DE102014114181B4

DE102014114181B4 - Verfahren zum Untersuchen eines Substrats und entsprechende Vorrichtung

Info

Publication number: DE102014114181B4
Application number: DE102014114181.4A
Authority: DE
Inventors: Christoph Wolfgruber
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2019-12-05
Anticipated expiration: 2034-10-01
Also published as: US20170030847A1; US10488354B2; US9494468B2; US20150092814A1; DE102014114181A1

Abstract

Verfahren (1300) zum Untersuchen eines Substrats, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:Erzeugen eines Temperaturgradienten entlang einer Oberfläche des Substrats (1310);Detektieren einer von dem Substrat emittierten Wärmestrahlung (1320); undBestimmen anhand der detektierten Wärmestrahlung, ob das Substrat beschädigt ist (1330).

Description

Verschiedene Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen ein Verfahren zum Untersuchen eines Substrats und eine Vorrichtung zum Untersuchen eines Substrats.
Einige Wafer können in einem Abschnitt des Wafers Defekte enthalten, wie z. B. Haarrisse, andere Typen von Rissen und Fehlstellen, die wahrscheinlich wenigstens eine in diesem Abschnitt des Wafers ausgebildete Halbleiterkomponente unbrauchbar machen. Die Wafer können deshalb überprüft werden, um die Defekte zu identifizieren, so dass wenigstens die jeweilige Halbleiterkomponente verworfen werden kann.
Die Identifikation der Defekte kann die akustische Reflexions-Rastermikroskopie (SAM, die außerdem als akustische Mikrobildgebung (AMI) bezeichnet wird) unter Verwendung von Ultraschallwellen verwenden. Sie kann ein geeignetes Verfahren repräsentieren, um die Materialeigenschaften oder die Materialänderung zu analysieren und außerdem die Defekte zu detektieren, weil sie stark auf die Grenzflächen zwischen einem festen Material und einem Gas reagiert. Sie kann ein zerstörungsfreies Auswertungsverfahren sein, das in Allgemeinen bei der Versagensanalyse verwendet wird.
1 zeigt ein SAM-System 100 unter Verwendung von Ultraschallwellen 116 zum Detektieren von Rissen 120 in einem Wafer 118. Das System 100 dient als ein Sender 102 der Ultraschallwellen 116, die von einem Umsetzer 110 durch eine Linse 112 emittiert werden, und als ein Empfänger 106 der durch die Probe 118 reflektierten Ultraschallwellen, die durch die Linse 112 in den Umsetzer 110 eintreten, mit einem Schalter 104, der zwischen dem Sender und dem Empfänger umschaltet. Eine Frequenz der Ultraschallwellen 116 kann im Bereich von etwa 5 MHz bis etwa 500 MHz liegen.
Die Ultraschallwellen können nur durch Materialien im festen Zustand und durch Flüssigkeiten übertragen werden (es gibt z. B. keine Ausbreitung von Schallwellen im Vakuum). Die Ultraschallwellen können von dem Umsetzer 110 über ein Kopplungsmedium 114 zu der zu testenden Probe 118 gesendet werden. Das Kopplungsmedium kann z.B. Wasser 114 sein, weil es fast keine Dämpfung der Ultraschallwellen im Wasser gibt. Wie in 1 gezeigt ist, können sowohl die Probe 118 als auch der Umsetzer 110 in Wasser 114 angeordnet sein, was bedeutet, dass die SAM-Analyse keine kontaktlose Messtechnik sein kann.
Die Auflösung eines durch das SAM-System 100 erhaltenen akustischen Bildes kann von mehreren Faktoren abhängen, wie z. B. der Frequenz der durch den Umsetzer emittierten Ultraschallwellen, der Brennweite, der numerischen Apertur, des Fluidweges und der Signalstärke.
2 zeigt ein Auftreffen von Ultraschallwellen 116 auf verschiedene Defekte 226 in einer Probe 118. Innerhalb der Probe 118 können die Ultraschallwellen 116 reflektiert, gestreut oder absorbiert werden.
Ein weiteres herkömmliches System enthält ein Ultraschallsystem zum Detektieren von Rissen in einer Probe.
3 zeigt die durch ein SAM-Ultraschallsystem, z. B. durch das in 1 und 3 gezeigte System, erhaltenen Bilder 300, die die Proben 118 mit den Rissen 120 zeigen. Auf der linken Seite ist eine Vollansicht des Wafers gezeigt. Es können alle Haarrisse detektiert werden. Die kleinsten Details können identifiziert werden, wie in den herangezoomten Ansichten der Risse 120 gesehen werden kann, die auf der rechten Seite gezeigt sind. Die schwarzen Punkte geben die Partikel auf dem Wafer an, die durch das Messwerkzeug verursacht werden, das außerhalb des Reinraums installiert ist.
Wie in der unteren Reihe der Bilder gesehen werden kann, können außerdem sogenannte Sternrisse 120, die sich in einer Mitte des Wafers 118 bilden können, identifiziert werden.
Eine Analyse unter Verwendung eines SAM-Ultraschallsystems kann jedoch für eine hohe Fertigungsrate nicht geeignet sein, weil ein für das Analysieren eines Wafers 118 erforderlicher durchschnittlicher Zeitraum etwa 45 Minuten beträgt.
Die Analyse des Wafers 118 kann nur auf die Ränder eingeschränkt werden, was Zeit sparen kann, wobei aber dann die Sternrisse 120 (in den unteren Bildern in 4), die sich nicht am Rand des Wafers befinden, verfehlt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Untersuchen eines Substrats ein Verfahren bereitstellen, das nur einen kurzen Zeitraum, z. B. weniger als 10 Sekunden, für das Untersuchen eines Substrats erfordert.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Untersuchen eines Substrats ein schnelles und effektives Testverfahren bereitstellen, das die Ergebnisse des Detektierens von Schäden in dem Substrat bereitstellt. In verschiedenen Ausführungsformen kann aktive Thermographie, z. B. Impulsthermographie, verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen können die Schäden/Defekte in einem Substrat ohne eine a priori Kenntnis hinsichtlich eines Vorhandenseins und/oder einer Art eines Schadens detektiert werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren eine photothermische Messprozedur sein, was bedeutet, dass das Substrat durch eine Wärmequelle angeregt werden kann und die Wärmestrahlung von dem Substrat durch einen Photodetektor detektiert werden kann.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Untersuchen eines Substrats bereitgestellt. Das Verfahren kann Folgendes enthalten: Erzeugen eines Temperaturgradienten entlang einer Oberfläche des Substrats; Detektieren einer von dem Substrat emittierten Wärmestrahlung; und Bestimmen (anders ausgedrückt Ermitteln) auf der detektierten Wärmestrahlung basierend, ob das Substrat beschädigt ist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Oberfläche wenigstens eine Hauptbearbeitungsoberfläche des Substrats und/oder eine Oberfläche des Substrats, die der Hauptbearbeitungsoberfläche gegenüberliegt, enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat ein Wafer sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Temperaturgradient zeitlich veränderlich sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Temperaturgradient kontaktlos gebildet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Temperaturgradient durch das Ausstrahlen von Wärme gebildet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Wärme in einer Richtung ausgestrahlt werden, die eine Vektorkomponente in einem Winkel zu einer Normalen auf der Oberfläche besitzt. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Wärme in einer Richtung ausgestrahlt werden, die eine Vektorkomponente besitzt, die zur Oberfläche parallel ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden des Temperaturgradienten das Anwenden von Wärme auf einen kleinen Abschnitt des Substrats enthalten. In verschiedenen Ausführungsfornien kann die Wärme mit einem Laser angewendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Wärme während eines kurzen Zeitraums angewendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Temperaturgradient einen Temperaturunterschied von weniger als 5 K überspannen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Detektieren einer von dem Substrat emittierten Wärmestrahlung das Detektieren von von dem Substrat emittierter Infrarotstrahlung enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen kann die detektierte Infrarotstrahlung eine Wellenlänge in einem Bereich von 2 µm bis 15 µm besitzen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Detektieren einer von dem Substrat emittierten Wärmestrahlung das Erzeugen eines Bildes von wenigstens einem Abschnitt des Substrats enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Detektieren einer von dem Substrat emittierten Wärmestrahlung das Detektieren der Wärmestrahlung mit einer Infrarotkamera enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Bestimmen (anders ausgedrückt Ermitteln) auf der detektierten Wärmestrahlung basierend, ob das Substrat beschädigt ist, das Analysieren des Bildes enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Bestimmen auf der detektierten Wärmestrahlung basierend, ob das Substrat beschädigt ist, das visuelle Analysieren der detektierten Wärmestrahlung und/oder das Analysieren der detektierten Wärmestrahlung unter Verwendung einer Verarbeitungsschaltung enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner Folgendes enthalten: vor dem Erzeugen des Temperaturgradienten entlang der Oberfläche des Substrats Erzeugen eines Temperaturgradienten entlang einer Oberfläche des Substrats; Detektieren einer von dem Substrat emittierten Wärmestrahlung; und Drehen des Substrats um wenigstens 45° um eine Normale auf der Oberfläche.
In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Vorrichtung zum Untersuchen eines Substrats bereitgestellt. Die Vorrichtung kann Folgendes enthalten: eine Halterung, eine Wärmequelle, die bezüglich der Substrathalterung angeordnet ist und die dafür ausgelegt ist, einen Temperaturgradienten entlang einer Oberfläche des in der Substrathalterung gehaltenen Substrats zu erzeugen; und einen Detektor, der dafür ausgelegt ist, eine von dem durch die Substrathalterung gehaltenen Substrat emittierte Wärmestrahlung zu detektieren.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Wärmequelle dafür ausgelegt sein, Wärmestrahlung zu emittieren. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Wärmequelle dafür ausgelegt sein, dass die Wärmestrahlung eine Strahlungsrichtung enthält, die eine Vektorkomponente besitzt, die zur Oberfläche des Substrats parallel ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Substrathalterung ein Material mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit enthalten oder aus dem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit bestehen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Substrathalterung dafür ausgelegt sein, sich an einem Punkt oder einem schmalen Rand mit dem Substrat in Kontakt zu befinden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Wärmequelle dafür ausgelegt sein, die Wärme nur einem Abschnitt des durch die Substrathalterung gehaltenen Substrats direkt bereitzustellen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Detektor dafür ausgelegt sein, Infrarotstrahlung zu detektieren. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Detektor eine Infrarotkamera sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat ein Wafer sein.
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen überall in den verschiedenen Ansichten auf gleiche Teile. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, wobei die Betonung stattdessen im Allgemeinen auf das Veranschaulichen der Prinzipien der Erfindung gelegt ist. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, worin:

1 ein System unter Verwendung von Ultraschallwellen zum Detektieren von Rissen in einer Probe zeigt;
2 ein Auftreffen von Ultraschallwellen auf verschiedene Defekte in einer Probe zeigt;
3 die durch ein Ultraschallsystem erhaltenen Bilder zeigt, die Proben mit Rissen zeigen;
4 ein optisches Bild und ein Thermographiebild eines Schaltkastens zeigt;
5 verschiedene Verfahren zum Ausführen der Thermographie zeigt;
6 eine Vorrichtung zum Untersuchen eines Substrats gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt;
7 eine graphische Darstellung der Temperaturabnahme der Wafer als eine Funktion der Zeit zeigt;
8 zeigt, in welche Teile eine Gesamtenergie, die ein Substrat trifft, unterteilt ist;
9 einen Aufbau für ein Verfahren zum Untersuchen eines Substrats gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt;
10 die Bilder eines Substrats zeigt, die unter Verwendung eines Verfahrens zum Untersuchen eines Substrats gemäß verschiedenen Ausführungsformen erhalten worden sind;
11 Bilder eines Substrats zeigt, die unter Verwendung eines Verfahrens zum Untersuchen eines Substrats gemäß verschiedenen Ausführungsformen erhalten worden sind;
12 ein Bild eines Substrats, das mittels eines Verfahrens unter Verwendung von Ultraschall erhalten worden ist, mit einem Bild eines Substrats, das unter Verwendung eines Verfahrens zum Untersuchen eines Substrats gemäß verschiedenen Ausführungsformen erhalten worden ist, vergleicht; und
13 eine schematische graphische Darstellung eines Verfahrens zum Untersuchen eines Substrats zeigt.

Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die zur Veranschaulichung spezifische Einzelheiten und Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
Das Wort „beispielhaft“ wird hier so verwendet, dass es als „ein Beispiel, ein Fall oder eine Veranschaulichung dienend“ bedeutet. Irgendeine hier als „beispielhaft“ beschriebene Ausführungsform oder Konstruktion ist nicht notwendigerweise als gegenüber anderen Ausführungsformen oder Konstruktionen bevorzugt oder vorteilhaft auszulegen.
Das Wort „über“, das hinsichtlich eines abgeschiedenen Materials verwendet wird, das „über“ einer Seite oder Oberfläche ausgebildet ist, kann hier so verwendet werden, dass es bedeutet, dass das abgeschiedene Material „direkt auf“ der, z. B. in direktem Kontakt mit der implizierten Seite oder Oberfläche ausgebildet sein kann. Das Wort „über“, wie es z. B. hinsichtlich eines abgeschiedenen Materials verwendet wird, das „über“ einer Seite oder Oberfläche ausgebildet ist, kann hier so verwendet werden, dass es bedeutet, dass das abgeschiedene Material „indirekt auf“ der implizierten Seite oder Oberfläche ausgebildet sein kann, wobei eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der implizierten Seite oder Oberfläche und dem abgeschiedenen Material angeordnet sind.
Infrarotstrahlung, die für das menschliche Auge unsichtbar ist und außerdem größtenteils für übliche Detektoren in Kameras, die Bilder in einem sichtbaren Wellenlängenbereich aufnehmen, unsichtbar ist, kann unter Verwendung von Thermographie sichtbar gemacht werden.
Die Thermographie kann Wärmestrahlung (z. B. Schwarzkörperstrahlung) von einem Objekt detektieren, ohne mit dem Objekt in Kontakt zu gelangen. Von besonderem Interesse kann die Infrarotstrahlung in einem Wellenbereich zwischen etwa 1 µm und 15 µm, z. B. zwischen 2 µm und 14 µm, sein, die von Objekten emittiert wird, die Temperaturen im Bereich von etwa 0 °C bis etwa 800 °C besitzen, z. B. etwa Zimmertemperatur.
Ein Detektor für die Detektion der Wärmestrahlung kann eine zweidimensionale Anordnung aus Detektorelementen sein (die außerdem als Pixel bezeichnet werden, wie im Fall von visuellen Kameras, die aber aus einem anderen Material hergestellt sind, z. B. Kadmium-Quecksilber-Tellurid, CMT). Die gemessenen Werte können dann in einem Bild dargestellt werden, z. B. als Graustufen oder als ein Falschfarbenbild, in dem verschiedenen Intensitätsbereichen verschiedenen Farben zugeordnet sind. Die gemessenen Werte können unter Verwendung des Stefan-Boltzmann-Gesetzes, gemäß dem die von einem Objekt emittierte Leistung von seiner Temperatur abhängt, in Temperaturen umgesetzt werden.
Es können mehrere aufeinanderfolgende Bilder aufgenommen werden, um ein Video zu erhalten, z. B. zum Registrieren einer wellenartigen Ausbreitung eines Bereichs der erhöhten Temperatur (die außerdem als eine Wärmewelle bezeichnet wird) über der Oberfläche des Objekts.
Die Thermographie kann auf eine passive Weise ausgeführt werden, die für das Aufzeichnen von Temperaturprofilen der Oberflächen von Objekten geeignet ist, die sich in einem stationären, dynamischen Gleichgewicht mit der Umgebung befinden. „Passiv“ bedeutet, dass die Oberflächentemperaturen der Objekte durch eine Infrarotkamera ohne irgendeinen äußeren Einfluss auf das Objekt gemessen werden. Es wird nur die Wärmestrahlung, die von der Wärme ausgeht, die in dem Objekt sowieso vorhanden ist, und deren Variation über einer Oberfläche des Objekts detektiert. Die Wärmequellen können z. B. intern erzeugte Wärme sein, z. B. ein Heizsystem in einem Haus, oder natürliche Wärmequellen, wie die Sonnenstrahlung. Außerdem kann eine Kühlung die von der Oberfläche des Objekts austretende Wärmestrahlung beeinflussen, wie z. B. die Kühlung durch Wind.
Ein Wärmebild (das außerdem als ein Thermogramm bezeichnet wird) eines Objekts kann mittels der Infrarotkamera aufgezeichnet werden. Das Thermogramm kann gemäß seiner Temperaturverteilung analysiert werden. Auf diese Weise können Wärmeanomalien detektiert werden. Derartige Wärmeanomalien können z. B. in elektrischen Verbindungen oder Vorrichtungen gefunden werden. 4 zeigt ein Bild 430 eines Sicherungskastens 432, das bei sichtbaren Wellenlängen aufgenommen worden ist, auf der linken Seite und ein Thermogramm 434 desselben Sicherungskastens 432 auf der rechten Seite. Eine defekte Sicherung auf der linken Seite des Kastens und ihre Verbindungsdrähte erscheinen dunkler als die anderen Sicherungen und Drähte in dem Thermogramm. Andere Gebiete, in denen die passive Thermographie angewendet werden kann, enthalten die Thermographie isolierter Häuser, um Wärmebrücken zu detektieren, und die Thermographie von Fußbodenheizungssystemen, um eine Undichtigkeit zu detektieren. Für derartige typische Anwendungen der passiven Thermographie repräsentiert Reflexionsstrahlung, wie z. B. Sonnenlicht, normalerweise eine starke Störung, wobei es erforderlich sein kann, ihren Beitrag zu einer Gesamtinfrarotstrahlung von dem Objekt klein zu halten.
Für verschiedene Arten der Anwendungen kann die Thermographie außerdem auf eine aktive Weise ausgeführt werden. Dies bedeutet, dass das zu analysierende Objekt thermisch angeregt wird, wobei dann sein Reaktionsverhalten registriert und untersucht wird. Mit anderen Worten, die aktive Thermographie verursacht eine beabsichtigte Änderung der zu messenden Oberflächentemperatur. Dafür kann ein stationärer Zustand eines Objekts geändert werden, so dass das resultierende Temperaturverhalten für die Charakterisierung verwendet werden kann.
Es können Wärmequellen, wie z. B. Laser oder Lampen, für das thermographische Testen verwendet werden, um einen Wärmestrom innerhalb des Objekts zu erzeugen. Das Objekt kann genau einmal angeregt werden (die sogenannte Impulsthermographie), periodisch angeregt werden (z. B. sinusförmig, die sogenannte Lock-In-Thermographie) oder kontinuierlich angeregt werden. Dies kann zu einer direkten Temperaturänderung (z. B. durch Lampen) oder zu einer indirekten Temperaturänderung (z. B. durch Ultraschall) führen. In den Fällen, in denen sich eine derartige Temperaturänderung auf eine wellenartige Weise ausbreitet, kann sie außerdem als eine Thermowelle, Temperaturwelle oder Wärmewelle bezeichnet werden. Die erzeugte Temperaturänderung des Objekts kann durch das Detektieren und Analysieren der Infrarotstrahlung von der Oberfläche des Objekts gemessen werden. Die Detektion kann z. B. in einem punktförmigen Bereich, an einem Gesamtbild oder durch das Erhalten einer Folge von Bildern (eines Films) ausgeführt werden.
Eine Variation der Objekteigenschaften in oder etwas unter einem Bereich der abgebildeten Oberfläche, z. B. ein anderes Material oder ein Riss, beeinflusst, d. h. stört, die Wärmestrahlung von dem Oberflächenbereich. Er kann z. B. eine andere Temperatur als ein ihn umgebender Oberflächenbereich besitzen oder seine Temperaturvariation kann zeitverschoben auftreten.
Mittels der beschriebenen Störung des Wärmestroms kann die aktive Thermographie mit der einmal oder periodisch von außen angewendeten Wärmeanregung, wie oben beschrieben worden ist, eine Identifikation der Defekte in der oder in der Nähe der untersuchten Oberfläche möglich machen. Derartige Defekte können z. B. Haarrisse in/auf der oder in der Nähe der Oberfläche enthalten.

