DE102004029212A1

DE102004029212A1 - Vorrichtung und Verfahren zur optischen Auf- und/oder Durchlichtinspektion von Mikrostrukturen im IR

Info

Publication number: DE102004029212A1
Application number: DE102004029212A
Authority: DE
Inventors: Uwe Graf; Lambert Danner
Original assignee: Leica Microsystems CMS GmbH; Vistec Semiconductor Systems GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH; KLA Tencor MIE GmbH
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2024-06-17
Also published as: EP1756645A1; WO2005124422A1; DE102004029212B4; JP2008502929A; US20070247618A1; US8154718B2; CN101019061A

Abstract

Zur Untersuchung von mikrostrukturierten Proben z. B. eines Wafers (28) werden bislang meist Untersuchungseinrichtungen und -verfahren eingesetzt, die im visuellen bzw. UV-Auflichtverfahren arbeiten. Um die Einsatzmöglichkeiten dieser Einrichtungen zu erweitern, d. h. insbesondere Strukturdetails darzustellen, die im VIS bzw. UV infolge Nichttransparenz von Abdeckschichten oder Zwischenmaterialien nicht sichtbar sind, z. B. von beidseitig strukturierten Wafern, wird im Auflicht IR-Licht verwendet und gleichzeitig eine IR-Durchlichtbeleuchtung (52) geschaffen, die u. a. eine deutliche Kontrastverbesserung des IR-Bildes bietet. Damit kann die Probe gleichzeitig im IR-Auf- und/oder Durchlicht und im VIS-Auflicht dargestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtung zur optischen Inspektion von mikrostrukturierten Proben mit einem Probenhalter, auf den die Probe zur Inspektion aufgebracht werden kann sowie ein Verfahren zur optischen Inspektion von mikrostrukturierten Proben bei dem ein Probenhalter vorgesehen ist, auf den die Probe zur Inspektion aufgebracht wird und einer Beobachtungseinrichtung, insbesondere einem Mikroskop, mit der die Probe beobachtet wird.

Zur Inspektion der Oberfläche von mikrostrukturierten Proben, z.B. Wafern, Masken oder ein mikrostrukturierten Bauteilen auf einem Substrat, eignen sich insbesondere optische Vorrichtungen. So kann die Untersuchung der Oberfläche beispielsweise, wie aus der EP 455 857 bekannt ist, durch die Auswertung von Strahlen erfolgen, die von der Oberfläche des Wafers retroreflektiert werden.

Auch sind optische Vorrichtungen bekannt, die durch Bilderkennung verschiedenste Strukturen auf der Oberfläche der Probe eines Wafers erkennen lassen. Hierbei wird die Probe üblicherweise im Hellfeld beleuchtet und mit einer Kamera, etwa einer Matrix- oder Zeilenkamera, abgetastet.

Aus der US 6,587,193 ist weiterhin bekannt, die Oberfläche eines Wafers zu untersuchen, wobei eine Beleuchtung gewählt wird, die den Wafer in Form einer Line abtastet. Die Beleuchtungslinie wird so über die Oberfläche des Wafers geführt, dass ein zweidimensionales Bild erzeugt werden kann.

Aus der US 2003/0202178 A1 ist weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Wafers bekannt. Hierbei wird eine Beleuchtung so auf den Wafer eingestrahlt, dass eine Kante des Wafers getroffen wird. Damit kann die Kante des Wafers erfasst und von einer Bildverarbeitungseinheit verarbeitet werden. Fehler des Wafers können dann durch einen Vergleich des ermittelten Kantenbildes mit einem gespeicherten Vergleichsbild ermittelt werden.

Die bekannten Systeme zur Inspektion von Wafern sind nahezu ausschließlich für die Auflicht-Inspektion im visuellen oder UV-Bereich konzipiert und zur Inspektion von mikrostrukturierten Proben z.B. gekapselten oder eingebetteten Objekten oder beidseitig strukturierten Wafern sowie Stapelstrukturen aus mehreren Wafern im allgemeinen nicht oder nicht gut geeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannte Probeninspektionstechnik so weiterzubilden, dass sie auch zur Inspektion von gekapselten oder eingebetteten Objekten oder beidseitig strukturierten Wafern sowie Stapelstrukturen aus mehreren Wafern geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Inspektion von mikrostrukturierten Proben mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Inspektion von mikrostrukturierten Proben mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9 gelöst.

Erfindungsgemäß wird also eine Inspektionseinrichtung, insbesondere ein Mikroskop vorgeschlagen, das eine gleichzeitige oder getrennte Auf- und Durchlichtbeleuchtung der Proben im IR ermöglicht sowie zusätzlich eine visuelle Auflichtbeleuchtung bietet.

