DE10019486A1 - Anordnung zur Inspektion von Objektoberflächen - Google Patents

Abstract

Es wird ein Inspektionssystem zur optischen Prüfung von Objektoberflächen zur Erkennung von Oberflächenfehlern beschrieben, das mit einer Zeilenkamera und einem vorgeschalteten Mikroskop durch Hintereinanderreihung von aufgenommenen Zeilen Bildstreifen und somit eine vorgegebene Oberfläche schnell und mit ausreichender Auflösung abtastet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur optischen Prüfung von Oberflächen auf darin enthaltene Feh­ ler.

In der automatischen Fertigung von Industrieteilen, insbeson­ dere von Halbleitererzeugnissen und insbesondere erläutert am Beispiel eines Halbleiterwafers spielt die Qualitätskontrolle eine wesentliche Rolle. Die Oberfläche eines Wafers sollte frei sein von Muschelaufbrüchen nach einem Sägeprozess, frei von Partikeln, und es sollten Verknüpfungseinheiten wie Si­ cherungen (Fuse) intakt sein. Zur entsprechenden Prüfung der Oberfläche zur Erkennung von Mängeln sollten Einrichtungen oder Verfahren angewandt werden, die in die Fertigungsorgani­ sation integrierbar sind.

Je nach Größe eines Testobjektes und je nach geforderter Auf­ lösung kann zwischen einzelnen Verfahrensschritten in der Fertigung beispielsweise eine manuelle Sichtprüfung mit schräg einfallendem Licht und mit einem Testobjekt geschehen, das taumelnde Bewegungen ausführt. Weiterhin kann eine auto­ matische Inspektion mit einer Zeilenkamera erfolgen, indem über das Objekt einmal hinweggescannt wird. Die Pixelanzahl der Zeile und die Bildbreite ergeben die Pixelauflösung je Zeileneinheit. Dies liegt typischerweise bei 40 µm.

Weiterhin ist die automatische Inspektion bei einem üblichen Scan-Vorgang bekannt. Dabei wird mit einer zweidimensional auflösenden Kamera die Oberfläche des Testobjektes abges­ cannt. Variationen in der Beleuchtung ermöglichen unter­ schiedlich hohe Auflösungen. Die Inspektion mit einer Laser­ abtastung nach unterschiedlichen Prinzipien ist eine weitere Methode aus dem Stand der Technik. Meist tastet dabei der Laserstrahl das Objekt ab, wobei sich Objekt und Laserstrahl mit hoher Geschwindigkeit relativ zueinander bewegen.

Das für die automatische Inspektion von Waferoberflächen aus­ sichtsreichste Verfahren aus dem Stand der Technik ist die automatische Inspektion mit einer zweidimensional auflösenden Kamera. Weiterhin wird jedoch auch die manuelle Sichtprüfung angewandt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für die Ferti­ gung ausreichend schnelle und zuverlässige Anordnung und ein Verfahren für die Prüfung von Oberflächen an Testobjekten zur Verfügung zu stellen, wobei gleichzeitig eine ausreichend ho­ he Auflösung erzielbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht jeweils durch den Gegens­ tand des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 3.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Inspek­ tion von Oberflächen eines Testobjektes eine Anordnung in ei­ nem Messkopf bestehend aus einer eindimensional auflösenden Zeilenkamera, einer Optik und einer Beleuchtung in Verbindung mit einem hoch auflösenden Positioniersystem eingesetzt wer­ den kann, wobei das Positioniersystem das Testobjekt relativ zu dem Messkopf mit der Zeilenkamera bewegt. Dabei ist insbe­ sondere vorgesehen, dass die gesamte Oberfläche des Testob­ jektes oder vorgegebene Bereiche davon von der schrittweise oder kontinuierlich einen Bildstreifen erzeugenden Kamera ab­ gefahren werden. Das Auslesen der Bildzeile bzw. der einzel­ nen Bildelemente der Bildzeile kann seriell oder parallel ge­ schehen. Für die Inspektion der Oberfläche des Testobjektes werden Messkopf und Testobjekt so langen mäanderförmig rela­ tiv zueinander bewegt, bis die gewählte Oberfläche vollstän­ dig abgerastert ist. Die hierdurch entstehenden Bildstreifen werden online ausgewertet oder zu einem Gesamtbild zusammen­ gesetzt und anschließend ausgewertet.

Es ist besonders vorteilhaft, als Optik ein Mikroskop einzu­ setzen. Dies ermöglicht bei herkömmlicher Beleuchtung die aufzufindenden Defekte in der Oberfläche eines Objektes mit­ besserer Auflösung darzustellen.

