DD250850A3 - AUTOMATIC DEVICE FOR CLASSIFYING SURFACE DEFECTS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine automatische Vorrichtung zur Klassifikation von Oberflaechendefekten nach Groesse und Art bei der Anwendung streulichtindikativer Laserscanverfahren. Die Erfindung hat das Ziel, eine hohe Produktivitaet dadurch zu erreichen, dass sie auf relativ zeitaufwendige Mustererkennungsverfahren verzichtet. Ausserdem ermoeglicht sie die Klassifikation von Oberflaechendefekten, die kleiner als der Abtastspotdurchmesser sind. Die Erfindung erfasst dazu den direkten Oberflaechenreflex und das Defektstreulicht unterschiedlicher Streulichtwinkelbereiche durch faseroptische Empfangssegmente und analysiert die Fotoempfaengerausgangssignale mittels einer Digitalisiereinrichtung nach Betrag und Frequenz. Darueber hinaus wird die geometrische Verteilung des Streulichtes bewertet. Die sich fuer die unterschiedlichen Defektgroessen und -arten ergebenden charakteristischen Bitmuster werden hardwaremaessig oder rechnergestuetzt ausgewertet. Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Pruefung optischer Bauelemente, mikroelektronischer Halbzeuge (Wafer) und Schichttraeger fuer magnetische Aufzeichnungsmedien. Fig. 1The invention relates to an automatic device for the classification of surface defects by size and type in the application of scattered light-indicative laser scanning. The invention aims to achieve high productivity by dispensing with relatively time-consuming pattern recognition methods. It also allows the classification of surface defects smaller than the scanning spot diameter. For this purpose, the invention detects the direct surface reflection and the defect scattering light of different scattered light angle ranges by means of fiber optic receiving segments and analyzes the photoreceiver output signals by means of a digitizing device in terms of magnitude and frequency. In addition, the geometric distribution of the scattered light is evaluated. The characteristic bit patterns resulting for the different defect sizes and types are evaluated in hardware or computer-aided form. Preferred field of application is the testing of optical components, microelectronic semi-finished products (wafers) and layer carriers for magnetic recording media. Fig. 1
Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine automatische Vorrichtung zur Klassifizierung von Oberflächendefekten und ist anwendbar für die automatische Inspektion feinstbearbeiteter Oberflächen, insbesondere wenn eine umfassende Klassifikation von Oberflächendefekten nach Größe und Art gefordert ist.The invention relates to an automatic device for the classification of surface defects and is applicable to the automatic inspection of microfinished surfaces, especially when a comprehensive classification of surface defects by size and type is required.
Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Prüfung optischer Bauelemente, mikroelektronischer Halbzeuge (Wafer) und Schichtträger für magnetische Aufzeichnungsmedien.Preferred field of application is the testing of optical components, microelectronic semi-finished products (wafers) and supports for magnetic recording media.
Die Prüfung von feinstbearbeiteten Oberflächen auf das Vorhandensein von Oberflächendefekten und ihre Klassifikation erfolgt gegenwärtig durch manuelle, halbautomatische oder vollautomatische Vorrichtungen.The examination of micromachined surfaces for the presence of surface defects and their classification is currently done by manual, semi-automatic or fully automatic devices.
Die manuellen und halbautomatischen Vorrichtungen nutzen für den Prüfentscheid die sensorischen Fähigkeiten der Prüfperson (Visueller Prüfeindruck).The manual and semi-automatic devices use the sensory abilities of the test person (visual test impression) for the test decision.
Bei manuellen Prüfungen erfolgt sowohl die Defektgrößen- als auch die Defektartenklassifikation auf der Grundlage visueller Informationen durch die Prüfperson.For manual inspections, defect size as well as defect type classification is based on visual information provided by the inspector.
Halbautomatische Prüfvorrichtungen (z. B. Patent US 4314763) sind zur automatischen Defektgrößenklassifikation geeignet, die Defektartenklassifikation muß jedoch visuell auf der Grundlage eines Monitorbildes erfolgen.Semi-automatic testers (e.g., U.S. Patent No. 4,314,763) are suitable for automatic defect size classification, but defect type classification must be done visually based on a monitor image.
