SU1672308A1 - Устройство дл контрол микроскопических дефектов на поверхности полупроводниковых пластин - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в полупроводниковом материаловедении и приборостроении дл  контрол  качества поверхности полупроводниковых пластин и структур. Цель - повысить точность определени  количества локальных нарушений и загр знений на поверхности полупроводниковых пластин. Устройство дл  контрол  микроскопических дефектов на поверхности полупроводниковых пластин содержит источник излучени  1, оптическую систему 2 дл  формировани  и направлени  падающего пучка излучени , предметный столик 3, снабженный приводом вращени  4 и возвратно-поступательного перемещени  5, включающим шаговый электродвигатель 6 и кинематическую передачу 7, оптическую систему 8 дл  сбора рассе нного излучени , фотоприемник 9, счетчик электрических импульсов 10, систему регистрации углового положени  предметного столика 11 и блок управлени  шаговым электродвигателем 12. 1 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано р полупроводниковом материаловедении и приборостроении для контроля качества поверхности полупроводниковых пластин и структур.

Известно устройство для контроля качества поверхности полупроводников типа Surfscan, включающее оптическую систему, осуществляющую растровое сканирование лазерного луча посредством вращающегося зеркала по поверхности пластины, сбор и регистрацию света, рассеиваемого поверхностью, механизм линейного перемещения предметного столика относительно оптической системы и блок обработки информации [1].

Недостатком этого устройства является то, что в разные точки поверхности пластины луч лазера падает под разными углами и сбор рассеянного света от каждой точки поверхности происходит в разном телесном угле. Это приводит к значительной погрешности при определении количества микроскопических дефектов, достигающей на п ромы шлен новы пускаемых устройствах +15%.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для контроля микроскопических дефектов на поверхности полупроводниковых пластин, включающее источник излучения и расположенные по ходу излучения оптическую систему для формирования падающего пучка излучения, вращающийся предметный столик, снабженный приводом, обеспечивающим возвратно-поступательное перемещение его относительно оптической оси устройства, оптическую систему для сбора рассеянного излучения и фотоприемник, систему регистрации углового положения вращающегося предметного столика и счетчик электрических импульсов, соединенный с фотоприемником.

В таком устройстве оптические системы осуществляют освещение локального участка поверхности лучем лазера по нормали к поверхности и сбор рассеянного света в оп ределенном телесном угле, равном аппертурному углу входного объектива. Сбор информации о наличии микроскопических дефектов осуществляется путем сканирования оптической системой поверхности пластины. Сканирование осуществляется путем вращения предметного столика и одновременного линейного перемещения его относительно оптической системы. При этом освещаемый лучом лазера локальный участок перемещается по архимедовой спи рали по поверхности пластины. При попадании в освещаемый участок пластины микроскопических дефектов происходит резкое увеличение интенсивности рассеянного света, которое регистрируется фотоприемником. Электрические импульсы с фотоприемника попадают на счетчик импульсов, где подсчитывается общее количество микроскопических дефектов на поверхности [2].

Недостатком данного устройства является низкая достоверность определения дефектов. что обусловлено наличием флуктуаций скорости вращения и скорости линейного перемещения столика. Указанные флуктуации приводят к тому, что шаг архимедовой спирали при измерениях изменяется, при этом изменяется и анализируемая площадь пластины.

Кроме того при сканировании по архимедовой спирали неизбежно существует область на краю пластины, которая не просматривается оптической системой, что также приводит к увеличению погрешности измерений. Несмотря на то, что данные по точности прототипа в литературе не приводятся, можно утверждать, учитывая, что рынок в зарубежных странах захватили приборы типа Surfscan, что погрешность измерения прототипом хуже +15%.

Цель изобретения заключается в повышении достоверности контроля дефектов.

На чертеже представлена блок-схема устройства для контроля микроскопических дефектов на поверхности полупроводниковых пластин.

Устройство содержит источник 1 излучения, оптическую систему 2 для формирования и направления падающего пучка излучения, с помощью которой повеохность полупроводниковой пластины освещается коллимированным пучком света, предметный столик 3, снабженный приводами вращения 4 и возвратно-поступательного перемещения 5, последний включает шаговый электродвигатель 6 и кинематическую передачу 7, обеспечивающую перемещение предметного столика 3 на шаг, равный диаметру пятна пучка излучения, оптическую систему 8 для сбора рассеянного излучения, фотоприемник 9, на который поступает рассеянное излучение с выхода оптической системы 8 для сбора рассеянного излучения, счетчик 10 электрических импульсов, соединенный с фотоприемником 9, систему регистрации углового положения предметного столика 11 и блок 12 управления шаговым электродвигателем.

Принцип работы устройства основан на том, что сканирование поверхности полупроводниковой пластины оптической систе мой осуществляется по квазиспирали, представляющей собой совокупность концентрических окружностей. При этом переход сканирования с одной окружности на другую осуществляется при определенном угловом положении вращающегося предметного столика.

Устройство работает следующим образом.

