Способ контроля качества поверхности изделий

Изобретение относится К области электронной техники, в частности К микроэлектронике, И может быть использовано для контроля качества поверхностей высокого класса обработки при изготовлении полупроводниковых приборов, жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ), фотошаблонов и другой продукции. Изобретение может быть также использовано в любых других областях, например оптике, машиностроении и др.Важнейшим показателем качества поверхности является наличие на ней различных топографических дефектов, т.е. микронеровностей. В настоящее время оценка качества поверхностей высокого класса обработки проводится главным образом на основании их оптических свойств. Среди способов контроля качества таких поверхностей важное место занимает группа рефлектометрических методов. В основу этих методов положен принцип связи между шероховатостью поверхности и количеством отраженного от нее света. Всю данную группу методов можно разделить на две больших подгруппы методы контроля зеркальной составляющей отраженного потока и методы контроля диффузной составляющей отраженного потока. В первом случае анализируется зеркально отраженный контролируемой поверхностью свет, во втором - рассеянный. В обоих случаях анализируемые компоненты зависят от шероховатости поверхности - чем выше шероховатость, тем больше количество рассеянного света и меньше количество зеркально отраженного 1.Важным недостатком данной группы методов является невозможность контроля отдельных топографических дефектов контролируемой поверхности. Выходные данные контроля представляют собой некоторую интегральную характеристику, позволяющую в ряде случаев лишь косвенно оценить качество контролируемой поверхности. Причем, как правило, методы контроля зеркальной составляющей не позволяют контролировать диффузную составляющую, и, наоборот, в то время как наиболее полная картина качества контролируемой поверхности представляет совокупность данных как по зеркальной составляющей отраженного света, так и по диффузной.Существуют также методы контроля микронеровностей поверхности, называемые профилометрией и профилографией, основанные на контактном сканировании исследуемой поверхности иглой, соединенной с датчиком перемещения этой иглы 2. Изменения микрорельефа поверхности приводят к смещению положения сканирующей иглы, что отражается на самописце.Недостатком указанных методов является низкая информативность, поскольку они позволяют получить не достоверное изображение дефекта, а лишь его модель, так как сканирование осуществляется вдоль одного или нескольких заданных направлений в виде сетки. Изображение дефекта можно представить в виде своеобразной деформации получаемой сетки. Причем, сканирование всей поверхности с небольшим шагом занимает очень много времени и приводит в негодность исследуемую поверхность вследствие привнесенной дефектности.Наиболее близким к изобретению, его прототипом, является способ контроля качества поверхности изделий путем наблюдения на экране изображения поверхности, полученного отражением света от контролируемого изделия, освещенного расходящимся пучком света от точечного источника 3.Данный способ позволяет легко и быстро проводить контроль качества различных поверхностей на наличие различных топографических дефектов. Разрешение метода по размерам дефектов в глубину, по оценкам 4, составляет величину порядка 6 нм, разрешение же по размерам дефектов в плане составляет величину порядка размера источника света. В качестве точечных источников света наиболее широко используются электродуговые лампы. В этом случае разрешающая возможность способа определяется размером катодного пятна электрической дуги, что, например, для лампы типа ДКсШ-15 О составляет примерно 0,1 мм.Сущность способа заключается в следующем. Свет от точечного источника падает на контролируемую поверхность, отражается от нее И попадает на экран. Наличие дефектов на контролируемой поверхности приводит к локальному изменению угла отражения падающего света, что проявляется в изменении интенсивности освещения соответствующих этим дефектам областей светотеневого изображения поверхности на экране. На основе анализа полученного изображения проводится оценка качества контролируемой поверхности.Формирование светотеневого изображения контролируемой поверхности на экране обеспечивается путем наложения двух компонент отраженного света - зеркальной и диффузной. Зеркальная компонента обеспечивает формирование яркого светотеневого изображения контролируемой поверхности с различными присущими ей топографическими дефектами. Диффузная компонента отраженного светового потока обусловлена рассеянием света на дефектах, размеры которых в плане меньще разрешающей возможности способа. Это приводит к наложению на основное изображение обусловленного зеркальной компонентой светотеневого фона, обусловленного диффузной компонентой. Диффузная компонента не позволяет получать изображения дефектов, поскольку отражение света происходит во всевозможных направлениях, хотя некоторые из них, обусловленные преимущественной ориентацией или расположением дефектов, являются доминирующими. Размеры светотеневого пятна, обусловленного диффузной компонентой, значительно превь 1 щают размеры светотеневого пятна, обусловленного зеркальной компонентой. Это приводит к формированию своеобразного ореола вокруг изображения, обусловленного зеркальной компонентой.