Vollautomatische Prüfvorrichtungen (z.B. „WIS-100" der Firma Aeronca Electronics, Inc., USA oder „SURFSCAN" der Firma Tencor Instruments, USA bzw. Patent DD 140284) nutzen elektronische, zum Teil mikrorechnergestützte Logikschaltungen, die neben der Größen- auch eine Artenklassifikation der Defekte ermöglichen.Fully automatic test devices (eg "WIS-100" of the company Aeronca Electronics, Inc., USA or "SURFSCAN" of the company Tencor Instruments, USA or patent DD 140284) use electronic, partly microcomputer-based logic circuits, in addition to the size and a species classification allow the defects.
Grundlage aller optischen Vorrichtungen zur Oberflächendefektdetektion mittels Laserscanverfahren bildet die direkte oder indirekt Erfassung der Defektstreuwirkung. Die Defektgrößenklassifikation erfolgt durch Vergleich streulichtproportionaler Fotoempfängerausgangsspannungen mit vorgegebenen Schwellwertpegeln. Die Defektartenklassifikation erfolgt bevorzugt durch rechnergestützte Mustererkennungsverfahren, die die geometrische Struktur der Defekte analysieren. Dazu wird die Prüflingsoberfläche in Rasterelemente aufgeteilt und die Lage der defektbehafteten Rasterelemente zueinander analysiert (z. B.The basis of all optical devices for surface defect detection by means of laser scanning is the direct or indirect detection of the defect scattering effect. Defect size classification is performed by comparing scattered light proportional photoreceiver output voltages with predetermined threshold levels. The defect type classification is preferably carried out by computer-aided pattern recognition methods that analyze the geometric structure of the defects. For this purpose, the test object surface is divided into raster elements and the position of the defective raster elements is analyzed with respect to each other (eg.
Gerät „SURFSCAN"). Der Nachteil dieses Verfahrens besteht besonders bei großflächigen Prüflingen im großen Zeitaufwand, derzur Durchführung der rechentechnischen Mustererkennung notwendig ist, sowie in derTatsache, daß die Artenklassifikation von Defekten in der Größenordnung des Abtastspotdurchmessers und darunter nicht möglich ist.Device "SURFSCAN".) The drawback of this method is particularly large-scale samples which are necessary for performing the computational pattern recognition, and the fact that the species classification of defects on the order of the sampling spot diameter and below is not possible.
Prinzipiell lassen sich alle zur Größen- und Artenklassifikation notwendigen Angaben aus der Streulichtverteilung der Defekte entnehmen. Voraussetzung dafür ist, daß der Charakter der Streulichtverteilung mit genügender Detailliertheit erfaßt und ausgewertet wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu in der Lage und gestattet durch vollständigeres Erfassen und Analysieren der Streulichtverteilung umfassendere Größen-und Artenklassifikationen als z.B. das Gerät „WIS-100". Außerdem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend der Schwierigkeit der Prüfaufgabe weiter aufrüstbar.In principle, all information necessary for size and species classification can be taken from the scattered light distribution of the defects. The prerequisite for this is that the character of the scattered light distribution is detected and evaluated with sufficient detail. The apparatus of the invention is capable of this and, by more fully detecting and analyzing the scattered light distribution, allows more extensive size and species classifications than e.g. In addition, the device according to the invention can be further upgraded according to the difficulty of the test task.
