WO2010015696A1 - Inspection device and method for optical investigation of object surfaces, in particular a wafer notch - Google Patents

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WO2010015696A1
WO2010015696A1 PCT/EP2009/060255 EP2009060255W WO2010015696A1 WO 2010015696 A1 WO2010015696 A1 WO 2010015696A1 EP 2009060255 W EP2009060255 W EP 2009060255W WO 2010015696 A1 WO2010015696 A1 WO 2010015696A1
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edge
image
structural feature
digital camera
wafer
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Application number
PCT/EP2009/060255
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Dietrich Drews
Manfred Guckes
Mladen Nikolov
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Nanophotonics Ag
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    • G01N2021/8825Separate detection of dark field and bright field

Definitions

  • the invention relates to an inspection device and an inspection method for the optical examination of object surfaces in the region of a structural feature of an edge of the otherwise substantially planar object, in particular for the optical examination of the notch of an (unstructured) wafer.
  • the optical inspection process of semiconductor wafers for defects is an important part of the manufacturing process of computer chips.
  • the inspection usually includes both the planar object or wafer top and bottom side and its edge.
  • the present invention particularly relates to the inspection of the edge.
  • Object surface is understood as a generic term, which designates the entire surface of the object and in particular includes the following sections.
  • Main surface refers to the flat, opposite upper or lower sides of the generally disk-shaped object (wafer).
  • edge or "object edge” is the one hand on the main surface adjacent and on the other hand, the object on the outside circumferentially bounding surface section, which thus connects the main surfaces and usually both an upper and lower - -
  • edge environment describes a surface section that includes both the edge and a section of the main surface in the transition area to the edge.
  • Edge or “object edge” refers to the transition line between the object edge and the environment that can be seen under the respective viewing angle.
  • Bevelline refers to the transition line between the object's top and bottom sides and the bevel of the object's edge, which can be seen from the respective perspective.
  • the "structural feature” is a deviation of the edge profile in the vertical projection onto the object plane Main surfaces defined by a given uniform or continuous contour. In the case of a circular wafer, such a structural feature is, for example, a radial notch (notch) or a straight edge section (circular chord).
  • Inspection devices for wafer edges often use an arrangement consisting of a digital camera, which faces the object surface and in particular can be focused on the object edge. Furthermore, one or more lighting devices are used in such inspection devices. There are known those which have a lighting device which is arranged relative to the digital camera and the object surface so that an image of the object surface can be generated under Dunkei field lighting, or those in which the arrangement of the illumination device relative to the digital camera and the object surface bright field illumination allowed. In dark-image illumination, the light emitted by the illumination device is reflected by the intact object surface in such a way that It does not come into the optics of the digital camera, so that the image of the object surface remains mostly dark.
  • part of the defect will usually catch one or the other reflex in the optics of the digital camera. This creates a bright image of defect fragments. In bright field illumination, the coating conditions are approximately inverted.
  • One or more of such images may be assembled into the image of the entire defect by means of a suitable image processing device.
  • the digital image of the object surface taken under these illumination conditions is then usually fed to a manual or automatic evaluation, wherein the results of the evaluation are used to decide according to the specifications of the chip manufacturer on the usability of the wafer and perform a sorting according to quality criteria.
  • the wafer edge is depicted as a narrow strip in the dark field area, on one side of which the direct reflection from the wafer top side and on the other side the direct reflection from the plane mirror join.
  • the lighting conditions on the upper side and the lower side of the wafer edge are very different for the aforementioned reasons.
  • the edge region of interest is partially imaged directly and partially reflected on the mirror. Since the wafer edge is in the dark field overall, it can not be located exactly in the image. In addition, the subsequent bright field image of the wafer top side on the one hand and the mirror on the other hand outshines the transition region to the edge, so that resolution losses can be expected here. It is not clear how the edge environment should be inspected in the area of the wafer slot (or any other structural feature of the object.
  • the utility model 20 2004 020 330 U1 relates to a generic per se device for the inspection of Glasplatten- edge areas. With the arrangement consisting of arranged in the glass plate plane and looking at the edge of the glass plate line or matrix camera, two arranged above and below the glass plate plane light sources and two arranged above and below the glass plate plane mirror for Umienkung the light rays of the profile profile is one under the camera monitored moving edge of the glass plate.
