DE10313202B3

DE10313202B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Kanteninspektion an Halbleiterwafern

Info

Publication number: DE10313202B3
Application number: DE2003113202
Authority: DE
Inventors: Joachim König; Alexander Hebenstreit; Günther Wolf; Christiane Hamann
Original assignee: Hseb Heinze & Suellau Entwickl; Hseb Heinze & Suellau Entwicklungsbuero Dresden GmbH
Current assignee: Hseb Heinze & Suellau Entwickl; Hseb Heinze & Suellau Entwicklungsbuero Dresden GmbH
Priority date: 2003-03-21
Filing date: 2003-03-21
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-22

Abstract

Die Kanteninspektion an Halbleiterwafern soll so verbessert werden, dass der bisher erforderliche materielle Aufwand für eine gleichzeitige Front- und Rückseiteninspektion der Kantenflächen und die dafür anfallenden Kosten gesenkt werden. Zudem soll eine Fortsetzung eines Defektes um die Kante des Halbleiterwafers herum einfach und sicher erkannt werden. Dem Halbleiterwafer (2) ist in seinem Randbereich an einer seiner gegenüberliegenden ebenen Flächen ein Planspiegel (23) benachbart, auf den das Beleuchtungssystem und die Kamera ebenso gerichtet sind wie auf den Randbereich der anderen ebenen Fläche des Halbleiterwafers (2). DOLLAR A Es erfolgt eine Bildaufnahme von den Kantenflächen simultan in direkter Kamerasicht von einem Teil der Kantenflächen und als Spiegelbild von dem übrigen Teil der Kantenflächen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kanteninspektion an Halbleiterwafern mit einem Beleuchtungssystem zur Kantenbeleuchtung und einer Kamera zur Aufnahme eines Kantenbildes. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Kanteninspektion an Halbleiterwafern durch Bildaufnahme von front- und rückseitigen Kantenflächen des Halbleiterwafers.

Die Kanten von Halbleiterwafern werden bekanntermaßen entweder manuell, z. B. durch Halten des Wafers mit einer Vakuumpinzette im Strahlenbündel einer Lichtquelle inspiziert oder aber es werden Vorrichtungen bestehend aus einem Aufnahmetisch und einer auf den beleuchteten Waferrand gerichteten Kamera, verwendet. Die Beleuchtung kann sowohl als Hellfeld- oder als Dunkelfeldbeleuchtung ausgebildet sein.

Derartige Lösungen sind z. B aus der WO 02/059960 A1 und der EP 1001460 B1 bekannt, wobei letztere die Beleuchtung der Waferkante des auf einer neigbaren Plattform aufliegenden Wafers mit einem Infrarotstrahl und die Überwachung mit mindestens einer Infrarotvideokamera vorsieht.

Von Nachteil für eine gleichzeitige Front- und Rückseiteninspektion ist es, dass die Kamerasicht beim Einsatz einer Infrarotvideokamera nur etwa die Hälfte der Kantenfläche des Halbleiterwafers abdeckt und deshalb eine weitere Infrarotvideokamera zum Einsatz kommen muss, um den übrigen Teil sichtbar zu machen.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, die eingangs genannte Vorrichtung so zu verbessern, dass der bisher erforderliche materielle Aufwand für eine gleichzeitige Front- und Rückseiteninspektion der Kantenflächen des Halbleiterwafers und die dafür anfallenden Kosten gesenkt werden. Zudem soll ein Verfahren zur Kanteninspektion an Halbleiterwafern so verbessert werden, dass eine Fortsetzung eines Defektes um die Kante des Halbleiterwafers herum einfach und sicher erkannt werden kann.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Kanteninspektion an Halbleiterwafern gelöst mit

– einem Beleuchtungssystem, dessen Lichtquellen geneigt zur ebenen Frontseite des Halbleiterwafers angeordnet sind und die den frontseitigen Teil der Waferkante direkt beleuchten,
– einem im Randbereich des Halbleiterwafers befindlichen Planspiegel, der parallel zur ebenen Rückseite des Wafers so angeordnet ist, dass die Lichtquellen auf ihn gerichtet sind und der so den rückseitigen Teil der Waferkante beleuchtet,
– einer Kamera, die derart angeordnet ist, dass sie die frontseitige Kantenfläche des Wafers direkt und gleichzeitig die rückseitige Kantenfläche des Wafers über den Planspiegel als gespiegeltes Bild aufnimmt.

