Устройство для контроля периодической структуры большой интегральной схемы Советский патент 1983 года по МПК G01R31/311 G06T7/60 

блока задания полей расположения элементов большой интегральной схемы подключен к четвертому входу анализатора, первый и второй входы блока задания полей допусков контуров элементов большой интегральной схемы подключены соответственно к одиннадцатому выходу блока управления и седьмому выходу синхронизирующего генератора, а выход подключен к второму входу первого блока сравнения, первый вход второго блока сравнения подключен к второму выходу второго мультиплексора, первый и второй входы блока задания полей дефектных контуров элементов большой интегральной схемы подключены соответственно к двенадцатому выходу блока управления и восьмому выходу синхронизирующего генератора, а выход подключен к второму входу второго блока сравнения, первый и второй входы четвертого мультиплексора подключены соответственно к тринадцатому выходу блока управления и выходу второго блока сравнения, а первый и второй выходы подключены соответственно к пятому входу смесителя видеосигналов и пятому входу анализатора.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ БОЛЬШОЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ, содержащее блок управления, синхронизирующий генератор, первый вход и первый выход которого подключены соответственно к первому выходу и первому входу блока управления, блок перемещения периодической структуры большой интегральной схемы, первый вход и первый выход которого подключены соответственно к второму выходу и второму входу блока управления, последовательно расположенные на информационной оптической оси блок изменения масштаба изображения и фотоприемник, электрический вход которого подключен к второму выходу синхронизирующего генератора, блок подсвета периодической структуры большой интегральной схемы, оптически соединенный с периодической структурой большой интегральной схемы, первый мультиплексор, первый и второй входы которого подключены соответственно к третьему выходу блока управления и выходу фотоприемника, смеситель видеосигналов, первый и второй входы которого подключены соответственно к четвертому выходу блока управления и первому выходу первого мультиплексора, видеоконтрольный блок, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к пятому выходу блока управления, третьему выходу синхронизирующего генератора и выходу смесителя видеосиг.налов, двухуровневый квантователь, вход которого подключен к второму выходу первого мультиплексора, второй мультиплексор, первый и второй входы которого подключены соответственно к шестому выходу блока управления и выходу двухуровневого квантователя, а первый выход подключен к третьему входу смесителя видеосигналов, первый блок сравнения, первый вход которого подключен к второму выходу второго мультиплексора, третий мультиплексор, первый и второй вхо(Л ды которого подключены соответственно к седьмому выходу блока управления и выходу первого блока сравнения, а первый выход подключен к четвертому входу смесителя видеосигналов, анализатор, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к восьмому выходу блока управления, четвертому выходу синхронизирующего генератора и второму выходу третьего мультиплексора, блок отображения информации, первый, второй и третий входы косо торого подключены соответственно к девятому выходу блока управления, пятому выходу синхронизирующего ге.нератора и выходу анализатора, блок задания полей рассо положения элементов большой интеграль4 ной схемы, первый и второй вход которого подключены соответственно к десятому выходу блока управления и шестому выходу синхронизирующего генератора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, в устройство введены блок задания контуров элементов большой интегральной схемы, блок задания полей дефектных контуров элементов большой интегральной схемы, второй блок сравнения, четвертый мультиплексор, причем выход

