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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Inspektion und Visualisierung
von optischen Messwerten aus mindestens einem aufgenommenen Bild
eines scheibenförmigen
Objekts.
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In
der Halbleiterfertigung werden Wafer während des Fertigungsprozesses
in einer Vielzahl von Prozessschritten sequentiell bearbeitet. Mit
zunehmender Integrationsdichte steigen die Anforderungen an die
Qualität
der auf den Wafern ausgebildeten Strukturen. Um die Qualität der ausgebildeten
Strukturen überprüfen und
eventuelle Defekte finden zu können,
ist das Erfordernis an die Qualität, die Genauigkeit und die
Reproduzierbarkeit der den Wafer handhabenden Bauteile und Prozessschritte
entsprechend. Dies bedeutet, dass bei der Produktion eines Wafer
mit der Vielzahl von Prozessschritten und der Vielzahl der aufzutragenden
Schichten an Photolack oder Ähnlichem
eine zuverlässige
und frühzeitige
Erkennung von Defekten besonders wichtig ist. Bei der optischen
Erkennung von Fehlern gilt es dabei die systematischen Fehler durch
die Dickenschwankungen bei der Belackung der Halbleiterwafer zu
berücksichtigen,
um somit einer Markierung von Stellen auf dem Halbleiterwafer zu
vermeiden, die keinen Fehler beinhalten.
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Die
deutsche Patentanmeldung
DE
10 307 454 A1 offenbart ein Verfahren, eine Vorrichtung
und eine Software zur optischen Inspektion der Oberfläche eines
Halbleitersubstrats sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Herstellung eines strukturierten Halbleitersubstrats unter Verwendung
eines solchen Verfahrens bzw. einer solchen Vorrichtung. Bei dem
Verfahren wird zur optischen Inspektion von der Oberfläche eines
Halbleitersubstrats ein Bild aufgenommen. Das Bild besteht aus einer
Vielzahl von Bildpunkten mit jeweils zumindest drei zugeordneten Intensitäten unterschiedlicher
Wellenlänge,
die als Farbwerte bezeichnet werden. Aus den Farbwerten wird durch
Transformation in einen Farbraum, der von einer Intensität und von
Farbkoordinaten aufgespannt wird, eine Häufigkeitsverteilung von Bildpunkten
mit gleichen Farbkoordinatenwerten berechnet. Die so berechnete
Häufigkeitsverteilung
wird für
einen Vergleich mit einer zweiten entsprechend berechneten Häufigkeitsverteilung
oder einer aus dieser abgeleiteten Größe verwendet. Dieses Verfahren ermöglicht keinen
visuellen Vergleich oder keine visuelle Begutachtung eines scheibenförmigen Substrats.
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Makroskopische
Bilder von Halbleiterwafern zeigen, dass die Homogenität der Schichten
oder Layer sich radial ändert.
Insbesondere bei der Belackung treten in den vom Mittelpunkt des
Wafers entfernten Bereichen veränderte
Homogenitäten
auf. Wird wie bisher eine einheitliche Empfindlichkeit über den
gesamten Radius des Wafers für
die Bewertung von Bildern der aufgenommenen Wafer verwendet, so
kommt es vor, dass die Abweichungen am Rand immer, jedoch Defekte
im Inneren (nahe am Mittelpunkt des Wafers) nicht detektiert werden.
Wird eine hohe Empfindlichkeit gewählt, um Defekte in homogenen
Gebieten sicher zu detektieren, so treten in den Randbereichen verstärkte Fehldetektionen
auf, da die inhomogenen Randbereiche nicht immer als Fehler zu bewerten
sind. Um dies zu verhindern, kann man die Randbereiche komplett
ausklammern. Jedoch werden dann dort keine echten Fehler gefunden.
Wählt man
dagegen eine geringere Empfindlichkeit so kommt es zwar zu keinen
Fehldetektionen mehr, jedoch können
Fehler in den homogenen Gebieten nicht gefunden werden.
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Die
deuteche Patentanmeldung
DE
103 31 686.8 A1 offenbart ein Verfahren zur Bewertung von aufgenommenen
Bildern von Wafern oder anderen scheibenförmigen Objekten. Dem Aufnehmen
des Bildes mindestens eines Referenzwafers schließt sich
das Ermitteln und Darstellen der radialen Verteilung der Messwerte
des Referenzwafers als eine radiale Homogenitätsfunktion auf einem Userinterface an.
