DE10131665A1

DE10131665A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Inspektion des Randbereichs eines Halbleiterwafers

Info

Publication number: DE10131665A1
Application number: DE2001131665
Authority: DE
Inventors: Werner Kroeninger; Franco Mariani
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Camtek Ltd
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2021-06-30
Also published as: DE10131665B4

Abstract

Durch eine automatische optische Abtastung des Randbereichs (3) eines Wafers, der auf eine um eine Drehachse (THETA) drehbare Haltevorrichtung (2) aufgelegt und zentriert ist, werden mittels einer Videokamera (5) und einer angeschlossenen Bildverarbeitung (10) Beschädigungen, wie Ausbrüche und Risse im Randbereich (3) festgestellt. In der automatischen Bildverarbeitung (10) sind Grenzwerte für Ausbrüche und Risse im Randbereich (3) vorgebbar. Die Ergebnisse sind dokumentierbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Inspektion des Randbereichs eines Halbleiterwafers.

Bei der Fertigung oder Prüfung von Halbleiterwafern wird deren Randbereich bis heute manuell und mit den Augen optisch inspiziert. Dieses manuelle optische Verfahren birgt Unsicherheiten und Fehlerquellen, selbst wenn die Waferkante mit einem Mikroskop in Augenschein genommen wird. Beschädigungen, wie Ausbrüche und Risse im Randbereich eines Wafers, sind unerwünscht und können zu Funktionsstörungen der auf dem Wafer integrierten Halbleiterschaltungen führen. Insbesondere beim Transport, unvorsichtiger Lagerung und während den den eigentlichen Integrationsprozessen folgenden Prozessen, wie zum Beispiel einer Rückseitenbearbeitung des Wafers können solche unerwünschten Beschädigungen auftreten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Inspektion des Waferrandes so anzugeben, dass die bei der bisher üblichen manuellen und optischen Inspektion auftretenden Unsicherheiten und Fehler vermieden werden können.

Kern der Erfindung ist eine automatische optische Abtastung des Waferrandes und über eine Bildverarbeitung die automatische Erkennung von Ausbrüchen und Rissen. Des Weiteren ist es möglich, über die Bildverarbeitung Grenzwerte für die Beschädigungen zu definieren. Ein erfindungsgemäßes die obige Aufgabe lösendes Verfahren zur Inspektion des Randbereichs eines Halbleiterwafers, ist gekennzeichnet durch folgende Schritte: Auflegen und Ausrichten des Wafers auf einer Haltevorrichtung, mit der der Wafer in einer x-y-Ebene verfahrbar und um eine auf der x-y-Ebene senkrecht stehende Drehachse drehbar ist; Zentrieren des Wafers, so dass ein Abschnitt seines Randbereichs in ein Sichtfenster einer Videokamera fällt; Drehen des Wafers um die Drehachse, so dass der gesamte Randbereich von der Videokamera abgetastet wird; automatische Auswertung der von der Videokamera während der Drehung des Wafers aufgenommenen Bilder des Randbereichs des Wafers und daraus Erfassung von Beschädigungen, insbesondere von Rissen, Ausbrüchen und/oder Kratzern mit einer automatischen Bildverarbeitung; und Anzeige und/oder Protokollierung erfasster Beschädigungen.

Dieses Verfahren wird dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die automatische Bilderkennung Koordinaten und Größen erfasster Beschädigungen ermittelt und zur Anzeige und/oder Protokollierung bringt.

Vorteilhafterweise teilt die automatische Bildverarbeitung die Beschädigungen in Kategorien ein. Somit sind zum Beispiel Risse im Randbereich einer Kategorie und Ausbrüche im Randbereich einer anderen Kategorie zugeteilt.

Weiterhin kann die Bildverarbeitung dafür eingerichtet sein, dass vorab definierte Grenzwerte für jede Kategorie von Beschädigungen gespeichert werden und zwar vorteilhafterweise spezifisch für jede Kategorie der erfassten Beschädigungen.

Die Grenzwerte können die Ausdehnung in x-y-Ebene und ihre Tiefe in der auf der Waferebene senkrecht stehenden Richtung betreffen.

Dann kann weiterhin das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft dazu ausgebildet sein, jede mit der automatischen Bildverarbeitung erfasste Beschädigung mit einem Kennmerkmal anzuzeigen und/oder zu protokollieren und mit einer Information zu versehen ob die Beschädigung einen entsprechenden Grenzwert einhält oder nicht.

Weiterhin vorteilhaft kann die Anzeige und/oder Protokollierung auch die Kategorie der Beschädigung umfassen.

