DE102011051355A1

DE102011051355A1 - inspection device

Info

Publication number: DE102011051355A1
Application number: DE201110051355
Authority: DE
Inventors: Bernd Srocka
Original assignee: HSEB Dresden GmbH
Current assignee: HSEB Dresden GmbH
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2012-12-27

Abstract

Eine Vorrichtung zur Inspektion von flachen Objekten, insbesondere Wafer, enthaltend eine Objekthalterung; eine Kameraanordnung mit einer Kamera zur Aufnahme eines Bildes zumindest eines Teiles des Objekts; eine Antriebsanordnung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Kameraanordnung und dem Objekt von einer ersten Aufnahmeposition in wenigstens eine weitere Aufnahmeposition; ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kameraanordnung wenigstens eine weitere Kamera aufweist; die in unterschiedliche Kameras abgebildeten Objektbereiche zumindest teilweise unterschiedlich sind, wobei alle Kameras gemeinsam nur einen Teil des gesamten Inspektionsbereichs des Objekts gleichzeitig erfassen; und durch die mit der Antriebsanordnung erzeugte Relativbewegung zwischen Kameraanordnung und Objekt jeder Objektpunkt des gesamten Inspektionsbereichs zumindest einmal in eine der Kameras abbildbar ist.An apparatus for inspecting flat objects, in particular wafers, comprising an object holder; a camera assembly having a camera for capturing an image of at least a portion of the object; a drive arrangement for generating a relative movement between the camera arrangement and the object from a first pick-up position into at least one further pick-up position; is characterized in that the camera arrangement comprises at least one further camera; the object areas imaged in different cameras are at least partially different, with all the cameras jointly detecting only a part of the entire inspection area of the object at the same time; and by the relative movement between camera arrangement and object generated by the drive arrangement, each object point of the entire inspection area can be imaged at least once into one of the cameras.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Inspektion von flachen Objekten, insbesondere Wafer, enthaltend

(a) eine Objekthalterung;
(b) eine Kameraanordnung mit einer Kamera zur Aufnahme eines Bildes zumindest eines Teiles des Objekts;
(c) eine Antriebsanordnung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Kameraanordnung und dem Objekt von einer ersten Aufnahmeposition in wenigstens eine weitere Aufnahmeposition.

The invention relates to a device for inspecting flat objects, in particular containing wafers

(a) an object holder;
(b) a camera assembly having a camera for capturing an image of at least a portion of the object;
(C) a drive arrangement for generating a relative movement between the camera assembly and the object from a first receiving position in at least one further receiving position.

In verschiedenen Industriezweigen werden flächige Produkte mit optischen, bildgebenden Verfahren auf Fehler untersucht. In der Halbleiter- und Solarzellenindustrie sind dies unter anderem Wafer. Wafer sind Scheiben aus Halbleiter-, Glas-, Folien- oder Keramikmaterialien. Die Wafer werden in bestimmten Anwendungen typischerweise ganzflächig oder zumindest auf großen Teilflächen geprüft. Diese Prüfung nennt man Makro-Inspektion. Die für die Erkennung der gesuchten Fehler erforderliche laterale Auflösung steigt dabei mit der Weiterentwicklung der allgemeinen Produktionstechnik. Typischerweise werden für neue Technologien Auflösungen in der Makro-Inspektion von 5 µm und kleiner – bis zu 1 µm – verlangt. Gleichzeitig sind Geräte mit einem hohen Durchsatz an zu prüfenden Wafern wünschenswert. Ebenso wünschenswert ist eine Möglichkeit, bei verringerten Auflösungsanforderungen den Durchsatz der Inspektion einzig durch Softwareeinstellungen steigern zu können. In various branches of industry, flat products are examined for defects using optical, imaging techniques. In the semiconductor and solar cell industry, these include wafers. Wafers are slices of semiconductor, glass, foil or ceramic materials. In certain applications, the wafers are typically tested over the whole area or at least over large areas. This exam is called macro inspection. The lateral resolution required for the detection of the errors sought increases with the further development of general production technology. Typically, new technologies require resolutions in the macro inspection of 5 μm and smaller - up to 1 μm. At the same time, devices with a high throughput of wafers to be tested are desirable. It is also desirable to be able to increase the throughput of the inspection solely by software settings with reduced resolution requirements.

Analoge Aufgabenstellungen sind in anderen Industriezweigen zu lösen. In der Flat-Panel-Industrie sind die Displays in der Produktion auf Fehler zu prüfen. Dabei werden zum Teil ganzflächig auf den Displays bildgebende Verfahren zur Fehlersuche benutzt. In der Elektroindustrie werden bei der Prüfung von Leiterplatten Fehler mit optischen Verfahren auf Serien von Prüflingen ermittelt.Analogous tasks have to be solved in other branches of industry. In the flat-panel industry, the displays in the production are to be checked for errors. In some cases, imaging techniques for troubleshooting are used on the displays over the whole area. In the electrical industry, errors in the testing of printed circuit boards are determined by optical methods on series of DUTs.

Gemeinsam ist allen diesen Anwendungen der Bedarf an schneller Prüfung einer hohen Anzahl von in der Regel gleichartigen Prüflingen. Solche Objekte sind Leiterplatten, Wafer, Solarzellen, Displays und dergleichen. Gemeinsam ist den Anwendungen auch der Einsatz von Sensoren zur Erzeugung von großflächigen Abbildungen der Prüflinge. Die Abbildungen können je nach Art des gesuchten Fehlers sowohl mit optisch fotografierenden Systemen als auch mit punktuell arbeitenden Sensoren erzeugt werden. Optisch fotografierende Systeme sind beispielsweise Flächen- oder Zeilenkameras. Punktuell arbeitende Sensoren sind beispielsweise Detektoren zur Messung der Reflektion von optischen Strahlen, Mikrowellen oder Schallwellen. Es können auch magentische Sensoren eingesetzt werden.Common to all of these applications is the need for rapid testing of a large number of generally similar specimens. Such objects are printed circuit boards, wafers, solar cells, displays and the like. Common to the applications is the use of sensors to generate large-area images of the samples. Depending on the nature of the fault sought, the images can be generated both with optically photographing systems and with sensors operating at specific points. Optically photographing systems are, for example, surface or line scan cameras. Pointing sensors are, for example, detectors for measuring the reflection of optical rays, microwaves or sound waves. Magenta sensors can also be used.

