книги / Оптические методы контроля интегральных микросхем
..pdfСуществуют два принципиально различных метода получения стереоскопического увеличенного изображе ния: с непосредственным увеличением или с использова нием промежуточного носителя. Из приборов, реализую щих первый метод, отмстим «микростереопроекторы и дайноокоиические проекторы (дайноскопы). Возможно построение микростереопроекторов двух классов: с про странственно изолированными и смешанными оптически ми каналами ‘[73]. В первом случае световые пучки обо их каналов в плоскости наблюдения образуют два неперекрывающихся круга, во втором — оптические каналы после экрана пространственно смешаны. Изображения могут быть разделены с помощью цветных или поляри зационных фильтров либо обтюраторов, обеспечивающих поочередное наблюдение правым и левым глазами.
Мнкростереопроекторы создаются, как правило, на базе существующих моделей микроскопов. Например, на весенней ярмарке 1973 г. в Лейпциге демонстрировал ся микростереопроектор Plastival-50 фирмы Carl Zeiss Jena. Он построен на базе стереоскопического микроско па SMXX с проекционной приставкой, позволяющей по лучить с помощью линзы Френеля стереоскопическое изображение на проекционном экране размером 160х Х120 мм с увеличением от 8 до 50х [74, 75].
Принципиально новым проекционным устройством, позволяющим получать объемное изображение контро лируемого объекта, является дайноскопический проек тор [14], демонстрировавшийся на выставке «Элект- ро-77» в Москве в 1977 г. Благодаря вращению диска, снабженного оптическими профилями, создается пара искусственно увеличенных входных зрачков на расстоя нии, соответствующем ''приблизительно.расстоянию меж ду глазами, вследствие чего оператор наблюдает стерео скопическое изображение контролируемого объекта с четкостью и ясностью, создаваемой окуляром микроско па. Технические характеристики дайноскопа: при увели чении 8х обеспечивается поле зрения 20 мм при рабо чем расстоянии в ПО мм, при увеличении 100х — соот ветственно 1,8 и 20 мм.
При проекционном стереоскопическом увеличении с использованием промежуточного носителя изображение стереопары вначале фиксируется на носителе (напри мер, фотопленке),'а затем, подвергается проекционному
4* |
51 |
увеличению. В этом случае различают системы, постро енные с использованием принципов голографии [76, 77], и некогерентные системы, реализуемые с использовани ем отражательных (преломляющих), эклипсных (обтюрационных), анаглифических и поляризационных стерео скопов [22, 78].
А |
Схема 1 |
СхемаZ |
|
В |
А |
В |
|
|
Источники |
||
|
Изделие |
о-----Источники |
|
|
\ \ а II |
|
|
|
|
|
|
|
Пленка |
п |
Изделие |
|
|
Схема 4 |
|
|
Схема 3 |
Источник |
Рис. 13. Основные способы стереореитгеновского кон троля
При использовании промежуточного носителя имеет ся возможность перехода от записи изображения в неоптическом диапазоне (ИК, УФ, рентгеновском, ультра звуковом) к его воспроизведению в оптическом диапа зоне, т. е. к визуализации изображения. В состав обору дования для получения и наблюдения стереорентгеновского изображения должны входить три вида установок: для получения стереопар, обработки фотопленки, наблю дения стереоизображения (рис. 13).
Установки для получения стерсореитгенограмм обычно созда ются на основе серийных рентгеновских аппаратов. В состав уста новки по схеме 1 должны входить: два рентгеновских аппарата с острофокусными трубками; устройства для экранирования пленок от засветки другим аппаратом; основание для размещения контро
52
лируемых изделий; основание для крепления направляющих фото пленок правой и левой частей стереопары; устройство для разме щения и дистанционного перемещения фотопленки, состоящее из барабанов и лентопротяжного механизма; штатив с кронштейнами для крепления деталей установки и регулирования базы и высоты рентгеновских трубок.
