книги / Оптические методы контроля интегральных микросхем
..pdf
сферической аберрацией и ее разрешающая способность определяет ся дифракционным пределом. Применение описанного в [921 фильт ра, размещение элементов которого постепенно возрастает к центру в соответствии с выражением X=f tg[sin—1(лЛ./^)] (п— порядок пространственной гармоники), позволяет в некоторой ’степени ском пенсировать искажения пространственно-частотного спектра из-за де фектов оптических элементов (нарушение кривизны, аберрации и пр.).
При использовании устройств когерентной пространственной фильтрации необходимо учитывать, что дефекты подложек также оказывают влияние на процесс формирования изображения в вы ходной плоскости устройства. Сколы, выступы, неравномерность толщины и другие дефекты искажают пространственно-частотный спектр фотошаблона даже при «идеальной» топологии. Поэтому при наличии дефектов подложки в выходной плоскости формируются ложные световые сигналы в виде элементов топологии. Например, на правом нижнем снимке рис. 20,6 можно наблюдать эффект влия ния неравномерности подложки. Изображение дефекта воспроизво дится на месте, соответствующем бездефектному элементу (второй ряд третьей колонки). Такое явление означает, что в этом месте подложки имеются впадина или выступ, которые вызывают искаже ние фазы световой волны.
Для устранения ложных световых откликов, соответствующих дефектам подложки, контролируемый фотошаблон помещают в им мерсионную жидкость, показатель преломления которой равен по казателю преломления материала подложки.
Несмотря на относительную простоту описанного ме тода, практическое использование устройств когерентной оптической фильтрации связано с определенными труд ностями.
1. Метод позволяет эффективно контролировать де фекты фотошаблонов в том случае, когда элементы то пологии имеют идеальный прямоугольный характер. На личие же закруглений углов элементов топологии приво дит к появлению в отфильтрованном изображении помех, затрудняющих контроль. На отфильтрованном изобра жении кристалла ИС (рис. 22), полученном И. С. Розиньковым, наряду с дефектами типа «выкола», «ра ковины» и иодтравливания металлизации отчетливо вид ны световые сигналы, обусловленные нс дефектами, а округлениями металлизации.
2. Изготовление |
пространственных фильтров — тру |
доемкий процесс, |
причем качество отфильтрованного |
изображения зависит не только от расположения непро зрачных элементов фильтра, но и от их размеров. С од ной стороны, они должны быть более крупными, чтобы дефекты подложки не сказывались на результате филь трации, с другой — слишком большой размер элементов
г>3
пусканием через фильтр части пространственных частот прост.ранствейно-частотного спектра, соответствующего изображению топологии, или введением дополнитель ных дифференцирующих фильтров.
В заключение отметим одну важную тенденцию: по мере повышения степени интеграции ИС возрастает роль дефектов фотошаблонов,, поэтому растет значи мость поиска новых и совершенствования имеющихся способов контроля фотошаблонов, в том числе основан ных на оптической пространственной фильтрации, и ав томатических системах измерений [96—113]. Вместе с тем рост сложности топологии и объема выпуска ИС вызывают необходимость комплексной автоматизации контроля ИС, включая и распознавание дефектов с оценкой степени их опасности.
4. Методы и устройства для автоматического распознавания дефектов
4.1.Сложность автоматического оптического контроля качества фотошаблонов, кристаллов и сварных
соединений
Для автоматического распознавания дефектов созда ются автоматические распознающие системы (PC) и разрабатываются алгоритмы классификации дефектов. Основу PC составляют автоматические средства геомет рических (главным образом, на основе телевизионных анализаторов) изображений иденситометрических изме рений, а также автоматическое фотометрирование н го лографические методы [19, 21, 75, 114—132]. Степень опасности выявленных дефектов оценивают, выделяя критические зоны или анализируя влияние дефектов определенных технологических операций на выход год ных или эксплуатационные отказы. Степень опасности дефекта определяет его ранговый порядок в системе ранжирования признаков, на основе которых произво дится распознавание.
По аналогии с распознаванием зрительных образов в решении задач автоматического распознавания дефек тов ИС существуют два подхода. В первом — распозна вание дефектов осуществляется по заранее выбранным алгоритмам. Во втором — процесс формирования языка •и признаков, отличающих дефектный элемент от этало на, с последующей разбраковкой ИС выполняет авто-
5—32 |
65 |
г * I |
|
Сл
#
Т а б л и ц а 16*
Основные характеристики дефектов ИС, определяющие требования к параметрам автоматических PC
|
Площадь кон- |
Объект контроля |
тролнруехгай |
поверхности, |
|
|
ммХмм |
1 |
I |
2 |
|
||
Фотошаблоны |
|
1 СОХ100 |
Вид дефекта
3
Дефекты металлизации: ца рапины, пустоты, прокопы, неотравленные участки, остат ки непроявленного фоторези ста.
Несоответствие линейных размеров элементов НТД, неправильная геометрия.
Пузырьки, царапины на стекле.
