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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inspektion eines Wafers, insbesondere
zur Detektion von Makrodefekten wie Belichtungsfehler, wobei zumindest
ein zu inspizierender Bereich der Waferoberfläche mit einer Strahlungsquelle
beleuchtet, mittels einer Kamera ein Bild dieses Oberflächenbereichs aufgenommen
und die Waferoberfläche
anhand des erhaltenen Bildes inspiziert wird, sowie ein Waferinspektionssystem
mit einer Strahlungsquelle zur Beleuchtung zumindest eines zu inspizierenden
Bereichs der Waferoberfläche
und mit einer Kamera zur Aufnahme eines Bildes dieses Oberflächenbereichs.
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Die
Inspektion von Wafern mit belichteter Resist-Schicht dient zur Fehlerdetektion
in der Halbleiterfabrikation. Beim Belichtungsprozess eines mit Resist
beschichteten Wafers werden Strukturen abschnittsweise auf die Resist-Schicht belichtet.
Die Kenngrößen der
Belichtung, wie Belichtungszeit, Belichtungsdosis, Fokus und Position,
müssen
sehr genau und stabil eingestellt werden, damit von belichtetem
Abschnitt zu belichtetem Abschnitt nur geringe Abweichungen auftreten,
die sich nicht auf die herzustellende Struktur auswirken. Ein Wafer
wird in der Regel erst nach der Entwicklung des Resist auf Fehlbelichtungen
untersucht. Fehlbelichtete Abschnitte weisen bei Inspektion zum
Teil sehr geringe Kontrastunterschiede gegenüber den korrekt belichteten
Abschnitten auf. Wird polychromatisch beleuchtet und beobachtet,
werden die Kontraständerungen
als Farbänderungen
wahrgenommen.
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Fehlbelichtungen
verursachen meist defekte Produkte. Ein Wafer mit defekter bereits
entwickelter Resist-Schicht kann aber durch ein Rework wieder verwendet
werden und somit die Ausbeute erhöhen. Es besteht somit ein hohes
Bedürfnis
nach einer zuverlässigen
Fehlerdetektion im Halbleiterherstellungsprozess.
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Ein
Verfahren und System zur optischen Inspektion einer Waferoberfläche sind
aus dem Patent US-6,292,260 B1 bekannt. Hier werden mehrere Strahlungsquellen
zur Beleuchtung der Waferoberfläche
verwendet, wobei mittels einer ersten Strahlungsquelle die Oberfläche mit
Hilfe eines halbdurchlässigen
Umlenkspiegels senkrecht von oben im Hellfeld bestrahlt wird, und
wobei zwei weitere im Winkel von 180° einander gegenüberliegend
angeordnete Strahlungsquellen nahe der Waferoberfläche angebracht
sind, die diese zur Erkennung von Kratzern und Partikeln unter geringem
Winkel im Dunkelfeld streifend beleuchten. Mittels einer senkrecht
auf die Waferoberfläche
gerichteten CCD-Kamera wird von der gesamten Waferoberfläche ausgehende Strahlung
detektiert, wobei die aufgenommenen Bilder zur Fehlerdetektion mit
einem optimalen Bezugsbild (nahezu fehlerfreie Strukturen) verglichen
werden.
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Bei
diesem bekannten Verfahren mit Beleuchtung der Waferoberfläche mit
großer
Apertur wird aus verschiedenen Bereichen der Waferoberfläche stammendes,
gebeugtes, gestreutes und reflektiertes Licht über verschiedene Raumwinkel
gemittelt. Aus diesem Grunde ist der Kontrastunterschied zwischen
belichteten Abschnitten auf der Waferoberfläche, die mit voneinander abweichenden
Belichtungs-Kenngrößen belichtet
wurden, sehr klein, so dass Fehler nur schwer detektiert werden
können.
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Aus
der US-5,777,729 ist ein weiteres Verfahren und eine weitere Vorrichtung
zur Waferinspektion bekannt, wobei die Waferoberfläche mittels
eines langgestreckten ausgedehnten Flächenstrahlers monochromatisch
beleuchtet wird. Auf Grund der Ausdehnung des Strahlers wird die
Waferoberfläche
diffus unter unterschiedlichsten Winkeln beleuchtet. Eine oder mehrere
CCD-Kameras detektieren die von der Oberfläche gestreute und reflektierte
Strahlung. Es wird bei der Struktur der Waferoberfläche ein Gittermodell
zugrunde gelegt, wobei höhere
Ordnungen der Beugungsstrahlung detektiert werden. Defekte in der
Struktur der Waferoberfläche
können durch
Vergleich des aufgenommenen Bildes mit einem optimalen Bezugsbild
(fehlerfreie Strukturen) ermittelt werden. Weiterhin wird zur Detektion
von störenden
Partikeln das Streulicht aufgenommen.
