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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung
einer Halbleiteroberfläche mit einer Einrichtung zum Abtasten
der Halbleiteroberfläche die eine Beleuchtungseinrichtung
aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Untersuchung
einer Halbleiteroberfläche mit einer Einrichtung zum Abtasten
der Halbleiteroberfläche, die eine Beleuchtungseinrichtung
aufweist.
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Heutzutage
wird die Elektronik von mikroelektronischen Bauelementen dominiert,
die integrierte Schaltkreise aufweisen. Dabei stellen die integrierten
Schaltkreise eine Funktionseinheit dar, die durch eine auf einem
gemeinsamen Halbleitersubstrat realisierte Vielzahl elektronisch
und mechanisch untrennbar miteinander verbundener elektronischer Funktionseinheiten
mit Abmessungen im μm oder Sub-μm-Bereich charakterisiert
sind. Die Fertigung integrierter Schaltkreise ist im Wesentlichen
in drei Abschnitte unterteilt: die Fertigung der Halbleiterscheibe,
dem so genannten Wafer, die Fertigung der einzelnen Chips auf dem
Wafer und die anschließende Montage der Chips. Während
des Fertigungsprozesses der Chips auf dem Wafer ist eine Vielzahl
von Prozessschritten erforderlich, die sequentiell ablaufen, so
dass auf einem Wafer eine Vielzahl gleicher wiederkehrenden Strukturelemente,
die so genannten Dies, hergestellt werden können. Zur Durchführung
der Prozessschritte müssen die Wafer zwischen den einzelnen
Prozessanlagen oftmals umgesetzt werden, wobei die Umsetzung so
erfolgt, dass Kratzer oder andere Beschädigungen der Oberfläche
der Wafer möglichst vermieden werden. Denn derartige Kratzer
auf der Oberfläche können einen Bruch des Wafers
und damit einen Stillstand der Prozessanlage zur Folge haben, so
dass die Fertigungskapazität reduziert wird und gleichzeitig
der Wafer verloren ist. Dennoch können solche, durch die
Prozessanlagen verursachten Defekte nicht gänzlich vermieden
werden. Weiterhin soll jedoch schon aus Kostengründen der
Durchsatz der Wafer durch die Prozessanlage erhöht werden.
Um jedoch Defekte bei der Fertigung der Chips möglichst
rasch erkennen und entsprechend reagieren zu können ist
eine spezifische Erfassung von Defekten und hier insbesondere von
Kratzern an der Oberfläche des Wafers erforderlich. Hierzu
werden unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen zur Untersuchung
von Halbleiteroberflächen auch in den Prozessablauf integriert.
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Aus
der
DE 40 39 671 A1 ist
beispielsweise eine Vorrichtung zur optischen Analyse einer Halbleiterscheibe
bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird bei tiefer Temperatur die Oberfläche
des Halbleiters bestrahlt. Die reflektierten Strahlen werden einer
Apparatur zur Lichtanalyse zugeleitet.
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Aus
der
DE 600 24 924
T2 ist eine Defekt-Prüfvorrichtung zum Prüfen
einer Oberfläche, insbesondere einer Oberfläche
eines Wafers auf Defekte hin bekannt. In der Prüfvorrichtung
wird mit einem Dunkelfeld-Beleuchtungs-System ein Bereich des Wafers
mit im Wesentlichen parallelem Beleuchtungslicht in einer Richtung
beleuchtet, die in einem geneigten Winkel zur Normalen der Oberfläche
des Wafers aufweist.
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Weiterhin
ist aus der
DE 101
57 244 A1 eine Vorrichtung zur Defektanalyse bei Halbleiteroberflächen
bekannt. Zur Erzeugung von Bilddaten der Oberfläche eines
Wafers wird die Oberfläche des Wafers mit einem Flachbettscanner
optisch abgetastet. Die Bilddaten werden dann einer Auswerteeinheit zugeführt
und in einer Bildverarbeitungseinheit ausgewertet, so dass Beschädigungen
der Oberfläche erkannt werden können. Der Wafer
wird dabei von einer relativ zu seiner Oberfläche beweglichen
Lichtquelle abgetastet, wobei nach dem Prinzip des Flachbettscanners
die Lichtquelle entlang der Oberfläche des Wafers bewegt
wird.
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Beim
optischen Abtasten der Oberfläche eines Halbleiters, insbesondere
eines Wafers nach dem Prinzip des Flachbettscanners werden Defekte oder Verunreinigungen
der Oberfläche als dunkle Strukturen vor hellem Hintergrund
erkannt, da der Wafer eine helle oder reflektierende Oberfläche
aufweist. Sofern die Defekte Vertiefungen in der Oberfläche
des Wafers, insbesondere Kratzer, sind, können diese je
nach ihrer Lage zum Teil nur schwer oder gar nicht erkannt werden.
