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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inspektion der Oberfläche eines
Wafers, bei dem eine Bewertung des Wafers durch Auswertung des Bildes des
Wafers erfolgt.
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Ein
Verfahren der genannten Art ist nach
DE 103 07 454 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren
wird von der Oberfläche
eines Wafers ein Bild mit Bildpunkten aufgenommen. Aus den Farbwerten
der Bildpunkte wird eine Häufigkeitsverteilung
der Farbwerte berechnet. Die so berechnete Häufigkeitsverteilung wird mit
einer gespeicherten Häufigkeitsverteilung
verglichen und daraus die Qualität
der Oberfläche
des Wafers beurteilt. Vereinzelt treten Fehler in der Aufnahme des
Bildes auf, deren Ursache im Einzelfall nur schwer gefunden werden
kann.
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Die
DE 198 03 021 A1 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Musteruntersuchung, wobei
das Bild einer Probe erzeugt wird und ein auf der Probe abgebildetes
Muster untersucht wird. Dabei wird ein Referenzbild eingespeichert.
Schließlich wird
der Vergleich zwischen Bild und Referenzbild geführt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden somit nicht zwei Histogramme miteinander verglichen damit
man schnell eine fehlerhafte Aufnahme auffinden kann.
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Die
PCT-Anmeldung
WO
2005/029052 A1 offenbart ein Verfahren zum Aufnehmen eines
Bildes einer gesamten Oberfläche
eines Wafers. Dabei ist lediglich die Möglichkeit offenbart, dass das
Bildfeld der Kamera an die Strukturgröße auf dem Wafer angepasst
werden kann Nachteilig ist gegenüber
dem bekannten Stand der Technik, dass Fehler in der Aufnahme des
Bildes als Fehler des Wafers interpretiert werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs
beschriebenen Art so weiterzubilden, dass fehlerhafte Aufnahmen des
Wafers automatisch erkannt und korrigiert werden.
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Versuche
haben gezeigt, dass die typischen Aufnahmefehler, keine Belichtung
des Bildes oder eines Teilbildes oder falsches Zusammenfügen von Teilbildern
zum Bild, dazu führen,
dass signifikant besonders helle oder besonders dunkle Helligkeitswerte
dem Teilbild oder Bild hinzugefügt
sind oder fehlen.
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Diese
Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 bestimmte Verfahren gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen gegeben.
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Erfindungsgemäß ist die
Aufgabe bei einem Verfahren zur Inspektion der Oberfläche eines
Wafers mit den folgenden Verfahrensschritten gelöst:
- – dass der
Wafer mit einem X-Y-Scanntisch mäanderförmig transportiert
wird, wobei eine Kamera nacheinander mehrere Teilbilder der Oberfläche des
Wafers aufnimmt;
- – dass
die mehreren Teilbilder zu einem Bild der Oberfläche des Wafers zusammengesetzt
werden;
- – dass
die Grauwerte der mehreren Teilbilder in einem Histogramm dargestellt
werden;
- – dass
das Histogramm der aufgenommenen Teilbilder mit einem Referenzhistogramm
derart verglichen wird, dass lediglich in einem hell- und/oder dunkelendigen
Bereich verglichen wird und dass für den Vergleich Schwellwerte
eingegeben und/oder erlernt werden; und
- – dass
das Bild des Wafers bei einem Über- und/oder
Unterschreiten der Schwellwerte des Referenzhistogramms automatisch
erneut aufgenommen wird, wobei anschließend bei Übereinstimmung von Histogramm
und Referenzhistogramm das zusammengesetzte Bild von der Oberfläche des
Wafers ausgewertet wird.
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Das
Aufnehmen umfasst das Beleuchten durch eine Beleuchtungseinrichtung
und das Abbilden des Wafers in eine Kamera. Die Beleuchtung kann
kontinuierlich oder im Takt der Aufnahmen gepulst erfolgen.
