- PII
- S0544126925030019-1
- DOI
- 10.31857/S0544126925030019
- Publication type
- Article
- Status
- Published
- Authors
- Volume/ Edition
- Volume 54 / Issue number 3
- Pages
- 193-201
- Abstract
- Scientific novelty of this work lies in the application of well-established methods (Feret diameter method and equivalent diameter method) in a new domain – the design and development of microelectronic components. Accurate measurements of metal grain sizes and voids in TSV structures are critically important for improving the reliability and performance of micro- and nanoelectronic devices. Manual methods for analyzing the morphological characteristics of materials are time-consuming and prone to subjective errors. This paper presents an automated approach for calculating grain sizes based on the processing of scanning electron microscope (SEM) images. The methodology incorporates two approaches for calculating the average grain size: the Feret diameter method and the equivalent circle method. The correlation between the results of these methods confirms the validity of the segmentation and the high accuracy of the analysis. Experimental studies demonstrate that the proposed methodology effectively identifies grains and voids, even in low-contrast and noisy images. The results confirm the versatility, high accuracy, and reproducibility of the method, as well as its potential for integration into quality control and microelectronic system design processes. The automation of analysis significantly reduces the human factor, shortens data processing time, and opens up new opportunities for optimizing the manufacturing processes of micro- and nanoelectronic devices.
- Keywords
- автоматизированный анализ металлические плёнки размер зёрен пустоты TSV-структуры обработка изображений сегментация диаметр Фере эквивалентный диаметр
- Date of publication
- 16.09.2025
- Year of publication
- 2025
- Number of purchasers
- 0
- Views
- 12
References
- 1. Дюжев Н.А., Гусев Е.Э., Кушнарев И.В., Беспалов В.А. Влияние термической обработки на физико-механические свойства тонкопленочных мембранных Al-структур различной формы. Письма в ЖТФ. 2025. Т. 51. Вып. 2. С. 10–14. https://doi.org/10.61011/PJTF.2025.02.59549.20034
- 2. Беспалов В.А. и др. Обзор методов измерения механической прочности тонких пленок // Моделирование систем и процессов. 2022. Т. 15. № 3. С. 110.
- 3. Брагина О.В., Карпенко С.И., Иванов М.Н. Влияние микроструктуры на механические свойства тонких плeнок меди / Современные материалы и технологии. 2021. № 2. С. 15–23.
- 4. Дюжев Н.А., Гусев Е.Э., Кушнарев И.В. и др. Особенности влияния ориентации и размера зерен на механические свойства тонкопленочных мембран Al/Mo / Письма в ЖТФ. 2024. Т. 50. Вып. 9. С. 5–15.
- 5. Махиборода М.А. Исследование влияния радиационного облучения на размер зерен и механические свойства тонкоплeночного алюминия. Известия РАН. Механика твердого тела. 2024. № 1. С. 158–167.
- 6. Дюжев Н.А., Гусев Е.Э., Портнова Е.О., Новикова О.В. Влияние циклической нагрузки на физико-механические свойства тонкопленочных мембранных структур / Известия РАН. Механика твердого тела. 2024. № 2. С. 269–282.
- 7. Исмаилов А.А., Петров Б.В. Влияние дефектов на тепловое сопротивление в микроэлектронных устройствах / Микроэлектроника. 2020. Т. 49. № 6. С. 409–412.
- 8. Шейн Г.И., Габов В.Г. Физические методы исследования: учебное пособие / Изд-во Пермского университета. 2020. 124 с.
- 9. Мансуров Г.Н., Петрий О.А. Электрохимия тонких металлических плeнок / Научтехлит. 2019. 256 с.
- 10. Гаврилова Н.Н., Назаров В.В., Яровая О.В. Микроскопические методы определения размеров частиц дисперсных материалов. 2012. Т. 55. № 6. С. 123–128.
- 11. URL: https://archive.sympatec.com/RU/ImageAnalysis/Fundamentals.html
- 12. Merkus H.G. Particle size measurements: fundamentals, practice, quality. Springer Science & Business Media. 2009. Т. 17.
- 13. Pabst W., Gregorova E. Characterization of particles and particle systems // ICT Prague. 2007. Т. 122. С. 122.
- 14. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%B0%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80_%D0%A4%D0%B5%D1%80%D0%B5
- 15. Underwood E.E. Quantitative stereology. 1970.
- 16. Gu Y., O’Neal D.L. Development of an equivalent diameter expression for vertical U-tubes used in ground-coupled heat pumps // Transactions-American Society of Heating Refrigerating and air Conditioning Engineers. 1998. Т. 104. С. 347–355.
- 17. Al-Kayiem A.H.H., Ibrahim M.A. The influence of the equivalent hydraulic diameter on the pressure drop prediction of annular test section // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing. 2015. Т. 100. № 1. С. 012049.
- 18. Anifowoshe O., Osisanya S.O. The effect of equivalent diameter definitions on frictional pressure loss estimation in an annulus with pipe rotation //SPE Deepwater Drilling and Completions Conference. SPE. 2012. С. SPE‑151176-MS.
- 19. Latief F.D.E. Analysis and Visualization of 2D and 3D Grain and Pore Size of Fontainebleau Sandstone Using Digital Rock Physics //Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing. 2016. Т. 739. № 1. С. 012047.
- 20. Russ J.C. The image processing handbook. CRC press, 2006.
- 21. Ломов А.А., Захаров Д.М., Тарасов М.А., Чекушкин А.М., Татаринцев А.А., Васильев А.Л. Микроструктура островковых пленок Al на Si(111) при магнетронном напылении: влияние температуры подложки // Микроэлектроника. 2024. Т. 53. № 4. C. 335–345.
- 22. ГОСТ 21073.3-75 Металлы цветные. Определение величины зерна. Метод подсчeта пересечений зeрен.
- 23. Борисенков С., Вотинцев А., Хольгер Р. Контроль качества: неразрушающий контроль паяных соединений с применением рентгеновского излучения // Компоненты и технологии. 2003. № . 28. С. 168–170.
- 24. Mair R., Liebens M., Murray T. Non-destructive acoustic metrology and void detection in 3x50μm TSV. 2016.
- 25. Kim H., Han J., Han T.Y.J. Machine vision-driven automatic recognition of particle size and morphology in SEM images // Nanoscale. 2020. Т. 12. № 37. С. 19461–19469.