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Dieses
bekannte Waferinspektionsverfahren gestaltet sich jedoch aufwändig, da
eine große
Beleuchtungsquelle und viele Detektoren notwendig sind. Die Vielzahl
der Detektoren erfordert zudem einen hohen Rechenaufwand bei der
Auswertung der aufgenommenen Bilder zur Inspektion der Waferoberfläche. Auch
hier zeigt sich, dass die Kontrastinformationen der aufgenommenen
Bilder in der Praxis häufig
nicht ausreichen, alle Makrodefekte zuverlässig zu detektieren.
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Es
wurden zur Waferinspektion weiterhin eine koaxiale diffuse polychromatische
Beleuchtung mit einer flächigen
Faserbeleuchtung sowie eine seitliche polychromatische Schräglicht-Beleuchtung
mit einer Faserbeleuchtungsreihe eingesetzt. Es hat sich gezeigt,
dass die polychromatische Beleuchtung allein den durch die diffuse
Beleuchtung verursachten schwachen Kontrast nicht beseitigen kann,
und dass eine Schräglichtbeleuchtung
eher für
die Erkennung von Partikeln geeignet ist, jedoch nur bedingt zur
Erkennung von Belichtungsfehlern.
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Ein
von der Anmelderin vertriebenes System, Leica LDS3000 M, vereint
verschiedene Methoden zur Detektion von Mikro- und Makrodefekten auf Waferoberflächen. Hierzu
werden einzelne Flächen auf
dem Wafer, ebenso wie die gesamte Waferoberfläche, untersucht. Typische detektierte
Makrodefekte sind: Kratzer, Hot-Spots, Belichtungsfehler, wie unbelichtete
oder defokussiert belichtete Stellen, Partikel auf der Oberfläche sowie
globale Defekte, die zellenübergreifend
vorhanden sind und erst durch Untersuchung der gesamten Waferoberfläche sichtbar werden.
Das System verwendet eine Kombination aus Hell- und Dunkelfeldbeleuchtung.
Die erhaltenen Bilder werden mittels einer Bildverarbeitungssoftware
ausgewertet, wobei auch hier ein Vergleich mit einem fehlerfreien
Bezugsbild (Golden Image) zur Anwendung kommt. Die detektierten
Defekte werden anhand einer Wissens-Datenbank klassifiziert. Es hat sich
gezeigt, dass bei diesem bekannten System zur zuverlässigen Erkennung
von Belichtungsfehlern eine erhöhte
Kontrasterzeugung nötig
ist.
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Aufgabe
vorliegender Erfindung ist daher, ein Verfahren und ein System zur
Inspektion von Wafern, insbesondere zur Detektion von Makrodefekten wie
Belichtungsfehler, anzugeben, die es ermöglichen, Defekte und Fehler
auf der Waferoberfläche mit
ausreichendem Kontrast darzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird die Waferoberfläche
oder zumindest der zu inspizierende Bereich telezentrisch beleuchtet.
Mittels einer Kamera wird ein Bild dieser Oberflächenbereichs aufgenommen, und
das Bild wird anschließend
auf die gesuchten Defekte und Fehler hin inspiziert.
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Der
Begriff der Telezentrie spielt insbesondere in der berührungslosen
optischen Messtechnik eine Rolle und soll im folgenden erläutert werden.
Bei dieser Messtechnik wird das zu untersuchende Objekt mittels
objektseitig telezentrischen Objektiven abgebildet. Die Eigenschaft
solcher Objektive ist es, einen Gegenstand unabhängig von seiner Entfernung
immer mit der gleichen Größe abzubilden.
Bei der automatisierten, berührungslosen
Messung ist es in der Regel unmöglich,
die Prüflinge
immer wieder exakt von der gleichen Position aus zu messen. Dieser
Umstand hat zur Entwicklung der objektseitig telezentrischen Objektive
geführt.
Ein objektseitig telezentrischer Strahlenverlauf liegt vor, wenn
objektseitig die Hauptstrahlen achsparallel verlaufen. Wird ein Objekt
fester Größe mit einem
objektseitig telezentrischen Objektiv scharf abgebildet, so wird
ein defokusiertes Objekt derselben Größe zwar verschwommen, aber
ebenfalls in gleicher Größe abgebildet,
da sein Hauptstrahl objektseitig telezentrisch, d.h. parallel zur
optischen Achse, verläuft.