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для анализа качества периодической структуры большой интегральной схемы, конкретно для контроля качества, характеризуемого соответствием реальной топологии заданной (представляемой в изображении периодической структуры большой интегральной схемы совокупностью контуров топологии), т. е. дефектностью контуров топологии БИС (большой интегральной схемы), а также может применяться для контроля топологии других планарных элементов и приборов, периодических рисунков и в аппаратуре распознавания образов. Известно устройство для контроля качества металлизированной разводки плат интегральных схем, содержащее блок управления, блок перемещения подложки, блок ввода, мультиплексор, монитор, дискриминатор уровня, блок сравнения, анализатор дефектности разводки платы, блок вывода информации, блок памяти средних линий 1 В этом устройстве рисунки средних лиНИИ разводки плат, выделяемые дискриминатором уровня, сравниваются с моделью, записанной в блоке памяти средних линий. Оно позволяет проконтролировать координаты начала и конца средней линии и направления среднейч линии (горизонтальное под углом 45° к горизонтали или вертикальное), но не позволяет проконтролировать края элементов, а также не позволяет проконтролировать соответствие контуров элементов заданному и их отклонения. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является автоматическая система контроля периодической структуры больших интегральных схем, содержащая блок управления, синхронизирующий генератор, блок перемещения периодической структуры больщой интегральной схемы, блок изменения масштаба изображения, фотоприемник, блок подсвета периодической структуры большой интегральной схемы, первый мультиплексор, смеситель видеосигналов, видеоконтрольный блок, двухуровневый квантователь, второй мультиплексор, блок сравнения, третий мультиплексор, анализатор, блок отображения информации, блок задания расположения элементов большой интегральной схемы 2 Однако известное устройство имеет низкую точность, так как не позволяет контролировать колебания контуров элементов БИС в пределах полей допуска и не способно оценить эти отклонения ввиду того, что оценка дефектности структуры БИС производится по числу несовпадений по всей структуре, не учитывается, например, что все несовпадения могут приходиться на два элемента структуры и тогда имеет место выход из строя двух элементов структуры, хотя по общему числу несовпадений делается вывод о бездефектности структуры. Известное устройство также не позволяет установить, какой именно вред наносит то или иное отклонение контуров элементов по отношению к образцовым, т. е. не различает сушественные и несущественные отклонения топологии. Цель изобретения - повыщ ние точности контроля. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля периодической структуры большой интегральной схемы, содержащее блок управления, синхронизирующий генератор, первый вход и первый выход которого подключены соответственно к первому выходу и первому входу блока управления, блок перемещения периодической структуры больщой интегральной схемы, первый вход и первый выход которого подключены соответственно к второму выходу и второму входу блока управления, последовательно расположенные на информационной оптической оси блок изменения масштаба изображения и фотоприемник, электрический вход которого подключен к второму выходу синхронизирующего генератора.

блок подсвета периодической структуры большой интегральной схемы, оптически соединенный с периодической структурой большой интегральной схемы, первый мультиплексор, первый и второй входы которого подключены соответственно к третьему выходу блока управления и выходу фотоприемника, смеситель видеосигналов, первый и второй входы которого подключены соответственно к четвертому выходу блока управления и первому выходу первого мультиnheKcopa, видеоконтрольный блок, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к пятому выходу блока управления, третьему выходу синхронизирующего генератора и выходу смесителя видеосигналов, двухуровневый квантователь, вход которого подключен к второму выходу первого мультиплексора, второй мультиплексор, первый и второй входы которого подключены соответственно к шестому выходу блока управления и выходу двухуровневого квантователя, а первый выход подключен к третьему входу смесителя видеосигналов, первый блок сравнения, первый вход которого подключен к второму выходу второго мультиплексора, третий мультиплексор, первый и второй входы которого подключены соответственно к седьмому выходу блока управления и выходу первого блока сравнения, а первый выход подключен к четвертому входу смесителя видеосигналов, анализатор, первый второй и третий входы которого подключены соответственно к восьмому выходу блока управления, четвертому выходу синхронизирующего генератора и второму выходу третьего мультиплексора, блок отображения информации, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к девятому выходу блока управления, пятому выходу синхронизирующего генератора и выходу анализатора, блок задания полей расположения элементов большой интегральной схемы, первый и второй вход которого подключены соответственно к десятому выходу блока управления и шестому выходу синхронизирующего генератора, введены блок задания контуров элементов большой интегральной схемы, блок задания полей дефектных контуров элементов большой интегральной схемы, второй блок сравнения и четвертый мультиплексор, причем выход блока задания полей расположения элементов большой интегральной схемы подключен к четвертому входу анализатора, первый и второй входы блока задания полей допусков контуров элементов большой интегральной схемы подключены соответственно к одиннадцатому выходу блока управления и седьмому выходу синхронизирующего генератора, а выход подключен к второму входу первого блока сравнения, первый вход второго блока сравнения подключен к второму выходу второго мультиплексора, первый и второй входы блока задания полей дефектных контуров элементов большой интегральной схемы подключены соответственно к двенадцатому выходу блока управления и восьмому выходу синхронизирующего генератора, а выход подключен к второму входу второго 5 блока сравнения, первый и второй входы четвертого мультиплексора подключены соответственно к тринадцатому выходу блока управления и выходу второго блока сравнения, а первый и второй выходы подключены

0 соответственно к пятому входу смесителя видеосигналов и пятому входу аналичатора. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для контроля периодической структуры больщой интегральной схемы; на фиг. 2 - структурная схема выполненных идентично блока задания полей расположения элементов большой интегральной схемы, блока задания полей допусков контуров элементов большой интегральной с:емы, блока задания полей дефектных контуров элементов большой интегральной схе0мы; на фиг. 3 - типы выявляемых анализатором контуров дефектов; на фиг. 4 - временные диаграммы и внешний вид взаимосвязанных контуров и полей допуска; на фиг. 5 - временные диаграммы и внешний

5 вид взаимосвязанных контуров и полей дефектных контуров; на фиг. 6 - временные диаграммы работы анализатора.

