DE102006009593A1

DE102006009593A1 - Vorrichtung zur Aufnahme von mehreren Bildern von scheibenförmigen Objekten

Info

Publication number: DE102006009593A1
Application number: DE102006009593A
Authority: DE
Inventors: Thomas Iffland; Markus Schnitzlein
Original assignee: Vistec Semiconductor Systems GmbH; Chromasens GmbH
Current assignee: Chromasens GmbH; KLA Tencor MIE GmbH
Priority date: 2005-10-01
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2026-03-03
Also published as: JP2009510426A; DE102006009593B4; US20090237653A1; WO2007039559A1

Abstract

Es ist eine Vorrichtung zur Aufnahme von mehreren Bildern von scheibenförmigen Objekten (6) offenbart, die mit mindestens zwei Beleuchtungseinrichtungen (8) versehen ist, die derart ausgestaltet sind, dass das von den Beleuchtungseinrichtungen (8) ausgehende Licht spektral unterschiedlich ist. Eine einzige Aufnahmeeinrichtung (12) ist in Bezug auf das scheibenförmige Objekt (6) angeordnet, so dass die Aufnahmeeinrichtung (12) mehrere spektral unterschiedliche Bilder des scheibenförmigen Objekts (6) gleichzeitig aufnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme von mehreren Bildern von scheibenförmigen Objekten. Im Besonderen betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Aufnahme von mehreren Bildern von scheibenförmigen Objekten, mit mindestens zwei Beleuchtungseinrichtungen, die derart ausgestaltet sind, dass das von den Beleuchtungseinrichtungen ausgehende Licht spektral unterschiedlich ist.

Die Patentanmeldung DE 103 37 727 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Qualitätsprüfung von Objekten mit vorzugsweise kreisförmig umlaufendem Rand, wobei Licht auf den Rand des Objektes gerichtet wird und das von dem Objekt infolge von Reflexion, Brechung und/oder Beugung ausgehende Licht mittels einer Messeinrichtung detektiert wird. Anhand der detektierten Bildsignale werden Defekte an und/oder in dem Objekt ermittelt.

Die Patentanmeldung DE 103 30 006 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Inspektion eines Wafers. Es sind zumindest zwei Auflicht-Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen, die einen jeweils einen Beleuchtungs-Lichtstrahl abstrahlen, der schräg auf die Oberfläche eines zu inspizierenden Wafers einfällt und jeweils eine Beleuchtungsachse festlegt.

Eine Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen eines Bildes der Oberfläche in einer Dunkelfeld-Anordnung sowie eine Wafer-Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen des Wafers unter einer vorgebbaren Orientierung, auf dessen Oberfläche linienförmig verlaufende Strukturen ausgebildet sind. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Beleuchtungsachsen senkrecht zueinander ausgerichtet sind und die Vorrichtung so ausgelegt ist, dass eine Projektion der jeweiligen Beleuchtungsachse auf die Oberfläche des Wafers im Wesentlichen senkrecht zu den jeweiligen linienförmigen Strukturen auf der Oberfläche des Wafers ausgerichtet ist.

Die Patentanmeldung DE 102 39 548 A1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Inspektion eines Objekts, mit einem bezüglich einer Abbildungsoptik ausgebildeten Hellfeld-Beleuchtungsstrahlengang einer Hellfeld-Lichtquelle, mit einem bezüglich der Abbildungsoptik ausgebildeten Dunkelfeld-Beleuchtungsstrahlengang einer Dunkelfeld-Lichtquelle, wobei das Objekt mit der Abbildungsoptik auf mindestens einen Detektor abbildbar ist und wobei das Objekt von den beiden Lichtquellen simultan beleuchtet ist. Zur simultanen Detektion von Hellfeld- und Dunkelfeldbildern und ohne aufwändige Filteroperationen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das Verfahren zur Inspektion eines Objekts derart ausgebildet, dass das zur Dunkelfeldbeleuchtung dienende Licht gepulst ist und dass die Pulsintensität des zur Dunkelfeldbeleuchtung dienenden Lichts um mindestens eine Größenordnung größer ist als die auf ein Pulsintervall bezogene Intensität des zur Hellfeldbeleuchtung dienenden kontinuierlichen Lichts.

Die Patentanmeldung DE 199 46 520 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Auffinden und zur Kategorisierung von Oberflächenfehlern eines zulaufenden Bandmaterials. Dazu ist eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung einer Beleuchtungsfläche vorgesehen und eine Kameraanordnung dient zur Aufnahme eines Bildes der Inspektionsfläche. Eine Rechen- und Steuerungseinrichtung umfasst wenigstens eine Matrixkamera. Das Inspektionsflächenbild ist in mindestens zwei getrennt auswertbare Bildabschnitte unterteilt.