Dieses Ergebnis kann durch Verwendung eines beidseitig, also objekt- und
bildseitig, telezentrischen Objektivs noch verbessert werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen telezentrischen Beleuchtung
der Waferoberfläche
wird diese von parallel zueinander verlaufenden Strahlungsbüscheln beleuchtet.
Hierdurch wird an jedem Punkt des Objekts (Waferoberfläche) aus
der gleichen Raumrichtung und mit dem gleichen Raumwinkel beleuchtet. Da
nicht diffus beleuchtet wird, also auch nicht über verschiedene Raumrichtungen
gemittelt wird, wird eine Verbesserung des Kontrastunterschiedes
zwischen korrekt- und fehlbelichteten Abschnitten auf der Waferoberfläche erreicht.
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Es
ist von Vorteil, den Bildkontrast über Einstellung des Beleuchtungswinkels
weiter zu optimieren. Hierzu stehen zwei Parameter zur Verfügung, nämlich zum
einen der Beleuchtungswinkel in Bezug auf die Ebene der Waferoberfläche, zum
anderen der Beleuchtungswinkel in Bezug auf den Verlauf der Strukturen
auf der Waferoberfläche.
Diese Möglichkeit
der Kontrastoptimierung besteht bei der herkömmlichen Beleuchtung mit großer Apertur
(diffus) nicht.
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Es
hat sich gezeigt, dass eine Beleuchtung im Auflicht, vorzugsweise
bei einem Winkel in einem Bereich von 3° bis 90°, weiter vorzugsweise von 10° bis 85°, weiter
vorzugsweise von 15° bis
85°, weiter vorzugsweise
von 25° bis
80°, weiter
vorzugsweise von 45° +/– 10°, relativ
zur Waferoberfläche,
gute Kontrastunterschiede bringt. Die genaue Winkelwahl wird sinnvollerweise
dadurch getroffen, dass die Kontrastunterschiede zwischen korrekt-
und fehlbelichteten Waferabschnitten maximal werden.
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Weiterhin
hat sich gezeigt, dass sich hohe Kontrastunterschiede einstellen,
wenn im wesenlichen parallel zum Ver lauf einer auf der Waferoberfläche verlaufenden
Hauptstruktur beleuchtet wird. In der Regel ist die Waferoberfläche mit
meist zwei zueinander senkrecht verlaufenden parallelen Hauptstrukturen
bedeckt. Hohe Kontrastunterschiede erhält man, wenn die Projektion
der Büschelachsen
der telezentrischen Beleuchtungsstrahlung auf die Waferoberfläche parallel
zu einer der genannten Hauptstrukturen verläuft.
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Auch
hier gilt jedoch allgemein, dass der Beleuchtungswinkel relativ
zum Verlauf der Hauptstrukturen auf dem Wafer derart eingestellt
werden kann, dass sich maximale Kontrastunterschiede von fehl- zu
korrekt-belichteten Abschnitten einstellen.
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Es
kann vorteilhaft sein, die Waferoberfläche zusätzlich derart zu beleuchten,
dass eine Beobachtung im Dunkelfeld möglich ist. Hierzu ist es zweckmäßig, zwei
Bestrahlungsquellen unter kleinem Winkel (Streiflicht) auf die Waferoberfläche zu richten, wobei
die beiden Strahlungsrichtungen dieser Strahlungsquellen vorzugsweise
einen Winkel von 90° zueinander
einschließen
und auf denselben zu inspizierenden Bereich der Waferoberfläche gerichtet
sind. Diese zusätzliche
Dunkelfeld-Beobachtung kann im aufgenommenen Bild weitere wertvolle
Informationen über
Fehler und Defekte, wie Kratzer und Partikel, liefern.
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Hierbei
ist es vorteilhaft, wenn die Projektion der Strahlungsrichtung der
Dunkelfeldbestrahlungsquelle(n) auf die Waferoberfläche mit
einer auf dieser Waferoberfläche
verlaufenden Hauptstruktur einen Winkel von etwa 45° einschließt. Diese
Orientierung wirkt sich kontrasterhöhend auf zu detektierende Fehler
und Defekte aus.