Um ein sehr kontrastreiches Bild zu erzielen weist in einer bevorzugten Ausführungsform die Auflichtbeleuchtung eine Auflichtquelle und eine Filtereinrichtung zum Filtern von Strahlung aus dem optischen Spektralbereich auf.

Als Beleuchtungseinrichtung für die Durchlichteinrichtung kann eine Lichtquelle eingesetzt werden, die eine Strahlung mit Bestandteilen aus dem infraroten Spektralbereich (IR) abgibt. Zusammen mit wechselbaren Filtern zur Wellenlängenselektion ist die gewünschte Wellenlänge wählbar. Das Licht wird bevorzugt über einen Lichtleiter in das System eingekoppelt. Mit dieser im Auf- und Durchlicht unterschiedlichen Beleuchtung wird es möglich, die Vorteile der IR-Beleuchtung mit denen der visuellen Auflichtbeleuchtung zu kombinieren. Im Durchlicht passiert die Probe nur IR-Licht an den Stellen, die dafür transparent sind. Dadurch entsteht ein sehr kontrastreiches Bild. Die gleichzeitig mögliche IR Auflichtbeleuchtung ermöglicht die Darstellung von Objekten, die infolge der Abschattwirkung von Metallisierungsschichten im Durchlicht nicht darstellbar sind. Es entsteht zusammen ein detailreiches, kontraststarkes Bild mit Strukturen, die im visuellen Auflicht infolge nicht vorhandenen Transparenz vieler Schichten gar nicht sichtbar sind. Zusätzlich steht aber das gewohnte visuelle Auflichtbild zur Orientierung zur Verfügung. Beide Bilder, d.h. das kombinierte Auf-/Durchlicht IR-Bild sowie das visuelle Auflichtbild können über einen wellenlängenselektiven TV-Doppelabgang gleichzeitig auf eine IR-Spezialkamera sowie eine normale visuelle Farb- oder S/W-CCD-Kamera abgebildet werden und über einen Rechner auf einen Monitor ausgegeben werden. Diese Funktionalität kann weiter verbessert werden, in dem die verwendeten Lichtwellenlängen einstellbar sind, wobei insbesondere wechselbare Filter für die Auf- und Durchlichtbeleuchtung eingesetzt werden.

Die Vorrichtung kann durch den Einsatz von schaltbaren Blenden im Strahlengang der Auf- und Durchlichtbeleuchtung weiter verbessert werden.

Die Erfassung der Bilder der Proben erfolgt in Abhängigkeit von der eingestellten Wellenlänge mit konventionellen Objektiven und Tubuslinsen oder über IR-Objektive, insbesondere über spezielle, entsprechend Probendicke korri gierbare IR-Objektive und sowie spezielle IR-Tubuslinsen.

Durch den Einsatz eines Autofokussystems zum Fokussieren auf die Probe, Wafer, Maske oder Substrat mit mikrostrukturiertem Bauteil lässt sich das Gesamtsystem automatisieren, was besonders im Inline-Einsatz bei der Produktion von Wafern vorteilhaft ist. Mit Hilfe eines PCs lassen sich die Bilder des Auf- und Durchlichtsystems so miteinander kombinieren, dass sie zusammen auf einem Ausgabegerät, insbesondere einem Monitor ausgegeben werden können.