Die folgende Tabelle stellt einen kurzen Vergleich zwischen der passiven und der aktiven Thermographie bereit:

Klassifikation	passive Thermo graphie	aktive Thermographie
Klassifikation	passive Thermo graphie	Lock-in-Verfahren	Impulsverfahren
Anregungsmodus	innere Wärme	modulierter Laser, Infrarotstrahler	Blitzlampe, Infrarotstrahler
Temperaturmessung	IR-Kamera	IR-Detektoren, Schalldetektoren	IR-Kamera, Flüssigkristalle
Testzeitraum	einige Sekunden	einige Minuten	einige Sekunden
Ergebnis	Einzelbild	Einzelbild	Filmsequenz

Die Detektion der Infrarotstrahlung, insbesondere falls zweidimensionale Bilder erhalten werden sollen, kann unter Verwendung einer Infrarotkamera ausgeführt werden. Dies kann z. B. eine sogenannte Brennebenenanordnungs-Infrarotkamera (FPA - „focal plane array“) sein, die z. B. einen Kadmium-Quecksilber-Tellurid-Infrarotdetektor (CMT-Infrarotdetektor) enthält, der hauptsächlich in einem Wellenlängenbereich zwischen 3 µm und 14 µm verwendet werden kann. Der Detektor kann eine zweidimensionale Anordnung von Pixeln enthalten, die eine auf irgendeinen gegebenen Pixel ausgestrahlte Infrarotstrahlungsintensität in einen numerischen Wert umsetzt und dadurch eine zweidimensionale Abbildung der numerischen Werte erzeugt. Die numerischen Werte können direkt verwendet werden oder die numerischen Werte können in Temperaturwerte umgesetzt werden, wobei dadurch eine zweidimensionale Temperaturabbildung erzeugt wird. Die zweidimensionale Abbildung der numerischen Werte oder der Temperaturwerte kann direkt als ein zweidimensionales Bild angezeigt werden, z. B. auf einer Anzeige der Infrarotkamera oder auf einer Anzeige eines Computers, oder sie kann z. B. in einem Speicher der Infrarotkamera oder einem Speicher des Computers für die zukünftige Verwendung, z. B. die Analyse oder die Untersuchung, gespeichert werden.
Die Anwendungen, die keine zweidimensionalen Bilder erfordern, können andere Arten von Infrarotdetektoren verwenden. Es kann z. B. ein Pyrometer (das außerdem als ein Strahlungsthermometer bezeichnet wird) verwendet werden, um die Infrarotstrahlung von einem punktförmigen Bereich zu detektieren, oder es kann eine Infrarot-Zeilenkamera (die außerdem als eine IR-Abtastkamera bezeichnet wird) in Anwendungen verwendet werden, in denen eine Linie abgebildet werden soll, z. B. wenn Fertigungsprozesse überwacht werden.
Eine schematische Darstellung verschiedener Arten der Infrarotdetektoren ist in 5 gezeigt: ein Pyrometer auf der linken Seite in der Tafel 536, eine Abtastkamera in der Mitte in der Tafel 538 und eine Brennebenenanordnungs-Kamera (FPA-Kamera) auf der rechten Seite in der Tafel 540.
6 zeigt eine Vorrichtung 600 zum Untersuchen eines Substrats 648 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Vorrichtung 600 kann für das Anwenden des Verfahrens zum Untersuchen des Substrats 648 gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 600 eine Halterung 650, eine Wärmequelle 642 und einen Detektor 644 enthalten. Es kann ein Substrat 648 bereitgestellt sein. Das Substrat 648 kann eine Hauptbearbeitungsoberfläche (die außerdem als eine erste Oberfläche bezeichnet werden kann) 656 und eine zweite Oberfläche 658, die der Hauptbearbeitungsoberfläche 656 gegenüberliegt, enthalten. Eine Größe der Hauptbearbeitungsoberfläche 656 und/oder der zweiten Oberfläche 658 in einer ersten Richtung kann als A bezeichnet werden, wobei eine Dicke des Substrats 648, d. h., eine Größe des Substrats 648 zwischen der Hauptbearbeitungsoberfläche 656 und der zweiten Oberfläche 658, als T bezeichnet werden kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 648 wenigstens ein Material aus einer Gruppe von Materialien enthalten oder aus wenigstens einem Material aus der Gruppe von Materialien bestehen, wobei die Gruppe Folgendes enthält oder aus Folgendem besteht: ein Halbleitermaterial, z. B. Silicium, Siliciumcarbid, Galliumarsenid oder Indiumphosphid, ein dielektrisches Material, z. B. ein Glas oder ein Kunststoffmaterial, und ein elektrisch leitfähiges Material, z. B. ein Metall oder eine Metalllegierung. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 648 ein Wafer sein, z. B. ein verdünnter Wafer. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 648 in einen Wafer eingebettet sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Größe A des Substrats 648 in einem Bereich von etwa 50 mm bis etwa 1000 mm liegen, z. B. von etwa 50 mm bis etwa 500 mm, z. B. von etwa 100 mm bis etwa 450 mm. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Dicke T der Substrats 648 in einem Bereich von etwa 30 µm bis etwa 10 mm, z. B. von etwa 40 µm bis etwa 1 mm, z. B. von etwa 40 µm bis etwa 70 µm liegen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 648 auf wenigstens einer Halterung 650 angeordnet sein. Die Halterung 650 kann auf eine derartige Weise dafür ausgelegt sein, dass nur eine kleine Wärmemenge von dem Substrat 648 durch die und/oder in die Halterung 650 übertragen wird. Die Halterung 650 kann z. B. ein Material mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit, z. B. ein Kunststoffmaterial oder Glas, enthalten oder aus diesem bestehen. Die Halterung 650 kann auf eine derartige Weise geformt sein, dass ein Kontaktbereich 648 klein ist, die Halterung 650 kann sich z. B. mit einem Punkt, einem konisch zulaufenden Rand, einem schmalen Rand oder dergleichen mit dem Substrat 648 in Kontakt befinden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Untersuchen eines Substrats 648 das Erzeugen eines Temperaturgradienten über der Oberfläche des Substrats 648 enthalten. Der Temperaturgradient kann zeitlich variabel sein, er kann sich z. B. mit der Zeit über die Oberfläche des Substrats 648 ausbreiten. Er kann sich auf eine wellenartige Weise ausbreiten. Er kann sich in der Richtung des Temperaturgradienten ausbreiten. Der Aufbau 600 kann zum Erzeugen des Temperaturgradienten über der Oberfläche des Substrats 648 verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Aufbau 600 eine Wärmequelle 642 enthalten. Die Wärmequelle 642 kann für das Erwärmen wenigstens eines Abschnitts des Substrats 648 verwendet werden. Mit anderen Worten, das Substrat 648 oder wenigstens ein Abschnitt von ihm kann durch die Wärmequelle 642 angeregt werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Erwärmung wenigstens eines Abschnitts des Substrats 648 den Temperaturgradienten entlang der Oberfläche des Substrats 648 erzeugen. Mit anderen Worten, der Temperaturgradient kann durch das direkte Erwärmen des Abschnitts des Substrats 648 durch die Wärmequelle 642 erzeugt werden („direkt erwärmt“ ist in diesem Fall als durch die Wärme angeregt zu verstehen, die durch die Wärmequelle 642, z. B. durch ihre Wärmestrahlung 652, bereitgestellt wird, im Gegensatz zur indirekten Erwärmung durch Wärmeleitung von direkt erwärmten Abschnitten), während andere Abschnitte des Substrats 648 nicht erwärmt werden. Diese Abschnitte können durch Wärmeleitung von dem Abschnitt des Substrats 648, der durch die Wärmequelle 642 erwärmt worden ist, indirekt erwärmt werden. Der Temperaturgradient kann zwischen den Abschnitten des Substrats 648, z. B. den Abschnitten der Oberfläche, mit hoher Temperatur, die durch die Wärmequelle 642 erwärmt werden, und den Abschnitten des Substrats 648, z. B. den Abschnitten der Oberfläche, mit niedriger Temperatur, die durch die Wärmequelle nicht (wenigstens nicht direkt) erwärmt werden, gebildet werden. In dem Substrat 648 kann Wärmeleitung stattfinden, wobei folglich die Wärme über die Oberfläche des Substrats 648 z. B. auf eine wellenartige Weise verteilt werden kann und/oder sich auf eine wellenartige Weise über die Oberfläche des Substrats 648 bewegen kann. Dies kann als die indirekte Erwärmung der Abschnitte des Substrats 648 durch die Wärmequelle 642 betrachtet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Temperaturunterschied zwischen der hohen Temperatur und der niedrigen Temperatur in einem Bereich von 1 mK bis 10 K, z. B. von 2 mK bis 1 K liegen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Oberfläche 656 oder 658, entlang der der Temperaturgradient erzeugt wird, dieselbe wie die Abschnitte des Substrats 648 sein, die durch die Wärmequelle 642 erwärmt werden. Dies kann als ein (in 7 gezeigtes) Reflexionsverfahren bezeichnet werden, weil dann die Wärmequelle 642 und ein Detektor 644, der zum Detektieren der Wärmeemission von den Abschnitten mit erhöhter Temperatur der Oberfläche 656 oder 658 bereitgestellt sein kann, auf derselben Seite einer Ebene angeordnet sind, die durch die Oberfläche 656 bzw. 658 definiert ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Oberfläche 656 oder 658, entlang der der Temperaturgradient erzeugt wird, von den Abschnitten des Substrats 648 verschieden sein, die durch die Wärmequelle 642 erwärmt werden, z. B. der anderen Oberfläche 658 oder 656. Dies kann als ein Transmissionsverfahren bezeichnet werden, weil dann die Wärmequelle 642 und der Detektor 644, der zum Detektieren der Wärmeemission von den Abschnitten mit erhöhter Temperatur der Oberfläche 656 oder 658 bereitgestellt sein kann, auf verschiedenen Seiten der Ebene angeordnet sind, die durch die Oberfläche 656 bzw. 658 definiert ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Temperaturgradient innerhalb des Abschnitts des Substrats 648 erzeugt werden, der durch die Wärmequelle 642 nicht direkt erwärmt wird. Der Temperaturgradient kann zwischen den Abschnitten des Substrats 648, z. B. den Abschnitten der Oberfläche, mit höherer Temperatur, die durch Wärmeleitung mehr von der Wärme empfangen haben, die durch die