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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Defekten
auf der Rückseite eines Halbleiterwafers.
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Die
Deutsche Patentanmeldung
DE 10307454 offenbart
ein Verfahren und eine Software zur optischen Inspektion eines Halbleitersubstrats. Mit
dem hier offenbarten Verfahren wird die Oberfläche eines
Halbleitersubstrats inspiziert, bzw. nach Defekten untersucht. Auf
der zu untersuchenden Oberfläche sind die Strukturen für
die Halbleiterbauelemente aufgebracht. Zur Strukturierung der Strukturen
wird auf das Halbleitersubstrat eine dünne Schicht von
Photoresist aufgebracht. Von der Vorderseite des Halbleitersubstrats
wird ein Bild aufgenommen, das aus einer Vielzahl von Bildpunkten
mit zugeordneten Farbwerten und Intensitäten zusammengesetzt
ist. Aus den Farbwerten wird in einem Farbraum, der von einer Farbintensität
und von Farbkoordinaten aufgespannt wird, eine Helligkeitsverteilung
von Bildpunkten mit gleichen Farbkoordinatenwerten berechnet. Von
einem anderen Halbleitersubstrat kann dann ebenfalls eine entsprechende
Helligkeitsverteilung aufgenommen werden. Aus dem Vergleich der
beiden Helligkeitsverteilungen lassen sich aus den Differenzen die
Defekte ermitteln. Bei der Aufnahme der Bilder von der Vorderseite
des Wafers ist jedoch die auf dem Wafer aufgebrachte DIE-Struktur
zu beachten. Dabei sind die Bildfelder für die Aufnahme
derart zu wählen, dass immer der gleiche Bildinhalt sich
in dem Bild befindet, unabhängig davon, ob ein erster Wafer
oder ein zweiter oder ein weiterer Wafer aufgenommen wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Defekte
auf der strukturlosen Waferrückseite gefunden werden. Dabei
sollen sowohl globale, die gesamte Oberfläche der Rückseite des
Wafers betreffende Defekte, als auch flächige, kontrastarme
Defekte und kleine kontraststärkere Defekte gefunden werden.
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Die
obige Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Detektion von Defekten
auf der Oberfläche der Rückseite eines Halbleiterwafers
gelöst, wobei das Verfahren zunächst das Aufnehmen
eines Bildes mit einem frei wählbaren Fenster von einem
Teil der Oberfläche der Rückseite des Halbleiterwafers
mit einer Kamera durchführt, wobei das aufgenommene Bild
aus einer Vielzahl von Bildpunkten besteht, wobei die zumindest
drei zugeordneten Intensitäten unterschiedliche Wellenlängen
aufweisen, die als Farbwerte bezeichnet werden. Aus den Farbwerten
wird eine Häufigkeitsverteilung berechnet, wobei die sich ergebende
Häufigkeitsverteilung eine Normalverteilung ist. Anhand
der Normalverteilung werden ein Mittelwert und eine Streuung der
Normalverteilung ermittelt. Ebenso wird eine Umgebung um den Mittelwert
festgelegt. Es werden die Farbwerte der Häufigkeitsverteilung
verglichen, ob die Farbwerte innerhalb der festgelegten Umgebung
liegen. Ein Fehler wird erkannt, wenn der Farbwert außerhalb
der festgelegten Umgebung liegt.
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Weiter
ist es von Vorteil, wenn die Farbwerte im ultravioletten, sichtbaren
oder infraroten Wellenlängenbereich aufgenommen werden.
Ebenso kann bei der Aufnahme der Bilder von der Rückseite
des Wafers Licht unterschiedlicher Polarisation oder Licht mit unterschiedlichem
Einfallswinkel oder Infrarotlicht im Durchlicht oder eine N-kanalige
Spektrometrie verwendet werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann das erfindungsgemäße
Verfahren mit Hilfe von Software, bzw. eines Computerprogramms ausgeführt
werden. Das Computerprogramm umfasst Programmcodemittel, um die
erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen
zu können. Das Computerprogramm wird auf einen geeigneten
Computer oder einem anderen Datenverarbeitungsmittel ausgeführt, um
die Rechen- und Vergleichsmittel zu steuern. Bevorzugt umfasst die
Software, bzw. das Computerprogramm Programmcodemittel, die auf
einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind.
