книги / Оптические методы контроля интегральных микросхем
..pdfЗаметим, что большинство описанных дефектов ЙС имеют локальный характер и могут быть опознаны с помощью конечного числа локальных признаков, таких, как размер, форма, край и т. д. Само определение «ло кальные» признаки предполагает их существование как некоторой составной части сложного изображения, и, следовательно, выделение таких признаков принципи ально возможно при последовательном анализе отдель ных частей изображения. Очевидно, что линейные раз меры анализируемых фрагментов изображения в дан ном случае должны быть не меньше размера наиболь шей фигуры металлизации—выходной контактной пло щадки.
Пример построения алгоритма распознавания дефек тов. В основу построения системы распознавания дефек тов кристаллов и фотошаблонов положим два сущест венных требования, обеспечивающих наибольшую про стоту технической реализации, наименьшее количество оборудования и малое время обработки: изделие прове ряется локально, участок за участком, причем существу ет привязка каждого участка к некоторой общей системе координат; система отбраковки работает по жесткому (необучающемуся) алгоритму.
При описании алгоритмов распознавания обычно используются символы теории множеств и булевой алгебры. Значение этих сим волов поясняется следующими примерами:
А={аи а2,..., |
яп} — множество А |
состояний из |
элементов аи |
й2, . . ., йп\ |
|
|
|
Х е Л — элемент X принадлежит множеству Л; |
|
||
Х е Л — элемент X не принадлежит множеству А; |
выполняется |
||
а * — существует такой элемент X, |
для которого |
||
следующее заэтой записью утверждение; |
|
||
2,Xi, Х2, ..., |
Хп^А — существуют |
такие элементы Хь Х2,..., |
|
Хп, принадлежащие множеству А, для |
которых выполняется сле |
||
дующее за этой записью утверждение;
Y X — для любого X выполняется следующее за этой записью
утверждение;
У *,, Х2,..:, Хп^А — каковы бы ни были элементы X», .fo,....
Хп, принадлежащие множеству А, утверждение, следующее за этой записью, будет выполнено;
ВсгЛ— множество В включено в множество Л;
В Q Л — множество В не включено в множество Л;
X: — X — характеризуется условием, следующим за этой за писью;
АДВ— операция логического умножения И; А у В — операция логического сложения ИЛИ;
А—»-В — логическая операция импликации «если, то имеет след ствием»;
91
J4(J £ — объединение |
множеств А и |
Ё, которое состоит ИЗ ВбёХ |
|||
элементов, (эбладающнх хотя бы одним |
из |
свойств |
Р а или |
Рв \ |
|
А[\В— пересечение |
множеств А и |
В, |
которое |
состоит |
из всех |
элементов, обладающих свойствами РА и Рв.
Математическое описание дефектов и выделение основных при знаков этих дефектов будут производиться на основе L-слойного окна шестиугольной формы (рис. 34).
Представим анализируемое изображение в виде дискретной гексагональной матрицы элементов размером М X N. Расстояние между элементами данной матрицы выбирается таким, чтобы шесть соседних элементов, окружающих центральный элемент, образовали правильный шестиугольник: .v*o,n — центральный элемент окна; q —
порядковый номер слоя, q=\, 2 , 3,..., |
L; xq— множество |
всех эле |
||
ментов q-го слоя; |
л*',; — элемент <у-го |
слоя |
с номером /, |
/ = 1, 2 , |
3,..., 6<7. |
каждом слое номер /= 1 |
присваивается элемен |
||
Заметим, что в |
||||
ту, лежащему справа от центрального по одной с ним строке, при чем дальше порядковые нрмера t увеличиваются против часовой стрелки.
В соответствии с уровнем яркости каждому элементу приписы
ваются следующие значения: |
|
|
00, если х1q черный, л'',еФ |
(фону); |
|
A ,g = < 01, если х1ч серый, |
И |
(изоляции); |
'10, если xlq белый, .v^eM (металлизации);
11, если xlq специально выделяется или отмечается.