  • EP 1 212 583 B1 deals with the inspection of the solder paste pressure on printed circuit boards. The core idea of the inspection described therein is to generate a three-dimensional image of the surface structure of the printed circuit board with the solder paste applied by the screen printing method and to compare this with a stored desired state and to display an error if tolerance ranges are exceeded.
  • the claimed apparatus includes a pair of reflected-light illuminating means, which radiate obliquely to the substantially planar surface of the wafer, a camera in dark field arrangement which is perpendicular to the surface of the wafer, the illumination axes of the two illuminating means being perpendicular to each other and perpendicular to line-shaped structures are aligned on the surface of the wafer.
  • devices are known in the art which use a background light source on the side of the wafer remote from an optical sensor.
  • JP 59125627 A discloses a device in which a bundle of parallel light beams is irradiated perpendicular to the wafer surface in the edge region and the unshaded portion of this light beam is detected by means of a flat photosensor arranged on the opposite side of the wafer while the wafer is being rotated.
  • the same arrangement is known from the Offenlegungsschrift US 5,438,209 A, but which uses a camera line instead of the photo sensor.
  • Both devices are devices for determining the position of a notch without defect inspection of the wafer surface.
  • the lighting is a pure backlight, so that, for example, a dark field recording hereby is not possible.
  • the accuracy of the position determination of Notch is ensured only by the parallelism of the light beams, which ensures a sharp shadow.
  • a contrast arises between the wafer support and the wafer, so that the wafer edge is imaged as a dark edge in front of the lighter support.
  • This device allows the identification of the wafer edge and in particular a Notch. However, it is not intended and suitable for defects on the wafer surface or even on the wafer edge to identify and locate with sufficient accuracy. This is also a device for determining the Notch position. Also, the asymmetrical arrangement of the illumination device with respect to the central axis of the wafer for a shadow, which makes it difficult to localize the wafer edge with high accuracy, since not the light emitted in the direction of the digital camera is partially shaded by the object edge, but already the light on the way to the wafer support. Finally, the contrast is dependent on the material and the nature of the wafer surface on the one hand and the overlay on the other hand and can not be influenced.
  • the inventors have set themselves the task of providing an improved inspection device or method that provides more accurate and extensive information about the nature of the notch or similar feature features of the object edge.
  • the inspection method according to the invention provides that a digital image of an object edge, in particular of the edge of a unstructured wafer, at least in the range of a structural feature by means of a digital camera under dark field illumination is taken and from pixel information of the dark field image at least a typical reflection of the structural feature under dark field illumination is identified.
  • a digital image is taken of an edge environment of the object at least in the region of a structural feature by means of a digital camera, wherein a major surface in the edge environment is recorded under bright field illumination (bright field image) and the object edge lies in the dark field and wherein during the recording a backlight on the side facing away from the digital camera of the object is switched on, the light emitted in the direction of the digital camera, wherein the light emitted in the direction of the digital camera is partially shaded by the object, and from pixel information of the bright field image based on a contrast difference between the main surface and the object edge and / or identified by means of a contrast difference between the object edge and the backlight at least one typical shape of the feature.
  • a soil information for at least one typical shape is compared with the pixel information of the bright field image and from the comparison to the presence a structural feature and / or the presence of a defect is closed.
  • the inventive inspection device at least one digital camera facing the object surface and focusable on the object edge, a first illumination device which is arranged relative to the digital camera and the object edge such that an image of the object edge can be generated under dark field illumination, and an image processing device with a structure recognition means provided that is configured to identify from pixel information of the dark field image at least one typical reflection of the feature under dark field illumination.
  • a memory device is further provided, on which a desired information is stored for at least one typical reflection of the structural feature, wherein the structure recognition means is arranged by comparing the desired information to the at least one typical reflex with the pixel information of the dark field image, the presence of a structural feature and / or Identify a defect.
  • an image of the object edge in the region of the feature is under dark-field illumination taken, wherein the same first Beieuchtungs adopted preferably also for receiving a dark field image of the remaining object edge is used in the course of edge inspection.