Üblicherweise werden die zu untersuchenden Objekte durch die Aufnahme einer Vielzahl von Bildern fotografiert, wobei Wafer und Aufnahmesystem für jedes einzelne Bild gegeneinander verschoben werden, um so die gesamte Waferoberfläche zu inspizieren. Es kommen dabei sowohl Zeilen- wie auch Flächenkameras als Aufnahmesensoren zum Einsatz. Usually, the objects to be examined are photographed by taking a plurality of images, whereby the wafer and the recording system are shifted from one another for each individual image so as to inspect the entire wafer surface. Both line and area cameras are used as recording sensors.

Die Verschiebung zwischen Objekt und Aufnahmesystem erfolgt entweder schrittweise oder kontinuierlich. Bei der schrittweisen Verschiebung wird ein Wafer oder die Kamera bewegt und für die Aufnahme eines Bildes angehalten. Bei der kontinuierlichen Verschiebung werden die Bilder während der Bewegung des Wafers ohne anzuhalten mit ausreichend kurzer Aufnahme- oder Belichtungszeit aufgenommen. Unterschiedliche Auflösungen werden durch den Einsatz verschiedener Objektive mit unterschiedlichen Vergrößerungsfaktoren erreicht. All diesen Verfahren ist gemeinsam, dass die Inspektion eines gesamten Wafers eine Vielzahl von Bildern und eine mechanische Bewegung erfordert. Die Inspektion beansprucht daher eine erhebliche Zeit. Mit steigender Auflösung wächst die Inspektionszeit quadratisch.The shift between object and recording system is either gradual or continuous. The stepwise movement moves a wafer or camera and stops it to take a picture. In the continuous shift, the images are recorded during the movement of the wafer without stopping with a sufficiently short recording or exposure time. Different resolutions are achieved by using different lenses with different magnification factors. All these methods have in common that the inspection of an entire wafer requires a large number of images and a mechanical movement. The inspection therefore takes a considerable amount of time. As the resolution increases, the inspection time increases quadratically.

Stand der TechnikState of the art

WO2009121628A2 (Nanda Tech) offenbart ein Verfahren zur Inspektion des gesamten Wafers mit einer einzigen Aufnahme ohne den Wafer zu bewegen. Diese Lösung ist sehr schnell, zeigt jedoch Mängel in der Auflösung für einzelne kleine Defekte. WO2009121628A2 (Nanda Tech) discloses a method of inspecting the entire wafer with a single shot without moving the wafer. This solution is very fast, but shows deficiencies in resolution for single small defects.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine Inspektion in kürzerer Zeit ermöglicht.It is an object of the invention to provide a device of the type mentioned, which allows an inspection in a shorter time.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass

(d) die Kameraanordnung wenigstens eine weitere Kamera aufweist;
(e) die in unterschiedliche Kameras abgebildeten Objektbereiche zumindest teilweise unterschiedlich sind, wobei alle Kameras gemeinsam nur einen Teil des gesamten Inspektionsbereichs des Objekts gleichzeitig erfassen; und
(f) durch die mit der Antriebsanordnung erzeugte Relativbewegung zwischen Kameraanordnung und Objekt jeder Objektpunkt des gesamten Inspektionsbereichs zumindest einmal in eine der Kameras abbildbar ist.

According to the invention the object is achieved in that

(d) the camera arrangement has at least one further camera;
(e) the object areas imaged in different cameras are at least partially different, all the cameras jointly detecting only a part of the entire inspection area of the object at the same time; and
(F) by the generated relative to the drive assembly relative movement between the camera assembly and object each object point of the entire inspection area at least once in one of the cameras is mapped.

Die Aufgabe wird ferner mit einem Verfahren zur Inspektion von flachen Objekten, insbesondere Wafer, gelöst, das gekennzeichnet ist durch die Schritte:

(a) gleichzeitiges Aufnehmen von Bildern zumindest teilweise unterschiedlicher Objektbereiche mit unterschiedlichen Kameras einer Kameraanordnung, wobei alle Kameras gemeinsam nur einen Teil des gesamten Inspektionsbereichs des Objekts gleichzeitig erfassen;
(b) Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der Kameraanordnung und dem Objekt von einer ersten Aufnahmeposition in wenigstens eine weitere geeignete Aufnahmeposition, bei welcher ein weiterer Teil des Inspektionsbereichs erfasst wird; und
(c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) bis jeder Objektpunkt des gesamten Inspektionsbereichs zumindest einmal in eine der Kameras abgebildet ist.

The object is further achieved with a method for inspection of flat objects, in particular wafers, which is characterized by the steps:

(a) simultaneously taking pictures of at least partially different object areas with different cameras of a camera arrangement, wherein all cameras collectively only cover a part of the entire inspection area of the object at the same time;
(b) generating a relative movement between the camera assembly and the object from a first pickup position to at least one further suitable pickup position at which another portion of the inspection area is detected; and
(c) repeating steps (a) and (b) until each object point of the entire inspection area is mapped at least once into one of the cameras.

