DE102008001171B4

DE102008001171B4 - Inspektionssytem und -verfahren für die optische Untersuchung von Objektkanten, insbesondere von Waferkanten

Info

Publication number: DE102008001171B4
Application number: DE200810001171
Authority: DE
Inventors: Dirk Bugner; Mladen Nikolov; Frank Dr. Laube; Sergei Tartu Sitov; Dietrich Dr. Drews
Original assignee: Nanophotonics GmbH
Current assignee: Rudolph Technologies Germany GmbH
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2028-04-15
Also published as: WO2009127574A1; DE102008001171A1

Abstract

Inspektionssystem für die optische Untersuchung von Objektkanten, insbesondere von Waferkanten, mit:
– einem motorisch angetriebenen Drehtisch (200) zur drehbaren Halterung des Objekts (201),
– wenigstens einer ortsfesten Digitalkamera (101, 202, 212, 222), die zum Aufnehmen eines digitalen Bildes der Objektkante unter Drehung des Drehtisches (200) eingerichtet ist,
– einer ersten ortsfesten Beleuchtungseinrichtung (204, 214, 224), die relativ zur Digitalkamera (202, 212, 222) und Objektkante so angeordnet ist, dass ein Bild der Objektkante unter Hellfeldbeleuchtung erzeugt werden kann,
– einer zweiten ortsfesten Beleuchtungseinrichtung (216, 226), die relativ zur Digitalkamera (212, 222) und Objektkante so angeordnet ist, dass ein Bild der Objektkante unter Dunkelfeldbeleuchtung erzeugt werden kann,
– einer ersten Bildverarbeitungseinrichtung (102), eingerichtet zum Zuordnen zusammenhängender Bildpunkte in dem Hellfeldbild zu einem Defektfragment (301, 301', 302, 302', 441, 442, 443, 444, 446) in Abhängigkeit von den Bildpunktinhalten, zum Zuordnen zusammenhängender Bildpunkte in dem Dunkelfeldbild zu einem Defektfragment...

Description

Die Erfindung betrifft ein Inspektionssystem und ein Inspektionsverfahren für die optische Untersuchung von Objektkanten, insbesondere von Waferkanten.
Das optische Inspektionsverfahren von Halbleiterwafern auf Defekte ist ein wichtiger Teil des Herstellungsprozesses von Computerchips. Die Inspektion umfasst in der Regel sowohl die ebene Waferober- und unterseite als auch dessen Kantenbereich. Die vorliegende Erfindung betrifft die Inspektion der Kantenbereiche.
Inspektionssysteme für Waferkanten verwenden häufig eine Anordnung bestehend aus einer Digitalkamera und einem geeigneten Beleuchtungssystem, mit der ein digitales Bild von der Waferkante aufgenommen wird, welches anschließend einer manuellen oder automatischen Auswertung zugeführt wird, wobei die Ergebnisse der Auswertung dazu verwendet werden, nach den Vorgaben des Chipherstellers über die Verwertbarkeit des Wafers zu entscheiden und eine Sortierung nach Qualitätskriterien durchzuführen.
Ferner ist beispielsweise aus der DE 10 313 202 B3 bekannt, das Bild der Waferkante bei einer kombinierten Hell-/Dunkelfeldbeleuchtung aufzunehmen. Um die Kosten des Inspektionssystems zu senken wird außerdem vorgeschlagen mittels einer Digitalkamera die obere Waferkante und gleichzeitig unter Verwendung eines Planspiegels die untere Waferkante in einer Aufnahme abzubilden. Tatsächlich entstehen so Hellfeldbilder nur im Bereich der ebenen Waferoberseite sowie im Bereich der direkten Reflexion auf der Spiegeloberfläche. Die Kantenbereiche (oberer und unterer Bevel sowie Apex) liegen im Bereich des Dunkelfelds, wobei der obere Bevel unter streifenden Lichteinfall der Hellfeldlichtquelle abgebildet wird und der Apex sowie der untere Bevel völlig im Schatten der Hellfeldlichtquelle liegen. Ferner werden alle Kantenbereiche direkt oder indirekt über den Planspiegel mittels zweier Dunkelfeldlichtquellen angeleuchtet. Der Lichteinfallswinkel des unteren Kantenbereiches des Wafers ist dabei aber ein anderer ist als jener auf dessen Oberseite.
Im Ergebnis sind die Beleuchtungsverhältnisse auf der Oberseite und der Unterseite des Wafers also sehr unterschiedlich. Nachteilig an der inhomogenen Ausleuchtung der Kantenbereiche ist, dass ein großer Teil der zur Verfügung stehenden Auflösung der Bildinhalte nicht für die Defekterkennung zur Verfügung steht. Nachteilig ist weiterhin, dass manche Defekte im Bereich der Kante im Dunkelfeld nicht ausreichend sichtbar sind und damit in der Qualitätskontrolle übersehen werden können.
Aus dem Patent US 5,822,055 sind ein Verfahren und ein Inspektionssystem bekannt, bei welchen mittels zwei getrennter Detektoren und Signalverarbeitungswege jeweils ein Hellfeldbild und ein Dunkelfeldbild einer Waferoberfläche erzeugt und mit jeweils einem Vergleichsbild durch Differenzbildung verglichen wird. Das Hellfeld-Differenzsignal und das Dunkelfeld-Differenzsignal werden danach dergestalt korreliert, dass ein Defektdetektor anhand komplexer Schwellwertfunktionen beider Größen Defekte von Rauschen, Körnigkeit oder Schlieren unterscheiden kann.
Demgegenüber haben es sich die Erfinder zur Aufgabe gemacht, das Inspektionssystem bzw. das Inspektionsverfahren dahingehend zu verbessern, dass aus den aufgenommenen Bildinhalten mehr Information über die Defekte gewonnen werden kann, um unter anderem die Sicherheit der Zuordnung der erkannten Defekte zu bestimmten Defektklassen zu erhöhen.
Die Aufgabe wird durch ein Inspektionssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Inspektionsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Inspektionsverfahren sieht erfindungsgemäß vor:

– Aufnehmen eines digitalen Bildes von der Objektkante mittels Digitalkamera unter Hellfeldbeleuchtung,
– Aufnehmen eines digitalen Bildes von der Objektkante mittels Digitalkamera unter Dunkelfeldbeleuchtung,
– Zusammenfassen der Bildinformation aus dem Hellfeldbild und dem Dunkelfeldbild.

Es werden hierin die nachfolgenden Begriffsdefinitionen verwendet, sofern sich nicht vereinzelt abweichende Bezeichnungen aus dem unmittelbaren Textzusammenhang ergeben:

– (Oberflächen-)Defekt physische Veränderung in oder auf der Oberfläche (einschließlich Fremdpartikel); der Begriff wird auch für das Bild derselben Verwendet;
– (Defekt-)Fragment als zusammenhängend ermittelter Teil eines Defekts;
– (Defekt-/fragment-)Eigenschaft physikalisch messbare Größe des Defektes bzw. des Fragmentes (Bsp.: Ausdehnung, Aspektverhältnis, Rundheit, Flächenschwerpunkt, ...);
– (erweiterte) statistische Defekteigenschaft Defekteigenschaft, die sich aus der statistischen Untersuchung von Defektfragmenteigenschaften der einem Defekt zugeordneten Fragmente ableiten lassen;
– (Defekt-/fragment-)Eigenschaftswert der eine gemessene Eigenschaft repräsentierende Parameter;
– (Defekt-/fragment-)Eigenschaftsinformation auf einem Speichermedium beispielsweise in Form einer Tabelle oder eines Programmcodes hinterlegte Information zu einer Eigenschaft (Bsp.: Wertebereich für die Ausdehnung, Aspektverhältnis, Rundheit, Flächenschwerpunkt, ...);
– Defektklasse Zusammenfassung von Defekten, zu denen eine oder mehrere identischen Eigenschaftsinformationen hinterlegt sind;
– zwingende Kondition Eigenschaftsinformationen und/oder deren Verknüpfungen, welche für die Zuordnung eines Defektes zu einer Defektklasse zwingend eingehalten werden müssen;
– Eigenschaftswertverteilung Eigenschaftsinformation in Form einer Häufigkeitsverteilungsfunktion eines Eigenschaftswertes in einer Defektklasse;
– Eigenschaftswahrscheinlichkeit Funktionswert, ermittelt aus dem Eigenschaftswert und der Eigenschaftswertverteilung;
– Wahrscheinlichkeitswert Verknüpfung aller Eigenschaftswahrscheinlichkeiten eines Defektes in einer Defektklasse.