Zur vollständigen Untersuchung einer Oberfläche eines Objek­ tes wird ein Messkopf bzw. eine Zeilenkamera mit einem Objek­ tiv oder einem Mikroskop relativ zu dieser Oberfläche verfah­ ren. Dies geschieht durch die laterale Bewegung eines Objek­ tes, das auf einem Positioniersystem befestigt ist. Dieses Positioniersystem erfüllt hinsichtlich der für die Inspektion notwendigen Auflösung auf der Bildseite über eine entspre­ chend feine Rasterung bzw. Positionsbestimmung bei der late­ ralen Bewegung des Objektes. Der relative Verfahrweg zwischen Zeilenkamera und Objekt kann vorzugsweise mäanderförmig, spi­ ralförmig oder kreisförmig sein. Für kreisrunde Waferscheiben eignet sich am besten die spiralförmige oder kreisförmige Re­ lativbewegung. Zur Auswertung der gesamten Objektszene sind die hintereinander, aufgenommenen von der Zeilenkamera, de­ tektierten Bildstreifen Teile eines Gesamtbildes, das in ei­ ner Auswerteeinheit zusammengesetzt wird. Die Auswertung des Bildes hinsichtlich auftretender Oberflächenfehler kann gleichzeitig oder später anhand von vorgegebenen Kategorisie­ rungsmerkmalen erfolgen.

Zur Handhabung von verschiedenartig reflektierenden Oberflä­ chen, insbesondere von spiegelnden Oberflächen ist es vor­ teilhaft, unterschiedliche Beleuchtungsarten hinsichtlich Hellfeld, Dunkelfeld oder auch Durchlicht zur Verfügung zu haben.

Im folgenden werden anhand von schematischen Figuren Ausfüh­ rungsbeispiele beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Zeilenkamera, die in Bewegungsrichtung 2 relativ zum insgesamt aufzunehmenden Bildstreifen 1 hintereinander eine Vielzahl von Zeilen 5 auf der Ob­ jektoberfläche aufnimmt.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Gesamtbildes, welches durch mä­ anderförmiges Abfahren der Objektoberfläche entspre­ chend Fig. 1 und anschließendem Zusammensetzen der Bildstreifen zu einem Gesamtbild entsteht.

Fig. 3 zeigt eine aktuell aufgenommene Zeile 5, die hinter­ einander aufgenommen einen Ring auf einer Objektober­ fläche überstreicht.

Ein wesentlicher Vorteil beim Einsatz einer Zeilenkamera zur Inspektion von Objektoberflächen liegt in der vereinfachten deren Beleuchtung. Zusätzlich können bei gleicher Auflösung größere Proben analysiert werden als beim Einsatz einer zwei­ dimensional auflösenden Kamera. Somit stehen größere Strei­ fenbreiten zur Verfügung, um eine Analyse der Oberfläche ei­ nes Objektes zu bewerkstelligen. Mit einer zweidimensional auflösenden Kamera ist beispielsweise ein Ausschnitt mit 1000 × 1000 Pixel möglich bei 8k Pixeln × Auflösung je Pixel. Bei einer eindimensional auflösenden Zeilenkamera, die quer zur Längserstreckung der Zeile verfahren wird in Verbindung mit einem hoch auflösenden Positioniersystem für ein Objekt, ist beispielsweise eine Auflösung von 1 µm möglich, wenn bei­ spielsweise eine Zeile mit 8000 Bildelementen (8k Pixel) ein­ gesetzt wird und die Relativbewegung zwischen Objekt und Ka­ mera 10 mm/sec beträgt. Der weitere Vorteil besteht in der kontinuierlichen Bildaufnahme. Im Gegensatz dazu sind mit ei­ ner zweidimensionalen Kamera eine Mehrzahl von zur gegensei­ tigen Orientierung im Randbereich überlappten Einzelbilder notwendig.

Die Erfindung kann insbesondere für sämtliche Arten der opti­ schen Inspektion an Waferoberflächen verwendet werden.

Eingesetzt wird eine eindimensional auflösende Zeilenkamera mit beispielsweise 4000 oder 8000 Pixeln, ein hochgenau posi­ tionierbarer bzw. eine Objektposition einstellender Positio­ niertisch, eine Beleuchtung, eine Optik, insbesondere ein Mikroskop, das zwischen Kamera und Objekt positioniert ist und eine Bildverarbeitung zur Speicherung der aufgenommenen Daten sowie zur Analyse dieser Bilddaten. Die Analyse der Bilddaten kann gleichzeitig (online) oder nachträglich ge­ schehen. In Fig. 1 wird gezeigt, wie die zu inspizierende Oberfläche mit der Zeilenkamera 4 mäanderförmig entsprechend der vorgegebenen Bewegungsrichtung 2 aufgenommen wird. Dies kann entsprechend Fig. 3 auch kreisförmig geschehen, wobei mehrere Kreise mit unterschiedlichen Radien abgefahren wer­ den. Während des Scan-Vorganges wird das Objekt mit Hilfe ei­ ner Positioniervorrichtung präzise unter der Zeilenkamera be­ wegt.

