Введение к работе
Актуальность проблемы. Прогресс в микроэлектронике органично :вязан с неуклонным ростом сложности интегральных схем (ИС). Сов-эеменная микроэлектроника развивается в направлении более высокой штеграции и функциональной комплексности ИС, возрастания количе-!тва элементов в кристалле и уменьшения размеров элементов. На :егодняшний день количество элементов в кристалле ИС достигает [ескольких десятков тысяч с характеристическими размерами элементов , измеряемыми в долях микрон. С увеличением сложности, конт-юль ИС становится все более и более трудоемким и в значительной ітепени определяет ее стоимость. Улучшение классических методов вотирования достигло своего теоретического предела, а достаточно метро развивающиеся новые тестовые стратегии нацелены лишь на охранение на приемлемом уровне затрат времени На разработку ИС.
В этих условиях растровая электронная микроскопия обеспечи-ает чрезвычайно широкие возможности получения информации о пара-етрах БИС, а электронно-лучевой контроль возник как наиболее эф-ективный метод для выполнения этой задачи. До недавнего времени акое техническое средство в большей степени представляло собой абор изолированных приборов, а не объединенную аналитическую танцию. Поэтому обычный метод системных процедур для электронно-ондового тестирования стал затруднительным в основном из-за неостаточной автоматизации.
Сочетание растрового электронного микроскопа (РЭЫ) и ЭВМ отрывает новые возможности в области исследований функциональной ригодности микроэлектронных изделий. Возможности таких средств энтроля определяются как качественными показателями, так и мето-ами обработки получаемой информации. Существующие классические атолу цифровой обработки, наиболее полно охватывающие характерис-іки РЭМ изображений, в основном ориентированы на мощные вычисли-»льные средства и поглощают основную часть машинного времени, тому актуальной является задача синтеза наиболее простых и на-;жных алгоритмов автоматического контроля как топологии ИС, так их электрических параметров, особенно при ограниченных ресурсах вменяемых вычислительных средств.
Цель работы. Целью диссертационной работы является исследова-
- 2 ~
ниє классических методов обработки изображений пригодных для эл ктронной микроскопии, анализ существующих способов контроля при помощи РЭМ и разработка на основании этого более простых в числительном отношении и соответствующих заданному уровню точи сти алгоритмов тестирования микроэлектронных приборов, основанн на использовании информации, получаемой из видеосигнала РЗМ ориентированных на микроэвм.
Для достижения поставленной цели в диссертационной рабе решались следующие задачи:
-
Проведение сравнительного анализа автоматизированных си тем контроля микроэлектронных приборов на базе РЗМ и определен основных принципов построения таких систем, а также, перепекти ных направлений их дальнейшего развития.
-
Исследование существующих методов визуального и параме рического контроля кристаллов ИС и определение основных требов ний, предъявляемых к данному классу алгоритмов и путей их постр ения.
-
Проведение теоретического обоснования более простого быстрого в вычислительном отношении алгоритма поиска дефектов т пологий кристаллов ИС по статистическому признаку, пригодного д проведения оперативного автоматического контроля.
-
Разработка относительно несложной методики лараметриче кой идентификации ИС, основанной на принципе векторного скаиир вания и количественного измерения потенциалов по контрольным то кам.
-
Исследование механизма формирования изображения в РЭМ основе системной передаточной функции для электронного зонда.
-
Осуществление программной реализации разработанных мет дик и алгоритмов комплексного контроля кристаллов ИС и экспер ментальное подтверждение их работоспособности на серийных микр электронных приборах.
-
Разработка аппаратных и программных средств организац системного взаимодействия и информационного обмена между контро лером РЭМ и микроЭВМ.
-
Разработка вспомогательного пакета программ, реализуюце контроль параметров электронного зонда и подготовку изображен
топологии ИС к анализу.
Методы исследования. Основные результаты работы получены на основании использования теории цепей и сигналов, статистической теории информации, численных методов, методов структурного и системного программирования и аппарата математической логики. Достоверность полученных результатов подтверждается использованием современных методов количественного анализа, корректность» применения математического аппарата, а также, полученными экспериментальными данными.
Научная новизна.
1. Предложена математическая модель и логическая структура
алгоритма поиска дефектов топологии кристаллов ИС, отличающегося
от известных:
выбором в качестве критерия сравнения фрагментов изображали топологии ИС коэффициента корреляции;
упрощенной процедурой анализа, заключающейся в квантовании ісследуемого изображения в два уровня, принадлежащих "объекту" и 'фону" и разбиении поля изображения на равные анализируемые обла-їти;
ускоренным расчетом коэффициента корреляции в виде отноше-шя площадей, принадлежащих "объекту" или "фону" для каждой ОбЛа-ЇТИ.