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Die
gemessenen Farbwerte können zur Auswertung der Daten auch
in einen anderen Farbraum transformiert werden. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen
werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme
der beigefügten Beschreibungen beschrieben. Aus der beigefügten Zeichnung
werden sich weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der gegenwärtigen
Erfindung ergeben.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der räumlichen Anordnung von einem
Substratzuführmodul und einer Arbeitsstation, in der das
erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt
wird;
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2 ein
Histogramm, das sich aus den von der Rückseite des Wafers
aufgenommenen Bilddaten ergibt, wobei das Histogramm der umstrukturierten
Waferrückseite im Wesentlichen die Form einer Normalverteilung
aufweist;
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3 die
Normalverteilung aus 2, in die der Mittelwert und
unterschiedliche Streubereiche eingezeichnet sind; und
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4 ein
schematisches Blockdiagramm mit dem das erfindungsgemäße
Verfahren durchgeführt wird.
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In
den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder
im Wesentlichen gleich wirkende Elemente oder Funktionsgruppen.
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1 zeigt
in beispielhafter Weise eine räumliche Darstellung einer
Inspektionseinrichtung für die Wafer, bei der das erfindungsgemäße
Verfahren Verwendung findet. Die Inspektionseinrichtung umfasst
ein Substratzuführmodul 100 und mindestens eine
Arbeitsstation 30. Ferner ist die Inspektionseinrichtung
mit einem Bildschirm 70 versehen, mit dessen Hilfe der
Benutzer seine über die Bedieneingabe 60 vorgenommenen
Eingaben kontrollieren kann. Ebenso werden dem Benutzer auf dem
Bildschirm 70 die von der Arbeitsstation 30 aufgenommenen
Bilder von den Defekten auf der Rückseite des Wafers visuell
dargestellt. Hinzu kommt, dass auf dem Bildschirm 70 ebenfalls
die Auswertung der aufgenommenen Bilder von der Rückseite
des Wafers dargestellt wird. In der hier dargestellten Ausführungsform
kann der Wafer direkt auch mit einem Mikroskop über einen
Mikroskopeinblick 80 beobachtet werden. Das Substratzuführungsmodul 100 besitzt an
der Vorderseite mehrere Beladezugänge (load ports) 20a, 20b, über
die der Inspektionseinrichtung 100 die Wafer zugeführt
werden können. Anhand des Displays 70 kann der
Benutzer die für die Auswertung der von der Rückseite
des Wafers aufgenommenen Bilddaten notwendigen Parameter setzen,
um aufgrund der Parametersetzung die Defekte auf der Waferrückseite
zu finden.
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2 zeigt
eine Häufigkeitsverteilung 22 der Farbwerte, die
aus einem von der Rückseite des Wafers aufgenommenen Bild
ermittelt worden sind. Da es auf der Rückseite eines Wafers
keine wiederholenden Strukturen gibt, wie dies bei der Vorderseite des
Wafers zu erwarten ist, kann man das Fenster innerhalb dessen die
Farbwerte zu einem Histogramm zusammengestellt werden, frei wählen.
In Abhängigkeit von der Größe des Fensters
ergibt sich, z. B. bei Wahl eines großen Fensters, eine
hohe Empfindlichkeit der Detektion für großflächige
Defekte. Bei der Wahl eines großen Fensters ist folglich
die Rauschempfindlichkeit bzgl. des Pixelrauschens der einzelnen
Pixel des Detektors, mit dem die Bilddaten aufgenommen werden, gering.
Wählt man hingegen ein kleines Fenster, so ist die Ortsauflösung
für Defekte mit geringem Kontrast höher. Allerdings
sind kleine Messfenster empfindlicher gegenüber dem Pixelrauschen.
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In
einer speziellen Ausführungsform wird eine RGB-Kamera verwendet,
um die Bilddaten von der Rückseite des Wafers zu gewinnen.
Man könnte jedoch auch noch weitere Kanäle hinzufügen.
Denkbar wäre hier Infrarotlicht, UV-Licht, Licht mit unterschiedlicher
Polarisation, Licht mit verschiedenen Einfallswinkeln, Infrarot
im Durchlicht, N-kanalige ortsaufgelöste Spektrometrie,
usw. Auch eine Beschränkung auf zwei Kanäle ist
denkbar. Die mit der Kamera ermittelten RGB-Werte (Farbwerte) der
Pixel des momentan verwendeten Messfensters werden zu einer Häufigkeitsverteilung
zusammengestellt. Dabei hat es sich als sinnvoll erwiesen, dass
zwei der drei Farbwerte für die Erstellung der Häufigkeitsverteilung
verwendet werden. Es ist ferner denkbar, dass die gemessenen Farbwerte
vor der Erstellung der Häufigkeitsverteilung in einen anderen
Farbraum transformiert werden. Die Transformation in einen anderen
Farbraum soll jedoch nicht als Beschränkung der Erfindung
aufgefasst werden. In einer speziellen Ausführungsform
der gegenwärtigen Erfindung wird hier der YUV-Farbraum
gewählt. Es sind jedoch auch beliebige andere Transformationen denkbar.
