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EINBEZOGENE ANMELDUNG
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Die vorliegende Erfindung nimmt auf
die Patentanmeldung Nr. 2002-206 789 Bezug, deren Offenbarung durch
Bezugnahme auf diese hiermit eingegliedert wird.
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GEGENSTAND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur quantitativen Qualitätsprüfung eines
Substrates, wie einem Wafer, und insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur quantitativen Prüfung auf
Mängel
infolge einer Dickenänderung des
Substrats.
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BESCHREIBUNG DES STANDES
DER TECHNIK
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Für
die Qualitätsprüfung eines
Substrates, wie einem Wafer, ist eine Technik bekannt, bei der Oberflächenversetzungsdaten
bzw. Oberflächenverschiebungsdaten
des Substrates erfasst werden, um die maximale Dicke und die minimale
Dicke des Substrates zu bestimmen, und die in der Semiconductor Equipment
and Material International (SEMI) M1-0701: Specifications for polished
monocrystalline silicon wafers üblicherweise
angewendet wird. Insbesondere werden gemäß diesem Verfahren eine Reihe
an Messpunkten in bzw. auf dem Substrat definiert. Anschließend wird
für jeden
der Messpunkte die Höhe
bestimmt. Die erhaltenen Höhendaten
werden dazu verwendet, mittels der Methode der kleinsten Quadrate
ein imaginäres
Bezugsniveau für
das Substrat zu bestimmen. Anschließend wird die maximale und
die minimale Höhenabweichung
von dem Bezugsniveau berechnet. Schließlich wird die Qualität des Wafers
unter Verwendung der Summenbildung aus der maximalen und der minimalen
Abweichung bestimmt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung für eine quantitative
Fehlerprüfung
eines Substrates, wie einem Wafer, bereit zu stellen.
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Zu diesem Zweck definiert ein Verfahren
zur quantitativen Prüfung
eines Substrates, wie einem Wafer, eine Reihe an aufeinanderfolgenden
ersten Bereichen in der Weise, dass jeder der ersten Bereiche den
benachbarten ersten Bereich überlappt. Oberflächendaten,
wie beispielsweise Dickedaten, die in jedem der ersten Bereiche
werden verwendet, um einen Normalenvektor (normal vector), der eine Oberflächengestaltung
bzw. Oberflächenstruktur,
d. h. die Dickenänderung
bzw. Dickenvariation des ersten Bereiches repräsentiert, zu bestimmen. Anschließend wird
eine Winkeldifferenz zwischen den Normalenvektoren für jede Kombination
aus zwei benachbarten ersten Bereichen ermittelt. Daraufhin wird
die bestimmte Winkeldifferenz mit einer Bezugsgröße verglichen, um die Qualität eines
zweiten Bereiches zu bestimmen, der zumindest einen der ersten Bereiche,
beispielsweise einen Chipbereich, einen streifenartigen Bereich
und/oder die gesamte Oberfläche des
Wafers enthält,
zu bewerten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN
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1 ist
eine schematische Seitenansicht, die ein System zur quantitativen
Prüfung
eines Wafers gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wiedergibt.
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2 ist
ein Flussdiagramm, das eine Folge an Prozessen bzw. Vorgängen für die Prüfung des Wafers
zeigt.
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3 ist
eine Draufsicht auf einen Siliziumwafer.
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4 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts des Wafers, welche eine Reihe an Messpunkten wiedergibt,
die auf dem Wafer definiert sind.
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5 ist
eine schematische, perspektivische Ansicht eines Ortes bzw. einer
Stelle sowie eines Subortes oder einer Substelle, die in bzw. auf
dem Wafer definiert sind.
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6 ist
eine schematische, perspektivische Ansicht, welche eine Reihe an
Suborten wiedergibt.
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7A ist
ein Schaubild, welches Vektorkomponenten in der X-Z-Ebene zeigt,
die durch Projektion von Normalenvektoren, die in 6 gezeigt sind, erhalten werden.
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7B ist
ein Schaubild, welches Vektorkomponenten in der Y-Z-Ebene zeigt,
die durch Projektion von Normalenvektoren, welche in 6 gezeigt sind, erhalten
werden.
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8 ist
eine schematische, perspektivische Ansicht, die eine Reihe an Suborten
wiedergibt, die an der Grenze benachbarter Orte definiert sind.
