Устройство для контроля полупроводниковой структуры

Устройство для контроля полупроводниковой структуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной 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 темнопольное 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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК 5И 4 G 01 В 21/00

2СЕЖЖ:ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 4! 83969/24-28 (22) 20.01.87 (46) 07.09.88. Бюл. № 33 (72) М. П. Кутявин и С. Д. Старов (53) 531.717 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 918187, кл. G 01 iU 21/28, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУКТУРЫ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Цель изобретения— повьппение 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 утлового освещеÄÄSUÄÄ 1422001 А1 ния структуры, в результате на мишени фотоприемного блока 10 формируется темнопольное изображение рисунка металлизации. Изображение преобразуется блоком l l аналого-цифрового преобразования в цифровой код и записывается в блок 12 хранения. Затем блоком 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.

1422001

1О

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

И того же участка структуры при разных типах освещения.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — диафрагма блока пространственного фильтра, общий вид; на фиг. 3— схема фотоприемного блока.

Устройство (фиг. 1) содержит блок 1 управления, блок 2 перемещения структуры, флок 3 управления освещением структуры, блок 4 освещения по нормали, блок 5 углового освещения структуры, блок 6 передачи освегцения, фокусируюший 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 !7 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 бездефектного изображения. Первый, второй и третий входы блока 12 соединены с первым, третьим выходами 24 и 26 блока 10 и выходом блока 11 АЦП, первый, второй и третий входы которого соединены с четвертым, пятым и шестым 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 шаговыми двигателями блока 2 перемешения структуры управления работой блока 3 управления освещением структуры формирования сигналов управления фотоприемного блока 10, формирования сигналов управления блоком

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 «Электроника-60».

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 Х и У управляются импульсами, поступаюшими с первого выхода блока 1 управления.

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

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

Блок 5 углового освещения структуры предназначен для формирования темнопольного освещения, содержит два излучателя

ИФК50-1, расположенных под углом 45 к координатным слоям структуры, и осуществляет подсвет структуры с двул 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 небольших размеров, расположенного на пересечении оптических осей блоков 4 и 7. Формирователь пучка строит изображение излучающего кристалла полупроводникового лазера блока 4 в фокальной плоскости фокусируюшего 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 фокусируюшего блока может быть использован объектив микроскопа

МБС-! с фокусным расстоянием 80 мм.

Блок 8 пространственного фильтра ((риг. 2) предназначен для блокировки спектра пространственной бездефектной структуры и состоит из набора ромбовидных непрозрачных диафрагм с общим центром в О, расположенным на оптической оси фокусируюшего блока 7 и блока 9 оптического увеличения. При этом направления меньших диагоналей ромбовидных диафрагм параллельны направлениям краез элементов, 1422001

3 расположенных На 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 элемс нтами. расположенными под углом 45 .

Отношения длин большей диагонали к меньшей (AB: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 обьясняется следующими факторами. Кристаллы современных интегральных схем представляют собой структуры с преимущественно прямоугольной топологией. Кроме прямоугольных элементов топология может содержать также элементы с прямыми краями, но расположенныс 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 яркостных линий, пересекающихся в одной точке, причем направление этих линий перпендикулярно краям элементов, имеющихся на контролируем0й структуре. Каждая яркостная 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 выражением где 1. -- длина волны света;

F — фокусное расстояние объектива фокусирующего блок- 7; а — размер характерного (наиболее часто встречающегося) элемента контрол ируем ой структур ы.

В энергетическом отношении целесообразнее в качестве блокирующих элементов использовать диафрагмы, ширина которых уменьшается при удалении от центра..

Наблюдающееся 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 ространственных частот только от элементов, ориентированных соответствующим образом, т.е. ориентация мень1О !

4 и1ей диагона.ги ромба должна совпадать с ориентацией краев этих элементов.

Блок 9 0HTHческого увеличения содержит об ьектив, формирующий изображение струкг.ры на фотодатчике фотоприемного блока

10 (объектив от микроскопа МБС-l).

Фотоприемный блок 10 предназначен для преобразования оптического изображения s электрические сигналы, формирования управляющих и синхросигналов для блоков

11 — — !3 формирования текущего адреса дефекта структуры.

Схема фотоприемного блока изображена на фиг. 3. Блок 10 содержит фотоприемник ДАЗ. усилитель ДЛ!, узел выборки и хранения ДА2, генератор такто8blx импульсов Д2, коммутатор фаз Дl,Д2, 1,ДЗ.1,Д3,2;Д.3.3, двои шый счетчик ДЗ.

Д4,Д5, логические схемы x ïpàâclåíия Дб, Д7,ДЗ,Д9,Д10 Ii: Iåcòb идентичных ключей

КЛ1, КЛ6.

Выход ДА2 яв.ляется четвертым выходом 27 блока О, сигналы изображения с которого поступают 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 управления. Выходы схемы управления являются вторым, третьим, пятым и шестым выходаi;H 25 — 29 блока 10, curíà Ibl управления и синхронизации с которых поступают соответственно на ьторой вход блока 13 суммирования, на второй вход блока 12, на втсрой и третий входы блока

11 аналого-цифрового преобразования.