Die Erfindung hat das Ziel, eine vollautomatische Vorrichtung zu schaffen, die eine umfassende Klassifikation von Oberflächendefekten nach Größe und Art bei der Anwendung streulichtindikativer Laserscan verfahren ermöglicht. Dabei soll insbesondere eine hohe Produktivität möglich sein, so daß auf relativ langwierige rechnergestützte Entscheidungsfindungen z. B. durch Mustererkennungsverfahren verzichtet werden muß. Außerdem sollen auch noch Defekte artenmäßig klassifizierbar sein, die in der Größenordnung des Abtastspotdurchmessers und darunter liegen.The invention has the aim to provide a fully automatic device that allows a comprehensive classification of surface defects by size and type in the application Streulichtindikativer Laserscan method. In particular, a high productivity should be possible, so that on relatively lengthy computer-aided decision-making z. B. must be waived by pattern recognition method. In addition, even defects should be classified by type, which are in the order of the Abtastspotdurchmessers and below.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochproduktive Vorrichtung zur Defektklassifikation für die streulichtindikative Oberflächendefektprüfung mittels Laserscanverfahren zu schaffen.The invention has for its object to provide a highly productive device for defect classification for the scattered light-indicative surface defect inspection by laser scanning.
Physikalische Grundlage der Vorrichtung ist die Tatsache, daß Oberflächendefekte auf feinstbearbeiteten Oberflächen die einfallende Lichtwelle in ihrer Amplitude und Phase spezifisch beeinflussen, so daß im entstehenden Streulicht prinzipiell die Information über die Defektgröße und -art enthalten ist.The physical basis of the device is the fact that surface defects on micro-machined surfaces specifically influence the amplitude and phase of the incident light wave, so that the information about the defect size and type is basically included in the resulting scattered light.
Zur technischen Umsetzung des physikalischen Grundprinzips erfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt durch faseroptische Mittel zunächst die defektbedingte Streulichtverteilung bezüglich ihrer Intensität und Geometrie. Nach fotoelektrischer Wandlung der richtungsabhängigen Intensitätssignale wird durch elektronische Mittel eine Intensitätsanalyse (Spannungskomparatoren) und Frequenzanalyse (Frequenzfilter) durchgeführt. Die dadurch erhaltenen binären Ausgangssignale (Logikpegel) werden zu einem Bitmuster zusammengefaßt, das einen Code für die verschiedenen Defektgrößen und -arten darstellt. Das Bitmuster enthält Informationen über die räumliche Verteilung, die Größe und die Periodizität des Defektstreulichtes.For technical implementation of the basic physical principle, the device according to the invention preferably detects the defect-related scattered light distribution with respect to its intensity and geometry by means of fiber-optic means. After photoelectric conversion of the directional intensity signals, an intensity analysis (voltage comparators) and frequency analysis (frequency filters) are performed by electronic means. The resulting binary output signals (logic levels) are combined into a bit pattern representing a code for the various defect sizes and types. The bit pattern contains information about the spatial distribution, the size and the periodicity of the defect scattered light.
Die Unterscheidungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich aus der Datenbreite des Bitmusters. Werden z. B.The discrimination capability of the device according to the invention results from the data width of the bit pattern. Are z. B.
vier Logikpegel verwendet, so sind maximal 24 = 16 verschiedene Defekte unterscheidbar.If four logic levels are used, a maximum of 2 4 = 16 different defects can be distinguished.
Die Anzahl der möglichen unterscheidbaren Defektklassen N ergibt sich allgemein aus der Anzahl der verfügbaren Logikpegel ηThe number of possible distinguishable defect classes N generally results from the number of available logic levels η
N = 2n.N = 2n .
Damit ist prinzipiell die Möglichkeit gegeben, beliebig komplizierte Unterscheidungsaufgaben durch Vergrößern der Logikpegelanzahl zu realisieren.Thus, in principle, there is the possibility to realize arbitrarily complicated discrimination tasks by increasing the number of logic levels.