В состав установки по схеме 2 должны входить: один рентге новский аппарат с острофокусиой трубкой; основание для разме щения контролируемых изделий и крепления направляющих для
перемещения |
|
фотопленки, |
^ |
|
|
|||||||
имеющее цилиндрическую фор- |
|
|
||||||||||
му |
поверхности |
с |
|
радиусом |
|
|
|
|||||
кривизны |
500—700 |
|
мм |
|
для |
|
|
|
||||
равномерности |
засветки; |
меха |
|
|
|
|||||||
низм крепления |
и фиксирован |
|
|
|
||||||||
ного |
дистанционного |
переме |
|
|
|
|||||||
щения |
рентгеновской |
трубки, |
|
|
|
|||||||
позволяющий перемещать рент |
|
|
|
|||||||||
геновскую |
трубку |
на |
100— |
|
|
|
||||||
250 |
мм; устройство |
для |
раз |
Рис. 14. Эклипсиая (обтюрашюи- |
||||||||
мещения и дистанционного уп |
||||||||||||
равления движением фотоплен |
ная) система наблюдения стерео |
|||||||||||
ки, состоящее из двух бараба |
эффекта: |
|
||||||||||
нов |
и |
лентопротяжного |
меха |
1, 3 — синхронные |
обтюраторы; |
2 — |
||||||
низма; штатив с кронштейнами |
проектор; 4 — экран; |
Я —правый |
глаз |
|||||||||
для |
крепления |
|
основания |
и |
наблюдателя: Л — левый глаз наблю |
|||||||
лентопротяжного |
механизма |
и |
дателя |
|
||||||||
устройства |
для |
перемещения |
|
|
|
|||||||
источника |
рентгеновского |
излучения. |
|
|
||||||||
|
Установка, |
приведенная |
па |
схеме 3, отличается от предыду |
щей тем, что источник рентгеновского излучения не нужно переме щать. Для пленки необходимо предусмотреть две дорожки и устрой ство для последовательного экранирования пленки, которая в дан ный момент ис экспонируется.
В установке, показанной на схеме 4, должны быть предусмот рены механизмы поворота контролируемых изделий. Стереопару в этом случае образуют две рентгенограммы изделий, экспониро ванных с различными углами к направлению рентгеновского излу чения.
Установка для обработки фотопленки делается автоматической по типу установок для обработки аэроснимков или кинопленок. Она содержит механизмы и устройства для проявления, закрепле ния, промывки и сушки пленок.
Установки для наблюдения стереоизображений представляют собой бинокулярные оптические устройства проекционного типа, позволяющие раздельно наблюдать правым п левым глазом соответ ствующее частичное изображение (элемент) стереопары. Обычно проекционные стереоскопические устройства для наблюдения в про ходящем или отраженном свете делают на основе зеркальных сте
реоскопов и снабжают приспособлениями для измерения |
размеров |
|||
п пространственных координат дефектов. |
наблюдения. |
|
||
Рассмотрим |
некоторые другие |
системы |
стереоэф |
|
В эклипсной |
(обтюрацлонион) |
системе |
наблюдения |
фекта (рис. 14) левые и правые изображения передаются преры висто и разнесены во времени. Такая система позволяет наблюдать рентгеновское объемное изображение в динамике (например, в про
ба
цессе разогрева,. вибрационных н ударных испытании и т. п.), ио требует сравнительно сложной системы синхронизации и повышен ной яркости изображения. Поэтому ее целесообразно использовать для наблюдения статических изображений.
При анаглифическом способе для создания стереоизображения используют двухцветные изображения (например, синие и красные или желтые) на промежуточном носителе (фотопленке, экране кине скопа) и очки-светофильтры (тех же цветов). На практике приме няют аддитивные и субтрактивные методы цветных анаглифов.
При аддитивном методе используют обычные или цветные плен ки. Каждый элемент стереопары проецируют через свой отраженный луч и наблюдают через такие же светофильтры. Недостатком этого метода является невозможность одновременного получения стерео скопических и цветных изображений. Кроме того, получающееся изображение имеет серую окраску.
При субтрактивном методе используется принцип вычитания лу чей одного цвета светофильтром другого цвета. Окрашенные в два цвета диапозитивы стереограммы, наложенные друг на друга, про ецируют на экран одним проекционным фонарем. Изображение на экране образуется вычитанием светового пучка вторым окрашенным слоем диапозитива (после прохождения пучка через первый слой). Недостатком этого метода является окрашенность изображения в цвет светофильтра.
Поляризационные системы сепарации позволяют устранить по следний недостаток. Сущность поляризационных методов заклю чается в том, что изображение от каждого элемента стереопары проходит через свой поляризационный фильтр и становится поля ризованным в определенном направлении. На экране оба изображе ния накладываются друг на друга. Информация считывается с экрана с помощью поляризационных очков. При этом можно наблюдать черно-белые и цветные пленки и изображения. Недо статком поляризационных систем является потеря яркости, так как поляризационные фильтры пропускают только 25—30% светового потока.
Авторами с участием В. А. Савельева и Н. П. Петрухина от работана методика и созданы макеты оборудования для стереорснтгсновского контроля НС. Для наблюдения на алюминиевом экране стереоизображения использовался стереопроектор, основан ный на поляризационном методе. В сочетании с групповым мето дом рентгенографирования, при котором за одну экспозицию полу чились стереорентгенограммы 20—40 ИС, и при автоматизации контрольных операций ожидаемая производительность оборудования может достигать 500—1000 шт./ч на одну установку (около 2 млн./год при односменной работе).
