Устройство регистрации дефектов полированной поверхности

(51)5 0 01 1 1/44 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОП И САН И Е И ЗОБ РЕТЕ Н ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4 С) О 4(71) Институт полупроводников АН УССР(56) Патент СШАМ 4313763, кл. 0 01 й 21/88, 1982.Патент СШАМ 4626101, кл, 0 01 й 21/88,1986,(54) УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ ДЕФ ЕКТОВ ПОЛИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для дефектоскопии полированной поверхности полупроводниковых пластин и оптических деталей.Известна система регистрации микро. скопических дефектов, содержащая лазер, сканирующее устройство, фотоприемник, подключенный к нему усилитель, а также синхронизатор и блок счета и отображения информации,В этой системе сканирующееустройство осуществляет относительное перемещение луча и исследуемого объекта по спирали, в результате чего за время обзора последовательно освещается вся поверхность объекта. При попадании светового луча на дефект возникают импульсы рассеянного света, преобразуемые фотоприемником в импульсы напряжения. После усиления этот импульс(57) Использование: контрольно-измерительная техника, в частности дефектоскопия полированной поверхности полупроводниковых пластин и оптических деталей. Сущность изобретения; устройство содержит лазер (1), сканирующее устройство (2), фотоприемник (4), синхронизатор 6, 4 запоминающих устройства (7, 9, 13, 14), блок 8 счета и отображения информации, компара-тор (12), элемент И (10), фильтр низких частот (11), а также блок 5 обработки информации на заданном участке строки, содержащий блок 15 выделения максимума сигнала, компаратор (16), элемент И (17), ЯЯ-триггер 18 и О-триггер 19, 1 з.п,ф-лы. 2 ил. поступает в блок счета и отображения информации. Сигналы, несущие информацию о положении светового луча, а значит, и положении дефекта, вырабатываются синхронизатором и поступают в блок счета и отображения информации,Так как распределение интенсивности падающего света в лазерном пятне на объекте от координаты имеет не прямоугольную, а колоколообразную форму, это порождает противоречивые требования к выбору расстояния между строками сканирования, С одной стороны, при увеличении расстояния между соседними строками области поверхности между ними освещаются светом с меньшей интенсивностью, что приводит к уменьшению чувствительности измерения в этих областях и, следовательно, к уменьшению зарегистрированного количества дефектов по от ношению к действитель 1777007рования всей пластины запоминающее устройство с помощью процессора разбивается45на блоки по десять ячеек, сбответствующихсоседним участкам в десяти строках, находится максимальное значение сигнала в каждом блоке, а затем эти значения сравниваются с пороговым. Полученные результаты отображаются на дисплее блока счета и отображения инФормации.Таким образом, абьедицение ячеек па мяти, соответствующих разным строкам в блоки, и последующий выбор сигнала с максимальной амплитудой в я ,ейках одного блока позволили исключить повторную регистрацию сигнала наличия дефекта ца заданном участке поверхности. Однако возможно такое распалокение дефекта,ному. С другой стороны, при уменьшении указанного расстояния дефект поверхности может освещаться лучом не только в той строке, в которой оц расположен, на и периферийной областью светового пятна, проходящего по соседней /или даже через одну/ строке. В результате от одного дефекта появляется несколько импульсов в соседних строках, что приведет к завышению зарегистрированного количества дефектов по отношению к действительному.Исключить явление повторной регистрации одного и того же дефекта па сигналам, соответствующим этому дефекту и сигналам в соседних строках, частично удалось в устройстве регистрации дефектов полированной поверхности, содержащем лазер, сканирующее устройство, фотоприемник, блок обработки информации на заданном участке строки, подключенный к эапомицающему устройству, а также синхронизатор, процессор и блок счета и отабракения информации, Это устройство наиболее близко по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к изобретению.