Weitere Vorteile und eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden einzigen Figur sowie deren Beschreibungsteil.
Es zeigt
Fig. schematisch eine Waferinspektionseinrichtung im Überblick
Die einzige Figur zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen charakteristischen Aufbau einer Waferinspektionseinrichtung 10, insbesondere eines Mikroskops zur Beobachtung eines Wafers 28. Der Begriff Waferinspektionseinrichtung 10 soll jedoch nicht aks Beschränkung aufgefasst werden. Mit der Waferinspektionseinrichtung 10 können mikrostrukturierte Proben, wie z. B. Wafer, Masken oder mikrostrukturierte Bauteile (gekapselt oder ungekapselt) auf einem Substrat (in der Regel ein Halbleitertsubstrat), untersucht werden. Die Waferinspektionseinrichtung 10 weist eine Auflichtbeleuchtungseinrichtung 50 auf. Diese besteht im Wesentlichen aus einer Auflichtquelle 12 deren Licht direkt oder indirekt auf den Wafer 28 eingekoppelt werden kann. Hierzu kann der Auflicht-Lichtstrahl 11 durch einen Kollektor 14 geführt werden. Mit der anschließenden Anordnung eines oder mehrer wechselbarer Filter 16 lässt sich die zur Beleuchtung gewünschte Lichtwellenlänge aus dem optischen Spektralbereich filtern. Weiterhin kann eine schaltbare Blende 15 vorgesehen sein, um aus dem Auflicht-Lichtstrahl 11 den zur Beleuchtung des Wafers 28 gewünschten Teil zu selektieren. Über einen Teilerspiegel 18 kann der Auflichtlichtstrahl dann auf den Wafer 28 gerichtet werden, der in dem Substrathalter 26 fixiert ist. Selbstverständlich kann das Licht der Auflichtquelle 12 auch direkt, etwa mit Hilfe eines Lichtleiters eingekoppelt werden. Das von dem Wafer 28 reflektierte Licht wird mit einem konventionellen Objektiv 22, das auf einem Objektivrevolver 20 vorgesehen ist, erfasst und über eine wechselbare Tubuslinse 40 einer CCD-Kamera 44 zugeführt. Die auf diese Weise erzeugten Bilddaten werden in einer Recheneinheit, insbesondere einem PC 46 verarbeitet und mit einem Ausgabegerät, insbesondere einen Monitor 48 ausgegeben.
An der Unterseite des Wafers 28 ist erfindungsgemäß gleichzeitig ein Durchlichtbeleuchtung 52 vorgesehen, mit deren Hilfe der Wafer zusätzlich im Durchlicht beleuchtet werden kann. Diese Durchlichtbeleuchtung 52 weist eine Durchlichtquelle 38, einen Kollektor 36 und eine Filtereinrichtung 34 auf. Die Filtereinrichtung ermöglicht es, aus dem Licht der Durchlichtquelle 38 einen gewünschten IR-Spektralanteil zu filtern, der zur Durchlichtbeleuchtung des Wafers verwendet werden soll. Zum Einkoppeln des IR-Durchlichtes wird bevorzugt ein Lichtwellenleiter 32, etwa in Form eines Lichtwellenleiterbündels eingesetzt. Nachdem das IR-Durchlicht eine Zwischenoptik 33 passiert hat, kann es über einen Teilerspiegel 30 auf den Wafer 28 gerichtet werden. Üblicherweise ist dabei zwischen dem Teilerspiegel 30 und dem Wafer 28 ein Kondensor der mit einer schaltbaren Blende kombiniert ist, angeordnet.
Zum Erfassen des Bildes des Wafers 28, das durch das IR Durch- und Auflicht erzeugt wurde, kann ein spezielles IR-korrigiertes Objektiv 24 eingesetzt werden, das ebenfalls auf dem Objektivrevolver 20 positioniert ist und hierzu in den Strahlengang gedreht wird. Damit kann das Bild einer IR-Kamera 42 zugeführt und die damit erzeugten Daten an eine Recheneinheit, etwa den PC 46 weitergeleitet werden. Hier können die Daten wiederum aufbereitet und über den Monitor 48 ausgegeben werden.
Die Fokussierung des Wafers kann manuell oder automatisch über ein Autofokussystem erfolgen, was einen wesentlichen Beitrag zur vollständigen Automatisierung des gesamten Untersuchungsprozesses leistet.
Wie der Figur zu entnehmen ist, können die aus der IR Auf- und Durchlichtuntersuchung sowie der VIS Auflichtuntersuchung stammenden Daten einem speziellen, wellenlängenselektiven TV-Doppelausgang 41 zugeführt werden, der, wie gezeigt, mit einer visuellen CCD-Kamera und einer IR-Kamera bestückt ist. In dem PC 46 können beide Bilder so aufbereitet werden, dass sie entweder einzeln oder als Gesamtbild auf dem Monitor 48 dargestellt werden können. Gerade die Kombination der beiden Abbildungsverfahren ermöglicht es, innere Elemente des Wafers oder Strukturen auf der Unterseite strukturell zu erfassen und mit den aus der visuellen Auflichtbeleuchtung gewonnenen Daten zu kombinieren. So kann die Überwachung des Produktionsprozesses von Wafer oder den anderen erwähnten Proben deutlich gesteigert werden.

