Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Inspektionsvorrichtung und ein Inspektionsverfahren für die optische Untersuchung von Objektoberflächen in einer Kantenumgebung eines ansonsten im Wesentlichen ebenen Objekts, insbesondere von Kanten unstrukturierter Wafer, mittels wenigstens einer der Objektoberfläche zugewandten und auf die Objektkante fo- kussierbaren Digitalkamera und einer Ebenenbeleuchtungseinrichtung, die relativ zur Digitalkamera und zur Objektoberfläche so angeordnet ist, dass ein Bild einer sich an die Objektkante anschließenden ebenen Hauptfläche der Objektoberfläche in der Kantenumgebung unter HeII- feldbeleuchtung erzeugt wird.

Das optische Inspektionsverfahren von Halbleiterwafern auf Defekte (Ausbrüche, Kratzer, Abdrücke, Partikel, etc.) ist ein wichtiger Teil des Herstellungsprozesses von Computer-Chips. Die Inspektion umfasst in der Regel sowohl die ebene Objekt- bzw. Waferober- und -Unterseite als auch dessen Kante. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Inspektion der Kante.

Die hierin verwendeten Begriffe zur Bezeichnung des inspizierten Objekts sind wie folgt zu verstehen:

- „Objektoberfiäche" wird als Oberbegriff verstanden, der die gesamte Oberfläche des Objektes bezeichnet und insbesondere die im Folgenden definierte Hauptflächen und Objektkanten einschließt.

Mit „Hauptfläche" werden die ebenen, gegenüberliegenden Oberbzw. Unterseiten des in der Regel scheibenförmigen Objektes (Wafers) bezeichnet. „Kante" oder „Objektkante" ist der einerseits an die Hauptfläche angrenzende und andererseits das Objekt außenumfänglich begrenzende Flächenabschnitt, der also die Hauptflächen verbindet und in der Regel sowohl einen oberen bzw. unteren schrägen Anteil („Bevel") als auch einen stirnsθitigen umfänglichen Anteil („Apex") einschließt.

Die „Kantenumgebung" beschreibt einen Flächenausschnitt, der sowohl die Kante als auch einen Ausschnitt der Hauptfläche im Übergangsbereich zur Kante einschließt. Als „Rand" oder „Objektrand" wird die unter dem jeweiligen Blickwinkel erkennbare Übergangsiinie zwischen der Objektkante und der Umgebung bezeichnet.

- Als „Bevelline" wird die unter dem jeweiligen Blickwinkel erkennbare Übergangslinie zwischen der Objektober- bzw. -Unterseite und dem Bevel der Objektkante bezeichnet. Als „Strukturmerkmal" ist eine Abweichung des Kantenverlaufs in der senkrechten Projektion auf die Objektebene, welche von der oder den Hauptflächen definiert wird, von einem vorgegebenen gleichförmigen oder stetigen Konturverlauf zu verstehen. Bei einem kreisrunden Wafer ist ein solches Strukturmerkmal beispielsweise eine radiale Einkerbung (Notch) oder ein gerader Kantenabschnitt (Kreissehne).

Inspektionsvorrichtungen für Waferkanten verwenden häufig eine Anordnung bestehend aus einer Digitalkamera, die der Objektoberfläche zugewandt ist und insbesondere auf die Objektkante fokussierbar ist. Ferner kommen in solchen Inspektionsvorrichtungen eine oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen zum Einsatz.

Aus der DE 103 13 202 B3 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Objektkante des Wafers bestehend aus dem oberen Bevei (Fase), der Apex und dem unteren Bevel vollständig im Bereich des Dunkelfeides einer LED-Lichtquelle liegen, während das von der Waferoberseite oder oberen Hauptfläche reflektierte Licht direkt in die Kamera einfäilt, die Waferoberseite aiso im Hellfeldbereich liegt. Unter Verwendung eines unterhalb des Wafers angeordneten und parallel zu diesem ausgerichteten Planspiegels wird in demselben Bild auch die Unterseite oder untere Hauptfläche des Wafers aufgenommen, welche, soweit einsehbar, ebenfalls im Dunkelfeldbereich liegen. Der obere Bevel wird also unter streifendem Lichteinfall aus der Lichtquelle beleuchtet und die Apex sowie der untere Bevel liegen völlig im Schatten der Lichtquelle. Das Licht, welches den Wafer passiert, wird von der Spiegeloberfläche direkt in die Kamera reflektiert, so dass es als HeNfeld-Hintergrund im Anschluss an die Unterseite abgebildet wird. Im Ergebnis wird die Waferkante als schmaler Streifen im Dunkelfeldbereich abgebildet, auf dessen einer Seite sich der direkte Reflex von der Waferoberseite und auf dessen anderer Seite sich der direkte Reflex von dem Planspiegel anschließen. Dabei sind die Beleuchtungsverhältnisse auf der Oberseite und der Unterseite der Waferkante aus den vorgenannten Gründen sehr unterschiedlich.

Nachteilig hierbei ist, dass der interessierende Kantenbereich teilweise direkt und teilweise reflektiert über den Spiegel abgebildet wird. Da die Waferkante insgesamt aber im Dunkelfeld liegt, kann diese nicht genau in der Abbildung lokalisiert werden. Zudem überstrahlt die sich hieran anschließende Hellfeldabbildung der Waferoberseite einerseits und des Spiegels andererseits den Übergangsbereich zur Kante, so dass hier mit Auflösungsverlusten zu rechnen ist.