  • very bright areas will appear in the image caused by direct reflection of the light of the dark field illumination on the feature in the camera.
  • reflections can not or only with difficulty be avoided.
  • conventional dark field inspection such reflections are perceived to be detrimental because they are easily recognized as defects in automatic processing. According to the present invention, these reflections are used for the automatic defect inspection.
  • the exact shape and location of the reflections depends on the design of the dark field illumination device, the camera arrangement and the nature of the feature surface. If the first two are kept constant, any change in the shape and / or position of the reflections will reveal a change in the structure feature surface and surfaces.
  • This change is detected by the structure recognition means by creating a "model" of the appearance of the structural feature reflections, which is expected with a defect-free structural feature before the measurement.
  • the desired information obtained from the model for example in the form of a pattern image or individual pattern parameters are stored in the memory
  • Target information may in one way or another include information about the shape, size, relative position of the typical reflections and their surroundings
  • the reflections and / or scatters actually occurring in the image are compared to the expected appearance, being at least the shape and location of the individual reflexes be taken into account.
  • the defect detection is then carried out by comparing the deviations with a predetermined value, which is preferably also stored in the memory device.
  • the analysis of the recorded reflections and / or light scattering is preferably done by first associated contiguous pixels whose contents (intensity, gray or color values) within a predetermined range of values (intensity, gray or Farbwertintervalls) assigned to the same event become.
  • the events thus determined can then be checked by means of an algorithm for membership in an expected reflex or to a defect fragment or defect. If necessary, this is followed by the classification of the defect according to a specific defect classification.
  • the inspection device has at least one digital camera facing the object surface and a second illumination device, which is arranged relative to the digital camera and to the object surface so that an image of a main surface in the edge environment can be generated under bright field illumination (Bright field image), while the object edge lies in the dark field, a backlight arranged on the side of the object remote from the digital camera so that its light is emitted in the direction of the digital camera, whereby the light emitted in the direction of the digital camera is partially shaded by the object, and an image processing device having a structure recognition means which is set up from the bi-point information of the bright field image on the basis of a contrast difference between the main surface and the object edge and / or on the basis of a contrast subculture hiedes between the Object edge and the background illumination at least to identify a typical shape of the structural feature.
  • a second illumination device which is arranged relative to the digital camera and to the object surface so that an image of a main surface in the edge environment can be generated under bright field illumination (Bright field image), while the
  • a memory device on which a desired information is stored for at least one typical form of the structural features, the Strukturerkennung ⁇ sch is arranged by comparing the desired information to the at least one typical shape with the pixel information of the bright field image, the presence of a Identify structural feature and / or the presence of a defect.
  • the structural feature will map as a continuous curve of the object edge and / or steady Bevelline. From the sharp image of the object edge in the region of the structural feature, which is like the rest of the edge of the object (at least predominantly) in the dark field of the second illumination device, the bevel of the structural feature can be easily compared with the light background of the edge and against the bright image of the main surface and compare with the nominal form.
  • the desired information can be stored in different ways.
  • entire reference curves can be deposited.
  • a defect detection then takes place, for example, in that a deviation of the recorded curve from the reference curve is determined and, if this value exceeds a predetermined value, which is preferably also stored in the memory device, a defect is concluded.
  • all defects which influence the edge geometry or the shape of the structural feature can be detected. Examples of such defects are polishing defects but also breakouts of wafer material on the edge or near the Bevelline.
  • a simpler defect detection can be realized by searching in the measured course of the population and / or shadow edge for abrupt changes in the course, which can be detected, for example, by means of strong changes in the slope.
  • This method has the advantage that fewer specifications are required about the expected course of the edge and the beech in the area of the notch, so that a larger variety of structural feature forms can be inspected independently of stored reference curves. However, the scope of detectable defect types is reduced.
  • the methods and devices described last identify defects in the structural feature that affect the progression of the bevel and / or shadow edge
  • the first described allow an analysis of defects that are in the area between the two transition lines "in the" edge region Therefore, in order to improve the inspection result, the invention can be advantageously combined in all the aforementioned embodiments.