Als Kamera kann eine Zeilenkamera dienen, die mit der Rotationsposition des Halbleiterwafers synchronisiert ist.

Das Beleuchtungssystem verzichtet auf Laserstrahlungsquellen und kombiniert in vorteilhafter Weise eine Hellfeld- mit einer Dunkelfeldbeleuchtung, bestehend aus Lichtquellen, die mit resistverträglichem weißen oder roten Licht arbeiten. Dadurch kann auf Spezialkameras verzichtet werden. Die Beleuchtungscharakteristik ist auf unterschiedliche Reflexionseigenschaften des Halbleiterwafers automatisch einstellbar und die Beleuchtungsstärken der einzelnen Lichtquellen sind umschaltbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kanteninspektion mit der Funktion eines Prealigners zu kombinieren, indem zur Aufnahme und Ausrichtung des Halbleiterwafers ein Drehtisch vorgesehen ist, und konzentrisch zu dem Drehtisch absenkbare Trägerelemente für den Halbleiterwafer und exzentrisch gelagerte Anstellelemente angeordnet sind, die zur Zentrierung des Halbleiterwafers mit einer definierten Kraft zueinander synchron rotierend gegen die Waferkante schließen. Vorteilhaft wirkt sich aus, wenn die Trägerelemente als Punktauflagen für den Halbleiterwafer ausgebildet sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist aber auch so konzipiert, dass eine Nachrüstung bestehender Inspektionssysteme kostengünstig mit geringem Platzbedarf möglich ist. Zu diesem Zweck kann der Anbau an einen bereits vorhandenen Prealigner erfolgen, der die für die Inspektion erforderliche Zentrierung, Rotation und Notch-Ausrichtung ausführt.

Die obenstehende Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Kanteninspektion an Halbleiterwafern gelöst, wobei

– der frontseitige Teil der Waferkante des Halbleiterwafers direkt von den Lichtquellen eines Beleuchtungssystems beleuchtet wird,
– der rückseitige Teil der Waferkante gleichzeitig indirekt von den Lichtquellen über einen parallel zur Rückseite des Wafers angeordneten Planspiegel beleuchtet wird,
– eine Bildaufnahme beider Kantenflächen simultan erfolgt, und
– die Frontseite der Waferkante in direkter Kameraansicht und die Rückseite der Waferkante als Spiegelbild aufgenommen wird.

Von den zu gleichen Kantenpositionen gehörigen simultan aufgenommenen Bildern werden die Bilder von der Frontseite benachbart zu den Bildern von der Rückseite abgebildet.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die bei rotierendem Halbleiterwafer entlang seines Umfanges simultan aufgenommenen Bilder der Kantenflächen in Teilstücke unterteilt und als sogenannte Kantenabwicklung abgebildet werden.