Die DE 103 24 474 A1 beschreibt eine Vorrichtung umfassend eine Auflicht-Beleuchtungseinrichtung und eine Abbildungseinrichtung, mit denen die Oberfläche eines mit Fotolack beschichteten Wafers im Heilfeld aufgenommen wird. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung wird diese Vorrichtung zur Inspektion eines strukturierten Wafers genutzt. _Λ

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Durch Polarisation des Lichtes sowie kameraseitige Analyse des Polarisationszustandes des an der Oberfläche reflektierten Lichtes wird die Entiackung des Wafers in dessen Randbereich untersucht Zusätzlich ist auf der Waferunterseite eine weitere Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, deren Lichtstrahlen auf dem Weg zur Kamera teilweise von dem Waferrand abgeschattet werden, so dass die Kante des Waferran- des als Hell-Dunkelübergang erscheint.

Während die Untersuchung des Kantenbereichs in der zuletzt genannten Schrift nicht über die Kontroile der Entiackung hinausgeht und deshalb für die Untersuchung eines unstrukturierten Wafers auf Defekte der eingangs genannten Art ungeeignet ist, kann mit der aus der DE 10331 202 B3 bekannten Vorrichtung keine lückenlose Untersuchung des Wafers von der Hauptfläche über den gesamten Kantenbereich einschließlich Bevei und Apex sichergestellt werden.

Die Erfinder haben es sich vor diesem Hintergrund zur Aufgabe gemacht, die Inspektionsvorrichtung bzw. das Inspektionsverfahren dahingehend zu verbessern, dass aus den aufgenommenen Bildinhalten alle Arten von Defekten auf der Objektoberfläche möglichst lückenlos und ortsgenau identifiziert werden können.

Die Aufgabe wird durch eine Inspektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Inspektionsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das Inspektionsverfahren sieht erfindungsgemäß vor, dass während des Aufnehmens des Kantenbildes eine Hintergrund beleuchtung auf der der Digitalkamera abgewandten Seite des Objektes zugeschaltet ist, deren Licht in Richtung der Digitalkamera abstrahlt, wobei das in Richtung der Digitalkamera abgestrahlte Licht teilweise von dem Objekt bis zum Objektrand abgeschattet wird. Der Rand des Objekts wird aus Bildpunktinformationen des mit der Digitalkamera erzeugten Bildes anhand eines Kontrastes zwischen der Objektkante und dem Hintergrund ermittelt sowie eine Übergangsiinie (Bevelline) aus Bildpunktinformationen des mit der Digitalkamera erzeugten Bildes anhand eines Kontrastes zwischen der Objektkante und der Hauptfläche.

Dementsprechend ist bei der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung auf der der Digitalkamera abgewandten Seite des Objekts eine Hintergrundbeleuchtungseinrichtung angeordnet und zwar in der Gestalt, dass von ihr Licht in Richtung der Digitalkamera abgestrahlt wird, wobei das in Richtung der Digitalkamera abgestrahlte Licht teilweise von dem Objekt bis zum Objektrand abgeschattet wird, wenn die Digitalkamera auf den Kantenbereich fokussiert ist. Die erfindungsgemäße Inspektionsvorrichtung weist ferner eine Bildverarbeitungseinrichtung auf, die ein Randerkennungsmittel aufweist, welches eingerichtet ist, aus Bildpunktinformationen des mit der Digitalkamera erzeugten Bildes anhand eines Kontrastes zwischen der Objektkante und der Hintergrundbeleuchtung einen Rand des Objektes einerseits und anhand eines Kontrastes zwischen der Objektkante und der Hauptfläche eine Übergangslinie (Bevelline) andererseits zu identifizieren.

Anders als in der DE 103 13 202 B3 sieht die erfindungsgemäße Inspektionsvorrichtung bzw. das Inspektionsverfahren also eine separate Hintergrundbeleuchtung vor, die direkt in die Digitalkamera leuchtet, soweit sie nicht von dem Objekt abgeschattet wird und somit einen Kontrast zwischen der direkt aufgenommenen Objektkante und dem Hintergrund schafft. Damit ist es erstmals möglich einen eindeutigen Bezug zwischen der anhand des Kontrastes zwischen der Objektkante und der Hauptfläche identifizierten Bevellinie und dem anhand des Kontrastes zwischen der Objektkante und der Hintergrundbeleuchtung identifizierten Rand herzustellen. Es ist außer der bereits erwähnten DE 10324474 A1 weiterer Stand der Technik bekannt, der eine Hintergrundlichtquelle auf der einem optischen Sensor abgewandten Seite des Wafers beschreibt. So ist beispielsweise aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 59125627 A eine Vorrichtung bekannt, bei der ein Bündel paralleler Lichtstrahlen senkrecht auf die Waferoberfläche im Kantenbereich gestrahlt wird und der nicht abgeschattete Anteil dieses Lichtbündels mittels eines auf der gegenüberliegenden Seite des Wafers angeordneten flächigen Fotosensors erfasst wird, während der Wafer gedreht wird. Vom Prinzip her dieselbe Anordnung ist aus der Offenlegungsschrift US 5,438,209 A bekannt, welche aber anstelle des Fotosensors eine Kamerazeiie verwendet. Bei beiden Vorrichtungen handelt es sich um Vorrichtungen zur Bestimmung der Position einer Noten und nicht um die gattungsgemäße Inspektionsvorrichtung zur Aufnahme eines Dunkelfeldbildes der Waferoberfläche. Die Beleuchtung ist eine reine Hintergrundbeleuchtung, so dass eine Dunkelfeldaufnahme hiermit gar nicht möglich ist. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung der Notch wird jeweils allein durch die Parallelität der Lichtstrahlen sichergestellt, die einen scharfen Schattenwurf gewährleistet.