Wärmequelle 642 zu einem anderen Abschnitt des Substrats 648 übertragen worden ist, und den Abschnitten des Substrats 648, z. B. den Abschnitten der Oberfläche, mit niedrigerer Temperatur, die durch Wärmeleitung weniger von der Wärme empfangen haben, die durch die Wärmequelle 642 zu einem anderen Abschnitt des Substrats 648 übertragen worden ist, gebildet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Temperaturunterschied zwischen der hohen Temperatur und der niedrigen Temperatur in einem Bereich von 1 mK bis 10 K, z. B. von 2 mK bis 1 K liegen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Wärmequelle 648 z. B. über der durch die Oberfläche 656 definierten Ebene, unter der durch die zweite Oberfläche 648 definierte Ebene oder in einer oder beiden der Ebenen, die durch die Oberfläche 656 bzw. die Oberfläche 658 definiert sind, angeordnet sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Wärmequelle 642 zum direkten Erwärmen der vollständigen Oberfläche oder des vollständigen Substrats 648 oder eines großen Bruchteils der Oberfläche oder des Substrats 648, z. B. mehr als etwa 20 %, verwendet werden. Wenigstens in diesen verschiedenen Ausführungsformen, in denen wenigstens ein großer Bruchteil der Oberfläche oder des Substrats 648 durch die Wärmequelle 642 direkt erwärmt wird, kann ein Temperaturgradient innerhalb des Abschnitts der durch die Wärmequelle 642 erwärmten Oberfläche erzeugt werden. Dies kann durch das Übertragen von mehr Wärme zu einigen Bereichen innerhalb des Abschnitts des Substrats 648, die durch die Wärmequelle 642 direkt erwärmt werden, als zu anderen Bereichen innerhalb des Abschnitts des Substrats 648, die durch die Wärmequelle 642 direkt erwärmt werden, erreicht werden. Dies kann in dem Fall einer Strahlungswärmequelle 642 z. B. durch das Anordnen der Wärmequelle 642 auf eine derartige Weise erreicht werden, dass ein Abstand von einem Punkt oder Bereich der Wärmequelle 642, wo die Wärme zu dem Substrat 648 emittiert wird, für einige der direkt erwärmten Bereiche des Substrats 648 kürzer als für andere ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Strahlungsrichtung 660 einen von 0° verschiedenen Winkel bezüglich einer Normalen 662 auf der Oberfläche einschließen. Mit anderen Worten, die Strahlungsrichtung 660 kann eine Vektorkomponente besitzen, die zu der Oberfläche parallel ist. Die Strahlungsrichtung 660 kann als die Richtung der Mittellinie eines durch die Strahlung gebildeten Strahlungskegels betrachtet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann dies durch das Anordnen der Wärmequelle 642 auf eine derartige Weise erreicht werden, dass die Strahlungsrichtung 660 um einen von null verschiedenen Winkel bezüglich der Normalen 662 auf der Oberfläche geneigt ist, z. B. wie es in 6 gezeigt ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Wärmequelle 642 in einem Winkel von 90° bezüglich der Normalen 662 auf dem Substrat 648 und/oder einer Mittellinie einer Apertur des Detektors 644, z. B. einer Infrarotkamera 644, angeordnet sein. Auf diese Weise kann sich der Temperaturgradient über der Oberfläche 656 oder 658 anfangs zwischen einem Bereich mit erhöhter Temperatur an einem Rand des Substrats 648 und einem Bereich mit niedrigerer Temperatur an einem gegenüberliegenden Rand des Substrats 648 ausbreiten. Danach kann sich der Bereich mit erhöhter Temperatur über die Oberfläche 656 oder 658 ausbreiten, z. B. auf eine wellenartige Weise. Der Detektor, z. B. die Infrarotkamera, kann dieses Verhalten aufzeichnen. In verschiedenen Ausführungsformen kann dies durch das Variieren einer Wellenlänge und/oder einer Intensität der Strahlung über dem durch die Wärmequelle 642 erwärmten Abschnitt erreicht werden, z. B. unter Verwendung eines oder mehrerer spektral dispersiver Elemente, einer Linse oder einer Lichtlenkplatte. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Temperaturgradient nur innerhalb des erwärmten Abschnitts der Oberfläche erzeugt werden, z. B. wenn der erwärmte Abschnitt der Oberfläche die gesamte Oberfläche ist. Der Temperaturgradient kann zwischen den Abschnitten des Substrats 648, z. B. den Abschnitten der Oberfläche, mit hoher Temperatur, zu denen durch die Wärmequelle 642 mehr Wärme übertragen worden ist, und den Abschnitten des Substrats 648, z. B. den Abschnitten der Oberfläche, mit niedriger Temperatur, zu denen durch die Wärmequelle 642 weniger Wärme übertragen worden ist, gebildet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Temperaturunterschied zwischen der hohen Temperatur und der niedrigen Temperatur in einem Bereich von 1 mK bis 10 K, z. B. von 2 mK bis 1 K liegen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Temperaturgradient innerhalb des erwärmten Abschnitts des Substrats 648 und zusätzlich innerhalb des Abschnitts des Substrats 648, der durch die Wärmequelle 642 nicht direkt erwärmt wird, erzeugt werden. Der Temperaturgradient kann zwischen den Abschnitten des Substrats 648, z. B. den Abschnitten der Oberfläche, mit hoher Temperatur, zu denen durch die Wärmequelle 642 mehr Wärme übertragen worden ist, gebildet werden und durch die Abschnitte des Substrats 648, z. B. die Abschnitte der Oberfläche, mit niedriger Temperatur, zu denen durch die Wärmequelle 642 weniger Wärme übertragen worden ist, zu den Abschnitten des Substrats 648, z. B. den Abschnitten der Oberfläche, mit niedriger Temperatur, zu denen durch die Wärmequelle 642 keine Wärme direkt übertragen worden ist, weitergehen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Temperaturunterschied zwischen der hohen Temperatur und der niedrigen Temperatur im Bereich von 1 mK bis 10 K, z. B. von 2 mK bis 1 K liegen.
Die Oberfläche, entlang der der Temperaturgradient erzeugt wird, kann z. B. die Hauptbearbeitungsoberfläche 656 oder die zweite Oberfläche 658 sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Wärmequelle 642 mittels Wärmeleitung den Abschnitt des Substrats 648 erwärmen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Wärmequelle 642 den Abschnitt des Substrats 648 kontaktlos erwärmen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Wärmequelle 642 den Abschnitt des Substrats 648 mittels des Ausstrahlens von Strahlung 652 zu dem Substrat 648 erwärmen. Die Strahlung 652 kann elektromagnetische Strahlung sein oder enthalten, z. B. elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich, d. h., in einem Wellenlängenbereich von etwa 390 nm bis etwa 700 nm, und/oder elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich mit Wellenlängen, die kürzer als der sichtbare Wellenlängenbereich sind, z. B. im UV- oder EUV-Bereich, d. h., in einem Wellenlängenbereich von etwa 10 nm bis etwa 390 nm, und/oder Wärmestrahlung, z. B. Infrarotstrahlung, d. h., Strahlung in einem Wellenlängenbereich von etwa 1 µm bis etwa 15 µm, und/oder irgendwelche andere Strahlung, die zum Erwärmen wenigstens des Abschnitts des Substrats 648 geeignet ist, so dass die Erwärmung wenigstens des Abschnitts des Substrats 648 den Temperaturgradienten entlang der Oberfläche des Substrats 642 erzeugt, ohne das Substrat 648 oder die Oberfläche zu zerstören. Die Strahlung 652 kann eine kontinuierliche Emission sein oder enthalten, wie sie z. B. durch eine Glühlampe, eine Heizlampe oder eine Blitzlampe bereitgestellt wird, oder sie kann Linienemissionsstrahlung sein oder enthalten, wie sie z. B. durch einen Laser bereitgestellt wird.
Wie in 9 gezeigt ist, kann in verschiedenen Ausführungsformen die Wärmequelle 642 das Substrat 648 durch das Übertragen von Wärme zum Substrat 648 während eines kurzen Zeitraums erwärmen. Mit anderen Worten, die Wärmequelle 642 kann einen kurzen Energieimpuls bereitstellen, d. h., einen Energieimpuls während eines kurzen Zeitraums (Impulsthermographie). Dies ist in 9 durch die blitzartige Form der Wärme 652 dargestellt, die durch die Wärmequelle (z. B. die Blitzlampe) 642 zu dem Substrat (z. B. dem Wafer) 648 abgestrahlt wird. Der Temperaturgradient (die höhere Temperatur ist als eine dunklere Schattierung dargestellt), der über der Oberfläche des Substrats 648 erzeugt wird, kann durch den Detektor 644 detektiert werden. Die kurze Impulsdauer/-zeit kann z. B. in einem Bereich von etwa 1 ms bis etwa 1 s, z. B. von 1 ms bis 5 ms, z. B. von 2 ms bis 4 ms liegen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Impulsdauer von einer Wärmeleitfähigkeit des Substrats 648 abhängen. Die Impulsdauer und die Wärmeleitfähigkeit des Substrats 648 können antiproportional sein, d. h., je höher die Wärmeleitfähigkeit ist, desto kürzer/schmaler ist die Impulsdauer. Zu viel Energieeingabe (d. h., eine zu lange Impulsdauer, eine zu hohe Energie) kann das Substrat 648 beschädigen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Wärmequelle 642 ein schnell reagierender Strahler, eine Blitzlampe, z. B. eine Blitzlampe mit der kürzesten möglichen Impulsdauer und einer hohen Blitzintensität, oder ein Laser sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Untersuchen eines Substrats 648 das Detektieren einer von dem Substrat 648 emittierten Wärmestrahlung 654 enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Detektor 644 zum Detektieren der Wärmestrahlung 654 von dem Substrat 648 wenigstens eines der Folgenden sein oder enthalten: ein Thermometer, ein Pyrometer, ein Bolometer, ein Mikrobolometer, ein Thermoelement, eine Thermosäule, ein Photodetektor, z. B. ein Photodetektor, der für Nahinfrarot- und/oder Infrarotstrahlung empfindlich ist, oder eine Anordnung aus irgendwelchen dieser Detektoren. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Detektor 644 z. B. eine Kamera sein oder enthalten, z. B. eine Infrarotkamera 644, die eine Kadmium-Quecksilber-Tellurid-Infrarotdetektoranordnung enthält. Eine derartige Detektoranordnung kann z. B. 65.536 Pixel enthalten, die in einer Anordnung aus 256 Pixeln mal 256 Pixeln angeordnet sind. Die Infrarotdetektoranordnung, z. B. die Infrarotkamera 644, kann für Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich von etwa 3 µm bis etwa 5 µm (mittleres Infrarot, MIR) empfindlich sein. In verschiedenen anderen Ausführungsformen kann die Infrarotkamera 644 andere Spezifikationen besitzen, wie eine höhere oder eine niedrigere Anzahl von Pixeln, z. B. 128 × 128, 512 × 512 oder 1024 × 1024 Pixel, oder sie kann für einen breiteren, schmaleren oder anderen Wellenlängenbereich empfindlich sein, z. B. für einen Wellenlängenbereich von etwa 1 µm bis etwa 15 µm oder von etwa 10 µm bis etwa 12 µm.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Detektor 644 dafür ausgelegt sein, dass er die von dem Substrat 648 emittierte Wärmestrahlung detektieren kann. Er kann dafür ausgelegt sein, dass er die Wärmestrahlung von wenigstens einem Teil des Abschnitts des Substrats 648, z. B. des Abschnitts der Oberfläche 656 oder 658, entlang dem der Temperaturgradient erzeugt worden ist, detektieren kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann, falls der Detektor 644 z. B. ein optisches System ist, z. B. eine Kamera, die eine Detektoranordnung enthält, der Detektor 644 dafür ausgelegt sein, dass die Oberfläche oder wenigstens ein Abschnitt der Oberfläche, über dem der Temperaturgradient erzeugt worden ist, auf eine Brennebene des Detektors 644 fokussiert ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Detektor 644 z. B. mit einer Eintrittspupille angeordnet sein, die zu der Oberfläche, über der der Temperaturgradient erzeugt wird, parallel ist und dieser zugewandt ist. In verschiedenen Ausführungsformen können Parameter wie die Größe A und B des Substrats 648, die Größe des Detektors 644, der Abstand zwischen der Oberfläche 656 oder 658, über der der Temperaturgradient erzeugt wird, und dem Detektor 644, die Vergrößerung des optischen Systems des Detektors 644, zusätzliche optische Elemente 646 und ein Öffnungswinkel des optischen Systems so gewählt sein, dass die gesamte Oberfläche 656 oder 658, über der der Temperaturgradient erzeugt wird, in einem einzigen Bild durch den Detektor detektiert werden kann. In anderen Ausführungsformen kann nur ein Abschnitt der Oberfläche 656 oder 658, über der der Temperaturgradient erzeugt wird, durch den Detektor 644 in einem einzigen Bild detektiert werden.
Zu einem gegebenen Zeitpunkt kann z. B. nur ein Abschnitt der Oberfläche 656 oder 658, der gegenwärtig eine erhöhte Temperatur besitzt, die durch die Wärmequelle 742 direkt oder indirekt verursacht wird, durch den Detektor 644, z. B. durch eine 2-dimensionale Detektoranordnung 644 oder eine 1-dimensionale Detektorzeile 644, detektiert werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Detektor 644 die von dem Substrat 648 emittierte Wärmestrahlung 654 nur einmal detektieren. In verschiedenen anderen Ausführungsformen kann der Detektor 644 die von dem Substrat 648 emittierte Wärmestrahlung 654 mehrmals detektieren, z. B. durch das aufeinanderfolgende Detektieren der von dem Substrat 648 emittierten Wärmestrahlung 654, In verschiedenen Ausführungsformen kann die aufeinanderfolgende Detektion der Wärmestrahlung 654 das Detektieren der Wärmestrahlung 654 bei einer Frequenz enthalten, die so hoch ist, wie es der Detektor 644 erlaubt. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Bildfrequenz (die außerdem als eine Rahmenrate bezeichnet wird) des Detektors 644, z. B. der CMT-Anordnung, 442 Hz betragen. In verschiedenen Ausführungsformen können höhere oder niedrigere Frequenzen möglich sein. In verschiedenen anderen Ausführungsformen kann die Detektion der Wärmestrahlung mit einer anderen Frequenz ausgeführt werden. Es kann eine Detektion ausgeführt werden oder es kann eine Detektionsfolge durch ein Auslöserereignis gestartet werden, z. B. durch die Erzeugung des Temperaturgradienten durch die Wärmequelle 642 und/oder durch die Freisetzung von Wärme durch die Wärmequelle 642, z. B. durch den Blitz der Blitzlampe, oder durch einen Bereich von Interesse, der eine Temperaturänderung durchläuft. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Folge der Bilder einen Film bilden, falls der Detektor 622 eine 2-dimensionale Detektoranordnung enthält.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Blitzlampe 642, z. B. mit einer Blitzintensität von 6000 J, das Substrat 648 anregen. Die Temperatur des Substrats 648 kann um irgendeinen Betrag, z. B. einige Kelvin (K), z. B. unter 5 K, zunehmen. Falls erforderlich oder nützlich, kann die Erwärmung des Substrats 648 unter Verwendung der Infrarotkamera 644 aufgezeichnet werden. Nach dieser Erwärmung des Substrats 648 kann ein thermisches Zerfallsverhalten des Substrats 648 unter Verwendung der Infrarotkamera 644 beobachtet werden (siehe das thermische Zerfallsverhalten, das in dem Temperatur-Zeit-Diagramm 700 nach 7 gezeigt ist). 7 zeigt eine erste Kennlinie 702, die einen Wafer 648 als das Substrat 648 veranschaulicht, das in Ordnung ist. 7 zeigt außerdem eine zweite Kennlinie 704, die einen Wafer 648 als das Substrat 648 veranschaulicht, das einen Riss enthält.
Die Beobachtungen des thermischen Zerfallsverhaltens des Substrats 648, z. B. die Impulsthermographie, können von einer Seite des Substrats 648 ausgeführt werden, die durch den Blitz angeregt worden ist (Reflexionsverfahren). Mit anderen Worten, unter Verwendung des Reflexionsverfahrens können die Wärmequelle 662 und die Infrarotkamera 644 auf dieselbe Oberfläche des Substrats 648 gerichtet sein, wie in 7 gezeigt ist. In verschiedenen anderen Ausführungsformen können die Wärmequelle 642 und die Infrarotkamera 644 auf verschiedene Oberflächen des Substrats 648 gerichtet sein (Transmissionsverfahren). Mit anderen Worten, bei dem Transmissionsverfahren kann das Substrat 648 zwischen der Wärmequelle 642 und der Infrarotkamera 644 angeordnet sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Untersuchen des Substrats 648 das Bestimmen (anders ausgedrückt Ermitteln) auf der detektierten Wärmestrahlung 654 basierend enthalten, ob das Substrat 648 beschädigt ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Bestimmen, ob das Substrat 648 beschädigt ist, eine visuelle Untersuchung der detektierten Wärmestrahlung, z. B. eines Detektionssignals, enthalten. Das Detektionssignal kann auf einer Anzeige des Detektors 644 angezeigt werden oder es kann zu einer äußeren Vorrichtung, z. B. einem externen Monitor, einem Computer mit einem Monitor oder dergleichen, übertragen werden, um es für die visuelle Untersuchung anzuzeigen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Detektionssignal ein zweidimensionales Bild der Oberfläche oder eines Abschnitts der Oberfläche 656 oder 658 sein, über dem der Temperaturgradient erzeugt worden ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Detektionssignal ein Film derartiger Bilder sein. Das Detektionssignal kann in einer Speichervorrichtung des Detektors 644 oder der externen Vorrichtung gespeichert werden. Basierend auf der visuellen Untersuchung kann ein Anwender bestimmen (anders ausgedrückt ermitteln), ob das Substrat 648 beschädigt ist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Bestimmen, ob das Substrat 648 beschädigt ist, das Verarbeiten des Detektionssignals enthalten, z. B. unter Verwendung einer Verarbeitungsschaltung. Das Bestimmen, ob das Substrat 648 beschädigt ist, kann das Verarbeiten des Detektionssignals eines einzigen Detektionssignals oder mehrerer Detektionssignale, z. B. einer Zeitfolge, mit der Verarbeitungsschaltung enthalten. Die Verarbeitungsschaltung kann z. B. dafür ausgelegt sein, unerwartete plötzliche Änderungen des Detektionssignals zu detektieren, und/oder sie kann dafür ausgelegt sein, das Detektionssignal des gegenwärtig untersuchten Substrats 648 mit einem Detektionssignal eines unbeschädigten Bezugssubstrats zu vergleichen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Verarbeitungsschaltung dafür ausgelegt sein, aus den verarbeiteten Detektionssignalen zu bestimmen, ob das Substrat beschädigt ist. Eine Analyse der Detektionssignale gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist in 7 gezeigt, in der die Zeitfolgen der Detektionssignale des Bezugssubstrats (die erste Kennlinie 702 mit einer gestrichelten Linie) und des gegenwärtig untersuchten Substrats (die zweite Kennlinie 702 mit einer durchgezogenen Linie) durch die Verarbeitungsschaltung verarbeitet worden sind, um ein thermisches Zerfallsverhalten der beiden Substrate 648 zu bestimmen. Ein durch Tmax angegebener Temperaturunterschied erlaubt die Schlussfolgerung, dass das gegenwärtig untersuchte Substrat defekt ist. In verschiedenen Ausführungsformen können die visuelle Untersuchung und die Verarbeitung des Detektionssignals kombiniert sein, z. B. indem das Detektionssignal zuerst verarbeitet wird und dann das Verarbeitungsergebnis für die visuelle Untersuchung angezeigt wird, z. B. durch das Anzeigen eines verarbeiteten Bildes oder einer verarbeiteten Bildfolge oder einer graphischen Darstellung des Verarbeitungsergebnisses. Der Anwender kann dann entscheiden, ob das Substrat 648 beschädigt ist.
Wie in 8 gezeigt ist, muss in verschiedenen Ausführungsformen für eine Bestimmung der Temperatur des Substrats berücksichtigt werden, dass das detektierte Signal, d. h., die gemessene Energie, aus drei verschiedenen Quellen besteht:

1. Die Energie_abs, die direkt von der Oberfläche 656 oder 658 des Substrats 648 kommt: Das Substrat 648 kann sich infolge der Absorbierung von Heizenergie erwärmen. Diese Wärme kann nach außen abgestrahlt werden, wobei diese Temperatur der effektiven Temperatur des Substrats 648 entsprechen kann.
2. Die Energie_ref, die nicht von dem Substrat 648 ausgeht: Die Energie_ref kann an der Oberfläche des Substrats 648 reflektiert werden. Eine derartige Reflexion kann die Temperaturbestimmung verfälschen, weil die reflektierte Energie_ref nichts über die tatsächliche Temperatur des Substrats 648 verraten kann.
3. Weitere Energie_trans, die von dem Substrat 648 ausgeht: Die Übertragungsenergie_trans kann eine Energie sein, wenn die Strahlung durch das Substrat scheint. Die Energie_trans kann von dem Substrat 648 ausgehen (oder es kann erscheinen, dass sie von dem Substrat 648 ausgeht), wobei sie aber das Substrat 648 nicht erwärmen kann, weil sie durchgelassen werden kann, ohne im Substrat 648 absorbiert zu werden. Diese Art der Energie_trans kann außerdem die Temperaturbestimmung verfälschen, weil sie nichts über die tatsächliche Temperatur des Substrats verraten kann. Mit anderen Worten, eine Gesamtenergie_tot, die irgendein Objekt trifft, ist in drei Teile unterteilt, die aus der Absorption_abs, der Reflexion_ref und der Transmission_trans bestehen können, wie in 8 gezeigt ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann nur der Teil_abs der Wärme_heat, der einen Teil der Gesamtenergie_tot bildet, der durch das Substrat 648 absorbiert und dann durch das Substrat 648 erneut emittiert wird, für die Untersuchung des Substrats 648 nützlich sein.

