Устройство дефектоскопического контроля планарных структур Советский патент 1989 года по МПК G01N21/27 

Изобретение относится к технологии радиоаппаратостроения, а именно к устройствам для обнаружения дефектов поверхиостей, в частности к аппаратуре неразрушающего контроля качества планарных структур, к которым относятся незагерметизированные дискрет- ,ные и интегральные полупроводниковые структуры, толстопленочные платы гибридных интегральных схем, фотошаблоны, предназначено для выявления и оценки аномалий и дефектов топологии и может быть использовано при межопе- радионном автоматическом контроле. Цель изобретения - уменьшение времвии контроля правильных 2п-угольНИКОВ за счет исключения операции базирования.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - функциональная схема генератора тактовых импульсов; на фиг.З - Функциональная схема блока формирования электронного на фиг.4- функциональная схема блока определения спектра изображения; на фиг.5 - функциональная схема блока привязки спектра изображеиия; на фиг.6 - функциональная схема блока формирования адресов; на фиг.7 - функциональная схема блока запоминания спектра изображения; на фиг.8 - функциональная

со со

со.

ел

31499

схема блока анализа спектра изображения; на фиг.9 - функциональная схема блока управления; на фиг.10 - принцип определения симметричности горизонтального спектра изображения планарной структуры.

Устройство дефектоскопического контроля планарньгх структур (фиг. 1) содержит оптически соединенные коор- динатный стол 1, оптическую систему 2 и телевизионный датчик 3, причем все они находятся на одной оптической оси. Выход телевизионного датчика 3 подключен к входам видеоконт- рольного устройства 4 и порогового элемента 5. Выходы кадровой и строчной синхронизации синхронизатора 6 подключены к соответствукядим входам генератора 7 тактовых импульсов и те левизионного датчика 3. Входы блока 8 формирования электронного окна соединены соответственно с выходами порогового элемента 5 и генератора 7 тактовых импульсов. Первый и второй выходы блока 8 формирования электронного окна подключены соответственно к первому и второму входам блока 9 определения спектра изображения

а к третьему входу - выход генератора

7 тактовых импульсов« К первому и второму входам блока 10 привязки спектра изображения подключены соответственно второй и третий выходы блока 8 формирования электронного окна, а первый выход его подключен к входу блока It формирования адресов. Управляющий выход блока 11 формирования адресов яв ляется первым выходом устройства, а второй выход соединен с адресным Бходом блока 12 запоминания спектра изображения, информационный вход которого соединен с выходом блока 9 определения спектра изображения. Выход блока 12 запоминания спектра изобра- жения подключен к входу блока 13 анализа спектра, первый и второй выходы его соединены с вторым и третьим входами блока 11 формировался адресов, а третий выход является вторым выходом устройства и одновременно подключен к третьему входу блока 14 управления. Первый, второй и с четвертого по седьмой входы блока 14 управления соединены соответственно с вторым выходом блока 10 привязки спектра изображения, с первым выходом блока 11 формирования адресов, с выходами кадровой и строчной синхронизации син

0

0

5 б 5 о г

хронизатора 6, с первым входом устройства и с первым выходом блока 13 анализа спектра изображения. Выхйды блока 14 управления с первого по пятый подключены соответственно к четвертому и пятому входам блока 9 определения спектра изображения, к третьему и четвертому входам блока 10, к четвертому и шестому входам блока 11 формирования адресов.

Координатный стол 1 предназначен для точного позиционирования контролируемой планарной структуры в поле зрения телевизионного датчика 3.

Оптическая система 2 служит для создания оптической связи между координатным столом 1 с находящимся на нем объектом контроля (планарной структурой) и телевизионным датчиком 3.

Телевизионный датчик 3 предназначен для создания аналогового электрического видеосигнала, соответствующего изображению контролируемой планарной структуры.

Видеоконтрольное устройство 4 предназначено для визуализации контролируемой планарной структуры.

Пороговый элемент 5 служит для преобразования аналогового электрического видеосигнала, вырабатываемого телевизионным датчиком 3, в бинарный цифровой сигнал, уровни логических О и 1 которого соответствуют напряжениям О и 1 для интегральных микросхем.

