчет текущего коэффициента передачи преобразователя к, расчет требуемого поправочного коэффициента, необходимого для получения заданного коэффициента передачи преобразователя к;
3. Загрузка партии полупроводниковых пластин в станок;
4. Установка нуля датчика путем опускания шлифо-вальника до касания с полупроводниковыми пластинами, ввод полученного значения емкости измерительного конденсатора в компьютер, расчет значения поправочной емкости и компенсация ухода емкости измерительного конденсатора путем изменения величины поправочной емкости;
5. Запуск процесса обработки, ввод результатов измерений в ЭВМ, обработка полученных результатов и расчет текущего значения Н;
6. Периодическая остановка процесса шлифования, контрольное измерение толщины пластин;
7. С окончанием процесса обработки, по достижению заданной толщины пластины, измерение толщины пластин и обработка полученных результатов.
В ходе проведения серии экспериментов, моделирующих работу автоматического операционного контроля в условиях колебаний параметров внешней среды (температуры, влажности и давления) были получены результаты, представленные на рис. 6 и 7.
Анализ результатов показал, что устранение недостатков, выявленных в первой серии экспериментов, позволило обеспечить стабильность нулевой точки емкостного датчика и стабильность коэффициента передачи преобразователя, снизить влияние вибраций на
2
Рисунок 6 - График зависимости Н = ф(/):
1 - зависимость Н = ф(/), снятая в процессе контрольных измерений; 2 - зависимость Н = ф(/), полученная в результате расчета на ЭВМ
2.1 20В 2 06
1
§
......... 1........ .........
Рисунок 7 - График зависимости Н = ф(/)
показания датчика и довести точность измерений до заданного значения ±2 мкм.
ВЫВОДЫ
Таким образом, в результате серии экспериментов была проведена оценка факторов, которые влияют на емкостной датчик в процессе обработки, проведены мероприятия по устранению их влияния, что позволило обеспечить измерение с точностью ±2 мкм, что отвечает требованиям технологического процесса производства структур КСДИ. Также эксперименты доказали справедливость теоретических положений, которые обосновывают предложенный метод автоматического измерения толщины полупроводниковых пластин в процессе формообразования, и позволили на практике подтвердить предположение о существенном повышении производительности процесса механической обработки полупроводниковых пластин в результате применения данного метода измерения.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Гаряинов С. А. Диэлектрическая изоляция элементов интегральных схем. - М.: Сов. радио, 1975. - 128 с.
Д. М. Пиза, А. П. Залевский: ОСОБЕННОСТИ АДАПТАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ФИЛЬТРОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ КОМБИНИРОВАННЫХ ПОМЕХ
2. Технологический контроль размеров в микроэлектронном производстве / Быстров Ю. А., Колгин Е. А., Котлецов Б. Н. - М.: Радио и связь, 1988. - 168 с.
3. Невлюдов И. Ш., Стародубцев Н. Г. Контроль толщины полупроводниковых пластин в процессе производства. // Ав1ацшно-косм1чна техшка \ технолопя. - 2003. -Вип. 4. - С. 112-116.
4. Невлюдов И. Ш, Стародубцев Н. Г. Моделирование процесса автоматизированного контроля формообра-зова-ния полупроводниковой пластины. // Ав1ацшно-косм1чна технта \ технолопя. - 2003. - Вип. 3. - С. 102-107.
Надшшла 5.07.04 Шсля доробки 18.04.05
Пропонуеться метод контролю товщини натвпров1дни-ковоЧ пластини в процес1 виробництва, що дозволяе тдви-щити його продуктивтсть г ятсть вироб1в. Для перев1рки
запропонованих теоретичних положень проведено експе-рименталът досл1дження, наведено опис експериментальноЧ установки, методики проведення вим1р1в, наводяться результати.
The quality monitoring of thickness of a semi-conductor plate is offered during the manufacture, allowing to raise productivity and quality of products. For check of the offered theoretical positions experimental researches are carried spent, the description of experimental installation, a technique of realization of measurements is given, results are resulted.
YAK 621.396.9
Д. M. Пиза, А. П. Залевский
ОСОБЕННОСТИ АДАПТАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ФИЛЬТРОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ КОМБИНИРОВАННЫХ ПОМЕХ
Рассмотрен пространственный фильтр с дискретной настройкой весовых коэффициентов. Оценена эффективность работы пространственного фильтра в различных режимах работы РЛС. Даны рекомендации по использованию алгоритмов работы формирователя весовых коэффициентов фильтра в зависимости от режимов работы РЛС.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время основной тенденцией развития радиолокационных станций (РЛС) является повышение их помехозащищенности. Эффективным решением этой проблемы является использование в структуре станции пространственно-временной системы подавления помех. Поэтому, исследование потенциальной эффективности пространственных фильтров, где в качестве элемента адаптации используется автокомпенсатор помех, является актуальной задачей.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
В системах помехозащиты с пространственно-временной схемой построения, устройства первой ступени фильтрации, оказывают существенное влияния на работу устройств второй ступени. В РЛС пространственный фильтр (ПФ), подавляющий активные помехи в первой ступени, оказывает негативное влияние на устройство, осуществляющее доплеровскую фильтрацию полезных сигналов на фоне пассивных помех. Это обусловлено амлитудно-фазовой модуляцией пассивной составляющей комбинированной (активной +
пассивной) помехи в процессе самонастройки ПФ [1]. Для ослабления такого влияния используют ПФ с дискретным алгоритмом настройки весовых коэффициентов вектора. Период обновления весовых коэффициентов выбирается равным длительности частотной пачки. Однако опыт эксплуатации таких фильтров, показывает, что эффективность их работы может значительно зависеть от режимов работы РЛС. Поэтому основной задачей, решаемой в данной работе, является оценка эффективности работы ПФ с дискретным вычислением весового вектора в зависимости от темпа вращения антенны и от длительности периода повторения зондирующих импульсов.
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ
В качестве оценки эффективности работы ПФ будем использовать коэффициент подавления активной помехи Кп. Будем считать, что элементом адаптации пространственного фильтра является автокомпенсатор с обратными корреляционными связями [2], структурная схема которого приведена на рис. 1.
На рис. 1 обозначено: X - комплексная составляющая сигнала основного канала приема, Р - комплексная составляющая сигнала дополнительного канала приема, Ш - комплексный весовой коэффициент, и -сигнал на выходе компенсатора, УДФ - устройство доплеровской фильтрации.
Проведем исследование поставленной задачи путем полунатурного моделирования с использованием типовых значений параметров современных РЛС.