Обозначим: t=i-\-3q, где I — порядковый номер элемента в q-м слое, лежащего напротив элемента с номером t; А — расстояние между двумя соседними строками матрицы или толщина слоя.
Заметим, что диаметр L-слойного шестиугольного окна
D0=(2L-j-l)A,
*9
где A=const. Введем в рассмотре ние величину D=(2L -f-l), rjifiD— «=D0fA— безразмерная величина, выражающая целое число слоев.
|
С |
помощью |
описанного |
|
L-слойного шестиугольного окна |
||
|
можно измерять линейные разме |
||
|
ры геометрических |
фигур, причем |
|
|
погрешность измерений определя |
||
|
ется погрешностями квантования |
||
|
изображения и отклонения фор |
||
|
мы окна от окружности. |
||
Рис. 34. Многослойное шести |
Рассмотрим реализацию алго |
||
ритмов |
некоторых |
типичных де |
|
угольное окно |
фектов. |
|
|
Выделение «раковин» на ме таллизации. Так как в исходном изображении уровень яркости «раковины» чаще всего совпадает
с уровнем яркости изоляционного промежутка, то алгоритму авто-
92
Матичсской классификации «ракойинЫ» должен предшествовать ал горитм автоматического выделения данной «раковины», например С помощью специального метящего преобразования в L-слойном игестиугольном электронном окне. В основу метода выделения «ра ковины» положим свойство последней находиться внутри фигуры металлизации. Вначале проверяют истинность выражения
{ЗЯ — Целое |
число, (хв = 10) Д (х*9 <я^10)}, |
(1 |
||
где /= 1, 2 ,..., 6 ?; ? = 1, |
2 , . . а, . . ., I. |
ф 10 |
|
|
Если выражение (1) — истинно, то точки |
принадлежат |
|||
* раковине». При выделении «раковины» точкам |
х1п, |
для |
которых |
|
выражение (1) истинно, |
присваивается значение уровня яркости 11, |
|||
т. е. все точки, принадлежащие «раковине», отмечаются |
индексом |
|||
11. В дальнейшем предполагается, что все «раковины» выделены. Классификация «раковин». Чтобы сократить время обработки,
классификация «раковины» в окне осуществляется только в том случае, если центральная точка окна .v0e S M, где SM— осевая линия
фигуры металлизации, т. е. линия, равноудаленная от краев фигуры
металлизации: |
|
|
е s„ :{3 (, — целое число, (хь= 10) Д (xj+l = |
01) Д [(xj+| = |
|
|
= 01) V ( ^ ~ 2 = 0 |)]>. |
(2) |
где <7= 1, |
2, .... Ь, ..., L. |
|
Если |
x0s 5 M, проверяется значение уровня яркости а*о. Возмож |
|
ныдва случая:
1. л'о=11. Тогда определяется значение функции брака вида
Б = |
sign |
max?: {x.t<b = 11} + |
max?: {х^<ь= \ \ } |
|
|
2b+ 1 |
3 |
( Я ) |
|||
|
|
|
|||
где |
max q: {*q<b= 11} — слой |
?(?<&) |
с максимальным номером, |
||
в котором имеется точка xlq с яркостью 11; (26-j-l)— ширина ме
таллизации, включая «раковину»;
max q: {x'q<b - = 11} -f max q: { . ^ b = 11}
-f- l
— относительный диаметр раковины.
При Б= - |- 1 проверяемая МС классифицируется как негодная, имеющая недопустимый дефект типа «раковина». При Б= — 1 клас
сифицируется допустимый дефект типа «раковина», после чего всем точкам «раковины» присваивается индекс 10, т. е. «раковина» сти
рается.
2. Ао=10. Тогда определяется значение функции брака вида
max?: {x*<b= 11} —min?: {x*J<6 = Ц} |
_ J _ |
(4) |
Б = sign |
3 . |
|
2b + 1 |
|
93
Пусть все фигуры металлизации не выходят за пределы ди скретной гексагональной матрицы элементов размером М X N. До пустим, что однослойное шестиугольное «электронное окно» после довательно сканирует исходную матрицу таким образом, что каж дый элемент изображения в определенный момент времени будет являться центральным в данном «электронном окне». Направления сканирования: вдоль строки — слева направо и по матрице — свер ху вниз.
