Устройство регистрации дефектов полированной поверхности Советский патент 1992 года по МПК G01J1/44 

СО

с

Использование1 контрольно-измерительная техника, в частности дефектоскопия полированной поверхности полупроводниковых пластин и оптических деталей. Сущность изобретения, устройство содержит лазер (1), сканирующее устройство (2), фотоприемник (4), синхронизатор 6, 4 запоминающих устройства (7, 9, 13, 14), блок 8 счета и отображения информации, компаратор (12), элемент И (10), фильтр низких частот

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может-быть использовано для дефектоскопии полированной поверхности полупроводниковых пластин и оптических деталей.

Известна система регистрации микроскопических дефектов, содержащая лазер, сканирующее устройство, фотоприемник, подключенный к нему усилитель, а также синхронизатор и блок счета и отображения информации.

В этой системе сканирующее устройство осуществляет относительное перемещение луча и исследуемого объекта по спирали, в результате чего за время обзора последовательно освещается вся поверхность объекта. При попадании светового луча на дефект возникают импульсы рассеянного света, преобразуемые фотоприемником в импульсы напряжения. После усиления этот импульс

поступает в блок счета и отображения информации. Сигналы, несущие информацию о положении светового луча, а значит, и положении дефекта, вырабатываются синхронизатором и поступают в блок счета и отображения информации.

Так как распределение интенсивности падающего света в лазерном пятне на объекте от координаты имеет не прямоугольную, а колоколообразную форму, это порождает противоречивые требования к выбору расстояния между строками сканирования. С одной стороны, при увеличении расстояния между соседними строками области поверхности между ними освещаются светом с меньшей интенсивностью, что приводит к уменьшению чувствительности измерения в этих областях и, следовательно, к уменьшению зарегистрированного количества дефектов по от ношению к действительх| х|

3

о

XI

ному. С другой стороны, при уменьшении указанного расстояния дефект поверхности может освещаться лучом не только в той строке, в которой он расположен, но и периферийной областью светового пятна, проходящего по соседней /или деже через одну/ строке. В результате от одного дефекта появляется несколько импульсов в соседних строках, что приведет к завышению зарегистрированного количества дефектов по отношению к действительному.

Исключить явление повторной регистрации одного и того же дефекта по сигналам, соответствующим этому дефекту и сигналам в соседних строках, частично удалось в устройстве регистрации дефектов полированной поверхности, содержащем лазер, сканирующее устройство, фотопри- емник, блок обработки информации на заданном участке строки, подключенный к запоминающему устройству, а также синхронизатор, процессор и блок счета и отображения информации. Это устройство наиболее близко по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к изобретению.

В этом устройстве с помощью синхронизатора каждая строка сканирования разбивается на участки и каждому участку строки ставится в соответствие ячейка запоминающего устройства. Выходной сигнал фотоприемника обрабатывается блоком обработки информации на заданном участке строки, включающем в себя последовательно соединенные АЦП и компаратор. АЦП преобразует поступающий сигнал в цифровую форму. Компаратор фиксирует значения сигнала в десяти точках, сравнивает их между собой для каждого участка строки и запоминает максимальное из этих значений. Это значение записывается в соответствующую данному участку ячейки запоминающего устройства. После сканирования всей пластины запоминающее устройство с помощью процессора разбивается на блоки по десять ячеек, соответствующих соседним участкам в десяти строках, находится максимальное значение сигнала в каждом блоке, а затем эти значения сравниваются с пороговым. Полученные результаты отображаются на дисплее блока счета и отображения информации.

Таким образом, объединение ячеек памяти, соответствующих разным строкам в блоки, и последующий выбор сигнала с максимальной амплитудой в ячейках одного блока позволили исключить повторную регистрацию сигнала наличия дефекта на заданном участке поверхности. Однако оозможно такое расположение дефекта,

при котором соответствующие ему сигналы оказываются в соседних строках, ячейки которых принадлежат разным блокам, и, следовательно, такой дефект будет зарегистрирован дважды, что ухудшает качество контроля.

Кроме того, при расположении дефекта вблизи граничных областей участков, на которые разбита строка, дефект освещается

0 периферийной частью светового пятна при нахождении центра этого пятна уже на соседнем участке строки; поэтому информация о дефекте может быть записана как в соответствующую ему ячейку, так и в со5 седйюю, что также приводит к завышению количества дефектов по сравнению с действительным.

Таким образом, на исследуемой поверхности имеются зоны (вблизи границ учзст0 ков строки, соответствующих различным блокам ячеек памяти), при расположении в которых дефектов из количество завышается, т.е. качество контроля ухудшается. Ширина этих граничных зон увеличивается с

5 увеличением размера дефекта, так как при этом увеличивается сигнал в случае засветки дефекта периферийной частью луча.

