DE102016220523B4

DE102016220523B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Analyse optisch erfassbarer Inhomogenitäten auf der Oberfläche von Wafern

Info

Publication number: DE102016220523B4
Application number: DE102016220523.4A
Authority: DE
Inventors: Ralf Wegel; Waldemar Krasovskyy
Original assignee: Solarworld Ind GmbH; SolarWorld Industries GmbH
Current assignee: Meyer Burger Germany GmbH
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2036-10-20
Also published as: DE102016220523A1

Abstract

Vorrichtung (14) zur Analyse optisch erfassbarer Inhomogenitäten auf der Oberfläche von Wafern, die mittels einer Drahtsäge (5) von einem Ingot (4) abgetrennt wurden, umfassend
1.1. eine Beleuchtungseinrichtung (20) zur Beleuchtung einer Oberfläche (2) eines Wafers (3),
1.2. eine Bilderfassungseinrichtung (23) zur Erfassung eines Bildes der Oberfläche (2) des Wafers (3),
1.3. eine Recheneinrichtung (24), welche in signalübertragender Weise mit der Bilderfassungseinrichtung (23) verbunden ist,
1.4. eine Recheneinrichtung (26) zur Analyse der mittels der Bilderfassungseinrichtung (23) erfassten Bilder zur Ermittlung mindestens eines Parameters zur Charakterisierung einer optisch erfassbaren Inhomogenität auf der Oberfläche (2) des Wafers (3),
1.5. eine Speichereinrichtung (27) zur Speicherung des mindestens einen ermittelten Parameters und
1.6. eine Analyseeinrichtung zur Bestimmung einer Abhängigkeit des mindestens einen ermittelten Parameters von einer Position des Wafers (3) in einem Drahtfeld (7) einer Drahtsäge (5) bei der Abtrennung des Wafers (3) von einem Ingot (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Analyse optisch erfassbarer Inhomogenitäten auf der Oberfläche von Wafern. Die Erfindung betrifft außerdem ein Drahtsägesystem mit einer entsprechenden Vorrichtung. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Wafern aus einem Sägelos und ein Verfahren zum Betrieb einer Drahtsäge.
Aus den Druckschriften DE 10 2009 010 837 A1 , DE 20 2010 000 365 U1 und US 2012/0300039 A1 sind Prüfapparate für Wafer bekannt. Die EP 2 228 186 A2 und die DE 102 32 768 A1 offenbaren Drahtsäge-Vorrichtungen.
Ein Schritt bei der Herstellung von Solarzellen umfasst das Abtrennen von Wafern von einem Ingot. Dies geschieht üblicherweise mit Hilfe einer Drahtsäge. Der Sägedraht kann auf der Oberfläche der Wafer Spuren hinterlassen. Diese Spuren werden auch als Drahtbogen bezeichnet. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich aus dem Verlauf des Drahtbogens Rückschlüsse auf den Sägeprozess ziehen lassen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Analyse optisch erfassbarer Inhomogenitäten auf der Oberfläche von Wafern bereitzustellen. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Analyse von Drahtbogen auf der Oberfläche eines Wafers bereitzustellen, insbesondere zu verbessern.
Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 beziehungsweise durch ein Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst.
Der Kern der Erfindung besteht darin, aus der rechnergestützten Analyse von Bildern der Oberfläche des Wafers mindestens einen Parameter zur Charakterisierung einer optisch erfassbaren Inhomogenität auf der Oberfläche des Wafers zu ermitteln und diesen Parameter in einer Speichereinrichtung zu speichern.
Die Vorrichtung umfasst eine Analyseeinrichtung zur Bestimmung einer Abhängigkeit des mindestens einen ermittelten Parameters von einer Position des jeweiligen Wafers in einem Sägelos.
Die Analyse der Bilder kann insbesondere automatisiert, vorzugsweise vollautomatisch erfolgen.
Bei dem Parameter zur Charakterisierung der optisch erfassbaren Inhomogenität auf der Oberfläche des Wafers handelt es sich insbesondere um einen Parameter zur Charakterisierung des Verlaufs des Drahtbogens, insbesondere um dessen Krümmungsradius oder dessen maximale Abweichung von einer Geraden.
Zur Bilderfassung dient ein Messsystem mit einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung einer Oberfläche des Wafers, einer Bilderfassungseinrichtung zur Erfassung eines Bildes der Oberfläche des Wafers und einer mit dieser in signalübertragender Weise verbundenen Recheneinrichtung. Die Recheneinrichtung kann insbesondere mit einem Server in signalübertra gender Weise verbunden sein, welcher an eine Speichereinrichtung, insbesondere in Form einer Datenbank, gekoppelt sein kann.
Die Recheneinrichtung des Messsystems kann insbesondere auch mit der Beleuchtungseinrichtung in signalübertragender Weise verbunden sein. Bei der Bilderfassungseinrichtung handelt es sich insbesondere um eine Zeilenkamera. Eine derartige Kamera ermöglicht eine besonders hohe Auflösung und damit eine besonders präzise Bilderfassung und Messung. Als Bildererfassungseinrichtung kann auch eine 2D-Kamera, insbesondere eine CCD-Kamera, dienen. Eine derartige Kamera ermöglicht die Aufnahme eines Bildes eines zweidimensionalen Ausschnitts der Waferoberfläche oder sogar der gesamten Waferoberfläche.
Bei dem erfassten Bild handelt es sich insbesondere um ein Konturenbild.
Bei der optisch erfassbaren Inhomogenität, welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens analysiert und charakterisiert wird, handelt es sich insbesondere um den Verlauf des Drahtbogens, welcher insbesondere dem Verlauf des Sägedrahts während des Sägeprozesses entspricht.