In der hier dargestellten Ausführungsform werden nur zwei
Parameter gewählt und für diese die Häufigkeit
des Auftretens der einzelnen Wertekombinationen, bzw. Farbwerte
innerhalb des gewählten Messfensters ermittelt. Es entsteht
somit ein zweidimensionales Histogramm. Da die Waferrückseite
unstrukturiert ist, sollte sich, wie in 2 dargestellt, eine
Verteilung ergeben (in 2 ist hier nur eine Dimension
dargestellt). Als Modell kann man die Waferrückseite als
homogene Fläche auffassen. Das Signalrauschen der einzelnen
Pixel der Kamera kann man in erster Näherung als normal
verteilt annehmen. Somit kann man dieses Histogramm als Normalverteilung
von Messwerten interpretieren. In 2 ist auf
der Abszisse 24 die Anzahl der Pixel aufgetragen, bei denen
ein bestimmter Farbwert auftritt. Auf der Ordinate 25 ist
der Farbwert in willkürlichen Einheiten dargestellt. Die
gemessenen Werte 26 sind durch Rauten dargestellt. Die
gemessenen Werte 26 können mit einer Kurve (Funktion) 27 angenähert
werden, die, wie bereits oben erwähnt, einer Normalverteilung
entspricht, da die Rückseite des Wafers als eine homogene
Fläche aufgefasst werden kann.
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3 zeigt
die in 2 dargestellte Normalverteilung der Messwerte,
bei der ein Mittelwert 40 eingezeichnet ist. Hinzu kommt,
dass ein Benutzer weiterhin eine erste Umgebung 42 oder
eine zweite Umgebung 43 um den Mittelwert 40 definieren
kann. Anhand des Mittelwerts 40 kann eine Streuung dieses
Messwerts ermittelt werden. Um eine Verfälschung der Streuung
durch Fehler zu vermeiden, wird zunächst eine Ausreißereliminierung
durchgeführt. Wie bereits bei der Beschreibung zu 1 erwähnt,
kann der Benutzer die Umgebung entsprechend den Messbedingungen
wählen. Ist die Größe der Umgebung, bzw.
die Streuung festgelegt, können alle Wertekombinationen,
bzw. Farbwerte außerhalb dieser Umgebung um den Mittelwert 40,
bzw. den Modalwert als Fehler aufgefasst werden. Die Größe der
Umgebung ergibt sich aus der Streuung und einem frei wählbaren
Faktor, der durch den Benutzer festgelegt wird.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung des Ablaufs des Verfahrens zur Inspektion
von Defekten auf der Rückseite eines Wafers. Wie bereits erwähnt,
wird mit Hilfe der als Farbbildsensor dienenden CCD-Kamera 1 mit
einem beliebig anpassbaren Bildfenster ein Bild von der Rückseite
des Wafers aufgenommen. Die Bildinformation ist aus einer Vielzahl
von Bildpunkten mit zugeordneten Farbwerten und Intensitäten
aufgebaut. Für jeden Punkt des Farbbildes liefert die Kamera 1 Intensitätswerte.
Der Wert eines jeden Kanals ist von der spektralen Empfindlichkeit
des einzelnen Sensors und dem einfallenden Licht abhängig.
In der hier dargestellten Ausführungsform wird die Bildinformation,
welche von der Kamera aufgenommen worden ist, einem Bildverarbeitungsmittel 2 übergeben,
das die RGB-Komponenten der Bildinformation in den YUV-Farbraum transformiert.
Die Transformation ist lediglich eine Möglichkeit der anderen
Darstellung der gemessenen Werte. Der YUV-Farbraum bildet bei den
in Europa verwendeten Fernsehnormen die Grundlage der Farbkodierung
und setzt sich bekanntermaßen wie folgt aus den RGB-Komponenten
der Bildinformation zusammen: Y = 0,299R + 0,587G
+ 0,114B U = –147R – 0,289G
+ 0,437B = 0,493(B-Y) V = 0,615R – 0,515G – 0,1008
= 0,877(R-Y)
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Die
Y-Komponente stellt die Luminanz dar. Der YUV-Farbraum wird somit
aus der Intensität und den Farbkoordinaten U, V aufgespannt.