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Es
ist weiterhin von Vorteil, wenn die Waferoberfläche zusätzlich im Hellfeld beleuchtet
wird. Dies kann alternativ oder zusätzlich zur oben erwähnten Dunkelfeldbeleuchtung
geschehen. Die zusätzliche Hellfeldbeleuchtung
kann im aufgenommenen Bild weitere wertvolle Informationen über Fehler,
wie Farbfehler oder Benetzungsfehler liefern.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist weiterhin von Vorteil, wenn die Kamera zur Aufnahme des zu inspizierenden
Bereichs der Waferoberfläche
mit einem (objektseitig und evtl. auch bildseitig) telezentrischen
Objektiv ausgestattet wird. Hierdurch kann jeder Objektpunkt unter
dem gleichen Beobachtungswinkel und dem gleichen Raumwinkel von
der Kamera erfasst werden. Dadurch wird das Rauschen im Kamerabild
reduziert. Es kann eine Flächenkamera
eingesetzt werden, die den zu untersuchenden Bereich der Waferoberfläche abbildet.
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Alternativ
kann die Kamera mit einem nicht-telezentrischen Objektiv (sog. entozentrisches Objektiv,
wie z.B. Normal-, Makro- oder Teleobjektiv) ausgestattet sein, wenn
der Arbeitsabstand sehr viel größer als
die Diagonale des Objektfeldes ist. Es lässt sich dann in der Praxis
und im Sinne dieser Anmeldung noch von einem objektseitigen telezentrischen
Strahlenverlauf sprechen.
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Die
von der Kamera aufgenommene Strahlung aus dem beleuchteten Bereich
der Waferoberfläche
setzt sich aus Strahlung zusammen, die an den Strukturen der Waferoberfläche gebeugt,
gestreut und reflektiert worden ist. Durch die erfindungsgemäße telezentrische
Beleuchtung wird jedem Punkt im Objektfeld auf der Waferoberfläche ein definierter
begrenzter Winkelvorrat angeboten, so dass die Charakteristik der
Beleuchtung sich von Abschnitt zu Abschnitt kaum unterscheidet.
Bei Verwendung eines telezentrischen Objektivs gilt für die Beobachtungsseite
das analoge. Durch dieses Vorgehen kann eine homogene Beleuchtungs-
und Beobachtungscharakteristik über
den zu untersuchenden Bereich der Waferoberfläche erzeugt werden, so dass fehlbelichtete
Abschnitte auf Grund hoher Kontrastdifferenz schnell erkennbar werden.
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Alternativ
zu einer monochromatischen Beleuchtung ist es zweckmäßig, eine
polychromatische Beleuchtung zu wählen, da in diesem Fall die
Informationen mehrerer Farben zur Detektion von Defekten und Fehlern
herangezogen werden können.
Hierzu können
eine polychromatische Lichtquelle, mehrere monochromatische Lichtquellen
räumlich
benachbart oder aber auch zeitlich sequentiell zum Einsatz kommen.
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Es
hat sich weiterhin gezeigt, dass Belichtungsfehler gut erkannt werden
können,
wenn die Kamera mit ihrer Achse im westenlichen parallel zur Flächennormalen
der Waferoberfläche
und auf den beleuchteten Bereich der Waferoberfläche gerichtet angeordnet wird.
Die Beobachtung erfolgt somit am Besten senkrecht von oben, während die
Beleuchtung schräg
im Auflicht erfolgt.
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Vorzugsweise
können
Wellenlängen
aus dem sichtbaren bis ultravioletten Bereich verwendet werden.
Wellenlängen
in diesem Bereich wechselwirken am stärksten mit den zu untersuchenden
Strukturen auf der Waferoberfläche.
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Es
erweist sich als vorteilhaft, als Strahlungsquelle einen punktförmigen Strahler
oder einen Flächenstrahler
geringer Ausdehnung, wie einen Lichtwellenleiter, zu verwenden,
wo bei zur Erzeugung telezentrischer Beleuchtung ein Linsensystem
vorgeschaltet wird. Bei Verwendung solcher Strahler geringer Ausdehnung
entstehen jeweils konvergierende Strahlungsbüschel, die einen geringen Öffnungswinkel,
also eine geringe Beleuchtungsapertur aufweisen. Diese geringe Beleuchtungsapertur
erweist sich zum Zwecke der Erfindung als nicht störend, so
dass im Sinne der Erfindung in ausreichendem Maße von einer telezentrischen
Beleuchtung gesprochen werden kann.