Denn Kratzer mit einer Ausdehnung längs zur Scanrichtung
werden wesentlich schlechter abgebildet, als Kratzer, die quer zur
Scanrichtung verlaufen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung
vorzuschlagen, mit der die Erkennbarkeit von Vertiefungen, insbesondere
von Kratzern auf der Oberfläche eines Halbleiters verbessert
werden kann.
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Im
Hinblick auf die Vorrichtung wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung
zur Untersuchung einer Halbleiteroberfläche mit einer Abtasteinrichtung zum
Abtasten der Halbleiteroberfläche, die eine Beleuchtungseinrichtung
aufweist, aus der Lichtstrahlen unter einem Beleuchtungsaustrittswinkel
austreten gelöst, wobei zwischen der Beleuchtungseinrichtung und
der zu untersuchenden Oberfläche ein Glasfaserelement angeordnet
wird. Das Glasfaserelement weist dabei eine Mehrzahl von bevorzugt
parallel zueinander angeordneten Glasfasern auf.
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Im
Hinblick auf das Verfahren zur Untersuchung einer Halbleiteroberfläche
mit einer Abtasteinrichtung zum Abtasten der Halbleiteroberfläche
wird vorgeschlagen, die Oberfläche des Halbleiters mit
einer Beleuchtungsquelle abzutasten, aus der Lichtstrahlen unter
einem Beleuchtungseinrichtungswinkel austreten. Dabei wird vor dem
Abtasten der Halbleiteroberfläche zwischen der Beleuchtungsquelle und
der Oberfläche des Halbleiters ein Glasfaserelement angeordnet.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird also zwischen der Beleuchtungsquelle
und der Oberfläche des Halbleiters ein Glasfaserelement
angeordnet. Durch das bevorzugt als Vorsatz vor der Beleuchtungsquelle
ausgeführte Glasfaserelement kann erreicht werden, dass
der Austrittswinkel aus der Be leuchtungsquelle verringert wird.
Damit wird erreicht, dass der Kontrast von dunklen Strukturen auf
einer hellen Vorlage verbessert wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt
sich das Glasfaserelement entlang der Ausdehnungsrichtung der Beleuchtungseinrichtung.
Weiterhin wird das Glasfaserelement bevorzugt so angeordnet, dass
der Glasfaseraustrittswinkel der austretenden Lichtstrahlen relativ
zum Beleuchtungsaustrittswinkel der Beleuchtungseinrichtung kleiner
ist, so dass eine Verbesserung des Kontrastes über die
ganze Ausdehnung der Beleuchtungsquelle erreicht werden kann. Dies
ist von besonderem Vorteil, wenn die Abtasteinrichtung als Flachbettscanner
ausgeführt ist und die Beleuchtungseinrichtung relativ
zur Halbleiteroberfläche bewegbar ist und dann die zur
Untersuchung der Halbleiteroberfläche verwendeten Lichtstrahlen
in einem geringeren Winkel austreten, als ohne das Glasfaserelement.
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Das
Glasfaserelement wird in vorteilhafter Weise der Form der Beleuchtungseinrichtung
angepasst. Insbesondere bei einer stabförmigen Beleuchtungsquelle
kann das Glasfaserelement rechteckig ausgeführt werden,
wobei sich das Rechteck entlang der Achse der Beleuchtungsquelle
erstreckt.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungsteile, bei deren
Darstellung zu Gunsten der Übersichtlichkeit auf eine maßstabsgetreue
Wiedergabe verzichtet wurde.
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Es
zeigen im Einzelnen:
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1:
schematisch das Prinzip eines Flachbettscanners
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2a, 2b: schematisch
die Beleuchtung eines Kratzers in einer Oberfläche nach
dem Stand der Technik
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3:
schematisch die Beleuchtung einer Oberfläche mit einem
Kratzer gemäß der vorliegenden Erfindung
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4 schematisch
ein Glasfaserelement
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Bei
den in den Figuren benutzten Bezugszeichen bezeichnen identische
Bezugszeichen identische oder im Wesentlichen gleich wirkende Elemente oder
Funktionsgruppen.
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Werden
helle oder reflektierende Oberflächen mit einem Gerät
betrachtet oder untersucht, das nach dem Prinzip eines Flachbettscanners
arbeitet, können Defekte oder Verunreinigungen der Oberfläche
als dunkle Strukturen vor einem hellen Hintergrund erkannt werden.
Dabei wird eine Hellfeld-Beleuchtung der Oberfläche vorausgesetzt.
In 1 ist hierzu das Prinzip eines Flachbettscanners
schematisch dargestellt. Dabei wird mit Hilfe einer Abtasteinrichtung 10 die
Oberfläche 12 eines zu untersuchenden Gegenstandes,
beispielsweise eines Halbleiters 16 (2)
abgetastet. Zum Abtasten wird die Abtasteinrichtung 10 relativ
zur Oberfläche 12 in einer Scanrichtung S bewegt,
was durch den Pfeil in 1 dargestellt ist.
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Wie
in einer schematischen Seitenansicht in 2a dargestellt
ist, weist die Abtasteinrichtung 10 eine Beleuchtungseinrichtung 14 auf,
die beispielsweise als stabförmige Leuchtstofflampe ausgeführt ist.