Рис. 35. К определению нача ла и конца серии
Н»<-3, К \= б ,
/«1.=К«.__Н1’х+1==4
строк
Пусть начало Н1',- /-й серии на и-й строке есть порядковый но мер /2=1, 2,..., (N—2) однослойного шестиугольного окна с цент ральным элементом х0,п, для которого (рис. 35)
Н*<=л: {(л'о,„=1) Д (л'4,=0) A(*'i=l)},
где п— порядковый номер окна с центральным элементом л*о. Пусть конец Kvf i-й серин на у-й строке есть порядковый номер
\n-\-l\ однослойного шестиугольного окна с центральным элементом дго.п+ь для которого
К? = («+/):{(« = HJ) Л (п < I < п + I) Л (х0 ,* = I) Л
д (*о,«+/ = о л (*}=о л (*!=о)},
где |
/ — длина серии, |
/=1, 2, 3,...; |
йг; |
hv — число серий |
в о-й строке; |
i — номер серии, |
/=1, |
2, 3,.... |
v — номер строки, |
ц=1, |
2,...»Л1. |
90
Геометрическая интерпретация данных определений становится ясной после рассмотрения рис. 36. Так, I— длина хорды в месте пересечения фигуры металлизации линией сканирования; Hvj и Kui— декартовы координаты начала и конца этой хорды соответственно. Число серий hv в у-й строке подсчитывают следующим образом. Введем функцию — индикатор серий:
|
|
j, |
если п = Н У{, |
|
|
^/г |
0, |
если п ФЩ. |
|
|
|
i |
|
|
Тогда число серий в о-й строке равно |
|
|||
|
|
|
N - 2 |
|
|
|
|
& |
(10) |
|
|
|
«=1 |
|
По аналогии с числом серий в о-й строке hv определим число |
||||
совпадений |
серий и-й строки с сериями |
(г/—1)-й строки. |
||
Пусть начало совпадения |
Q ij i - й серии на п-й строке с /-й се |
|||
рией на (v—1)-й строке есть порядковый номер п= 1, 2,..., (М—2) однослойного шестиугольного окна с центральным элементом лсо.п, для которого
Qu=n: {[(л'о,п= 1)А(л11 = 1)Д(^2| = 1)А
А (*31=0) А (х\ -1 )М («=НМA(*2i= 1)]}•
Другими словами, начало |
совпадения |
есть начало одной из |
|
хорд (о—1)-й или v-н строки в месте их совпадения. |
|||
Введем функцию — индикатор числа |
совпадений: |
||
w v = |
t |
1, если n== Q i.n |
|
п |
\ |
0, если n £ Q itj, |
|
Тогда количество совпадений серий и-й строки с сериями (v—1)-й строки равно
N — 2
S К- (И)
Л=1
Число фигур металлизации в поле наблюдения Ыф определяет ся по формуле
мм
w(|,= 2 * .- |
2 2- |
(12) |
0 = 1 |
0 = 1 |
|
Справедливость формулы (12) может быть показана на основе вариационного исчисления [161] для фигур любой формы (не со держащих замкнутых контуров с внутренними областями, имею щими яркость, идентичную яркости поля) при условии достаточно
большого числа строк разложения |
(при заданных минимальных раз |
||
мерах фигуры и заданных размерах поля). |
|
||
Таким образом, |
по формуле |
(10) определяется число серий |
|
в и-й строке А». По |
формуле (11) |
определяется |
— число совпа |
дений серий у-й строки с сериями (и—1)-й строки. По формуле (12) определяется число фигур металлизации в поле наблюдения ЛГф. Далее сравниваются Ыф и М»д и делается заключение о годности.