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Gegenstand
der Erfindung ist weiterhin ein Waferinspektionssystem mit einer
Strahlungsquelle zur Beleuchtung zumindest eines zu inspizierenden Bereichs
der Waferoberfläche
und einer Kamera zur Aufnahme eines Bildes dieses Oberflächenbereichs. Hierbei
ist die Strahlungsquelle zur Erzeugung telezentrischer Beleuchtung
ausgebildet.
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Wie
bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert, kann
die Strahlungsquelle derart ausgebildet sein, dass ein punktförmiger Strahler
oder ein Flächenstrahler
geringer Ausdehnung vorgesehen ist, wobei dem Strahler ein Linsensystem
zur Erzeugung telezentrischer Beleuchtung vorgeschaltet ist. Als
Strahler lässt
sich beispielsweise ein Lichtwellenleiter verwenden. Diese konkrete
Ausgestaltung der Strahlungsquelle garantiert eine im erfindungsgemäßen Sinne
telezentrische Beleuchtung.
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Bezüglich der
sich aus den Unteransprüchen ergebenen
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Waferinspektionssystems
und der sich daraus ergebenden Vorteile sei auf die Erläuterungen
der Erfindung im Zusammenhang mit dem besprochenen erfindungsgemäßen Verfahren
hingewiesen. Im übrigen
ergeben sich weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wafe rinspektionssystems
auch aus den nachfolgend erläuterten
Ausführungsbeispielen.
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Im
folgenden soll die Erfindung und ihre Vorteile anhand in den Figuren
dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden.
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1 zeigt
schematisch eine Strahlungsquelle mit Linsensystem zur Erzeugung
telezentrischer Beleuchtung, wobei 1A eine
Gesamtansicht und 1B eine Detailansicht
wiedergibt,
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2 zeigt
schematisch ein System zur Inspektion von Wafern zur Umsetzung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
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3 zeigt
sehr schematisch nochmals den prinzipiellen Aufbau des Waferinspektionssystems aus 2 in
einer Seitenansicht (3A) und einer Draufsicht
(3B).
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4 zeigt
wiederum sehr schematisch eine Waferinspektionseinrichtung gemäß 2 mit
zusätzlichen
Beleuchtungsquellen für
die Beobachtung im Hellfeld sowie im Dunkelfeld (4A),
wobei 4B eine Draufsicht darstellt.
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1 zeigt
das Grundprinzip der erfindungsgemäßen telezentrischen Beleuchtung
einer Objektebene 5, die im konkreten Anwendungsfall eine
Waferoberfläche
darstellt. Als Strahlungsquelle 22 wird in diesem Ausführungsbeispiel
ein Flächenstrahler geringer
Ausdehnung, wie ihn ein Lichtwellenleiter darstellt, verwendet.
Mittels eines Linsensystems 2 (kollimierende Optik), das
hier nur schematisch dargestellt ist, werden parallel verlaufende
Strahlenbüschel 3 mit
geringer Beleuchtungsapertur 4 erzeugt. Die Strahlenbüschel 3 treffen
auf die Objektebene 5, so dass jeder Punkt dieser Objektebene
aus der gleichen Raumrichtung und mit dem gleichen Raumwinkel beleuchtet
wird.
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Der
in 1A durch einen gepunkteten Kreis markierte
Bereich ist in 1B vergrößert wiedergegeben.
Die parallel verlaufenden Strahlenbüschel sind wieder mit 3 gekennzeichnet.
In der Detailansicht ist klar zu erkennen, dass die Achsen 6 der Strahlenbüschel 3 parallel
zueinander verlaufen. Die Beleuchtungsapertur 4 stimmt
in dieser Detailansicht mit der Beleuchtungsapertur 4 aus 1A überein. Durch
die geringe Beleuchtungsapertur 4 ist gewährleistet,
dass keine diffuse Beleuchtung der Objektebene 5 oder eine
solche mit großen
Aperturen erfolgt.
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2 zeigt
schematisch ein System 21 zur Inspektion eines Wafers 16.
Bei der Herstellung solcher Wafer durchläuft dieser mehrere Herstellungsschritte,
bei denen verschiedene Schichten auf die Oberfläche aufgebracht werden, die
häufig
zum Teil wieder entfernt werden, um insgesamt eine Struktur auszubilden,
die einen bestimmten elektrischen Schaltkreis realisiert. Die Herstellungsschritte
schließen
neben dem Aufbringen von Schichten das Ätzen, die Ionenimplantation,
Diffusionsprozesse, Metallisierungen, etc. ein. Zur Ausbildung einer
strukturierten Schicht wird ein Fotolithographieverfahren eingesetzt,
bei dem die Waferoberfläche
mit einem Fotoresist gleichmäßig beschichtet
wird. Die Fotoresistschicht wird mit einer Maske belichtet. Die
belichteten Fotoresist-Abschnitte verändern ihre chemischen Eigenschaften,
so dass durch den anschließenden Schritt
der Entwicklung entsprechende Fotoresist-Abschnitte von der Oberfläche entfernt
werden können.
