книги / Оптические методы контроля интегральных микросхем

Существуют 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

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].

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

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

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

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

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].

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

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

и других элементов ИС методом некогерентной оптичес­ кой фильтрации молено использовать телевизионные проекторы, обладающие широкими возмоленостями пре­ образования изобралшшй (рис. 18). Изображения топо-

59