Устройство для контроля периодической структуры большой интегральной схемы 1 содержит блока 2 управления, синхронизи0 рующий генератора 3, блок перемещения периодической структуры больщой интегральной схемы 4, блок изменения масщтаба изображения 5, фотоприемник 6, блок подсвета структуры большой интегральной схемы 7, первый мультиплексор 8, смеситель видеосигналов 9, видеоконтрольный блок 10 двухуровневый квантователь 11, второй мультиплексор 12, первый блок 13 сравнения, третий мультиплексор 14, анализатор 15,

блок отображения информации 16, блок зад Дания полей расположения элементов большой интегральной схемы 17, блок задания полей допусков контуров элементов большой интегральной схемы 18, второй блок 19 сравнения, блок задания полей дефектных контуров элементов большой интегральной схемы 20, четвертый мультиплексор 21.

Блоки 17, 18, 20 содержит осветитель 22, трафарет 23, блок перемещения трафарета 24, фотоприемник 25, мультиплексор 26, дешифратор 27.

0 Устройство работает следующим образом Трафареты 23 представляют собой стеклянные подложки, покрытые светонепроницаемым материалом, где соответствующие поля образованы путем удаления непрозрачного материала. Поля расположения элементов больщой интегральной схемы 1 трафарета 23 блока 17 отражают участки поверхности периодической структуры большой интегральной схемы, в которых по техническим условиям должен быть элемент периодической структуры большой интегральной схемы 1, по форме они, например, прямоугольны (фиг. 4а, участок 28). Поля допусков контуров 31 элементов большой интегральной схемы 1 (фиг. 4в) трафарета 23 блока 18, в которых по техническим условиям должен находиться контур 32 элемента (фиг. 4(3), представляют собой прозрачные участки, расположенные в пределах каждого поля расположения элемента большой интегральной схемы 1. В местах, где должен быть контур соответствуюшего элемента, имеется прозрачный участок, подобный контуру элемента, причем прозрачные участки трафарета имеют ширину по контуру элемента, соответствуюш,ую допуску на отклонение контура элемента, заданному техническими условиями, Поля дефектных контуров 33 элементов большой интегральной схемы (фиг. 5) трафарета 23 блока 20 представляют собой совокупность двух прозрачных замкнутых участков для каждого контура элемента большой интегральной схемы 1, подобных по форме контуру элемента, заданному техническими условиями, расположенными вплотную с внутренней и внешней стороны соответствуюшего поля допуска контура элемента большой интегральной схемы 1 при их совмеш.ении (т. е. при совмешении изображений от трафаретов 23 блоков 18 и 20), имеюш.их ширину в плане по контуру, равную трем элементам разложения изображения фотоприемника 25 блока 20. В исходном состоянии периодическая структура большой интегральной схемы 1 т. е. неразделенная подложка с кристаллами больших интегральных схем или отдельный кристалл большой интегральной схемы (БИС), установлена в блоке перемеш,ения периодической структуры БИС 4 (фиг. Ц включен блок подсвета периодической структуры большой интегральной схемы 7. При нажатии кнопки пульта управления блока управления 21 с его выхода на вход синхронизируюшего генератора 3 передается сигнал, по которому генератор 3 включается и начинает вырабатывать тактовые импульсы, импульсы деления строки, строчные импульсы, кадровые импульсы (найменования указаны в порядке уменьшения частоты следования). Тактовые импульсы поступают с выходов синхронизируюшего генератора 3 соответственно на вход блока управления 2, вход анализатора 15 и вход блока отображения 16 и фотоприемник 6. С выхода блока управления 2 на вход мультиплексора 8 поступает сигнал, по которому выход фотоприемника подключается к второму входу смесителя видеосигналов 9, одновременно сигналы с выходов блока управления 2 поступают на.входы второго 12, третьего 14, четвертого 21 мультиплексоров, запрещая прохождение сигналов с выходов этих мультиплексоров на входы смесителя 9. Блок управления 2 задает управляюш.