После установки образца на предметный столик 3 и закрепления полупроводниковой пластины, например, посредством вакуумного прижима производится включение устройства. При этом предметный столик 3 располагается в одном из крайних своих положений и оптическая система 2 обеспечивает освещение полупроводниковой пластины световым пятном либо в центре, либо на краю с учетом заданной граничной области, в которой контроль не осуществляется. После включения устройства начинает вращаться предметный столик 3. После каждого поворота предметного столика 3 на 360° или кратную величину система регистрации углового положения предметного столика 11, выполненная, например, в виде простейшего прерывателя света, выдает управляющий импульс, поступающий на вход блока 12 управления шаговым электродвигателем. При этом блок 12 управления шаговым электродвигателем вырабатывает импульс тока, обеспечивающий поворот вала шагового электродвигателя 6 на угол φ , определяемый типом шагового электродвигателя 6.

Поворот вала шагового электродвигателя 6 посредством кинематической передачи 7, например червячной, преобразуется б линейное перемещение предметного столика 3 относительно оси оптической системы 8 для сбора рассеянного излучения. При этом шаг червячного винта рассчитывается по формуле где d - диаметр светового пятна, фокусируемого оптической системой 2 на поверхности полупроводниковой пластины.

В результате после каждого оборота предметного столика 3 он смещается относительно оптической системы 8 для сбора рассеяного света по радиусу на расстояние d. Это обеспечивает полное сканирование оптической системой 8 поверхности полупроводниковой пластины независимо от флуктуаций скорости вращения предметного столика 3. При попадании в область светового пятна микроскопического дефекта на поверхности полупроводниковой пластины оптическая система 8 собирает рассеяный микроскопическим дефектом свет и фокусирует его на вход фотоприемника 9, в качестве которого можно использовать, например, фотоэлектронный умножитель.

Импульсные сигналы с фотоприемника 9 поступают на счетчик 10 электрических импульсов, который осуществляет подсчет импульсов, амплитуда которых превышает заданный уровень, характеризующий чувствительность устройства по размерам микроскопических дефектов. Корреляция между амплитудой импульсов и размерами дефектов определяется экспериментально на тестовых объектах, например калиброванных латексных шариках, нанесенных на поверхность полупроводниковой пластины.

Таким образом, устройство осуществляет подсчет количества микроскопических дефектов на всей поверхности полупроводниковой пластины без пропусков и наложений, чем достигается повышение достоверности контроля дефектов.

В качестве блока 12 управления шаговым электродвигателем могут использоваться как схемы без обратной связи на ключевых' элементах. гак и с обратной связью на двухполярных усилителях мощности, причем последние схемы предпочтительнее. так как позволяют добиться максимального быстродействия шагового электродвигателя.

Остальные элементы входящие в устройство для контроля микроскопических дефекте на поверхности полупроводниковых пластин, могут быть выполнены как и е протостгк; Счетчик 10 электрических импульсов гложет быть выполнен, например, в виде двоичного реверсивного счетчика на микросхеме К155ИЕ6. выходы которого подсоединены к газоразрядным или светодиодным индикаторам чипа Ф238 или Ф239. На счетном -ходе счетчика 10 электрических импульсов установлена схема выделения и формирования сигнала, выполненная на микросхеме компаратора напряжения типа К521САЗ, позволяющая осуществлять подсчет только тех импульсов, амплитуда которых превышает заданный уровень.

В лачестве оптической системы можно использовать, например, оптическую систему, предложенную в прототипе или основанную на параболических зеркалах.

В качестве фотоприемника 9 можно, например, использовать фотоэлектронный умножитель ФЭУ-1 19 или аналогичный. Шаговый электродвигатель 6 можно использовать, например, типа ДШИ 200 -3.

Систему регистрации углового положения вращающегося предметного столика и можно выполнить существенно проще, чем в прототипе, например в виде диска 15 с отверстием, установленного на оси, предметного столика 3, источника 13 излучения в виде, например, светодиода, установленного с одной стороны диска, и приемника 14 излучения, например фотодиода, установленного с другой стороны диска. Предметный столик 3 выполняется с проточкой по оси для обеспечения возможности вакуумного прижима.

Устройство обеспечивает повышение достоверности контроля количества микроскопических дефектов на поверхности полупроводниковых пластин и достижение погрешности измерений, не превышающее +7% при доверительной вероятности 0,95, что обуславливает эффективность его использования для промышленного контроля качества полупроводниковых материалов.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Устройство для контроля микроскопических дефектов на поверхности полупро водниковых пластин, содержащее источник излучения и расположенные по ходу излучения оптическую систему для формирования и направления падающего пучка излучения, предметный столик, снабженный приводами вращения и возвратно-поступательного перемещения его относительно оптической оси устройства, оптическую систему для сбора рассеянного излучения, фотоприемник, счетчик электрических импульсов, соединенный с фотоприемником, и систему регистрации углового положения предметного столика, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля дефектов, привод возвратно-поступательного перемещения включает шаговый электродвигатель и кинематическую передачу, обеспечивающую перемещение предметного столика на шаг, равный диаметру пятна пучка излучения, устройство дополнительно содержит блок управления шаговым электродвигателем, вход которого соединен с выходом системы регистрации углового перемещения предметного столика, а выход соединен с шаговым электродвигателем.