Die Recheneinrichtung, welche zur Analyse der mittels der Bilderfassungseinrichtung erfassten Bilder vorgesehen ist, kann separat von der Recheneinrichtung des Messsystems ausgebildet sein. Sie kann insbesondere über eine Schnittstelle mit der Recheneinrichtung des Messsystems verbunden sein. Es kann sich insbesondere um ein separates, zusätzliches Bauelement handeln, welches die Funktion des Messsystems unbeeinträchtigt lässt.
Prinzipiell kann die Analyse der mittels der Bilderfassungseinrichtung erfassten Bilder auch mittels der Recheneinrichtung des Messsystems vorgenommen werden.
Die ermittelten Parameter zur Charakterisierung der optisch erfassbaren Inhomogenität auf der Oberfläche des Wafers werden in der Speichereinrichtung insbesondere zusammen mit anderen Daten des Wafers, insbesondere zusammen mit einer Identifikationsnummer des Wafers, abgespeichert.
Es ist insbesondere möglich, für sämtliche Wafer, welche aus einem Ingot hergestellt werden, entsprechende Messdaten abzuspeichern. Hierdurch ist es möglich, die Veränderung des Verlaufs des Drahtbogens über die Längsrichtung des Sägeloses, insbesondere in Abhängigkeit von der Position des Wafers im Drahtfeld der Drahtsäge, zu bestimmen. Es ist insbesondere möglich, die Änderung des Drahtbogens im Verlauf des Sägeprozesses zu bestimmen. Hieraus können Rückschlüsse über den Drahtverschleiß während des Sägeprozesses gezogen werden. Dies ermöglicht es, den Drahtverbrauch besser anzupassen. Dies führt im Ergebnis zu einer möglichen Kosteneinsparung.
Außerdem lassen sich hierdurch Probleme bei der Vereinzelung der gesägten Wafer verringern, insbesondere vermeiden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der Wafer während des Verfahrens, insbesondere während der Bildanalyse, mittels eines Transportbandes transportiert. Anders ausgedrückt werden die erfassten Bilder analysiert, während der Wafer mittels des Transportbandes durch das Messsystem transportiert wird. Die Bilder können insbesondere analysiert werden, während der Wafer von einer Vorreinigungsstation zu einer Sortiereinheit transportiert wird.
Die Bildanalyse kann insbesondere inline durchgeführt werden. Dies führt zu einer erheblichen Zeiteinsparung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Wafer in Abhängigkeit vom ermittelten Parameter sortiert. Er wird insbesondere in Abhängigkeit vom ermittelten Parameter in einer nachfolgenden Sortiereinrichtung in jeweils eine von unterschiedlichen Klassen sortiert.
Die unterschiedlichen Klassen können unterschiedlichen Weiterverarbeitungsschritten zugeführt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Analysieren des Bildes eine Auswahl aus folgenden Schritten: Ausrichten eines Originalbildes, Auswählen eines Ausschnittes eines Originalbildes, Ausblenden von bestimmten Bereichen eines Originalbildes, Komprimieren eines Originalbildes, insbesondere in einer Richtung, insbesondere in Richtung einer Sehne des Drahtbogens.
Die Analyse des Bildes kann insbesondere einen oder mehrere Schritte zur Datensystematisierung und/oder Datenreduktion umfassen. Dies führt zu einer erheblichen Zeitersparnis, das heißt zu einer schnelleren Analyse des Bildes.
Ein Ausrichten des Originalbildes kann über eine Ermittlung der Positionen der Ecken des Wafers erfolgen. Dies kann notwendig sein, da die Wafer üblicherweise nicht zu 100% präzise relativ zur Transportrichtung ausgerichtet sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Analysieren des Bildes eine Auswahl aus folgenden Schritten: Ausblenden bestimmter Strukturen eines Originalbildes, Anwenden eines Filters zur Rauschunterdrückung, Anwenden einer Kontrastverstärkung. Das Analysieren des Bildes kann insbesondere eine ein- oder mehrstufige Filterung desselben umfassen. Hierdurch lassen sich bestimmte Merkmale deutlicher sichtbar machen. Es ist insbesondere möglich, bestimmte Strukturen abzuschwächen und andere Strukturen zu verstärken. Hierdurch lassen sich interessierende von nicht interessierenden Strukturen trennen. Es ist insbesondere möglich, die zu analysierenden Strukturen derart zu verstärken, dass eine automatisierte Analyse derselben möglich wird. Dies konnte experimentell nachgewiesen werden.
Es ist insbesondere möglich, Streifen, welche auf eine Mosaikstruktur des erfassten Bildes, das heißt auf eine Zusammensetzung des Bildes aus mehreren Einzelbildern zurückzuführen sind, auszublenden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das Analysieren des Bildes einen Detektionsschritt zur Detektion von Kanten, insbesondere von Helligkeitskanten, im Bild der Oberfläche des Wafers. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden zum Analysieren des Bildes Extremstellen einer ersten Richtungsableitung von Helligkeitswerten von Pixeln des Bildes entlang einer Mittellinie des Wafers ermittelt. Hierfür kann insbesondere die Anwendung eines Sobel-Operators vorgesehen sein.
Es hat sich gezeigt, dass diese sehr gut mit einem Scheitelpunkt des Drahtbogenverlaufs übereinstimmten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ausgehend von den Extremstellen ein Verlauf einer Extremwertkurve auf dem Wafer ermittelt.
Diese Extremwertkurve entspricht gerade dem Drahtbogenverlauf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Extremwertkurve durch einen Kreisbogenabschnitt approximiert. Dies ermöglicht eine einfache Ermittlung des Drahtbogenverlaufs.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vielzahl von Inhomogenitäten auf dem Wafer analysiert und die daraus ermittelten Parameter statistisch ausgewertet.