ий сигнал на вход смесителя видеосигналов 9, по которому в последнем выход сумматора подключается через управляемый диод оптрона к клемме выхода смесителя видеосигналов 9 и соответственно к входу видеоконтрольного блока 10. Одновременно блок управления 2 задает на вход видеоконтрольного блока 10 сигнал на его включение. В результате из элементов устройства скоммутирован телемикроскоп, при помоши которого изображение периодической структуры большой интегральной схемы 1 через блок изменения масштаба изображения 5, фотоприемник 6, первый мультиплексор 8, смеситель видеосигналов 9 попадает на экран видеоконтрольного устройства 10. Оператор производит фокусировку и коррекцию масштаба изображения в блоке изменения масштаба изображения 5. При дальнейшей работе блок управления 2 задает сигнал на вход мультиплексора 8, по которому -его вход, соединенный с фотоприемником 6, коммутируется на вход двухуровневого квантователя И. Блок управления 2 задает также сигнал на вход мультиплексора 12, по которому сигнал с выхода двухуровневого квантователя 11 поступает на смеситель видеосигналов 9 и далее на вход видеоконтрольного блока 10. По изображению на видеоконтрольном устройстве 10 оператор производит подстройку уровней квантования (на «О и «1) регулировкой двухуровневого квантователя 11. Далее одновременно блок 2 управления подает сигналы; на вход второго мультиплексора 12, по которому сигнал с двухуровневого квантователя 11 поступает на входы блоков сравнения 13, 19 и отключается от смесителя 9; на вход блока 18 задания полей допусков контуров элементов большой интегральной схемы 1, где через дешифратор 27 (фиг. 2) он поступает на вход мультиплексора 26, и тогда электрические сигналы, соответствующие полям допусков кон туров элементов большой интегральной схемы 1 (фиг. 4в, г) через мультиплексор 26 поступают на вход блока сравнения 13 (фиг. 1); на вход мультиплексора 14, по которому сигналы с блока сравнения 13 поступают на вход смесителя видеосигналов 9 и далее на вход видеоконтрольного блока 10. В результате на экране видеоконтрольного блока 10 фиксируется результат сравнения (фиг. 4д) контуров 32 элементов периодической структуры большой интегральной схемы (фиг. 4а, б) (где 29 и 30 - совокупность контуров, представляюш,ая топологию элемента 28 периодической структуры большой интегральной схемы 1) с полями допусков 31 элементов периодической структуры большой интегральной схемы 1 (фиг. 4в, г) Оператор производит коррекцию положения полей допусков с контурами по изображению на видеоконтрольном блоке 10

путем регулировки блока перемещения трафарета 24 блока 18 (фиг. 2) и блока перемещения периодической структуры большой интегральной схемы 4 (фиг. 1).

После выполнения указаных выше операций блок управления 2 одновременно задает сигналы: на вход мультиплексора 21, по которому сигнал с выхода блока сравнения 19 поступает на вход смесителя видеосигналов 9; на вход блока 20 задания полей дефектных контуров элементов большой интегральной схемы 1, через дешифратор 27 блока 20 на мультиплексор 26 поступает сигнал, по которому последний коммутирует выход фотоприемника 25 с выходом блока 20 (т. е. с вторым входом второго блока сравнения 19).

В результате в смесителе видеосигналов 9 производится «наложение полей допуска, полей дефектных контуров (фиг. 5а, б , в, г). Оператор по изображению на экране видеоконтрольного блока 10 производит коррекцию положения.трафарета 23 блока 20 блоком перемещения трафарета 24 до тех пор, пока изображение на экране видеоконтрольного блока 10 не станет абсолютно черным, а это значит, что-после допуска и поле дефектных контуров (фиг. 5а) совмещены, поле допуска находится между внутренним и внещним полями дефектных контуров, устройство готово к основной работе - контролю.

Перечисленные выше операции выполняются каждый раз, когда устанавливается новая периодическая структура большой интегральной схемы 1.