Die gleichzeitige, mit geringem technischen Aufwand erfolgende und damit kostengünstige Erfassung aller Kantenflächen beider Waferseiten hat den Vorteil, dass deren visuelle oder automatische Auswertung in einem Arbeitsgang ohne Umschaltvorgänge ausgeführt werden kann, da das auszuwertende Bild die Kantenflächen beider Waferseiten als Einheit mit exakter gegenseitiger Zuordnung enthält. Das als Kantenabwicklung dargestellte Bild ist auf einen Blick erfassbar und kann sowohl zur Identifizierung von mechanischen Defekten als auch zur Inspektion des Belackungsabstandes zum Waferrand benutzt werden.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kanteninspektion
2 eine Draufsicht auf zentrierende Elemente einer Zentriervorrichtung mit einem ausgerichteten Halbleiterwafer
3 eine graphische Darstellung eines front- und rückseitigen Kantenbildabschnittes vom Notch-Bereich
4 den Randbereich des Halbleiterwafers mit den zu inspizierenden Kantenflächen
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 1 besteht aus einem Drehtisch 1 zur gesteuerten, kontinuierlichen Rotation und zur Winkelpositionierung eines Halbleiterwafers 2, einer automatischen Zentriervorrichtung, einem Beleuchtungssystem und einem Kamerasystem.
Konzentrisch zu dem Drehtisch 1 sind Hubstößel 3, 4 und 5 als Übergabeträger für den Halbleiterwafer 2 und exzentrisch gelagerte Anstellelemente 6, 7, 8 und 9 angeordnet, die zur Zentrierung des Halbleiterwafers 2 zueinander synchron rotierend mit kraftbegrenztem Kantenandruck gegen die Waferkante 10 schließen. Die Hubstößel 3, 4 und 5 sind auf einer gemeinsamen, durch einen Kurbelantrieb 11 vertikal verstellbaren Grundplatte 12 befestigt und besitzen an ihrem oberen freien Ende reibungsarme Ablageflächen 13, 14 und 15, auf denen der Halbleiterwafer 2 punktuell aufliegt. Die exzentrisch gelagerten Anstellelemente 6, 7, 8 und 9 sind zueinander justiert und werden von einem gemeinsamen Zahnriementrieb 16 synchron angetrieben, wobei ein Antriebsmotor 17 zur Einstellung einer definierten Kantenandruckkraft bei der Zentrierung mit einer Rutschkupplung 18 an den Zahnriementrieb 16 gekoppelt ist. Möglich ist die Realisierung eines gleichsinnigen oder eines gegensinnigen Laufes. Die Übergabe des in einer oberen Position aufgelegten Halbleiterwafers 2 an den Drehtisch 1 erfolgt, nachdem der Halbleiterwafer 2 mit Hilfe der Anstellelemente 6, 7, 8 und 9 in eine zentrierte Position geschoben wurde, die Anstellelemente 6, 7, 8 und 9 von der Waferkante 10 zurückgenommen sind und der Übergabeträger abgesenkt ist, ohne dass dabei von den Ablageflächen 13, 14 und 15 rotatorische Momente aufgenommen werden müssen.
Beim Absenken bzw. das Anheben des Übergabeträgers mit Hilfe des Kurbelantriebes 11 übernehmen Positionsschalter die Steuerung der Stoppfunktion in den Extremlagen, wobei die Bewegung zusätzlich durch den Sinus-Scheitelpunkt des Kurbelantriebes 11 stark verlangsamt ist.
Das ebenso wie das Kamerasystem an einer Trägerplatte 19 befestigte Beleuchtungssystem arbeitet mit Weißlicht und umfasst zwei Halogen-Strahler 20, 21 zur Dunkelfeld- und eine LED-Leuchte 22 zur Hellfeldbeleuchtung, wobei die Beleuchtungscharakteristik auf spezifische Objekteigenschaften, insbesondere der Reflexionseigenschaften des Halbleiterwafers automatisch einstellbar ist und die Beleuchtungsstärken der einzelnen Beleuchtungsquellen umschaltbar sind. Möglich ist auch die Verwendung einer roten Beleuchtung. Die beiden Halogen-Strahler 20, 21 und die LED-Leuchte 22 sind geneigt zu einer der ebenen Flächen des Halbleiterwafers 2 (Frontseite FS) angeordnet und beleuchten einen Teil der Kantenflächen der Waferkante 10. Der anderen ebenen Fläche des Halbleiterwafers 2 (Rückseite RS) ist an dessen Rand ein Planparallelspiegel 23 im Abstand von 1 bis 3 mm parallel benachbart, auf den sowohl die zwei Halogen-Strahler 20, 21 und