10: Waferinspektionseinrichtung
11: Auflicht-Lichtstrahl
12: Auflichtquelle
14: Kollektor
15: schaltbare Blende
16: Filter
18: Teilerspiegel
20: Objektivrevolver
22: VIS-Objektiv
24: IR-Objektiv
26: Probenhalter
28: Wafer
29: Kondensor
30: Teilerspiegel
32: Lichtleiter
33: Zwischenoptik
34: Filter
36: Kollektor
38: Durchlichtquelle
40: wechselbare Tubuslinse
41: wellenlängenselektiver TV-Doppelabgang
42: IR-Kamera
44: Vis-CCD-Kamera
46: PC
48: Monitor
50: Auflichtbeleuchtung
52: Durchlichtbeleuchtung

Claims

Vorrichtung zur Inspektion von mikrostrukturierten Proben, z.B. eines Wafers (28) mit einem Probenhalter (26), zum Halten der Probe, z.B. eines Wafers (28) und einer Auflichtbeleuchtung (50) zur Beleuchtung der Probe im Auflicht dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Durchlichtbeleuchtung (52) zum Beleuchten der Probe im Durchlicht vorgesehen ist.
Vorrichtung zur Inspektion einer mikrostrukturierten Probe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrostrukturierte Probe ein Wafer (28), eine Maske oder ein mikrostrukturiertes Bauteil auf einem Substrat ist.
Vorrichtung zur Inspektion einer mikrostrukturierten Probe, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Auflichtbeleuchtung (50) eine Auflichtquelle (12) und eine Filtereinrichtung (14) zum Filtern von Strahlung aus dem optischen Spektralbereich aufweist.
Vorrichtung zur Inspektion einer mikrostrukturierten Probe, nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlichtbeleuchtung (50) eine Durchlichtquelle (38) und eine Filtereinrichtung (34) zum Filtern von Strahlung aus dem infraroten Spektralbereich aufweist.
Vorrichtung zur Inspektion einer mikrostrukturierten Probe, nach einem der Ansprüche 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (16) der Auflichtbeleuchtung (50) und/oder der Filter (34) der Durchlichtbeleuchtung (52) wechselbar ist.
Vorrichtung zur Inspektion einer mikrostrukturierten Probe, nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlichtbeleuchtung (52) so angeordnet ist, dass sie von der Unterseite der Probe insbesondere mit einem Lichtleiter (32) eingekoppelt ist.
Vorrichtung zur Inspektion einer mikrostrukturierten Probe, nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Auflichtbeleuchtung (50) und/oder die Durchlichtbeleuchtung (52) schaltbare Blenden (15, 33) aufweist.
Vorrichtung zur Inspektion einer mikrostrukturierten Probe, nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Auflichtbeleuchtung (50) und/oder die Durchlichtbeleuchtung (52) ein Lichtleiterkabel (32) aufweist.
Verfahren zur Inspektion einer mikrostrukturierten Probe, mit einer Inspektionseinrichtung, die einen Probenhalter (26), auf den die Probe, z.B. der Wafer (28) zur Inspektion aufgebracht wird und einer Auflichtbeleuchtung (50) zur Beleuchtung der Probe, im Auflicht aufweist dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchlichtbeleuchtung (52) vorgesehen ist, mit der die Probe, gleichzeitig im Durchlicht beleuchtet wird.
Verfahren zur Inspektion einer mikrostrukturierten Probe, nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die mikrostrukturierte Probe ein Wafer (28), eine Maske oder ein mikrostrukturiertes Bauteil auf einem Substrat ist.
Verfahren zur Inspektion einer mikrostrukturierten Probe, nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Auflichtbeleuchtung mit einer Wellenlänge im visuellen und/oder IR Spektralbereich und die Durchlichtbeleuchtung im IR erfolgt.
Verfahren zur Inspektion einer mikrostrukturierten Probe, nach einem der Ansprüche 9 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildung abhängig vom eingestellten Wellenlängenbereich mit konventionellen Objektiven (22) und gegebenenfalls Tubuslinsen (40) oder über IR- Objektive (24), insbesondere speziell korrigierte IR-Objektive und gegebenenfalls spezielle IR-Tubuslinsen (40) erfolgt.
Verfahren zur Inspektion einer mikrostrukturierten Probe, nach einem der Ansprüche 9 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass eine Fokussierung der Probe, z.B. des Wafers (28) manuell oder über ein Autofokussystem erfolgt.
Verfahren zur Inspektion einer mikrostrukturierten Probe, nach einem der Ansprüche 9 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder der IR- Auf- und/oder Durchlichtbeleuchtung mittels eines wellenlängenselektiven TV-Doppelabganges (41) auf eine IR-Kamera (42) und die Bilder der visuellen Auflichtbeleuchtung auf eine VIS-CCD-Kamera (44) abgebildet werden.
Verfahren zur Inspektion einer mikrostrukturierten Probe, nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder der IR- Auf- und/oder Durchlichtbeleuchtung und die Bilder der VIS- Auflichtbeleuchtung einem PC (46) zugeführt und gleichzeitig dargestellt, insbesondere auf einem Monitor (48) dargestellt werden.