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9 ist
eine schematische Seitenansicht, welche eine weitere Prüfeinrichtung
zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Es wird nun auf 1 Bezug genommen, in der eine Qualtitätsprüfvorrichtung
für Substrate,
wie Wafer, wiedergegeben ist, wobei die Vorrichtung insgesamt durch
das Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Die Prüfvorrichtung 10 besitzt
einen insgesamt durch das Bezugszeichen 12 gekennzeichneten
Mechanismus zum Halten und Drehen eines dünnen, in der Form einer Scheibe
ausgebildeten Substrats, wie einen Siliziumwafer 14. Hierfür weist
der Haltemechanismus 12 eine Einspanneinrichtung 16 zum
freigebbaren Halten eines Umfangsrandes beispielsweise des Wafers 14 auf.
Die Einspanneinrichtung 16 ist wiederum auf einem Drehantrieb 18 zum Drehen
der Einspanneinrichtung um eine Mittenachse 20 des Wafers 14,
welche entlang der Z-Koordinate wiedergegeben ist, angebracht. Die
Prüfeinrichtung 10 besitzt
darüber
hinaus eine Dickenmesseinrichtung, welche insgesamt durch das Bezugszeichen 22 gekennzeichnet
ist. Die Messeinrichtung 22 weist ein Paar optischer Bereichssensoren 24 auf, die
an gegenüberliegenden
Seiten des gehaltenen Wafers 14 montiert sind, wobei ein
vorbestimmter Abstand D frei bleibt, der in einer Richtung parallel
zu der Z-Koordinate zwischen diesen vorgesehen ist. Vorzugsweise
liegen die zu einem Paar zusammengefassten Bereichssensoren 24 einander
gegenüber, so
dass sie die entsprechenden Abstände
d1 und d2 von gegenüberliegenden
Oberflächen
des Wafers 14 aus messen können, die dazu verwendet werden,
die Waferdicke (D-d1-d2) an jedem Punkt des Wafers 14, der
durch zweidimensionale Koordinaten, d. h. durch eine X- sowie eine
Y-Koordinate, definiert ist, zu berechnen. Die Bereichssensoren 24 sind
an einem Translationsantrieb 26 zum Bewegen der Bereichssensoren 24 über die
Mitte des Wafers 14 in X-Richtung, die parallel zu der
X-Koordinate verlängert,
angebracht. Der Drehantrieb 18 und der Translationsantrieb 26 sind
elektrisch mit einem Computer oder einer Steuereinrichtung 28 zum
Steuern der Position der Bereichssensoren 24 in der X-
sowie der Y-Koordinate, bezogen auf den Wafer 14, verbunden.
Die Bereichssensoren 24 sind ebenfalls mit der Steuereinrichtung 28 verbunden,
was es der Steuereinrichtung 28 ermöglicht, Signale, die den Abständen d1 sowie
d2 aus den Bereichssensoren 24 entsprechen, zu empfangen
und anschließend
die Dicke an jedem Messpunkt des Wafers 14 zu berechnen.
Es ist zu bemerken, dass die bevorzugt verwendeten Einrichtungen
für den
Halte- und den Antriebsmechanismus näher in dem US-Patent Nr. 6,480,286
B1 beschrieben sind, welches den Anmeldern dieser Anmeldung erteilt
worden ist und welches in seinem gesamten Umfang durch Bezugnahme
hierin eingegliedert wird.
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Ein Prüfprogramm, welches in der Steuereinrichtung 28 implementiert
ist, ist entsprechend einem Programmablauf, wie er in 2 gezeigt ist, gestaltet und
wird nachstehend näher
erläutert.
In diesem Programm aktiviert die Steuereinrichtung 28 in
einem Schritt #1 den Drehantrieb 18, um den Wafer 14 in Drehung
zu versetzen, und aktiviert anschließend den Translationsantrieb 26,
um die Bereichssensoren 24 über die Mitte des Wafers zu
bewegen, was es den Bereichssensoren 24 ermöglicht,
die jeweiligen Abstände
d1 und d2 von der Oberfläche
des Wafers 14 in einer Reihe an Messpunkten, die im zweidimensionalen
Koordinatensystem (d. h. X- und Y-Koordinate) in regelmäßigen Abständen zueinander
beabstandet sind, zu messen. Die Messung wird in einem Speicher
der Steuereinrichtung 28 gespeichert.