Mit dieser Beleuchtungseinrichtung 14 wird die Oberfläche 12 eines
Halbleiters 16 beleuchtet. In der Oberfläche 12 verläuft
ein Kratzer 18, senkrecht zur Scanrichtung S. Grundsätzlich
ist es für einen guten Kontrast zur Detektion des Kratzers 18 erforderlich, dass
der Einfallswinkel der Lichtstrahlen 23 der Beleuchtungseinrichtung 14 nicht
zu stark von der Senkrechten zur Oberfläche 12 abweicht.
Denn dann tritt der Kratzer 18 als Abschattung im Vergleich
zu seiner reflektierenden Umgebung auf. Der Einfallswinkel ist in
diesem Fall im Wesentlichen durch die Breite der Öffnung
der Beleuchtungseinrichtung 14 bestimmt. Er liegt bei der
dargestellten Anordnung im Bereich von 30°.
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2b, zeigt die stabförmige eine
Beleuchtungseinrichtung 14 mit der die Oberfläche 12 des Halbleiters 16 beleuchtet
wird. In der Oberfläche 12 verläuft ein
Kratzer 20, parallel zur Scanrichtung S und damit senkrecht
zur Ausdehnungsrichtung der Beleuchtungseinrichtung 14.
Bei einem derartigen Verlauf des Kratzers 20 ergeben sich
Einfallswinkel von bis nahezu 90°, da im Wesentlichen Licht
aus der gesamten Länge der Beleuchtungseinrichtung 14 zur Beleuchtung
der Oberfläche 12 beiträgt. Damit werden
allerdings Kratzer 20, die senkrecht zur Scanrichtung S
verlaufen wesentlich schlechter abgebildet, als Kratzer 18,
die längs, d. h. parallel zur Scanrichtung S verlaufen.
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Wie
in 3 dargestellt, wird erfindungsgemäß nun
zwischen der Beleuchtungseinrichtung 14 und der Oberfläche 12 des
Halbleiters 16 ein Glasfaserelement 21 angeordnet.
Das Glasfaserelement 21 weist gepackte Glasfasern 22 auf,
die bevorzugt parallel zueinander angeordnet sind. Mit dieser Anordnung
kann zum einen eine ausreichend große Homogenität
der Beleuchtung der Oberfläche 12 gewährleistet
werden. Zum andern kann der Beitrag von Lichtstrahlen, die aus der
Beleuchtungseinrichtung 14 unter einem großen
Winkel auf den Kratzer 20 fallen erheblich reduziert werden,
so dass der Kontrast wesentlich verbessert wird. Die Anzahl der
Glasfasern wird dabei so ausreichend groß gewählt,
dass durch diese große Anzahl die Abschattungswirkung an
den Grenzflächen der einzelnen Fasern herausgemittelt wird.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung werden die Glasfasern
so gewählt, dass deren numerische Apertur zwischen 0,2
und 0,3 liegt, so dass sich Einfallswinkel des von der Beleuchtungseinrichtung 14 auf
die Oberfläche 12 abgestrahlten Lichtes (Glasfaserwinkel)
in einem Bereich von etwa 11° bis 18° ergeben.
Diese Beleuchtungswinkel ergeben sich dann gleichermaßen
für alle Richtungen, also für die Richtung parallel
und senkrecht zur Scanrichtung S. Damit ergeben sich für
längs der Scanrichtung S verlaufende Kratzer 20 starke
Kontrastverbesserungen. Auch der Kontrast für senkrecht
zur Scanrichtung S verlaufende Kratzer 18 wird verbessert.
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In 4 ist
schematisch ein Ausschnitt aus einem Glasfaserelement 21 dargestellt,
das eine Vielzahl von Glasfasern 22 aufweist. Die Glasfasern 22 sind
dabei dicht angeordnet. Bevorzugt werden die Glasfasern 22 so
angeordnet, dass sich ein rechteckiges Glasfaserelement 21 ergibt,
welches als Vorsatz vor eine Beleuchtungseinrichtung 14 verwendet werden
kann. Insbesondere kann das Glasfaserelement 21 an die
Form der Beleuchtungseinrichtung 14 angepasst werden.
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Die
Erfindung wurde in Bezug auf besondere Ausführungsformen
beschrieben. Es ist dennoch für einen Fachmann selbstverständlich,
dass Abwandlungen und Änderungen der Erfindung gemacht
werden können ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden
Ansprüche zu verlassen.
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- 10
- Abtasteinrichtung
- 12
- Oberfläche
- 14
- Beleuchtungseinrichtung
- 16
- Halbleiter
- 18
- Kratzer
- 20
- Kratzer
- 21
- Glasfaserelement
- 22
- Glasfaser
- 23
- Lichtstrahl
- 24
- Lichtstrahl
- 26
- Lichtstrahl
- S
- Scanrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4039671
A1 [0003]
- - DE 60024924 T2 [0004]
- - DE 10157244 A1 [0005]