Bei der Erfindung werden mehrere Kameras in einer Kameraanordnung verwendet. Die Kameras haben innerhalb der Kameraanordnung eine feste Position. Die Kameras werden entsprechend alle gemeinsam von einer Aufnahmeposition in eine andere Aufnahmeposition bewegt. Der Einsatz mehrerer Kameras bewirkt, dass sehr viele Bildpunkte simultan aufgenommen und ausgewertet werden können. Dadurch wird die Inspektionsdauer gegenüber herkömmlichen Anordnungen verkürzt. Die Anordnung erfordert aber nur ein Antriebssystem für die gesamte Kameraanordnung bzw. das Objekt. Die Zeit, die für die Feinjustage erforderlich ist, ist daher ebenfalls kürzer als bei herkömmlichen Anordnungen.In the invention, multiple cameras are used in a camera arrangement. The cameras have a fixed position within the camera arrangement. Accordingly, the cameras are all moved together from one recording position to another recording position. The use of multiple cameras means that many pixels can be recorded and evaluated simultaneously. As a result, the inspection time is shortened compared to conventional arrangements. However, the arrangement requires only one drive system for the entire camera arrangement or the object. The time required for the fine adjustment is therefore also shorter than in conventional arrangements.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Kameras der Kameraanordnung feststehend angeordnet. Dann wird das Objekt von einer Aufnahmeposition in eine weitere Aufnahmeposition bewegt. Es versteht sich, dass auch das Objekt eine feste Position einnehmen kann und die Kameraanordnung von einer Aufnahmeposition in eine weitere Aufnahmeposition bewegt wird.In a preferred embodiment of the invention, the cameras of the camera arrangement are arranged fixed. Then, the object is moved from a pickup position to another pickup position. It is understood that the object can also assume a fixed position and the camera arrangement is moved from a pickup position to a further pickup position.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Objekt, die Objekthalterung oder die Kameraanordnung zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen Kameraanordnung und Objekt um eine Achse senkrecht zur Objektebene der Kameras drehbar. Da die Bilder bei der Auswertung verarbeitet werden, kann eine Feinjustierung entfallen. Beispielsweise können sechs Kameras verwendet werden. In jede der sechs Kameras wird ein Objektbereich abgebildet. Die Objektbereiche und die Kamerapositionen sind so ausgewählt, dass eine Drehung dazu führt, dass neue, noch nicht aufgenommene Objektbereiche in die Kameras abgebildet werden. Wenn in einer Aufnahmeposition insgesamt etwa die Fläche ein Quadranten des Objekts in die Kameras abgebildet wird, kann mit drei weiteren Aufnahmepositionen das gesamte Objekt inspiziert werden. Voraussetzung ist es, dass die Objektbereiche in unterschiedlichen, relativen Abschnitten innerhalb der Quadranten abgebildet werden. Es ist nicht erforderlich, dass alle Objektebereiche einer Aufnahmeposition im gleichen Quadranten liegen, solange sie sich bei 3 weiteren Drehbewegungen ergänzen und den Quadranten vollständig abdecken.In a particularly preferred embodiment of the invention, the object, the object holder or the camera arrangement for generating the relative movement between camera arrangement and object is rotatable about an axis perpendicular to the object plane of the cameras. Since the images are processed during the evaluation, a fine adjustment can be omitted. For example, six cameras can be used. Each of the six cameras displays an object area. The object areas and the camera positions are selected so that a rotation results in new, not yet recorded object areas being imaged into the cameras. If a whole quadrant of the object is imaged in the cameras in a recording position, the entire object can be inspected with three further recording positions. The prerequisite is that the object areas are displayed in different, relative sections within the quadrants. It is not necessary for all object areas of a shooting position to be in the same quadrant, as long as they complement each other in three further rotations and completely cover the quadrant.

Die Verwendung von 6 Kameras mit einem Seitenverhältnis von 4:3 bei 4 Aufnahmepositionen hat sich für die Inspektion von derzeit üblichen Wafergrößen als besonders vorteilhaft erwiesen. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Verhältnisse einstellbar sind. Diese können in Abhängigkeit von der Zyklenzahl, der Wafergröße, dem Seitenverhältnis der Sensorfläche der Kameras und der gewünschten Auflösung zur Erreichung einer kurzen Inspektionsdauer optimiert werden.The use of 4 cameras with an aspect ratio of 4: 3 at 4 pick-up positions has proven to be particularly advantageous for the inspection of current wafer sizes. It is understood, however, that other conditions are adjustable. These can be optimized depending on the number of cycles, the wafer size, the aspect ratio of the sensor area of the cameras, and the desired resolution to achieve a short inspection time.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Kameras eine Vielzahl von Detektorelementen (Pixel) auf und das Objekt, die Objekthalterung, die Sensor-Chips mit den Detektorelementen innerhalb der Kameras oder die Kameraanordnung sind kontrolliert mehrfach in der Objektebene um einen Weg verschiebbar, dessen ganzzahliges Vielfaches der Länge der Detektorelemente in Richtung des Verschiebungsweges entspricht. Die Verschiebung im Subpixelbereich kann genutzt werden um ein Bild mit einer Auflösung zu erreichen, die höher ist als die durch die Abmessungen der Detektorelemente vorgegebene Auflösung des Detektors.In a further advantageous embodiment of the invention, the cameras have a multiplicity of detector elements (pixels) and the object, the object holder, the sensor chips with the detector elements within the cameras or the camera arrangement are controllably displaced in the object plane by a path several times in a controlled manner, whose integer multiple corresponds to the length of the detector elements in the direction of the displacement path. The shift in the subpixel area can be used to achieve an image with a resolution which is higher than the resolution of the detector predetermined by the dimensions of the detector elements.