Es verbleibt die gewünschte
Fotore siststruktur. Es können
sich nun verschiedene Fabrikationsschritte anschließen, bei
denen die Oberfläche
verschiedenen chemischen Behandlungen, Ionenimplantationen, Metallbeschichtungen, Ätzprozessen und
dergleichen unterzogen wird, ohne die unterhalb der Fotoresiststruktur
liegenden Schichten zu beeinflussen. Anschließend wird die Fotoresistschicht
entfernt und der Wafer gesäubert.
Weitere Fotolithographieschritte und Fabrikations-Schritte können sich anschließen.
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Während des
gesamten Herstellungsprozesses ist die Waferoberfläche in eine
Vielzahl von Zellen (Dies) unterteilt, die jeweils identische Fabrikationsschritte
durchlaufen. Nach deren Abschluß werden
die einzelnen Zellen durch Schneiden des Wafers isoliert und bilden
die Basis sogenannter Chips.
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Belichtungsfehler
verursacht durch eine fehlerhafte Belichtungszeit, Belichtungsdosis
oder fehlerhaften Fokus, verursachen sogenannte Makrodefekte, die
in der Regeln zu einem fehlerhaften Produkt führen. Daher wird die Waferoberfläche in der Regel
nach Entwicklung der Fotoresist-Schicht auf Defekte untersucht.
Eine fehlbelichtete Schicht kann nämlich zu diesem Zeitpunkt wieder
abgetragen und der Wafer einem erneuten Fotolithographie-Prozess zugeführt werden.
Durch dieses Rework kann der Ausschuss erheblich gesenkt werden.
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Ein
System zur Detektion solcher Belichtungsfehler ist in 2 mit 21 bezeichnet.
Dieses System 21 weist im Wesentlichen eine Strahlungsquelle 22 zur
Beleuchtung der Waferoberfläche 17 und
eine Kamera 23 zur Aufnahme eines Bildes dieser Waferoberfläche 17 auf,
wobei das erhaltene Bild anschließend auf mögliche Defekte hin inspiziert wird.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist das Inspektionssystem 21 in den Herstellungsprozess
eines Wafers 16 integriert, wobei der Wafer 16 nach
jedem Entwicklungsschritt im Fotolithographie-Prozess in das Inspektionssystem 21 transferiert
werden kann. Hierzu wird der Wafer 16 automatisch auf eine
Auflage 18 gebracht, auf der er zweckmäßigerweise mittels Vakuumansaugung
in seiner Position festgehalten wird. Während der Inspektion befindet
sich der Wafer 16 sinnvollerweise in einem geschlossenen Raum 20,
der Reinraumanforderungen genügt.
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Die
in 2 dargestellte Strahlungsquelle 22 umfasst
in einer vorteilhaften Ausführung
einen Lichtleiter 12 zur Zuführung von Strahlungsenergie sowie
ein Linsensystem 11 zur Erzeugung telezentrischer Beleuchtung.
Lichtleiter 12 und Linsensystem 11 sind mit einem
Anschlussstück 13 gekoppelt.
Bei dem eigentlichen Strahler handelt es sich um einen – wie in 1A dargestellten – Flächenstrahler geringer Ausdehnung,
der zur Erzeugung telezentrischer Beleuchtung mittels des Linsensystems 11 verwendet
wird. Die telezentrischen Strahlenbüschel sind mit 14 bezeichnet.
Die Strahlungsquelle 22 ist auf einem Winkelschieber 15 verschiebbar
angeordnet, so dass in Bezug auf die Ebene der Waferoberfläche 17 ein
geeigneter Beleuchtungswinkel eingestellt werden kann, um die erforderlichen
Bildkontraste optimal einstellen zu können.
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Das
Kamerasystem 23 umfasst im wesentlichen eine Kamera 7,
wobei der Begriff Kamera jeglichen geeigneten optischen Detektor
oder jegliche geeignete Bilderfassungseinrichtung meint. Bei der Kamera 7 handelt
es sich geeigneterweise um einen zeilen- oder matrixförmigen Bildaufnehmer
(z. B. CCD oder CMOS), wobei Monochrom- oder Farbkameras zum Einsatz
kommen können.