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Die
Erfindung gibt somit ein Verfahren zur Inspektion der Oberfläche eines
Wafers an, bei dem ein mittels Kamera aufgenommenes Bild eines Wafers bezüglich der
Aufnahmegüte
bewertet wird und gegebenenfalls erneut aufgenommen wird, bevor
eine Bewertung des Wafers durch Auswertung des Bildes erfolgt.
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Dies
hat den Vorteil, dass gegebenenfalls solange eine erneute Aufnahme
des Wafers erfolgt, bis ein brauchbares Bild zur Auswertung des
Wafers zur Verfügung
steht. Darüber
hinaus wird der Betreiber der ausführenden Anlage durch die gelegentlichen Fehlaufnahmen
nicht bezüglich
der Qualität
der Anlage verunsichert.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass das Bewerten ein Vergleichen des Bildes mit
einem Referenzbild umfasst.
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Dies
hat den Vorteil, dass das Bewerten in einfacher Weise und mit einem
zur späteren
Auswertung des Wafers ohnehin vorliegenden Referenzbild erfolgt.
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Zweckmäßigerweise
ist vorgesehen, dass das Aufnehmen des Bildes in Teilbildern erfolgt.
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Dies
hat den Vorteil, dass die Größe der Teilbilder
optimal an die Kameraauflösung
und die Optik angepasst werden kann.
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Die
Teilbilder entsprechen einem Stepper-Belichtungsbereich, auch Stepper
Area Window (SAW) genannt, und umfassen einen Teil, einen oder mehrere
Dies oder Halbleiterbauelemente.
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Das
Gesamtbild wird zunächst
vollständig
in Teilbildern aufgenommen und aus dem zusammengesetzten Gesamtbild
oder der Summe der Teilbilder die Bewertung beziehungsweise das
Histogramm für die
Bewertung gebildet. Die Bewertung über das zusammengesetzte Gesamtbild
hat den Vorteil, dass auch Fehler, die beim Zusammensetzen entstanden sind,
durch die Bewertung erkannt werden.
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Günstigerweise
ist vorgesehen, dass beim Bewerten das Histogramm des Bildes mit
einem Referenzhistogramm verglichen wird.
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Dies
hat den Vorteil, dass die Bewertung schnell erfolgen kann, da ein
Histogramm einen stark reduzierten und quantitativ vergleichbaren
Datensatz eines Bildes darstellt. Dadurch erfolgt die Inspektion des
Wafers schneller und wird aufgrund geringerer benötigter Rechenleistung
preiswerter.
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Ein
Histogramm ist eine Häufigkeitsverteilung
von Bildpunkten ähnlicher
Art.
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Das
Histogramm des Bildes kann auch ein Histogramm eines Differenzbildes
vom Bild sein. Das Differenzbild wird durch Subtraktion für die einzelnen Pixelwerte
des Referenzbildes vom Bild erzeugt. Das für das Differenzbild verwendete
Referenzhistogramm enthält
dann nur Nullwerte. Der Vergleich liegt mit dem Histogramm über das
Differenzbild bereits vor.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Histogramm
ein Grau- oder Farbwertehistogramm ist.
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Bei
einem Grauwertehistogramm ist mehreren Bereichen von Helligkeitswerten
von Schwarz in Graustufen bis Weiß deren Häufigkeit an entsprechenden
Bildpunkten oder Bildregionen des Gesamtbildes zugeordnet. Als Helligkeitswerte
können
etwa die Summe der Intensitäten
der drei Kanäle
des RGB-Farbraumes oder die Luminanz Y des YUV-Farbraumes gewählt sein. Üblicherweise
sind 256 Grauwertstufen von Schwarz bis Weiß gewählt. Bei einem Farbwertehistogramm
ist mehreren Bereichen von Farbkoordinatenwerten deren Häufigkeit
an entsprechenden Bildpunkten oder Bildregionen des Gesamtbildes
zugeordnet. Als Farbkoordinatenwerte können einfach die Helligkeitswerte
einzelner Farbkanäle,
etwa rot, grün
oder blau des RGB-Farbraumes oder etwa die Chrominanz U oder V des YUV-Farbraumes
gewählt
sein. Dies entspricht einem Grauwertehistogramm für einen
Farbkanal. Als Farbkoordinatenwerte können aber auch Kombinationen
oder Verhältnisse
von Farbanteilen gewählt werden.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass
lediglich ein hell- und/oder dunkelendiger Bereich des Histogramms verglichen
wird.