Vorzugsweise sind das Objekt, die Objekthalterung, die Sensor-Chips mit den Detektorelementen innerhalb der Kameras oder die Kameraanordnung kontrolliert mehrfach in zwei orthogonalen Richtungen in der Objektebene um Wege verschiebbar, deren ganzzahliges Vielfaches der Länge der Detektorelemente in Richtung der zugehörigen Verschiebungswege entspricht. Dadurch kann die Auflösung in zwei Richtungen erhöht werden.Preferably, the object, the object holder, the sensor chips with the detector elements within the cameras or the camera arrangement controlled multiple times in two orthogonal directions in the object plane are displaceable by paths whose integer multiple corresponds to the length of the detector elements in the direction of the associated displacement paths. This can increase the resolution in two directions.

Vorzugsweise weist jede Kamera der Kameraanordnung eine eigene Abbildungsoptik und einen eigenen Detektor auf. Dabei können die Abbildungen im Wesentlichen telezentrisch sein.Each camera of the camera arrangement preferably has its own imaging optics and a separate detector. The images may be essentially telecentric.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind ein oder mehrere Farb- und/oder Infrarotfilter in den Abbildungsstrahlengängen vorgesehen. Alternativ können farbsensitive Detektoren eingesetzt werden.In a further embodiment of the invention, one or more color and / or infrared filters are provided in the imaging beam paths. Alternatively, color-sensitive detectors can be used.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. An embodiment is explained below with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

1 ist eine schematische Darstellung einer Inspektionsvorrichtung mit mehreren Kameras. 1 is a schematic representation of an inspection device with multiple cameras.

2 ist eine Draufsicht auf einen Wafer und illustriert die Anordnung von Bildfeldern in einem Quadranten des Wafers 2 Figure 11 is a plan view of a wafer illustrating the arrangement of image fields in a quadrant of the wafer

3 zeigt ein Beispiel für eine Anordnung aus 2 in einer ersten Aufnahmeposition. 3 shows an example of an arrangement 2 in a first recording position.

4a–e illustriert, wie eine Verschiebung des Wafers im Subpixelbereich erfolgt. 4a Figure -e illustrates how a shift of the wafer occurs in the subpixel area.

5a–c illustriert anhand einer Computersimulation, wie das Bild eines Wafers rekonstruiert wird. 5a -C illustrates by means of a computer simulation how the image of a wafer is reconstructed.

6 zeigt ein Detail aus 5. 6 shows a detail 5 ,

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

1 ist eine schematische Darstellung eines Inspektionsgerätes, welches allgemein mit 10 bezeichnet ist. Das Inspektionsgerät 10 weist einen Tisch 12 auf. Auf den Tisch 12 werden Wafer 20 oder andere zu untersuchende Objekte mittels eines Handling-Systems (nicht dargestellt) aufgelegt. Oberhalb des Tisches 12 ist eine Kameraanordnung 14 angeordnet. Die Kameraanordnung 14 ist gehäusefest und unbeweglich montiert. Die Kameraanordnung weist 6 Kameras 16 auf. Jede der Kameras 16 ist mit einem eigenen Detektor und einer eigenen Abbildungsoptik 18 versehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Abbildungsverhältnis etwa 1:2. Die in den Kameras 16 verwendeten Detektoren sind identisch und weisen 5344 × 4008 also insgesamt 21,4 Mio. Detektorelemente pro Kamera auf. Das Seitenverhältnis der Detektoren ist 4:3, welches dem Mittelbildformat von 28mm × 37 mm entspricht. Jedes Detektorelement hat eine Seitenlänge von 7 μm. 1 is a schematic representation of an inspection device, which generally with 10 is designated. The inspection device 10 has a table 12 on. On the table 12 become wafers 20 or other objects to be examined by means of a handling system (not shown). Above the table 12 is a camera arrangement 14 arranged. The camera arrangement 14 is fixed to the housing and immovable. The camera arrangement has 6 cameras 16 on. Each of the cameras 16 is with its own detector and its own imaging optics 18 Mistake. In the present embodiment, the imaging ratio is about 1: 2. The in the cameras 16 used detectors are identical and have 5344 × 4008 so a total of 21.4 million detector elements per camera. The aspect ratio of the detectors is 4: 3, which corresponds to the center-picture format of 28mm x 37mm. Each detector element has a side length of 7 μm.

2 entspricht einer Draufsicht auf einen typischen Wafer 20. Der Wafer 20 lässt sich in vier Quadranten 22 mit identischer Form und Fläche unterteilen. Die Quadranten 22 sind mit I, II, III und IV bezeichnet. Es kann gezeigt werden, dass die Fläche eines solchen Quadranten 22 mit den 6 Kameras 16 der Kameraanordnung 14 theoretisch vollständig erfasst werden kann. Mit anderen Worten: Es gibt wenigstens eine Anordnung von 6 Bildfeldern 24, 26, 28, 30, 32 und 34, welche einen Quadranten 22 des Wafers 20 lückenlos abdeckt, ohne zu viel überlappende Flächen 36 und ungenutzte Detektorfläche 38 außerhalb des Wafers zu erhalten. Bildfelder 40, die auf der einen Seite des Quadranten herausragen, decken flächenmäßig die auf der anderen Seite fehlende Fläche 42 ab. 2 corresponds to a plan view of a typical wafer 20 , The wafer 20 can be divided into four quadrants 22 divide with identical shape and area. The quadrants 22 are designated I, II, III and IV. It can be shown that the area of such a quadrant 22 with the 6 cameras 16 the camera arrangement 14 theoretically completely can be detected. In other words, there is at least one arrangement of 6 image fields 24 . 26 . 28 . 30 . 32 and 34 which is a quadrant 22 of the wafer 20 completely covered, without too much overlapping surfaces 36 and unused detector area 38 outside the wafer. image fields 40 , which protrude on one side of the quadrant, cover in area the missing surface on the other side 42 from.