Ein radial abhängiges
Empfindlichkeitsprofil wird unter Berücksichtigung der gemessenen
radialen Homogenitätsfunktion
des Referenzwafers verändert.
Mindestens ein Parameter des Empfindlichkeitsprofils wird variiert,
wodurch ein erlerntes Empfindlichkeitsprofil visuell aus dem Vergleich
mit der radialen Homogenitätsfunktion
bestimmt wird. Dieses Verfahren zeigt ebenfalls kein Bild des gesamten
Wafers, an Hand dessen dann das Bild oder die Bilder bezüglich der
Defekte bewertet werden.
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Das
U.S. Patent 7,065,460 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Inspektion von Halbleiterbauelementen. Mit der Vorrichtung werden die
elektrischen Eigenschaften des Halbleiterprodukts untersucht. Den
aus der Untersuchung gewonnenen Messergebnissen werden zur Darstellung
auf einem Display unterschiedliche Farben zugeordnet.
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Die
anschauliche Darstellung von Messgrößen in Form von Kurven in Diagrammen
ist nur für eine
Dimension der Verteilung der Messpunkte sinnvoll. Sind die Messpunkte
räumlich
verteilt, so müssen
sie durch eine Abbildung auf eine Dimension reduziert werden. Dadurch
geht Information verloren. Auch eine Darstellung in einem 3-D Plot
liefert nicht immer eine anschauliche Darstellung, da es zu Überdeckungen
kommt. Ein Zusammenhang zwischen Ausgangsinformationen und Messgrößen ist
nur schwer möglich.
Die Darstellung in Form von Zahlen lässt keine Rückschlüsse auf die räumliche
Verteilung der Messwerte zu.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein visuelles Verfahren zu
schaffen, mit dem zuverlässig und
schnell eine räumliche
Verteilung von möglichen Fehlern
auf der Oberfläche
eines scheibenförmigen Substrats
ermittelt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass zunächst das Aufnehmen des mindestens
einen Bildes des mindestens einen scheibenförmigen Objekts erfolgt, wobei
aus dem mindesten einem aufgenommenen Bild eine Vielzahl von optischen
Messwerten erzeugt werden. Anschließend erfolgt das Zuordnen eines Farbwerts
zu jedem optischen Messwert. Aus den optischen Messwerten wird ein
Ergebnisbild erzeugt, wobei einem Bereich der Fläche des scheibenförmigen Objekts,
dessen optische Messwerte innerhalb eines vorbestimmten Intervalls
liegen, ein Farbwert zugeordnet wird, der aus einer vorbestimmten
Palette ausgewählt
wird.
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Das
Ergebnisbild besitzt die gleiche Größe wie das aufgenommene Bild.
Die Palette weist mindestens drei unterschiedliche Farben auf, mit
denen das Ergebnisbild dargestellt wird. Die Palette definiert eine
Zuordnungsvorschrift zwischen Messwert und Farbwert, wodurch Bilder
von der Oberfläche
des scheibenförmigen
Objekts in anderen Farben dargestellt werden.
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Ferner
kann ein Schwellwert festgelegt werden, der zur Differenzbildung
verwendet wird. So wird zwischen den Messwerten des aufgenommenen
Bildes und dem Schwellwert eine Differenz gebildet.
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In
einer besonderen Ausführungsform
kann die Palette einen Verlauf zwischen grün über weis nach rot aufweisen.
Durch den Verlauf der Palette von grün über weis nach rot wird das
Signal-Rausch-Verhältnis
visualisiert, wobei grüne
Gebiete entstehen, wo der Messwert noch weit vom Schwellwert entfernt
ist und rote Gebiete kennzeichnen Regionen wo der Messwert den Schwellwert überschreitet.
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Das
aufgenommene Bild und das Ergebnisbild werden auf dem Display des
Systems dargestellt, wobei zur Beurteilung von Fehlern auf dem scheibenförmigen Substrat
zwischen dem aufgenommenen Bild und dem Ergebnisbild umgeschaltet
werden kann. Die Wahl der Palette ist dem Benutzer selbst überlassen.