Поскольку интенсивность зеркальной компоненты для поверхностей высокого класса обработки на два и более порядков выще интенсивности диффузной, наложение на нее последней практически не искажает ту часть светотеневого изображения, которое сформировано благодаря ее наличию. Оценить же степень дефектности контролируемой поверхности по диффузной компоненте не представляется возможным вследствие того, что освещенная область вокруг изображения контролируемой поверхности обусловлена как диффузной компонентой, обусловленной рассеянием света на дефектах непосредственно контролируемой поверхности, так и зеркальной компонентой, обусловленной отражением от закругленных краев (фаски). Поскольку интенсивность зеркальной компоненты, полученной отражением от фаски, обычно также значительно превыщает интенсивность диффузной компоненты, контроль параметров последней крайне затруднен или практически невозможен. Наличие же фаски является конструктивной особенностью практически любь 1 х деталей. Так, например, отсутствие фаски у пластин полупроводниковых материалов приводит к их микроскаль 1 ванию по краям, образованию крощки и пыли в процессе обработки пластин, в результате чего выход годных приборов резко падает. Размер фаски зависит от толщины пластин и может составлять величину до 0,5 мм.Поверхности различных изделий, в том числе и полупроводниковых пластин, содержат дефекты всевозможных размеров, поэтому параметры диффузной компоненты отраженного светового потока являются важнейщей характеристикой их качества. Полная оценка качества контролируемой поверхности может быть проведена на основании анализа параметров обеих компонент. Однако при использовании прототипа такая оценка может быть проведена лищь по ограниченному кругу параметров, поскольку выполняется на основе анализа изображения, обусловленного только зеркальной компонентой.Отсюда видно, что недостатком прототипа является невозможность оценки качества контролируемой поверхности по дефектам, размеры которых в плане составляют величину порядка 0,1 мм и менее. К таким дефектам относятся Шероховатость, мелкие царапины,риски, микровыколы и другие несовершенства поверхности, являющиеся важным показателем качества контролируемых поверхностей. Они приводят к диффузному рассеянию света и не могут быть идентифицированы.В результате при использовании способа-прототипа контроль качества поверхности в ряде случаев оказывается недостаточно объективным. Причиной этого является недостаточно высокое качество получаемой светотеневой Картины, обусловленное наложением зеркально и диффузно отраженных световых потоков.Задачей заявляемого изобретения является повышение объективности контроля за счет улучшения качества получаемой светотеневой картины.Поставленная задача решается тем, что в способе контроля качества поверхности изделий, включающем освещение контролируемой поверхности пучком света от точечного источника излучения и наблюдение на экране сформированного отраженным светом изображения контролируемой поверхности, осуществляют освещение контролируемой поверхности за исключением краевой области, величина которой составляет О,5-5 мм.Сущность заявляемого технического решения заключается в выделении диффузной составляющей отраженного светового потока, что обеспечивает возможность ее контроля. Анализ качества контролируемой поверхности при использовании заявляемого способа при этом может быть проведен не только на основании зеркальной компоненты отраженного света, но и на основании диффузной составляющей.Наблюдение и анализ полученного изображения контролируемой поверхности при освещении контролируемой поверхности, за исключением области ближе О,5-5 мм от края,позволяет проконтролировать как топографические дефекты контролируемой поверхности, обеспечивающие зеркальное отражение света, так и дефекты, приводящие к диффузному рассеянию света. Освещение контролируемой поверхности, за исключением зоны ближе О,5-5 мм от ее края, позволяет выделить диффузную компоненту отраженного контролируемой поверхностью светового потока. Такое выделение становится возможным благодаря тому, что фаска контролируемой детали не освещается (маскируется) и не вносит вклад в формирование освещенной области (ореола) вокруг изображения контролируемой поверхности, обусловленного зеркальной компонентой. Ореол оказывается сформированным только за счет диффузной компоненты. В случае прототипа получаемая светотеневая картина отражает пространственное распределение только зеркальной компоненты отраженного света. В случае же заявляемого способа - распределение как зеркальной, так и диффузной компоненты, поскольку их наложение в области ореола отсутствует, т.е. качество получаемой светотеневой картины при этом принципиально меняется. Поэтому наблюдение и анализ светотеневых характеристик ореола позволяет сделать заключение о дефектах контролируемой поверхности, приводящих к рассеянию света. Таким образом,изменение качества получаемой светотеневой картины позволяет расширить спектр контролируемых параметров, и оценка качества контролируемой поверхности оказывается более полной и объективной.