Die Patentanmeldung DE 100 30 772 A1 Die Erfindung betrifft eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Beleuchtung, insbesondere Auflichtbeleuchtung bei Mikroskopen. Um die optische Achse ist ein Ringträger zur Aufnahme von Beleuchtungsmitteln orientiert. Erfindungsgemäß sind die Beleuchtungsmittel im Ringträger befindliche lichtemittierende Halbleiterdioden (LED), wobei die Hauptstrahlrichtung der Halbleiterdioden, die über einen relativ kleinen Abstrahlwinkel verfügen, zur optischen Achse des Systems hin gerichtet bzw. geneigt ist. Als Dioden kommen Weißlicht-LEDs zum Einsatz, welche bevorzugt in mindestens zwei konzentrischen Ringreihen innerhalb des Ringträgers fixiert werden. Benachbarte LEDs sind zu Gruppen zusammengeschaltet und werden über eine steuerbare Konstantstromquelle betrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der gleichzeitig mehrere Aufnahmen eines scheibenförmigen Substrats von einem einzigen Ort aufgenommen werden sollen.

Die objektive Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Es ist von Vorteil, wenn eine einzige Aufnahmeeinrichtung in Bezug auf das scheibenförmige Objekt angeordnet ist, so dass die Aufnahmeeinrichtung mehrere, spektral unterschiedliche Bilder des scheibenförmigen Objekts gleichzeitig aufnimmt.

Die zwei Beleuchtungseinrichtungen sind bezüglich dem scheibenförmigen Objekt derart angeordnet, dass sie ein und denselben Bereich auf der Oberfläche des scheibenförmigen Objekts beleuchten. Dabei ist eine erste der zwei Beleuchtungseinrichtungen in Hellfeldanordnung in Bezug auf den beleuchteten Bereich angeordnet, und eine zweite der zwei Beleuchtungseinrichtungen ist in Dunkelfeldanordnung angeordnet.

Die erste Beleuchtungseinrichtung in Hellfeldanordnung umfasst eine schmalbandige Blaubeleuchtung und die zweite Beleuchtungseinrichtung in Dunkelfeldanordnung umfasst eine schmalbandige Rotbeleuchtung.

Eine Aufnahmeeinrichtung ist vorgesehen, die den von den Beleuchtungseinrichtungen gleichzeitig beleuchteten Bereich auf der Oberfläche des scheibenförmigen Objekts aufnimmt. Dabei ist die Aufnahmeeinrichtung eine CCD-Farbkamera, die mit flächig oder zeilenförmig angeordneten Pixeln versehen ist. Die einzelnen Pixel der CCD-Farbkamera sind mit Filterbeschichtungen versehen, so dass Farbkanäle getrennt für rotes, blaues oder grünes Licht empfindlich sind, und dass sie rotes, blaues bzw. grünes Licht in jeweils breiten Wellenlängenbändern registrieren. Der blaue Farbkanal registriert ein Hellfeldbild und der rote Farbkanal ein registriert Dunkelfeldbild.