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Dies
hat den Vorteil, dass die zu vergleichende Datenmenge reduziert
ist und somit die benötigte Rechenleistung
minimiert und die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht wird.
Dadurch erfolgt die Inspektion des Wafers schneller und wird preiswerter.
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Versuche
haben gezeigt, dass die typischen Aufnahmefehler, keine Belichtung
des Bildes oder eines Teilbildes oder falsches Zusammenfügen von Teilbildern
zum Bild, dazu führen,
dass signifikant besonders helle oder besonders dunkle Helligkeitswerte
dem Teilbild oder Bild hinzugefügt
sind oder fehlen. Daher ist es ausreichend, diese erhöhten oder
erniedrigten hellen oder dunklen Helligkeitswerte festzustellen,
um ein fehlerhaftes Bild zu erkennen. Im Gegensatz dazu zeigt das
Histogramm einer fehlerfreien Aufnahme eines fehlerhaften Wafers
eine geringe Verformung des gesamten Histogramms oder eine Verformung
vor allem in der Mitte des Histogramms.
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Günstigerweise
ist vorgesehen, dass das Referenzhistogramm aus dem Bild eines Referenzwafers
gewonnen wird. Dies geschieht in einer Lernphase vor dem Aufnehmen
eines zu inspizierenden Wafers.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass das Referenzhistogramm durch Mittelung über die
Histogramme von Bildern mehrerer Wafer gewonnen wird. Dies geschieht
in einer Lernphase vor dem Aufnehmen eines zu inspizierenden Wafers.
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Dies
hat den Vorteil, dass das Referenzhistogramm nicht von einer zufälligen Eigenart
eines einzelnen Wafers geprägt
ist, da zufällige
einzelne Fehler der einzelnen Wafer bei der Mittelung untergehen.
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Zweckmäßigerweise
ist vorgesehen, dass für
die Abhängigkeit
für das
erneute Aufnehmen ein oder mehrere Schwellenwerte definiert sind.
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Dies
hat den Vorteil, dass gewisse Abweichungen von Bild und Referenzbild
toleriert werden und nicht unkorrekt ein fehlerhaftes Bild erkannt
wird.
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Die
Schwellenwerte können
durch eine Eingabeeinrichtung von einem Bediener verändert werden
oder durch Angabe von guten und fehlerhaften Bildern erlernt werden.
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Somit
vollzieht sich die Bewertung des Bildes in den folgenden Schritten: – Erstellung
eines Histogramms aus dem Bild mindestens für den hell- oder/und den dunkelendigen
Bereich. – Subtraktion der
analogen Bereiche von Histogramm und Referenzhistogramm. – Vergleich,
ob die jeweiligen absoluten Differenzwerte die Schwellenwerte überschreiten. – Falls
die Schwellenwerte überschritten
werden, wird das Bild als fehlerhaft bewertet und ein erneutes Aufnehmen
des Bildes veranlasst.
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Mit
Vorteil ist vorgesehen, dass das Bild ein Teilbild des Wafers ist.
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Somit
wird die Aufnahme eines Teilbildes dahingehend bewertet, ob das
Teilbild fehlerhaft ist. Erst anschließend wird das nächste Teilbild
aufgenommen oder die Teilbilder zum Gesamtbild zusammengesetzt
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Dies
hat den Vorteil, dass Aufnahmefehler eines Teilbildes sofort durch
die erneute Aufnahme korrigiert werden können und nicht erneut etwa
der gesamte Aufnahmeprozess für
den Wafer durchlaufen werden muss.