В этом устройстве с помощью синхронизатора каждая строка сканирования разбивается на участки и каждому участку строки ставится в соответствие ячейка запоминающего усгройства. Выходной сигнал фотоприемника обрабатывается блоком обработки информации на заданном участке строки, включающем в себя последовательно соединенные АЦП и кампаратор, АЦП преобразует поступающий сигнал в цифровую форму. Кампаратар фиксирует значения сигнала в десяти точках, сравнивает их между собой для каждого участка строки и запоминает максимальное из этих значений. Эта значение записывается в соатветствующую данному участку ячейки запоминающего устройства. После скани 5 10 15 20 25 30 35 40 при котором соответствующие ему сигналы оказываются в соседних строках, ячейки которых принадлежат разным блокам, и, следовательно, такой дефект будет зарегистрирован дважды, что ухудшает качество контроля,Кроме того, при расположении дефекта вблизи граничных областей участков, ца которые разбита строка, дефект освещается периферийной частью светового пятна при нахождении центра этого пятна уже на соседнем участке строки; поэтому информация о дефекте может быть записана как в соответствующую ему ячейку, так и в соседнюю, что также приводит к завышению количества дефектов па сравнению с действительным.Таким образом, на исследуемой поверхности имеются зоны вблизи границ участков строки, соответствующих различным блокам ячеек памяти), при расположении в которых дефектов из количество завышается, т.е, качество контроля ухудшается, Ширина этих граничных зан увеличивается с увеличением размера дефекта, так как при этом увеличивается сигнал в случае засветки дефекта периферийной частью луча,Следует отметить, что качество контроля зависит от размера участка поверхности, соответствуощего блоку ячеек памяти, и соответственно ат количества этих блоков. При увеличении размера участка увеличивается верачтность того, что информация ат нескольких дефектов будет записана в одну ячейку памяти или один блок ячеек и будет восприниматься как информация об адцам дефекте. Исходя из этого, следовало бы уменьшить размеры участков поверхности, соответствующих одной ячейке памяти блоку ячеек), т.е, увеличить количество этих ячеек. Однако последнее неизбежно приведет к возрастанио площади описанных выше граничных зон, что опять-таки ведет к ухудшению качества контроля.Цель изобретения - повышение точности регистрации дефектов полированной поверхности,Поставленная цель достигается тел, что устройства регистрации дефектов полированной поверхности, содержащее оптически связанные лазер, сканирующее устройство, фотоприемник, а также блок обработки информации на заданном участке строки, первый вход которого подключен к выходу фотоприемника, и последовательна вклоченцые гервое запоминающее устройство и блок счета и отображения информации, введены второе запоминающее устройство, первая схема И, синхрэниэатор и последовательно включенные фильтрнижних частот, первый ком парэ гор и третье запоминаощее устройство, причем блок обработки ифорлэции ца заданном участке строки содержит блок выделения максимума сигнала, вход которого является перьым входом блока обрзботки информации, второй компаратор, вторуо схему И, РЯ-триггер и О-триггер, цеиннертирующий и инвертирующий выходы которого являются соответственно первым и вторым выходами блока обработки иформации на заданном участке строки, вторым и третьим входами которого являо 1 ся соответственно тактовый вход О-триггера и В-вход Б 8-триггера, при этом вход фильтра нижних частот подключен к выходу фотоприемника, выход сканирующего устоойства подключен к входу синхронизатора, первый и второй выходы которого подклочены соответственно к второму и третьему входам блока обработки иформэции на заданном участке строки, первый и второй вьходы которого подключены соответстнено к входу данных второго запоминающего устройства и первому входу первой схемы И, второй вход которой подключен к ньходу второго запоминающего устройства, адресный вход и вход записи-считывания которого подключены соответственно к третьему и четвертому выходам синхронизатора, пятый выход которого подклочец к третьему сходу первой схемы К, выход которой подключен к первому входу первого запомицаощего устройства, второй вход которого подключек шестому выходу синхронизатора и к второму входу третьего запоминающего устройства, выход ко-араго подключец к блоку счета и отображения ифорлаии при этом вход второго компарэтора подключен к входу блока выделения максимума сигэлэ, выход которого подключен к перзоху входу второй схемы И, второй вход которой подключен к выходу второго компаратора, а выход - к Я-входу Бб-триггера, цеиннертирующий выход которого подключен к входу данных О-триггера,Для повьшеия ч,нствительности устройства в цэго введецьчетвертое запоминающее устройство, вход и нь;ход данных которого подключены, соответственно, к первому и четвертому сходам первой схемы И, а его адресный ход и вход записи - считынация подключены, соотвегствено, к третьему и седьмому выходам синхронизатора.