Zum schnellen Erkennen von Bereichen mit oder ohne Fehler hat sich
ein Palette als geeignet erwiesen, die einen Verlauf über drei
Farben aufweist.
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Das
scheibenförmige
Objekt kann ein Flat-Panel-Display oder ein Wafer sein.
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In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt
und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Systems zur Detektion von Fehlern
auf Wafern oder scheibenförmigen
Substraten;
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2a eine
Darstellung der Art der Aufnahme der Bilder oder Bilddaten eines
Wafers;
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2b eine
schematische Draufsicht auf einen Wafer;
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3 eine
Darstellung einer Ansicht eines Wafers auf dem Display des Systems
und als Vergleich dazu das real aufgenommene Bild des Wafers;
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4 eine
Darstellung der Ansicht der Oberfläche des Wafers, bei der die
Differenz zu einem Schwellwert gebildet worden ist; und.
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5 ein
Falschfarbenbild der Oberfläche des
Wafers in einer schwarz-weiß Darstellung.
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1 zeigt
ein System 1 zur Detektion von Fehlern auf Wafern. Das
System 1 besteht z.B. aus mindestens einem Kassettenelement 3 für die Halbleitersubstrate
bzw. Wafer. In einer Messeinheit 5 werden Bilder bzw. Bilddaten
von den einzelnen Wafern aufgenommen. Zwischen dem Kassettenelement 3 für die Halbleitersubstrate
bzw. Wafer und der Messeinheit 5 ist ein Transportmechanismus 9 vorgesehen.
Das System 1 ist von einem Gehäuse 11 umschlossen
ist, wobei das Gehäuse 11 eine
Grundfläche 12 definiert.
Im System 1 ist ferner ein Computer 15 integriert,
der die Bilder bzw. Bilddaten von den einzelnen gemessenen Wafern
aufnimmt und verarbeitet. Das System 1 ist mit einem Display 13 und
einer Tastatur 14 versehen. Mittels der Tastatur 14 kann
der Benutzer Daten eingaben zur Steuerung des Systems oder auch
Parametereingaben zur Auswertung des Bilddaten von den einzelnen
Wafern machen. Auf dem Display 13 werden dem Benutzer des
Systems mehrere Benutzerinterfaces dargestellt.
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2a zeigt
eine schematische Ansicht der Art und Weise, wie von einem Wafer 16 die
Bilder und/oder Bilddaten erfasst werden. Der Wafer 16 ist auf
einer Tisch 20 aufgelegt, der im Gehäuse 11 in einer ersten
Richtung X und einer zweiten Richtung Y verfahrbar ist. Die erste
und die zweite Richtung X, Y sind senkrecht zueinander angeordnet. Über der Oberfläche 17 des
Wafers 16 ist eine Bildaufnahmeeinrichtung 22 vorgesehen,
wobei das Bildfeld der Bildaufnahmeeinrichtung 22 kleiner
ist als die gesamte Oberfläche 17 des
Wafers 16. Um die gesamte Oberfläche 17 des Wafers 16 mit
der Bildaufnahmeeinrichtung 22 zu erfassen, wird der Wafer 16 meanderförmig abgescannt.
Die einzelnen nacheinander erfassten Bildfelder werden zu einem
gesamten Bild der Oberfläche 17 eines
Wafers 16 zusammengesetzt. Die geschieht ebenfalls mit
dem in Gehäuse 11 vorgesehenen
Computer 15. Um eine Relativbewegung zwischen dem Tisch 20 und
der Bildaufnahmeeinrichtung 22 zu erzeugen, wird in diesem
Ausführungsbeispiel
ein x-y-Scanningtisch
verwendet, der in den Koordinatenrichtungen x und y verfahrenen werden
kann. Die Kamera 23 ist hierbei gegenüber dem Tisch 20 fest
installiert. Selbstverständlich
kann auch umgekehrt der Tisch 2 fest installiert sein und die
Bildaufnahmeeinrichtung 22 für die Bildaufnahmen über den
Wafer 16 bewegt werden. Auch eine Kombination der Bewegung
der Kamera 23 in eine Richtung und des Tisches 20 in
der dazu senkrechten Richtung ist möglich.