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Das
Auswerten des Bildes zur Bewertung des Wafers kann in diesem Fall
auch das Zusammensetzen der Teilbilder zu einem Gesamtbild umfassen.
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Mit
besonderem Vorteil ist vorgesehen, dass das Auswerten des Bildes
zur Inspektion des Wafers in Abhängigkeit
der Bewertung des Bildes erfolgt.
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Etwa
kann das zur Bewertung erstellte Histogramm des Bildes oder eines
Teilbildes zur weiteren Bewertung des Wafers mit herangezogen werden. Das
Histogramm muss somit nicht ein weiteres Mal erstellt werden.
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Dies
hat den Vorteil, dass das Arbeitsergebnis bei der Bewertung des
Bildes, das bei der Auswertung des Wafers nochmals verwendet werden kann,
nicht nochmals bei der Auswertung erstellt werden muss. Dadurch
kann das Verfahren schneller und mit geringerer Rechenleistung und
damit preiswerter durchgeführt
werden.
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Die
zu den einzelnen Ausgestaltungen der Erfindung genannten Vorteile
sind nicht abschließend
und auch nicht notwendigerweise die eigentlichen Hauptvorteile.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Darstellungen
zu einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Gleiche
Bezugszeichen in den einzelnen Figuren beizeichnen dabei gleiche Elemente.
Es zeigen
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1 eine
schematische Übersicht
der Vorrichtung zur Inspektion eines Wafers,
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2 ein
zusammengesetztes Bild eines Wafers,
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3 ein
zusammengesetztes Bild eines Wafers mit einem Aufnahmefehler,
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4 ein
zusammengesetztes Bild eines Wafers mit einem anderen Aufnahmefehler,
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5 ein
Referenz-Histogramm eines Referenzwafers,
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6 ein
Histogramm eines Wafers und
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7 einen
Vergleich des Histogramms mit dem Referenzhistogramm.
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Die 1 zeigt
eine schematische Übersicht der
Vorrichtung zur Inspektion eines Wafers.
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Der
Wafer 80 ist von einer Transporteinrichtung 10 gehalten.
Die Transporteinrichtung ist ein X-Y-Verschiebetisch, der den Wafer
in zwei senkrechte Bewegungsrichtungen 12 parallel zu seiner Ausdehnungsebene
bewegen kann. Die Transporteinrichtung ist mit einer Datenleitung 11 mit
einer Streuereinrichtung 70 verbunden.
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Die
Bildaufnahmeeinrichtung 20 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 21 mit
einer Lichtquelle 22 und einem Objektiv 23 und
eine Bilderfassungseinrichtung 24 mit einer Kamera 25 und
einem Objektiv 26. Die Kamera ist üblicherweise eine Farb-CCD-Kamera,
könnte
aber auch eine andere Matrixkamera, eine Zeilenkamera oder ein sonstiger Helligkeits-
oder Farbsensor sein. Die Kamera nimmt ein Teilbild 83 des
Wafers auf, das von der Beleuchtungseinrichtung beleuchtet wird.
Die Beleuchtungseinrichtung kann als Hell- oder Dunkelfeldbeleuchtung,
als Breitband, Multiband oder monochromatische Beleuchtung ausgeführt sein.
Die Bilderfassungseinrichtung ist mit einer Datenverbindung 31 mit
der Bildverarbeitungseinrichtung verbunden. Die Bildverarbeitungseinrichtung
liest die Kamerabilder nach Maßgabe
der mit ihr über
eine Datenverbindung 71 verbundenen Steuereinrichtung aus
und verarbeitet diese. Die Bildverarbeitungseinrichtung ist über eine
Datenverbindung 41 mit der Speichereinrichtung 40 verbunden.