На фиг,1 изображена блок-схема устройства; а фиг.2 - временные диаграммы работы этоо устройства,Устройство содержит лазер 1, луч которого с олощьо скацируо;цега устройства 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2 сканирует по поверхности обьекта 3 фото- приемник 4, снабженный приспособлением для сбора рассеянного света, блок 5 обработки информации на заданном участке строки, синхронизатор 6, последовательно включенные первое запоминающее устройство 7 и блок 8 счета и отображения информации, второе запоминающее устройство 9, первую схему И 10, последовательно включенные фильтр 11 нижних частот, первый компаратор 12 и третье запоминающее устройство 13, а также четвертое запоминающее устройство 14, причем блок 5 обработки информации содержит блок 15 выделения максимума сигнала. вход которого является первым входом блока 5, второй компаратор 16, вторую схему И 17, ЯЯ-триггер 18 и О-триггер 19, неинвертирующий и инвертируощий выходы которого являются, соответственно, первым и вторым выходами блока 5, вторьм и третьим входами которого являются, соответственно, тактовый вход О- триггера 19 и К-вход ЯБ-триггера 18.При этом фотоприемник 4, оптически связанный через сканирующее устройство 2 с лазером 1, подключен к первому входу блока 5 и входу фильтра 11 нижних частот, выход сканирующего устройства 2 подключен к входу 20 синхронизатора 6, первый 21 и второй 22 выходы которого подключены соответственно к второму и третьему входам блока 5, первый 23 и второй 24 выходы которого подключены, соответственно, к входу данных второго запоминающего устройства 9, и к первому входу первой схемы И 10, второй вход которой подклачен к выходу 25 данных второго запоминающего устройства 9, адресный сход и вход записи-считывания которого подключены соответственно к третьему 26 и четвертому 27 выходам синхронизатора 6, пятый выход 28 которого подключен к третьему входу первой схемы И 10, выход 29 которой подключен к первому зходу первого запоминающего устройства 7, второй вход которого подключен к шестому выходу 30 синхронизатора 6 и ко второму входу третьего запоминающего устройства 13, выход которого подключен к блоку 8 счета и отображения информации, вход второго компаратора 16 подключен к входу блока 15 выделения максимума сигнала, выход которого подключен к первому входу второй схемы И 17, второй нход которой подключен к выходу второго компаратора 16, а выход 31 - к Я-входу Г 15-триггера 18, неицвертирующий вы-. ход 32 которого гадклю ец к входу данных О-триггера 19, сход и выход данцьх четвертого запомцаощего устройства 4 подключены соотнетстнецо к гервому ичетвертому входам первой схемы И 10, а его адресный вход и вход записи-считывания подключены соответственно к третьему 26 и седьмому 33 выходам синхронизатора 6,Блок 15 выделения максимума предназначен для формирования короткого импульса в момент прохождения максимума сигнала, снимаемого с фотоприемникд 4.Синхронизатор б обеспечивает синхронную работу сканирующего устройства 2, триггеров 18, 19, устройств 7, 9 и схемы 10. Блок б синхронизации формирует на своих выходах импульсы в определенной последовательности во времени. При поступлении информации о положении луча со сканирующего устройства 2 на вход 20 синхронизатор 6 формирует импульсы синхронизации, поступающие на семь его выходов.Устройство работает следующим образом,Луч лазера 1 направляется на исследуемый обьект 3. Сканирующее устройство 2 осуществляет относительное перемещение луча и обьекта 3, При попадании луча на какой-либо дефект поверхности возникает импульс рассеянного света, собирдемый и преобразуемый фотоприемником 4 в электрический сигнал - импульс колоколообразной формы. При достижении этим сигналом максимального значения блок 15 формирует короткий импульс, поступающий нд один вход схемы 17, второй компаратор 16 сравнивает уровень выходного сигнала фотоприемника 4 с пороговым уровнем и при превышении этого порогового уровня формирует короткий импульс, поступающий на другой вход второй схемы И 17.