Diese Erkenntnis wird für die Auswahl der Kamerapositionen innerhalb der Kameraanordnung 14 genutzt. Jede der sechs Kameras erhält eine Position, die einem oben beschriebenen Bildfeld 24, 26, 28, 30, 32 oder 34 entspricht. Dabei werden jedoch nicht alle Bildfelder aus dem gleichen Quadranten in die Kameras abgebildet. Vielmehr sind die Kameras oberhalb der verschiedenen Quadranten über dem gesamten Wafer verteilt angeordnet. Ein Beispiel für eine solche Anordnung in einer ersten Aufnahmeposition ist in 3 dargestellt. Dadurch wird erreicht, dass genügend Platz für die Objektive, Kameras, Fixierungen etc. vorhanden ist. Der für jede Kamera-Objektiv-Kombination zur Verfügung stehende Bauraum ist durch einen Kreis repräsentiert.This finding is used for the selection of camera positions within the camera arrangement 14 used. Each of the six cameras receives a position that corresponds to an image field described above 24 . 26 . 28 . 30 . 32 or 34 equivalent. However, not all image fields from the same quadrant are displayed in the cameras. Rather, the cameras are arranged above the various quadrants distributed over the entire wafer. An example of such an arrangement in a first receiving position is in 3 shown. This ensures that there is enough space for the lenses, cameras, fixations, etc. The space available for each camera-lens combination is represented by a circle.

Die Bildfläche 28 wird mit einer Kamera aufgenommen, die in der ersten Aufnahmeposition, die in 3 dargestellt ist, oberhalb des Quadranten I angeordnet ist. Die Bildfläche 24 wird mit einer Kamera aufgenommen, die in der ersten Aufnahmeposition oberhalb des Quadranten III angeordnet ist. Die Bildfläche 26 wird mit einer Kamera aufgenommen, die in der ersten Aufnahmeposition oberhalb des Quadranten IV angeordnet ist. Die Bildfläche 30 wird mit einer Kamera aufgenommen, die in der ersten Aufnahmeposition oberhalb der Quadranten II und III angeordnet ist. Die Bildfläche 32 wird mit einer Kamera aufgenommen, die in der ersten Aufnahmeposition oberhalb des Quadranten I und IV angeordnet ist. Die Bildfläche 34 wird mit einer Kamera aufgenommen, die in der ersten Aufnahmeposition oberhalb des Quadranten III angeordnet ist.The picture surface 28 is recorded with a camera in the first shooting position, the in 3 is shown above the quadrant I is arranged. The picture surface 24 is recorded with a camera which is arranged in the first recording position above the quadrant III. The picture surface 26 is recorded with a camera which is arranged in the first recording position above the quadrant IV. The picture surface 30 is recorded with a camera placed in the first recording position above the quadrants II and III. The picture surface 32 is recorded with a camera which is arranged in the first recording position above the quadrants I and IV. The picture surface 34 is recorded with a camera which is arranged in the first recording position above the quadrant III.

Nach Aufnahme der Bilder in der ersten Aufnahmeposition wird der Tisch 12 um seine Mittenachse 44 senkrecht zur Waferoberfläche gedreht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei dem die Aufteilung des Wafers in vier Quadranten durchgeführt wurde, erfolgt die Drehung entsprechend um 90°. Bei einer Aufteilung beispielsweise in Sextanten, erfolgt die Drehung um 60°. Nach der 90°-Drehung im Uhrzeigersinn ist die Kamera mit dem Bildfeld 24 oberhalb des Quadranten II angeordnet. Die weiteren fünf Kameras sind entsprechend ebenfalls oberhalb des jeweils benachbarten Quadranten angeordnet. Dann werden erneut Bilder in der zweiten Aufnahmeposition aufgenommen. Dies wird insgesamt drei Mal wiederholt, bis jede Kamera 16 einmal oberhalb jedes Quadranten 22 positioniert war.After taking the pictures in the first shooting position, the table becomes 12 around its center axis 44 rotated perpendicular to the wafer surface. In the present embodiment, in which the division of the wafer was carried out in four quadrants, the rotation is carried out accordingly by 90 °. For example, when dividing into sextants, the rotation is 60 °. After the clockwise rotation of 90 °, the camera is in the field of view 24 arranged above the quadrant II. The other five cameras are also arranged above the respective adjacent quadrant. Then pictures are taken again in the second recording position. This is repeated a total of three times until each camera 16 once above each quadrant 22 was positioned.

Es werden auf diese Weise bei vier Aufnahmepositionen und sechs Kameras 16 insgesamt 4 × 6 = 24 Bilder erzeugt. Diese werden bei der Verarbeitung mit einer Software zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. Bei paralleler Verarbeitung der von den Kameras erzeugten Daten wird das Bild sehr schnell erzeugt. Die einzige Bewegung für den Vorgang ist die Drehbewegung des Tischs. Da mehrere Kameras 16 zur Verfügung stehen, die eine Bestimmung der Kameraposition zum Wafer 20 erlauben, ist keine Feinjustierung der Tischposition bzw. des Drehwinkels nach der Drehung erforderlich. Dadurch wird die Inspektionsdauer weiter verkürzt.It will be in this way at four shooting positions and six cameras 16 a total of 4 × 6 = 24 images generated. These are combined in the processing with a software to a total image. In parallel processing of the data generated by the cameras, the image is generated very quickly. The only movement for the process is the rotational movement of the table. Because several cameras 16 are available, which is a provision the camera position to the wafer 20 allow fine adjustment of the table position or the angle of rotation after rotation is required. This further reduces the duration of the inspection.

Da die gesamte Aufnahmefolge nur 3 Bewegungen erfordert, lässt sie sich sehr schnell, z.B. innerhalb von etwa 10 s ausführen. Für diese Grundauflösung ist somit ein sehr hoher Durchsatz realisierbar.Since the entire recording sequence requires only 3 movements, it can be very quickly, e.g. within about 10 s. For this basic resolution thus a very high throughput can be realized.