Объемное |
Минималь |
или плос |
ный размер |
кое изо |
дефекта, |
бражение |
мкм |
4 |
|
5 |
Плоское |
СЛ |
сл о |
|
|
1 |
|
о СП |
ю о |
я |
|
1 |
|
|
|
Объем |
|
1 |
ное
Цвет изображения и от |
Точность |
носительный контраст |
измерения |
дефекта К |
дефекта, мкм' |
6 |
1 |
Черно-белый 0,9 |
Локальный. |
Черно-белый |
0,9 |
0,2—1,0 |
Черно-белый |
0,5 |
Локальный |
Пластины по- 1 100X100 |
1 Несовмещенпе фотошаблона |
Плоское |
1,5—5,0 |
Цветное с большим |
0,5—1,0 |
||
лупроводнико- |
1 |
1на операциях |
фотолитографии |
|
|
числом полутонов |
|
вые |
1 |
(диффузия и |
окисление), де |
|
|
0—0,6 |
|
|
|
фекты фотолитографии. |
|
|
|
|
|
|
|
Несовмещение фотошаблона |
я |
1,5—5,0 |
Два цвета 0,4—0,8 |
0,5—1,0 |
|
|
|
на операциях |
напыления. |
|
|
|
|
О■- ■
Т а 6 л и Ц а 17
Требования к иа$змст])ам автоматических PC для дефектоскопичесхогэ контроля фэтэипблоноз и кристаллов ИС
|
Размер, |
Разрешающая ' |
Число |
Производи |
Объект контроля |
уровней |
|||
мм |
спогобмость, |
квантова |
тельность, |
|
|
|
мкм |
ния ярко |
шт./ч |
|
|
|
сти |
|
Фотошаблон СИС |
100X100 |
1-2 |
2—4 |
0,1—1 |
БИС |
100ХЮ0 |
0,2-1 |
2—1 |
0,1— 1 |
СБИС |
1 |
0,2-1 |
2-4 |
0,1-1 |
|
П XI оо |
|||
Кристап СИС |
2> 2 |
5-10 |
8—16 |
Ю'-Ю3 |
БИС |
5X5 |
2-5 |
8-16 10*—1C» |
|
СБИС |
10X10 |
2-5 |
8—16 |
10* |
|
|
(0,3—0,5)*) |
|
|
*) При электронно-лучевой литопк|фни.
На основе данных табл. 16 проанализируем слож ность автоматического распознавания дефектов фото шаблонов, кристаллов и сварных соединений и сформу лируем требования к отдельных блокам автоматической PC. Эти требования в обобщенном виде приведены в табл. 17.
Фотошаблоны. К контролю геометрических размеров элементов топологии фотошаблонов и возможных типов дефектов предъявляются повышенные требования, по скольку фотошаблоны являются технологическим ин струментом при. изготовлении ИС, определяющим в дальнейшем соответствие готовой ИС техническим ус ловиям и ее -надежность. В связи с этим устройство вы деления информативных признаков должно обеспечи вать высокую точность при измерении координат, геометрических размеров дефектов и участков тополо гии. Кроме того, если в PC используется устройство предварительной обработки изображений, необходимо, чтобы изображение выделенных дефектов по разрешаю щей -способности не уступало изображению дефектов и участков топологии -в контролируемом фотошаблоне.
Наличие всего лишь двух градаций яркости и ста бильность контраста изображения фотошаблона позво ляют надежно обнаруживать почти все типы дефектов топологии при минимальном число уровней квантования изображений по яркости. Поэтому, в отличие от жест ких требований к разрешающей способности по всему
69
Полю изображения, при контроле фотошаблонов, пред назначенных для производства СИС, БИС и СБИС, число уровней квантования яркости может быть мини мально (в простейшем случае —два).
Производительность PC, определяемая в основном устройствами восприятия и классификации дефектов, вследствие многоразового использования фотошаблонов может быть (невысокой. Этим в некоторой степени могут компенсироваться трудности дефектоскопического конт роля, обусловленные 'необходимостью точно измерять размеры или координаты дефектов и участков тополо гии, а в некоторых случаях (например, при определении количества проколов металлизации) и концентрацию дефектов.
Кристаллы. Учитывая, что в настоящее время мини мальные размеры элементов топологии кристаллов до стигли 2—5 мкм и дальнейшее повышение степени ин теграции ИС обеспечивается как увеличением .площади кристалла и плотности размещения элементов, так. и уменьшением размеров элементов, то к контролю гео метрических размеров участков топологии и возможных типов дефектов предъявляются также высокие требо вания. Однако согласно принятой классификации боль шинство дефектов, выявляемых при оптическом кон троле кристаллов, носит локальный характер и для отбраковки дефектных кристаллов не нужно определять точные координаты участка или дефекта, а достаточно лишь ограничиться приближенным сравнением разме ров дефекта с размерами участка топологии или грубым измерением размера дефекта. Поэтому требования к разрешающей способности по -полю изображения для от дельных блоков PC, осуществляющей дефектоскопиче ский контроль кристаллов, более низкие, чем при конт роле фотошаблонов.
У кристаллов достаточно контрастное изображение имеют только металлизация, ее дефекты, сколы кристал ла, трещины и посторонние частицы на его поверхности, а дефекты диффузии и окисла имеют контрастность, близкую к 0. Большой разброс контрастности дефектов кристалла по сравнению с фотошаблонами обусловли вает необходимость большего числа уровней квантова ния яркости его изображения. Кроме того, рисунок то пологии имеет много участков, отличающихся яркостью или цветом, которые могут быть ошибочно класеифици-
70