Es kann eine dritte Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein, die das scheibenförmige Objekt mit Licht einer Wellenlänge beleuchtet, die sich von den Wellenlängen der ersten und der zweiten Beleuchtungseinrichtung unterscheidet. Die dritte Beleuchtungseinrichtung kann dabei grünes Licht aussenden. (Die Farben sind frei kombinierbar – blau → Hellfeld, rot → Dunkelfeld oder umgekehrt, auch Kombinationen mit grün sind denkbar) Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Aufnehmen der Oberfläche eines scheibenförmigen Objekts gemäß der gegenwärtigen Erfindung;
2 eine schematische Darstellung der spektralen Verteilung des Lichts von der ersten Beleuchtungseinrichtung;
3 eine schematische Darstellung der spektralen Verteilung des Lichts von der zweiten Beleuchtungseinrichtung;
4 eine schematische Darstellung der von der Aufnahmeeinrichtung registrierten Intensitäten;
5 eine vergrößerte Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung, wobei die Beleuchtungseinrichtung aus einer LED-Zeile besteht, und
6 eine vergrößerte Darstellung des Sensors der Aufnahmeeinrichtung, der für die gleichzeitige Aufnahme zweier sich spektral unterscheidender Bilder ausgebildet ist.
1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum Aufnehmen einer Oberfläche 4 eines scheibenförmigen Objekts 6 gemäß der Erfindung. Dabei werden von der Oberfläche 4 des scheibenförmigen Objekts 6 mehrere Bilder von ein und dem selben Bereich 7 gleichzeitig aufgenommen. Die Vorrichtung 1 umfasst mindestens eine erste Beleuchtungseinrichtung 8 zur Hellfeldbeleuchtung und mindestens eine zweite Beleuchtungseinrichtung 10 zur Dunkelfeldbeleuchtung für das scheibenförmige Objekt 6. Die beschriebene Vorrichtung 1 eignet sich für die Abbildung von erhabenen und/oder eingebetteten Strukturen auf flachen oder gekrümmten Flächen. Die scheibenförmigen Objekte 6 können dabei ein Wafer (Vorder- und/oder Rückseite und/oder Rand), Glasplatten, Bleche, ein Flat-Panel-Dispaly oder Leiterplatten etc. sein. Ferner ist die Vorrichtung 1 mit einer Aufnahmeeinrichtung 12 zum Erfassen des von einem beleuchteten Bereich 7 des scheibenförmigen Objekts 6 ausgehenden Lichts. In einer Ausführungsform ist die erste Beleuchtungseinrichtung 8 und die zweite Beleuchtungseinrichtung 10 als eine LED-Zeile ausgebildet. Ebenso kann die erste und die zweite Beleuchtungseinrichtung 8 und 10 einen Bandenstrahler oder mindestens eine Leuchtstoffröhre umfassen. Die erste Beleuchtungseinrichtung 8 in Hellfeldanordnung umfasst eine schmalbandige Blaubeleuchtung. Die zweite Beleuchtungseinrichtung 10 in Dunkelfeldanordnung umfasst eine schmalbandige Rotbeleuchtung. Die erste Beleuchtungseinrichtung 8 zur Hellfeldbeleuchtung ist bezüglich zu einer Senkrechten 9 auf die Oberfläche 4 des scheibenförmigen Objekts 6 unter einem kleinen Winkel geneigt. Das Licht der ersten Beleuchtungseinrichtung 8 zur Hellfeldbeleuchtung wird dabei direkt über die Oberfläche 4 des scheibenförmigen Objekts 6 in die Aufnahmeeinrichtung 12 gespiegelt. Das Licht der ersten Beleuchtungseinrichtung 8 zur Hellfeldbeleuchtung kann bei dieser Ausführungsform mit einer roten LED-Zeile erzeugt werden. Die Aufnahmeeinrichtung 12 ist eine CCD-Farbkamera mit flächig oder zeilenförmig angeordneten Pixeln. Die Aufnahmeeinrichtung 12 ist mit einer Auswerteeinrichtung 14 verbunden, die entsprechend den Farbkanälen trennt und somit intensitätsabhängige Bilder für jeden Farbkanal erzeugt.
2 ist eine schematische Darstellung der spektralen Verteilung des Lichts von der ersten Beleuchtungseinrichtung 8. Auf der Abszisse 20 ist die Wellenlänge und auf der Ordinate 22 ist die Intensität aufgetragen. Die erste Beleuchtungseinrichtung 8 gibt rotes Licht in einem schmalbandingen Bereich 24 ab. Dabei besitzt der schmalbandige Bereich eine Breite von ca. 30 nm. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der schmalbandige Bereich ein Maximum 25 bei 630 nm.
3 ist eine schematische Darstellung der spektralen Verteilung des Lichts von der zweiten Beleuchtungseinrichtung 10. Auf der Abszisse 30 ist die Wellenlänge und auf der Ordinate 32 ist die Intensität aufgetragen. Die zweite Beleuchtungseinrichtung 10 gibt blaues Licht in einem schmalbandingen Bereich 34 ab. Dabei besitzt der schmalbandige Bereich eine Breite von ca. 30 nm. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der schmalbandige Bereich ein Maximum 35 bei 450 nm.
Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die in den Beschreibungen zur 2 und 3 angegebenen Bereiche bzw. Wellenlängen lediglich eine von mehreren Ausführungsformen darstellen. Es ist einem Fachmann unbenommen diejenige spektrale Beleuchtung zu wählen, die für die Lösungen der Abbildungsproblematik am geeignetsten erscheint.
4 ist eine schematische Darstellung der von der registrierten Intensitäten. CCD-Farbkamera besitzt zeilenförmig angeordnete Pixel, die für unterschiedliche Spektralbereiche empfindlich sind. In der Regel sind drei Pixelzeilen vorgesehen, von denen eine erste Zeile für rotes Licht, eine zweite Zeile für grünes Licht und eine dritte Zeile für blaues Licht empfindlich ist. In 4 ist auf der Abszisse 40 die Wellenlänge und auf der Ordinate 42 die registrierte Intensität aufgetragen. Die Aufnahmeeinrichtung 12 registriert dabei einen breiteren Wellenlängenbereich als die schmalbandige spektrale Beleuchtung. Die Dunkelfeldbeleuchtung wird im roten Spektralbereich und die Hellfeldbeleuchtung wird im blauen Spektralbereich registriert.
5 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung 50, wobei die Beleuchtungseinrichtung 50 in dieser Ausführungsform aus mehreren LEDs 51 besteht. Ebenso ist es denkbar, dass die Beleuchtungseinrichtungen einen Bandenstrahler oder mindestens eine Leuchtstoffröhre umfassen. Die Beleuchtungseinrichtung 60 ist dabei derart ausgebildet, dass sie mindestens die Breite des zu untersuchenden Objekts besitzt.
6 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Sensors 60 der Aufnahmeeinrichtung 12. Der Sensor 60 ist für die gleichzeitige Aufnahme eines Hellfeldbildes und eines Dunkelfeldbildes des scheibenförmigen Objekts ausgebildet. Der Sensor umfasst eine erste Zeile 61 mit Sensorelementen 64, die für rotes Licht empfindlich sind, eine zweite Zeile 62 mit Sensorelementen 65, die für grünes Licht empfindlich sind und eine dritte Zeile 63 mit Sensorelementen 66, die für blaues Licht empfindlich sind. Die Empfindlichkeit der einzelnen Sensorelemente kann z.B. über geeignete Filter erzielt werden. Das Aufnahmeprinzip durch die Aufnahmeeinrichtung 12 kann dahingehend erweitert werden, dass die zweite Zeile 62 mit Sensorelementen 65, die für grünes Licht empfindlich sind (grüner Kanal) zur Gewinnung von weiterer Information genutzt wird. Eine Möglichkeit ist, das Objekt mit einem grünen Laser oder einer grünen LED so zu beleuchten, dass die Lageabweichung von der Sollposition im Bild des grünen Kanals zur Ermittlung der Fokuslage oder des Kippwinkels des Objekts genutzt werden.