Следует отметить, что качество контроля зависит от размера участка поверхности,

0 соответствующего блоку ячеек памяти, и соответственно от количества этих блоков. При увеличении размера участка увеличивается вероятность того, что информация от нескольких дефектов будет записана в одну

5 ячейку памяти или один блок ячеек и будет восприниматься как информация об одном дефекте. Исходя из этого, следовало бы уменьшить размеры участков поверхности, соответствующих одной ячейке памяти (бло0 ку ячеек), т.е. увеличить количество этих ячеек. Однако последнее неизбежно приведет к возрастанию площади описанных выше граничных зон, что опять-таки ведет к ухудшению качества контроля.

5 Цель изобретения - повышение точности регистрации дефектов полированной поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство регистрации дефектов полиро0 ванной поверхности, содержащее оптически связанные лазер, сканирующее устройство, фотоприемник, а также блок обработки информации на заданном участке строки, первый вход которого подключен к

5 выходу фотоприемника, и последовательно включенные первое запоминающее устройство и блок счета и отображения информации, введены второе запоминающее устройство, первая схема И, синхронизатор и последовательно включенные фильтр

нижних частот, первый компзрпгоо и трет ье запоминающее устройст во. причем блок обработки информации ча заданном участке строки содержит блок выделения максимума сигнала, вход которого является перьым входом блока обработки информации, второй компаратор, вторую схему И, RS-триг- гер и D-триггер, неинвертирующий и инвертирующий выходы которого являются соответственно первым и вторым выходами блока обработки информации на заданном участке строки, вторым и третьим входами которого являются соответственно тактовый вход D-триггера и R-вход RS-триггера, при этом вход фильтра нижних частот подключен к выходу фотоприемника, выход ска- ниоующею устройства подключен к входу синхронизатора, первый и второй выходы которого подключены соответственно к второму и третьему входам блока обработки информации на заданном участке строки, первый it второй выходы которого подключены соответственно к входу данных второго запоминающего устройства и первому входу первой схемы И, второй вход которой подключен к выходу второго запоминающего устройства, адресный вход и вход записи-считывания которого подключены соответственно к тре гьему и четвертому выходам синхронизатора, пятый выход которого подключен к третьему оходу первой схемы V, выход когооой подключен к первому входу первого запоминающего устройства, агорой вход которого подключен к шестому выходу синхронизатора и к второму входу третье о запоминающего устрои- стса, выход которого подключен к блоку счета и отображения информации при этом вход второго компаратора подключен к входу блока выделения максимума сигнала, выход которого подключен к первому входу второй схемы И, второй вход которой подключен к выходу второго компаратора, а выход - к 5-входу RS-триггеоа, неинвертирующий выход которого подключен к входу данных D-триггсра.

Для повышения чувствительности устройства в иэго введены четвертое запоминающее устройство, вход и выход данных которого подключены, соответственно, к первому и четвертому входам первой схемы И, а его адресный пход и вход записи - считывания подключены, соответственно, к третьему и седьмому выходам синхронизатора.

На фпг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы работы это1 о устройство.

Устройство содержит лазер 1, луч которого с помощью сканирующего устройства

2 сканирует по поверхности объекта 3 фотоприемник 4, снабженный приспособлением для сбора рассеянного света, блок 5 обработки информации на заданном участке

строки, синхронизатор 6, последовательно включенные первое запоминающее устройство 7 и блок 8 счета и отображения информации, второе запоминающее устройство 9, первую схему И 10, последовательно вклю0 ченные фильтр 11 нижних частот, первый компаратор 12 и третье запоминающее устройство 13, а также четвертое запоминающее устройство 14, причем блок 5 обработки информации содержит блок 15 выделения

5 максимума сигнала, вход которого является первым входом блока 5, второй компаратор 16, вторую схему И 17, RS-триггер 18 и D-трпггер 19, неинвертирующий и инвертирующий выходы которого являются, соот0 ве ственно, первым и вторым выходами блока 5, вторым и третьим входами которого являются, соответстсенно, тактовый вход D- триггера 19 и R-вход RS-триггера 18.