Голографические методы получения стереоскопиче ских проекционных изображений позволяют наблюдать также динамику формоизменения или изменения геомет рии (топологии) в условиях разогрева и при других ви дах внешних .воздействий [76]. Однако из-за несоответст вия требованиям достигнутых в настоящее время метро логических характеристик для ИС такие методы не на шли применения.
54
frprr замене микроскопов проекционными устройства^ ми на операциях визуального контроля необходимо учи тывать, что основным недостатком существующих эпископических проекторов является малая яркость и недо статочная контрастность изображений контролируемых объектов при больших увеличениях (выше 100х). Эго значительно затрудняет работу оператора и сдерживает
широкое |
|
применение |
эпископи- |
|
|
|
|
|
|||||
ческих проекторов |
на |
операциях |
[ —--------- ИЗ |
|
|||||||||
визуального контроля |
при |
боль |
|
||||||||||
ших увеличениях. |
|
|
|
|
i S' |
/ У / |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Одним из направлений совер |
|
|
|
|
|
||||||||
шенствования |
|
проекционных |
е - |
|
|
|
|
||||||
устройств |
является |
разработка |
|
|
|
|
|||||||
приборов с повышенной световой |
|
|
|
|
|
||||||||
эффективностью, |
обеспечиваю |
|
|
|
|
|
|||||||
щих необходимую |
яркость |
изо |
Рис. |
15. Оптическая схе |
|||||||||
бражений |
при |
больших увеличе |
|||||||||||
ма |
светоэффектнвного |
||||||||||||
ниях. К |
таким |
приборам отно |
эпископического |
проек |
|||||||||
сится эпископический |
проектор, |
|
тора: |
|
|
||||||||
описанный |
в |
работах |
[78, |
79] |
1 — источник света; |
2 — кон |
|||||||
(рис. 15). |
|
|
|
|
|
|
тролируемый |
объект; |
3 — |
||||
|
|
освещенность |
призма; 4 — объектив |
||||||||||
Необходимая |
|
|
|
|
|
||||||||
экрана |
при |
увеличении |
200х |
|
|
|
|
ис |
|||||
обеспечивается |
концентрацией светового потока от |
||||||||||||
точника |
света |
(/) |
на |
ограниченном |
участке контро |
||||||||
лируемого объекта |
(2) |
при помощи призмы |
(3), |
одна |
грань которой выполнена в виде сферической или асфе рической поверхности. Отраженный от контролируемого объекта свет проходит через центральную прозрачную часть грани малых размеров (0 ^ 4 мм) и через объ ектив (4) попадает на проекционный экран.
Освещенность экрана, а следовательно и яркость изображения в описанном устройстве в 6 раз больше, чем у типового эпискогшческого проектора. Это дает воз можность повысить контрастность изображения путем более глубокого диафрагмирования, не повышая мощ ность источника света. В настоящее время это устройст во используется для контроля качества кристаллов ИС.
Возможности современного технологического обору дования при производстве БИС и СБИС предъявляют все возрастающие требования к техническим характе ристикам средств оптического контроля. Для визуально го контроля некоторых БИС требуются проекционные
55
значительно обогащает информативность контролируе мого объекта по сравнению с одноцветным изобра жением.
Другим направлением создания проекционных устройств с большим экраном и увеличением, необходи мым для контроля элементов ИС, является разработка специализированных телевизионных, в том числе цвет ных, проекционных устройств.
Телевизионные проекционные устройства обладают следующими преимуществами: возможностью усиления яркости и контраста изображения, сравнительно малы ми световыми нагрузками на контролируемый объект, равномерным распределением яркости экранов ЭЛТ, большим полем зрения, высоким качеством изображе ния. Благодаря этому резко снижается утомляемость операторов, увеличивается производительность труда. К недостаткам существующих типов телевизионных про екторов следует отнести техническую сложность и высо кую стоимость.
Наиболее распространенной схемой телевизионного проектора является схема с передающей телевизионной трубкой. Она включает источник света, объектив, пере дающую трубку, видеотракт с блоками усиления и обра ботки сигнала и видеокогпролыюе устройство. В телеви зионных проекторах применяют, как правило, стандарт ные осветительные и оптические системы и промыш ленные телевизионные установки (ПТУ). Качество изображения определяется в основном передающей
Таблица 15 Технические характеристики телевизионных проекторов
Тип, марка прибора, |
Увеличение |
Поле зре |
Размер |
Примечание |
|||
изготовитель |
|
|
ния, мм |
экрана, мм |
|||
Телевизионный |
ми |
200—5000 |
0,1-2,2 |
305X384 |
На базе |
||
кроскоп ТМ-1, |
СССР |
|
|
|
МБИ-11 и |
||
|
|
|
|
|
|
|
ПТУ-29-1 |
Телевизионный про |
10—200 |
1—10 |
145X185 |
Па базе |
|||
ектор ОД-ЮТ, |
СССР |
10 |
|
203X250 |
ПТУ-29 |
||
Координатограф |
с |
—— |
Камера на |
||||
видеонроекцпей, ФРГ, |
|
|
|
Ш1ДПКОИС |
|||
Grundig |
|
|
с |
50—500 |
|
100X150 |
С цифровой |
Координатограф |
|
||||||
телевизионным |
кон |
|
|
|
регистрацией |
||
тролем, |
Франция, |
|
|
|
перемещении |
Haag AG
57
трубкой. Технические характеристики некоторых телеви зионных проекторов приведены в табл. 15.
