Устройство для контроля полупроводниковой структуры Советский патент 1988 года по МПК G01B21/00 

4i 1C

IC

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля кристаллов интегральных схем после операции разделения.

Цель изобретения - повышение точности и надежности обнаружения дефектов путем вычитания видеосигналов от одного |i того же участка структуры при разных tHoax освеи1ения.

: На фиг. 1 приведена блок-схема устрой- tTBa; на фиг. 2 - диафрагма блока простран- етвенного фильтра, общий вид; на фиг. 3 - фхема фотоприемного блока. I Устройство (фиг. 1) содержит блок 1 управления, блок 2 перемещения структуры, флок 3 управления освещением структуры, лок 4 освещения по нормали, блок 5 углового освещения структуры, блок 6 передачи освещения, фокусирующий блок 7, блок 8 пространственного фильтра, блок 9 оптического увеличения, фотоприемный блок 10, блок 11 аналого-цифрового преобразования (АЦП), блок 12 бездефектного изображения структуры и блок 13 суммирования.

Первый выход 14 блока 1 управления соединен с входом блока 2 перемещения структуры, второй,третий выходы 15 и 16 - с первым и вторым входами 17 и 18 фотоприемного блока 10, четвертый выход 19 - с входом блока 13 управления освещением структуры, пятый выход 20 - с первым входом блока 13 суммирования. Первый, второй и третий входы 21-23 блока 1 соединены, соответственно с первым выходом 24 фотоприемного блока 10 и первым, вторым выходами блока 13 суммирования, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно, с вторым выходом 25 блока 10, выходом блока 11 АЦП и выходом блока 12 хранения без- /аефектного изображения. Первый, второй И третий входы блока 12 соединены с пер- бым, третьим выходами 24 и 26 блока 10 и выходом блока 11 АЦП, первый, второй и третий входы которого соединены с чет- 1зертым, пятым и щестым входами 27-29 фотоприемного блока 10.

Устройство также содержит последовательно расположенные на одной оптической оси фокусирующий блок 7, блок 6 передачи освещения, блок 8 пространственного фильтра и блок 9 оптического увеличения.

Блок 1 управления предназначен для формирования сигналов управления щаговыми двигателями блока 2 перемеп1ения структуры управления работой блока 3 управления освещением структуры формирования сигналов управления фотоприемного блока 10, формирования сигналов управления блоко.м 13 суммирования, а также для приема, обработки сигналов изображения и вывода на экран монитора результатов контроля.

Блок 1 управления может быть выполнен на базе управляющей ЭВМ «Электро- ника-60.

s

0

Ь

0

5

0

5

5

0

Блок 2 перемещения структуры содержит координатный стол с двумя степенями свободы и предназначен для перемещения контролируемой структуры в поле зрения фокусирующего блока 7. Конструктивно он может быть выполнен на базе координатного стола установки контроля приборов по электропараметрам «Зонд 1-А. Два шаговых двигателя по координатам X и Y управляются импульсами, поступающими с первого выхода блока 1 управления.

Блок 3 управления освещение.м структуры предназначен для поочередного включения блоков 4 и 5 и содержит источники питания осветителей блоков 4 и 5, включаемые-выключаемые по сигналам управления, поступающим с четвертого выхода блока 1 управления.

Блок 4 освещения по нормали структуры служит для освещения контролируемой структуры импульсным когерентным св етом и представляет собой импульсный полупроводниковый лазер типа ИЛПИ-102, генерирующий импульсы излучения по команде с блока 3.

Блок 5 углового освещения структуры предназначен для формирования темнополь- ного освещения, содержит два излучателя ИФК50-1, расположенных под углом 45° к координатным слоям структуры, и осуцдест- вляет подсвет структуры с двух сторон.

Блок 6 передачи освещения предназначен для формирования коллимированного пучка света и передачи освещения с блока 4 на контролируемую структуру. Он содержит фор мирователь оптического пучка, состоящий из объектива и поворотного зеркала небольщих размеров, расположенного на пересечении оптических осей блоков 4 и 7. Формирователь, пучка строит изображение излучающего кристалла полупроводникового лазера блока 4 в фокальной плоскости фокуси- руюпдего блока 7, поворотное зеркало направляет этот пучок через фокусирующий блок 7 на контролируемую структуру.