In Fig. 1 wird dargestellt, dass die Kamera 4 beispielsweise ein Mikroskop vorgeschaltet hat, aktuell eine Zeile 5 auf­ nimmt und durch schrittweise bzw. kontinuierliche Aneinander­ reihung einer Vielzahl von Zeilen 5 ein Bildstreifen 1 aufge­ nommen wird. Dabei erstreckt sich die Breite einer Zeile 5 (Längserstreckung) in x-Richtung und die Breite einer Zeile 5 in y-Richtung (0 Bewegungsrichtung). Somit wird insgesamt ein Bildstreifen 1 durch Aneinanderreihung von Zeilen 5 erzeugt.

Fig. 2 zeigt am Anfang des Aufnahmevorganges eine bereites eingescannte Fläche. Der Bildstreifen 1, der zu detektieren ist, ist vorher definiert worden. Der Verfahrweg, d. h. die Bewegungsrichtung 2, in der die Bildstreifen 1 aufgenommen werden, liegt ebenfalls fest. Somit kann die gesamte vorbe­ stimmte Oberfläche eines Objektes detektiert werden.

Während eines Abtastvorganges wird die Bildstreifenposition des Streifenanfanges mit der Position des Positioniersystems verknüpft. Hierdurch ist die relative Zuordnung der Bild­ streifen 1 zueinander bekannt. Eine weitere Anwendung sieht vor, dass von einem Wafer nur die Hälfte eingescannt wird und der Träger des Wafers (Chuck), auf dem der Wafer aufliegt, wird vor einem zweiten Abtastvorgang um 180° gedreht. Somit wird insgesamt mit einachsiger Positionierung der gesamte Wa­ fer abgescannt.

Die Beleuchtung der Objektoberfläche kann eine Dauerbeleuch­ tung sein, bei spezifischen Anforderungen können jedoch auch Blitze eingesetzt werden. Zur Darstellung einer kreis- bzw. ringförmigen Abtastung wird in der Regel das Objekt in Rota­ tion versetzt. Die Entscheidung, welche Beleuchtungsart, Hellfeld, Dunkelfeld oder Durchlicht, verwendet wird, ist ab­ hängig von dem erzielbaren Kontrast auf der Objektoberfläche. Es soll beispielsweise bei der Inspektion eine Auflösung von 1 µm bei der Abbildung des Objektes auf einem Halbleiterchip vorliegen, so könnte beispielsweise das System mit 10 MHz entsprechend 10 Megapixeln pro Sekunde betrieben werden.

Claims (10)

1. Anordnung zur Inspektion von Objektoberflächen, bestehend aus:
einer eindimensional auflösenden Halbleiterkamera (4),
einer zwischen Objekt und Halbleiterkamera (4) befindli­ chen Optik,
einer Beleuchtungseinheit,
einem das Objekt tragenden hochauflösenden Positionier­ system,
wobei Objekt und Halbleiterkamera relativ zueinander verfahr­ bar und positionierbar sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Optik durch ein Mik­ roskop oder ein Objektiv dargestellt ist.

3. Verfahren zur Inspektion von Objektoberflächen unter Ver­ wendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei Halbleiterkamera (4), Optik und Beleuchtung derart mäanderförmig, spiralförmig oder kreisförmig, relativ zum Objekt verfahren werden, bis die Objektoberfläche oder vorbestimmte Teilflächen vollständig abgerastert sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei von der Halbleiterkamera nacheinander aufgenommene Bildstreifen (1) in einer Aus­ werteeinheit aktuell ausgewertet oder zu einem Gesamtwert zusammengesetzt und anschließend ausgewertet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei im Durchlicht, im Hellfeld oder im Dunkelfeld beleuchtet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-5, wobei die Ober­ fläche von Wafern inspiziert wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Positioniersystem entsprechend der Kamerabelichtung getriggert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Beleuchtung Blitze verwendet werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtung als Durchlichtbeleuchtung und/oder Auf­ lichtbeleuchtung dargestellt ist und die Auflichtbeleuch­ tung als Dunkelfeld- oder Hellfeldbeleuchtung ausgeführt ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Durchlichtbeleuchtung LEDs (lichtemittierende Dio­ den) verwendet werden.