Eine andere Vorrichtung zur Bestimmung der Noten-Position bei einem Wafer ist aus der Offenlegungsschrift JP 2000031245 A bekannt. Diese weist eine Kamera auf, deren optische Achse senkrecht zur Oberseite des Wafers und auf dessen Mitte ausgerichtet ist und die ein zweidimensionales Gesamtbild der Waferoberfläche aufnimmt, ohne dass der Wafer dabei gedreht wird. Die Beleuchtungseinrichtung ist zu diesem Zweck von der optischen Achse dar Kamera weggeschwenkt, so dass keine direkte Reflektion des Lichtes von der Waferoberfiäche in die Kamera fällt. Die unmittelbare Umgebung des Wafers wird dadurch aufgehellt, dass das Licht der Beleuchtungseinrichtung dem Material der Waferauflage (diffus) gestreut wird. Auf diese Weise entsteht ein Kontrast zwischen der Waferaufiage und dem Wafer, so dass die Wa- ferkante als dunkler Rand vor der helleren Auflage abgebildet wird. Diese Vorrichtung erlaubt das Identifizieren der Waferkante und insbesondere einer Notch. Sie ist allerdings nicht dazu vorgesehen und geeignet, Defekte auf der Waferoberfläche mit hinreichender Genauigkeit zu identifizieren und zu lokalisieren. Es handelt sich auch hierbei allein um eine Vorrichtung zur Bestimmung der Notch-Position. Auch sorgt die asymmetrische Anordnung der Beieuchtungseinrichtung bezogen auf die Mittelachse des Wafers für einen Schattenwurf, der eine Lokalisierung der Waferkante mit hoher Genauigkeit erschwert, da nicht das in Richtung der Digitalkamera abgestrahlte Licht teilweise von der Objektkante abgeschattet wird, sondern bereits das Licht auf dem Weg zur Waferaufiage. Schließlich ist der Kontrast abhängig von dem Material und der Beschaffenheit der Waferoberfläche einerseits und der Auflage andererseits und kann nicht beeinflusst werden.

im Gegensatz hierzu betrifft die Erfindung eine Inspektionsvorrichtung zur Detektion von Oberflächendefekten, die eine verbesserte Lokalisierung dieser Oberflächendefekte und zugleich eine Erkennung der Oberflächendefekte bis hin zur äußersten Objektkante also zum Objektrand erlaubt.

Da der Fokus der Digitalkamera bei der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung auf der Objektkante liegt, wird insbesondere der Rand des Objekts scharf abgebildet, was eine genaue Lokalisierung des Objektes ermöglicht. Ferner hat dies den Vorteil, dass die Hintergrund beieuchtungseinrichtung, weiche weiter entfernt liegt, unscharf abgebildet wird und deshalb keine Artefakte des Hintergrundes den Bildeindruck stören, insbesondere kann als Hintergrundbeleuchtungseinrichtung eine einfache Lampe dienen, welche aufgrund der Unscharfe als ausgedehnter Lichtfleck auf dem Sensor der Digitalkamera abgebildet wird. Selbstverständlich kann als Hintergrundbeleuchtungseiπrichtung auch eine direkt oder indirekt und/oder diffus abstrahlende flächige Lichtquelle gewählt werden.

Zu der Inspektion der Objektkante gehört erfindungsgemäß auch die des Überganges zur Hauptfläche des Objekts. Hierbei ist die Bevelline von besonderem Interesse. Der Bevel kann neben den erwähnten Defekten in Form von Kratzern, Ausbrüchen, Staubkörnern, Abdrücken oder dergleichen auch Defekte in Form von Bearbeituπgsfehlern, näm- Nch Polierfehlem, aufweisen. Die Waferkante erhält üblicherweise eine polierte Oberfläche. Ist der Polierprozess der Kante ordnungsgemäß erfolgt, müssen die Bevelline und derWaferrand stets parallel verlaufen, Abweichungen hiervon stellen Polierfehler dar. Solche Polierfehler führen nicht zu kontrastreichen Streulichtreflexen oder dunklen Stellen, wie es die vorgenannten Defekte unter Hell- bzw. Dunkelfeldbeleuchtung tun. Polierfehler führen also zu mehr oder weniger starken Abweichungen der Bevelline von ihrer Soilposition auf dem Wafer. Schwankungen der Beveliine aufgrund von Polierfehlern sind jedoch mit Artefakten der Messungen, wie beispielsweise Schwingungen oder einer Exzentrizität des Wafers während der Messungen überlagert, weshalb sich eine Aussage über deren Ist-Position nicht ohne weiteres treffen lässt. Deshalb ist es erfindungsgemäß vorgesehen, neben der Bevelline gleichzeitig auch die Objektkante eindeutig zu identifizieren.

Bevorzugt weist die Bildverarbeitungseinrichtung ein Kantenanaiysemit- tel auf, weiches eingerichtet ist, die Relativlage der Bevelline zu dem Rand zu überwachen.