Фотоприемник фотоприемного блока 10 выполнен на базе однострочного сканирующего эле.;|ента (линейного ПЭС) 1200 ЦЛ1.

Выходные cHгна1ы изображения, считанные с линейного ПЭС, усиливаются усилителем

ДЛ2 H фиксируюгся узлом выборки и хранения ДА2 на время до прихода следующего зарядового пакета с выхода лиHåéíîãо

ПЗС и далее поступают на вход блока 11.

Управляющие импульсы 1Ф, Ф2, ФЗ, формируются схемой коммутатора фаз, каждая последовательность имеет период 6Т (где

Т вЂ” период следования тактовых импульсов генератора Дl ) и сдвинута относительно друг друга соответствен ио и а 2Т. Эти и мпульсы используются для формирования сигналов управления caII;I!orb!xi регистром линейной Г!ЭС и синхронизации работы блоков

11 — -13. Блок 10 работает в ждущем режиме. Сигнал «Запуск» скана (выход 2 бгцэка 1) поступает на вход одновибратора

Дб.!. Загониxl фронтом импульса oдновибpHTopd три cccpb! Д, . 1, Д .2. 3 ста иавл IIB<1 ются, разрешая сигналом ЭК работу коммутатора фаз. При этом начинает c ÷!Iò Iòü двоичный счетчик ДЗ,Д4,Д5.

f )О !IpOxO&;pcèèè восьми IIx!п льсов Ф ) триггер Д7.1 сбрасывается. При эгом сраба1422001

5 тывает одновибратор Д6.2, сбрасывая по цепи R счетчик ДЗ, Д4, Д5, это приводит к выключению из видеосигнала первых восьми 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 режим работы аналого-цифрового преобразователя блока 11 (выдача выходной инфорМации в прямом или инверсном коде). Далее счетчик ДЗ, Д4, Д5 продолжает считать с нуля. Таким образом, каждому считанному зарядовому пакету с ПЗС линейки соответствует координата (номер) на выходах счетчика. После прохождения еще 1024 импульсов сигналом СТ сбрасываются триггеры Д7.2, Д2.2, при этом сигналом ЭК останавливается работа коммутатора. При приходе следующего запускающего импульса 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

10 формируются импульсы, которые поступают 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 АЦП П 07ПВ1.

Блок 2 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 на «белое» и с «белого» поля на «черное».

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии 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. B регистре вывода блока 1 управления устанавливаются начальные формы шаговых двигателей по координатам Х и Y (разряды 0...7), которые с выхода 14 поступают на вход блока 2. Далее устанавливается сигнал ЗМ (разряд 11), разрешающий формирование в блоке 10 сигналов записи маски для блока 12 (с выхода 3) 6 и устанавливает 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

10 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 поверхности кристалла интегральной схемы в апертуру фокусирующего блока 7 попадает, 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 кон2-> кретной области, а относительно равномерно заполняет спектральную плоскость. Таким образом, на мишени фотоприемного блока

10 формируется темнопопьное изображение поверхности кристалла, т.е. рисунка метгллизации. Поскольку качество металл изации 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, поступающему на вход 17 блока 10, изображение, сформированное на мишени фотоприемного блока 10, считывается и с выхода 27 блока 10 поступает на первые вход

40 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

11 АЦП. Блок 11 АЦГ1 устанавливается в режим выдачи информации в инверсном коде. Блок 11 АЦП преобразует выходные сигналы фотоприемника блока 10 в соответствующий им цифровой код, который поступает на третий вход блока 12 и записывается, причем адрес ячейки памяти определяется текущим номером считываемой ячейки линейного Г1ЗС 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 обра««зом, электронная маска представляет эталонную информацию об участках структуры, на которых могут находиться и дефекты; но при темноиольном изображении их нс

142200!

Формула изооретени»

7 видно. Ценность этой информации в том, что она содержит координаты краев элементов, на которых могут быть неровности, скругления, углы, не являкициеся дефектами. При другом типе освещения — светлопольном — - все эти углы, скругления и неровности по яркости соизмеримы с царапинами, проколами и другими дефектами, 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 6 и после прохождения через фокусирующий блок 7 освещает контролируемую структуру. Свет, отраженный от контролируемой структурь), 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 ромбоввидные диафрагмы блока 8 выбраны с небольшим запасом по ширине 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 скруглений пропускается блоком 8 пространственного фильтра, так как он «размазан» по всей плоскости фильтра и не локализован в определенных областях. Зтот спектр преобразуется блоком 9 оптического увеличения в изображение, формируемое на ми)пени фотоприемного блока 1,0. Это изображение, кроме дефектов структуры, таких как царапины, сколы, загрязнения, содержит информацию о краях метализированного рисунка, об углах, скруглениях, которые не являются дефектами и при вычитании устраня)отся.