Hierbei können insbesondere zunächst Ausreißerwerte ermittelt und aus der weiteren Analyse ausgenommen werden. Die statistische Analyse kann insbesondere die Bestimmung eines Mittelwerts und eines Standardfehlers umfassen. Außerdem können Merkmale, welche alle ermittelten Drahtbogen gemeinsam haben, ermittelt werden. Die ermittelten Daten zur Charakterisierung des Drahtbogenverlaufs können insbesondere nach einer Form und/oder Ausrichtung analysiert werden.
Auf diese Weise lassen sich robuste, reproduzierbare Daten für den Drahtbogenverlauf auf einem Wafer ermitteln.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Drahtsägesystem zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch ein Drahtsägesystem mit einer Drahtsäge zum Zersägen eines Ingots in Wafer und einer Vorrichtung gemäß der vorhergehenden Beschreibung gelöst.
Mit Hilfe der Analysevorrichtung lässt sich der Drahtverbrauch der Drahtsäge anpassen, insbesondere automatisiert anpassen. Dies führt zu erheblichen Kosteneinsparungen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Drahtsäge eine Steuerungseinrichtung, welche derart in signalübertragender Weise mit der Analyse-Vorrichtung verbunden ist, dass ein Betrieb der Drahtsäge in Abhängigkeit des mittels der Analyse-Vorrichtung bestimmten Parameters freigegeben oder unterbrochen wird.
Es ist insbesondere möglich, den Betrieb der Drahtsäge mit Hilfe der Steuerungseinrichtung zu beeinflussen, insbesondere sofern der mittels der Analyse-Vorrichtung ermittelte Drahtbogen-Verlauf einen vorgegebenen Grenzwert erreicht. Hierdurch kann verhindert werden, dass der Drahtsägeprozess bei Erreichen eines vorgegebenen Verschleiß-Zustands des Sägedrahts mit den bisherigen Parametern fortgesetzt wird. Hierdurch kann ein Reißen des Drahtes und/oder eine Abtrennung von offSpec-Wafern verhindert werden. Die Beeinflussung des Drahtsägeprozesses kann insbesondere automatisiert erfolgen.
Es ist insbesondere möglich, nachfolgende Sägeprozesse in Abhängigkeit vom bestimmten Parameter und/oder dessen Änderung entlang der Längsrichtung des Sägeloses zu steuern.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Wafern aus einem Ingot anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit folgenden Schritten gelöst:

- Abtrennen von Wafern von mindestens einem Abschnitt eines Ingot mittels eines Sägedrahtes einer Drahtsäge,
- Analyse der Wafer mittels eines Verfahrens gemäß der vorhergehenden Beschreibung zur Bestimmung mindestens eines Parameters zur Charakterisierung eines Verlaufs des Sägedrahts beim Abtrennen der Wafer, und
- Zuordnung der bestimmten Parameter zum jeweiligen Wafer in einer Speichereinrichtung.

Das Verfahren, insbesondere die Analyse der Wafer zur Bestimmung der Durchbiegung des Sägedrahtes beim Abtrennen der Wafer vom Ingot kann insbesondere automatisiert erfolgen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden die Wafer in Abhängigkeit der ermittelten Durchbiegung des Sägedrahtes unterschiedlichen Sortierklassen zugeordnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Abhängigkeit des Parameters zur Charakterisierung des Verlaufs des Sägedrahts von einer Position des jeweiligen Wafers im Sägelos bestimmt wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es insbesondere möglich, eine Mehrzahl von Wafern aus einem Sägelos zu analysieren. Es ist insbesondere möglich, sämtliche Wafer eines Sägeloses zu analysieren. Dies ermöglicht es, die Durchbiegung des Drahtbogens an einzelnen Wafern sowie deren Entwicklung über die Längsrichtung des Sägeloses, das heißt vom Ende des Sägeloses, an dem der Sägedraht zum ersten Mal in das Sägelos eintritt, bis zu dem Ende, an dem der Draht aus dem Sägelos austritt, zu bestimmen.
Es ist insbesondere möglich, den Verlauf des Drahtbogens und dessen Entwicklung über die Oberfläche eines einzelnen Wafers einerseits sowie dessen Änderung in Abhängigkeit von der Position unterschiedlicher Wafer im Sägelos zu bestimmen. Es ist außerdem möglich, die Entwicklung des Drahtbogens, insbesondere dessen Änderung über die Oberfläche eines einzelnen Wafers, das heißt im Verlauf des Sägeprozesses, zu bestimmen.
Anstelle der Durchbiegung des Drahtbogens können auch eine oder mehrere andere den Verlauf des Sägedrahtes beschreibende Größen verwendet werden.
Diese Daten können genutzt werden, um Prozessparameter für einen nachfolgenden Schnitt auf der Drahtsäge einzustellen, insbesondere zu optimieren. Hierdurch wird insbesondere ein Verfahren zum Betrieb einer Drahtsäge verbessert.
Dies ist eine weitere Aufgabe der Erfindung.
Mögliche Prozessparameter, welche in Abhängigkeit des ermittelten Verlaufs des Drahtbogens und/oder dessen Änderung über die Länge des Sägeloses und/oder dessen Änderung über die Oberfläche der einzelnen Wafer eingestellt werden können, sind die folgenden:

- Zusammensetzung des Kühlschmierstoffes,
- Austausch des Kühlschmierstoffes,
- Vorschubgeschwindigkeit des Sägeloses,
- Drahtgeschwindigkeit,
- Oszillationsamplitude und/oder -frequenz des Sägedrahtes.

Außerdem kann auf Grundlage dieser Daten ermittelt werden, ob beziehungsweise wann der Sägedraht ausgetauscht werden sollte.
Hierdurch wird der Betrieb der Drahtsäge verbessert.