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Anschließend wird im Schritt #2, wie
es in 3 gezeigt ist,
eine Oberfläche
des Wafers 14 mit einer Reihe an großen Bereichen (zweiter Bereich) definiert,
d. h. Stellen bzw. Orten 34, die durch imaginäre bzw,
gedachte, horizontal und vertikal verlaufende Linien 30 und 32 aufgeteilt
bzw. unterteilt sind, welche parallel zu der X- bzw. der Y-Koordinate
verlaufen und welche in regelmäßigen Abständen Lx
sowie Ly z. B. 25 mm und 33 mm oder 25 mm und 25 mm entsprechend
einer sich ergebenden Chipgröße voneinander
beabstandet sind. Daraufhin werden im Schritt #3 eine Reihe an kleinen
Bereichen (erster Bereich), d. h. Substellen bzw. Suborte 36,
innerhalb jeder vertikal verlaufenden, streifenartigen Ortsspalte 38 definiert.
Wenn beispielsweise der Ort 34 so definiert ist, dass er
eine horizontale Größe von 25
mm besitzt, wird jeder Subort 36 so dimensioniert, dass
er die gleiche horizontale Größe Lx von
25 mm wie der Ort 34 aufweist. Jedoch wird die vertikale
Größe Ly' des
Subortes 36 so definiert, dass sie 8 mm beträgt (vgl. 5), da die übliche Belichtungseinrichtung
so aufgebaut ist, dass sie ein Bereich von 25 mm auf 8 mm belichtet.
Darüber
hinaus sind die Suborte 36 so angeordnet, wie dies am besten
aus 6 entnehmbar ist,
dass sich zwei benachbarte Suborte 36 auf einer bestimmten
Länge von
beispielsweise 7 mm in Y-Richtung, welche parallel zu der Y-Koordinate
verläuft, überlappen.
Es ist zu bemerken, dass die Koordinaten der Messpunkte in der gesamten
Anmeldung mittels des kartesischen Koordinatensystems definiert
sind, sie aber durch das Polarkoordinatensystem definiert werden
können,
welches möglicherweise
für das
Drehmesssystem effektiver eingesetzt werden kann.
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Anschließend werden im Schritt #4 jeder
der Orte 34 und der Suborte 36, die so definiert
wurden, mit zugehörigen
Messpunkten (xi, yi),
die darin enthalten sind, versehen. Anschließend berechnet die Steuereinrichtung 28 im
Schritt #5 jede Dicke Zi (xi,
yi) für
sämtliche
oder für
bestimmte Messpunkte in bzw. auf dem Wafer unter Verwendung der
Abstände
D, d1 und d2, die in der Steuereinrichtung 28 gespeichert sind.
Die berechneten Dickedaten werden in der Speichereinrichtung 28 gespeichert.
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Unter Verwendung der Dickedaten wird
die Qualität
des Wafers 14 untersucht. Insbesondere liest im Schritt
#6 die Steuereinrichtung 28 die Dickedaten Zi (xi, yi) aus, die zu
jedem Subort 36 gehören, und
berechnet mittels der Methode der kleinsten Quadrate einen dreidimensionalen
Normalenvektor V(i), der in 5 gezeigt
ist und der eine Dickenänderung
des Abschnitts des Wafers, der zu dem Subort gehört, wie es in 6 gezeigt ist, repräsentiert. Der Vorgang wird
zunächst
bei dem ersten Subort, der sich in dem am weitesten unten liegenden
Endabschnitt der am weitesten links liegenden Ortsspalte 38(1)
befindet, ausgeführt,
um dem Normalenvektor V(1) zu erhalten, der die Dickenänderung
dieses schmalen bzw. kleinen Bereiches repräsentiert. Anschließend wird
der Vorgang an dem nachfolgenden, zweiten Subort 36(2)
ausgeführt,
der benachbart zu dem ersten Subort 36(1) innerhalb der
gleichen Ortsspalte 38(1) angeordnet ist, um den Normalenvektor
V(2) zu erhalten, der die Dickenänderung
in diesem Bereich wiedergibt. Der vorstehend erläuterte Vorgang wird bei allen
Suborten 36 in der ersten Ortsspalte 38(1) ausgeführt. Sobald
im Schritt #7 festgestellt wird, dass der Vorgang für eine Ortsspalte
38(1)
beendet worden ist, wird der gleiche Vorgang für die benachbarte Ortsspalte 38(2)
und anschließend
die Normalenvektoren für
alle Suborte innerhalb der Ortsspalte 38(2) berechnet.
Wie in 3 gezeigt ist,
wird der Vorgang in der Ortsspalte 38(2) in der Reihenfolge
ausgeführt,
die durch die Pfeile 40(1) und 40(2) gekennzeichnet
ist. Wenn schließlich
im Schritt #8 bestimmt wird, dass sämtliche Normalenvektoren V(i)
für alle
Suborte 36(1)–36(n)
sämtlicher Ortsspalten 38(1)–38(k)
berechnet worden sind, schreitet das Programm zum anschließenden Schritt #9
fort.