7—32 97
Заключение
В связи с переходом к выпуску СИС, БИС и СБИС резко увеличивается сложность рисунка топологии вследствие увеличения плотности и уменьшения разме ров элементов ИС. Это снижает достоверность визуаль ного контроля и требует разработки и внедрения более эффективных оптических методов контроля.
Статистические данные о распределении дефектов фотошаблонов, кристаллов и сварных соединений пока зывают, что при переходе к ИС повышенной степени интеграции возрастает удельный вес дефектов топологии в общем числе дефектов забракованных ИС и снижа ется эффективность их визуального контроля.
Основные направления совершенствования ОМК ИС связаны с совершенствованием нормативно-технической документации ,по ОМК и созданием автоматизирован ных средств контроля топологии ИС — устройств про странственной фильтрации и автоматического распоз навания дефектов.
Методы пространственной фильтрации при контроле топологии планарных структур типа фотошаблонов и кристаллов ИС особенно эффективны при выделении де фектов топологии. Выделение дефектов фотошаблонов достаточно просто осуществляется методами как некоге рентной, так и когерентной пространственной фильтра ции. Изображения кристаллов ИС имеют -полутоновый характер с большим числом градаций яркости. Поэтому их контроль наиболее эффективен при использовании метода некогерентной пространственной фильтрации.
Сложность автоматического распознавания дефектов ИС заставляет выработать требования к отдельным блокам автоматической PC дефектоскопического конт роля фотошаблонов и кристаллов ИС различной сте пени интеграции. Так, при автоматическом контроле фо тошаблонов основное внимание надо обратить на изме рение геометрических размеров дефектов и участков топологии. При автоматическом контроле внешнего ви да кристаллов ИС — на контроль геометрических разме ров при наличии большого количества градаций яркости и нескольких цветов контролируемого изображения, а также на необходимую производительность PC, опреде ляемую скоростью производственного процесса.
В автоматических PC для дефектоскопического конт роля внешнего вида фотошаблонов и кристаллов ИС
93
распознавание дефектов должно производиться с по мощью телевизионно-вычислительной техники с исполь зованием методов предварительной обработки изобра жений. Для уменьшения требований к производительно сти и информационной емкости PC, а также упрощения их конструкции 'при распознавании дефектов необходи мо использовать двухэтапный или программно-управля емый процесс распознавания при минимальной коррек тировке алгоритмов распознавания в процессе контро ля. Выполнять аппаратуру PC целесообразно с учетом требований стандартов САМАС. При этом возможно эффективное сочетание преимуществ оптических и теле визионных методов уменьшения информационной емко сти контролируемых изображений с классификацией вы деленных дефектов специализированными мини-ЭВМ.
Следует отметить, что распознавание изображений может быть эффективным лишь на специализированных ЭВМ, в которых предусмотрена интенсивная параллель ная обработка входных сигналов. В этом случае приме нение метода электронного окна для выделения некото рых локальных признаков (края, кривизны контура, мелких деталей) позволяет сэкономить объем оператив ной памяти автоматических распознающих систем.
В настоящее время за рубежом серийно выпускают ся установки для автоматического контроля проколов металлизации, анализа микрообъектов, металлографи ческого анализа, а также установки для контроля внеш него вида печатных плат.
Анализ алгоритмических аспектов распознавания де фектов ИС свидетельствует о реальной возможности ав томатического распознавания дефектов ИС и фотошаб лонов при ограниченных объеме памяти и быстродейст вии и закладывает реальную основу для проектирования телевизионных вычислительных автоматов контроля. Не которые алгоритмы в настоящее время уже внедрены.
Развитие ОМК ИС в значительной мере опережает ОМК других видов изделий радиоэлектроники, прнборо- н (машиностроения. Поэтому изложенные выше способы и технические средства могут послужить основой даль нейшего повышения эффективности оптических -методов контроля промышленной продукции различного целево го назначения. В свою очередь по ряду направлений ОМК в биологии и медицине могут быть использованы как база дальнейшего совершенствования ОМК ИС.
7* |
99 |