In verschiedenen Ausführungsformen kann es ausreichend sein, den Temperaturgradienten über der Oberfläche 656 oder 658 des Substrats 648 aus einer Richtung zu erzeugen, falls z. B. erwartet wird, dass die Schäden in dem Substrat 648 nur auf eine Weise auftreten, in der sie sich entlang einer vorgegebenen Richtung, z. B. entlang bestimmten Richtungen in einem Kristallgitter, erstrecken. In diesem Fall kann das Substrat 648 auf eine derartige Weise angeordnet werden, dass der erwartete Schaden zum Wärmegradienten (und seiner Ausbreitungsrichtung) nicht parallel ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Untersuchen des Substrats 648 zwei vollständige Abläufe des Ausführens des Verfahrens, einschließlich des Erzeugens eines Temperaturgradienten entlang einer Oberfläche 656 oder 658 des Substrats 648; des Detektierens einer von dem Substrat 648 emittierten Wärmestrahlung 654; und des Bestimmens auf der detektierten Wärmestrahlung 654 basierend, ob das Substrat 648 beschädigt ist; und zwischen den beiden Abläufen das Drehen der Substrats 648 um die Normale auf der Oberfläche 656 oder 658 enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 648 z. B. um einen Winkel im Bereich von etwa 45° bis etwa 90°, z. B. um 45° oder um 90°, gedreht werden. Mit anderen Worten, das Verfahren zum Untersuchen des Substrats 648 kann das Erzeugen eines Temperaturgradienten entlang einer Oberfläche 656 oder 658 des Substrats 648; das Detektieren einer von dem Substrat 648 emittierten Wärmestrahlung 654; das Bestimmen auf der detektierten Wärmestrahlung 654 basierend, ob das Substrat 648 beschädigt ist; und danach, falls z. B. aus diesem ersten Ablauf bestimmt wird, dass das Substrat 648 unbeschädigt ist, das Drehen des Substrats 648 um die Normale auf der Oberfläche 656 oder 658; das Erzeugen eines Temperaturgradienten entlang einer Oberfläche 656 oder 658 des Substrats 648; das Detektieren der von dem Substrat 648 emittierten Wärmestrahlung 654; und das Bestimmen auf der detektierten Wärmestrahlung 654 basierend, ob das Substrat 648 beschädigt ist, enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen kann das erste Bestimmen, ob das Substrat 648 beschädigt ist, nach das zweite Erzeugen des Temperaturgradienten entlang der Oberfläche des Substrats 648 und das zweite Detektieren der von dem Substrat 648 emittierten Wärmestrahlung auf später verschoben werden.
10 zeigt Bilder 1000 eines Substrats 648, die unter Verwendung eines Verfahrens zum Untersuchen eines Substrats 648 gemäß verschiedenen Ausführungsformen erhalten worden sind. Der Temperaturgradient wurde über den in den Bildern 1000 gezeigten Oberflächen erzeugt. Wie in 10 dargestellt ist, befand sich die Wärmequelle 642 zum Erzeugen des Temperaturgradienten auf der linken Seite der Substrate 648, wobei ihre Wärme auf die gezeigten Oberflächen der Substrate 648 gerichtet wurde. Der Temperaturgradient zeigte anfangs seinen Bereich der höchsten Temperatur am linken oder äußersten linken Rand der Oberfläche und seinen Bereich der niedrigsten Temperatur am rechten oder äußersten rechten Rand der Oberfläche. Danach breitete sich die Wärme, d. h., der Bereich der höchsten Temperatur, von links nach rechts über die Oberfläche des Substrats 648, z. B. auf eine wellenartige Weise, wie eine Wärmewelle aus. Die von dem Substrat emittierte Wärmestrahlung wurde durch einen (nicht gezeigten) Detektor detektiert, in diesem Fall durch eine auf die Oberfläche gerichtete (nicht gezeigte) Infrarotkamera. Die Infrarotkamera zeichnete die Bilder (Thermogramme) 1000 auf. Die Bilder 1000 repräsentieren einzelne Bilder 1000 von einer Folge von Bildern, die während der Ausbreitung der Wärmewelle von der Oberfläche aufgenommen worden sind. Das Bild auf der linken Seite wurde mit einem Substrat 648 in einer als 0° bezeichneten Orientierung erhalten. Das Bild auf der rechten Seite derselben Oberfläche desselben Substrats 648 wurde erhalten, nachdem das Substrat um 90°, in diesem Fall im Uhrzeigersinn, um die Normale auf der Oberfläche gedreht worden ist. In dem Bild auf der linken Seite ist der Schaden (ein Riss oder ein Haarriss) 1064 in dem eingekreisten Bereich kaum detektierbar (er kann identifiziert werden, falls sein Ort im Voraus bekannt ist). In dem Bild auf der rechten Seite ist derselbe Schaden 1064 als ein heller linienförmiger Bereich in dem Bild deutlich detektierbar. Die Schäden 1064 mit ihren langen Achsen, die zu der Richtung des Temperaturgradienten, d. h., der Richtung der Wärmeausbreitung, parallel orientiert sind, mit anderen Worten, die zu der Wärmequelle 642 zeigen, können schwieriger als die Schäden 1064 zu detektieren sein, die so orientiert sind, dass ihre langen Achsen einen Winkel mit der Richtung des Temperaturgradienten einschließen. Die Schäden 1064 können am leichtesten zu detektieren sein, falls ihre langen Achsen einen Winkel von 90° mit der Richtung des Temperaturgradienten einschließen. Für das Detektieren des Schadens 1064 können die Bilder 1000 ausgewählt worden sein, in denen der Schaden 1064 am besten erscheint. In den Bildern, die zu dem Zeitpunkt aufgenommen worden sind, zu dem die Wärmewelle den Bereich mit dem Schaden noch nicht erreicht hat, oder die aufgenommen worden sind, wenn seit dem Durchgang der Wärmewelle bereits etwas Zeit vergangen ist, kann der Schaden 1064 z. B. in dem Bild nicht erscheinen. Die hellen Punkte in den Bildern 1000 können ignoriert werden, weil sie durch die Pixelfehler der Infrarotkamera 644 verursachte Bildfehler repräsentieren. Falls ein Pixel gesättigt ist, erscheint er normalerweise in Weiß, wobei defekte Pixel in Schwarz, aber manchmal außerdem in Grau erscheinen. Normalerweise kann dies durch die Kalibrierung der einzelnen Pixel korrigiert werden oder es kann durch die sorgfältige Auswahl der Einstellparameter der Kamera in gewissem Maß verhindert werden.
11 zeigt Bilder (Thermogramme) 1100 eines Substrats 648, die unter Verwendung eines Verfahrens zum Untersuchen eines Substrats gemäß verschiedenen Ausführungsformen erhalten worden sind. Die Bilder 1100 wurden auf eine zu den in 10 gezeigten Bildern ähnliche Weise erhalten, wobei der Unterschied ist, dass das Substrat 648 anders ist und dass sich der Schaden 1064 in einer Richtung erstreckt, die bei dem bei 0° orientierten Substrat 648 erscheint (was auf der linken Seite des Bildes 1100 gezeigt ist). Bei dem um 90° im Uhrzeigersinn um die Normale auf der Oberfläche gedrehten Substrat (was auf der rechten Seite des Bildes 1100 gezeigt ist), ist der Schaden 1064 kaum detektierbar.
12 vergleicht ein Bild 1200a eines Substrats 648, das mittels eines Verfahrens unter Verwendung von Ultraschall (SAM-Bild) erhalten worden ist, mit einem Bild 1200b des Substrats 648, das unter Verwendung eines Verfahrens zum Untersuchen des Substrats gemäß verschiedenen Ausführungsformen erhalten worden ist. Das Bild 1200b ist zu dem auf der linken Seite in 11 gezeigten Bild völlig gleich. Wie der Vergleich zeigt, kann der in dem Bild 1200b detektierte Schaden 1064 im Vergleichsbild 1200a außerdem identifiziert werden. Weitere Vergleiche mit anderen (nicht gezeigten) Substraten zeigten, dass beinahe jeder Schaden (Haarriss) mit den Standardeinstellungen identifiziert wurde. Es können Modifikationen der Einstellungen für die Optimierung des Verfahrens verwendet werden.
13 zeigt eine schematische graphische Darstellung 1300 eines Verfahrens zum Untersuchen eines Substrats 648. Das Verfahren kann folgendes enthalten: Erzeugen eines Temperaturgradienten entlang einer Oberfläche des Substrats (in 1310); Detektieren einer von dem Substrat emittierten Wärmestrahlung (in 1320); und Bestimmen auf der detektierten Wärmestrahlung basierend, ob das Substrat beschädigt ist, (in 1330).
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen speziell gezeigt und beschrieben worden ist, sollte es für die Fachleute auf dem Gebiet selbstverständlich sein, das verschiedene Änderungen an der Form und den Einzelheiten daran vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind. Der Schutzumfang der Offenbarung ist folglich durch die beigefügten Ansprüche angegeben, wobei deshalb vorgesehen ist, dass alle Änderungen, die in die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, eingeschlossen sind.