Das Randerkennungsmittel detektiert mittels eines einfachen Algorithmus einen unrunden Lauf des Wafers (Horizontalschwingung in der Waferebene) in Folge einer Zentrierungenauigkeit oder ein Flattern des Wafers (Vertikalschwingung senkrecht zur Waferebene) in Folge einer Unebenheit oder einer resonanten Anregung. Bislang war man bemüht die genannten Fehlerquellen durch aktive und teils mechanisch sehr aufwändige Zentrier- und Dämpfungsmaßnahmen zu minimieren. Im Vergleich zu etwaigen Defekten liefern Horizontal- oder Vertikalschwingungen aber einen periodischen, niederfrequenten Verlauf der Wafer- kante in dem Bild und lassen sich daher einfach identifizieren. Die genaue Randerkennung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt deshalb auf aufwändige aktive Zentrier- und Dämpfungsmaßnahmen zu verzichten und etwaige Fehler im Rahmen der Bildbearbeitung mittels geeigneter Korrekturmittel oder Routinen zu korrigieren.

Das Überwachen der Relativlage der Bevelline zu dem Rand geschieht hiervon ausgehend, indem die Bevelline und Randlinie anhand der Kontrastunterschiede im Bild identifiziert werden, dann wird der Abstand beider Linien im Bild entlang einer ungefähr senkrechten Linie zum Rand bestimmt. Ist derWafer nicht gut zentriert, also ändert sich der Abstand Waferrand - Kamera, kann unter Berücksichtigung der Abbildungsgeometrie auf den realen Abstand Bevel-Linie - Waferrand geschlossen werden. Dieser Abstand muss innerhalb gewisser Toleranzen am normalen Waferrand immer konstant sein.

In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Randerkennungsmittel ein Strukturerkennungsmittel, welches eingerichtet ist, ein Strukturmerkmal der Objektkante aus Bildpunktinformationen des Dunkelfeldbildes anhand des Kontrastunterschiedes zwischen der Objektkante und der Hintergrundbeleuchtung zu identifizieren.

Ein solches Strukturmerkmal ist beispielsweise der Konturverlauf einer Einkerbung (Notch) im Waferrand. Dieser hat eine bekannte Form und kann daher leicht durch einen Algorithmus oder einen Vergleich des aufgenommenen Kantenbildes mit in einem Speicher hinterlegten Formen identifiziert werden. Jedoch kann auf diese Weise nicht nur eine Einkerbung, sondern auch beliebige andere Strukturmerkmale, bei- spielsweise in Form eines geraden Kantenabschnittes (an einem ansonsten kreisrunden Wafer), erkannt werden. Alle regelmäßigen Strukturmerkmale lassen sich so leicht identifizieren und insbesondere von einem unregelmäßigen Ausbruch unterscheiden. Hierdurch wird eine einfache Inspektion des Strukturmerkmals selbst ermöglicht. Insbesondere können Defekte im dem Strukturmerkmal, das gänzliche Fehlen des Strukturmerkmales, eine Formabweichung des Strukturmerkmals von einer Sollgeometrie bis hin zum Vorliegen mehrerer Strukturmerkmale entlang der Waferkante automatisch festgestellt und angezeigt werden. Auch ist es möglich die Relativlage zwischen der Bevel-Linie und dem Rand entlang eines solchen Strukturmerkmals zu überwachen. Dies gilt auch dann, wenn hier kein konstanter Abstand sondern ein anderer, dem Umriss des Strukturmerkmais folgender Verlauf der Bevelline erwartet wird (Sollgeometrie).

Vorzugsweise ist die Bildverarbeitungseinrichtung ferner eingerichtet, anhand des identifizierten Randes und/oder des identifizierten Strukturmerkmals ein Koordinatensystem festzulegen.

Anhand des identifizierten Strukturmerkmals kann beispielsweise eindeutig ein Bezugspunkt für den azimutalen Winkel (also den Drehwinkel des Wafers) bestimmt werden. So kann beispielsweise die Mitte einer Notch als Koordinatennullpunkt des Azimutalwinkels genommen werden, was eine genaue Winkelpositionsangabe jedes identifizierten Oberflächendefektes (oder Defektfragmentes) erlaubt.

Ferner kann mit einer solchen Bildverarbeitungseinrichtung aus dem identifizierten Rand bei bekannter Ausformung des Kantenprofils auf den Verlauf der wahren körperlichen Objektkante geschlossen werden. Die Mitte der Apex, weiche die radial äußerste Kante des Objekts bildet, wird im einfachsten Fall ermittelt, indem bei bekannter Form des Kantenprofils und des Beobachtungswinkels, unter dem die Kamera auf die Objektkante blickt, ein konstanter Abstand der Apexmitte zu dem identifizierten Rand angenommen wird. Dieser Abstand kann als system- und/oder profilspezifische Einstellung in einem Speicher der Bildverarbeitungseinrichtung hinterlegt und bei Berechnung der Lage der wahren Objektkante von der Position des identifizierten Randes subtrahiert werden. Als Koordinatennuilpunkt der radialen Komponente des Koordinatensystems wird dann bevorzugt die wahre Objektkante also der Mitte der Apex gewählt. Dieser und der Koordinatennullpunkt des Azimutalwinkels bilden bevorzugt den Ursprung eines zweidimensionalen Koordinatensystems.

Ist das Koordinatensystem in zwei Dimensionen festgelegt, kann vorzugsweise mittels der Bildverarbeitungseinrichtung die Lage der Bevel- line in Bezug auf das Koordinatensystem bestimmt werden.

Dies erlaubt Polierfehler auch bezüglich Ihrer Winkelposition relativ zum Sturkturmerkmal, der Wavemotch, zu bestimmen.

Die Digitalkamera ist vorzugsweise eine Zeiienkamera, die so angeordnet ist, dass die mit der Zeilenkamera aufgenommene einzelne Bildzeile in einer Ebenen liegt, welche senkrecht zu der Ebene des Objekts bzw. Objektrandes angeordnet ist.