Die mittels (der wenigstens einen) Digitalkamera erzeugten digitalen Bilder der Objektkanten lassen je nach Beleuchtungssituation bestimmte Defektmerkmale oder Eigenschaften erkennen, aufgrund derer der Defekt vordefinierten Defektklassen zugeordnet werden kann. Die Erfinder haben erkannt, dass ein Defekt in der Regel nicht als ein einzelnes zusammenhängendes Gebiet sondern als Ansammlung mehrerer Defektfragmente abgebildet wird. Die Erfinder haben weiterhin erkannt, dass je nach Beleuchtungssituation unterschiedliche Abschnitte der Defekte ausgeleuchtet werden, sich also verschiedene Defektfragmente zeigen. Um ein möglichst vollständiges Bild des Defektes zu erhalten, werden deshalb erfindungsgemäß zunächst Bildinformationen aus verschiedenen Beleuchtungssituationen getrennt gewonnen und anschließend zusammengefasst, um eine einheitliches und vollständigeres Bild des Defektes zu generieren.
Das Zusammenfassen der Bildinformation umfasst dabei erfindungsgemäß:

– das Zuordnen zusammenhängender Bildpunkte in dem Hellfeldbild zu einem Defektfragment in Abhängigkeit von den Bildpunktinhalten,
– das Zuordnen zusammenhängender Bildpunkte in dem Dunkelfeldbild zu einem Defektfragment in Abhängigkeit von den Bildpunktinhalten und
– das Zusammenfassen der Defektfragmente aus dem Hellfeldbild und dem Dunkelfeldbild in einem gemeinsamen virtuellen Kantenbild.

Dementsprechend weist das erfindungsgemäße Inspektionssystem die folgenden Merkmale auf:

– einen motorisch angetriebenen Drehtisch zur drehbaren Halterung des Objekts,
– wenigstens eine ortsfeste Digitalkamera, die zum Aufnehmen eines digitalen Bildes der Objektkante unter Drehung des Drehtisches eingerichtet ist,
– eine erste ortsfeste Beleuchtungseinrichtung, die relativ zur Digitalkamera und Objektkante so angeordnet ist, dass ein Bild der Objektkante unter Hellfeldbeleuchtung erzeugt werden kann,
– eine zweite ortsfeste Beleuchtungseinrichtung, die relativ zur Digitalkamera und Objektkante so angeordnet ist, dass ein Bild der Objektkante unter Dunkelfeldbeleuchtung erzeugt werden kann, und
– eine erste Bildverarbeitungseinrichtung, eingerichtet zum Zuordnen zusammenhängender Bildpunkte in dem Hellfeldbild zu einem Defektfragment in Abhängigkeit von den Bildpunktinhalten, zum Zuordnen zusammenhängender Bildpunkte in dem Dunkelfeldbild zu einem Defektfragment in Abhängigkeit von den Bildpunktinhalten und zum Ausrichten und Zusammenfassen der Defektfragmente aus dem Hellfeldbild und dem Dunkelfeldbild in einem gemeinsamen virtuellen Kantenbild.

Auf diese Weise sieht die Erfindung vor, zunächst die Defektfragmente in beiden Beleuchtungssituationen (Hellfeld und Dunkelfeld) getrennt voneinander zu identifizieren, indem zusammenhängende Bildpunkte, deren Inhalte (Intensitäts-, Grau- oder Farbwerte) innerhalb eines vorher festgelegten Wertebereichs (Intensitäts-, Grau- oder Farbwertintervalls) liegen, demselben Defektfragment zugeordnet werden. Danach werden die (wenigstens) zwei Objektkantenbilder in einem virtuellen Kantenbild zusammengefasst, so dass durch die Summe der Informationen aus dem Hellfeldbild und dem Dunkelfeldbild sich ein umfassenderes Bild des gesamten Defektes ergibt.
Die Verfahrensschritte der Bildverarbeitung (Zusammenfassen der Bildinformation, insbesondere Zuordnen der Bildpunkte zu einem Defektfragment und Zusammenfassen der Defektfragmente in einem gemeinsamen virtuellen Kantenbild) können einzeln oder gemeinsam sowohl als Software als auch als Hardware oder in Kombination aus Software und Hardware implementiert sein.
Die wenigstens eine Digitalkamera ist vorzugsweise eine Zeilenkamera, die so angeordnet ist, dass die mit der Zeilenkamera aufgenommene einzelne Bildzeile in einer Ebene liegt, welche senkrecht zu der Ebene des Objekts bzw. des Objektrandes angeordnet ist. Während sich das Objekt zusammen mit dem Drehtisch dreht, werden mit einer solchen Kamera sequentiell mehrere Bildzeilen der Objektkante in unterschiedlichen Winkelstellungen des Objekts aufgenommen. Hierzu kann die Auslösung der Kamera beispielsweise mittels eines Synchronisationsimpulses durch den Antriebsmotor (z. B. Schrittmotor) erfolgen. Die einzelnen Bildzeilen werden anschließend zu einem (Panorama-)Bild der Objektkante zusammengefügt.
Vorzugsweise werden die Bildzeilen sequentiell in zwei Umläufen des Drehtisches bzw. des Objektes aufgenommen, wobei in dem einen Umlauf die Hellfeldbeleuchtung und in dem anderen Umlauf die Dunkelfeldbeleuchtung aktiviert ist. Die Reihenfolge ist gleich. Alternativ ist es auch möglich (wenngleich zeitaufwändiger), die Hellfeld- und Dunkelfeldbilder in einem einzigen Umlauf des Drehtisches aufzunehmen. Hierzu werden nach jedem Stellschritt des Drehtisches zwei Aufnahmen gemacht, wobei die Beleuchtung abwechselnd zwischen Hellfeld- und Dunkelfeldbeleuchtung umgeschaltet wird.
Bevorzugt werden zusammenhängende Bildpunkte in dem Hellfeldbild zu einem Defektfragment zusammengefasst, wenn die Bildpunktinhalte innerhalb eines bestimmten ersten Wertebereiches liegen. Entsprechend werden zusammenhängende Bildpunkte in dem Dunkelfeldbild zu einem Defektfragment zusammengefasst, wenn die Bildpunktinhalte innerhalb eines bestimmten zweiten Wertebereiches liegen. Aufgrund der unterschiedlichen Beleuchtungssituationen ergeben sich regelmäßig verschiedene Verteilungen der Bildpunktinhalte, so dass die ersten und zweiten Wertebereiche oder regelmäßig auseinander fallen. Geeignete Wertebereiche oder Intervallgrenzen können beispielsweise manuell oder automatisch mittels Histogrammauswertung ermittelt bzw. festgelegt werden.

Die so ermittelten Defektfragmente weisen Eigenschaften auf, welche mittels einer der ersten Bildverarbeitungseinrichtung nachgeschalteten Analyseeinrichtung analysiert werden können, indem entsprechende Eigenschaftswerte aus der Bildinformation extrahiert werden. Hierzu werden zunächst die aussagekräftigsten Defektfragmenteigenschaften, anhand derer die Klassifikation, also die Zuordnung zu einer Defektklasse von Statten gehen soll, festgelegt oder „bestimmt”. Einige „be stimmte” Defektfragmenteigenschaften sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt: Tabelle 1: Defektfragmenteigenschaften

Eigenschaft	Beschreibung
Defect fragment area	Fläche des Fragmentes
Bounding area	Fläche des ummantelnden Rechtecks
Relation: Bounding to defect	Verhältnis der ummantelnden
fragment area	Rechteckfläche zur Fragmentfläche gemäß Formel 1
Unweight Centre of Mass	Flächenschwerpunkt des Defektfragmentes nicht gewichtet
Weight Centre of Mass	Flächenschwerpunkt gewichtet nach Bildpunktinhalt
Major axis	Hauptachse
Minor axis	Nebenachse
Aspect ratio	Aspektverhältnis von Hauptachse zur Nebenachse gemäß Formel 1
Orientation	Orientierung der Hauptachse
Mean	Mittelwert der Grauwertverteilung
Standard deviation	Standardabweichung der Grauwertverteilung
Ratio: Size X to size Y	Verhältnis der horizontalen zur vertikalen Ausdehnung gemäß Formel 1
Roundness	Rundheit des Fragmentes gemäß Formel 2
Smoothness	Weichheit der Umhüllung des Defektfragmentes gemäß den Formeln 3 und 4
Perimeter	Umfang der Umhüllung eines Defektfragmentes
Kurtosis	Kurtosis gemäß Formel 5
Skewness	Schiefe gemäß Formel 6