  • the information about the shape of the contour of the wafer offers, in addition to the mere notch recognition, the additional possibility of detecting defects.
  • the separate backlighting allows a contrast adjustment, which differs from the contrast center of gravity or from the intensity, gray or color center of gravity of a defect lying in the dark field. Outbreaks are thus easily distinguishable from a surface defect of another kind.
  • the invention relates to an inspection device for precise localization of Strukturmerkmais and at the same time for the detection of surface defects in the region of the structural feature.
  • the focus of the digital camera in the inspection device according to the invention lies on the object edge, in particular the edge of the object is sharply imaged, which enables a precise localization of the object. Furthermore, this has the advantage that the background illumination device, which is located farther away, is displayed blurred and therefore no artifacts of the background interfere with the image impression, in particular can serve as a backlight device a simple lamp, which mapped due to the fuzziness as an extended light spot on the sensor of the digital camera becomes.
  • a backlight device a direct or indirect and / or diffuse emitting surface light source can be selected.
  • the separate backlight device also has the advantage that it can be adjusted independently of the first illumination device with respect to its spectrum, the brightness and the emission direction. In this way, an optimal image contrast adjustment can be made in a simple manner, so that the method according to the invention evenly achieves consistently good results, independently of the reflectivity of the wafer surface, for example due to different coatings and / or structures.
  • the digital camera is preferably a line scan camera which is arranged such that the single image line recorded with the line scan camera lies in a plane that is perpendicular to the plane of the object or object edge.
  • the optical axis of the camera may, according to a first embodiment, be oriented such that it defines, together with the image line, an optical plane which coincides with a radial plane of the wafer. The advantage of this embodiment is that fewer image distortions occur.
  • the optical axis of the camera is oriented so that the defined together with the image line optical plane of the line scan camera is pivoted out of the radial plane. Admittedly, this will lead to more image distortions.
  • this arrangement has the advantage that the same camera arrangement can be used in a simple manner for a bright field image of the wafer edge by an additional bright field illumination device is used in mirror image arrangement relative to the camera arrangement with respect to the radial plane through the focal point on the Waferoberf.
  • the background illumination device is preferably swiveled out of the radial plane by the same amount and in the same direction, so that it lies on the optical axis of the camera.
  • the inspection device has a motor-driven turntable for rotatably supporting the object, wherein the digital camera is set up to record a digital image of the object edge in synchronism with the rotation of the turntable, a plurality of image lines of the object edge can be taken sequentially with such a line camera
  • the object rotates together with the turntable.
  • the triggering of the camera for example, by means of a synchronization pulse by the drive motor (eg., Stepper motor) or a positiongebe ⁇ den sensor system done.
  • the sequentially recorded image lines of the object edge in different angular position of the object are then combined to form a (panoramic) image of the object edge.
  • the image processing device preferably has an edge detection means, which is set up to identify an edge of the object on the basis of a contrast difference between the object edge and the background illumination.
  • the object edge lying in the dark field of the first illumination device can be determined in the same way on the one hand against the light background and on the other hand against the bright main surface and examined for defects.
  • the edge detection means may identify uneven running of the wafer (horizontal vibration in the wafer plane) due to centering inaccuracy or wafer flutter (vertical vibration perpendicular to the wafer plane) due to unevenness or resonant excitation. So far, efforts have been made to minimize the sources of error by active and sometimes mechanically very complex centering and damping measures, compared to any defects horizontal or vertical vibrations but provide a periodic, low-frequency waveform of the wafer edge in the image and can therefore be easily identified.
  • the exact edge detection of the device according to the invention therefore allows to dispense with complex active centering and damping measures and to correct any errors in the context of image processing by means of suitable correction means or routines.
  • a second illumination device is advantageously provided, which is arranged relative to the digital camera and to the object surface in such a way that an image of the object surface can be generated under Helffeld illumination.
  • An exemplary arrangement has already been explained above.
  • two images of the object surface can be recorded one after the other and the detected defect fragments can be identified separately from one another.
  • the identification of defect fragments in the bright field image proceeds in the same way as in the dark field image.
  • the two (or more) images of the object surface are combined in a virtual surface image, so that the sum of the information from the healing field image and the dark field image can produce a more comprehensive picture of the entire defect.