Wie bereits bei der Beschreibung zu 2 und 3 erwähnt, wird
bei der Verarbeitung der Bildinformation die Y-Komponente nicht
berücksichtigt, was in 4 durch
den nicht durchgezogenen Pfeil zwischen den Blöcken 2 und 3 angedeutet
ist. Die verbleibenden U- und V-Farbwerte spannen somit einen zweidimensionalen
Farbraum auf. Mit Hilfe des Rechenmittels 3 wird die Häufigkeit
des Auftretens eines Bildpunktes mit gleichen U- und V-Werten für
den jeweiligen aufgenommenen Bildbereich aufsummiert. In dem zweidimensionalen
Farbraum wird somit die in 2 und 3 dargestellte
Häufigkeitsverteilung (Histogramm) berechnet. In einem
weiteren Verfahrensschritt, der mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet
ist, wird eine Glättung des zweidimensionalen Histogramms
durchgeführt. Mit dieser Glättung können sozusagen
Ausreißer eliminiert werden. Wie bereits bei der Beschreibung
zu 2 dargestellt, ist das Histogramm, das von den
Bilddaten der Rückseite des Wafers ermittelt worden ist,
als Normalverteilung anzusehen. In einem weiteren Schritt, der mit
dem Bezugszeichen 5 bezeichnet ist, wird der Schwerpunkt,
bzw. der Mittelpunkt für dieses Histogramm bestimmt.
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Die
weiteren Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind im unteren Teil der 4 dargestellt.
Für den wahlweise im Block 7 oder 9 ausgeführten
Vergleichschritt wird bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren nachgesehen, ob ein Farbwert außerhalb einer
festgelegten Umgebung liegt oder nicht. Die zweite Häufigkeitsverteilung kann
z. B. auf der Grundlage eines anderen Bildbereichs vom gleichen
Wafer herrühren oder vom gleichen Bildbereich eines anderen
Wafers aufgenommen worden sein. Ist die Lage des Mittelpunkts der Häufigkeitsverteilung
nicht identisch mit z. B. einer Referenzhäufigkeitsverteilung,
so resultiert dies aus einer Farbverschiebung des von der Rückseite
des Halbleitersubstrats reflektierten Lichts. Allein diese Abweichung
weist bereits auf einen Defekt auf der Rückseite des Wafers
hin. In Block 9 wird bestimmt, wie die Größe
des Bildaufnahmebereichs festgelegt wird. In Abhängigkeit
von dem zur Berechnung der Häufigkeitsverteilung verwendeten
Bildaufnahmebereich kann in einem nachgeordneten Block 10 die
Bestimmung lokaler Farbdefekte oder in einem nachgeordneten Block 11 die
Bestimmung globaler Farbdefekte erfolgen. Lokale Farbdefekte, beispielsweise hervorgerufen
durch kleine Defekte oder von Staubkörnern, lassen sich
beispielsweise durch den Vergleich der Häufigkeitsverteilung
zweier lokaler Oberflächenbereiche ein und desselben Wafers
oder aufgrund des Auftretens eines Signals außerhalb der Umgebung
um die Normalverteilung ermitteln.
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Globale
Defekte führen hingegen zu einer systematischen Farbverschiebung
der Normalverteilung der Signale, die von der Rückseite
des Wafers aufgenommen worden sind.
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Zusätzlich
wird die für die zu untersuchende Rückseite des
Halbleitersubstrats die Umgebung um den Mittelwert von einem Block 6 berechnet.
Im Falle einer lokalen Farbverschiebung können beispielsweise
in der Normalverteilung der zu untersuchenden Rückseite
des Wafers weitere Signale außerhalb der festgelegten Umgebung
auftreten, was abermals auf einen Fehler hindeuten würde.
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Alternativ
können zwei Normalverteilungen in dem Block 8 auch
voneinander subtrahiert werden. Zusätzlich kann die verbleibende
Differenz durch Multiplikation mit dem vorgegebenen Faktor verstärkt werden.
Dadurch können auch kleine Unterschiede in den Normalverteilungen
ermittelt werden.
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Die
Erfindung wurde in Bezug auf besondere Ausführungsformen
beschrieben. Es ist dennoch für einen Fachmann selbstverständlich,
dass Abwandlungen und Änderungen der Erfindung gemacht
werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden
Ansprüche zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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