При этом фотоприемник 4, оптически

5 связанный через сканирующее устройство 2 с лазером 1, подключен к первому входу блока 5 и входу фильтра 11 нижних частот, выход сканирующего устройства 2 подключен к входу 20 синхронизатора 6, первый 21

0 и второй 22 выходы которого подключены соответственно к второму и третьему входам блока 5, первый 23 и второй 24 выходы которого подключены, соответственно, к входу данных второго запоминающего уст5 ройства 9. и к первому входу первой схемы И 10, второй вход которой подключен к выходу 25 данных второго запоминающего устройства 9, адресный вход и вход запи- си-счптывания которого подключены

0 соответственно к третьему 26 и четвертому

27выходам синхронизатора 6, пятый выход

28которого подключен к третьему входу первой схемы И 10, выход 29 которой подключен к первому .зходу первого запомина5 ющего устройства 7, второй вход которого подключен к шестому выходу 30 синхронизатора 6 и ко второму входу третьего запоминающего устройства 13, выход которого подключен к блоку 8 счета и отображения

0 информации, вход второго компаратора 16 подключен к входу блока 15 выделения максимума сигнала, гзыход которого подключен к первому входу второй схемы И 17, второй вход которой подключен к выходу второго

5 компаратора 16, а выход 31 - к S-входу RS-трпггера 18, неинвертирующий выход 32 которого подключен к входу дьн- ных D-триггера 19, сход и пыход данных четвертого запоминающего устройства 14 подключены соответственно к первому и

четвертому входам первой схемы И 10, а его адресный вход и вход записи-считывания подключены соответственно к третьему 26 и седьмому 33 выходам синхронизатора 6.

Блок 15 выделения максимума предназначен для формирования короткого импульса в момент прохождения максимума сигнала, снимаемого с фотоприемника 4.

Синхронизатор б обеспечивает синхронную работу сканирующего устройства 2, триггеров 18, 19, устройств 7, 9 и схемы 10. Блок 6 синхронизации формирует на своих выходах импульсы в определенной последовательности во времени. При поступлении информации о положении луча со сканирующего устройства 2 на вход 20 синхронизатор 6 формирует импульсы синхронизации, поступающие на семь его выходов.

Устройство работает следующим образом.

Луч лазера 1 направляется на исследуемый объект 3. Сканирующее устройство 2 осуществляет относительное перемещение луча и объекта 3. При попадании луча на какой-либо дефект поверхности возникает импульс рассеянного света, собираемый и преобразуемый фотоприемником 4 в электрический сигнал - импульс колоколообраз- ной формы. При достижении этим сигналом максимального значения блок 15 формирует короткий импульс, поступающий на один вход схемы 17, второй компаратор 16 сравнивает уровень выходного сигнала фото- приемника 4 с пороговым уровнем и при превышении этого порогового уровня формирует короткий импульс, поступающий на другой вход второй схемы И 17.

Таким образом, в случае превышения амплитудой импульса, поступающего с выхода фотоприемника 4 пороговой величины, на выходе второй схемы И 17 появится импульс, по времени совпадающий с максимальным значением напряжения выходного сигнала фотоприемиика 4.

На временных диаграммах (фиг.2) представлена работа устройства за время прохождения лучом одного участка /п-1/-й строки и соответствующего ему участка в n-й строке. Моменты появления выходных сигналов синхронизатора 6 показаны на временных диаграммах вертикальными штриховыми линиями.

По сигналу с выходов 26 и 33 синхронизатора б выбираются ячейки запоминающего устройства (ЗУ) 7, соответствующие данному участку. Следует отметить, что размеры участка выбирают исходя из того, что минимальный размер этого участка должен быть ограничен диаметром светового пятна на поверхности объекта 3 и сравним с ним

по величине. Так, например, при длине строки 100 мм и диаметре пятна 100 мкм количество участков может быть выбрано равным 128. При этом емкость ЗУ 9 составит 128 бит,

а емкость ЗУ 7-1 б Кбит (128x128).

Если на данном участке имеется дефект, RS-триггер 18 устанавливается выходным импульсом второй схемы И 17 на предыдущей /п-1/-й строке, передает информацию

0 в триггер 19 по сигналу с выхода 21 синхронизатора 6 и сбрасывается, т.е. переустанавливается для приема новой информации, по сигналу с выхода 22. (Для предотвращения потери информации на S5 входе триггера 18 время между появлением сигналов на выходах 21 и 22 выбирается минимальным). На выходе 25 ЗУ 9 в это время присутствует информация о наличии дефекта в соответствующем участке /п-1/-й

0 строки. При поступлении сигнала с выхода 28 синхронизатора б на первый вход схемы 10 на ее выходе 29 появится сигнал только при соблюдении следующих условий:

а)наличие дефекта в соответствующей 5 ячейке /п-1/-й строки (т.е. наличие 1 на

выходе 25 ЗУ 9);

б)отсутствие дефекта в соответствующей ячейке п-й строки (т.е. наличие 1 на инверсном выходе 24 триггера 19).

0 В этом случае информация о наличии дефекта записывается в соответствующую ячейку ЗУ 7.

После чего по сигналу с выхода 21 информация с выхода 23 триггера 19 записы5 вается в соответствующую ячейку ЗУ 9. Этой операцией соответствующая ячейка ЗУ 9 подготавливается к работе с /п+1/-й строкой. Как уже указывалось выше, количество ячеек ЗУ 9 равно количеству участков одной

0 строки, и информация IB ЗУ 9 обновляется за время сканирования строки.