  • the image processing device is further configured to define a coordinate system on the basis of the identified edge and the identified structural feature.
  • a reference point for the azimuthal angle ie the angle of rotation of the wafer
  • the center of a notch may be taken as the coordinate zero point of the azimuthal angle, allowing accurate angular position indication of each identified surface defect (or defect fragment).
  • the center of the apex which forms the radially outermost edge of the object, is determined in the simplest case by keeping the apex center at a constant distance from the apex center in the case of a known shape of the edge profile and the observation angle at which the camera looks at the object edge identified edge is adopted. This distance can be stored as a system and / or profile-specific setting in a memory of the image processing device and subtracted from the position of the identified edge when calculating the position of the true object edge. As coordinate zero point of the radial component of the coordinate system, the true object edge, ie, the center of the apex, is then preferably selected.
  • the position of the surface defect (s) found in relation to this coordinate system can be determined in the inspection method according to the invention.
  • the Lübestimmu ⁇ g can include, for example, both the extent of the defect or defect fragment so its center of gravity and orientation. Overall, the accuracy and reproducibility of the information about each defect are increased by the inventive identification of the object edge and the structural feature.
  • the image processing device has an edge detection means which is set up to identify a Bevelline based on a contrast difference between the main surface and the object edge.
  • the wafer edge usually gets a polished surface. If the polishing process of the edge is done properly, the Bevelline and the wafer edge must always be parallel.
  • Deviations from this can easily be detected with the method according to the invention and the device according to the invention, when the image processing device is set up, the position of the bevell with respect to the coordinate system and / or the identified wafer edge.
  • the invention offers the additional possibility of detecting polishing defects in the entire circumference of the wafer.
  • the process steps of the image processing in particular the identification of the structural features, the comparison of the image information with the typical reflections or shapes and the assignment of the event to defects, can be implemented individually or jointly both as software and as hardware or in combination of software and hardware.
  • Fig. 1 is a plan view of an embodiment of the inspection device according to the invention.
  • Fig. 2 is a side view of the embodiment of FIG. 1;
  • Figures 1 and 2 show in simplified Darsteliung an embodiment of the inspection device according to the invention for inspecting an upper edge environment of a semiconductor wafer 10.
  • the wafer 10 rests on a turntable 12, which motor, preferably mitteis stepper motor, driven and the wafer 10 during the measurement in Rotation offset.
  • a motor control and / or an absolute or relatively positional sensor system may be provided to output a control pulse, which is used on the one hand to control the rotational movement and on the other hand to synchronize the recording of the object edge with the rotational movement.
  • the inspection device further has a digital camera 14, which is aligned and focused by means of an optical system 16 on the edge 18 of the wafer 10.
  • the digital camera 14 is specially designed for edge inspection of the wafer 10 by being aligned with the edge 18 at an oblique angle, preferably at 45 ° to the object plane or upper side 22 of the wafer 10.
  • the Digital camera 14 thereby detects an edge environment which comprises a part of the upper side or main surface 22 of the wafer 10, its upper, slightly oblique edge region or bevel 24, and at least a part of the frontal edge region or apex 26.
  • the digital camera is preferably a time camera whose image line lies in the radial axis shown as dashed line 20. This case is shown in FIG.
  • the line scan camera can also be swiveled out of the radial plane 20 by an angle, which can be used to generate a bright field image of the wafer edge in conjunction with a bright field moistening device (not shown here) tilted out of the radius plane in the other direction as already described above.
  • a first illumination device 28 is provided which, in this example, is designed in the form of a focused light gun of high intensity in each case in the form of both sides of the digital camera.
  • the number of light sources and their arrangement are not relevant to the invention as long as no direct reflections of the light source at the wafer edge into the camera optics 16 occur. Therefore, a single light source can suffice, or several can be provided, up to a quasi-flat, arcuate light source in whose center or focus the object edge lies. While such a planar light source due to its large angular spectrum evenly illuminates the edge region almost independent of its geometry, the single light source has the advantage to be focused in a simple manner and thus to generate a light spot of high intensity on the object surface.