Zur Detektion des Streulichtes dient ein Meßkopf, der sowohl die indirekte Streulichtindikation (Erfassung des direkten Reflexes) als auch die direkte Streulichtindikation (Erfassung des Streulichtes) realisiert. Letztere wird durch verschiedene Empfangssegmente in unterschiedlichen Streulichtwinkelbereichen und/oder-azimuten realisiert. An jedes faseroptisches Empfangssegment ist ein fotoelektrischer Empfänger angeschlossen, dessen Ausgangssignale durch Spannungskomparatoren größenmäßig und durch Frequenzfilter frequenzmäßig analysiert werden können. Die dabei entstehenden binären Ausgangssignale (Logikpegel) werden, zu einem Bitmuster zusammengefaßt, entweder durch Logikverknüpfungen und Zähler oder durch einen Mikrorechner ausgewertet.To detect the scattered light is a measuring head, which realizes both the indirect scattered light indication (detection of the direct reflex) and the direct scattered light indication (detection of scattered light). The latter is realized by different receiving segments in different scattered light angle ranges and / or azimuths. Connected to each fiber optic receiving segment is a photoelectric receiver whose outputs can be frequency analyzed by voltage comparators in terms of size and frequency filters. The resulting binary output signals (logic level) are combined into a bit pattern, evaluated either by logic links and counter or by a microcomputer.
Insbesondere bei der Rechnerauswertung ergibt sich die Möglichkeit, die Prüfanordnung als selbstlernendes System aufzubauen.In particular, in the computer evaluation results in the possibility to build the test arrangement as a self-learning system.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen wird dargestellt:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawings show:
Fig. 1: ein MeßkopfFig. 1: a measuring head
Fig.2: ein DigitalisiererFig.2: a digitizer
Fig. 3: ein LogikpegelanalysatorFig. 3: a logic level analyzer
a) ausschließlich durch eine hardwaremäßige Logikschaltung mit angeschlossenen Zählern . b) Rechnergestützta) exclusively by a hardware logic circuit with connected meters. b) Computer-aided
Meßkopf—Fig. 1:Measuring head Fig. 1:
Vom Laser 1 ausgehend und durch die Aufweitungsoptik 2 aufgeweitet gelangt das Laserbündel 3 über den Teilerspiegel 4 zur Fokussieroptik 6 und wird zu einem Abtastspot 7 auf der Prüflingsoberfläche 8 fokussiert.Starting from the laser 1 and expanded by the expansion optics 2, the laser beam 3 passes through the splitter mirror 4 to the focusing optics 6 and is focused to a scanning spot 7 on the specimen surface 8.
Das durch einen, auf der Prüflingsoberfläche 8 befindlichen, defekt gestreute Licht wird durch drei im Meßkopfgehäuse 9 in unterschiedlichen Streulichtwinkelbereichen ringförmig angeordnete faseroptische Empfangssegmente 10 für Streulichtfernwinkelbereich, 11 für mittleren Streulichtwinkelbereich und 12 für Streulichtnahwinkelbereich detektiert und durch Lichtleitfaserbündel 13,14,15 zu den fotoelektrischen Empfängern 16,17,18 übertragen. Der von der Prüflingsoberfläche 8 ausgehende direkte Reflex 5 gelangt durch die Fokussieroptik 6 und den Teilerspiegel 4 zu dem fotoelektrischen Empfänger 19.The defectively scattered light located on the specimen surface 8 is detected by three fiber-optic receiving segments 10 arranged in the measuring head housing 9 in scattered light angle ranges for scattered light far-angle range, 11 for medium scattered light angle range and 12 for stray light near-angle range and by optical fiber bundles 13, 14, 15 for the photoelectric Receivers 16,17,18 transferred. The outgoing of the Prüflingsoberfläche 8 direct reflex 5 passes through the focusing optics 6 and the splitter mirror 4 to the photoelectric receiver 19th
Digitalisierer— Fig.2:Digitizer- Fig.2:
Die Ausgangssignale der fotoelektrischen Empfänger 16,17,18,19 gelangen zu den Spannungskomparatoren 20 und/oder Frequenzanalysatoren 21. Dabei können jedem fotoelektrischen Empfänger prinzipiell beliebig viele Komparatorpegel bzw. Frequenzkanäle zugeordnet werden.The output signals of the photoelectric receivers 16, 17, 18, 19 reach the voltage comparators 20 and / or frequency analyzers 21. Any number of comparator levels or frequency channels can in principle be assigned to each photoelectric receiver.
Die Spannungskomparatoren 20 signalisieren das Über- oder Unterschreiten vorgegebener Spannungspegel und liefern damit eine Aussage über die jeweilige Streulichtintensität.The voltage comparators 20 signal the exceeding or falling below predetermined voltage levels and thus provide a statement about the respective scattered light intensity.
