Устройство для контроля микроскопических дефектов на поверхности полупроводниковых пластин

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в полупроводниковом материаловедении и приборостроении для контроля качества поверхности полупроводниковых пластин и структур. Цель - повысить точность определения количества локальных нарушений и загрязнений на поверхности полупроводниковых пластин. Устройство для контроля микроскопических дефектов на поверхности полупроводниковых пластин содержит источник излучения 1, оптическую систему 2 для формирования и направления падающего пучка излучения, предметный столик 3, снабженный приводом вращения 4 и возвратно-поступательного перемещения 5, включающим шаговый электродвигатель 6 и кинематическую передачу 7, оптическую систему 8 для сбора рассеянного излучения, фотоприемник 9, счетчик электрических импульсов 10, систему регистрации углового положения предметного столика 11 и блок управления шаговым электродвигателем 12. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s G 01 N 21/01

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ол

4 О (21) 4632922/26 (22) 06.01.89 (46) 23.08.91. Бюл. ¹ 31 (71) Научно-исследовательский институт материаловедения им. А.Ю, Малинина (72) А.В. Войналович, Н,В, Жаворонков, В.В, Свирцов и А.Г. Маслов (53) 353.242(088,8) (56) 3. Патент CLLIA

N4378159,,кл,,G 01 N 21/00, опублик. 1983.

2. Патент США № 4391524, кл. G 01 N 21/01, опублик. 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ДЕФЕКТОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ПЛАСТИН (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в полупроводниковом материаловедении и приборостроении для контроля качества по,,5U,, 1672308 А1 верхности полупроводниковых пластин и структур. Цель — повысить точность определения количества локальных нарушЕний и загрязнений на поверхности полупроводниковых пластин. Устройство для контроля микроскопических дефектов на поверхности полупроводниковых пластин содержит источник излучения 1, оптическую систему

2 для формирования и направления падающего пучка излучения, предметный столик 3, снабженный приводами вращения 4 и возвратно-поступательного перемещения 5, включающим шаговый электродвигатель 6 и кинематическую передачу 7, оптическую систему 8 для сбора рассеянного излучения, фотоприемник 9, счетчик электрических импульсов 10, систему регистрации углового положения предметного столика 11 и блок управления шаговым электродвигателем 12.

1 ил.

1b72308

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 промышленновыпускаемых 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 определенном 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 спи5

55 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. Укаэанные 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 нэ 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 Р.

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 Kolopoh повеохность полупроводниковой пластины освещается коллимированным пучком света, предметный столик 3, снабженный приводами вращения 4 и возвратно-поступательного перемещения 5 последний включает шаговый электродвигатель б и кинемэтическую 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 систе1672308

2л d

55 мой осуществляется по квазиспирали, представляющей собой совокупность концент. рических 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 управг>эни шаговым электродвигателем, При этом блок 12 управления ша овым электр двигателем вырабатывает импульс тока, об>еспечивающий поворот вала шагового электродвигателя 6 на угол у, определяемл и типом шагового элек-родвигателя 6.

Поворот вала шагового электродвигателя 6 посредством кинематической пеоедачи

7, например червячной, преобра уется в. инейное перемещение предметного iTо> лка

3 относительно оси с>птической сис емь> 8 для сбора рассеянного излуч ения. При этом шаг червячного винта рассчитывается î формуле где d — диаметр светового пятна, фокусируемсго оптической системой 2 Hd поверхности полупроводниковой пластины.

В резуль!ате после каждого о",.орота предметного столика 3 он смещается относительно оптической системы 8 для соора рассеяного све а по радиусу на рассгояние

d, Это обеспечивает полное сканирование оптической системой 8 поверхности полупроводниковой пластины независимо GT флуктуаций скорости вращения предметного столика 3. При попадании в область светового пятна микроскопического дефекта на

50 поверхности полупроводниковой пластины оптическая система 8 собирает рассеяный микроскопическим дефектом свет и фокусирует его на вход фотоприемника 9, в качестве которого можно испольэовать, например, фотоэлект рон н ый ум нож ител ь.

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

Këî÷ Dûx злеMåt:tàx, так и с обратной связью на дву,полярных усилителях мощности, причем г>оследние схемы предпочтительнее, так как позволяют добиться мак и ального быстродейгтвия шагового эл . к.>,"сдвига геля

О тальные элементы входящие в устройст;.о для кон> роля микроскопи >ескихдеф к; >в на поверхности по>>чпровсдниковых пластин, могут б ать выпогг ены как и в f1po тй 1п . СчетчL1K >0 элеKTpè >ескv>x лм>>I>»1ücor. n p- оыть выполнен например. в виде дам. ч; огг> реверсивного счетчика на микрос. еме К155ИЕ6, выходы когорого подсоединены к азоразрядным или светодиодным индикать рам типа Ф238 или оз239. На счетно>:ходе счетчика 1О электрических импульсов установлена схема выделения и формирования сигнала. выполненная на микросхеме компаратора напряжения типа

К521САЗ, позволяющая осуществлять подcNpT только тех импульсов, амплитуда кото> .х превышает заданный уровень.

В качестве оптической системы можно ис»оль зова гь, например, о этическую систему, предложенную в прототипе или основанну>о на параболических зеркалах.

В качестве фотоприемника 9 можно, например, использовать фотоэлектронный умножитель ФЭУ-119 или àíалогичный.

Шаговый электродвигатель 6 можно использовать, например, типа ДШИ 200-3.

1б72308

Составитель Н,Стуков

Редактор А.Шандор Техред М.Моргентал Корректор О.Ципле

Заказ 2834 Тираж 387 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

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 воэможности вакуумного прижима, Устройство обеспечивает повышение достоверности контроля количества микроскопических дефектов на поверхности полупроводниковых пластин и достижение погрешности измерений, не превышающее

+77ь при доверительной вероятности 0,95. что обуславливает эффективность его использования для промышленного контроля качества полупроводниковых материалов.

Формула изобретения

Устройство для контроля микроскопических дефектов на поверхности полупроводниковых пластин, содержащее источник излучения и расположенные по ходу излучения оптическую систему для формирования и направления падающего пучка излучения, 5 предметный столик, снабженный приводами вращения и возвратно-поступательного перемещения его относительно оптической оси устройства, оптическую систему для сбора рассеянного излучения, фотоприем10 ник, счетчик электрических импульсов, соединенный с фотоприемником, и систему регистрации углового положения предметного столика, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности контро15 ля дефектов. привод возвратно-поступательного перемещения включает шаговый электродвигатель и кинематическую передачу, обеспечивающую перемещение предметного столика на шаг, равный диаметру

20 пятна пучка излучения, устройство дополнительно содержит блок управления шаговым электродвигателем, вход которого соединен с выходом системы регистрации углового перемещения предметного столика, а выход

25 соединен с шаговым электродвигателем.