Фокусирующий блок 7 предназначен для формирования коллимированного пучка света, освещающего контролируемую структуру и формирования спектра пространственных частот контролируемой структуры. В качестве фокусирующего блока может быть использован объектив микроскопа МБС-1 с фокусным расстоянием 80 мм.

Блок 8 пространственного фильтра (фиг. 2) предназначен для блокировки спектра пространственной бездефектной структуры и состоит из набора ромбовидных ненрозрачных диафрагм с общим центром в б, расположенным на оптической оси фокусирующего блока 7 и блока 9 оптического увеличения. При этом направления MenbujHx диагоналей ромбовидных диафрагм параллельны направлениям краев элементов.

расположенных i-(a контролируемой структуре. Число диафрагм определяется наличием на контролируемой структуре элементов, расположенных под углом по отношению к преобладающей прямоугольной топологии (на фиг. 2 показан пространственный фильтр для элементов прямоугольной топологии с элементами, расположенными под углом 45°.

Отношения длин большей диагонали к меньшей (АВ:СД), не меньше некоторой константы, определяемой относительным отверстием объектива фокусирующего блока 7, характерным размером элемента структуры и длиной волны света, излучаемого блоком 4.

Такое выполнение фильтра объясняется следующими факторами. Кристаллы совре- .менных интегральных схем представляют собой структуры с преимущественно пря.мо- угольной топологией. Кроме прямоугольных элементов топология может содержать также элементы с прямыми краями, но расположенные под углами 30, 45 и 60° по отношению к преобладающей топологии. При дифракции на такой структуре распределение света в плоскости пространственного фильтра будет иметь вид набора яркост- ных линий, пересекающихся в одной точке, причем направление этих линий перпендикулярно краям элементов, имеющихся на контролируемой структуре. Каждая яр- костная линия есть результат дифракций света на перпендикулярных по отношению к ней краях элементов контролируемой структуры. При дифракции на прямоугольных элементах в нулевом порядке сосредоточено около 90% энергии, поэтому, чтобы блокировать спектр правильного рисунка, ширина диафрагмы должна быть не меньше ширины яркостной линии нулевого порядка и определяется выражен-ием

АВ а

где Л - длина волны света;

F - фокусное расстояние объектива фокусирующего блока 7;

а - размер характерного (наиболее часто встречающегося) элемента контролируемой структуры.

В энергетическо.м отношении целесообразнее в качестве блокирующих элементов использовать диафрагмы, ширина которых уменьшается при удалении от центра.. Наблюдаюцдееся при этом усиление краев рисунка не влияет на работоспособность устройства, так как блоком 13 суммирования производится вычитание, в результате чего информация о светящихся краях пропадает.

Каждая ромбовидная диафрагма блокирует спектр пространственных частот только от элементов, ориентированных соответствующим образом, т.е. ориентация мень

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

шей диагонали ромоа должна совпадать с ориентацией краев этих элементов.

Блок 9 оптического увеличения содержит объектив, фop iиpyющий изображение структуры на фотодатчике фогоприемного блока 10 (объектив от микроскопа . 1БС-1).

Фотоприемный блок 10 предназначен для преобразования onTiiqecKoro изображения в электрические сигналы, формирования управляющих и синхросигналов для блоков формирования текущего адреса дефекта структуры.

Схема фотоприемного блока изображена на фиг. 3. Блок 10 содержит фотоприемник ДАЗ, ус борки и хранения вых импульсов Д2, 1,Д3.1,113,2;Д.З.З, Д4,Д5, логические

илитель ДА1, узел вы- ДА2, генератор такто- коммутатор фаз Д1,Д2,

двоичный счетчик ДЗ, схемы управ,чения Д6,

Д/.Д8,Д9,Д10 и шесть идентичных ключей КЛ1, КЛ6.

Выход ДА2 является четвертым выходом 27 блока 0, сигналы изображения с которого пост пают на первый вход блока 11 аналого-цифрового преобразования. Выход счетчиков ДЗ,Д4,Д5 является первым выходом 24 блока 10, адрес (номер считываемого бита вдоль линии сканирования) с которого поступает на первый вход 21 блока 1 управления. Выходы схемы управления являются вторым, третьим, пятым И LnecTbi.M выходал;и 25-29 блока 10, сигналы управления и синхронизации с которых поступают соответственно на второй вход блока 13 суммирования, на второй вход блока 12, на второй и третий входы блока 11 аналого-цифрового преобразования.