Синхронизатор 6 предназначен для вьфаботки сигналов кадровой и строчной синхронизации, синхронизирующих работу телевизионного датчика 3 и всего устройства в целом.

Генератор 7 тактовых импульсов (фиг.2) служит для генерации импульсов, следукщих с частотой 10 МГц и предназначенных для квантования ви- деосигнгша по времени и синхронизации работы всего устройства в промежутке времени между строчными импульсами синхронизации. Генератор 7 тгис- товых импульсов представляет собой релаксационный генератор, содержащий элемент ИЛИ 15, входы которого являются входами кадровой и строчной синт- хронизации, а выход подключен к первому входу элемента И-НЕ 16 jвыход которого соединен с входом инвертора 17. Выход последнего является выхо51

дом генератора 7 тактовьк импульсов. Между вторым входом элемента И-НЕ I6 и его выходом включен резистор 18, а между этим же входом элемента И-НЕ 16 и выходом инвертора 17 подключен конденсатор 19.

Блок 8 формирования электронного окна (фиг.З) предназначен для задержки видеосигнала на время длительности строки, равное 64 мкс, и задержки видеосигнала на время длительности такта, равное 100 не, и содержит элемент 20 задержки на время 64 мкс, выход которого является первым входом и, одновременно третьим выходом блока 8 формирования электронного окна. Выход элемента задержки является вторым выходом блока 8 формирования.электронного окна и одновременно подклю- чен к D-входу D-триггера 21, С-вход которого подключен к второму входу, а выход - к первому выходу блока 8 формирования электронного окна.

Блок 9 определения спектра изобра- жения (фиг.4) слуясит для выработки двоичного кода горизонтального спектра, т.е. в каждой строке блок определяет число элементов разложения изображения объекта. Блок 9 определения спектра изображения содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22, входы которого являются первым и вторым входами блока, а выход подключен к С-входу JK- триггера. К-вход JK-триггера 23 под- ключен к источнику питания, J-вход - к пятому входу блока 9 определения спектра, а прямой выход - к первому входу элемента И 24, второй вход которого является третьим входом блока, а выход соединен с первым входом двоичного счетчика 25. Второй вход счетчика является четвертым входом блока 9 определения спектра изображения, а выходы соединены соответствен- но с первыми входами элемента И 26 первой группы. Инверсный выход JK- триггера 23 подключен к S-входу RS- трнггера 27, R-вход которого соединен с третьим входом блока, а выход - с вторыми входами элементов И 26 первой группы, выход которой является выходом всего блока.

Блок 10 привязки спектра изображения (фиг.З) служит для определения размера изображения планарной структуры по вертикали и в соответствии с этим определения моментов включения и выключения блока 1I формирования

195

адресов (фиг. 6.) для запоминания спектра. Блок 10 привязки спектра содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28, входы которого являются первым и вторым входами блока, а выход подключен к С-входу JK-триггера 29. К-вход JK- триггера 29 подключен к источнику питания, J-вход является третьим входом блока, выход подключен ко вторым входам элемента И 30 и D-триггера 31, ко вторым входам которых подключен чет- вертый вход блока, а выходы являются соответственно первым и вторым выходами блока 10 привязки спектра.

Блок I1 формирования адресов (фиг.6) предназначен для формирования адресных кодов, по которым происходят запись и считьшание элементов спектра из блока запоминания спектра (фиг.7). Блок содержит реверсивный счетчик 32- и прямой счетчик 33, причем первый вход реверсивного счетчика 32 является первым входом блока, а вторые входы обоих счетчиков соединены с шестым входом блока. Выходы реверсивног го счетчика 32 соединены соответственно со вторыми входами элементов И 34 первой группы, первые входы которых объединены и являются пятым входом блока, а выходы соответственно подключены к первым входам группы элементов ИЛИ 35. Второй вход блока соединен с первым входом первого элемента И 36, выход которого соединен с первым входом RS-триггера 37. Второй вход RS-триггера 37 соединен с шестым входом блока, а выход подключен к первому входу элемента И 38, второй вход которого является третьим входом блока. Выход второго элемента И 38 подключен к первому входу третьего элемента И 39. Четвертый вход блока соединен со вторыми входами первого 36 и третьего 39 элементов И.