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Der
Wafer 16 wird mit einer Beleuchtungseinrichtung 23 beleuchtet,
die zumindest Bereiche auf dem Wafer 16 beleuchtet, die
dem Bildfeld der Bildaufnahmeeinrichtung 22 entsprechen.
Durch die konzentrierte Beleuchtung, die zudem auch mit einer Blitzlampe
gepulst sein kann, sind Bildaufnahmen on-the-fly möglich, bei denen also der Tisch 20 oder die
Bildaufnahmeeinrichtung 22 ohne für die Bildaufnahme anzuhalten
verfahren werden. Dadurch ist ein großer Waferdurchsatz möglich. Natürlich kann
auch für
jede Bildaufnahme die Relativbewegung zwischen Tisch 20 und
Bildaufnahmeeinrichtung 22 angehalten werden und der Wafer 16 auch
in seiner gesamten Oberfläche 17 beleuchtet
werden. Der Tisch 20, Bildaufnahmeeinrichtung 22 und
Beleuchtungseinrichtung 23 werden vom Computer 15 gesteuert. Die
Bildaufnahmen können
durch den Computer 15 in einem Speicher 15a abgespeichert
und gegebenenfalls auch von dort wieder aufgerufen werden.
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2b zeigt
die Draufsicht auf einen Wafer 16, der auf einen Tisch 20 aufgelegt
ist. Der Wafer 16 besitzt einen Mittelpunkt 25.
Auf dem Wafer 16 werden Schichten aufgetragen, die dann
in einem weiteren Arbeitsgang strukturiert werden. Ein strukturierter Wafer
umfasst eine Vielzahl von strukturierten Elementen.
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3 ist
eine Darstellung einer Ansicht eines Wafers 30 auf dem
Display 13 des Systems 1 und als Vergleich dazu
das real aufgenommene Bild 32 des Wafers 30. Das
Display 13 ist hierzu im Wesentlichen in einer ersten Bereich 34,
einem zweiten Bereich 36 und einem dritten Bereich 38 unterteilt. Der
erste Bereich 34 zeigt das Bild des Wafers 30 so wie
es mit der Kamera 23 aufgenommen wird. Der zweite Bereich 36 zeigt
den Wafer 30 in der Draufsicht, bei dem Bereiche von möglichen
Fehlern durch Kreise oder elliptische Elemente gekennzeichnet sind.
Im aufgenommenen Bild 32 des Wafers 30 sind direkt
keine Fehler oder Bereiche mit Fehlern erkennbar. Lediglich an einer
Stelle 39 des Randes 37 des Wafers 30 ist
ein heller Bereich zu erkennen, der auf einen Fehler hindeutet.
Ferner kann man im ersten Bereich 34 zwischen vier verschiedenen
Darstellungen des aufgenommenen Bildes des Wafers 30 wählen. Mittels
eines ersten Reiters 41 kann die Vorderansicht des Bildes
des Wafers 30 auf dem Display 13 dargestellt und
betrachtet werden. Durch den zweiten Reiter 42 kann der
Benutzen auf eine Ansicht der Rückseite
des Wafers 30 umschalten, um das Bild der Rückseite
des Wafers 30 zu betrachten. Über den dritten Reiter 43 kann
der Benutzer eine Farbverschiebung für das aufgenommene Bild des
Wafers 30 gewählt
werden. Mit dem vierten Reiter 44 kann der Benutzer eine
farbige Darstellung des Signal-zu-Rauch-Verhältnis von der Oberfläche des
Wafers 30 wählen.
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Im
dritten Bereich 38 kann der Benutzer des Systems 1 alpha-numerische
Information über
die möglichen
Defekte auf der Oberfläche
des Wafers 30 erhalten.
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4 ist
eine Darstellung der Ansicht der Oberfläche des Wafers 30,
bei der die Differenz zu einem Schwellwert gebildet worden ist.
Im ersten Bereich 34 wird dem Benutzer ein farbiges Bild
von der Oberfläche
des Wafers 30 angezeigt. Die Farben der Darstellung werden
aus einer Palette 50 entnommen, die ebenfalls in ersten
Bereich 34 neben dem farbigen Ergebnisbild 49 des
Wafers 30 wiedergegeben wird. In der hier dargestellten
Ausführungsform
weist die Palette 50 einen Verlauf von rot 51 über weis 52 nach
grün 53 auf.