Die Betrachtungsrichtung der Digitalkamera ist bevorzugt um einen Betrachtungswinkel >0° aus der Objektebene herausgeschwenkt.

Wenn zugleich die Betrachtungsrichtung der Digitalkamera um einen Betrachtungswinkel <90° aus der Objektebene herausgeschwenkt ist erlaubt dies die Aufnahme der gesamten Kantenumgebung einschließlich Apex, Bevel und einem kantennahen Teil der Hauptfläche. Vorstehendes gilt analog, wenn der Strahlengang auf dem Weg zur Kamera umgelenkt wird. Wird das Objekt aus dieser Perspektive von seiner Oberseite und von seiner Unterseite inspiziert, erhält man ein vollständiges Bild der Kantenumgebung. Die beiden Bildhälften können in der Mitte der Apex also im Koordinatennullpunkt der radialen Komponente zusammengefügt werden, wobei die in beiden Teilbildern ermittelten Koordinatennullpunkte des Azimutalwinkels übereinander gelegt werden. Somit lassen sich alle Defekte in einem gemeinsamen Koordinatensystem darstellen.

Die Betrachtungsrichtung, aus der das Bild von der Objektkante mittels Digitalkamera aufgenommen wird, kann, in der Projektion auf die Objektebene gesehen, senkrecht auf der Objektkante oder einer Tangete zur Objektkante stehen. Das heißt die optische Achse der Kamera ist (evtl. nach Umlenkung) gemäß dieser Ausführungsform so orientiert, dass sie zusammen mit der Biidzeiie eine optische Ebene definiert, die mit einer Radialebene des Wafers zusammenfällt. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass weniger Bildverzerrungen auftreten.

Vorzugsweise ist eine erste Kantenbeleuchtungseinrichtung vorgesehen, die realiv zur Digitalkamera und zur Objektkante so angeordnet ist, dass ein Bild der Objektkante unter Dunkelfeldbeleuchtung erzeugt werden kann.

Bei der Dunkelfeldbeleuchtung wird das von der Beleuchtungseinrichtung abgestrahlte Licht von der intakten Objektoberfläche so reflektiert, dass es nicht in die Optik der Digitalkamera einfällt, so dass das Bild der Objektoberfläche überwiegend dunkel bleibt. Befindet sich in dem Oberflächenbereich ein Defekt in Form einer Vertiefung (Kratzer, Ausbruch) oder in Form einer Erhöhung (Staubkorn, Verunreinigung), dann wird in der Regel von Teiiflächen des Defekts der eine oder andere Reflex in die Optik der Digitalkamera einfallen. Es entsteht auf diese Weise ein helles Abbild von Defektfragmenten. Die Erfinder haben darüber hinaus erkannt, dass je nach Beieuch- tungssituation unterschiedliche Abschnitte der Defekte ausgeleuchtet werden, sich also verschiedene Fragmente unter verschiedenen Lichteinfallsrichtungen zeigen, Um ein vollständigeres Bild des gesamten Defektes zu erhalten, ist deshalb vorteilhafter Weise, alternativ oder zusätzlich, eine zweite Kantenbeleuchtungseinrichtung vorgesehen, die relativ zur Digitalkamera und zur Objektkante so angeordnet ist, dass ein Bild der Objektkante unter Hellfeldfeldbeleuchtung erzeugt werden kann.

Bei der Hellfeldbeleuchtung wird das von der Beleuchtungseinrichtung abgestrahlte Licht von der intakten Objektoberfläche direkt in die Optik der Digitalkamera reflektiert, so dass das Bild der Objektoberfläche überwiegend hell erscheint. Befindet sich in dem Oberflächenbereich ein Defekt in Form einer Vertiefung (Kratzer, Ausbruch) oder in Form einer Erhöhung (Staubkorn, Verunreinigung), dann wird in der Regel von den überwiegenden Teilflächen des Defekts das Licht in andere Richtungen gestreut und fällt nicht in die Optik der Digitalkamera ein. Es entsteht auf diese Weise ein dunkles Abbild von Defektfragmenten.

Gerade im Fall der Hellfeldbeleuchtung ist die optische Achse der Kamera vorzugsweise so orientiert, dass die zusammen mit der Bildzeile definierte optische Ebene der Zeilenkamera aus der Radialebene herausgeschwenkt ist. Zwar werden so stärkere Bildverzerrungen in Kauf zu nehmen sein. Jedoch lässt diese Anordnung die Hellfeldaufnahme derWaferkante in einfacher Weise realisieren, indem die Hellfeld- Beleuchtungseinrichtung in spiegelbildlicher Anordnung zur Kameraanordnung bezogen auf die Radialebene durch den Fokuspunkt auf der Waferoberfläche eingesetzt wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Hintergrund beleuchtungseinrichtung bevorzugt um den gleichen Betrag und in dieselbe Richtung aus der Radialebene herausgeschwenkt, so dass sie auf der optischen Achse der Kamera liegt. Die Büdverarbeitungseinrichtung ist ferner bevorzugt eingerichtet, aus den Bild punktinformationen des Dunkelfeldbildes und/oder des Hellfel- bildes der Objektkante anhand der wie vorstehend beschrieben erzeugten Kontraste Oberflächendefekte im Kantenbereich zu identifizieren.