Фотоприемник фотоприемного блока 10 выполнен на базе однострочного сканирующего эле.мента (линейно1 о ПЭС) 1200 ЦЛ. Выходные сигналы изображения, считанные с линейного ПЭС, усиливаются уси.пителем ДА2 и фиксируются узлом выборки и хранения ДА2 на время до прихода следующего зарядового пакета с выхода линейного ПЗС и далее поступают на вход б,тока II. Управляющие импульсы 1Ф, Ф2, ФЗ, формируются схемой коммутатора фаз, каждая последовательность имеет период бТ (где Т - период следования тактовых импульсов генератора Д1 ) и сдвинута относительно друг друга соответственно на 2Т. Эти импульсы используются для формирования сигналов управления сдвиговым регистро.м линейной ПЭС и синхронизации работы блоков 11 -13. Блок 10 работает в ждущем режиме. Сигнал «Запуск скана (выход 2 блока 1) поступает на вход одновибратора Д6.1. Задним фронтом и пульса одновпб- рато)а тр 1ггсрь Д7.1, Д7.2. устаиав, ;пва- ются, разрешая сигна.чом ЭК работ} татора фаз. При начинает считать дгю- ичный счетчик ДЗЛ4.Д5.

По прохождении вось.ми импульсов ФЗ трип ср Д7. сбрасывается. При этом срабатывает одновибратор Д6.2, сбрасывая по цепи R счетчик ДЗ, Д4, Д5, это приводит к выключению из видеосигнала первых )3осьми битов, не несущих информации об изображении.

Одновременно при наличии сигнала «Запись маски 3 м (третий выход блока 1) на входе 2 блока 10 происходит установка триггера Д2, сигналом которого (с шестого выхода блока 10) управляется

и устанаЕ5ливает разрешение выдачи информации блокам АЦП 11 в инверсном коде. При этом также устанавливается сигнал, который поступает на вход блока 3, который включает осветитель блока 5. .Свет от лампы-вспышки блока 5 фокусируется конденсатором на контролируемой структуре и, отражаясь от нее, проходит через фокусирующий блок 7, который с помощью блока 9 .оптического увеличения формирует

приемного блока 10. Блок 8 пространственного фильтра не оказывает в этом случае заметного влияния на формируемое изображение, так как при наклонной подсветке

режим работы аналого-цифрового преобра- 10 темнопольное изображение контролируемой зователя блока 11 (выдача выходной инфор-структуры на мишени фотоприемника фотоМации в прямом или инверсном коде). Далее счетчик ДЗ, Д4, Д5 продолжает считать с нуля. Таким образом, каждому считан- .ному зарядовому пакету с ПЗС линейки

соответствует координата (номер) на выхо- поверхности кристалла интегральной схемы дах счетчика. После прохождения еще 1024 в апертуру фокусирующего блока 7 попа- импульсов сигналом СТ сбрасываются триггеры Д7.2, Д2.2, при этом сигналом ЭК останавливается работа коммутатора. При приходе следующего запускающего импуль- 20 са на вход 1 цикл повторяется.

На выходе 5 блока 10 формируется сигнал страба преобразования, который поступает на вход 2 блока 11 аналого-цифрового преобразования. На выходе 2 блока

дает, в основном, диффузно рассеянный свет, т.е. свет, рассеянный металлизированной разводной и контактными площадками, а свет, отраженный от поверхности кристалла, не попадает в апертуру фокусирующего блока 7. Пространственный спектр диффузно-рассеянного света мало ослабляется блоком пространственного фильтра 8, так как он не локализован в какой-то кон10 формируются импульсы, которые посту- 25 кретной области, а относительно равномерно

пают на вход 2 блока 13 суммирования и используются для формирования сигнала требования прямого доступа к памяти.

Блок 11 аналого-цифрового преобразования (АЦП) предназначен для преобразования амплитуды сигнала в соответствующий ей цифровой код. В качестве АЦП используется шестирядный П 07ПВ1.