Jedes der obigen Verhältnisse zweier Werte a und b wird dabei wie folgt berechnet:
Die Rundheit wird wie folgt berechnet:
Der Berechnung der Weichheit ist das Berechnen der Konturenergie vorangestellt. Die Konturenergie ist ein Maß für die „Unruhe” der Kontur. Zur Berechnung wird über die Richtungsänderungen der Verbindungsstrecken aufeinander folgender Konturpunkte aufsummiert, wobei der Beitrag zur Konturenergie umso größer ist, je spitzer der zwischen den Verbindungsstrecken eingeschlossene Winkel ist:
Hierin sind X_n, Y_n die Koordinaten des n-ten Konturpunktes auf einem ermittelten Defektfragmentrand in dem virtuellen Kantenbild und N ist die Anzahl der Konturpunkte.
Die Weichheit ist die Konturenergie normiert über den Umfang:
Kurtosis und Schiefe („Skewness”) sind aus der Statistik bekannte Größen und berechnen nach folgenden Formeln:
mit dem dritten bzw. vierten Moment der Verteilung μ3 = E(x – μ)³ bzw. μ₄ = E(x – μ)⁴ (E: Erwartungswert, μ: Mittelwert und x: Funktionswert) und der Standardabweichung σ.
Die Berechnungen repräsentieren die genannten Eigenschaften nur beispielhaft und können in dem einen oder anderen Fall durch ähnliche Formeln ersetzt werden.
Weitere Informationen, die zu einer verbesserten Klassifizierung eines identifizierten Defektes beitragen können, lassen sich anhand der Eigenschaften des ganzen Defektes bestimmen. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels einer zweiten Bildverarbeitungseinrichtung benachbarte Defektfragmente einem Defekt zugeordnet werden, wenn die benachbarten Defektfragmente vorbestimmte Abstands- und/oder Formzusammenhänge aufweisen.
Bevorzugt geschieht dies, indem der Abstand zweier Defektfragmente in der Bildebene ermittelt und geprüft wird, ob der ermittelte Abstand einen vorbestimmten Abstandshöchstwert nicht überschreitet.
Am einfachsten ist es hierfür den Abstandzusammenhang und insbesondere den minimalsten Abstand zweier Konturpunkte der Defektfragmente heranzuziehen. Dies bedingt, dass zuvor zu jedem Defektfragment ein Fragmentrand ermittelt wurde.
Alternativ kann der so genannte projizierte Abstand ermittelt werden. Hierzu werden die beiden Defekte auf die Achsen des Bildkoordinatensystems projiziert und der Abstand koordinatenweise ermittelt.
Genauer kann eine Zuordnung erfolgen, wenn alternativ oder zusätzlich zu den Abstandszusammenhängen Formzusammenhänge herangezogen werden. Hierzu dient beispielsweise die Parallelität von Abschnitten der Fragmentränder zweier Defektfragmente. Die Parallelität wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zunächst ermittelt und anschließend geprüft, ob die ermittelte Parallelität einen vorbestimmten Parallelitätsmindestwert nicht unterschreitet. Eine nähere Erläuterung dieser Ausführungsform erfolgt in der Figurenbeschreibung.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des Inspektionsverfahrens wird die Notch eines Wafers jeweils in dem Hellfeldbild und in dem Dunkelfeldbild identifiziert und beide Bilder anhand dieser Information in einer ersten Koordinatenrichtung des virtuellen Kantenbildes zueinander ausgerichtet.
Entsprechend wird auch der Rand eines Wafers jeweils in dem Hellfeldbild und in dem Dunkelfeldbild identifiziert und beide Bilder anhand dieser Information in einer zweiten Koordinatenrichtung des virtuellen Kantenbildes zueinander ausgerichtet. Die erste und zweite Koordinatenrichtung sind vorzugsweise senkrecht zu einander.
Die Identifizierung der Notch kann beispielsweise erfolgen durch eine Mustererkennung, d. h. einen Vergleich der Bilddaten mit einer Vorlage, oder durch eine regelbasierte Analyse, d. h. durch die Beurteilung der Abbildung der Notch nach vorbestimmten geometrischen Merkmalen, wie z. B. dem Öffnungswinkel. Die Waferkante kann beispielsweise mittels einer Hough-Transformation gefunden werden.
Die Notch definiert typischerweise den Ursprung des Bildkoordinatensystems in horizontaler Richtung, während die Waferkante (mit einem Offset versehen) den Ursprung des Bildkoordinatensystems in vertikaler Richtung darstellt, wie anhand der Figurenbeschreibung noch näher erläutert werden wird.
Das virtuelle Kantenbild entsteht durch Transformation der Defektfragmente (oder deren Ränder) in ein gemeinsames Koordinatensystem. Das virtuelle Kantenbild repräsentiert demnach ein gemischtes Hellfeld-Dunkelfeldbild der Waferkante. Zur Ermittlung der Defektfragmenteigenschaften wird dennoch jeweils die volle Auflösung des Hellfeldbildes und des Dunkelfeldbildes ausgenutzt. Es deshalb möglich einen höheren Informationsgehalt zu gewinnen.

Durch das Zusammenfügen der Defektfragmente in dem virtuellen Bild ist bedingt durch die unterschiedlichen optischen Belichtungsmethoden die Einheit eines Defektes deutlich besser ersichtlich als in einem einzelnen Kantenbild. Das Zusammensetzen der Defektfragmente zu einem einheitlichen Defekt ist die Grundlage für die Ermittlung von Defekteigenschaften zusätzlich zu den oben genannten Defektfragmenteigenschaften. Einige Defekteigenschaften, die sich zur Untersuchung verschiedenartiger Defekte als nützlich erwiesen haben, sind den nachfolgenden Tabellen 2 und 3 zu entnehmen. Darin wird zwischen Defekteigenschaften und erweiterten, so genannten statistischen Defekteigenschaften unterschieden. Hierdurch kann die Gesamtzahl der zur Verfügung stehenden Eigenschaften erhöht und damit die Zuordnungsgenauigkeit zu einer Defektklasse verbessert werden. Tabelle 2: Defekteigenschaften aus der Umhüllung

Eigenschaft	Beschreibung
Defect Area	Defektfläche
Defect perimeter	Defektumfang
Bounding area	Fläche des ummantelnden Rechtecks
Relation: Bounding to Defect area	Verhältnis der ummantelnden Rechteckfläche zur Defektfläche gemäß Formel 1
Centre of Mass (weight & unweight)	Flächenschwerpunkt
Major axis	Hauptachse
Minor axis	Nebenachse
Relation: Major axis to minor axis	Verhältnis von Hauptachse zur Nebenachse gemäß Formel 1
Orientation	Orientierung der Hauptachse.
Relation: Size X to size Y	Verhältnis der horizontalen zur vertikalen Ausdehnung gemäß Formel 1

Tabelle 3: Erweiterte Defekteigenschaften

Eigenschaft	Beschreibung
Number of defect fragments	Anzahl der Defektfragmente inner
	halb des Defektes.
Sum of defect fragment area	Summation der Defektfragmentflächen.
Sum of defect fragment perimeter	Summation der Defektfragmentumfänge
Relation: Defect perimeter to sum of fragment perimeter	Verhältnis des Defektesumfangs zum aufsummierten Umfange der Defektfragmente gemäß Formel 1
AverageStdev	Gemittelte Standardabweichung der Defektfragmente gemäß Formel 7
Average Smoothness	Gemittelte Weichheit der Defektfragmente gemäß Formel 8
Average Roundness	Gemittelte Rundheit der Defektfragmente gemäß Formel 9
Average Kurtosis	Gemittelte Kurtosis der Defektfragmente gemäß Formel 10
Average Skewness	Gemittelte Skewness der Defektfragmente gemäß Formel 11