Des Weiteren ist es möglich, aus dem Verlauf des Drahtbogens und/oder dessen Änderung über die Längsrichtung des Sägeloses und/oder über die Oberfläche der einzelnen Wafer Rückschlüsse auf vorhergehende Herstellungsschritte, beispielsweise die Kristallzüchtung, zu ziehen. Eine Änderung der Kristalleigenschaften kann sich auf den Drahtverlauf auswirken. Umgekehrt lassen sich aus einer Änderung des Drahtverlaufs Rückschlüsse auf veränderte Kristalleigenschaften ziehen.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigen:

1 schematisch einen Ingot während eines Drahtsägeprozesses zum Abtrennen von Wafern,
2 schematisch ein System zur Herstellung von Wafern aus einem Ingot und Klassifizierung derselben,
3 schematisch den Ablauf eines Verfahrens zur Analyse des Drahtbogenverlaufs auf der Oberfläche eines Wafers und
4A bis 4G schematische Darstellungen der Bilder der Oberfläche eines Wafers mit Drahtbogenspuren zur Erläuterung unterschiedlicher Schritte des Analyseverfahrens.

Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 erläutert, warum es beim Abtrennen eines Wafers 3 von einem Sägelos mit mindestens einem Abschnitt mindestens eines Ingots 4 zu Spuren 1 auf der Oberfläche 2 des Wafers 3 kommt, welche auch als Drahtbogenspuren bezeichnet werden.
Das Sägelos kann mehrere Ingots 4 oder mehrere Ingotabschnitte umfassen. Im Folgenden wird anstelle von Sägelos auch vereinfachend vom Ingot 4 gesprochen. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen.
Als Drahtbogen wird insbesondere auch die maximale Abweichung des Verlaufs des Sägedrahtes 8 von der Geraden bezeichnet.
Zur Abtrennung eines Wafers 3 vom Ingot 4 dient eine in der 1 nur schematisch dargestellte Drahtsäge 5. Die Drahtsäge 5 umfasst drehbar gelagerte Drahtführungswalzen 6 mit einem Drahtfeld 7. Das Drahtfeld 7 wird insbesondere durch einen Sägedraht 8 gebildet. Das Drahtfeld 7 wird von den Drahtführungswalzen 6 aufgespannt.
Bei dem Sägedraht 8 handelt es sich insbesondere um einen Diamantdraht. Bei einem derartigen Sägedraht 8 sind die abrasiven Partikel fest mit dem Sägedraht 8 verbunden. Andere Formen des Sägedrahts 8 sind ebenso möglich.
Die Drahtführungswalzen 6 werden insbesondere reversierend angetrieben. Dies führt zu einer reversierenden Bewegung des Sägedrahts 8, welche in der 1 schematisch durch einen Doppelpfeil 9 angedeutet ist.
Zum Abtrennen der Wafer 3 wird der Ingot 4 entlang einer Vorschubrichtung 10 in Richtung senkrecht zum Drahtfeld bewegt. Hieraus ergibt sich die Richtung eines Schnittverlaufs 11, welche gerade entgegengesetzt zur Vorschubsrichtung 10 ist.
Die für den Schneidprozess erforderliche Normalkraft, die der Ingot 4 auf das Drahtfeld 7 ausübt, bewirkt eine Auslenkung 12 des Sägedrahts 8. Der Sägedraht 8 wird insbesondere aus einer ungestörten horizontalen Ausrichtung, welche in der 1 schematisch als gestrichelte Linie dargestellt ist, ausgelenkt. Der Sägedraht 8 nimmt beim Abtrennen der Wafer 3 vom Ingot 4 somit im Bereich zwischen zwei Wafern 3 einen bogenförmigen Verlauf an.
Der Sägedraht 8 hinterlässt auf der Oberfläche 2 des Wafers 3 optisch erfassbare Spuren 1, die Spuren 1 des Drahtbogens (vgl. 4A, 4B).
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass der Verlauf der Spuren 1 der Drahtbogen unter anderem abhängig ist von der Schneidfähigkeit des Sägedrahts 8. Er ist insbesondere ein Indikator für den Drahtverschleißt. Auf Grundlage des Verlaufs der Spuren 1 der Drahtbogen lässt sich daher der Drahtverbrauch genauer anpassen.
Außerdem wurde erkannt, dass es zu Problemen, insbesondere bei der Vereinzelung der Wafer 3 kommen kann, wenn der Sägedraht 8, insbesondere aufgrund von Verschleißerscheinungen, eine zu große Durchbiegung aufweist, das heißt wenn der Drahtbogen zu groß wird.
Automatisierte Lösungen zur Vermessung der Drahtbogen am Wafer sind bislang nicht bekannt.
In der 2 ist schematisch ein Drahtsägesystem 12 mit einer Drahtsäge 5 und weiteren Bestandteilen dargestellt. Das Drahtsägesystem 12 umfasst insbesondere außer der Drahtsäge 5 ein Messsystem 13, welches in der 2 etwas detaillierter dargestellt ist. Das Drahtsägesystem 12 umfasst außerdem eine Vorrichtung zur Analyse optisch erfassbarer Inhomogenitäten auf der Oberfläche von Wafern (Analyse-Vorrichtung 14).
Außerdem umfasst das Drahtsägesystem 12 eine Reinigungs-Einrichtung 15 zur Reinigung der vom Ingot 4 abgetrennten Wafer 3. Es umfasst weiterhin eine Transport-Einrichtung 16 zum Transport der Wafer 3 durch das Messsystem entlang einer Transportrichtung 17. Die Transport-Einrichtung 16 umfasst ein Transportband 18. Zum Transport können die Wafer 3 auf das Transportband 18 aufgelegt werden.