Блок 12 предназначен для хранения изображения маски. Емкость памяти в данном случае 1024 6 разрядных слов. С выхода блока АЦП 11 цифровой код сигнала поступает на соответствующий вход в блок 12. Блок 13 суммирования предназначен для сложения прямого и инверсного кодов сигналов изображения, формирования сигналов требования прямого доступа к памяти блока 1, а также может быть дополнительно использован для ввода координат границ переходов изображения .с «черного поля па «белое и с «белого поля на «черное.

30

35

40

заполняет спектральную плоскость. Таким образом, на мишени фотоприемного блока 10 формируется темнопольное изображение поверхности кристалла, т.е. рисунка металлизации. Поскольку качество металлизации уже было проверено на предыдущей операции контроля внешнего вида, а дефекты диэлектрического покрытия практически незаметны при выбранном боковом освещении, это изображение является своего рода маской-эталоном.

По сигналу с выхода 15 блока 1 управления, поступающем.у на вход 17 блока 10, изображение, сформированное на .мишени фотоприемного блока 10, считывается и с вы« хода 27 блока 10 поступает на первые вход 3 блока 10, при этом по сигналу блока 1 управления поступает на вход 18 блока 10 и далее с выхода 29 - на третий вход блока 1 АЦП. Блок 11 АЦП устанавливается в режим выдачи информации в инверсном коде. Блок 11 АЦП преобразует выходУстройство работает следующим образом. ные сигналы фотоприемника блока 10 в соотВ исходном СОСТОЯНИЙ кассеты с контролируемыми структурами располагаются на координатном столе блока 2 перемещения структуры таким образом, что первая ячейка кассеты с контролируемым кристаллом находится в поле зрения фотоприемного блока 10. В регистре вывода блока 1 управления устанавливаются начальные формы шаговых двигателей по координатам X и Y (разряды 0...7), которые с выхода 14 посту50

ветствующий им цифровой код, который поступает на третий вход блока 12 и записывается, причем адрес ячейки памяти определяется текущим номером считываемой ячейки линейного ПЗС фотоприемного блока 10. Текущий адрес ячейки памяти блока 12 и синхроимпульсы записи формируются соответственно на выходах 24 и 26 первом и третьем блока 10 и поступают на первый и второй входы блока 12. Таким обрапают на вход блока 2. Далее устанавли- 55 электронная маска представляет эталон- вается сигнал ЗМ (разряд 11), разре-кую информацию об участках структуры,

на которых могут находиться и дефекты;

но при темнопольном изображении их не

шающий формирование в блоке 10 сигналов записи маски для блока 12 (с выхода 3)

и устанаЕ5ливает разрешение выдачи информации блокам АЦП 11 в инверсном коде. При этом также устанавливается сигнал, который поступает на вход блока 3, который включает осветитель блока 5. .Свет от лампы-вспышки блока 5 фокусируется конденсатором на контролируемой структуре и, отражаясь от нее, проходит через фокусирующий блок 7, который с помощью блока 9 .оптического увеличения формирует

темнопольное изображение контролируемой структуры на мишени фотоприемника фотоприемного блока 10. Блок 8 пространственного фильтра не оказывает в этом случае заметного влияния на формируемое изображение, так как при наклонной подсветке

темнопольное изображение контролируемой структуры на мишени фотоприемника фото поверхности кристалла интегральной схемы в апертуру фокусирующего блока 7 попа-

поверхности кристалла интегральной схемы в апертуру фокусирующего блока 7 попа-

дает, в основном, диффузно рассеянный свет, т.е. свет, рассеянный металлизированной разводной и контактными площадками, а свет, отраженный от поверхности кристалла, не попадает в апертуру фокусирующего блока 7. Пространственный спектр диффузно-рассеянного света мало ослабляется блоком пространственного фильтра 8, так как он не локализован в какой-то конкретной области, а относительно равномерно

заполняет спектральную плоскость. Таким образом, на мишени фотоприемного блока 10 формируется темнопольное изображение поверхности кристалла, т.е. рисунка металлизации. Поскольку качество металлизации уже было проверено на предыдущей операции контроля внешнего вида, а дефекты диэлектрического покрытия практически незаметны при выбранном боковом освещении, это изображение является своего рода маской-эталоном.