In der Speichereinrichtung sind ein Referenzbild, ein Referenzhistogramm
und Schwellenwerte hinterlegt. Das Referenzhistogramm und die Schwellenwerte
können über eine
mit der Speichereinrichtung über
eine Datenleitung 51 verbundene Eingabeeinrichtung 50 vom
Bediener verändert
werden. Die Bildverarbeitungseinrichtung ist über eine Datenleitung 61 mit
einer Ausgabeeinrichtung 60 verbunden. Die Ausgabeeinrichtung
kann dem Bediener das Bild, Teilbilder, Histogramme, das Referenzhistogramm,
die Schwellenwerte, oder einen Vergleich visualisieren.
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Durch
die Steuereinrichtung gesteuert, transportiert der X-Y-Scanntisch,
ein sogenannter Stepper, den Wafer mäanderförmig unter dem Fokus der Kamera
hinweg. Diese Relativbewegung zwischen Wafer und Kamera könnte auch
durch eine entsprechende Bewegung der Kamera oder einer entsprechend
bewegten Strahlführung
der Kameraoptik erfolgen. Bewegung, Beleuchtung und Aufnahme sind über die
Steuereinrichtung aufeinander abgestimmt. Die Bewegung erfolgt in
Schüben
mit dazwischenliegenden Bewegungspausen. In diesen Bewegungspausen
erfolgt eine im allgemeinen blitzartige Beleuchtung und über die
Bildverarbeitungseinrichtung und Kamera eine Aufnahme eines Teilbildes.
Dieses Teilbild wird in der Speichereinrichtung abgelegt.
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Die 2 zeigt
ein zusammengesetztes Bild eines Wafers.
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Das
von der Kamera und der Bildverarbeitungseinrichtung aufgenommene
Bild 81 des Wafers 80 setzt sich aus den Teilbildern 83,
den sogenannten Stepper Area Windows (SAW) zusammen. Zwischen dem
Außenrand
des Wafers und dem Außenrand
des Bildes erstreckt sich ein Außenbereich 82, der
im Allgemeinen den konstanten Hintergrund der Transporteinrichtung
zeigt. Die SAWs sind in Zeilen 85 und Spalten 84 angeordnet
und zeigen die ungehäusten
Halbleiterchips, die sogenannten Dies 87, die von schmalen
Trennbereichen 86 getrennt sind.
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Die 3 zeigt
ein zusammengesetztes Bild eines Wafers mit einem Aufnahmefehler.
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Unter
den Teilbildern ist ein fehlerhaftes Teilbild 88 zu sehen.
Dieser Fehler kann etwa durch Ausfall der Beleuchtung, der Kamera
oder der Bilderfassungseinrichtung zum Zeitpunkt der Aufnahme entstanden
sein oder durch einen Fehler in der Synchronisation der beteiligten
Einheiten.
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Die 4 zeigt
ein zusammengesetztes Bild eines Wafers mit einem anderen Aufnahmefehler.
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Hier
ist eine fehlerhafte Zeile 89 aus Teilbildern gezeigt.
Diese Zeile ist um eine Spalte nach links versetzt, wobei an der
frei werdenden rechten Seite ein Teilbild fehlt. Ein solcher Fehler
kann aus den Algorithmen zur Optimierung der Kamerabildgröße bezüglich der
SAW-Größe, zur
Optimierung des Stepperweges, oder zur Speicherverwaltung herrühren.
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Die 5 zeigt
ein Referenz-Histogramm 93 eines Referenzwafers für die Grauwerte.
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Die
Abszisse zeigt die Helligkeit 91 von links schwarz bis
rechts weiß,
die Ordinate die relative Häufigkeit 90.
Die Abszisse ist in Bereiche aufgeteilt, denen jeweils der dem Referenzbild
entsprechende Häufigkeitswert 92 für den Helligkeitsbereich
zugeordnet ist. Dunkles Mittelgrau ist hier am häufigsten im Bild vorhanden.
Schwarz etwas weniger oft. Noch weniger reines Weiß. Die hier
gezeigten Histogramme sind lediglich schematische Beispiele.