Для обеспечения контроля блок управления 2 (фиг. 1) подает однЪвременно сигналы: на входы мультиплексоров 14 и 21, по которым выходы соответствующих блоков сравнения 13 и 19 коммутируются с входами анализатора 15; на вход блока задания полей расположения элементов большой интегральной схемы 17, который поступает через дешифратор 27 блока 17 (фиг. -2) на вход мультиплексора 26, пропуекающего сигналы с выхода фотоприемни. ка 25 блока 17 на вход анализатора 15; на первый вход анализатора 15, по которому, с приходом очередного кадрового импульса с выхода синхронизирующего генератора 3 на второй вход анализатора 15, последний начинает работу.

Анализатор 15 работает следующим образом.

Изображение контролируе.мой периодической структуры больщой интегральной схемы 1, преобразованное в электрический сигнал, характеризуется координатами элемента изображения, в качестве которых выбираются номер строчного импульса (У), указывающий на то, что «просматривается определенная строка (горизонталь изображения) фотоприемником б, и номер импульса деления строки (X), указывающего местоположение элемента изображения в данной строке.

В результате работы устройства им образуются: fAyyj- совокупность сигналов, соответствующих элементам изображения большой интегральной схемы 1 в пределах одного кадра, представляющая собой матрицу, где сигнал координатами У, X, равен «1, если соответствующий элемент изображения принадлежит одному из полей элементов больщой интегральной схемы 1, и «О - в противном случае. Эта совокупность поступает в соответствии с кадром изображения с блока задания полей расположения элементов 17 больщой интегральной схемы 1 (фиг. 1) на вход анализатора 15; Цху/ - совокупность сигналов, поступающая с выхода блока сравнения 13 (фиг. 4) на вход анализатора 15, где сигнал равен «1, если контур находится в данной точке изображения в поле допуска, и «О - во всех остальных случаях; совокупность сигналов, поступающая с выхода блока сравнения 19 (фиг. 5) на вход анализатора 15, где сигнал Сху равен «1, если контур в данной точке оказывается в поле дефектных контуров, и «О - в противном случае.

Анализатор 15 с поступлением сигнала АХУ 1, т. е. с обнаружением поля расположения элемента большой интегральной схемы 1, определяет: где находится контур- в поле допуска или в поле дефектных контуров. За один кадр (т. е. период между кадровыми импульсами) анализатор 15 определяет сколько раз контур одного элемента больщой интегральной схемы находился в поле допуска и сколько.вне его. С приходом следующего кадрового импульса анализатор переходит к аналогичному подсчету ССху} и В;су} для следующего элемента .больщой интегральной схемы (фиг. 6), предварительно оценив дфектность первого. Если в пределах поля расположения элемента большой интегральной схемы контур был в пределах поля допуска, то контур элемента годен. Если контур элемента был обнаружен как в поле допуска, так и в поле дефектного контура (фиг. 6а), то имеет место колебание контура с допуском выше заданного техническими условиями, и, следовательно, технологический процесс неустойчив. Если в пределах поля расположения одного элемента больщой интегральной схемы контур был в пределах полей дефектных контуров, то требуется регулировка оптики при изготовлении фотощаблонов или их использовании, при применении их для изготовления периодической структуры большой интегральной схемы. Если контур не был «обнаружен ни в поле допуска, ни в полях дефектных контуров, то имеет место отсутствие элемента БИС 1 или его полное несоответствие техническим условиям. Аналогично определяется годность-негодность каждого элемента периодической структуры БИС и полученные данные передаются в блок отображения 16.

После контроля по одному кадру изображения периодической структуры БИС 1 блок управления 2 задает одновременно еледующие сигналы: на вход блока перемещения периодической структы БИС 4 для анализа следующего участка периодической структуры БИС 1; на входы блоков 17, 18 20 (фиг. 2) через соответствующие дешифраторы 27 на входы блоков перемещения трафаретов 24, по которым последние перемешают трафареты 23 на величину кадра

изображения соответствующих фотоприемников 25.

Далее осуществляется контроль по изложенной выще методике до тех пор, пока вся периодическая структура БИС 1 не будет проконтролирована.

Таким образом, предлагаемое устройство, по сравнению с известным позволяет более точно произвести контроль периодической структуры БИС, так как способно произвести контроль контуров топологии периодической струтуры БИС 1 в пределах полей допусков, определить какой элемент периодической структуры негоден и вид дефектности контура этого элемента.

17(78,20)

25 фиг.2

Фиг.

///////

д

ивь/Xjf АВ

USbixg