Выход третьего элемента И 39 подключен к третьему входу реверсивного счетчика 32. К входам элементов И 40 второй группы подключены соответственно выходы прямого счетчика 33 и второй вход блока II, а выходы соединены соответственно со вторыми входами группы элементов ИЛИ 35, выход которой является вторым выходом блока М. Первым выходом блока 11 является выход реверсивного счетчика 32.

Блок 12 запоминания спектра (фиг. 7) предназначен для запоминания элементов горизонтального спектра в соответстВИИ с адресами, поступающими из блока 11 формирования адресов (фиг.6). Блок запоминания спектра представляет собой ряд параллельно включенных опера- тивиых запоминающих устройств 41 (ОЗУ), причем адресные сигналы с блока 11 формирования адресов и управляющий сигнал с блока 14 управления (фиг.9) поступают соответственно од- новременно на адресные и управлякяцие входы всех ОЗУ 41, а на их информационные входы поступают параллельные коды с блока 9 определения спектра изображения. Информационные выходы ОЗУ 41 являются выходами блока.

Блок 13 анализа спектра (фиг.8) производит попарное сравнение элементов спектра и выдает информацию о симметричности контролируемой струк- туры. Вход блока 13 анализа спектра подключен к первым входам элементов И 42 и 43 первой и второй групп. Выходы элементов И А2 первой группы : подключены к S-входам группы RS-триг- геров 44, выходы которой и выходы элементов И 43 второй группы объединены группой эла«ентов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ инверсное 45. Выкоды элементов этой группы объединены многовходовым эле- ментом И 46. Инверсный выход много- входового элемента И 46 является третьим выходом блока. Дополнительно прямой и инверсюш выходы многовходо- вого элемента И 46 объединены элемен- тоц ИЛИ 47, выход которого соединен с К-входани группы RS-триггеров 44. Восходы элементов И 42 первой группы дополнительно объединены многовходовым элементом ИЛИ 48, прямой и инвер- сный выхода которого являются соответственно вторым и первым выходами блока и подключены соответственно ко вторым входам элементов И 42 и 43 первой и второй групп.

Блок 14 управления (фиг.9). предназначен для обеспечения правильных режимов работы остальных блоков устройства. Блок 14 управления содержит первый 49 и второй 50 элементы И, nep вые входы которых являются соответственно пятым и четвертым входами блока, а вторые входы соединены с шестым входом блока. Выход первого элемента И 49 является первым выходом блока и подключен к первому входу третьего элемента И 51, выход которого являет .ся третьим выходом блока. Второй и третий входы блока объединяются первым

элементом ИЛИ 52, выход которого является пятым выходом блока 14 управления и одновременно подключен к S- входу RS-триггера 53. Выход второго элемента И 50 подключен к первому входу счетчика 54. Первый выход счетчика

54подключен к R -входу RS-триггера

53,является вторым выходом блока, а второй выход счетчика 54 соединен с первым входом четвертого элемента И

55и замкнут на второй вход счетчика

54.Второй вход четвертого элемента И 55 является седьмым входом блока,

а выход соединен с первым входом второго элемента ИЛИ 56, выход которого является четвертым выходом блока. Инверсный выход RS-триггера 53 соединен со вторым входом второго элемента И 50.

Устройство работает следующим образом.

Контролируемая планарная структура устанавливается на координатньй стол 1 и ее изображение, увеличенное оптической системой 2, передается на мишень видикона телевизионного датчика 3, который развертьгеает полученное изображение в последовательный стандартный электрический сигнал. Работа телевизионного датчика 3 синхронизируется строчными и кадровыми синхроимпульсами от синхронизатора 6. С выхода телевизионного датчика 3 ви- деосигнал поступает на вход порогового элемента 5 и видеоконтрольного устройства 4. Пороговый элемент 5 осуществляет двухуровневое квантование видеосигнала по амплитуде и привязку значений выходного сигнала к логическим значениям О и 1. Ви- деокбнтрольное устройство 4 отображает изображение планарной структуры на экране. С выхода порогового элемента 5 видеосигнал поступает на вход блока 8 формирования электронного окна, т.е. на вход элемента 20 задержки, на котором он задерживается на время длительности строки, а затем поступает на вход D-триГгера 21, на котором он задерживается на время длительно сти такта. Таким образом образуется электронное окно ра змером 2x2 элемента разложения, имеющее форму уголка, которое за время кадра по- (ипедовательно пробегает все элементы разложения. Работа D-триггера обеспечивается генератором 7 тактовых импульсов, который синхронизируется