По сигналу с выхода 15 блока 1 управления, поступающем.у на вход 17 блока 10, изображение, сформированное на .мишени фотоприемного блока 10, считывается и с вы« хода 27 блока 10 поступает на первые вход 3 блока 10, при этом по сигналу блока 1 управления поступает на вход 18 блока 10 и далее с выхода 29 - на третий вход блока 1 АЦП. Блок 11 АЦП устанавливается в режим выдачи информации в инверсном коде. Блок 11 АЦП преобразует выходные сигналы фотоприемника блока 10 в соотные сигналы фотоприемника блока 10 в соот

ветствующий им цифровой код, который поступает на третий вход блока 12 и записывается, причем адрес ячейки памяти определяется текущим номером считываемой ячейки линейного ПЗС фотоприемного блока 10. Текущий адрес ячейки памяти блока 12 и синхроимпульсы записи формируются соответственно на выходах 24 и 26 первом и третьем блока 10 и поступают на первый и второй входы блока 12. Таким обравидно. Ценность этой информации в том, что она содержит координаты краев элементов, на которых могут быть неровности, скругления, углы, не являющиеся дефектами. При другом типе освещения - светло- польно.м - все эти углы, скругления и неровности по яркости соизмеримы с царапинами, проколами и другими дефекта.ми, информацию о которых необходимо выделить. Выделение информации о дефектах происходит за счет вычитания видеосигналов от одного и того же участка структуры при разных типах освещения.

После записи маски по сигналу третьего выхода 26 блока 1 управления блок 3 включает блок 4. Пучок его света расширяется и формируется блоком б и после прохож- дени я через фокусирующий блок 7 освещает контролируемую структуру. Свет, отраженный от контролируемой структуры, формируется фокусирующим блоком 7 в спектр пространственных частот в плоскости блока 8 пространственного фильтра, который блокирует спектр, соответствующий правильному с прямыми краями рисунку контролируемой структуры. Блокирующие ромбов- видные диафрагмы блока 8 выбраны с не- больщим запасом по щирине с тем, чтобы они блокировали спектр контролируемой структуры при небольших угловых смещениях последней в пределах ячейки кассеты, в которой она размещена. Спектр разного рода неровностей, царапины углов и скруг- лений пропускается блоком 8 пространственного фильтра, так как он «размазан по всей плоскости фильтра и не локализован в определенных областях. Этот спектр преобразуется блоком 9 оптического увеличения в изображение, фор.мируемое на фотоприемного блока 1,0. Это изображение, кроме дефектов структуры, таких как царапины, сколы, загрязнения, содержит инфор- .мацию о краях метализированного рисунка, об углах, скруглениях, которые не являются дефектами и при вычитании устраняются.

Изображение, сформированное на м и- щени фотоприемного блока 10 при перпендикулярном подсвете структуры блоком 4 и по сигналу с выхода 15 блока 3 управления, считывается, поступает ,на впервый вход блока 11 АЦП и преобразуется в цифровой код, который поступает на суммирующий вход блока 13 суммирования. При этом, при отсутствии сигнала на выходах 26 и 29 блока 10 отсутствуют соответственно сигналы записи маски и инвертирование кода. Это соответствует установке выдачи информации в прямом коде для блока И АЦП и установке режима чтения ОЗУ блока 12, которое было записано при наклонном освещении структуры. На суммирующий вход блок 13 суммирования поступает сигнал с выхода блока 12. Блок 13 производит сложение изображения, записа н- ного в инверсном коде в блоке 12 в такте

0

включения олока о и изооражения, считываемого с блока 11 АЦП, в такте включения блока 4. Появление высокого уровня на выходе блока 13 свидетельствует о нахождении дефектного участка, при этом появляются имгл льсы, поступают на второй вход блока 13 с выхода 25 блока 10. Эти импульсы поступают на вход 23 блока управления и являются сигнала.ми, инициирующими ввод в ОЗУ блока 1 управлеO ния состояния его входов 21 и 22, а именно .ввод цифрового кода амплитуды и координаты дефектного участка.