  • a backlight 32 On the side facing away from the digital camera 14 of the wafer 10 is a backlight 32, here as a nearly point-like, not k ⁇ llimiert emitting light source. This is arranged with respect to the edge of the wafer 10 and the digital camera 14 so that the light emanating from it is emitted at least in part in the direction of the digital camera. At the same time, however, the light emitted in the direction of the digital camera is shadowed by the wafer 10 approximately halfway through the image window (the wafer edge does not have to run centrally in the image, as in this case). Since the digital camera is focused on the object edge 18, the more distant background illumination device 32 is imaged as a blurred area light spot on the sensor of the camera. In contrast to such a bright background, the object surface and in particular the wafer edge lying in the dark field are imaged as a dark surface with a sharp edge.
  • FIG. 2 additionally shows a possible arrangement of a second illumination device 30.
  • the illumination device 30 is arranged such that its light is reflected directly from the upper main surface 22 of the wafer 10 into the camera optics 16.
  • a helical field image of the main surface 22 is generated, as far as the angle of view of the camera detects it.
  • the contrast difference between the main surface 22 in the bright field image and the oblique edge 24, which already in Dunkeifeid both Lighting devices 28, 30 is particularly large, so that the Bevelline, so the linear transition from Bevel 24 to the main surface 22, can be particularly easily detected.
  • the second beeing device and the Bevellineerkennung described here can also be combined with another edge detection.
  • the width of the Bevei and thus the polishing accuracy of the object edge over the entire circumference of the wafer can be detected with particularly high precision.
  • the invention can also be combined with a medical field recording of the entire edge region.
  • a further extended second illumination device is needed which flatly illuminates the entire profile of the imaged wafer edge.
  • the different lighting devices then have to be operated alternately and / or in combination for the different lighting purposes in order to enable the most efficient and high-contrast image acquisition.
  • FIG. 3 shows the flowchart according to the first aspect of the method according to the invention, wherein after taking the digital image with dark-field illumination of the wafer edge (first step), first the position of the notch in the image is roughly determined on the basis of the global profile of the wafer edge (second step). Then in the third step from the real appearance, more precisely from the pixel contents, actual information (position, size, shape, etc.) to the direct reflections and / or light scattering (based on gray or color values and assignment rules of the above type) in the area the notch is extracted. This is then compared in the fourth step with the stored target information, ie the expected appearance. The deviations (in single or multiple parameters) are then also included in the fifth step deposited thresholds. In the case of deviations which exceed these threshold values, the reflex or scattered light is identified as a defect in the sixth step, which can then be visualized, stored or otherwise output in the seventh step, for example, or subjected to a downstream classification.
  • first step after taking the digital image with dark-field illumination
  • FIG. 4 shows the flowchart according to the second aspect of the method according to the invention, whereby, after taking the digital image with bright field illumination of the main surface (first step), the position of the notch in the image is also roughly determined based on the global profile of the wafer edge (second step).
  • the third step the course of the wafer edge and / or the bevel is analyzed from the image, more precisely from the pixel contents (actual information). This is then compared in the fourth step with the stored desired information about the shape of the wafer edge and / or the Beveiiine.
  • the deviations (in single or multiple parameters) are compared in the fifth step with likewise stored threshold values. Deviations which exceed these threshold values are identified as a defect in the sixth step, which can then be visualized, stored or otherwise output in the seventh step, for example, or which can be subjected to a downstream classification.
  • FIG. 5 shows the course of wafer edge 40 on a regular notch without defects in the recorded image with backlighting as a contrast jump between the background 38 and the Bevel 24 or the wafer edge, and the Bevelline 50 in the recorded image under bright field illumination Main surface as a contrast jump between Bevel 24 and the main surface 22nd
  • FIG. 6 shows the course of wafer edge 40 and Beveliine 50 on a notch with defect 45 at the apex and defect 55 at the edge of the Bevel.
  • FIG. 7 shows the course of wafer edge 40 and Beveliine 50 on a regular notch without defects in dark field illumination. This leads to direct, regular reflections 60 in the appearance due to the curvature of the wafer edge in the area of the notch in all spatial directions.
  • the wafer edge 40 and the Beveliine 50 can be seen in the image only with simultaneous backlighting and brightfield illumination of the main surface 22.