die LED-Leuchte 22 zur Beleuchtung der übrigen Kantenflächen der Waferkante 10 als auch eine für das Kamerasystem vorgesehene Graustufen-Zeilenkamera 24 gerichtet sind. Das Kamerasystem, das die rückseitigen Kantenflächen des Halbleiterwafers 2 über den Planparallelspiegel 23 als gespiegeltes Bild aufnimmt, ist außerdem mit einer direkten Kamerasicht auf die Frontseite FS des Halbleiterwafers 2 gerichtet, wobei die Kameraoptik zur simultanen front- und rückseitigen Bildaufnahme der Kantenflächen so ausgelegt ist, dass Front- und Rückseite FS, RS im Schärfentiefenbereich liegen. Die Kameraachse KA ist vorzugsweise unter 45° zu den ebenen Flächen des Halbleiterwafers 2 ausgerichtet. Außerdem besteht für die Zeilenkamera 24 eine Synchronisation mit der Rotationsposition des Halbleiterwafers 2, d. h. der Beginn der Bildaufzeichnung erfolgt zu einer definierten Rotationsposition des Halbleiterwafers. Damit sind das Bild und die Notch N einer bestimmten Rotationsposition zugeordnet, wodurch eine definierte Korrektur der Notchlage aber auch eine Übergabe des Halbleiterwafers 2 nach Beendigung der Inspektion mit einer definierten Notch-Ausrichtung (Prealigner-Funktion) möglich ist.
Von der Kamera besteht eine Verbindung zu einem nicht dargestellten Monitor, auf dem von den simultan aufgenommenen Bildern gleicher Kantenpositionen, die Bilder von der Frontseite FS benachbart zu den Bildern von der Rückseite RS abgebildet werden. Eine graphische Darstellung von aufgenommenen Kantenflächen ist für den Notch-Bereich des Halbleiterwafers 2 der selbsterklärenden 3 zu entnehmen.
Der zugehörige Randbereich des Halbleiterwafers, in dem die Kantenflächen durch die Flächengrenzen a–e bestimmt sind, ist in 4 dargestellt.
Da der Monitor nur eine begrenzte seitliche Ausdehnung hat, werden die bei rotierendem Halbleiterwafer 2 entlang seines Umfanges als Kantenabwicklung simultan aufgenommenen Bilder der Kantenflächen in Teilstücke unterteilt und als Bildstreifen, in denen die Kantenflächen der Front und Rückseite FS, RS nebeneinander liegen, abgebildet. Der Graphik nach 3 entsprechend würde ein dem Notch-Bereich benachbarter Umfangabschnitt als gleichartiges Kantenbild z. B. unterhalb des dargestellten Umfangabschnittes abgebildet werden. Eine solche Darstellung von z. B. 6 Streifenbildern, bei der die Notch N an den Anfang des obersten Streifenbildes gelegt ist und eine Winkelskala die Umfangsposition kennzeichnet, hat den Vorteil, dass zusätzlich zur Anwendung üblicher automatischer Bildauswerteverfahren sofort eine manuelle Inspektion auf einen Blick zur Markierung und Klassifizierung der Defekte sowie die Abspeicherung der Defektkoordinaten und die Erzeugung eines Report-Files möglich ist. Die Art der bildlichen Darstellung gewährleistet auch ein automatisches Vermessen des Belackungsabstandes durch die Vermessung von Bildkonturen (Rückseitenbild der Waferkante 10 als markanter Kontrast zum hellen Spiegel), eingeschlossen die Ermittlung von minimaler und maximaler Randbreite (Exzentrizität der Kantenentlackung) und die Lokalisierung der Kanten-Extrempunkte. Zentrierfehler sind aus einer Positionsänderung der Waferkante 10 im Streifenbild erkennbar. Ferner ist es bei Bedarf möglich, die Waferkodierung abzulesen, wodurch ein sonst dafür vorgesehenes Gerät eingespart werden kann.
Aus dem dargestellten Bild ist auch ersichtlich, ob die Notch N mit einem der Anstellelemente 6, 7, 8 und 9 zusammentrifft. Für diesen Fall ist die Wiederholung der Zentrierung mit einer anderen Winkelausrichtung des Halbleiterwafers 2 erforderlich. Dazu wird der Halbleiterwafer 2 um einige Grad (z. B. 10°) gegenüber der aufgrund der Startposition des Drehtisches 1 bekannten ursprünglichen Ablageposition verdreht und nach dem Anheben mit Hilfe des Übergabeträgers, wie bereits beschrieben, neu zentriert und wieder auf dem Drehtisch 1 abgelegt.

