DE102006056086B3

DE102006056086B3 - Verfahren und Vorrichtung zur optischen Analyse von Körpern aus Silizium

Info

Publication number: DE102006056086B3
Application number: DE200610056086
Authority: DE
Inventors: Andreas Roll
Original assignee: Rmb Maschinen und Anlagen GmbH; Rmb Maschinen-Und Anlagenbau GmbH
Current assignee: Rmb Maschinen und Anlagen GmbH; Rmb Maschinen-Und Anlagenbau GmbH
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-11-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Analyse von Körpern (1) aus Silizium unter Verwendung einer Strahlungsquelle (3) mit einem Strahlengang (11), mindestens einer Kamera (10, 12) mit je einer optischen Achse (10a, 12a) und mindestens einem Bild-Wiedergabegerät aus der Gruppe der Bildschirmgeräte (15), Aufzeichnungsgeräte (15a) und Drucker (16). Zur Lösung der Aufgabe, Fehler und Einschlüsse aus den Herstellverfahren großvolumiger Körper für die Herstellung der Substrate für die Wafer zu entdecken, bevor der wesentliche Teil der Herstellkosten angefallen ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein dreidimensionaler Körper (1), dessen Dicke in Richtung des Strahlengangs größer ist als die Dicke eines Trägers für eine Halbleiterbeschichtung, mit einer Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 1200 und 15000 nm, vorzugsweise zwischen 1200 und 1700 nm, im Durchlichtverfahren analysiert wird. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Fokussierung der mindestens einen Kamera (10, 12) auf vorgebbare Ebenen innerhalb des Körpers (1) eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Analyse von Körpern aus Silizium unter Verwendung einer Strahlungsquelle mit einer Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 1200 und 15000 nm, vorzugsweise zwischen 1200 und 1700 nm, und mit einem Strahlengang, mindestens einer Kamera mit je einer optischen Achse und mindestens einem Bild-Wiedergabegerät aus der Gruppe der Bildschirmgeräte, Aufzeichnungsgeräte und Drucker.
Es ist bekannt, beschichtete Silizium-Wafer, also dünne Scheiben mit einer maximalen Dicke von 0,5 mm, mit Infrarot-Strahlung im Wellenlängenbereich von 900 bis 1700 mm, insbesondere von 1300–1680 nm, anzustrahlen, um optische Analysen durchführen zu können. Für diesen Zweck wird eine IR-Kamera mit einem Zoom-Objektiv verwendet, dem ein Ringstrahler für die genannte Wellenlänge vorgeschaltet ist. Es handelt sich um eine Auflicht- bzw. Reflexions-Analyse, auch wenn angegeben ist, dass die Wafer eine Strahlung im Bereich zwischen 1300 und 1680 nm Wellenlänge durchlassen. Etwaige Fehler und Einschlüsse aus den Herstellverfahren der Körper für die Herstellung der Substrate für die Wafer werden somit erst entdeckt, nachdem der wesentliche Teil der Herstellkosten angefallen ist.
Durch die DE 195 25 770 C1 ist es bekannt, gebondete Stapel aus mindestens zwei Wafern mittels Infrarotstrahlung im Durchlichtverfahren zu untersuchen, um dadurch Fehlstellen durch Einschlüsse von Festkörpern und Luft zu bestimmen. Die Auswertung beruht u.a. darauf, dass diese Einschlüsse in ihren Randbereichen von spitzwinkligen keilförmigen Hohlräumen umgeben sind, die sich durch elastische Spreizung zwischen einander zugekehrten Oberflächen jeweils zweier Wafer einstellen. Der Effekt beruht auf der sehr starken Mehrfach-Reflektion der Strahlung an diesen Oberflächen und auf der Entstehung von Interferenz-Mustern, die bei der Auswertung als "Newton-Ringe" in Erscheinung treten. Die Wafer können sich dabei auch bereits in einem beschichteten Endzustand befinden. Dieses bekannte Verfahren ist nicht für die Erfassung von z.B. Fehlstellen in dreidimensionalen monolithischen Körpern vorgesehen deren Dicke in Richtung des Strahlengangs grösser ist als die Dicke eines Trägers für eine Halbleiterbeschichtung, also vor der Weiterverarbeitung zu Wafern, und auch nicht für eine Tiefenanalyse zwischen den Begrenzungsflächen der Körper.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, mit dem es möglich ist, Fehler und Einschlüsse aus den Herstellverfahren grossvolumiger Körper für die Herstellung der Substrate für die Wafer zu entdecken, bevor der wesentliche Teil der Herstellkosten angefallen ist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäss dadurch, dass ein einziger dreidimensionaler Körper, dessen Dicke in Richtung des Strahlengangs grösser ist als die Dicke eines Trägers für eine Halbleiterbeschichtung, im Durchlichtverfahren in der Tiefe analysiert wird.
Dadurch ist es möglich, Fehler und Einschlüsse aus den Herstellverfahren grossvolumiger Körper zu entdecken, bevor der wesentliche Teil der Herstellkosten für die Weiterverarbeitung angefallen ist. Es handelt sich mithin um eine frühzeitige Tiefenanalyse innerhalb beträchtlicher Abstände zwischen den Begrenzungsflächen solcher Körper.
Es ist im Zuge weiterer Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens besonders vorteilhaft, wenn – entweder einzeln, oder in Kombination-:

– die Fokussierung der mindestens einen Kamera auf vorgebbare Ebenen innerhalb des Körpers eingestellt wird, a) ein quaderförmigen Körper verwendet wird, der auf mindestens zwei Seiten von ebenen und zumindest im wesentlichen glatten Flächen begrenzt ist, und wenn b) der Strahlengang der Strahlungsquelle auf eine der ebenen Flächen und die optische Achse der Kamera auf jeweils eine andere der ebenen Flächen ausgerichtet wird,
– zur Erzeugung einer dreidimensionalen Darstellung des Körpers dieser aus zwei im rechten Winkel zueinander stehenden Richtungen aufgenommen wird,
– der Körper zur Herstellung einer zweiten Aufnahme um 90 Grad gedreht wird,
– zur Herstellung einer zweiten Aufnahme des Körpers eine zweite, um 90 Grad versetzte Kamera verwendet wird,
– zur Grössen- und Lageerkennung des Körpers zusätzliche Mess-Systeme verwendet werden und/oder, wenn
– der Körper durch Formguss oder Sägen und Beschleifen oder durch Kristallziehen hergestellt wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur optischen Analyse von Körpern aus Silizium mit einer Strahlungsquelle mit einer Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 1200 und 15000 nm, vorzugsweise zwischen 1200 und 1700 nm, mit einem Strahlengang, mit mindestens einer Kamera, die eine optische Achse besitzt, und mit mindestens einem Bildwiedergabegerät aus der Gruppe Bildschirmgeräte, Aufzeichnungsgeräte und Drucker.
Zur Lösung der gleichen Aufgabe und Erzielung der gleichen Vorteile ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung von Tiefen-Analysen im Durchlichtverfahren im Strahlengang zwischen der Strahlungsquelle und der mindestens einen Kamera ein Träger angeordnet ist, der zur Halterung von einzelnen Körpern ausgebildet ist, deren Dicke in Richtung des Strahlengangs grösser ist als die Dicke eines Trägers für eine Halbleiterbeschichtung.
Es ist im Zuge weiterer Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Vorrichtung besonders vorteilhaft, wenn – entweder einzeln, oder in Kombination-:

– der Träger als Drehteller ausgebildet ist,
– für die Analyse von Körpern, die auf mindestens zwei Seiten von ebenen und zumindest im wesentlichen glatten Flächen begrenzt sind, der Strahlengang der Strahlungsquelle auf eine der ebenen Flächen und die optische Achse der Kamera auf jeweils eine andere der ebenen Flächen ausgerichtet ist,
– der Körper zur Erzeugung einer dreidimensionalen Darstellung aus zwei im rechten Winkel zueinander stehenden Richtungen analysierbar ist,
– der Körper zur Herstellung einer zweiten Aufnahme um 90 Grad drehbar angeordnet ist,
– zur Herstellung einer zweiten Aufnahme des Körpers eine zweite Kamera um 90 Grad versetzt zur ersten Kamera angeordnet ist und/oder, wenn
– zur Grössen- und Lageerkennung des Körpers zusätzliche Mess-Systeme auf den Körper ausgerichtet sind.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und dessen Wirkungsweise und weitere Vorteile werden nachfolgend anhand der einzigen Figur näher erläutert.
In der Figur ist – innerhalb der gestrichelten Umrandung P – eine Draufsicht auf eine Messanordnung dargestellt, die ein Messobjekt in Form eines dreidimensionalen Körpers 1 aus Silizium umgibt. Dieser Körper 1 ist beispielhaft ein stehender Quader mit einem waagrechten quadratischen oder rechteckigen Querschnitt und vier stehenden Flächen. Bei diesem Quader kann es sich um einen Gusskörper oder um einen aus einem gegossenen Block geschnittenen und/oder beschliffenen Körper handeln. Andererseits ist die Erfindung auch für aus einer Schmelze gezogene Einkristalle mit zumindest im wesentlichen zylindrischer Oberfläche anwendbar.
Durch den Ausdruck "dreidimensional" unterscheidet sich dieser Körper von dünnen ebenen Scheiben, die als Substrate mit einer Dicke von maximal 0,5 mm in einer Endbearbeitung mit Halbleitermaterialien beschichtet werden, d.h. die Erfindung befasst sich mit einer optischen Analyse auf dem Wege zu und vor einer kostspieligen Weiterverarbeitung des Körpers.
Der Körper 1 ist auf einem Träger 2 angeordnet, der als Drehteller ausgebildet ist, durch einen Motor M1 angetrieben wird und auf dessen Funktion weiter unten noch eingegangen wird. Auf einer Seite des Körpers 1 befindet sich eine Strahlungsquelle 3 für die Aussendung einer Strahlung mit einer Wellenlänge, für die Silizium durchlässig ist, also beispielhaft zwischen 1.200 und 1.700 nm. Es kann sich dabei um einen einzelnen Strahler handeln, bevorzugt aber um eine Anordnung mehrerer Strahler in einer Flächenmatrix. Bevorzugt werden Wolfram-Halogenlampen als Strahler verwendet. Die Strahlungsintensität wird durch einen Sensor 4 gemessen und über eine zentrale Steuereinheit 5 eingestellt. Dadurch kann das System der Grösse und insbesondere der Dicke des Körpers 1 in Richtung des jeweiligen Strahlengangs angepasst werden.
Zwischen der Strahlungsquelle 3 und dem Körper 1 befinden sich folgende weitere Komponenten: Ober einen Diffusor 6 wird die Strahlungsintensität über den Querschnitt vergleichmässigt. Ein Filter 7, beispielsweise ein Polarisationsfilter, dient zur Selektion eines engeren Wellenlängenbereichs und kann durch einen weiteren Motor M2 aus- und eingefahren werden. Eine Blende 8 dient zur Begrenzung des Strahlengangs der Strahlungsquelle 3.
Jenseits des Körpers 1 befindet sich, bezogen auf die Position der Strahlungsquelle 3, ein weiteres Filter 9, beispielsweise gleichfalls ein Polarisationsfilter, das zur Selektion eines engeren Wellenlängenbereichs dient und durch einen weiteren Motor M3 aus- und eingefahren werden kann. Hinter dem Filter 9 ist eine erste Kamera 10 mit einer optischen Achse 10a zur Aufzeichnung eines Bildes des Körpers 1 angeordnet, deren Ausgang gleichfalls der Steuereinheit 5 aufgeschaltet ist.
Eine dreidimensionale Auswertung kann durch je ein Bild von der Vorder- und Seitenansicht des Körpers 1 erfolgen. Zu diesem Zweck wird der Körper 1 mittels des Trägers 2 um 90 Grad gedreht. Zur Auswertung dient eine angepasste Software. Diese Software erstellt aus den aufgenommenen 2D-Bildern ein 3D-Modell des Körpers 1 und erstellt diese Auswertungen entweder automatisch oder durch manuelle Bedienung. Die dabei gewonnenen Daten können zwecks Weiterverarbeitung z. B. durch Sägen, Beschleifen, zur Kennzeichnung, Archivierung etc. verwendet werden.
Diese Anordnung, die einen durch die Strahlungsquelle 3 vorgegebenen linearen Strahlengang 11 besitzt, kann wie folgt modifiziert und/oder werter ausgestaltet werden: Rechtwinklig zur Kamera 10 ist eine weitere Kamera 12 mit einer optischen Achse 12a angeordnet. Auch dadurch kann eine 3-dimensionale Auswertung des Körpers 1 ohne den drehbaren Träger 2 erfolgen, diesmal allerdings zeitgleich. Beiderseits des Strahlenganges 11 und des Körpers 1 sind noch zwei Mess-Systeme 13 und 14 angeordnet, die als Laser-Mess-Systeme ausgeführt sein können, und mittels deren weitere Messdaten wie Grössen- und/oder Lageerkennungen gewonnen werden können.
Die optische Achse 10a der Kamera 10 ist zumindest weitgehend deckungsgleich mit dem Strahlengang 11, und die optische Achse 12a der Kamera 12 verläuft rechtwinklig zur optischen Achse 10a der Kamera 10. Der Strahlengang 11 und die optischen Achsen 10a und 12a schneiden oder durchlaufen zumindest weitgehend die Drehachse A oberhalb des Trägers 2.
Die angegebenen Komponenten sind über nicht näher bezifferte Leitungen mit der Steuereinheit 5 verbunden, die auch eine Eingabetastatur 5a für Sollwerte, Stellgrössen etc. besitzt. Die Steuereinheit ist über entsprechende Ausgänge mit einem Bildschirmgerät 15 verbunden, zu dem auch ein Steuer- und Aufzeichnungsgerät 15a für Speichermedien gehört, sowie mit einem Drucker 16 für den Ausdruck der gewonnenen Bildaufzeichnungen.
Durch die angegebenen Massnahmen ist es möglich, wirklichkeitsgetreue dreidimensionale Abbildungen des inneren Aufbaus solcher Körper 1 zu erzeugen, durch die festgestellt werden kann, ob und wo sich eingelagerte Fremdkörper befinden, die einer Weiterverarbeitung entgegen stehen, so dass Teile des Körpers 1 verworfen werden können, bevor kostenintensive Massnahmen durch Zerlegen in Scheiben und ggf. Beschichtungen mit Halbleitermaterial vorgenommen werden. Die Umrandung P steht für eine Platine oder Montageplatte für die darin dargestellten Komponenten.