Ein erfindungsgemäße Vorrichtung zur Inspektion eines Halbleiterwafers an seinem Randbereich, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung folgende Funktionseinheiten hat: eine Haltevorrichtung, zum Halten, Auflegen und Ausrichten des Halbleiterwafers und zum Verfahren desselben in einer x- y-Ebene und Drehung um eine auf der x-y-Ebene senkrecht stehende Drehachse, wobei der auf der Haltevorrichtung aufgelegte Wafer so ausricht- und zentrierbar ist, dass ein Abschnitt seines Randbereichs in ein Sichtfenster einer Videokamera fällt, eine Drehvorrichtung, um den Wafer um die Drehachse so zu drehen, dass der gesamte Randbereich von der Videokamera abtastbar ist und eine mit der Videokamera verbundene Auswerteeinheit, die eine automatische Bildverarbeitungseinheit aufweist zur automatischen Auswertung der von der Videokamera während der Drehung des Wafers aufgenommenen Bilder seines Randbereichs, um daraus Risse, Ausbrüche und/oder Kratzer im Randbereich zu erfassen und die erfassten Beschädigungen anzuzeigen und/oder zu protokollieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die dazu eingerichtete Vorrichtung haben den Vorteil, dass die Randzoneninspektion des Wafers, abgesehen vom Auflegen des Wafers und eventuell seiner Ausrichtung, weitgehend automatisch ohne menschliches Zutun ablaufen kann und dass die beim bislang üblichen manuell/optischen Inspektionsverfahren auftretenden Unsicherheiten vermieden sind und dadurch die Prozesssicherheit erhöht ist. Weiterhin bieten das erfindungsgemäße Verfahren und die dafür eingerichtete Vorrichtung den Vorteil, dass die Inspektionsergebnisse dokumentierbar sind.

Anhand der beiliegenden Zeichnung beschreibt die nachfolgende Beschreibung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichteten Vorrichtung.

Die Figuren der Zeichnung zeigen im einzelnen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Inspektionsvorrichtung im Aufriss mit aufgelegtem Halbleiterwafer und mit einer zur Inspektion verwendeten Videokamera mit angeschlossener Bildverarbeitung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf den in Fig. 1 auf die Haltevorrichtung aufgelegten Wafer und vergrößert drei Kategorien von Beschädigungen des Randbereichs.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Inspektion eines Halbleiterwafers 1 von der Seite und Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Halbleiterwafer 1 der zur Inspektion so zentriert wurde, dass ein Abschnitt seines Randbereichs 3 in ein Sichtfenster 4 einer Videokamera zu liegen kommt.
In Fig. 1 ist der etwa kreisrunde Halbleiterwafer 1 auf eine Haltevorrichtung 2 aufgelegt und ausgerichtet. Mit einer nicht gezeigten motorischen Vorrichtung kann die Haltevorrichtung 2 in einer x-y-Ebene (vgl. Fig. 2) verstellt und mit einer Drehvorrichtung 6 um eine auf dieser x-y-Ebene senkrecht stehende Achse θ gedreht werden. Der Wafer 1 wird durch die Verstellung der Haltevorrichtung 2 in der x-y-Ebene so zentriert, dass ein Abschnitt seines Randbereichs 3 in ein Sichtfenster 4 einer Videokamera 5 zu liegen kommt. Anschließend wird die Haltevorrichtung 2 mit dem daraufliegenden Wafer 1 durch die Drehvorrichtung 6 um die Drehachse θ so gedreht, dass der gesamte oder ein interessierender Abschnitt des Randbereichs 3 von der Videokamera 5 abgetastet werden kann. Es ist zu bemerken, dass der Wafer 1 entweder mit seiner Rückseite nach unten auf die Haltevorrichtung 2 aufgelegt oder auch mit seiner Vorderseite auf die Haltevorrichtung 2 aufgelegt werden kann, wobei letztere Maßnahme insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn der Wafer 1 zuvor einer Rückseitenbehandlung unterworfen worden ist. Bei einer solchen Rückseitenbehandlung können auch nach den eigentlichen Herstellungsprozessen der integrierten Halbleiterschaltungen auf dem Wafer 1 noch Risse 11, Ausbrüche 12 oder Kratzer 13 im Randbereich 3 des Wafers 1 auftreten.
Zur automatischen Erfassung derartiger Beschädigungen ist die Videokamera 5 mit einer Auswerteeinheit 10 verbunden, in der eine automatische Bildverarbeitung implementiert ist. Die während der Drehung des Wafers 1 um die Achse θ von der Videokamera 5 aufgenommenen Bilder des Randbereichs 3 des Wafers 1 werden mit Hilfe der in der Auswerteeinheit 10 implementierten Bildverarbeitung automatisch ausgewertet. Die Bildverarbeitung erfasst dabei alle im Randbereich 3 vorliegenden Risse 11, Ausbrüche 12 und Kratzer 13. Die Auswerteeinheit 10 umfasst eine nicht dargestellte Anzeige und/oder Protokolliervorrichtung, die die von der Bildverarbeitung erfassten Beschädigungen anzeigen und protokollieren kann.
Die automatische Bildverarbeitung kann zur Anzeige und/oder Protokollierung Koordinaten und Größe der Beschädigung ermitteln.
Für die automatische Bildverarbeitung können vorab die Beschädigungen in Kategorien eingeteilt werden. Beispielsweise bilden die Risse 11 eine Kategorie, die Ausbrüche 12 eine weitere Kategorie und die Kratzer 13 eine weitere dritte Kategorie.
Weiterhin sind vorab für die automatische Bildverarbeitung Grenzwerte für jede Kategorie von Beschädigungen festgelegt und in der Auswerteeinheit 10 abgespeichert. Dann ordnet die automatische Bildverarbeitung die eingespeicherten Grenzwerte spezifisch jeder Kategorie der Beschädigungen zu. Die Grenzwerte sind z. B. Parameter, die die Ausdehnung in der x-y-Ebene und die Tiefe der Beschädigungen betreffen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, dass jede mit der automatischen Bildverarbeitung erfasste Beschädigung mit einem Kennmerkmal angezeigt oder protokolliert werden kann, wobei ein solches Kennmerkmal angibt, ob die Beschädigung einen entsprechenden Grenzwert einhält oder nicht.
Weiterhin kann die Anzeige oder die Protokollierung der Beschädigungen auch die Kategorie der Beschädigung einbeziehen. Bezugszeichenliste 1 Wafer
2 Haltevorrichtung
3 Randbereich des Wafers
4 Sichtfenster der Videokamera
5 Videokamera
6 Drehvorrichtung
10 Auswerteeinheit mit automatischer Bildverarbeitung
11 Riss
12 Ausbruch
13 Kratzer
x, y Koordinatenrichtungen
θ Drehachse