Mittels der Transport-Einrichtung 16 können die Wafer 3 von der Reinigungs-Einrichtung 15 zu einer Sortier-Einrichtung 19 transportiert werden.
Im Folgenden wird die Analyse-Vorrichtung 14 und das Messsystem 13 näher beschrieben.
Beim Messsystem 13 handelt es sich insbesondere um ein System zur Messung der Konturen der Wafer 3.
Das Messsystem 13 umfasst eine Strahlungsquelle 20 zur Beaufschlagung der Oberfläche 2 des Wafers 3 mit Beleuchtungsstrahlung 21. Hierbei kann es sich um Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich handeln. Die Beleuchtungsstrahlung 21 kann auch aus einem anderen Wellenlängenbereich sein. Vorteilhafterweise wird die Beleuchtungsstrahlung 21 schräg auf die Oberfläche 2 des Wafers 3 gerichtet. Der Einfallswinkel der Beleuchtungsstrahlung 21 auf die Oberfläche 2 des Wafers 3 liegt insbesondere im Bereich von 30° bis 60°. Dies führt dazu, dass Höhenunterschiede, Ebenheitsabweichungen und unterschiedliche Reflexionseigenschaften auf den Wafer zu möglichst großen Helligkeitsunterschieden, insbesondere zu einem möglichst hohen Kontrast auf dem Bild führen.
Andere Arten der Beleuchtung sind prinzipiell ebenso möglich. Beispielsweise ist es auch möglich, mehrere Lasertriangulationsbilder miteinander zu verknüpfen.
Die Beleuchtungsstrahlung 21 wird von der Oberfläche 2 des zu analysierenden Wafers 3 reflektiert. Ein Teil der reflektierten Strahlung 22 wird mittels einer Bilderfassungseinrichtung 23 erfasst.
Die Bilderfassungseinrichtung 23 dient insbesondere zur Erfassung eines Bildes der Oberfläche 2 des Wafers 3 oder eines Ausschnitts davon.
Die Bilderfassungseinrichtung 23 umfasst einen oder mehrere Zeilensensoren. Sie kann auch eine CCD-Kamera mit einem oder mehreren zweidimensionalen Sensoren aufweisen.
Die Bilderfassungseinrichtung 23 ist in datenübertragender Weise mit einer Recheneinrichtung 24 verbunden. Die Recheneinrichtung 24 kann auch, wie in der 2 exemplarisch dargestellt ist, in signalübertragender Weise mit der Strahlungsquelle 20 verbunden sein.
Die Recheneinrichtung 24 ist mit einem Server 25 des Messsystems 13 verbunden. Auf dem Server 25 werden mittels der Recheneinrichtung 24 ermittelte Daten zur Charakterisierung der Wafer 3 zusammen mit einer Identifikationsnummer derselben und den Daten anderer Meßsysteme zusammengeführt und abgespeichert. Derartige Daten können für eine Sortierung der Wafer 3, insbesondere mittels der Sortier-Einrichtung 19, genutzt werden. Die Sortier-Einrichtung 19 ist hierfür in datenübertragender Weise mit dem Messsystem 13, insbesondere dem Server 25 und/oder der Recheneinrichtung 24, verbunden. Sie kann auch in datenübertragender Weise mit der Analyse-Vorrichtung 14, insbesondere einer Recheneinrichtung 26 und/oder einer Speichereinrichtung 27 derselben verbunden sein.
Die Recheneinrichtung 26 ist als separates Bauelement ausgebildet. Die Recheneinrichtung 26 der Analyse-Vorrichtung 14 ist in signalübertragender Weise mit der Recheneinrichtung 24 des Messsystems 13 verbunden. Von der Recheneinrichtung 24 können insbesondere Bilddateien 46 an die Recheneinrichtung 26 der Analyse-Vorrichtung 14 übertragen werden. Gemäß einer in den Figuren nicht dargestellten Alternative sind die Recheneinrichtungen 24 und 26 in ein gemeinsames Bauelement integriert.
Entsprechend ist die Speichereinrichtung 27 separat vom Server 25 ausgebildet. Sie kann grundsätzlich auch in den Server 25 integriert sein. Sie ist in datenübertragender Weise mit dem Server 25 verbunden. Sie ist außerdem in datenübertragender Weise mit der Recheneinrichtung 26 verbunden. Von der Recheneinrichtung 26 können insbesondere Messwerte 47, insbesondere Parameter zur Charakterisierung der Oberfläche 2 des Wafers 3, insbesondere Parameter zur Charakterisierung einer optisch erfassbaren Inhomogenität auf der Oberfläche 2 des Wafers 3, übertragen werden.
In den Figuren nicht dargestellt sind zusätzliche Elemente des Messsystems 13. Das Messsystem 13 kann beispielsweise Lichtschranken und/oder andere Sensoren aufweisen. Mittels derartiger Sensoren kann die Strahlungsquelle 20 und/oder die Bilderfassungseinrichtung 23 getriggert werden.
Gemäß einer in der 2 schematisch dargestellten Alternative ist die Analyse-Vorrichtung 14 in signalübertragender Weise mit der Drahtsäge 5 verbunden. Die Analyse-Vorrichtung 14 ist insbesondere mit einer Steuerungseinrichtung 28 der Drahtsäge 5 in signalübertragender Weise verbunden. Hierdurch ist es möglich, den Betrieb der Drahtsäge 5 in Abhängigkeit von Parametern, welche mittels der Analyse-Vorrichtung 14 ermittelt werden, zu steuern.