Die Kamera 7 weist zweckmäßigerweise ein (zumindest objektseitig)
telezentrisches Objektiv auf. Über
eine Datenleitung 8 werden die Bilddaten der Kamera 7 pixelweise ausgelesen,
so dass die erhaltene Bildinformation mittels eines Graustufenbildes
dargestellt werden kann. Bei Verwendung polychromatischer Beleuchtung
erhält
man für
jede detektierte Farbe ein solches Graustufenbild.
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Die
Verwendung eines telezentrischen Objektivs hat den Vorteil, dass
jeder Objektpunkt auf der Waferoberfläche 17 aus der gleichen
Raumrichtung und unter dem gleichen Raumwinkel detektiert wird, so
dass sowohl die Beleuchtungscharakteristik als auch die Beobachtungscharakteristik über den
gesamten zu inspizierenden Bereich der Waferoberfläche 17 homogen
ist. Hierdurch sind ideale Vorraussetzungen hierfür gegeben,
Defekte im untersuchten Bereich zuverlässig erkennen zu können.
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Alternativ
ist auch die Verwendung eines nicht-telezentrischen Objektivs 9 als
Kameraobjektiv möglich,
dessen Arbeitsabstand viel größer als
die Diagonale des Objektbereichs ist. Wie in 2 gezeigt,
ist ein solches Objektiv 9 auch zweckmäßig, da nur kleine Raumwinkel
abgenommen werden, wie der Abbildungsstrahlengang 10 illustriert.
Bei Verwendung eines telezentrischen Objektivs 24 (vgl. 3)
entsteht ein paralleler Abbildungsstrahlengang.
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Zur
Auswertung des erhaltenen Bildes können bekannte Verfahren der
Bildverarbeitung und Mustererkennung herangezogen werden, wie etwa der
Vergleich des aufgenommenen Bildes mit einem Idealbild („Golden
Image"). Mit dem
hier vorge stellten System können
bestimmte Bereiche der Waferoberfläche 17 sukzessive
inspiziert werden, es ist aber auch möglich, die gesamte Waferoberfläche global zu
inspizieren.
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Das
hier dargestellte Inspektionssystem 21 nutzt die Vorteile
der erfindungsgemäßen telezentrischen
Beleuchtung zur Abbildung des zu inspizierenden Objektes, wodurch
sich für
die Fehlerdetektion optimale Kontrastunterschiede zwischen fehlerfreien Abschnitten
auf der Waferoberfläche 17 und
solchen insbesondere mit Makrodefekten ergeben. Das erfindungsgemäße Verfahren
und System eigenen sich insbesondere für die Detektion von Belichtungsfehlern
bei der Waferherstellung.
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3A zeigt in stark schematisierter Seitenansicht
im wesentlichen das bereits in 2 dargestellte
erfindungsgemäße Waferinspektionssystem 21,
wobei die hier verwendete Kamera 7 ein (zumindest objektseitig)
telezentrisches Objektiv 24 aufweist. Der entsprechende
parallele Abbildungsstrahlengang ist mit 10 bezeichnet.
Die telezentrische Strahlungsquelle ist wiederum mit 22 bezeichnet.
Der Wafer 16 liegt auf einer drehbaren Auflage 18 (angedeutet
durch den kreisförmigen
Pfeil), die in x- und y-Richtung mittels eines x-, y-Scanningtisches 19 (vgl. 2)
verschoben werden kann.
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Alle übrigen Bestandteile
des Waferinspektionssystems gemäß 3 stimmen
mit denen des in 2 gezeigten Systems überein und
sollen daher im Folgenden nicht weiter besprochen werden.
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3B zeigt eine Draufsicht auf das in 3A gezeigte System 21, wobei
diese Darstellung auch für
eine Draufsicht auf das in 2 dargestellte System
gültig
ist. Dargestellt ist der Wafer 16 und die auf der Waferoberfläche 17 verlaufenden
Hauptstrukturen 27. Die einzelnen Zellen (Dies), die durch
diese Hauptstrukturen 27 gebildet sind, sind mit 30 bezeichnet.