Способ маскирования фаски может быть любым. Для этой Цели может быть использован специальный трафарет, отверстие в котором обеспечивает требуемую форму светового потока, диафрагма объектива устройства контроля и т.п. В любом из указанных вариантов для контроля диффузной составляющей должно обеспечиваться маскирование края контролируемой поверхности на величину, равную или превышающую размер фаски.Заявляемь 1 й способ поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена схема формирования изображения при контроле по способу-прототипу, на фиг. 2 приведена схема формирования изображения при использовании заявляемого способа, на фиг. 3 приведена топограмма поверхности полупроводниковой кремниевой пластины, полученная с помощью способа-прототипа, на фиг. 4 приведена топограмма поверхности той же пластины, полученная с помощью заявляемого способа, на фиг. 5 приведена топограмма поверхности пластины с дефектами, приводящими к диффузному рассеянию света, полученная с помощью заявляемого способа.Как видно из фиг. 1 И фиг. 2, заявляемый способ отличается от прототипа использованием усеченного светового потока от точечного источника, позволяющего освещать контролируемую поверхность за исключением краевой области. Световому потоку от точечного источника сначала придают требуемую форму. Усеченный световой поток направляется на контролируемую поверхность, освещая при этом только ее рабочую область. Отраженный контролируемой поверхностью световой поток направляется на экран устройства. Зеркальная компонента отраженного света при этом формирует изображение рабочей области контролируемой поверхности, а диффузная компонента формирует ореол. Анализ ореола вокруг изображения, обусловленного зеркальной компонентой, позволяет судить о наличии дефектов контролируемой поверхности с размерами в плане менее размера источника излучения. Чем выще интенсивность светового ореола, тем выще дефектность контролируемой поверхности. Распределение интенсивности ореола позволяет судить о характеристиках дефектов.Сравнение топограмм, приведенных на фиг. 3 и фиг. 4, показывает, что маскирование фаски приводит к исчезновению целого ряда светотеневь 1 х пятен в области ореола. Это свидетельствует об экранировании зеркальной компоненты, полученной отражением от фаски. Интенсивность освещения ореола и ее распределение по площади топограммь 1 в этом случае целиком определяется параметрами диффузной компоненты.Размер маскируемой области определяется характеристикой края контролируемой поверхности. Так, например, для полупроводниковых пластин кремния рабочей областью поверхности считается область далее 3-5 мм от края пластины. Для краевой области характерно наличие множества дефектов, связанных с технологией изготовления пластин,контактом пластины с разнообразной технологической оснасткой и др. Поэтому при оценке качества рабочей поверхности эта область практически не учитывается. Радиус закругления (фаска) края пластин зависит от толщины пластины и может составлять величину до 0,5 мм (примечание согласно ЕТО.О 35.24 О.ТУ и др. размер фаски не оговаривается). В связи с этим минимальный размер маскируемой области составляет 0,5 мм, а максимальный - 5 мм.Контроль качества поверхностей при использовании заявляемого способа проводили следующим образом. В качестве точечного источника света использовали ксеноновую лампу ДКсШ-15 О. Для маскирования края использовали трафарет из непрозрачной черной матовой пленки. В качестве одного из вариантов трафарета использовали диафрагму фотообъектива. Ее использование позволяет легко и быстро менять размер отверстия и таким образом менять размер светового пучка. Дополнительным преимуществом использования диафрагмы является заметное улучшение условий контроля, т.к. свет электрической дуги падает только на контролируемую поверхность и не попадает в глаза оператору,проводящему контроль. Зрительное напряжение при этом снижается. Контролируемые изделия устанавливали на держатель таким образом, чтобы отраженный ими свет от точечного источника попадал на экран, выполненный из матовой белой пленки. Контроль проводили в темной комнате.В качестве контролируемых изделий использовали полупроводниковые кремниевые пластины диаметром 100 мм ЕТО.О 35.24 О ТУ. Контроль проводили на соответствие требованиям ТУ по наличию дефектов, приводящих к диффузному рассеянию света. К таким дефектам относятся матовый налет, пятна, потеки, разводы, царапины, риски, выколки,сыпь и т.п. Оценку величины диффузной составляющей отраженного светового потока проводили визуально по наличию ореола на светотеневой картине, а также путем измерения относительной яркости изображения с помощью люксметра на расстоянии 4-5 см от края изображения, обусловленного зеркальной составляющей отраженного светового потока. Всего было проконтролировано 20 пластин. Результаты контроля приведены в таблице 1. В качестве методики сравнения использовали действующий технологический процесс контроля согласно ЕТО.О 35.24 О ТУ.