Die ermittelten Defektfragmente werden mittels der Bildverarbeitungseinrichtung zunächst in den Teilbildern der Dunkelfeldaufnahme und der Hellfeldaufnahme getrennt voneinander identifiziert. Dies geschieht vorzugsweise, indem zunächst zusammenhängende Bildpunkte, deren Inhalte (Intensitäts-, Grau- oder Farbwerte) innerhalb eines vorher festgelegten Wertebereiches (Intensitäts-, Grau- oder Farbwertintervails) liegen, demselben Defektfragment zugeordnet werden. Die so ermittelten Defektfragmente werden anschließend mittels eines Algorithmus auf Zugehörigkeit zu demselben Defekt zusammengefasst. Aus zwei (oder mehr) Teilbildern der Objektoberfläche wird so ein virtuelles Oberflächenbild erzeugt, so dass durch die Summe der Informationen aus dem Hellfeldbild und dem Dunkelfeldbild sich ein umfassenderes Bild des gesamten Defektes erzeugen lässt.

Das so erzeugt digitale Bild der Objektoberfläche wird anschließend üblicherweise einer manuellen oder automatischen Auswertung zugeführt, wobei die Ergebnisse der Auswertung dazu verwendet werden, nach den Vorgaben des Chip-Herstellers über die Verwertbarkeit des Wafers zu entscheiden und eine Sortierung nach Qualitätskriterien durchzuführen.

Die zweite Kantenbeleuchtungseinrichtung, die Hintergrundbeleuchtungseinrichtung und die Ebenenbeleuchtungseinrichtung sind mittels einer geeigneten Steuereinheit besonders bevorzugt getrennt voneinander ansteuerbar. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass in jedem Aufnahmemodus ein ausreichender bzw. optimaler Kontrast zwischen der Hauptfläche im Hellfeld, der Waferkante im Hell- oder Dunkelfeld und der Hintergrundbeleuchtung gegeben ist, der eine gleichzeitige Erkennung der Bevelli- ne, des Waferrandes und von Defekten im Hellfeld bzw. Dunkelfeld erlaubt Befinden sich zum Beispiel unmittelbar am Rand des Wafers Defekte in Form von Ausbrüchen, so können auch diese leicht als Abweichung von der stetigen Randkurve identifiziert werden. Die Information über den Verlauf der Kontur des Wafers bietet also (neben der oben beschriebenen) eine zusätzliche Möglichkeit zur Erkennung von Defekten. Dabei ermöglicht die separate Hintergrundbeleuchtung eine Kontrasteinstellung, die von dem Kontrastschwerpunkt bzw. von dem Inten- sitäts-, Grau- oder Farbwerteschwerpunkt eines im Dunkelfeld oder Helldfeld liegenden Defektes abweicht. Ausbrüche sind auf diese Weise leicht von einem Oberflächeπdefekt anderer Art unterscheidbar. Durch die separate Beleuchtungsansteuerung ist das erfindungsgemäße Verfahren ferner unabhängig vom Reflexionsvermögen der Wafero- berfläche beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Beschichtun- gen und/oder Strukturen.

Ist das Koordinatensystem in zwei Dimensionen festgelegt, kann bei dem erfindungsgemäßen Iπspektionsverfahren die Lage des oder der aufgefundenen Oberflächendefekte oder Defektfragmente in Bezug auf dieses Koordinatensystem bestimmt werden. Die Lagebestimmung kann beispielsweise sowohl die Ausdehnung des Defektes oder Defektfragmentes also auch dessen Schwerpunkt und Orientierung umfassen. Insgesamt werden durch die erfindungsgemäße Identifizierung der Objektkante und des Strukturmerkmals die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Angaben über jeden Defekt erhöht.

Abweichungen davon können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung leicht detektiert werden, wenn die Bildverarbeitungseinrichtung eingerichtet ist, die Lage der Bevelline in Bezug auf das Koordinatensystem und/oder den identifizierten Wa- ferrand zu bestimmen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungform ist das Kantenanalyse- mittel eingerichtet, anhand des identifizierten Randes den Durchmesser des Objektrandes und/oder der Bevelline zu bestimmen.

Weist die Inspektionsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen motorisch angetriebenen Drehtisch zur drehbaren HaI- terung des Objektes auf, wobei die Digitalkamera eingerichtet ist, synchron zur Drehung des Drehtisches ein digitales Bild der Objektkaπte aufzunehmen, können mit einer solchen Zeilenkamera sequentiell mehrere Bildzeilen der Objektkante aufgenommen werden, während sich das Objekt zusammen mit dem Drehtisch dreht. Hierzu kann die Auslösung der Kamera beispielsweise mittels eines Synchronisationsimpulses durch den Antriebsmotor (z. B. Schrittmotor) folgen. Die sequentiell aufgenommenen Bildzeilen der Objektkante in unterschiedlicher Winkelstellung des Objekts werden anschließend zu einem (Panorama-) Bild der Objektkante zusammengefügt.

Die Verfahrensschritte der Bildverarbeitung, insbesondere des Identifi- zierens des Randes, der Bevelline oder der Strukturmerkmale, des Bestimmens eines Koordinaten- oder Bezugssystems und das Bestimmen der Lage von Defekten und der Bevelline in dem Bezugssystem, können einzeln oder gemeinsam sowohl als Software als auch als Hardware oder in Kombination aus Software und Hardware implementiert sein.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der erfin- dungsgemäßeπ Inspektionsvorrichtung mit Dunkelfeldbeleuchtung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung mit Hellfeldbeleuchtung und

Fig. 4 ein Histogramm des Helligkeitsverlaufes einer Bildzeile.