Die Palette 51 ermöglicht
somit eine Visualisierung des Signal-Rausch-Verhältnisses.
Die rote 51 Farbe steht dafür, dass der Schwellwert überschritten
worden ist. Die wiese 52 Farbe steht dafür, dass
hier der Schwellwert nicht überschritten
worden ist. Die grüne 53 Farbe
steht dafür, dieses
Gebiert oder dieser Messwert noch weit vom gewählten Schwellwert entfernt
ist.
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Die
farbige Darstellung an Hand der Palette ist lediglich eine Auswahl
von mehreren Darstellungsmöglichkeiten.
Dabei soll die in der hier beschriebenen Ausführungsform gewählte Palette 50 mit
rot, weis und grün
nicht als Beschränkung
der Erfindung aufgefasst werden. Um die mittels der Kamera 23 von
der Oberfläche
des Wafers 30 gewonnene Messwerte anschaulich darzustellen,
wird jedem Messwert ein Farbwert zugeordnet. Dieser Farbdarstellung
wird im ersten Bereich 34 des Displays dem Benutzer visuell
dargestellt.
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Man
erzeugt nun das Ergebnisbild, in dem man einem Bereich der Oberfläche des
scheibenförmigen
Objekts, in dem die optischen Messwerte innerhalb eines vorbestimmten
Intervalls liegen, diesem Bereich einen bestimmten Farbwert zuordnet. Dies
wird mit der gesamten Oberfläche
des scheibenförmigen
Substrats durchgeführt.
Es entsteht ein Bild gleicher Größe wie das
aufgenommene Bild. Durch geeignete Wahl der Palette 50,
also der Zuordnungsvorschrift zwischen Messwert und Farbe, lassen
sich anschauliche Darstellungen der ermittelten optischen Messwerte
gewinnen, die von einem Benutzer sofort und schnell visuell erkannt
werden.
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Wie
bei der in 4 dargestellten Ausführungsform,
wird als Messgröße die Differenz
zwischen Messwert und Schwellwert verwendet. Wie bereits oben erwähnt wird
als Palette ein Verlauf zwischen grün über weis nach rot ver wendet,
so kann man damit sehr gut das Signal-Rausch-Verhältnis visualisieren.
Grüne Gebiete 55 entstehen,
wo der Messwert noch weit vom Grenzwert entfernt ist, rote Gebiete 56 kennzeichnen
Regionen auf der Oberfläche
des Wafers 30, wo der Messwert die Grenzwerte bzw. Schwelle überschreitet.
Mit dieser Art der Darstellung wird das festlegen von Schwellwerten
vereinfacht, eine schrittweise Veränderung der Schwellen bis zum
Auftreten von Fehldetektionen ist nicht notwendig.
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Wenn
das erfindungsgemäße Messverfahren
so empfindlich ist, dass schon Fehler erkannt werden, die sich optisch
im aufgenommenen Bild nicht ohne weiteres ausmachen lassen, so ist
eine Rückkopplung
zum aufgenommenen Bild wichtig. Da das Ergebnisbild und das aufgenommene
Bild die gleiche Größe haben,
kann man leicht zwischen beiden Ansichten umschalten und so die
Messung beurteilen.
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5 zeigt
ein Falschfarbenbild der Oberfläche
des Wafers 30 in schwarzweißer Darstellung. Analog zur
Palette 40 in 4 weist die in 5 dargestellte
Palette 60 einen Veränderung
von schwarz-weiß Symbolen
auf. In oberen Bereich 61 der Palette 60 stehen
die Symbole für
eine Überschreitung
des Schwellwerts. Im mittleren Bereich 62 der Palette 60 liegt
keine Überschreitung
des Schwellwerts vor und die Bereiche des scheibenförmigen Objekts
weisen keine Fehler auf. Im unteren Bereich 63 der Palette 60 stehen
die Symbole dafür, dass
der Messwert weit vom Schellwert entfernt ist. Analog zur Palette 60 werden
im Ergebnisbild 64 des Wafers 30 die Gebiete mit
den entsprechenden Symbolen gekennzeichnet, so dass für einen
Benutzer die Gebiete, in denen ein möglicher Defekt auftritt leicht
zu erkennen sind.