Nachfolgend wird nicht zwischen den genannten Eigenschaftstypen unterschieden. Soweit sich aus dem Kontext der Beschreibung nicht ergibt, dass die „Defekteigenschaften”, die „Defektfragmenteigenschaften” oder die „erweiterten Defekteigenschaften” im Sinne obiger Begriffsdefinitionen gemeint sind, werden also vorgenannte Eigenschaften zur Vereinfachung unter dem Begriff „Defekteigenschaften” zusammengefasst.
Eine erfindungsgemäße Weiterbildung des Inspektionssystems sieht vor, dass wenigstens eine erste und eine zweite ortsfeste Digitalkamera zum simultanen Aufnehmen digitaler Bilder der oberen Objektkante und der unteren Objektkante eingerichtet sind, wobei ortsfeste Beleuchtungseinrichtung jeweils relativ zu den Digitalkameras und den Objektkanten so angeordnet sind, dass Bilder der oberen und der unteren Objektkante unter Hellfeldbeleuchtung und unter Dunkelfeldbeleuchtung erzeugt werden, und wobei die erste Bildverarbeitungseinrichtung zum Zuordnen zusammenhängender Bildpunkte zu einem Defektfragment in allen Bildern und zum Ausrichten und Zusammenfassen der Defektfragmente aus allen Bildern in einem gemeinsamen virtuellen Kantenbild eingerichtet ist.
Insbesondere schließt dies eine Anordnung ein, bei der eine erste und ortsfeste Digitalkamera zum Aufnehmen eines digitalen Bildes der oberen Objektkante und eine zweite ortsfeste Digitalkamera zum Aufnehmen eines digitalen Bildes der unteren Objektkante vorgesehen sind. Auf diese Weise kann in einem bzw. zwei Umläufen mit nur zwei Digitalkameras der vollständige Rand des Objektes einschließlich der Apex inspiziert werden. Anders als in der DE 10 313 202 B3 ist hierfür zwar der apparative Aufwand aufgrund der zweiten Digitalkamera etwas größer. Jedoch können auf diese Weise die Beleuchtungsbedingungen für die Hellfeld- und die Dunkelfeldaufnahme sowohl für die obere Objektkante als auch die untere Objektkante gleichermaßen optimiert werden können. Es können separate erste und zweite Beleuchtungseinrichtungen jeweils für die obere und die untere Objektkante vorgesehen sein. Die Beleuchtungseinrichtungen der Ober- und Unterkante können aber jeweils auch zusammengefasst werden, indem beispielsweise eine den Objektrand bogenförmig umspannende Hellfeldbeleuchtungseinrichtung und eine den Objektrand bogenförmig umspannende Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung vorgesehen ist.
Grundsätzlich sind auch Anordnungen von der Erfindung eingeschlossen, welche mehr als eine Kamera je Objektkante bzw. mehr als zwei Kameras für den gesamten Objektrand umfassen. Dementsprechend kann auch die Anzahl der erzeugten Kantenbilder, die zu einem virtuellen Gesamtbild zusammengefasst werden, größer sein. Dieses ist zum Beispiel dann sinnvoll, wenn eine höhere Auflösung angestrebt wird, die bei gleich bleibendem Sensor der Kamera zu einer Verkleinerung des Bildfeldes führt. Jede Kamera erzeugt dann beispielsweise einen streifenförmigen Ausschnitt als Dunkelfeld- und als Hellfeldbild. Aus den Bildstreifen aller Kameras, die sich vorzugsweise etwas überlappen, kann ein geschlossenes Hell und Dunkelfeldbild der gesamten Objektkante bzw. des Objektrandes zusammengesetzt werden.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Inspektionsvorrichtung einschließlich dem erfindungsgemäßen Inspektionssystem;
2A eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Inspektionssystems zur Erzeugung eines Waferkantenbildes;
2B eine Draufsicht auf das Inspektionssystemgemäß 2A;
2C eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Inspektionssystems mit zwei Kameras;
3A eine erste Darstellung der Zuordnung benachbarter Defektfragmente anhand von Abstandszusammenhängen;
3B eine zweite Darstellung der Zuordnung von benachbarten Defektfragmenten anhand von Formzusammenhängen;
4A eine Illustration des virtuellen Kantenbildes aufgenommen mit der oberen Digitalkamera;
4B eine Illustration des virtuellen Kantenbildes aufgenommen mit der unteren Digitalkamera;
4C eine Darstellung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten und zusammengesetzten virtuellen Kantenbildes der oberen und unteren Kante mit Defekt;
5 ein Ablaufdiagramm eines erweiterten Inspektionsverfahrens;
6 ein Ablaufdiagramm eines Vergleiches ermittelter Defekteigenschaften mit hinterlegten Eigenschaftsinformationen einer vordefinierten Defektklasse;
7 ein beispielhaftes Diagramm zweier Eigenschaftswertverteilungen unterschiedlicher Defektklassen und
8 ein Ablaufdiagramm einer Defektklassifikation.
1 gibt eine Übersicht über die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführten Schritte einschließlich einer nachgeschalteten Analyse und Auswertung sowie die Merkmale des entsprechenden Inspektionssystems in einer schematisierten Darstellung. Demgemäß werden mittels einer Digitalkamera 101 eines oder mehrere Bilder von der Objektoberfläche erzeugt. Mit der Digitalkamera verbunden sind Bildverarbeitungseinrichtungen 102, genauer eine erste und wenigstens eine zweite Bildverarbeitungseinrichtung 102, die die Bilddaten von der Digitalkamera erhalten und einerseits zusammenhängende Bildpunkte in dem Bild einem Defektfragment und andererseits benachbarte Defektfragmente einem Defekt zuordnen. Die so gewonnene Bildinformation wird an eine Analyseeinrichtung 103 mit einer oder mehreren Defektanalyseeinrichtung weitergeben. Dort werden eine oder mehrere Analysen ausgeführt, wobei die Bildverarbeitung und die Defektanalyse nicht streng aufeinander folgend abgearbeitet werden müssen, sondern auch ineinander greifend zuerst eine erste Defektanalyse auf die erste Bildverarbeitung und anschließend eine zweite Defektanalyse auf die zweite Bildverarbeitung, usw., folgen kann. Auch können diese Prozessschritte teilweise parallel ausgeführt werden. Die Ergebnisse der Defektanalyse, also die Eigenschaftswerte der Defekte und Defektfragmente, werden an die mit der Defektanalyseeinrichtung 103 verbundene Auswerteeinrichtung 104 weitergegeben, wo der Defekt einer vordefinierten Defektklasse anhand der ermittelten Defekteigenschaftswerte zugeordnet wird. Die Auswerteeinrichtung 104 ist ihrerseits in eine mit der Defektanalyseeinrichtung 103 verbundene Vergleichseinrichtung 105 und ein mit der Vergleichseinrichtung 105 verbundenes Klassifizierungsmittel 106 unterteilt und weist ferner eine Speichereinrichtung 107, auf die die Vergleichseinrichtung 105 zugreift.