Die Figuren 1 und 2 zeigen in vereinfachter Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung zur Inspektion einer oberen Kantenumgebung eines Halbleiterwafers 10. DerWafer 10 liegt auf einem Drehtisch 12 auf, welcher motorisch, vorzugsweise mittels Schrittmotor, angetrieben ist und den Wafer 10 während der Messung in Rotation versetzt. Eine Motorsteuerung und/oder ein absolut oder relativ positiongebendes Sensorsystem (jeweils nicht dargestellt) kann vorgesehen sein, um einen Steuerimpuls auszugeben, der einerseits dazu genutzt wird, die Drehbewegung zu steuern und andererseits die Aufnahme der Objektkante mit der Drehbewegung zu synchronisieren.

Die Inspektionsvorrichtung weist ferner eine Digitalkamera 14 auf, welche mittels einer Optik 16 auf die Kante 18 des Wafers 10 ausgerichtet und fokussiert ist. Die Digitalkamera 14 ist speziell zur Kanteninspektion des Wafer 10 eingerichtet, indem sie unter einem schrägen Winkel, das heißt > 0 ° und < 90°, vorzugsweise zwischen 30° und 60° und besonders bevorzugt unter etwa 45° zur Objektebene bzw. Oberseite 22 des Wafers 10 auf die Kante 18 ausgerichtet ist. Die Digitalkamera 14 er- fasst hierdurch eine Kantenumgebung, die einen Teil der Oberseite - -

oder Hauptfläche 22 des Wafers 10, dessen oberen, leicht schrägen Kantenbereich oder Bevel 24, und wenigstens einen Teil des stirπseiti- gen Kantenbereichs oder Apex 26 umfasst.

Die Digitalkamera ist vorzugsweise eine Zeilenkamera, deren Bildzeiie in der als gestrichelte Linie 20 dargestellten Radialebene liegt. Dieser Fall ist in Figur 1 dargestellt. Die Zeilenkamera kann jedoch auch um einen Winkel aus der Radialebene 20 herausgeschwenkt werden, was in Verbindung mit einer um denselben Winkelbetrag in die andere Richtung aus der Radialebene heraus geschwenkten Hellfeld- Beleuchtungseinrichtung (vgi. Fig. 3) für die Erzeugung eines Hellfeldbildes der Waferkante genutzt werden kann, wie bereits oben beschrieben.

Es ist ferner eine erste Kantenbeleuchtungseinrichtung 28 vorgesehen, welche in diesem Beispiel in Form von beidseits der Digitalkamera jeweils einer fokussierten Lichtkanone hoher Intensität ausgestaltet ist. Die Anzahl der Lichtquellen und deren Anordnung sind nicht erfindungserheblich, solange keine direkten Reflexe der Lichtquelle an der Waferkante in die Kameraoptik 16 einfallen. Deshalb kann auch eine einzelne Lichtquelle genügen oder es können mehrere vorgesehen sein bis hin zu einer quasi flächigen, bogenförmigen Lichtquelle, in deren Zentrum oder Fokus die Objektkante liegt. Während eine solche flächige Lichtquelle aufgrund ihres großen Winkelspektrums den Kantenbereich nahezu unabhängig von dessen Geometrie gleichmäßig beleuchtet, hat die einzelne Lichtquelle den Vorteil in einfacher Weise fokus- sierbar zu sein und somit einen Lichtfleck hoher Intensität auf der Objektoberfläche zu erzeugen.

Mit der gezeigten Anordnung der Digitaikamera 14 und der Beleuchtungseinrichtung 28 lässt sich ein Dunkelfeldbild der Waferkante 18 erzeugen, da die optische Achse der Kamera 14 senkrecht auf der Wa- ferkante steht und die Beleuchtungseinrichtung 28 aus der radialen Ebene 20 herausgeschwenkt sind. Deshalb fallen die an einer intakten Objektkante 18 unter dem Ausfallswinkel α bezüglich der radialen Ebene 20 reflektierten Lichtstrahlen nicht in die Linse der Kamera ein. Aufgrund der symmetrischen Anordnung beider Lichtquellen fallen die Einfalls- und Ausfallswinkel der optischen Achsen beider Lichtquellen wechselseitig zusammen. Die Objektkante 18 liegt somit im Normaifall im Dunkelfeld.

Auf der der Digitalkamera 14 abgewandten Seite des Wafers 10 befindet sich eine Hintergrundbeleuchtungseinrichtung 32, hier als nahezu punktförmig, nicht kollimiert abstrahlende Lichtquelle. Diese ist bezüglich des Randes des Wafers 10 und der Digitalkamera 14 so angeordnet, dass das von ihr ausgehende Licht zumindest in Teilen in Richtung der Digitalkamera abgestrahlt wird. Zugleich wird das in Richtung der Digitalkamera abgestrahlte Licht aber von dem Wafer 10 etwa zur Hälfte des Bildfensters abgeschattet (der Waferrand muss nicht wie in diesem Fall mittig in dem Bild verlaufen). Da die Digitalkamera auf die Objektkante 18 fokussiert ist, wird die entfernter liegende Hintergrundbeleuchtungseinrichtung 32 als unscharfer flächiger Lichtfleck auf dem Sensor der Kamera abgebildet. Gegenüber einem solchen flächig hellen Hintergrund werden die Objektoberfläche und insbesondere die im Dunkelfeld liegende Waferkante als dunkie Fläche mit scharfem Rand abgebildet.