Die Frequenzanalysatoren 21 liefern Aussagen über spezifische, periodische Defektstrukturen.The frequency analyzers 21 provide information about specific, periodic defect structures.
Sowohl die Spannungskomparatoren 20 als auch die Frequenzanalysatoren 21 liefern digitale Ausgangssignale (Logikpegei).Both the voltage comparators 20 and the frequency analyzers 21 provide digital output signals (logic level).
Diese Logikpegel werden in den Zwischenspeicher 22 geladen. Er wird durch abtastsynchrone Impulse am Löschimpulseingang 23 periodisch gelöscht. Unmittelbar vor jeder Löschung erfolgt die Übergabe der Logikpegel an den Logikpegelanalysator.These logic levels are loaded into the latch 22. It is periodically cleared by sampling synchronous pulses at the clear pulse input 23. Immediately before each deletion, the logic levels are transferred to the logic level analyzer.
Dadurch wird eine Synchronisation der verschiedenen Spannungskomparatoren und Frequenzanalysatoren erreicht.This achieves synchronization of the various voltage comparators and frequency analyzers.
Logikpegelanalysator — Fig.3:Logic Level Analyzer - Fig.3:
Die Logikpegelanalyse kann erfolgen einmal ausschließlich durch eine hardwaremäßige Logikschaltung mit angeschlossenen Zählern. Die vorhandenen Logikpegel werden in, für die zu klassifizierenden Defektgrößen und-arten, charakteristischer Weise durch eine Dekodierschaltung 24 verknüpft. Am Ausgang der Dekodierschaltung 24 ermitteln Ereigniszähler 25 die jeweilige Häufigkeit der verschiedenen Defektgrößen und-arten.The logic level analysis can be done once exclusively by a hardware logic circuit with connected meters. The existing logic levels are characteristically linked by a decoder circuit 24 for the defect sizes and types to be classified. At the output of the decoding circuit 24, event counters 25 determine the respective frequencies of the various defect sizes and types.
Zum anderen kann die Logikpegelanalyse rechnergestützt erfolgen.On the other hand, the logic level analysis can be computer-aided.
Dabei werden die Logikpegel am Ausgang der Digitalisiereinrichtung entweder über eine DMA-Einheit 26 (DMA-direkter Speicherzugriff), über den Rechnerbus 27 zunächst in den Rechnerspeicher 28 eines Mikrorechners eingelesen und nach beendeter Abtastung ausgewertet oder, wenn die Abtastfrequenz und die Rechnerverarbeitungsgeschwindigkeit es gestatten, sofort vom Mikrorechner verarbeitet. Dabei vergleicht der Mikrorechner die Logikpegel mit für die verschiedenen Defektarten und -größen vorgegebenen Bitmustern.The logic levels are read at the output of the digitizer either via a DMA unit 26 (DMA direct memory access), via the computer bus 27 first in the computer memory 28 of a microcomputer and evaluated after completion of sampling or if the sampling frequency and the computer processing speed allow it, immediately processed by the microcomputer. The microcomputer compares the logic levels with bit patterns specified for the different types and sizes of defects.
Während der Abtastung der Prüflingsoberfläche 8 Fig. 1 durch den Abtastspot 7 erzeugen Oberflächendefekte Streulicht, das von den faseroptischen Empfangssegmenten 10 für Streulichtfernwinkelbereich, 11 für mittleren Streulichtwinkelbereich und 12 für Streulichtnahwinkelbereich entsprechend der Streulichtwinkelverteilung des jeweiligen Defektes detektiert wird. Die den genannten faseroptischen Empfangssegmenten 10,11,12 zugeordneten fotoelektrischen Empfängern 16,17,18 liefern jeweils eine streulichtproportionale und der fotoelektrische Empfänger 19 eine dem direkten Reflex 5 proportionale Ausgangsspannung.During scanning of the specimen surface 8 Fig. 1 by the Abtastspot 7 produce surface defects scattered light, which is detected by the fiber optic receiving segments 10 for scattered light far angle range, 11 for medium scattered light angle range and 12 for Streulichtnahwinkelbereich corresponding to the scattered light angle distribution of the respective defect. The said fiber optic receiving segments 10,11,12 associated photoelectric receivers 16,17,18 each provide a stray light proportional and the photoelectric receiver 19 a direct reflex 5 proportional output voltage.