  • the section according to FIG. 8 shows the course of wafer edge 40 and Beveliine 50 on a notch with defects in the Bevel region, which lead to altered reflection 65 and additional scattered light 67.

Abstract

The invention relates to an inspection device and an inspection method for optically investigating object surfaces in the area of a structural feature of an edge of the object, in particular for the optical investigation of the notch of a wafer. In the method according to the invention, a digital image of an object edge is taken at least in the area of a structural feature using a digital camera under dark field illumination, and at least one typical reflex of the structural feature is identified from pixel information of the dark field image under dark field illumination. According to another aspect of the invention, the digital image is taken in such a way that a main surface surrounding the edge is under bright field illumination, and the object edge is under dark field illumination. During photographing, a background illumination of the side of the object facing away from the digital camera is turned on, wherein the light of the background illumination radiates in the direction of the digital camera and is partially shaded by the object.  At least the shape of the structural feature is identified from pixel information from the bright field image by way of a contrast difference between the main surface and the object edge and/or between the object edge and the background illumination.

Description

Inspektionsvorrichtung- und Verfahren für die optische Untersuchung von Objektoberflächen, insbesondere einer Inspection device and method for the optical examination of object surfaces, in particular a
Wafernotchwafer notch
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Inspektionsvorrichtung und ein Inspektionsverfahren für die optische Untersuchung von Objektoberflächen im Bereich eines Strukturmerkmals einer Kante des ansonsten im Wesentlichen ebenen Objekts, insbesondere für die optische Untersuchung der Notch eines (unstrukturierten) Wafers.The invention relates to an inspection device and an inspection method for the optical examination of object surfaces in the region of a structural feature of an edge of the otherwise substantially planar object, in particular for the optical examination of the notch of an (unstructured) wafer.
Das optische Inspektionsverfahren von Halbleiterwafern auf Defekte (Ausbrüche, Kratzer, Abdrücke, Partikel, etc.) ist ein wichtiger Teil des Hersteliungsprozesses 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.The optical inspection process of semiconductor wafers for defects (breakouts, scratches, marks, particles, etc.) is an important part of the manufacturing process of computer chips. The inspection usually includes both the planar object or wafer top and bottom side and its edge. The present invention particularly relates to the inspection of the edge.
Die hierin verwendeten Begriffe zur Bezeichnung des inspizierten Objekts sind wie folgt zu verstehen:The terms used herein to designate the inspected object are to be understood as follows:
- „Objektoberfläche" wird als Oberbegriff verstanden, der die gesamte Oberfläche des Objektes bezeichnet und insbesondere die folgenden Abschnitte einschließt."Object surface" is understood as a generic term, which designates the entire surface of the object and in particular includes the following sections.
- Mit „Hauptfläche" werden die ebenen, gegenüberliegenden Oberbzw. Unterseiten des in der Regel scheibenförmigen Objektes (Wafers) bezeichnet.- "Main surface" refers to the flat, opposite upper or lower sides of the generally disk-shaped object (wafer).
- „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 - -- "edge" or "object edge" is the one hand on the main surface adjacent and on the other hand, the object on the outside circumferentially bounding surface section, which thus connects the main surfaces and usually both an upper and lower - -
schrägen Anteil („Bevel") als auch einen stirnseitigen 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 Übergangslinie zwischen der Objektkante und der Umgebung bezeichnet.oblique portion ("bevel") as well as an end-peripheral portion ("apex"). The "edge environment" describes a surface section that includes both the edge and a section of the main surface in the transition area to the edge. "Edge" or "object edge" refers to the transition line between the object edge and the environment that can be seen under the respective viewing angle.
- 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).- "Bevelline" refers to the transition line between the object's top and bottom sides and the bevel of the object's edge, which can be seen from the respective perspective.The "structural feature" is a deviation of the edge profile in the vertical projection onto the object plane Main surfaces defined by a given uniform or continuous contour. In the case of a circular wafer, such a structural feature is, for example, a radial notch (notch) or a straight edge section (circular chord).