In der Figur 2 ist zusätzlich auch eine mögliche Anordnung einer Ebenenbeleuchtungseinrichtung 30 dargestellt Die Ebenenbeleuchtung- seinrichtung30 ist so angeordnet, dass deren Licht von der oberen Hauptfläche 22 des Wafers 10 direkt in die Kameraoptik 16 reflektiert wird. Es wird hierdurch ein Hellfeldbiid der Hauptfläche 22 erzeugt, soweit der Blickwinkel der Kamera diese erfasst. Hierdurch ist der Kontrastunterschied zwischen der Hauptfläche 22 im Hellfeldbild und der schrägen Kante 24, die bereits im Dunkelfeld beider Beleuchtungseinrichtungen 28, 30 liegt, besonders groß, so dass die Bevelline, also der linienförmige Übergang von dem Bevel 24 zur Hauptfläche 22, besonders leicht erkannt werden kann. In Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen, genauen Randerkennung kann die Breite des Bevel und somit die Poliergenauigkeit der Objektkante über den gesamten Umfang des Wafers aber mit besonders hoher Präzision detektiert werden.

Auch ist die Erfindung mit einer Hellfeldaufnahme des gesamten Kantenbereichs kombinierbar, in diesem Fall wird eine weiter ausgedehnte zweite Kantenbeleuchtungseinrichtung benötigt, welche das gesamte Profil der abgebildete Waferkante flächig beleuchtet. Die unterschiedlichen Beleuchtungseinrichtungen sind dann für die verschiedenen Beleuchtungszwecke wechselseitig und/oder kombiniert zu betreiben, um eine möglichst effiziente und kontrastreiche Bildgewinnung zu ermöglichen.

Figur 3 zeigt ebenfalls in vereinfachter Darstellung eine solche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung zur Inspektion einer oberen Kantenumgebung eines Halbleiterwafers 10 nur in der Draufsicht. Diese Unterscheidet sich durch eine veränderte Position der Kamera 14', welche aus der Radialebene 20 herausgeschwenkt ist, und eine zweite Kantenbeleuchtungseinrichtung 29, welche um denselben Winkel in entgegengesetzter Richtung aus der Radialebene herausgeschwenkt ist und, anders als die erste Kantenbeleuchtungseinrichtung 28, die Objektkante 18 im Hellfeld erscheinen lässt.

In der nicht dargestellten Seitenansicht gilt auch bei dieser Ausführungsform eine Betrachtungsrichtung der Digitalkamera als bevorzugt, die um einen Betrachtungswinkel >0° und <90°, besonders bevorzugt zwischen 30° und 60° und ganz besonders bevorzugt um 45° aus der Objektebene herausgeschwenkt ist.

Auch die Ebenenbeleuchtungseinrichtung und die Hintergrund beleuch- tungseinrichtung unterscheiden sich nur hinsichtlich Ihrer Anordnung dadurch, dass ihr Licht jeweils um den entgegengesetzt gleichen Winkel, um den die Kamera aus der Radialebeπe 20 herausgeschwenkt ist, ebenfalls aus dieser herausgeschwenkt sind.

In Figur 4 ist ein idealisiertes Histogramm des Helligkeitsveriaufes einer Bildzeile von der Kantenumgebung eines Wafers ohne Defekt dargestellt. Das Histogramm zeigt den Helligkeitsverlauf von links nach rechts entlang der radialen Bildkoordinate auswärts von der ebenen Hauptfläche bis über den Waferrand hinaus. H1 bezeichnet den Helligkeitswert des direkten Reflexes von der im Helifeld der Ebenenbeleuchtungseinrichtung liegenden Hauptebene, H2 den erfindungsgemäß davon unabhängig einstellbaren Helligkeitswert der im Hellfeld der zweiten Kantenbeleuchtungseinrichtung liegenden Kante und H3 den ebenfalls unabhängig einstellbaren Helligkeitswert des direkt in die Kamera einfallenden Lichtes von der Hintergrundbeleuchtungseinrichtung. Neben dem dargestellten Fall H1 < H2 < H3 sind auch andere Relationen möglich, solange ein ausreichender Kontrast bleibt, der die Übergänge der Bereiche Hauptfläche, Kante und Hintergrund unterscheidbar macht.

Die Kante schließt in dieser Abbildung den oberen Bevel, die Apex und einen Teil des unteren Bevel ein. Dies liegt an der zuvor beschriebenen schrägen Kameraposition, die zudem außerhalb der Projektion des Wafers auf der Hauptebene liegt. Der untere Bevel läuft aus dem Hellfeld der zweiten Kantenbeieuchtungseinrichtung heraus, weshalb die Helligkeit der Kante noch vor dem Waferrand auf den Wert 0 abfällt. Hieran schließt sich (radial auswärts) das Abbild die Hintergrundbe- leuchtung an, dessen Intensitätswert sogar noch niedriger eingestellt ist ist als der der im Hellfeld liegenden Kante, so dass auch unter einem anderen Blickwinkel, aus dem die gesamte abgebildete Kante im Heilfeld läge, ein ausreichender Kontrast zur Identifizierung des Waferran- des vorläge.

ßezugszeichenliste

10 Wafer

12 Drehtisch

14, 14' Digitalkamera

16 Optik

18 Waferkante

20 Radialebene

22 Hauptfläche, Oberseite des Wafers 4 oberer Kantenbereich, Bevel 6 stirnseitiger Kantenbereich, Apex 8 erste Kantenbeleuchtungseinrichtung 9 zweite Kantenbeleuchtungseinrichtung 0 Ebenenbeleuchtungseinrichtung 2 Hintergrund beleuchtungseinrichtung