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Die 6 zeigt
ein Histogramm 94 eines Wafers.
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Die
Häufigkeitswerte
für Schwarz
und Schwarzgrau sind hier erhöht,
die für
dunkles Mittelgrau und ebenso für
Weiß sind
erniedrigt.
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Die 7 zeigt
einen Vergleich des in 6 gezeigten Histogramms 94 mit
dem in 5 gezeigten Referenzhistogramm 93. Dem
Histogramm 94 ist das grau gestrichelte Referenzhistogramm 93 hinterlegt.
Im dunkelendigen Bereich 95 überragt das Histogramm das
Referenzhistogramm. Für
den Helligkeitsbereich schwarz ist am Referenzhistogramm der obere
Schwellenwert 97 und der untere Schellenwert 98 eingezeichnet.
Das Histogramm zeigt im äußersten
linken Helligkeitsbereich für
schwarz gegenüber dem
Referenzhistogramm eine Abweichung 99, die den oberen Schwellenwert 97 übersteigt.
Dies ist das Kriterium, dass das Bild als fehlerhaft aufgenommen bewertet
wird. Somit würde
im vorliegenden Fall das Bild oder das Teilbild im Verfahren erneut
aufgenommen werden. Die hier gezeigte Abweichung 99 könnte etwa
durch den in 3 oder 4 gezeigten
Fall verursacht sein.
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Im
hellendigen Bereich 96 unterschreitet das Histogramm das
Referenzhistogramm. Für
den Helligkeitsbereich Weiß ist
am Referenzhistogramm ebenfalls der obere Schwellenwert 97 und
der untere Schwellenwert 98 eingezeichnet. Hier zeigt das
Histogramm im äußerst rechten
Helligkeitsbereich für weis
gegenüber
dem Referenzhistogramm eine Abweichung 99, die den unteren
Schwellenwert 98 nicht übersteigt.
Aufgrund dieser Abweichung alleine würde das Bild noch nicht als
fehlerhaft bewertet werden. Diese Abweichung könnte etwa durch einen Produktionsfehler
des Wafers verursacht sein, ebenso wie die beim Maximum des Referenzhistogramms
gezeigte Abweichung des Histogramms.
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- 10
- Transporteinrichtung
- 11
- Datenleitung
zur Steuereinrichtung
- 12
- Bewegungsrichtung
- 20
- Bildaufnahmeeinrichtung
- 21
- Beleuchtungseinrichtung
- 22
- Lichtquelle
- 23
- Objektiv
- 24
- Bilderfassungseinrichtung
- 25
- Kamera
- 26
- Objektiv
- 30
- Bildverarbeitungseinrichtung
- 31
- Datenleitung
zur Bildaufnahmeeinrichtung
- 40
- Speichereinrichtung
- 41
- Datenleitung
zur Bildverarbeitungseinrichtung
- 50
- Eingabeeinrichtung
- 51
- Datenleitung
zur Speichereinrichtung
- 60
- Ausgabeeinrichtung
- 61
- Datenleitung
zur Bildverarbeitungseinrichtung
- 70
- Steuereinrichtung
- 71
- Datenleitung
zur Bildverarbeitungseinrichtung
- 80
- Wafer
- 81
- Bild
- 82
- Außenbereich
- 83
- Teilbild
- 84
- Spalte
- 85
- Zeile
- 86
- Trennbereich
- 87
- Die
- 88
- Fehlerhaftes
Teilbild
- 89
- Fehlerhafte
Zeile aus Teilbildern
- 90
- relative
Häufigkeit
- 91
- Helligkeit
- 92
- Helligkeitswert
- 93
- Referenzhistogramm
- 94
- Histogramm
- 95
- dunkelendiger
Bereich
- 96
- hellendiger
Bereich
- 97
- oberer
Schwellenwert
- 98
- unterer
Schwellenwert
- 99
- Abweichung