-
Предложена методика параметрической идентификации ИС, існованная на составлении таблицы логических состояний и отличаю-іаяся использованием в качестве логических состояний количественное значений потенциалов, измеренных в контрольных точках ИС.
-
Рассмотрен процесс формирования изображения в РЗМ на ровне передаточной функции системы и получены основные соотноше-іия. описывающие изображение объектов простой формы.
-
Предложены методика и алгоритм автоматического измерения яаметра зонда, отличающиеся от известных косвенных методов, вве-;ением в процедуру измерения энергоанализатора ВЭ.
-
Исследовано влияние выбора критерия величины диаметра лектронного зонда и вида аппроксимирующей функции распределения а точность определения пространственного разрешения в РЭМ.
-
Проанализировано влияние типа фильтра, используемого для
- 4 -'
предварительной обработки изображения, на улучшение отношения си гнал/шум.
7. Предложен боле* "простой я точный метод выделения гранї объектов на исследуемом изображении, отличающийся от известию
раздельным Дифференцированием изображения по двум напраї лениям, определявшим строковые функции;
пороговым ограничением и максимизацией строковых функци!
суммированием и наложением результатов обработки по дв; направлениям.
Практическую ценность работы составляют:
і. Программная реализация алгоритма обнаружения дефекті топологии кристаллов ИС и методика проведения процедуры тополог; ческого контроля.
-
Программная реализация алгоритмов измерений относител ных значений потенциалов по уровню яркости изображения ИС в пот нциальном контрасте и по линейному сдвигу,кривых задержки, а та же, рекомендации по проведению процедуры параметрического контр ля ИС.
-
Научно обоснованная методика, позволяющая определить в личину диаметра электронного зонда и ее программная реализация.
-
Соотношения, пригодные для инженерных расчетов при ощ делении пространственного разрешения в РЭМ.
-
Программная реализация метода выделения границ обіею на полутоновом электронно-микроскопическом изображении.
-
Аппаратная реализация интерфейса для обмена изобрахеї ями между контроллером РЭМ и микроЭШ и пакет прикладных nporpt поддерживающий таков обуен.
-
Общая структура конструкции экспериментального электр но-лучевого тестера и рекомендации по разработке тестовых возд ствий для контролируемых ИС.
На защиту выносятся следующие научные положения.
1. Использование статистического подхода, а именно, упрощ ное вычисление коэффициента корреляции в решении задачи контр топологии кристаллов ИС (либо фотошаблонов) позволяет избавит от влияния негативных факторов, связанных с относительным про ранственныы сдвигом изображений и различием в их яркостных хар
іристиках.
-
Согласованное использование процедуры составления таблицы ігических состояний ИС по ее изображению в потенциальном контра-е и процедуры количественного измерения потенциалов в контроль-ос точках позволяет применить методы параметрической идентифика-іи для обнаружения дефектов в кристалле и соединительных провод-псах.
-
Экспериментальные исследования подтвердили возможность іедставления электронного зонда в качестве низкочастотного филь->а с гауссовскоЯ передаточной функцией, что позволяет применить ітематический аппарат теории систем для описания процесса форми-івания изображения в РЭМ. ' ,
-
Использование анализатора энергий ВЭ в процедуре автома-[ческого определения диаметра зонда позволяет снизить погреш-ють измерений для косвенных методов до 10#.
Апробация работы. Основные результаты диссертационного иссле-шания докладывались и обсуздались на: :
I Всесоюзной конференции "Автоматизация, интенсификация, [теграция процессов технологии микроэлектроники", Ленинград, І89;
XIV Всесоюзной конференции по электронной микроскопии, Су-щь, І890;
II Европейской конференции по электронно-лучевым и оптиче-еим методам контроля интегральных схем, Дуйсбург, ФРГ, 1989;
II Дальневосточной научно-практической конференции "Совер-шствование электрооборудования и средств автоматизации техноло-іческих процессов промышленных предприятий", Комсомольск-на-Аму-), 1889;
Научно-технических конференциях ЛЭТИ им. В.И. Ульянова Іенияа), Ленинград, 1887-1989гг.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликова-> 6 печатных работ, в том числе 1 авторское свидетельство на изо->етение.
Реализация и внедрение результатов. Теоретические и практиче-сяе результаты, полученные в диссертационной работе, использова-гсь при разработке программного обеспечения для электронно-луче-
.-8-
вого тестера в рамках хоздоговорной работы с ОКБ Выборгского г боростроите^ьного завода "Разработка конструкции и исследовг энергоанализаторов вторичных электронов для электронно-луче* тестерам разработка алгоритмов измерений потенциалов" (і ЭИВТ - 125).
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, * рех разделов, заключения, списка литературы, содержащего 121 і чник и 6 приложений. Содержание работы изложено на 150 стран печатного текста, иллюстрируется 55 рисунками и 2 таблицами.