Es ist insbesondere möglich, aus den mittels der Analyse-Vorrichtung 14 ermittelten Daten Vorgaben zur Einstellung von einem oder mehreren Prozessparametern für einen nachfolgenden Schnitt mit der Drahtsäge 5 zu ermitteln. Beispielsweise kann die Zusammensetzung des Kühlschmierstoffes in Abhängigkeit der ermittelten Daten geändert werden. Es ist auch möglich, den Kühlschmierstoff komplett auszutauschen. Des Weiteren ist es möglich, die Vorschubgeschwindigkeit des Sägeloses in Abhängigkeit der mittels der Analyse-Vorrichtung 14 ermittelten Daten anzupassen. Entsprechende Anpassungen können im Hinblick auf die Vorschubgeschwindigkeit des Sägedrahtes, dessen Oszillationsfrequenz und/oder Oszillationsamplitude vorgenommen werden. Schließlich ist es möglich, aus den mittels der Analyse-Vorrichtung 14 ermittelten Daten zu bestimmen, wann der Sägedraht 8 ausgetauscht werden soll.
Durch Anpassung eines oder mehrerer der Prozessparameter eines nachfolgenden Schnittes auf der Drahtsäge 5 lässt sich der Betrieb der Drahtsäge 5 verbessern. Es kommt zu einer Verringerung von Ausschuss und/oder einer Verbesserung der Oberflächenqualität der mittels der Drahtsäge 5 gesägten Wafer 3.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4A bis 4G ein Verfahren zur Analyse der Bilder der Oberfläche 2 der Wafer 3, insbesondere zur Ermittlung der Spuren 1 des Drahtbogens, beschrieben.
Das Verfahren dient insbesondere zur ex situ-Bestimmung des Verlaufs des Sägedrahtes beim Abtrennen von Wafern von einem Ingot.
Aus dem Verlauf des Drahtbogens können Rückschlüsse auf den Drahtverschleiß, insbesondere den zeitlichen Verlauf des Drahtverschleißes während des Sägeprozesses gezogen werden. Grundsätzlich ist es möglich, auf Grundlage dieser Tatsache den Drahtverbrauch beim Sägeprozess anzupassen. Hierdurch lassen sich die Kosten des Sägeverfahrens reduzieren.
In einem Bereitstellungsschritt 31 wird ein Bild der Oberfläche 2 des Wafers 3 oder zumindest eines Ausschnitts aus der Oberfläche 2 des Wafers 3 bereitgestellt (siehe 4A). Bei dem Bild kann es sich insbesondere um das mittels der Bilderfassungseinrichtung 23 erfasste Bild oder eine Zusammensetzung einer Mehrzahl derartiger Bilder handeln.
In einem ersten Bearbeitungsschritt 32 werden Artefakte, welche auf eine Mosaikstruktur des Bildes zurückzuführen sind, entfernt. Im ersten Bearbeitungsschritt 32 können insbesondere Streifen, insbesondere eine Mehrzahl parallel zueinander verlaufender Streifen, welche auf eine Zusammensetzung des Bildes aus mehreren Einzelbildern zurückzuführen sind, ausgeblendet werden.
In einem nachfolgenden Positions-Erfassungs-Schritt 33 wird die Lage der Ecken und/oder Kanten des Wafers ermittelt. Es wird insbesondere die Ausrichtung eines zu analysierenden Bereichs (ROI-Region Of Interest) ermittelt.
In einem nachfolgenden Ausrichteschritt 34 wird das zu analysierende Bild derart rotiert, dass die Kanten des Wafers parallel zu einem xy-Koordinatensystem der Analyse-Vorrichtung 14 ausgerichtet sind (siehe 4B).
In einem nachfolgenden Kontrast-Verstärkungs-Schritt 35 kann der Kontrast der Spuren 1 auf der Oberfläche 2 des Wafers 3 verstärkt werden (siehe 4C).
In einem nachfolgenden Komprimierungs-Schritt 36 wird das Bild des Wafers 3 komprimiert (siehe 4D). Es wird insbesondere eindimensional komprimiert. Es wird insbesondere in Richtung zu einer seiner Seitenkanten komprimiert, insbesondere gestaucht. Bei der Seitenkante handelt es sich insbesondere um eine Seitenkante, welche im Wesentlichen parallel zu einer Sehne durch die Drahtbogen verläuft. Der Komprimierungs-Schritt 36 wird auch als horizontale Dezimation bezeichnet. Er dient der Reduzierung der Rohdatenmenge. Hierdurch kann die für die weitere Analyse benötigte Zeit verringert werden. Dies erleichtert insbesondere eine Auswertung der Bilder in Echtzeit.
In einem nachfolgenden Filter-Schritt 37 wird das Bild gefiltert. Es kann insbesondere ein Gaußscher Filter angewendet werden. Die Filterung des Bildes dient zur Rauschunterdrückung. Hierdurch kann insbesondere auch eine Kontrastverstärkung erreicht werden. Prinzipiell können der Kontrast-Verstärkungs-Schritt 35 und der Filter-Schritt 37 zu einem einzigen Schritt zusammengefasst werden.
Alternativ ist es auch möglich, ein mehrstufiges Filterverfahren anzuwenden.
Gemäß einer in der 3 nicht berücksichtigten Alternative kann außerdem vorgesehen sein, zur Analyse des Bildes nicht ein Bild der gesamten Oberfläche 2 des Wafers 3, sondern lediglich einen Ausschnitt hieraus zu verwenden. In diesem Fall ist vorgesehen, in einem Auswahlschritt ein oder mehrere zur Analyse heranzuziehende Bereiche auszuwählen. Bei den Bereichen kann es sich insbesondere um Ausschnitte des Bildes der Oberfläche 2 des Wafers 3 in y-Richtung handeln. Es kann sich auch um streifenförmige Ausschnitte, welche in x-Richtung voneinander beabstandet sind, handeln.