Далее блок 1 управления вырабатывает (выход 1) сигналы шаговыми двигателями блока 2, при этом производится перемещение

5 координатного стола на щаг. После этого блок 1 ynpaB ienHH 31)1рабатывает сигналы, которые с выхода 3 поступают в блок попеременного включения осветителей 3, который в свою очередь включает поочередно осветители блоков 4 и 5. При этом начинается следующий цикл вычитания и обнаружения дефектов. В простейшем случае процесс обнаружения дефектных участков оканчивается выводом их координат и амплитуд на экран дисплея, так как само выявление

5 дефектов производится аппаратными методами.

Дефекты разделения (царапины, сколы, загрязнения пассивирующего слоя) имеют наибо;1ьц ий контраст в пространственно-отфильтрованном изображении, но из-за неполного подавления информации о краях, углах, скруглениях дефекты видны на фоне контуров топологии. Основной вклад в контурное изображение дает рисунок металлизации, т.е. металлизация имеет повыщенный контраст изображения и характеризуется диффузным отражением.

Устройство позволяет вычитать из пространственно отфильтрованного изображения, содержащего изображения дефектов и контуров рисунка, изображение рисунка

0 металлизации, содержащего контуры, и тем самым подавить изображени-я контуров, повысив точность и надежность выявления дефектов.

Форм у.т изобретения

5

Устройство для контроля полупроводниковой структуры, содержащее блок управления, блок перемещения структуры, вход которого подключен к первому выходу блока управления, блок освещения по нормали структуры, оптически связанные с ним и последовательно расположенные б. юк передачи освещения, блок оптического увеличения и фотоприемный блок, оптически связанный с блоком передачи освещения фокуг сирующий блок, предназначен для фокусировки светового потока на полупроводниковую структуру, первый вход фотоприемного б. юка соединен с вторым выходом

0

5

0

б. юка управления, отличающееся тем, что, с целью швьииения надежности и точности обнаружения дефектов, оно снабжено блоком пространственного фильтра, расположенным .между блоком передачи осве1п,ения и блоком оптического увеличения, блоком управления ;0све1цением структуры, блоком углового ос- ;Г5е1ления структуры, блоком аналого-цифро- вого преобразования, блоком хранения бсз- :дефектиого изображения структуры и блоком суммирования, блок пространственного :фильтра размещен в общей фокальной плос- кости фокусирующего блока и блока оь ти- Ческого увеличения, расположенных коп- чфокально, nepfibift и второй выходы блока управления освещепием структуры связаны соответственно с входами блоков углового освещения структуры и освещения но нор- ма.чи, а вход - с третьим выходом блока управления, четвертый и пятый выходы

которого связаны соответственно с первым входом суммирующего блока и вторым входом фотоприемного блока, первый выход которого соединен с первыми входами блока управления и блока хранения бездефектного изображения структуры, второй выход - с вторым входом блока суммирования, третий выход - с вторым входом блока хранения бездефектного изображения, четвертый, пятый и ц естой выходы - соответственно с первым, вторым и третьим входами блока аналого-п.ифрового преобразования, выход которого связан с третьими входами блока суммирования и блока бездефектного хранения изображения структуры, выход которого связан с четвертым входом блока суммирования, первый и второй выходы которого связаны соответственно с вторым и третьим входами блока управления.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и надежности обнаружения дефектов путем вычитания видеосигналов от одного и того же участка структуры при разных типах освещения. Полупроводниковые структуры размещают в зоне контроля при помощи блока 2 перемещения структуры. Блоком 1 управления включаются осветители блока 5 углового освещения структуры, в результате на мищени фотоприемного блока 10 формируется темно- польное изображение рисунка металлизации. Изображение преобразуется блоком 11 аналого-цифрового преобразования в цифровой код и записывается в блок 12 хранения. Затем блоко.м 1 управления включается блок 4 нормального освещения структуры. Блок 8 пространственного фильтра выделяет из отраженного структурой потока спектр, характеризующий дефекты структуры и края рисунка металлизации. После преобразования видеосигнал поступает в блок суммирования, на суммирующий вход которого поступает видеосигнал, характеризующий рисунок металлизации. В блоке 13 видеосигналы вычитаются, появление сигнала высокого уровня на его выходе свидетельствует о дефектном участке структуры. 3 ил. ю (Л

.2

(

18

г

:/f

).

28

(-™ 25