Текущий уровень развития индустрии микроэлектроники требует наличия современных методов контроля качества как готовых изделий, так и внедрения мероприятий по контролю на промежуточные производственные операции. Наиболее оптимальный метод контроля – это применение атомно-силовых микроскопов (АСМ). Современная промышленность Российской Федерации столкнулась со следующими проблемами: изготовление данных средств измерений и калибровочных мер к ним, а также обеспечение легитимности применения данных приборов.
Данные проблемы взаимосвязаны между собой. Их связь заключается в том, что при производстве атомно-силовых микроскопов необходимо применение, а значит и изготовление калибровочных мер для данного оборудования, которое проводит измерения в нанометровом диапазоне, что подразумевает очень высокие требования по точности как к приборам, так и еще более высокие требования к мерам для настройки по точности и поверки. Т.к. мера предназначена для настройки прибора по точности и его поверки, то она должна пройти процедуру сличения с применением средства измерений более высокого разряда для подтверждения ее метрологических характеристик. Из-за этого не у всех компаний есть технологическая возможность обеспечить цикл производства этих мер, обеспечив при этом качественный контроль их метрологических характеристик. Несколько лет назад данная задача решалась закупкой мер у иностранных фирм, занимающих лидирующие позиции на мировом рынке по производству оборудования и комплектующих для атомно-силовой микроскопии. В процессе эксплуатации необходимо было проводить сличение этих мер, что можно было сделать только за рубежом на производственных площадках компаний-производителей либо на оборудовании иностранных метрологических центров, но сегодня такой вариант решения проблемы невозможен. Для того, чтобы результаты сличения мер и их аттестация в качестве рабочего эталона 2-го разряда были легитимными, необходимо применение атомно-силового микроскопа, который аттестован в качестве рабочего эталона 1-го разряда (согласно Государственной поверочной схеме для средств измерений длины в диапазоне от 1∙10-9 до 100 м и длин волн в диапазоне от 0,2 до 50 мкм. Часть 4). После прохождения данной процедуры эта мера может быть использована для поверки АСМ, применяемых в качестве рабочих СИ, что позволяет частично решить задачу по обеспечению легитимности использования АСМ.
Применяемый для процедуры аттестации и сличения меры АСМ также должен быть аттестован, но уже в качестве эталона 1-го разряда, как микроскоп с лазерным интерферометром (согласно Государственной поверочной схеме для средств измерений длины в диапазоне от 1∙10-9 до 100 м и длин волн в диапазоне от 0,2 до 50 мкм. Часть 4). На текущий момент на рынке РФ практически полностью отсутствуют АСМ, которые бы можно было с уверенностью назвать стопроцентными аналогами импортных приборов, поставки которых в современных условиях невозможны. Доступное сейчас устройство Наноскан 4Д не может применяться для решения наших задач по следующим причинам:
— данный прибор не внесен в Реестр СИ РФ как АСМ и больше предназначен для использования в качестве твердомера;
— система лазерных интерферометров в его конструкции имеет слишком малые диапазоны измерений – 0,5 мм.
Применение прибора, изначально предназначенного для иной области использования не обеспечит решение важной задачи процедуры контроля и поверки – обеспечения достоверности результатов, т.к. противоречит основному принципу проведения любых испытаний: максимальная близость их условий к условиям эксплуатации. Поэтому считаю крайне важным отметить, что для обеспечения достоверности необходимо разработать методики испытаний, методики аттестации и методики поверки таким образом, чтобы в ходе их выполнения принципы и алгоритмы обмеров контрольных образцов были максимально близки к принципам и алгоритмам контрольно-измерительных операций, для которых предназначено данное оборудование.
Для решения поставленной нами задачи требуется диапазон 200 мм по осям X и Y. В качестве ее решения целесообразно использовать АСМ с применением в конструкции отражающих элементов (зеркал) и интерферометра XL-80 (производство компании Renishaw), т.к. данный интерферометр имеет существенно больший по сравнению с необходимым диапазон измерений и самую высокую точность. Применение данного АСМ для аттестации мер в качестве рабочих эталонов 2-го разряда обеспечит максимальную близость условий и алгоритмов испытаний к условиям и алгоритмам эксплуатации этих мер, что сможет гарантировать достоверность результатов испытаний, а значит и решение задачи.
Как уже было отмечено, сейчас в РФ практически нет атомно-силовых микроскопов аналогичных тем, что поставлялись несколько лет назад иностранными компаниями, покинувшими рынок. В связи с этим очень важно будет наличие на нашем рынке производственной компании, которая может производить как атомно-силовые микроскопы, так и калибровочные меры (производство и контроль метрологических характеристик) для данных микроскопов. При этом необходимо, чтобы у данной производственной компании на участке контроля был атомно-силовой микроскоп собственного производства, аналогичный по принципу действия производимым и который будет аттестован как рабочий эталон 1-го разряда. Данный АСМ компания сможет использовать для контроля качества калибровочных мер для АСМ, которые в свою очередь могут быть аттестованы в качестве рабочих эталонов 2-го разряда и применяться для проведения поверок микроскопов, применяемых в качестве рабочих средств контроля на производстве компонентов микроэлектроники. При таком подходе обеспечивается закрытие потребностей индустрии в средствах контроля, будет прослеживаться четкая взаимосвязь между эталонами и рабочими средствами измерений, что в свою очередь подтвердит легитимность применения атомно-силовых микроскопов и их калибровочных мер.