In einem nachfolgenden Detektionsschritt 38 werden Kanten der Bilder ermittelt. Hierfür wird insbesondere die erste Ableitung der Bildpunkt-Helligkeitswerte (Pixel) ermittelt. Diese Ableitung wird insbesondere als 2D-Matrix M ermittelt. Für den Detektionsschritt 38 kann insbesondere in Sobel-Operator verwendet werden. Der Detektionsschritt 38 wird auch als vertikale Approximierung bezeichnet.
In einem nachfolgenden Nullstellen-Ermittlungs-Schritt 39 werden Nullstellen 40 der Matrix M entlang einer Mittellinie 41 der Oberfläche 2 des Wafers 3 ermittelt (siehe 4E). Die y-Koordinaten der Nullstellen 40 werden als Vektor (Liste) S gespeichert. Die Anzahl der Elemente in der Liste S entspricht gerade der Anzahl der erkannten Spuren 1 der Drahtbogen auf der Oberfläche 2 des Wafers 3.
Ausgehend von diesen Nullstellen 40 werden die Spuren 1 der Drahtbogen auf der Oberfläche 2 des Wafers 3 jeweils in beide Richtungen verfolgt. Die zu einer gegebenen Spur 1 eines Drahtbogens gehörenden Koordinaten der entsprechenden Nullstellen am rechten und linken Bildrand werden in entsprechenden Vektoren (Listen) R beziehungsweise L gespeichert (siehe 4F).
Dies ist in der 3 als weiterer Nullstellenermittlungsschritt 42 dargestellt.
Als nächstes werden in einem Berechnungsschritt 43 aus den drei jeweils zueinander gehörenden Koordinaten R_i, S_i und L_i ein Drahtbogenradius B_i und eine horizontale Verschiebung eines Drahtbogenmittelpunkts C_i relativ zur Mittellinie 41 berechnet (siehe 4G). Die beiden Werte B_i, C_i können als Ergebnis des Analyse-Verfahrens in der Speichereinrichtung 27 abgespeichert werden. Sie werden insbesondere zusammen mit der Identifikationsnummer des jeweiligen Wafers 3 abgespeichert. Hierzu ist ein Speicherschritt 44 vorgesehen.
Vor dem Speicherschritt 44 kann außerdem eine statistische Auswertung 45 der Werte B_i , C_i vorgesehen sein. Bei der statistischen Auswertung 45 können insbesondere Ausreißerwerte erkannt und gestrichen werden. Außerdem können die Werte B_i , C_i mit Hilfe der statistischen Auswertung 45 zu einem Mittelwert und einem Standardfehler oder einer Standardabweichung zusammengefasst werden. Dies führt zu einer erheblichen Datenreduktion.
Im Folgenden werden weitere Details und Alternativen des Verfahrens stichwortartig beschrieben.
Das vorhergehend beschriebene Verfahren ermöglicht es, den Verlauf des Drahtbogens während eines Sägeschnitts zur Abtrennung von Wafern 3 von einem Ingot 4 ex situ zu bestimmen.
Das Verfahren ermöglicht insbesondere eine automatisierte Bestimmung des Verlaufs des Drahtbogens. Das Verfahren ermöglicht insbesondere eine Analyse, wie sich der Drahtbogen im Verlauf des Sägeprozesses, das heißt über die Längsrichtung des Ingots 4, verändert. Hieraus können Rückschlüsse über den Verschleiß des Sägedrahtes 8 währen des Sägeprozesses gezogen werden.
Die ermittelten Parameter zur Charakterisierung der Spuren 1 des Drahtbogens können zur Steuerung der Drahtsäge 5 verwendet werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Analyse der Spuren 1 auf der Oberfläche 2 eines Wafers 3 in weniger als 10 s, insbesondere weniger als 3 s, insbesondere weniger als 1 s, insbesondere weniger als 300 ms, insbesondere weniger als 100 ms durchgeführt werden kann.
Die Wafer 3 können mit einem Durchsatz von 1/s mittels der Transport-Einrichtung 16 durch das Messsystem 13 transportiert werden. Auch ein höherer oder niedrigerer Durchsatz ist möglich.
Das vorhergehend beschriebene Verfahren ermöglicht es, den Verlauf der Spuren 1 des Drahtbogens auf jedem einzelnen Wafer 3, welcher von einem Ingot 4 abgetrennt wurde, zu bestimmen. Es ist insbesondere vorgesehen, für jeden einzelnen der Wafer 3 eine Vielzahl von Spuren 1 zu analysieren. Die Anzahl der zu analysierenden Spuren 1 liegt insbesondere im Bereich von 10 bis 1000, insbesondere im Bereich von 30 bis 300, insbesondere im Bereich von 50 bis 200.
Durch statistische Analyse der Analyseergebnisse lassen sich sehr robuste Daten zur maximalen Durchbiegung des Drahtbogens und/oder zu einer möglichen Asymmetrie desselben ermitteln.
Die Spuren 1 auf der Oberfläche 2 des Wafers 3 können insbesondere auf einem Wechsel zwischen kristallinen und amorphen Bereichen zurückzuführen sein.
Zur Analyse können Bilder der Oberfläche 2 des Wafers 3 oder Ausschnitte hiervon verwendet werden, welche ohnehin von der Bilderfassungseinrichtung 23 des Messsystems 13 erfasst werden. Für die Bilderfassung entsteht somit kein zusätzlicher Aufwand. Eine separate Bilderfassungseinrichtung mit einer zusätzlichen Kamera ist nicht notwendig, aber prinzipiell ebenfalls möglich.
Bei den für die vorhergehend beschriebene Analyse vorgesehenen Bilder handelt es sich insbesondere um Bilder, welche unter Schrägbeleuchtung mittels der Strahlungsquelle 20 erfasst werden. Alternative Beleuchtungsarten sind möglich.
Bei dem vorhergehend beschriebenen Verfahren werden die Spuren 1 des Drahtbogens automatisch erkannt und vermessen.