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Im Schritt #9 werden, wie in den 6 und 7A gezeigt ist, die Normalenvektoren
V(i) auf eine zweidimensionale X-Z-Ebene projiziert, so dass die X-Z-Vektorenkomponenten
Vxz(i) berechnet werden. Gleichzeitig werden, wie in den 6 und 7B gezeigt ist, die Normalenvektoren
V(i) auf eine weitere vertikal verlaufende Ebene, die zweidimensionale Y-Z-Ebene,
ebenfalls projiziert, so dass die Y-Z-Vektorenkomponenten Vyz(i)
berechnet werden.
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Daraufhin wird im Schritt #10 eine
Winkeldifferenz θxz(i)
zwischen zwei benachbarten, projizierten Vektorkomponenten Vxz(i)
und Vxz(i+1) in der X-Z-Ebene
für jede
Kombination benachbarter Suborte berechnet. In ähnlicher Weise wird eine Winkeldifferenz θyz(i) zwischen
zwei benachbarten, projizierten Vektorkomponenten Vyz(i) und Vyz(i+1)
in der Y-Z-Ebene für
alle benachbarten Suborte berechnet. Zu diesem Zeitpunkt wird darüber hinaus
für den
ersten Subort 36(1) Anfangs- bzw. Initialwinkel θxz(0), θyz(0) der
Vektorkomponenten Vxz(1), Vyz(1), bezogen auf die Horizontalebene,
berechnet. Die berechneten Winkeldifferenzen werden anschließend in
einem Speicher der Steuereinrichtung 28 gespeichert.
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Schließlich wird im Schritt #11 die
Qualitätsprüfung an
jedem der Orte 34 unter Verwendung der Winkeldifferenzen
zwischen den projizierten Vektorkomponenten ausgeführt. Insbesondere
wird bei dieser Qualitätsprüfung für jeden
Ort oder Chip jede Winkeldifferenz θxz(i), θyz(i) für die Suborte mit Ausnahme
der Initialwinkeldifferenzen θxz(0), θyz(0) mit einer
Bezugswinkeldifferenz oder einem Schwellwert θth verglichen. Die Schwellwertwinkeldifferenz
kann durch eine Winkelansprechempfindlichkeit eines Kippmechanismus
einer Bildbelichtungseinrichtung zum Belichten von Halbleiterschaltungsmustern
oder Bildern auf dem Wafer bestimmt werden. Wenn dann bestimmt wird,
dass die Winkeldifferenz größer ist
als der Schwellwert, wird ein Flag, welches anzeigt, dass der Ort
einen mangelhaften Subort enthält,
erzeugt und anschließend
in dem Speicher der Steuereinrichtung 28 gespeichert, was
bei dem Belichtungsvorgang verwendet werden kann.
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Alternativ kann anstelle des Vergleiches
jeder Winkeldifferenz für
jeden Ort mit dem Schwellwert das Verfahren dahingehend modifiziert
werden, dass eine maximale Winkeldifferenz der Vektorkomponenten
für jeden
Ort bestimmt wird und anschließend
die bestimmte maximale Winkeldifferenz mit dem Schwellwert verglichen
wird, wodurch festgestellt wird, ob der Ort mangelhaft ist.
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Stattdessen kann die Qualität an den
Grenzen benachbarter Orte untersucht werden. Wenn beispielsweise
angenommen wird, dass jeder Subort 36 eine Länge von
8 mm in die Y-Richtung aufweist und jeder Subort 36 den
nachfolgenden Subort in dieser Richtung um 1,0 mm überlappt,
wie es in 8 gezeigt
ist, wird dann jede Grenze 42, welche sich entlang der
X-Koordinate sowie zwischen den benachbarten Orten 34(i)
und 34(i+1) erstreckt, durch sieben Suborte 36(s)–36(s+6)
abgedeckt. Daraufhin wird die Qualität jeder Grenze 42 der
benachbarten Orte durch Verwendung der Winkeldifferenzen dieser Suborte 36(s)–36(s+6),
welche die Grenze überdecken,
untersucht bzw. geprüft.
Insbesondere wird bei dieser Prüfung
jede Winkeldifferenz dieser Suborte, der Maximalwert aus diesen
Winkeldifferenzen und/oder eine durchschnittliche Winkeldifferenz
dieser Suborte mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen.