Claims

1. Verfahren zur Inspektion des Randbereichs eines Halbleiterwafers, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Auflegen und Ausrichten des Wafers (1) auf einer Haltevorrichtung (2), mit der der Wafer (1) in einer x-y-Ebene verfahrbar und um eine auf der x-y-Ebene senkrecht stehende Drehachse (θ) drehbar ist;

- Zentrieren des Wafers (1), so dass ein Abschnitt seines Randbereichs (3) in ein Sichtfenster (4) einer Videokamera (5) fällt;

- Drehen des Wafers (1) um die Drehachse (θ), so dass der gesamte Randbereich von der Videokamera abgetastet wird;

- automatische Auswertung der von der Videokamera während der Drehung des Wafers (1) aufgenommenen Bilder des Randbereichs des Wafers und daraus Erfassung von Beschädigungen des Randes, insbesondere von Rissen (11), Ausbrüchen (12) und/oder Kratzern (13) mit einer automatischen Bildverarbeitung; und

- Anzeige und/oder Protokollierung erfasster Beschädigungen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Bildverarbeitung Koordinaten und Größen erfasster Beschädigungen ermittelt und zur Anzeige und/oder Protokollierung bringt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Art der Beschädigungen für die automatische Bildverarbeitung vorab in Kategorien eingeteilt wird und diese Kategorien gespeichert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vorab für die automatische Bildverarbeitung Grenzwerte für jede Kategorie von Beschädigungen festgelegt und gespeichert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die festgelegten und abgespeicherten Grenzwerte die Ausdehnung der Beschädigungen in der x-y-Ebene und die Tiefe der Beschädigungen betreffen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede mit der automatischen Bildverarbeitung erfasste Beschädigung mit einem Kennmerkmal angezeigt und/oder protokolliert wird, das angibt, ob sie einen entsprechenden Grenzwert einhält oder nicht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige und/oder Protokollierung auch die Kategorie der Beschädigung umfasst.

8. Vorrichtung zur Inspektion eines Halbleiterwafers an seinem Randbereich, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung folgende Funktionseinheiten hat:
eine Haltevorrichtung (2), zum Halten, Auflegen und Ausrichten des Halbleiterwafers (1) und zum Verfahren desselben in einer x-y-Ebene und Drehung um eine auf der x-y- Ebene senkrecht stehende Drehachse (θ), wobei der auf der Haltevorrichtung (2) aufgelegte Wafer (1) so ausricht- und zentrierbar ist, dass ein Abschnitt seines Randbereichs (3) in ein Sichtfenster (4) einer Videokamera (5) fällt,
eine Drehvorrichtung (6), um den Wafer um die Drehachse so zu drehen, dass der gesamte Randbereich (3) von der Videokamera (5) abtastbar ist und
eine mit der Videokamera (5) verbundene Auswerteeinheit (10), die eine automatische Bildverarbeitungseinheit aufweist zur automatischen Auswertung der von der Videokamera (5) während der Drehung des Wafers (1) aufgenommenen Bilder seines Randbereichs (3), um aus den Bildern Beschädigungen im Randbereich zu erfassen und die erfassten Beschädigungen anzuzeigen und/oder zu protokollieren.