Die Ergebnisse des Analyseverfahrens werden mit Hilfe einer Speicher- und Transferroutine zur Speichereinrichtung 27 übertragen.
Die Ergebnisse des Analyse-Verfahrens werden für jeden Wafer zusammen mit dessen Identifikationsnummer abgespeichert.

Claims

Vorrichtung (14) zur Analyse optisch erfassbarer Inhomogenitäten auf der Oberfläche von Wafern, die mittels einer Drahtsäge (5) von einem Ingot (4) abgetrennt wurden, umfassend 1.1. eine Beleuchtungseinrichtung (20) zur Beleuchtung einer Oberfläche (2) eines Wafers (3), 1.2. eine Bilderfassungseinrichtung (23) zur Erfassung eines Bildes der Oberfläche (2) des Wafers (3), 1.3. eine Recheneinrichtung (24), welche in signalübertragender Weise mit der Bilderfassungseinrichtung (23) verbunden ist, 1.4. eine Recheneinrichtung (26) zur Analyse der mittels der Bilderfassungseinrichtung (23) erfassten Bilder zur Ermittlung mindestens eines Parameters zur Charakterisierung einer optisch erfassbaren Inhomogenität auf der Oberfläche (2) des Wafers (3), 1.5. eine Speichereinrichtung (27) zur Speicherung des mindestens einen ermittelten Parameters und 1.6. eine Analyseeinrichtung zur Bestimmung einer Abhängigkeit des mindestens einen ermittelten Parameters von einer Position des Wafers (3) in einem Drahtfeld (7) einer Drahtsäge (5) bei der Abtrennung des Wafers (3) von einem Ingot (4).
Vorrichtung (14) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen Parameter zur Charakterisierung der optisch erfassbaren Inhomogenität auf der Oberfläche (2) des Wafers (3) um mindestens einen Parameter zur Charakterisierung des Verlaufs des Drahtbogens handelt.
Drahtsägesystem (12) umfassend 3.1. eine Drahtsäge (5) zum Zersägen eines Ingots (4) in Wafer (3) und 3.2. eine Vorrichtung (14) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2.
Drahtsägesystem (12) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtsäge (5) eine Steuerungseinrichtung (28) umfasst, welche derart in signalübertragender Weise mit der Analyse-Vorrichtung (14) verbunden ist, dass ein Betrieb der Drahtsäge (5) in Abhängigkeit des mittels der Analyse-Vorrichtung (14) bestimmten Parameters gesteuert wird.
Verfahren zur Analyse optisch erfassbarer Inhomogenitäten auf der Oberfläche von Wafern, die mittels einer Drahtsäge (5) von einem Ingot (4) abgetrennt wurden, umfassend die folgenden Schritte: 5.1. Bereitstellen eines Wafers (3) mit einer Oberfläche (2) mit optisch erfassbaren Inhomogenitäten, 5.2. Aufnehmen mindestens eines Bildes zumindest eines Ausschnitts der Oberfläche (2) des Wafers (3) mittels einer Bilderfassungseinrichtung (23), 5.3. Analysieren des Bildes mittels einer Recheneinrichtung (26) zur Ermittlung mindestens eines Parameters zur Charakterisierung einer optisch erfassbaren Inhomogenität auf der Oberfläche (2) des Wafers (3), 5.4. Speichern des mindestens einen Parameters in einer Speichereinrichtung (27), und 5.6. Bestimmung einer Abhängigkeit des mindestens einen ermittelten Parameters von einer Position des Wafers (3) in einem Drahtfeld (7) einer Drahtsäge (5) bei der Abtrennung des Wafers (3) von einem Ingot (4).
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wafer (3) während des Verfahrens mittels eines Transportbandes (18) transportiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysieren des Bildes eine Auswahl aus folgenden Schritten umfasst: Ausrichten eines Originalbildes, Auswählen eines Ausschnittes eines Originalbildes, Ausblenden von bestimmten Bereichen eines Originalbildes, Komprimieren eines Originalbildes.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysieren des Bildes eine Auswahl aus folgenden Schritten umfasst: Ausblenden bestimmter Strukturen eines Originalbildes, Anwenden eines Filters zur Rauschunterdrückung, Anwenden einer Kontrastverstärkung.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysieren des Bildes einen Detektionsschritt (38) zur Detektion von Helligkeitskanten im Bild umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Inhomogenitäten auf dem Wafer (3) analysiert werden und die daraus ermittelten Parameter statistisch analysiert werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Wafern (3), welche aus einem gemeinsamen Sägelos geschnitten werden, analysiert werden und sodann eine Abhängigkeit des mindestens einen Parameters zur Charakterisierung einer optisch erfassbaren Inhomogenität auf der Oberfläche (2) der Wafer (3) von der Position des Wafers (3) im Sägelos ermittelt wird.
Verfahren zur Herstellung von Wafern aus einem Sägelos derselben in Abhängigkeit von einem Parameter des Herstellungsprozesses umfassend die folgenden Schritte: 12.1. Abtrennen von Wafern (3) von mindestens einem Abschnitt mindestens eines Ingots (4) mittels eines Sägedrahtes (8) einer Drahtsäge (5), 12.2. Analyse der Wafer (3) mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 5 bis 11 zur Bestimmung mindestens eines Parameters zur Charakterisierung eines Verlaufs des Sägedrahts (8) beim Abtrennen der Wafer (3), 12.3. Zuordnung der bestimmten Parameter zum jeweiligen Wafer (3) in einer Speichereinrichtung (27).
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abhängigkeit des Parameters zur Charakterisierung des Verlaufs des Sägedrahts (8) von einer Position des jeweiligen Wafers (3) im Sägelos bestimmt wird.