Claims

Vorrichtung zur Aufnahme von mehreren Bildern von scheibenförmigen Objekten (6), mit mindestens zwei Beleuchtungseinrichtungen (8, 10), die derart ausgestaltet sind, dass das von den Beleuchtungseinrichtungen (8, 10) ausgehende Licht spektral unterschiedlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Aufnahmeeinrichtung (12) in Bezug auf das scheibenförmige Objekt (6) angeordnet ist, so dass die Aufnahmeeinrichtung (12) mehrere, spektral unterschiedliche Bilder des scheibenförmigen Objekts (6) gleichzeitig aufnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Beleuchtungseinrichtungen (8, 10) bezüglich dem scheibenförmigen Objekt (6) derart angeordnet sind, dass sie ein und denselben Bereich (7) auf der Oberfläche (4) des scheibenförmigen Objekts (6) beleuchten.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste (8) der zwei Beleuchtungseinrichtungen in Hellfeldanordnung in Bezug auf den beleuchteten Bereich (7) angeordnet ist, und dass eine zweite (10) der zwei Beleuchtungseinrichtungen in Dunkelfeldanordnung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beleuchtungseinrichtung (8) in Hellfeldanordnung eine schmalbandige Blaubeleuchtung umfasst, und dass die zweite Beleuchtungseinrichtung (10) in Dunkelfeldanordnung eine schmalbandige Rotbeleuchtung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotbeleuchtung einen Bandenstrahler oder mindestens eine rote Leuchtstoffröhre oder rote Leuchtdioden umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blaubeleuchtung einen Bandenstrahler oder mindestens eine blaue Leuchtstoffröhre oder blaue Leuchtdioden umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (12) den von den Beleuchtungseinrichtungen (8, 10) gleichzeitig beleuchteten Bereich (7) auf der Oberfläche (4) des scheibenförmigen Objekts (6) aufnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (12) eine CCD-Farbkamera mit flächig oder zeilenförmig angeordneten Pixeln versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Pixel der CCD-Farbkamera mit Filterbeschichtungen versehen sind, so dass Farbkanäle getrennt für rotes, blaues oder grünes Licht empfindlich sind, und dass sie rotes, blaues bzw. grünes Licht in jeweils breiten Wellenlängenbändern registrieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung (14) vorgesehen ist, die entsprechend den Farbkanälen trennt und somit intensitätsabhängige Bilder für jeden Farbkanal erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der blaue Farbkanal ein Hellfeldbild registriert, und dass der rote Farbkanal ein Dunkelfeldbild registriert.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der grüne Farbkanal zur Gewinnung von weiterer Information verwendbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das eine dritte Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist, die das scheibenförmige Objekt (6) mit Licht einer Wellenlänge beleuchtet, die sich von dem Wellenlängen der ersten und der zweiten Beleuchtungseinrichtung (8, 10) unterscheidet.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Beleuchtungseinrichtung ein Laser oder eine LED ist, die grünes Licht ausendet, wobei das grüne Licht zur Registrierung der Abweichung von einer Sollposition verwendbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollposition die Fokuslage oder der Kippwinkel des scheibenförmigen Objekts (6) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Beleuchtungseinrichtung (8, 10) eine linienförmige Beleuchtung ist, die als LED-Zeile ausgebildet ist.