кадровыми и строчными синхроимпульсами по соответствующим входам. При. этом синхроимпульсы подаются на два входа элемента ИЛИ 15, где они смеши ваются и по первому входу стробиру- ют собственно генератор, собранный на двухвходовом элементе И-НЕ 16, инверторе 17, резисторе 18 и конденсаторе 19, величины параметров которых опре деляют рабочую частоту генератора 7 тактовых импульсов.

Сигнал разрешения измерения, поступающий ца устройство, открывает входные элементы И 49 и 50, через ко торые в блок 14 управления проходят кадровые и строчные синхроимпульсы. Кадровые синхроимпульсы поступают на счетчик 54, работакнций в режиме делителя на два. Таким образом, работа всего устройства распадается на два кадра.

В первом кадре на выходе счетчика 54 присутствует сигнал логической единицы (на выходе 1) на выходе 2 - логический нуль. Сигнал с выхода счет.чика 54 действует на J-входы JK-триггеров 23 и 29 блока 9 опреде- ления спектра изображения и блока 10 привязки спектра. Поскольку на К-вхо- дах этих триггеров постоянно присутствует сигнал логической единицы, то JK-триггеры работают как обычные Т- триггеры.

Как только в вертикальных элемен- тах электронного окна появляется - сочетание 0-1, свидетельствующее о том, что с данной строки в кадре начинается изображение объекта, на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ШШ 28 по- является сигнал логической единицы, который переводит JK-триггер в закрытое состояние. JK-триггер 29 открывает элементы И 30, и на вход реверсивного счетчика 32 начинают посту- пать строчные синхроимпульсы. D-триг- гер 31 стробирует первую группу элементов И 34, которая пропускает выходной код с реверсивного счетчика 32 через группу элементов ШШ 35 на адресные входы ОЗУ 41 блока 12 запоминания спектра. В течение следующей строки, как только в горизонтальных элементах окна появляется сочетание 0-1, то аналогично тому, как это происходит в блоке 10 привязки спектра, тактовые импульсы с генератора 7 тактовых импульсов начинают поступать на вход двоичного счетчика 25. Таким образом происходит подсчет числа злементов объекта в данной строке.

В момент, когда кончается изображение объекта в данной строке,. JK- триггер 23 переходит в выключенное состояние, что прерывает стробирова- ние элемента ,И 24 и на выходе счетчика 25 фиксируется код, соответствующий числу элементов разложения изображения планарной структуры в данной строке. Одновременно положительный перепад с инверсного выхода JK-триг- гера 23 включает RS-триггер 27, который стробирует выходную группу элементов И 26, и на информационные входы ОЗУ 41 блока 12 запомниания спектра изображения подается двоичный код с выхода счетчика. Поскольку ОЗУ 41 в соответствии с сигналом из блока 14 управления работают в режиме эаписи/ то по адресу, соответствующему номеру данной строки в изображеяии объек- та, в него записывается число, соот ветствующее числу элементов разложения в изображении объекта в строке. Аналогично, при появлении в вертикальных столбцах электронного окна сочетания 1-0, JK-триггер 29 выключается и перестает стробировать элемент И 30. На выходе реверсивного счетчика 32 фиксируется код, соответствующий номеру последней строки изображения объекта. Чтобы избежать записи нулевой информации по последнему адресу при отключении выходиой группы элементов И 26 от информационных входов ОЗУ 41, D-триггер 31 после последнего счетиого .строчного синхроимпульса перестает стробировать первую группу элементов И 34. и перекрывает адресные входы ОЗУ 41. Таким образом, после первого кадра в блоке I2 запоминания спектра оказывается записан весь горизонтальный спектр изображения контролируемой структуры.