Die 2A und 2B zeigen in vereinfachter Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Inspektionssystems zur Inspektion eines oberen Kantenabschnittes eines Halbleiterwafers 201. In der Sei tenansicht von 2C ist das Inspektionssystem in einer anderen Ausführungsform mit zwei Kameras zur simultanen Inspektion eines oberen und eines unteren Kantenabschnittes des Halbleiterwafers 201 (kurz auch als obere und untere Objektkante bezeichnet) ebenfalls vereinfacht gezeigt. Der Wafer 201 liegt auf einem Drehtisch 200 (nur in 2C dargestellt) auf, welcher motorisch, vorzugsweise mittels Schrittmotor, angetrieben ist und den Wafer 201 während der Messung in Rotation versetzt. Eine Motorsteuerung (nicht dargestellt) gibt einen Steuerimpuls aus, der einerseits dazu genutzt werden kann, die Drehbewegung zu steuern und andererseits die Aufnahme der Objektkante mit der Drehbewegung zu synchronisieren.
Das Inspektionssystem gemäß 2C weist ferner eine obere und eine untere Bilderzeugungseinrichtung 210 bzw. 220 in symmetrischer Anordnung bezüglich der Mittelebene E des Wafers 201 auf. Beide Bilderzeugungseinrichtungen verfügen jeweils über eine Digitalkamera 212 bzw. 222, vorzugsweise eine Zeilenkamera, eine erste Beleuchtungseinrichtung 214, 218 bzw. 224, 228 zur Erzeugung einer Hellfeldbeleuchtung sowie eine zweite Beleuchtungseinrichtung 216 bzw. 226 zur Erzeugung einer Dunkelfeldbeleuchtung des oberen bzw. des unteren Kantenabschnittes des Wafers 201. Es wird in diesem Zusammenhang nochmals gesondert darauf hingewiesen, dass die Darstellung und Anordnung der Beleuchtungseinrichtungen und der Digitalkameras in 2C wie auch die Darstellung des Kantenbereichs des Wafers 201 nur als schematische Vereinfachung zu verstehen ist und nur als Erläuterung des Prinzips dienen soll. Die obere Digitalkamera 212 erfasst einen Teil der Oberseite 230 des Wafers 201, den oberen Kantenbereich oder Bevel 232 und wenigstens einen Teil des stirnseitigen Kantenbereichs oder Apex 234. Die untere Digitalkamera 222 erfasst entsprechend einen Teil der ebenen Unterseite 236 des Wafers 201, den unteren Kantenbereich oder Bevel 238 sowie ebenfalls zumindest einen Teil des stirnseitigen Kantenbereichs oder Apex 234.
Anstelle der separaten Hellfeldbeleuchtungseinrichtungen für die obere und die untere Objektkante kann auch eine zusammengefasste Hellfeldbeleuchtungseinrichtung vorgesehen werden, die die Objektkante beispielsweise bogenförmig umspannt. Dasselbe gilt entsprechend für die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung. Derartige Beleuchtungseinrichtungen haben den Vorteil, dass sie die Objektkante unabhängig von deren Geometrie, insbesondere also auch abgerundete Kanten, gleichmäßig beleuchten.
Die Seitenansicht gemäß 2A zeigt beispielhaft eine solche bogenförmige Beleuchtungseinrichtung 204 als Hellfeldlichtquelle, die allerdings nur den oberen Kantenbereich gleichmäßig ausleuchtet. Zur gleichmäßigen Beleuchtung der gesamten Objektkante mittels einer Beleuchtungseinrichtung könnte der Ring beispielsweise am unteren Ende weiter herumgezogen werden. Auch könnten zwei separate Beleuchtungseinrichtungen dieser Art vorgesehen sein, die spiegelbildlich um die Waferkante geschwenkt angeordnet sind. Ein radialer Fächer von Lichtstrahlen 205 wird von der Beleuchtungseinrichtung 204 in Richtung dessen Zentrums abgestrahlt, in dem sich die obere Kante des Wafers 201 befindet. Aufgrund der starken Krümmung im Bereich der Waferkante werden die einfallenden Lichtstrahlen 205 an der Waferkante so reflektiert, dass von jedem Punkt der Waferkante ein reflektierter Lichtstrahl 206 in das Objektiv 203 der Kamera 202 fällt, welches die einfallende Strahlung mit Hilfe eines Linsensystems 207 in die Bildebene der Kamera 202 fokussiert und so ein Bild der Waferkante erzeugt.
In der entsprechenden Draufsicht gemäß 2B ist zu erkennen, dass bei dieser beispielhaften Anordnung zur Erzeugung eines Hellfeld-Bildes der Waferkante, die Kamera 202 um denselben Winkel aus der radialen Ebene R bezüglich des Wafers 201 herausgeschwenkt ist wie die Beleuchtungseinrichtung 204. Erst diese Geometrie stellt sicher, dass das an der Kante des Wafers 201 reflektierte Licht 206 in das Objektiv 203 eintritt.
Ferner ist eine Steuerung (nicht dargestellt) für die Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen, die diese vorzugsweise so ansteuert, dass sequentiell in einem Umlauf die Hellfeldbeleuchtung und in einem anderen Umlauf die Dunkelfeldbeleuchtung aktiviert ist. Ein umlaufendes Kantenbild wird während der Rotation des Wafers 201 um seine Mittelachse A erzeugt, wobei zunächst eine Serie von Zeilenbildern unter Hellfeld- und eine unter Dunkelfeldbeleuchtung aufgenommen wird. Die Zeilenbilder werden anschließend zu einem Panoramabild der Waferkante (Kantenbild) zusammengesetzt. Dies wird anhand der 4A bis 4C erläutert.
Mittels des in 2C gezeigten Inspektionssystems werden mindestens vier Kantenbilder erzeugt. In jedem Kantenbild werden die Notch des Wafers (nicht dargestellt) und die Waferkante mittels geeigneter Bildverarbeitungsverfahren erkannt und können zueinander ausgerichtet werden. Die Kantenbilder aus der oberen Digitalkamera 212 und der unteren Digitalkamera 222 können dann mittels der Bildverarbeitungseinrichtung zu einem Gesamtbild der Waferkante (virtuelles Kantenbild) zusammengefügt.
In den 3A und 3B ist anhand zweier beispielhaft ausgewählter Kriterien das Zuordnen zweier Defektfragmente zu einem Defekt illustriert. Gemäß 3A werden zwei Defektfragmente 301 und 302 anhand von festgelegten Abstandskriterien auf Zugehörigkeit zu demselben Defekt untersucht. Hierbei wird der projizierte Abstand 305 aus dem projizierten Vertikalabstand 303 und dem projizierten Horizontalabstand 304 ermittelt. Die Zuordnung zu einem gemeinsamen Defekt erfolgt dann, wenn der so projizierte Abstand kleiner als ein vordefinierter Grenzwert ist.
Gemäß 3B werden die Fragmente einer Formanalyse unterzogen, wobei eine „Anziehungskraft” zwischen zwei Fragmenten 301' und 302' ermittelt wird. Eine hohe Anziehungskraft liegt dann vor, wenn die Abstände, vorzugsweise der minimale Abstand 303', zwischen den Defekträndern gering sind und eine hohe Anzahl paralleler Tangenten 304', 305' vorliegen. Die Anziehungskraft kann gemäß folgender Formel berechnet werden:
Mit den folgenden Platzhaltern:

i: Defektfragment i
j: Defektfragment j
I_i,j: Konturpunkt
t →_i(l_i): Tangentenvektor des Konturpunktes I von Defektfragment i
t →_j(l_j): Tangentenvektor des Konturpunktes I von Defektfragment j
r(I_i, I_j): Abstand der Konturpunkte I von Defektfragment i zu j

In 4A ist ein Kantenbild der mit der oberen Digitalkamera 212 aufgenommenen Objektkante dargestellt. Die obere Kamera erfasst die ebene Waferoberseite 430 (zumindest im Kantenbereich), den oberen Bevel 432 sowie die Apex 434. Der auswertbare Bildbereich endet mit der unteren Waferkante 435. Anhand der unteren Waferkante 435 kann bei bekannter Geometrie der Waferkante die Mitte der Apex 434 bestimmt werden. Diese wird als Mitte des Koordinatensystems in vertikaler Richtung bestimmt, deshalb verläuft hier entlang die horizontale Koordinatenachse X.
Die Notch 440 wird ebenfalls aufgenommen. Deren Mitte bestimmt die Mitte des Koordinatensystems in horizontaler Richtung. Hier entlang verläuft die vertikale Koordinatenachse Y.
Ferner ist exemplarisch ein Defektfragmentrand 442 dargestellt. Hierbei bleibt offen, ob es sich um ein Bild unter Hellfeld- oder unter Dunkelfeldbeleuchtung handelt.
In 4B ist ein Kantenbild der mit der unteren Digitalkamera 222 aufgenommenen Objektkante dargestellt. Auch hier kann dahin stehen, ob es sich um ein Bild unter Hellfeld- oder unter Dunkelfeldbeleuchtung handelt. Die untere Kamera erfasst die eben Waferunterseite 436 (auch nur im Kantenbereich), den unteren Bevel 438 sowie die Apex 434. Der auswertbare Bildbereich endet hier mit der oberen Waferkante 437. Anhand der oberen Waferkante 437 kann bei bekannter Geometrie der Waferkante abermals die Mitte der Apex 434 bestimmt werden. Diese wird wie zuvor als Mitte des Koordinatensystems in vertikaler Richtung bestimmt und wird durch die horizontale Koordinatenachse X repräsentiert.
Die Notch 440 wird auch in diesem Bild aufgenommen, bestimmt die Mitte des Koordinatensystems in horizontaler Richtung und wird durch die vertikale Koordinatenachse Y repräsentiert.
Schließlich sind auch in diesem Kantenbild exemplarisch zwei Defektfragmentränder 444, 446 dargestellt.
4C zeigt das virtuelle Ergebnis aus der Zusammenfassung aus allen vier aufgenommenen Kantenbildern, das virtuelle Kantenbild. Das virtuelle Kantenbild definiert seinen Koordinatenursprung durch die Mitte der Notch 440 und durch die Mitte der Apex 434. Die X- bzw. Y-Achse sind zur Orientierung eingezeichnet.
Das virtuelle Kantenbild beinhaltet sämtliche Waferzonen: die ebene Oberseite 430, den oberen Bevel 432, die Apex 434, den unteren Bevel 438 sowie die eben Unterseite 436.
Exemplarisch dargestellt ist ein vollständiger Defekt bestehend aus Defektfragmenten 441, die aus der Dunkelfeldaufnahme resultieren, sowie aus Defektfragmenten 443, die aus der Hellfeldaufnahme resultieren. Der Defekt wird durch Bildung eines einhüllenden Defektrandes 450, der alle diesem Defekt zugeordnete Defektfragmente einschließt, abgegrenzt.
Das unter Bezugnahme auf 1 andeutungsweise beschriebene Verfahren wird anhand von 5 näher erläutert. Mittels der ersten Bildverarbeitungseinrichtung (auch „defect tracer” genannt) werden in jedem (Kanten-)Bild zusammenhängende Bildpunkte, deren Inhalte innerhalb eines bestimmten Wertebereiches liegen, in Schritt 501 identifiziert und einem Defektfragment zugeordnet. Der Wertebereich ist jeweils abhängig von dem eingesetzten Beleuchtungssystem und muss dementsprechend manuell oder automatisch festgelegt werden.
Die so aufgefundenen Defektfragmente werden mittels der zweiten Bildverarbeitungseinrichtung in Schritt 502 einem Defekt zugeordnet, wenn diese vorbestimmte Abstands- und/oder Formzusammenhänge aufweisen. Die Zuordnung benachbarter Defektfragmente zu einem Defekt erfolgt vorzugsweise über die Menge aller Defektfragmente, also der Defektfragmente, die aus allen (vier) Kantenaufnahmen gewonnen wurden, um eine möglichst lückenlose Darstellung des gesamten Defekts aus der Summe der Hell- als auch aus Dunkelfeldfragmenten zu erzielen. Das Zusammenfassen der Defektfragmente im virtuellen Bild hat deutliche Vorteile gegenüber einem Zusammenfassen der Fragmente in den individuellen Hell- oder Dunkelfeldaufnahmen. Im zusammengefassten virtuellen Bild ist die Einheit eines Defekts aufgrund der verschiedenen optischen Belichtungsmethoden nämlich erheblich besser erkennbar.
Der gesamte Defekt wird dann mittels der zweiten Analyseeinrichtung in Schritt 503 auf das Vorliegen bestimmter Defekteigenschaften hin untersucht. Genauer gesagt werden die Werte vorher bestimmter Defekteigenschaften in diesem Schritt ermittelt.
Im Grunde parallel zu den Schritten 502 und 503 werden die Defektfragmente mittel der ersten Analyseeinrichtung in Schritt 505 auf das Vorliegen bestimmter Defektfragmenteigenschaften hin untersucht. Genauer gesagt werden die Werte vorher bestimmter Defektfragmenteigenschaften in diesem Schritt ermittelt.
Anschließend werden die Defektfragmente mittels einer dritten Analyseeinrichtung in Schritt 507 einer weiteren Analyse hinsichtlich der oben genannten erweiterten Defekteigenschaften unterzogen. Hierbei werden nur solche Defektfragmente gemeinschaftlich untersucht, welche einem gemeinsamen Defekt zugeordnet wurden. In diesem Schritt werden statistische Werte (beispielsweise durch Mittelwert- oder Summenbildung oder andere Verknüpfungen von Defektfragmenteigenschaftswerten) hergeleitet.
In einem letzten Schritt 509 wird mittels einer Auswerteeinrichtung anhand eines Vergleichs der ermittelten Defektfragmenteigenschaftswerte und der ermittelten Defekteigenschaftswerte (einschließlich der erweiterten Defekteigenschaftswerte) mit hinterlegten Defekteigenschaftsinformationen bzw. Defektfragmenteigenschaftsinformationen, der Defekt einer vordefinierten Defektklasse zugeordnet. Dieser Vorgang der Klassifizierung wird nachfolgend anhand der 6 bis 8 erläutert.
Bei der Erläuterung der Auswertung oder Zugehörigkeitsprüfung der mittels der Analyseeinrichtungen gewonnenen Eigenschaftswerte anhand von 6 wird nicht zwischen den Defekteigenschaftswerten und Defektfragmenteigenschaftswerten unterschieden. Die Zugehörigkeitsprüfung bezüglich einer (beliebigen) Defektklasse beginnt bei 601 mit den Eingangsparametern, die von der Analyseeinrichtung übergeben werden. In Schritt 602 erfolgt zunächst eine Abfrage, ob der untersuchte Defekt bereits einer anderen Defektklasse zugeordnet wurde. Wenn dies zutrifft, können sämtliche nachfolgenden Schritte der Auswertung für die aktuell untersuchte Defektklasse übersprungen werden.
Hat noch keine Klassifizierung stattgefunden, wird in Schritt 603 zunächst abgefragt, ob zu der aktuell untersuchten Defektklasse zwingende Konditionen, d. h. also Eigenschaftsinformationen und/oder deren Verknüpfungen, welche für die Zuordnung des Defektes zu dieser Defektklasse zwingend eingehalten werden müssen, (vorzugsweise in einer Speichereinrichtung in tabellarischer Form oder implementiert in einem Programmcode) hinterlegt sind. Sind solche zwingende Konditionen vorhanden, dann folgt in Schritt 604 mittels einer ersten Vergleichseinrichtung eine Prüfung der ermittelten Defekteigenschaftswerte auf Erfüllung der zwingenden Konditionen. In Schritt 605 findet darauf hin eine Fallunterscheidung statt. Ergibt der Vergleich, dass die zwingenden Konditionen nicht allesamt erfüllt sind, findet keine weitere Ab frage/Auswertung bezüglich dieser Defektklasse statt und der Defekt wird dieser Klasse nicht zugeordnet.
Sind die zwingenden Konditionen indes erfüllt, findet in Schritt 606 erneut eine Fallunterscheidung statt. Ist für die vorliegend untersuchte Defektklasse keine Eigenschaftswertverteilung hinterlegt, so wird in Schritt 607 ein Klassifikationsflag ausgegeben, mit welchem die Zugehörigkeit des Defekts zu der vorliegend untersuchten Defektklasse bejaht wird. Ein solcher Klassifikationsflag bewirkt bei der Prüfung bezüglich der nächsten Defektklasse, dass eingangs in dem Abfrageschritt 602 alle nachfolgenden Prüfschritte übersprungen werden können und das Prüfungsverfahren insgesamt abgekürzt wird. Alternativ zu der in 6 dargestellten Auswertung kann das Klassifikationsflag aus Schritt 607, auch so eingesetzt werden, dass ein Sprungbefehl unmittelbar an das Ende der Zugehörigkeitsprüfung aller Defektklassen erteilt wird.
Ergibt die Abfrage in Schritt 606, dass eine Eigenschaftswertverteilung, also eine Eigenschaftsinformation in Form einer Häufigkeitsverteilungsfunktion des Eigenschaftswertes, zu dieser Defektklasse hinterlegt ist, dann werden in Schritt 610 in einer zweiten Vergleichseinrichtung die ermittelten Defekteigenschaftswerte mit den hinterlegten Eigenschaftswertverteilungen verglichen und in Schritt 611 ein entsprechender Wahrscheinlichkeitswert, der die Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen eines Defekts dieser Defektklasse repräsentiert, ausgegeben. Eine solche Häufigkeitsverteilungsfunktion kann empirisch ermittelt und vorzugsweise abermals in einem Speichermittel in funktionaler oder tabellarischer Form hinterlegt werden. Der Vergleich bzw. die Auswertung in Schritt 610 erfolgt dergestalt, dass in jede der für die aktuell geprüfte Defektklasse hinterlegten Eigenschaftswertverteilungen der entsprechende ermittelte Defekteigenschaftswert einsetzt und der zugehörige Funktionswert (die Eigenschaftswahrscheinlichkeiten) abgerufen wird.
Sind mehrere Eigenschaftswertverteilungen für eine Defektklasse hinterlegt, so erhält man in dem Auswerteschritt 610 mehrere Eigenschaftswahrscheinlichkeiten, welche in Schritt 611 zu einem gesamten Wahrscheinlichkeitswert verknüpft werden. Die Verknüpfung ist vorzugsweise eine Multiplikation oder Mittelwertbildung der einzelnen Eigenschaftswahrscheinlichkeiten.
Der Vollständigkeit halber sei noch der Fall erwähnt, in dem für eine Defektklasse keine zwingenden Konditionen hinterlegt sind. In diesem Fall führt nach Abfrage in Schritt 603 die weitere Zuordnung unmittelbar zu der Abfrage in Schritt 609, ob eine oder mehrere Eigenschaftswertverteilungen für diese Defektklasse hinterlegt sind. Ist auch dies nicht der Fall, findet keinerlei Klassifikation statt und es wird zur Prüfung der nächsten Defektklasse übergegangen. Ist eine Eigenschaftswertverteilung hinterlegt, so führt dies abermals zum Vergleich der ermittelten Defekteigenschaftswerte mit den hinterlegten Eigenschaftswertverteilungen in der zweiten Vergleichseinrichtung in Schritt 610.
Die in 6 dargestellte Zugehörigkeitsprüfung führt für jede Defektklasse zusammengefasst zu einem der drei folgenden Ergebnisse:

– ein Defekt wird der untersuchten Defektklasse in Schritt 607 eindeutig zugeordnet und somit klassifiziert,
– der Defekt bleibt unklassifiziert, wenn er bereits in einem vorausgegangenen Vergleich mit einer anderen Defektklasse klassifiziert wurde (Schritt 602) oder wenn in den Schritten 604 und 605 festgestellt wird, dass wenigstens eine der zwingenden Konditionen nicht erfüllt ist, oder wenn in den Schritten 603 und 609 festgestellt wird, dass zu dieser Defektklasse weder zwingende Konditionen noch Eigenschaftswertverteilungen hinterlegt sind (dieser Fall ist defektunabhängig und führt in jedem Fall dazu, dass der Defektklasse kein Defekt zugeordnet werden kann)
– dem Defekt wird für die untersuchte Defektklasse ein Wahrscheinlichkeitswert zugeordnet.

In 8 sind vier Zugehörigkeitsprüfungen der zuvor beschriebenen Art kaskadiert hintereinander für vier beispielhafte Defektklassen (Partikel, Kratzer, Ausbruch, Flächendefekt) dargestellt. Neben den genannten Defektklassen sind selbstverständlich auch weitere Klassifikationen möglich. Es kann beispielsweise zwischen feineren und gröberen Partikeln (Staub und Splitter) unterschieden werden. Flächendefekt können ferner in Welligkeiten, Inhomogenitäten, Rauhigkeiten oder Abdrücke unterteilt werden, etc.
An die Zugehörigkeitsprüfungen aller Defektklassen mittels der Auswerteeinrichtungen schließt sich die anhand von 8 erläuterte eigentliche Klassifizierung durch ein Klassifizierungsmittel an. Eine Fallunterscheidung in Schritt 806 sorgt für eine sofortige Beendigung der Klassifizierung, wenn der Defekt einer untersuchten Defektklasse in Schritt 607 bereits eindeutig zugeordnet und somit klassifiziert wurde. Dies kann anhand des Klassifikationsflags festgestellt werden. Ist dies nicht der Fall, wird abermals eine Fallunterscheidung in Schritt 808 dahingehend getroffen, ob Wahrscheinlichkeitswerte in den Schritten 610 und 611 für wenigstens eine der Defektklassen ausgegeben wurden. Ist dies nicht der Fall, dann wird der Defekt einer vorgegebenen Defektklasse zugeordnet (Default). Die Klassifikation ist danach beendet. Die Schritte 808 und 810 sind allerdings optional. Auf Schritt 808 kann verzichtet werden, wenn sichergestellt ist, dass zu jeder vordefinierten Defektklasse wenigstens eine Eigenschaftsinformation aus der Gruppe zwingender Konditionen und Eigenschaftswertverteilungen hinterlegt ist. Schritt 810 stellt nur sicher, dass ein Defekt, der anderweitig nicht klassifiziert werden konnte, weil er beispielsweise die zwingenden Konditionen keiner Defektklasse erfüllt, nicht unklassifiziert bleibt. Somit können auch solche Defekte beispielsweise bei einer nachgeschalteten Sortierung adäquat berücksichtigt werden, die bei der Defektklassendefinition nicht berücksichtigt oder für die unzutreffende Parameter hinterlegt wurden.
Liegt wenigstens ein Wahrscheinlichkeitswert vor (oder wird auf die Fallunterscheidung bei 808 verzichtet) werden durch das Klassifizierungsmittel, welches mit der zweiten Vergleichseinrichtung verbunden ist, die unterschiedlichen Wahrscheinlichkeitswerte der verschiedenen Defektklassen in Schritt 809 ausgewertet, d. h. verglichen und ein Klassifikations-Flag für diejenige Defektklasse ausgeben, für welche der höchste Wahrscheinlichkeitswert ausgegeben wurde.
Letzterer Schritt wird für zwei verschiedene Defektklassen mit unterschiedlicher Eigenschaftswertverteilung anhand eines einzigen Defekteigenschaftswertes anhand von 7 erläutert. Ist beispielsweise für die Defektklasse 1 eine Häufigkeits- oder Eigenschaftswertverteilung gemäß Kurve 701 und für die Defektklasse 2 eine Häufigkeitsverteilung gemäß Kurve 702 hinterlegt, dann erhält man durch Einsetzen des entsprechenden ermittelten Defekteigenschaftswertes von 5,5 in jede der beiden Eigenschaftswertverteilung die zugeordnete Eigenschaftswahrscheinlichkeit für die Defektklasse 1 von 0,05 und die für die Defektlasse 2 von 0,25. Diese einfache Zuordnungsvorschrift eines Funktionswertes (Eigenschaftswahrscheinlichkeit) zu einem Defekteigenschaftswert ist keineswegs die einzig mögliche. Auch kann zur Ermittlung eines Wahrscheinlichkeitswertes beispielsweise bis zu dem Defekteigenschaftswert über die Eigenschaftswertverteilung aufintegriert werden.

101: Digitalkamera
102: Bildverarbeitungseinrichtung
103: Defektanalyseeinrichtung
104: Auswerteeinrichtung
105: Vergleichseinrichtung
106: Klassifizierungsmittel
107: Speichereinrichtung
200: Drehtisch
201: Wafer
202: Digitalkamera
203: Objektiv
204: Beleuchtungseinrichtung
205: (einfallende) Lichtstrahlen
206: (reflektierte) Lichtstrahlen
207: Linsensystem
210: Bilderzeugungseinrichtung
220: Bilderzeugungseinrichtung
212: Digitalkamera
214: Beleuchtungseinrichtung
216: Beleuchtungseinrichtung
222: Digitalkamera
224: Beleuchtungseinrichtung
226: Beleuchtungseinrichtung
218: Umlenkspiegel
228: Umlenkspiegel
230: ebene (Wafer-)Oberseite
232: oberer Kantenbereich (Bevel)
234: stirnseitiger Kantenbereich (Apex)
236: ebene (Wafer-)Unterseite
238: unterer Kantenbereich (Bevel)
301: Defektfragment
301': Defektfragment
302: Defektfragment
302': Defektfragment
303: projizierter Vertikalabstand
303': Abstand
304: projizierter Horizontalabstand
304': Tangente
305: projizierter Abstand
305': Tangente
430: ebene (Wafer-)Oberseite
432: oberer Bevel
434: Apex
436: ebene (Wafer-)Unterseite
438: unterer Bevel
440: Notch
441, 442, 443, 444, 446: Defektfragment
450: Defektrand
A: Drehachse
E: Wafer-/Objektebene
X: horizontale Koordinatenachse
Y: vertikale Koordinatenachse