Таким образом, в случае превышения амплитудой импульса, поступающего с выхода фотоприемника 4 пороговой величины, на выходе второй схемы И 17 появится импульс, по времени совпадающий с максимальным значением напряжения выходного сигнала фотоприемника 4,На временных диаграммах (фиг,2) прсдставлена работа устройства за время прохождения лучом одного участка /и/-й строки и соответствующего ему участка в и-й строке. Моменты появления выходных сигналов синхронизатора б показаны на временных диаграммах вертикальными штриховыми линиями,По сигналу с выходов 26 и 33 синхронизатора б выбираются ячейки запоминающего устройства (ЗУ) 7, соответствующие данному участку. Следует отметить, чтд размеры участка выбирают исходя из того, что минимальный размер этого участка должен быть ограничен диаметром светового пятна нд поверхности обьекта 3 и сравним с ним5 10 15 20 25 3035 40 ячейки происходит по сигналам с выхода 30 синхронизатора 6 Аналогично происходит обработка информации нд остальных участках во всех строках сканирования, После сканирования всей пластины происходит 50 опрос ячеек ЗУ 7 с помощью блока 8 счета иотображения информации, на дисплее которого отображается информация о количестве зарегистрированных дефектов и их распределении по поверхности обьекта 3.Импульсы с фотоприемника 4 поступают также на вход фильтра 11 низких частот. Фильтр пропускает только импульсы большой длительности, соответствующие дефектам в виде матовых пятен, С выхода фильтра импульса поступают на компаратор 12, на по величине. Тдк, например, при длине стро- .ки 100 мм и диаметре пятна 100 мкм количество участков может быть выбрано равным128, При этом емкость ЗУ 9 составит 128 бит,а емкость ЗУ 7-16 Кбит (128 х 128).Если на данном участке имеется дефект,ЯЯ-триггер 18 устанавливается выходнымимпульсом второй схемы И 17 на предыдущей /и/-й строке, передает информациюв триггер 19 по сигналу с выхода 21 синхронизатора 6 и сбрасывается, т.е, переустанавливается для приема новойинформации, по сигналу с выхода 22. (Дляпредотвращения потери информации на Явходе триггера 18 время между появлениемсигналов на выходах 21 и 22 выбираетсяминимальным), На выходе 25 ЗУ 9 в этовремя присутствует информация о наличиидефекта в соответствующем участке /и/-йстроки. При поступлении сигнала с выхода28 синхронизатора б на первый вход схемы10 на ее выходе 29 появится сигнал толькопри соблюдении следующих условий:а) наличие дефекта в соответствующейячейке /и/-й строки т.е, наличие "1" навыходе 25 ЗУ 9);б) отсутствие дефекта в соответствующей ячейке и-й строки т.е. наличие "1" наинверсном выходе 24 триггера 19).В этом случае информация о наличиидефекга эдписывается в соответствующуюячейку ЗУ 7,После чего по сигналу с выхода 21 информация с выхода 23 триггера 19 записывается в соответствующую ячейку ЗУ 9, Этойоперацией соответствующая ячейка ЗУ 9подготавливается к работе с /п+1/-й строкой. Как уже указывалось выше, количествоячеек ЗУ 9 равно количеству участков однойстроки, и информация в ЗУ 9 обновляетсяза время сканирования строки.Информация с выхода 29 записываетсяв ячейку ЗУ 7, соответствующую положениюдефекта на поверхности обьекта 3, Выборвыходе которого появляются импульсы лишь при превышении величиной амплитуды входных импульсан установленного порогового значения, На один вход третьего запоминающего устроиства 13 поступает сицнал, определяющий выбор ячейки, с вы хода 30 сицхроцизатора 6, а на другой вход - импульсы с выхода парного камг,аратора 12, Таким образом, о ячейках третьеца ЗУ 13 во время обзора исследуемого абьекта накапливается информация о дефектах н виде рассеивающих свет протяженных областей, Эта информация выводится ца блок 8 счета и отображения информации,Для повышениячуостнительности вустройство введено четвертое запоминающее устройство 14. При этом адоесный вход ЗУ подключен к третьему выходу 26 синхронизатора 6, а вход записи-считывания - к его седьмому выходу 33. Выход 34 данных ЗУ 14 и ега вход данных подсоединены соответственна к четвертому и третьему входам схемы 10.При введении четвертого ЗУ 14 запись информации с оыхада 25 ЗУ 9 осуществляется по сигналу с выхода 33 синхронизации 6. Сигнал на выходе 29 схемы 10 при поступлении сиццала с выхода 28 синхронизатора 6 появится при соблюдении следующих условий:а) наличие дефекта о гаотнетстоующей ячейке /и/-й строки, т,е. наличие "1" на выходе 34 ЗУ 14;б) наличие дефекта в соответствующей ячейке /и/-й строки, т.е. наличие "1" на выходе 25 ЗУ 9;о) отсутствие дефекта в, соотнетстоующей ячейке и-й строки, т.