Во втором кадре происходит собственно контроль изображения планарной структуры. Контроль основан на том, что для бездефектной 2п-угольной структуры независимо от ее разворота относительно строчной развертки горизонтальный спектр полностью симметричен, а если в контролируемой планарной структуре имеется некий де- фект, то в горизонтальном спектре появляется провал или выброс и он становится несимметричным (фиг.10),

Во втором кадре на первом выходе счетчика 54 появляется сигнал логического нуля, который, воздействует на J-входы JK-триггеров 23 и 29, переводит их в пассивное состояние и этим отключает блок 8 формирования электронного окна от остальных блоков устройства. Во время длительности первой строки на адресных входах ОЗУ 41 присутствует код с выходов реверсивного счетчика 32, соответствующий последней строке разложения изображения объекта. Код проходит через первую группу элементов И 34 благодаря тому, что на входах многовходо- вого элемента ИЛИ 48 блока 13 анализа спектра сигналы отсутствуют и на его инверсном выходе присутствует

(к сравнению следующей пары элементов спектра).

Поскольку блок 13 анализа cneKtpa

изображения возвращен в исходное состояние, то очередной строчный синхроимпульс через третий элемент И 39 проходит на вход вычитания реверсивного счетчика 32. Таким образом, в

блоке 13 анализа спектра изображения происходит попарное сравнение элементов спектра по принципу первый - последний, второй - предпоследний и т.д. Если спектр имеет четное число элементов, то сравниваются попарно все элементы спектра, а если в спектре нечетное число элементов, то центральный элемент спектра сравнивается сам с собой, что не влияет на

Устройство к технологии радиоаппаратостроения, а именно к устройствам для обнаружения дефектов поверхностей ,в частности, к аппаратуре неразрушающего контроля качества планарных структур, к которым относятся незагерметизированные дискретные и интегральные полупроводниковые структуры, фотошаблоны. Позволяет выявлять аномалии и дефекты топологии и может быть использовано при межоперационном автоматическом контроле. Целью изобретения является уменьшение времени контроля правильных 2N-угольников за счет исключения операции базирования. В устройство, содержащее координатный стол, оптическую систему и телевизионный датчик, синхронизатор, пороговый элемент, видеоконтрольное устройство, блок формирования "электронного окна", введены блок определения спектра изображения, блок привязки спектра изображения, блок формирования адресов, блок запоминания спектра изображения, блок анализа спектра изображения и блок управления, что позволяет эффективно решить поставленную задачу. Устройство может найти применение в приборостроительных отраслях промышленности и отраслях, связанных с точным машиностроением. 4 з.п.ф-лы, 10 ил.

сигнал логической единицы. Поскольку 20 результат измерения. Если все элеменОЗУ 41 в данном кадре сигналом из блока 14 управления переводятся в режим считывания, то код числа элементов в данной строке, считанный из блока 12 запоминания спектра изображения , проходит через первую группу элементов И 42, записывается в RS- триггерах 44 и воздействует на входы многовходового элемента ИЛИ 48 блока 13 анализа спектра изображения, что приводит к прекращению стробирования элементов И 34 первой группы в блоке 11 формирования адресов и первой группы элементов И 42 в блоке 13 анализа спектра изображения и к стробированию элемента И 36 и второй группы

I

элементов И 40 в блоке 11 формирования адресов и второй группы элементов И 43 в блоке 13 анализа спектра. Следующий строчной синхроимпульс проходит через элемент И 36, включает RSтриггер 37 и воздействует на счетный

I

вход прямого счетчика 33, откуда код, соответствующий номеру синхроимпульса через вторую группу элементов И 40 и группу элементов ИЛИ 35 проходит на блок 13 анализа спектра и через вторую группу элементов И 43 поступает

на вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ инверсное 45, где происходит сравнение данного кода с кодом, хранящимся в RS-триггерах 44. Если коды не равны, то на инверсном выходе многовходового элемента И 46 появляется сигнал 1. С помощью элемента ИЛИ 47 происходит обнуление RS-триггеров 44 что подготавливает блок 13 анализа спектра к следующему циклу сравнения

ты в спектре попарно равны, то как только реверсивный счетчик 32 выработает сигнал f О, что свидетельствует об анализе последних элементов в

спектре, то делается вывод о симметричности спектра, т.е. о бездефектности пленарной структуры.