Im Digitalisierer Fig. 2 werden diese Ausgangsspannungen durch die Spannungskomparatoren 20 Fig. 2 bezüglich ihrer Größe und durch die Frequenzanalysatoren 21 bezüglich ihrer Frequenz bewertet. Dabei sind die Spannungskomparatoren 20 so eingestellt, daß ihre Schwellspannungen jeweils eine bestimmte Defektgröße repräsentieren. Darüber hinaus wird durch die jeweiligen Signalspannungen der drei Streulichtwinkelbereiche eine Aussage über die Streulichtgeometrie getroffen.In the digitizer Fig. 2, these output voltages are evaluated by the voltage comparators 20 Fig. 2 in terms of their size and by the frequency analyzers 21 in terms of their frequency. The voltage comparators 20 are adjusted so that their threshold voltages each represent a specific defect size. In addition, a statement about the scattered light geometry is made by the respective signal voltages of the three scattered light angle ranges.
Bei periodischen Defekten (z. B. Rattermarken) entstehende charakteristische Signalfrequenzen lassen sich durch die Frequenzanalysatoren 21 bestimmen. Dazu wird die Frequenz der Ausgangssignale der fotoelektrischen Empfänger 16,17,18,19 den Frequenzanalysatoren 21 zugeführt. Die Ausgangssignale der Frequenzanalysatoren 21 werden digitalisiert. Damit entsteht am Ausgang der Frequenzanalysatoren 21 ein charakteristisches Bitmuster unter der Voraussetzung, daß bestimmten Frequenzbereichen jeweils ein Logikpegel zugeordnet wird.For periodic defects (eg chatter marks) characteristic signal frequencies can be determined by the frequency analyzers 21. For this purpose, the frequency of the output signals of the photoelectric receiver 16,17,18,19 the frequency analyzers 21 is supplied. The output signals of the frequency analyzers 21 are digitized. This results in the output of the frequency analyzers 21 a characteristic bit pattern under the condition that certain frequency ranges in each case a logic level is assigned.
Alle der Defektgröße, der Defektstreulichtgeometrie und der Streulichtfrequenz entsprechenden Logikpegel werden zu einem Bitmuster zusammengefaßt. Das Bitmuster stellt einen für jede Defektart und -größe charakteristischen Code dar.All of the defect size, the defect scattered light geometry and the scattered light frequency corresponding logic level are combined into a bit pattern. The bit pattern represents a code characteristic of each defect type and size.
Durch hardwaremäßige Dekodierschaltungen oder rechnergestützte Abfrage der Logikpegel ist eine umfassende Klassifikation aller Defekte möglich.Through hardware decoding circuits or computer-aided logic level interrogation, a comprehensive classification of all defects is possible.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD27977685A DD250850A3 (en) | 1985-08-19 | 1985-08-19 | AUTOMATIC DEVICE FOR CLASSIFYING SURFACE DEFECTS |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
| DD250850A3 true DD250850A3 (en) | 1987-10-28 |
Family
ID=5570583
Family Applications (1)
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| DD27977685A DD250850A3 (en) | 1985-08-19 | 1985-08-19 | AUTOMATIC DEVICE FOR CLASSIFYING SURFACE DEFECTS |
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|---|---|
| DD (1) | DD250850A3 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0365788A1 (en) * | 1988-08-31 | 1990-05-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Recording apparatus |
| EP0406030A2 (en) * | 1989-06-30 | 1991-01-02 | Qc Optics, Inc. | Inspection apparatus and method for detecting flaws on a diffractive surface |
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1985
- 1985-08-19 DD DD27977685A patent/DD250850A3/en unknown
Cited By (4)
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