Claims

Vorrichtung zur Kanteninspektion an Halbleiterwafern mit – einem Beleuchtungssystem, dessen Lichtquellen (20, 21, 22) geneigt zur ebenen Frontseite (FS) des Halbleiterwafers (2) angeordnet sind und die den frontseitigen Teil der Waferkante (10) direkt beleuchten, – einem im Randbereich des Halbleiterwafers (2) befindlichen Planspiegel (23), der parallel zur ebenen Rückseite des Wafers (2) so angeordnet ist, dass die Lichtquellen (20, 21, 22) auf ihn gerichtet sind und der so den rückseitigen Teil der Waferkante (10) beleuchtet, – einer Kamera (24), die derart angeordnet ist, dass sie die frontseitige Kantenfläche des Wafers (2) direkt und gleichzeitig die rückseitige Kantenfläche des Wafers (2) über den Planspiegel (23) als gespiegeltes Bild aufnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der als Kamera eine Zeilenkamera (24) dient, die mit der Rotationsposition des Halbleiterwafers (2) synchronisiert ist
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Beleuchtungssystem eine Hellfeld- mit einer Dunkelfeldbeleuchtung, bestehend aus Lichtquellen (20, 21, 22), die mit weißem oder rotem Licht arbeiten, kombiniert.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Beleuchtungscharakteristik des Beleuchtungssystems auf unterschiedliche Reflexionseigenschaften des Halbleiterwafers (2) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Beleuchtungsstärken der einzelnen Lichtquellen (20, 21, 22) umschaltbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der zur Aufnahme und Ausrichtung des Halbleiterwafers (2) ein Drehtisch (1) vorgesehen ist, und dass konzentrisch zu dem Drehtisch (1) absenkbare Trägerelemente für den Halbleiterwafer (2) und exzentrisch gelagerte Anstellelemente (6–9) angeordnet sind, die zur Zentrierung des Halbleiterwafers (2) mit einer definierten Kraft zueinander synchron rotierend gegen die Waferkante (10) schließen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Trägerelemente als Punktauflagen für den Halbleiterwafer (2) ausgebildet sind.
Verfahren zur Kanteninspektion an Halbleiterwafern, wobei – der frontseitige Teil der Waferkante des Halbleiterwafers direkt von den Lichtquellen eines Beleuchtungssystems beleuchtet wird, – der rückseitige Teil der Waferkante gleichzeitig indirekt von den Lichtquellen über einen parallel zur Rückseite des Wafers angeordneten Planspiegel beleuchtet wird, – eine Bildaufnahme beider Kantenflächen simultan erfolgt, und – die Frontseite der Waferkante in direkter Kameraansicht und die Rückseite der Waferkante als Spiegelbild aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem von den zur gleichen Kantenposition gehörigen simultan aufgenommenen Bildern die Bilder von der Frontseite benachbart zu den Bildern von der Rückseite abgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die bei rotierendem Halbleiterwafer entlang seines Umfanges simultan aufgenommenen Bilder der Kantenflächen in Teilstücke unterteilt und abgebildet werden.