Mit dem dargestellten Ausführungs-Beispiel lässt sich unter Verwendung handelsüblicher Kameras, z. B., 22MP-Kamera eine Pixel-Auflösung von z.B. ca. 14µm erreichen. Das Verfahren ist durch geeignet Wahl von Anzahl und Anordnung der Kameras sowie geeignet gewählte Objektive auf jede beliebige Objektform und Größe skalierbar. Insbesondere kann es an alle in der Halbleiterindustrie eingesetzten und zukünftig geplanten Wafergrößen angepasst werden.With the illustrated embodiment example can be using commercially available cameras, eg. For example, 22MP camera has a pixel resolution of e.g. reach about 14μm. The method can be scaled to any object shape and size by suitably selecting the number and arrangement of the cameras as well as appropriately selected lenses. In particular, it can be adapted to all wafer sizes used and planned in the semiconductor industry in the future.

Das vorliegende Inspektionsgerät 10 erlaubt die Erzeugung eines Waferbildes mit besonders hoher Auflösung. Hierzu wird der Wafertisch 12 mit dem Wafer 20 in jeder Aufnahmeposition vier Mal lateral nach rechts in Richtung des Pfeils 46 in 2 und vier Mal nach oben in der Darstellung in Richtung des Pfeils 48 in 2 bewegt und ein Bild aufgenommen. Für die Bewegung kann ein Piezo-Antrieb eingesetzt werden. Die Bewegung erfolgt um einen Weg, der ein Viertel der Länge eines Detektorelements beträgt. Auf diese Weise werden mit jedem Detektorelement in jeder Aufnahmeposition vier Werte erzeugt. Jeder Wert repräsentiert einen Mittelwert des Grauwertes an der jeweiligen Aufnahmeposition. Aus dem so gewonnenen Bildstapel von um Subpixelschritte verschobenen Bildern lässt sich auf mathematischem Wege ein Bild mit der Auflösung der Subpixelschrittweite berechnen.The present inspection device 10 allows the generation of a wafer image with a particularly high resolution. This is the wafer table 12 with the wafer 20 in each pick-up position four times laterally to the right in the direction of the arrow 46 in 2 and four times up in the direction of the arrow 48 in 2 moved and taken a picture. For the movement, a piezo drive can be used. The movement takes place by a path that is one quarter of the length of a detector element. In this way, four values are generated with each detector element in each pickup position. Each value represents an average of the gray value at the respective recording position. From the thus obtained image stack of images shifted by sub-pixel steps, it is possible to mathematically calculate an image with the resolution of the subpixel step size.

Das Aufnahme-Verfahren ist in 4a–e anhand eines Zahlenbeispiels dargestellt. Nimmt man an, dass jedes Objektiv 18 ein Bild mit einer Auflösung von einem Viertel der Größe eines Detektorelements auf dem Detektor abbildet, so erfasst jeder Detektor in der Ausgangsstellung die in 4a links dargestellten Grauwerte. Dabei ist das Detektorelement als Quadrat 50 dargestellt. Die Grauwerte infolge der Subpixelverschiebung sind als je 4×4 Zahlen 52 innerhalb des Quadrats bezeichnet. Die Kamera integriert jeweils über diese 4×4 Werte, so dass das erste Kamerabild aus den in der rechten Seite in 4a hervorgehobenen Werten 52, oben links in den Feldern 50 besteht. The recording procedure is in 4a -E shown using a numerical example. Suppose that every lens 18 If an image with a resolution of a quarter of the size of a detector element is imaged on the detector, then each detector in the starting position detects those in 4a Gray values shown on the left. The detector element is a square 50 shown. The gray values due to the subpixel shift are each 4 × 4 numbers 52 designated within the square. The camera integrates each of these 4 × 4 values, making the first camera image out of the one in the right side 4a highlighted values 52 , top left in the boxes 50 consists.

Nun wird der Wafer 20 so zur Kamera 16 verschoben, dass das Abbild um ¼ eines Detektorelements nach links wandert. Die Kamera 16 nimmt nun ein Bild auf, wie in 4b dargestellt. Die rechts grau unterlegten Werte 54 bilden das 2. Kamerabild. In 4c und 4d sind die Aufnahmen für das 3. und 4. Bild dargestellt. In 4e ist das 5. Bild gezeigt, welches nach demselben Prinzip in vertikaler Verschiebungsrichtung aufgenommen wird. Insgesamt sind in diesem Beispiel 4×4 = 16 Bilder an jeweils um ¼ der Länge eines Detektorelements versetzten Positionen aufzunehmen.Now the wafer 20 so to the camera 16 shifted the image by ¼ of a detector element to the left wanders. The camera 16 take a picture, as in 4b shown. The values highlighted in gray on the right 54 make up the 2nd camera image. In 4c and 4d the pictures for the 3rd and 4th picture are shown. In 4e the 5th picture is shown, which is taken on the same principle in the vertical direction of displacement. In total, in this example, 4 × 4 = 16 images are to be recorded at positions each offset by ¼ the length of a detector element.

Der so aufgenommene Bildstapel wird in der rechten Seite von 4a bis 4e zu einem Bild zusammengesetzt. Der Bildstapel stellt eine 2-dimensionale, gleitende Mittelwertbildung der originalen Grauwerte mit einer Breite der Glättung von 4 Werten dar. Aus einer solchen Mittelung lässt sich das Originalwertegitter auf der linken Seite der 4a bis 4e vollständig rekonstruieren. Hierzu werden an mindestens zwei Randbereichen 56 und 58, d.h. je einmal vertikal und horizontal, eine letzte Zeile und eine letzte Spalte mit definiertem, bekannten Grauwerten aufgenommen. Im vorliegenden Fall sind diese Grauwerte 0.The captured image stack is in the right side of 4a to 4e assembled to a picture. The image stack represents a 2-dimensional, moving average of the original gray values with a width of the smoothing of 4 values. From such an averaging, the original value grid on the left side of the 4a to 4e completely reconstruct. For this purpose, at least two edge areas 56 and 58 , ie once each vertical and horizontal, a last line and a last column with defined, known gray scale recorded. In the present case, these gray values are 0.