1: Körper
2: Träger
3: Strahlungsquelle
4: Sensor
5: Steuereinheit
5a: Tastatur
6: Diffusor
7: Filter
8: Blende
9: Filter
10: Kamera
10a: optische Achse von 10
11: Strahlengang
12: Kamera
12a: optische Achse von 12
13: Mess-System
14: Mess-System
15: Bildschirmgerät
15a: Aufzeichnungsgerät
16: Drucker
A: Drehachse von 2
M1: Motor
M2: Motor
M3: Motor
P: Umrandung

Claims

Verfahren zur optischen Analyse von Körpern (1) aus Silizium unter Verwendung einer Strahlungsquelle (3) mit einer Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 1200 und 15000 nm, vorzugsweise zwischen 1200 und 1700 nm, und mit einem Strahlengang (11), mindestens einer Kamera (10, 12) mit je einer optischen Achse (10a, 12a) und mindestens einem Bild-Wiedergabegerät aus der Gruppe der Bildschirmgeräte (15), Aufzeichnungsgeräte (15a) und Drucker (16), dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger dreidimensionaler Körper (1), dessen Dicke in Richtung des Strahlengangs grösser ist als die Dicke eines Trägers für eine Halbleiterbeschichtung, im Durchlichtverfahren in der Tiefe analysiert wird,
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierung der mindestens einen Kamera (10, 12) auf vorgebbare Ebenen innerhalb des Körpers (1) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein quaderförmigen Körper (1) verwendet wird, der auf mindestens zwei Seiten von ebenen und zumindest im wesentlichen glatten Flächen begrenzt ist, und dass b) der Strahlengang (11) der Strahlungsquelle (3) auf eine der ebenen Flächen und die optische Achse (10a, 12a) der Kamera (10, 12) auf jeweils eine andere der ebenen Flächen ausgerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer dreidimensionalen Darstellung des Körpers (1) dieser aus zwei im rechten Winkel zueinander stehenden Richtungen aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) zur Herstellung einer zweiten Aufnahme um 90 Grad gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer zweiten Aufnahme des Körpers (1) eine zweite, um 90 Grad versetzte Kamera (12) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Grössen- und Lageerkennung des Körpers (1) zusätzliche Mess-Systeme (13, 14) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) durch Formguss hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) durch Sägen und Beschleifen hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) durch Kristallziehen hergestellt wird.
Vorrichtung zur optischen Analyse von Körpern (1) aus Silizium mit einer Strahlungsquelle (3), die einen Wellenlängenbereich zwischen 1200 und 15000 nm, vorzugsweise zwischen 1200 und 1700 nm, besitzt, mit einem Strahlengang (11), mit mindestens einer Kamera (10, 12) die eine optische Achse (10a, 12a) besitzt, und mit mindestens einem Bildwiedergabegerät aus der Gruppe Bildschirmgeräte (15), Aufzeichnungsgeräte (15a) und Drucker (16), dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung von Tiefen-Analysen im Durchlichtverfahren im Strahlengang (11) zwischen der Strahlungsquelle (3) und der mindestens einen Kamera (10, 12) ein Träger (2) angeordnet ist, der zur Halterung von einzelnen Körpern (1) ausgebildet ist, deren Dicke in Richtung des Strahlengangs grösser ist als die Dicke eines Trägers für eine Halbleiterbeschichtung.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) als Drehteller ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die Analyse von Körpern (1), die auf mindestens zwei Seiten von ebenen und zumindest im wesentlichen glatten Flächen begrenzt sind, der Strahlengang (11) der Strahlungsquelle (3) auf eine der ebenen Flächen und die optische Achse (10a, 12a) der Kamera (10, 12) auf jeweils eine andere der ebenen Flächen ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) zur Erzeugung einer dreidimensionalen Darstellung aus zwei im rechten Winkel zueinander stehenden Richtungen analysierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) zur Herstellung einer zweiten Aufnahme um 90 Grad drehbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer zweiten Aufnahme des Körpers (1) eine zweite Kamera (12) um 90 Grad versetzt zur ersten Kamera (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Grössen- und Lageerkennung des Körpers (1) zusätzliche Mess-Systeme (13, 14) auf den Körper (1) ausgerichtet sind.