Diese Zellen 30 werden im späteren Verarbeitungsprozess
zu Chips verarbeitet. Wie aus 3B ersichtlich,
verläuft
die Projektion der Achse der Strahlenbüschel 14 der telezentrischen
Strahlungsquelle 22 auf die Waferoberfläche 17 im wesentlichen
parallel zu einer der Hauptstrukturen 27 auf der Waferoberfläche 17 (in
diesem Fall zu den waagrecht gezeichneten Hauptstrukturen). Die
Kamera 7 ist in dieser Ausführungsform senkrecht über der
Waferoberfläche 17 und
auf den zu inspizierenden Bereich gerichtet. Es hat sich gezeigt,
dass bei dieser Anordnung von Beleuchtungs- und Beobachtungsrichtung
Makrodefekte im zu inspizierenden Bereich mit hohem Kontrast abgebildet
werden.
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Es
ist zweckmäßig, wenn,
wie in 3B gezeigt, die telezentrische
Strahlungsquelle 22 sowohl in ihrer Strahlungsrichtung
bezüglich
der Hauptstrukturen 27 auf der Waferoberfläche 17 verschiebbar
ist (in einer Ebene parallel zur Waferoberfläche 17), als auch
zur Einstellung des Beleuchtungswinkels in Bezug auf die Waferoberfläche 17 (vgl. 3A und 2).
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4 zeigt
wiederum in stark schematisierter Form ein Waferinspektionssystem 21 gemäß 3,
so dass auf das in 3 dargestellte erläuterte System
voll inhaltlich verwiesen werden kann. In einer ersten Ausgestaltung
zeigt das System gemäß 4 eine
zusätzliche
Hellfeld-Bestrahlungsquelle 28.
In einer zweiten Ausgestaltung zeigt dieses System zwei zusätzliche
Dunkelfeld- Bestrahlungsquellen 25 und 26.
Der Einfachheit halber sind beide Ausgestaltungen in 4 in
Kombination dargestellt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass
jede der beiden Ausgestaltungen in gleicher Weise für sich genommen
ohne die jeweils andere Ausgestaltung in dem Waferinspektionssystem
implementiert sein kann.
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Die
Strahlung der Hellfeld-Bestrahlungsquelle 28 wird über einen
halbdurchlässigen
Strahlenteiler 29 senkrecht auf den zu inspizierenden Bereich der
Waferoberfläche 17 gelenkt.
Diese zusätzliche Beobachtung
im Hellfeld kann unter Umständen
zur Detektion von Fehlern wie Farb- oder Benetzungsfehler, sinnvoll
sein, wenn diese mit der erfindungsgemäßen telezentrischen Beleuchtung
allein nicht detektiert werden können.
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Die
beiden Dunkelfeld-Bestrahlungsquellen 25 und 26 sind,
wie in der Draufsicht der 4B dargestellt,
bezüglich
ihrer Beleuchtungsrichtung in einem Winkel von 90° zueinander
angeordnet. Hierdurch kann jede der beiden Dunkelfeld-Bestrahlungsquelle 25 und 26 die
auf der Waferoberfläche 17 verlaufenden
Hauptstrukturen 27 unter einem Winkel von 45° beleuchten.
Bezüglich
der Waferoberfläche 17 erfolgt
die Dunkelfeldbeleuchtung unter schrägen oder streifenden Einfall
(siehe 4A). Es hat sich gezeigt, dass
die Beobachtung im Dunkelfeld Defekte wie Kratzer oder Partikel
auf der Waferoberfläche mit
hohem Kontrast bei den hier gewählten
Bedingungen darstellen kann.
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- 1
- Strahler,
Lichtwellenleiter
- 2
- Linsensystem
- 3
- Strahlenbüschel
- 4
- Beleuchtungsapertur
- 5
- Objektebene
- 6
- Achsen
der Strahlenbüschel
- 7
- Kamera
- 8
- Datenleitung
- 9
- Objektiv
der Kamera
- 10
- Abbildungsstrahlengang
- 11
- Linsensystem
- 12
- Lichtleiter
- 13
- Anschlussstück
- 14
- Strahlenbüschel
- 15
- Winkelschieber
- 16
- Wafer
- 17
- Waferoberfläche
- 18
- Auflage
- 19
- x-,
y-Scanningtisch
- 20
- Raum
- 21
- Inspektionssystem
- 22
- Strahlungsquelle
- 23
- Kamerasystem
- 24
- telezentrisches
Objektiv der Kamera
- 25
- Dunkelfeld-Bestrahlungsquelle
- 26
- Dunkelfeld-Bestrahlungsquelle
- 27
- Hauptstruktur
auf Waferoberfläche
- 28
- Hellfeld-Bestrahlungsquelle
- 29
- Strahlteiler
- 30
- Zelle
(Die)