Die Rekonstruktion startet an diesen bekannten Rändern 56 und 58 und stellt mathematisch eine einfache 2-dimensionale Ableitungsberechnung dar. Der nach der Ableitung noch unbekannte Offset wird durch die bekannten Ränder errechnet. Dies ist am Beispiel einer Simulation in dargestellt. In 5a ist das Originalbild 60 dargestellt. In 5b ist das aus den 16 von der Kamera aufgenommenen Einzelbildern zusammengesetzte Mittelwertbild 62 dargestellt. In 5c ist das rekonstruierte Bild 64 dargestellt. Der Wert jedes einzelnen Detektorelements im hochaufgelösten rekonstruierten Bild 64 ergibt sich aus dem entsprechenden Wert im Mittelwertbild 62 abzüglich der in den bereits berechneten Werten in den 15 Zellen 66 in den 4 Reihen rechts und unterhalb des gesuchten Detektorelements 68, wie in 6 gezeigt.The reconstruction starts at these known edges 56 and 58 and mathematically represents a simple 2-dimensional derivation calculation. The offset, which is still unknown after the derivation, is calculated by the known edges. This is the example of a simulation in shown. In 5a is the original picture 60 shown. In 5b is the average image composed of the 16 frames taken by the camera 62 shown. In 5c is the reconstructed image 64 shown. The value of each individual detector element in the high-resolution reconstructed image 64 results from the corresponding value in the average image 62 minus the already calculated values in the 15 cells 66 in the 4 rows to the right and below the searched detector element 68 , as in 6 shown.

Unter Nutzung des dargestellten Aufnahmeverfahrens ist es möglich, die effektive Auflösung des Bildes durch die geeignet gewählte Zahl von Subpixelschritten bis zur Auflösungsgrenze des Objektivs zu treiben. Die Kameras benötigen keine um ein Vielfaches höhere Zahl an Detektorelementen und müssen nicht aufwändig über den Wafer gescannt werden.Using the imaging method illustrated, it is possible to drive the effective resolution of the image through the appropriately selected number of sub-pixel steps up to the resolution limit of the objective. The cameras do not require a much higher number of detector elements and do not have to be laboriously scanned across the wafer.

Es ist eine einfache und sehr flexible Auswahl zwischen sehr hohem Durchsatz und sehr hoher Auflösung möglich. Zur Erreichung eines hohen Durchsatzes werden nur die 4×6 „Grundbilder“ ohne Subpixelverschiebung aufgenommen. Zur Erreichung einer sehr hohen Auflösung werden zusätzlich in jeder Vierteldrehungsstellung des Wafers die Subpixel-verschobenen Bilder aufgenommen.It is a simple and very flexible choice between very high throughput and very high resolution possible. To achieve a high throughput, only the 4 × 6 "basic images" are recorded without subpixel shift. To achieve a very high resolution, the subpixel shifted images are additionally recorded in every quarter turn position of the wafer.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel haben die Kameras eine hohe Graustufenauflösung und geringes Rauschen. Dabei gelingt es durch die sorgfältige Auswertung der Graustufen Defekte unterhalb der Objektivauflösung zu detektieren, auch wenn diese im optischen Sinne nicht mehr aufgelöst werden. Bei Kameras mit 12 bit Auflösung stehen effektiv mehr als 4000 Graustufen zur Verfügung. Bei einem Rauschniveau der Kamera unterhalb von 10 Graustufen kann man einen beispielsweise als quadratisch angenommenen Defekt mit einem Kontrast von z.B. 30 Graustufen zur Umgebung noch detektieren.In the present embodiment, the cameras have a high gray scale resolution and low noise. Due to the careful evaluation of the grayscale, it is possible to detect defects below the objective resolution, even if they are no longer resolved in the optical sense. For 12-bit resolution cameras, there are effectively more than 4000 grayscale levels available. With a noise level of the camera below 10 gray levels, one can still detect a defect assumed to be square, for example, with a contrast of, for example, 30 gray levels to the surroundings.

Im oben beschriebenen, einfachen Ausführungsbeispiel wurden Schwarzweiß-Kameras eingesetzt. Bei anspruchsvollen Inspektionen mit gleichzeitig hohem Durchsatzanspruch werden 3-CCD Kameras oder Schwarzweiß-Kameras mit zusätzlichen, ganzflächigen Farbfiltern für besonders hohe Flexibilität eingesetzt. In letztgenanntem Fall kann zum Beispiel ein Filterwechsel 2, 3 oder mehr Filter für jede Kamera tragen. Diese können dann in einem Schritt gleichzeitig vor die Kamerasensoren bewegt werden. Durch die separate, von der Kamera getrennte Einbringung der Filter können die Wellenlängenbereiche auf die jeweilige Applikation abgestimmt werden. Z.B. ist es so möglich neben den üblichen Rot, Grün, Blau-Filtern auch solche im nahen Infrarot einzusetzen, um z.B. dünne Siliziumschichten teilweise durchstrahlen zu können.In the simple embodiment described above, black-and-white cameras have been used. For demanding inspections with high throughput requirements, 3-CCD cameras or black-and-white cameras with additional, full-surface color filters are used for particularly high flexibility. In the latter case, for example, a filter change may carry 2, 3 or more filters for each camera. These can then be moved simultaneously in front of the camera sensors in one step. Due to the separate, separate from the camera introduction of the filters, the wavelength ranges can be adjusted to the particular application. For example, In addition to the usual red, green and blue filters, it is also possible to use those in the near infrared, e.g. partially penetrate thin silicon layers.