Как только вырабатывается сигнал либо о симметричности, либо о несимметричности спектра, то выработанный сигнал обнуляет прямой 33 и реверсивный 32 счетчики, а также RS-триггер 37 в блоке 11 формирования адресов. Одновременно этот же сигнал включает

RS-триггер 53 в блоке 14 управления. Сигнал с инверсного выхода RS-тригге- ра 53 закрывает третий элемент И 51, в результате чего строчные синхроимпульсы перестают поступать на входы

счетчиков 32 и 33. Этот запрет снимается обнулением RS-триггера 53 при следующем измерении сигналов с первого выхода счетчика 54.

Предлагаемое устройство обеспечиает возможность контроля не только четырехугольных, но и более сложных 2п-угольных планарных структур, а также позволяет исключить предварительное базирование планарной структуры на координатном столе, является более универсальным, а процесс контроля становится менее трудоемким.

55

Формула изобретения

ординатный стол, оптическую систему и телевизионный датчик, входы строчной и кадровой синхронизации которого подключены к соответствующим выходам синхронизатора, выход телевизионного датчика подключен к входу порогового злемента и видеоконтрольного устройства, выход порогового элемента соединен с первым входом блока формирования электронного окна, генератор тактовых импульсов, первый и второй входы которого соединены соответственно с кадровым и строчным выходами синхронизатора, отличающееся тем, что, с целью уменьшения времени контроля правильных 2п-угольников .за счет исключения операции базирования, в устройство введены блок определения спектра изображения, блок привязки спектра изображения, блок формирования адресов, блок запоминания спектра изображения, блок анализа спектра изображения и блок управления, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к второму входу блока формирования электронного окна, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым вхо- дами блока определения спектра изображения, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходом генератора тактовых импульсов, с первым и вторым выходами блока управления, информационный выход блока определения спектра изображения соединен с информационным входом блока запоминания спектра изображения, первый и второй входы блока привязки спектра изображения соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока формирования электронного окна, а третий и четвертый - с вторым и третьим выходами блока уп- равления, первый вьпсод блока привязки ,спектра изображения соединен с первым входом блока формирования адресов, а второй выход - с первым входом блока управления, второй и третий входы блока формирования адресов соединены соответственно с вторым и первым выходами блока анализа спектра изображения, а четвертый, пятый и шестой входы - соответственно с третьим, четверть и пятым выходами блока уп- рав ления, управляющий выход блока формирования адресов соединен с вто- рьи входом блока управления и являет

95

14

Q 15 20 25 30 , п .

5

ся первым выходом устройства, адресный выход блока формирования адресов подключен к адресному входу блока запоминания спектра изображения, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а информационный выход - к входу блока анализа спектра изображения, третий выход которого подключен к третьему входу блока управления и является вторым выходом устройства, четвертый и пятый входы блока управления подключены соответственно к кадровому и строчному выходам синхронизатора, шестой вход блока управления подключен к входу устройства, а седьмой вход - к первому выходу блока анализа спектра изображения.

ка привязки спектра изображения, элемент И, первый вход которого является четвертым входом блока привязки спектра изображения, второй вход соединен с выходом JK-триггера, а выход является первым выходом блока привязки спектра изображения, D-триггер, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И, а выход является вторым выходом блока привязки спектра изображения.

вого элемента И, а второй вход - с шестым входом блока формирования адресов, вторую группу элементов И, первые и вторые входы которых соединены соответственно с информационными вькодами двоичного счетчика и с вторым входом блока формирования адресов, а выходы подключены соответственно к вторым входам группы элеменI

тов или, причем выходы группы элементов ИЛИ представляют собой адресный выход блока формирования адресов.

5

0

5 40 j

30

5

1

Фиг. I

/

Фиг.з

Ж/7

23

г.

2

гв

№

Фиг,

,i

ЦзигЛ

Фиг.8

пппппппп

Фиг.9

ППП Ртакт.

щи2.10