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Die vorstehend erläuterte Prüfung kann
nicht nur für
jeden Ort, sondern auch für
jede Ortsspalte 38 ausgeführt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird
die Qualität
jeder Ortsspalte 38 so untersucht bzw. geprüft, dass
jede Winkeldifferenz der Suborte in dieser Ortsspalte 38,
der Maximalwert aus diesen Winkeldifferenzen und/oder eine durchschnittliche Winkeldifferenz
dieser Suborte mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen wird.
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Darüber hinaus kann der Wafer durch
Vergleich der maximalen Winkeldifferenz mit einer Vielzahl an vorbestimmten
Bezugsgrößen oder
statistisch durch Einsatz einer Winkeldifferenzverteilung klassifiziert
werden.
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Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht,
wird gemäß der Prüfvorrichtung
der vorliegenden Erfindung die Qualität des Wafers, jedes Ortes und/oder jeder
Ortsspalte hiervon quantitativ untersucht und anschließend bestimmt,
welcher Teil des Wafers mangelhaft ist. Darüber hinaus kann die maximale Winkeldifferenz
eines Ortes für
die Bestimmung, ob der Ort für
einen Halbleiterchip verwendet werden kann, vor der Belichtung eingesetzt
werden, was verhindert, dass die Belichtungseinrichtung Bilder auf die
fehlerhaften Orte belichtet, und daher kann der Gesamtbelichtungsvorgang
in einer verringerten Zeit ausgeführt werden.
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Obwohl die Drehprüfvorrichtung 10 bei
dem vorstehenden Ausführungsbeispiel
eingesetzt wird, kann sie durch eine andere Vorrichtung 70,
die in 9 gezeigt ist,
ausgetauscht werden. Die Prüfvorrichtung 70 besitzt
einen Tisch 72, welcher eine obere Oberfläche 74 aufweist,
die mit einer Vielzahl an Öffnungen 76 ausgebildet
ist, welche jeweils in Fluidverbindung mit einer Vakuumpumpe 78 stehen.
Ein Zeilensensor oder ein Bereichssensor 80, der über dem
Tisch 72 angeordnet und durch einen Transportmechanismus,
welcher nicht gezeigt ist, gehalten ist, ist mit einer Steuereinrichtung 82 elektrisch
verbunden.
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Bevor der Wafer auf dem Tisch 72 eingerichtet
bzw. angeordnet wird, wird im Betrieb der Bereichssensor 80 horizontal
verfahren, um eine zweidimensionale Höhenänderung der oberen Oberfläche 74 des
Tisches 72 zu erfassen. Anschließend wird der Wafer 14 auf
der Oberfläche 74 angeordnet und
durch das Vakuum, welches durch die Pumpe 78 erzeugt wird,
darauf angesaugt. Anschließend
wird der Bereichssensor 80 horizontal verfahren, um die gesamte
obere Oberfläche
des Wafers 14 abzutasten, damit seine Höhenänderung gemessen wird. Nachfolgend
verwendet die Steuereinrichtung 82 die erste Höhenänderung
der oberen Oberfläche 74 und die
zweite Höhenänderung
der oberen Oberfläche des
Wafers und berechnet daraufhin an jedem Punkt, die den Messpunkten
(xi, yi), welche
in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel
definiert worden sind, entsprechen, eine Differenz zwischen der
ersten und der zweiten Höhe,
d. h. der Dicke. Die so erhaltenden Dickedaten werden zur Berechnung
der Normalenvektoren und der sich ergebenden Winkeldifferenzen,
wie es vorstehend erläutert
worden ist, verwendet.
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Gemäß dem Prüfverfahren und der Prüfvorrichtung
der vorliegenden Erfindung werden die Winkeldifferenzen zwischen
benachbarten Suborten, die jeweils den Belichtungsbereichen entsprechen,
auf die Bilder durch die Belichtungseinrichtungen belichtet werden,
für den
gesamten Bereich bzw. die gesamte Fläche des Wafers erhalten. Unter
Verwendung der Winkeldifferenzen wird dann der Wafer oder die Qualität des Wafers
und/oder jedes Chips unter den Bedingungen, die ähnlich zu dem tatsächlichen Herstellvorgang
sind, vorbewertet. Darüber
hinaus kann auf einer Chip-auf-Chip-Basis
unter den Bedingungen, welche ähnlich
zu dem tatsächlichen
Herstellvorgang sind, vorab abgeschätzt werden, welcher Teil des
Chips bzw. Stückchens
mangelhaft ist. Weiterhin kann die Qualität des Waferabschnittes nahe
der Grenze unter den Bedingungen abgeschätzt werden, welche ähnlich zu
dem tatsächlichen Herstellvorgang
sind.