Информация с выхода 29 записывается в ячейку ЗУ 7, соответствующую положению дефекта на поверхности объекта 3. Выбор

5 ячейки происходит по сигналам с выхода 30 синхронизатора 6 Аналогично происходит обработка информации на остальных участках во всех строках сканирования, После сканирования всей пластины происходит

0 опрос ячеек ЗУ 7 с помощью блока 8 счета и отображения информации, на дисплее которого отображается информация о количестве зарегистрированных дефектов и их распределении по поверхности объекта 3.

5 Импульсы с фотоприемника 4 поступают также на вход фильтра 11 низких частот. Фильтр пропускает только импульсы большой длительности, соответствующие дефектам в виде матовых пятен, С выхода фильтра импульса поступают на компаратор 12, на

выходе которого появляются импульсы лишь при превышении величиной амплитуды входных импульсов установленного порогового значения. На один вход третьего запоминающего устройстр-з 13 поступает сигнал, определяющий выбор ячейки, с выхода 30 синхронизатора 6, а на другой вход - импульсы с выхода первого компаратора 12, Таким образом, в ячейках третьего ЗУ 13 во время обзора исследуемого обьек- та накапливается информация о дефектах в виде рассеивающих свет протяженных областей. Эта информация оыводится на блок 8 счета и отображения информации.

Для повышения чувствительности вуст- ройство введено четвертое запоминающее устройство 14. При этом адресный вход ЗУ подключен к третьему выходу 26 синхронизатора б, а вход записи-считывания - к его седьмому выходу 33 Выход 34 данных ЗУ 14 и его вход данных подсоединены соответственно к четвертому и третьему входам схемы 10.

При введении четвертого ЗУ 14 запись информации с выхода 25 ЗУ 9 осуществля- ется по сигналу с выхода 33 синхронизации 6. Сигнал на выходе 29 схемы 10 при поступлении сигнала с выхода 28 синхронизатора 6 появится при соблюдении следующих условий:

а)наличие дефекта с соответствующей ячейке /п-2/-й строки, т.е. наличие I на выходе 34 ЗУ 14;

б)наличие дефекта в соответствующей ячейке /п-1/-й строки, т.е. наличие 1 на выходе 25 ЗУ 9;

в)отсутствие дефекта в соответствующей ячейке n-й строки, i.e наличие 1 на инверсном выходе 24 триггера 19.

Следовательно, при введении четверто- го запоминающего устройства 14 информация о дефекте регистрируется только при появлении сигнала от одного дефекта по меньшей мере в двух соседних строках. При этом для обеспечения освещения дефекта а двух или более строках расстояние между строками следует устанавливать не более половины диаметра светового пятна. Так как шумовые сигналы случайно распределены во времени, при условии не очень боль- шой плотности этих сигналов они будут вызывать появление сигнала па соответствующем участке лишь в одной строке и не будут регистрироваться как сигналы наличия дефектов. Эта дает возможность сни- зить порог сравнения в компараторе 16 и за счет этою регистрировать сигналы наличия дефектов, сравнимые по амплитуде с шумовыми сигналами, т.е. повысить чувствительность устройства.

Устройство позволяет повысить точность контроля исследуемой поверхности за счет того, что исключается возможность неоднозначности регистрации дефектов на некоторых участках поверхности, а также за счет получения информации, относящейся к дефектам в виде матовых пятен.

Кроме того, достигнуто повышение чувствительности устройства регистрации дефектов на полированной поверхности за счет понижения порога достоверной регистрации сигналов наличия дефектов.

Обработка электрических сигналов. несущих информацию о наличии дефекта, осуществляется на базе широко распространенных элементов цифровой техники.

Устройство достаточно универсально и в зависимости от конкретных требований может быть выполнено как со спиральной, так и с растровой разверткой луча по поверхности объекта.

Формула изобретения

которой подключен к выходу второго запоминающего устройства, адресный вход и вход записи-считывания которого подключены соответственно к третьему и четвертому выходам синхронизатора, пятый выход которого подключен к третьему входу первой схемы И, выход которой подключен к первому входу первого запоминающего устройства, второй вход которого подключен к шестому выходу синхронизатора к второму входу третьего запоминающего устройства; выход которого подключен к блоку счета и отображения информации, при этом вход второго компаратора подключен к входу блока выделения максимума сигнала, вы0

ход которого подключен к первому входу второй схемы И, второй вход которой подключен к выходу второго компаратора, а выход к S-входу RS-триггера, неинвертирующий выход которого подключен к входу данных D-триггера.

фиг.1

Фиг. 2