Die nach den vorgenannten Schritten aufgenommenen Bilder können mit allen, üblichen und bekannten Verfahren zur Defekterkennung aus Bilddaten weiter verarbeitet werden. Insbesondere können die üblichen Verfahren des Vergleichs zu einer Referenz oder des lokalen Vergleichs oder des Vergleichs mit einer aus der Produktionsdatenbasis generierten Referenz genutzt werden.The images taken after the aforementioned steps can be further processed from image data using all common and known methods for defect detection. In particular, the usual methods of comparison to a reference or the local comparison or comparison with a reference generated from the production database can be used.

So kann für verschiedene Anwendungsfälle zunächst ein Farbbild erstellt werden, welches anschließend mit einem Referenzbild verglichen wird. Ebenso kann besonders vorteilhaft aufgrund der großen Bildfelder ein lokaler Bildvergleich mit widerkehrenden Strukturen im selben Bild erfolgen. Dieses Verfahren ist besonders robust gegen Helligkeits- und Farbschwankungen der benutzten Lichtquellen sowie gegen Positionierungsungenauigkeiten des zu untersuchenden Wafers. Thus, for different applications, first a color image can be created, which is then compared with a reference image. Likewise, due to the large image fields, a local image comparison with recurring structures in the same image can be carried out particularly advantageously. This method is particularly robust against brightness and color variations of the light sources used and against positioning inaccuracies of the wafer to be examined.

Alternativ können auch die ermittelten Teilbilder zunächst in den einzelnen Farbkanälen auf Defektsignaturen untersucht werden, um dann z.B. nur Defekte detailliert auszuwerten, die in mindestens 2 oder mindestens 3 der Farbkanäle sichtbar sind. Alternatively, the determined partial images can first be examined for defect signatures in the individual color channels, in order then to be used, for example. Only evaluate defects in detail that are visible in at least 2 or at least 3 of the color channels.

Alle diese Modifikationen stellen keine Abweichung vom Erfindungsgedanken dar und richten sich vor allem nach der speziellen Anforderung des jeweiligen Anwendungsfalles.All these modifications do not represent a departure from the spirit of the invention and are primarily based on the specific requirement of the particular application.

Die vorstehenden Ausführungen wurden zum besseren Verständnis beispielhaft anhand von konkreten Angaben bezüglich der Anzahl der Bildpunkte, der Größe der Abschnitte und der Bildung von Mittelwerten und Schwellwerten gemacht. Es versteht sich, dass es sich hierbei lediglich um Ausführungsbeispiele handelt. Die Erfindung kann ebenso mit anderen Werten verwirklicht werden. The above explanations have been made by way of example for the purpose of better understanding on the basis of concrete information regarding the number of pixels, the size of the sections and the formation of mean values and threshold values. It is understood that these are merely exemplary embodiments. The invention can also be realized with other values.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2009121628 A2 [0007]

Claims

Apparatus for inspecting flat objects, in particular wafers, comprising (a) an object holder; (b) a camera assembly having a camera for capturing an image of at least a portion of the object; (c) a drive arrangement for generating a relative movement between the camera assembly and the object from a first pickup position to at least one pickup position; characterized in that (d) the camera arrangement comprises at least one further camera; (e) the object areas imaged in different cameras are at least partially different, all the cameras jointly detecting only a part of the entire inspection area of the object at the same time; and (f) by the relative movement between the camera arrangement and the object generated by the drive arrangement, each object point of the entire inspection area can be imaged at least once into one of the cameras.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the cameras of the camera arrangement are arranged stationary.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the object, the object holder or the camera arrangement for generating the relative movement between the camera arrangement and object about an axis perpendicular to the object plane of the cameras is rotatable.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cameras have a plurality of detector elements (pixels) and the object, the object holder, the sensor chips with the detector elements within the cameras or the camera arrangement controls multiple times in the object plane displaced by a path are whose integer multiple corresponds to the length of the detector elements in the direction of the displacement path.

Apparatus according to claim 4, characterized in that the object, the object holder, the sensor chips with the detector elements within the cameras or the camera arrangement controlled several times in two orthogonal directions in the object plane are displaceable by paths whose integer multiple of the length of the detector elements in Correspond to the direction of the corresponding displacement paths.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that each camera of the camera arrangement has its own imaging optics and a separate detector.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the images are substantially telecentric.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that one or more color and / or infrared filters are provided in the imaging beam paths.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that one or more color and / or infrared filters are provided in the illumination beam paths.

Method for inspecting flat objects, in particular wafers, characterized by the steps: (a) simultaneously taking pictures of at least partially different object areas with different cameras of a camera arrangement, wherein all cameras collectively only cover a part of the entire inspection area of the object at the same time; (b) generating a relative movement between the camera assembly and the object from a first pickup position to at least one further suitable pickup position at which another portion of the inspection area is detected; and (c) repeating steps (a) and (b) until each object point of the entire inspection area is mapped at least once into one of the cameras.

A method according to claim 10, characterized in that the relative movement is a rotation of the camera arrangement or the object about an axis perpendicular to the object plane of the cameras.

A method according to claim 10 or 11, characterized in that the cameras have a plurality of detector elements (pixels) and the object holder, the sensor chips with the detector elements within the cameras or the camera assembly before execution of step (b) additionally controlled multiple times in the Object level to be shifted by a distance whose integer multiple corresponds to the length of the detector elements in the direction of the displacement path.

A method according to claim 12, characterized in that the path of the additional displacement is in each case a quarter of the length of the detector elements in the direction of the displacement path.

A method according to claim 12 or 13, characterized in that the additional displacement takes place in two orthogonal directions.

Method according to one of claims 11 to 14, characterized in that the object, the object holder or the camera assembly in step (b) are rotated by 90 °.