Claims

Inspektionssystem für die optische Untersuchung von Objektkanten, insbesondere von Waferkanten, mit: – einem motorisch angetriebenen Drehtisch (200) zur drehbaren Halterung des Objekts (201), – wenigstens einer ortsfesten Digitalkamera (101, 202, 212, 222), die zum Aufnehmen eines digitalen Bildes der Objektkante unter Drehung des Drehtisches (200) eingerichtet ist, – einer ersten ortsfesten Beleuchtungseinrichtung (204, 214, 224), die relativ zur Digitalkamera (202, 212, 222) und Objektkante so angeordnet ist, dass ein Bild der Objektkante unter Hellfeldbeleuchtung erzeugt werden kann, – einer zweiten ortsfesten Beleuchtungseinrichtung (216, 226), die relativ zur Digitalkamera (212, 222) und Objektkante so angeordnet ist, dass ein Bild der Objektkante unter Dunkelfeldbeleuchtung erzeugt werden kann, – einer ersten Bildverarbeitungseinrichtung (102), eingerichtet zum Zuordnen zusammenhängender Bildpunkte in dem Hellfeldbild zu einem Defektfragment (301, 301', 302, 302', 441, 442, 443, 444, 446) in Abhängigkeit von den Bildpunktinhalten, zum Zuordnen zusammenhängender Bildpunkte in dem Dunkelfeldbild zu einem Defektfragment in Abhängigkeit von den Bildpunktinhalten und zum Ausrichten und Zusammenfassen der Defektfragmente aus dem Hellfeldbild und dem Dunkelfeldbild in einem gemeinsamen virtuellen Kantenbild, und – einer zweiten Bildverarbeitungseinrichtung (102), eingerichtet zum Zuordnen von benachbarten Defektfragmenten (301, 301', 302, 302', 441, 442, 443, 444, 446) zu einem Defekt, wenn die benachbarten Defektfragmente vorbestimmte Abstands- und/oder Formzusammenhänge aufweisen.
Inspektionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bildverarbeitungseinrichtung (102) eingerichtet ist, zusammenhängende Bildpunkte in dem Hellfeldbild zu einem Defektfragment (301, 301', 302, 302', 441, 442, 443, 444, 446) zusammenzufassen, wenn die Bildpunktinhalten innerhalb eines bestimmten ersten Wertebereiches liegen, und zusammenhängende Bildpunkte in dem Dunkelfeldbild zu einem Defektfragment zusammenzufassen, wenn die Bildpunktinhalten innerhalb eines bestimmten zweiten Wertebereiches liegen.
Inspektionssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bildverarbeitungseinrichtung (102) eingerichtet ist, zu jedem Defektfragment (301, 301', 302, 302', 441, 442, 443, 444, 446) einen Fragmentrand zu ermitteln.
Inspektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bildverarbeitungseinrichtung (102) ein Abstandsanalysemittel, welches eingerichtet ist, den Abstand (303') zweier Defektfragmente (301, 301', 302, 302', 441, 442, 443, 444, 446) in der Bildebene zu ermitteln, und ein Vergleichsmittel umfasst, welches eingerichtet ist zu prüfen, ob der ermittelte Abstand (303') einen vorbestimmten Abstandshöchstwert nicht überschreitet.
Inspektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bildverarbeitungseinrichtung (102) ein Formanalysemittel, welches eingerichtet ist, die Parallelität von Abschnitten der Fragmentränder zweier Defektfragmente (301, 301', 302, 302', 441, 442, 443, 444, 446) zu ermitteln, und ein Vergleichsmittel umfasst, welches eingerichtet ist zu prüfen, ob die ermittelte Parallelität einen vorbestimmten Parallelitätsmindestwert nicht unterschreitet.
Inspektionssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bildverarbeitungseinrichtung (102) ein Notcherkennungsmittel umfasst, welches eingerichtet ist, die Notch (440) eines Wafers (201) jeweils in dem Hellfeldbild und in dem Dunkelfeldbild zu identifizieren und beide Bilder anhand dieser Information in einer ersten Koordinatenrichtung zueinander auszurichten.
Inspektionssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bildverarbeitungseinrichtung (102) ein Randerkennungsmittel umfasst, welches eingerichtet ist, den Rand eines Wafers (201) jeweils in dem Hellfeldbild und in dem Dunkelfeldbild zu identifizieren und beide Bilder anhand dieser Information in einer zweiten Koordinatenrichtung zueinander auszurichten.
Inspektionssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine erste und eine zweite ortsfeste Digitalkamera (202, 212, 222), die zum simultanen Aufnehmen digitaler Bilder der oberen Objektkante und der unteren Objektkante eingerichtet sind, wobei ortsfeste Beleuchtungseinrichtung (204, 214, 216) jeweils relativ zu den Digitalkameras (202, 212, 222) und den Objektkanten so angeordnet sind, dass Bilder der oberen und der unteren Objektkante unter Hellfeldbeleuchtung und unter Dunkelfeldbeleuchtung erzeugt werden, und wobei die erste Bildverarbeitungseinrichtung (102) zum Zuordnen zusammenhängender Bildpunkte zu einem Defektfragment (301, 301', 302, 302', 441, 442, 443, 444, 446) in allen Bildern und zum Ausrichten und Zusammenfassen der Defektfragmente aus allen Bildern in einem gemeinsamen virtuellen Kantenbild eingerichtet ist.
Inspektionsverfahren für die optische Untersuchung von Objektkanten, insbesondere von Waferkanten, mit den Schritten: – Aufnehmen eines digitalen Bildes von der Objektkante mittels Digitalkamera (202, 212, 222) unter Hellfeldbeleuchtung, – Aufnehmen eines digitalen Bildes von der Objektkante mittels Digitalkamera (212, 222) unter Dunkelfeldbeleuchtung, – Zuordnen zusammenhängender Bildpunkte in dem Hellfeldbild zu einem Defektfragment (301, 301', 302, 302', 441, 442, 443, 444, 446) in Abhängigkeit von den Bildpunktinhalten, – Zuordnen zusammenhängender Bildpunkte in dem Dunkelfeldbild zu einem Defektfragment in Abhängigkeit von den Bildpunktinhalten, – Zusammenfassen der Defektfragmente aus dem Hellfeldbild und dem Dunkelfeldbild in einem gemeinsamen virtuellen Kantenbild und – Zuordnen benachbarter Defektfragmente (301, 301', 302, 302', 441, 442, 443, 444, 446) zu einem Defekt, wenn die benachbarten Defektfragmente vorbestimmte Abstands- und/oder Formzusammenhänge aufweisen.
Inspektionsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusammenhängende Bildpunkte in dem Hellfeldbild zu einem Defektfragment (301, 301', 302, 302', 441, 442, 443, 444, 446) zusammengefasst werden, wenn die Bildpunktinhalten innerhalb eines bestimmten ersten Wertebereiches liegen, und dass zusammenhängende Bildpunkte in dem Dunkelfeldbild zu einem Defektfragment zusammengefasst werden, wenn die Bildpunktinhalten innerhalb eines bestimmten zweiten Wertebereiches liegen.
Inspektionsverfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Defektfragment (301, 301', 302, 302', 441, 442, 443, 444, 446) einen Fragmentrand ermittelt wird.
Inspektionsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (303') zweier Defektfragmente (301, 301', 302, 302', 441, 442, 443, 444, 446) in der Bildebene ermittelt und geprüft wird, ob der ermittelte Abstand (303') einen vorbestimmten Abstandshöchstwert nicht überschreitet.
Inspektionsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelität von Abschnitten der Fragmentränder zweier Defektfragmente (301, 301', 302, 302', 441, 442, 443, 444, 446) ermittelt und geprüft wird, ob die ermittelte Parallelität einen vorbestimmten Parallelitätsmindestwert nicht unterschreitet.
Inspektionsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Notch (440) eines Wafers (201) jeweils in dem Hellfeldbild und in dem Dunkelfeldbild identifiziert und beide Bilder anhand dieser Information in einer ersten Koordinatenrichtung zueinander ausgerichtet werden.
Inspektionsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand eines Wafers (201) jeweils in dem Hellfeldbild und in dem Dunkelfeldbild identifiziert und beide Bilder anhand dieser Information in einer zweiten Koordinatenrichtung zueinander ausgerichtet werden.
Inspektionsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels wenigstens zweier Digitalkameras (101, 201, 212, 222) jeweils ein digitales Hellfeldbild und ein digitales Dunkelfeldbild der oberen Objektkante und der unteren Objektkante simultan aufgenommen werden, wobei die Bildinformationen aus allen Bildern in einem gemeinsamen virtuellen Kantenbild zusammengefasst werden.