С помощью телевизионных проекционных устройств можно автоматизировать процесс измерений и контроля и выдавать результаты на ЭВМ, а также производить различные преобразования изображений и их количест венную обработку (оконтуривание изображений, выде ление изолиний, подсчет числа и классификацию видов
дефектов |
и т. д.). В этом |
смысле |
большой |
интерес |
|
представляют устройства |
количественного анализа изо |
||||
бражений, |
выпускаемые |
|
в СССР |
и за |
рубежом |
(см. гл. 4). |
|
|
|
|
|
3.4. Устройства оптической фильтрации: особенности оптической схемы и область применения
При визуальном контроле элементов ИС оптическая пространственная фильтрация осуществляется путем сосредоточения внимания оператора на дефектоопасных участках контролируемого объекта. Как показано
в[96], брак некоторых планарных транзисторных структур возникает при попадании локальных дефектов
втак называемые «критические области». Дефекты, расположенные вне критических областей, на качестве структур сказываются мало. Визуальный контроль эле ментов ИС с явно выраженными критическими областя ми эквивалентен оптической фильтрации изображения контролируемого объекта при помощи пространственно го фильтра с окнами прозрачности, соответствующими критическим областям.
Технические устройства оптической фильтрации мо гут использоваться для повышения производительности и достоверности ОМК при контроле топологии фото шаблонов, кристаллов, оснований и т. п. [9, 15, 82—84].
Сущность |
метода |
оптической |
пространственной |
фильтрации, |
реализуемого в этих устройствах, состоит |
||
в подавлении |
изображения топологии элементов ИС |
||
оптическим вычитанием |
изображений |
контролируемой |
и образцовой структур или соответствующих им прост ранственно-частотных спектров [85, 86].
Устройства оптической фильтрации разделяются на некогерентные и когерентные. Некогерентные устрой ства основаны на принципах геометрической оптики и наиболее просты по конструкции и в обращении.. В ко-
58
герентиых устройствах, как правило, используют в ка честве источника света лазеры оптического диапазона, и выделение дефектов в них осуществляется спектраль ным методом при помощи так называемых частотных масок [15, 16, 20].
На рис. 17 приведена оптическая схема устройства иекогерентной оптической фильтраций, предназначенно го для контроля фотошаблонов. Свет от источника света
(2) проходит через контролируемый фотошаблон (4),
7
Рис. |
17. |
|
Оптическая |
||
схема |
устройства |
нс- |
|||
когерентиой |
оптиче- |
||||
• ской фильтрации: |
|||||
1, 3, |
6, |
7, |
8 — призмы, |
||
2 — источник |
спета; |
4 — |
|||
контролируемый |
фото |
||||
шаблон; |
5 — негативный |
||||
эталонный |
|
фотошаблон; |
|||
9 — оптическая |
система, |
||||
|
10 — экран |
|
и его изображение при помощи призм 6, 7 проецируется на экран (10). На этот же экран при шшощи призм 7, 8 проецируется изображение негативного эталонного фотошаблона (5). Оператор совмещает эти изображения и по дефектам топологии на разностном изображении отбраковывает дефектные фотошаблоны.
Аналогичную оптическую схему можно использовать в устройстве фильтрации, предназначенном для выделе ния дефектов методом цветового подавления изображе ния топологии. В этом случае предварительно окрашен ные с помощью светофильтров изображения контроли руемого изделия и эталона складываются в оптическом канале устройства. Цвета изображения подбираются таким образом, чтобы при наложении бездефектных участков происходило их подавление, а дефекты наблю
дались |
на экране |
в виде цветовых точек, отклонения |
в размерах — как цветовая окантовка. |
||
Для |
контроля |
топологии кристаллов, оснований |
и других элементов ИС методом некогерентной оптичес кой фильтрации молено использовать телевизионные проекторы, обладающие широкими возмоленостями пре образования изобралшшй (рис. 18). Изображения топо-
59