Изображение, сформированное на мишени 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 ALII! и преобразуется в цифровой код, который поступает на суммирующий вход блока 3 суммирования.

При этом, при отсутствии сигнала на выходах 26 и 29 I)ëoêà 10 отсутствуют соответственно сигналы записи маски и инвертирование кода. Это соответствует установке выдачи информации в прямом коде для блока 11 АЦП и установке режима чтения

ОЗУ блока !2, которое было записано при наклонном освещении структуры. 1-1а суммирующий вход блок 13 суммирования поступает сигнал с выхода блока 12. Блок 13 производит сложение изображения, записанного в инверсном коде в блоке 12 в такте

1О с

Зс

8 вклюйгния блока 5 и изооражгния, считываемого с блока 11 АЦП, в такте включения блока 4. Появление высокого уровня на выходе блока !3 свидетельствует о нахождении дефектного участка, при этом появляются имп) льсы, поступают на второй вход блока 13 с выхода 25 блока 10. Эти импульсы пос) уиают ня вход 23 блока 1 управления и являются сигналами, 1)нициируюгцими ввод в ОЗУ блока 1 управления состояния его входов 21 и 22, а именно ,ввод цифрового кода амплитуды и коордиНЯТЫ 1гфЕКТНОГО УЧЯСТКЯ.

Далее блок 1 управления вырабатывает (вы) Од 1 I си." ня,зы шягоьы. ) i двигателями олока 2, при этом производится перемещение координатного стола на шаг. После этого блок 1 управления вырабатывает сигналы, которые с выходя 3 поступа от в блок попеременного включения осветителей 3, который в свою очередь включает поочередно осветители блоков 4 и 5. При этом начинается следующий цик) вычитания и обнаружения дефектов. В простейшем случае процесс обнаружения дефектных участков оканчивается выводом их координат и амплитуд на экран дисплея, так как само выявление дефектов производится аппаратными методами.

Дефекты разделения (царапины, сколы, загрязнения пассивирующего слоя) имеют наибольший контраст в пространственно-отфильтрованном изображении, но из-за неполного подавления информации о краях, углах, скруглениях дефекты видны на фоне контуров тополоп;и. Основной вклад в контурное изображение дает рисунок металлизации, т.е. метяллизация имеет повышенный контраст изображения и харак геризуется диффузным отражением

Устройство IloBBo.)ÿål вычитать из пространственно отфильтрованного изображения, содержащего изображения дефектов и контуров рисунка, изображение рисунка металлизации, содержащего контуры, и тем самым подавить изображения контуров, повысив точность и надежность выявления дефектов.

УCTpO)ICTBO jtli) KOHTpO,, Ii) пол1 i!pOBO3никбвой структуры. содержащее блок управления, блок перемещения структуры, вход которого подключгfl к первому выходу блока упраьления, блок осве1цения по нормали

C T P V K T X P hI, ОПТИЧЕСКИ С В и 3 Я Н Н Ы Е С и И М И последовательно расположенные блок передачи освещения, блок оптического увеличения и фотоприемный олок, QIITliчески связаннь|й с блоком передачи освещения фокусирлощий блок, предназначен для фокусировки светового потока»а полупроводниковую структуру, первый вход фотоприемного блока соединсH с вторым выходом

1422001

Олока управления, от.1ичаюи ееся тем, что, с целью повышения надежносги и точности обнар жени51 дефскгов, Оно снабжено Олоком пространственного фильтра, расположенным между блоком передачи освсшения и блоком оптического увеличения, блоком управления освещением структуры, блоком углового освец1ения структуры, блоком аналого-цифроього 11реобразования, блоком хранения бездефектного изображения структуры и блоком суммирования, блок пространственного .фильтра размещен в общей фокальной плоскости фОк "cH|Ivlolllc! o олока и Олока 011тического увеличения, расположенных кон фокально, первый и второй выходы блока управления освещением структуры связаны соответственно с входами блоков углового освещения структ,ры и освещения по нормали, а вход — с третьим выходом блока управления, четвертый и пятый вь ходы которого связаны соответственно с первым входом суммируюц1его блока и вторым входом фотоприемного блока, первый выход которого соединен с первыми входами блока управления и блока хранения бездефектного изображения структурь*., второй выход— с вторым входом блока суммирования, третий выход — с вторым входом блока хранения бездефектного изображения, четвертый, пятый и шестой выходы — соот19 ветственно с первым, вторым и третьим входами блока а налого-цифрового преобразования, выход которого связан с треTbHAIH входами б 10КВ c) ммипования H 6;10KB бездефектного хранения изооражения структуры. выход которого связан с четвертым входом блока суммирования, первый и второй выходы которого связаны соответственно с вторым и третьим входами блока управления.

1422001 вниипи Заказ 441oi37 Гп ра ж 68(! 11одп снос

Производственно-полиграфическое предприятие, t. Ужгород. л Проектная, 4