е, наличие "1" ца инверсном выходе 24 триггера 19,Следовательно, при введении четвертого запоминающего устройства 14 информация а дефекте рецистрируется только при появлении сигнала от одного дефекта по меньшей мере о двух соседних строках. Прй этом для обеспечения освещения дефекта и двух или более строках расстояние между строками следует устацанливать не более половины диаметра снегового пятна, Так как шумовые сигналы случайно распределены ва времени, при условии не очень большой плотности этих сиццалон они будут вызывать появление сигнала на соответствующем участке лишь н адцои строке и не будут регистрироваться как сигналы наличия дефектов, Эта дает возможность снизить порог сравнения н компараторе 16 и за счет этого рецистрирооать сигналы наличия дефектов, сравнимые по амплитуде с шумовыми сигналами, т,е. повысить чувствительность устройства,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Устройства позволяет повысить точность контроля исследуемой пасерхнасти за счет тацо, что исключается зозможнасть неоднозначности регистрации дефектан на некоторых участках поверхности, а также за счет получения информации, относящейся к дефектам н виде матовых пятен.Кроме того, достигнуто повышение чувстнительцасти устройства рецистрации дефектов на полированной поверхности за счет понижения порога достоверной регистрации сигналов наличия дефектов.Обработка электрических сигналов, несущих информацийка о наличии дефекта, осуществляется на базе широка распространенных элементов цифровой техники.Устройство достаточно униьерсальна и в заоисимости ат конкретных требований может быть выполнено как са спиральной, так и с растровой разверткой луча па поверхности объекта.Формула изобретения 1. Устройство рецистоации дефектов полированной поверхности, содеркащее оптиче;ки связанные лазер, сканирующее устройство, фатаприемник, а также блок обработки информации на заданном участке строки, пероь,й оход которого подкл,очен к нь 1 ходу фотоприемника, и последовательно включенные первое запоминающее устройство и блок счета и отображения информации, атл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точцости, о него введены второе запоминающее устройство, первая схема И, синхронизатора и последовательна включенные фильтр нижних частот, парный кампо ратор и третье запоминающее устройство, причем блок обработки информации ца заданном участке строки содержит блок выделения максимума сигнала, вход которого является перьым входом блока обработки ицформации, второй компаратар, вторую схему И, ЯЯ-триггер и О-триггер, неинвертирующий и инвертирующий выходы которого являются соатветстоенно пероым и вторым выходами блока обработки информации на заданном участке строки, вторым и третьим входами которого яоляотся соответственно тактовый вход О-триггера и В-вход РБ-триггера, при этом вход фильтра нижних частот подкл 1 очен к выходу фотоприемника, оыход сканирующего устройства подключен к входу синхронизатора, первый и второй выходы которого подключены соответственно к второму и третьему входам блока обработки информации на заданном участке строки, первый и отарой выходы которого подключены соответственно к входуданных второго запоминающего устройства и первому входу первой схемы И, отарой входкоторой подключен к выходу второго запоминающего устройства, адресный вход и вход записи-считывания которого подключены соответственно к третьему и четвертому выходам синхронизатора, пятый выход которого подклюцен к третьему входу первой схемы И, выход которой подключен к пеовому входу первого запоминающего устройства, второй вход которого подключен к аестому выходу синхронизатора к второму входу третьего запоминающего устройства; выход которого подключен к блоку счета и отображения информации, при этом вход второго компаратора подключен к входу блока выделения максимума сигнала, выход которого подключен к первому входу второй схемы И, второй вход которой подключен к выходу второго компаратора, а выход к Я-входу ВЯ-триггера, неинвертиру ющий выход которого подключен к входуданных О-триггера.2. Устройство поп.1, отл ич а ю щеес я тем, цто, с целью повышения чувствительности, в него введено четвертое запо минающееустройство, входи выходданныхкоторого подключены соответственно к первому и четвертому входам первой схемы И, а его адресный вход и вход записи-считывания подключены соответственно к третьему 15 и седьмому выходам синхронизатора.1777007 Цг Оглроаг Редактор М. Кузнецов Корректор Э. Лончакав изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 4116 ВНИИПИ Го оставитель Ю. Суббоехред М.Моргентал Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5