Claims

Verfahren (1300) zum Untersuchen eines Substrats, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen eines Temperaturgradienten entlang einer Oberfläche des Substrats (1310); Detektieren einer von dem Substrat emittierten Wärmestrahlung (1320); und Bestimmen anhand der detektierten Wärmestrahlung, ob das Substrat beschädigt ist (1330).
Verfahren (1300) nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche wenigstens eine Hauptbearbeitungsoberfläche des Substrats und/oder eine Oberfläche des Substrats, die der Hauptbearbeitungsoberfläche gegenüberliegt, umfasst.
Verfahren (1300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat ein Wafer ist.
Verfahren (1300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Temperaturgradient zeitlich veränderlich ist.
Verfahren (1300) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Temperaturgradient kontaktlos gebildet wird.
Verfahren (1300) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Temperaturgradient durch das Ausstrahlen von Wärme gebildet wird: wobei vorzugsweise die Wärme in einer Richtung ausgestrahlt wird, die eine Vektorkomponente besitzt, die zur Oberfläche parallel ist.
Verfahren (1300) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Bilden des Temperaturgradienten das Anwenden von Wärme auf einen kleinen Abschnitt des Substrats umfasst; wobei vorzugsweise die Wärme mit einem Laser angewendet wird.
Verfahren (1300) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Wärme während eines kurzen Zeitraums angewendet wird.
Verfahren (1300) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Temperaturgradient einen Temperaturunterschied von weniger als 5 K überspannt.
Verfahren (1300) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Detektieren (1320) der von dem Substrat emittierten Wärmestrahlung das Detektieren von von dem Substrat emittierter Infrarotstrahlung umfasst; wobei vorzugsweise die detektierte Infrarotstrahlung eine Wellenlänge in einem Bereich von 2 µm bis 15 µm besitzt.
Verfahren (1300) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Detektieren (1320) einer von dem Substrat emittierten Wärmestrahlung das Erzeugen eines Bildes von wenigstens einem Abschnitt des Substrats umfasst; wobei vorzugsweise das Detektieren (1320) einer von dem Substrat emittierten Wärmestrahlung das Detektieren der Wärmestrahlung mit einer Infrarotkamera umfasst.
Verfahren (1300) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Bestimmen (1330) anhand der detektierten Wärmestrahlung, ob das Substrat beschädigt ist, das Analysieren des Bildes umfasst.
Verfahren (1300) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Bestimmen (1330) anhand der detektierten Wärmestrahlung, ob das Substrat beschädigt ist, das visuelle Analysieren der detektierten Wärmestrahlung und/oder das Analysieren der detektierten Wärmestrahlung unter Verwendung einer Verarbeitungsschaltung umfasst.
Verfahren (1300) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, das ferner Folgendes umfasst: vor dem Erzeugen (1310) des Temperaturgradienten entlang der Oberfläche des Substrats ein Erzeugen eines Temperaturgradienten entlang einer Oberfläche des Substrats; Detektieren einer von dem Substrat emittierten Wärmestrahlung; und Drehen des Substrats um wenigstens 45° um eine Normale auf der Oberfläche.
Vorrichtung zum Untersuchen eines Substrats, die Folgendes umfasst: eine Substrathalterung, eine Wärmequelle, die bezüglich der Substrathalterung angeordnet ist und die dafür ausgelegt ist, einen Temperaturgradienten entlang einer Oberfläche des in der Substrathalterung gehaltenen Substrats zu erzeugen; und einen Detektor, der dafür ausgelegt ist, eine von dem in der Substrathalterung gehaltenen Substrat emittierte Wärmestrahlung zu detektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Wärmequelle dafür ausgelegt ist, Wärmestrahlung zu emittieren; wobei vorzugsweise die Wärmequelle dafür ausgelegt ist, dass die Wärmestrahlung eine Strahlungsrichtung umfasst, die eine Vektorkomponente besitzt, die zur Oberfläche des in der Substrathalterung gehaltenen Substrats parallel ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Substrathalterung ein Material mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit umfasst oder aus dem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Substrathalterung dafür ausgelegt ist, sich an einem Punkt oder einem schmalen Rand mit dem Substrat in Kontakt zu befinden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Wärmequelle dafür ausgelegt ist, die Wärme nur für einen Abschnitt des in der Substrathalterung gehaltenen Substrats direkt bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der Detektor dafür ausgelegt ist, Infrarotstrahlung zu detektieren; wobei vorzugsweise der Detektor eine Infrarotkamera ist.