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. Es sind solche bekannt, die eine Beleuchtungseinrichtung aufweisen, die relativ zur Digitalkamera und zur Objektoberfläche so angeordnet ist, dass ein Bild der Objektoberfläche unter Dunkeifeldbeleuchtung erzeugt werden kann, oder solche, bei denen die Anordnung der Beleuchtungseinrichtung relativ zur Digitalkamera und zur Objektoberfläche Hellfeldbeleuchtung erlaubt. Bei der Dunkelbildbeleuchtung 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 Teilflächen des Defekts der eine oder andere Reflex in die Optik der Digitalkamera einfailen. Es entsteht auf diese Weise ein helles Abbild von Defektfragmenten. Bei der Hellfeldbeleuchtung sind die Beiichtungsverhältnisse näherungsweise invertiert.Inspection devices for wafer edges often use an arrangement consisting of a digital camera, which faces the object surface and in particular can be focused on the object edge. Furthermore, one or more lighting devices are used in such inspection devices. There are known those which have a lighting device which is arranged relative to the digital camera and the object surface so that an image of the object surface can be generated under Dunkei field lighting, or those in which the arrangement of the illumination device relative to the digital camera and the object surface bright field illumination allowed. In dark-image illumination, the light emitted by the illumination device is reflected by the intact object surface in such a way that It does not come into the optics of the digital camera, so that the image of the object surface remains mostly dark. If there is a defect in the surface area (scratch, eruption) or in the form of an increase (dust grain, impurity), then part of the defect will usually catch one or the other reflex in the optics of the digital camera. This creates a bright image of defect fragments. In bright field illumination, the coating conditions are approximately inverted.
Eines oder mehrere solcher Abbilder können mittels einer geeigneten Bildverarbeitungseinrichtung zu dem Abbild des gesamten Defekts zusammengesetzt werden. Das unter diesen Beleuchtungsverhältnissen aufgenommene 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.One or more of such images may be assembled into the image of the entire defect by means of a suitable image processing device. The digital image of the object surface taken under these illumination conditions is then usually fed to a manual or automatic evaluation, wherein the results of the evaluation are used to decide according to the specifications of the chip manufacturer on the usability of the wafer and perform a sorting according to quality criteria.
Aus der DE 103 13 202 B3 ist beispielsweise eine solche Vorrichtung bekannt, bei der die Objektkante des Wafers bestehend aus dem oberen Bevel (Fase), der Apex und dem unteren Bevel vollständig im Bereich des Dunkelfeldes einer LED-Lichtquelle liegen, während das von der Waferoberseite oder obere Hauptfläche reflektierte Licht direkt in die Kamera einfällt, die Waferoberseite also 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 - A -From DE 103 13 202 B3, for example, such a device is known, in which the object edge of the wafer consisting of the upper Bevel (bevel), the apex and the lower Bevel are completely in the dark field of an LED light source, while that of the Wafer top or upper main surface reflected light directly into the camera, the wafer top is so in the bright field area. Using a plane mirror arranged underneath the wafer and oriented parallel thereto, the lower image or lower main surface of the wafer is also recorded in the same image, which, insofar as can be seen, are also in the dark field region. The upper Bevel is thus illuminated under grazing light from the light source and the apex and the - A -
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 Hellfeld-Hintergrund irrt 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.lower Bevel are completely in the shadow of the light source. The light that passes through the wafer is reflected by the mirror surface directly into the camera so that it is mapped as a bright-field background mismatching to the bottom. As a result, the wafer edge is depicted as a narrow strip in the dark field area, on one side of which the direct reflection from the wafer top side and on the other side the direct reflection from the plane mirror join. The lighting conditions on the upper side and the lower side of the wafer edge are very different for the aforementioned reasons.
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. Gar nicht ersichtlich ist, wie die Kantenumgebung im Bereich derWafernotch (oder eines beliebigen anderen Strukturmerkmals des Objekts inspiziert werden soll.The disadvantage here is that the edge region of interest is partially imaged directly and partially reflected on the mirror. Since the wafer edge is in the dark field overall, it can not be located exactly in the image. In addition, the subsequent bright field image of the wafer top side on the one hand and the mirror on the other hand outshines the transition region to the edge, so that resolution losses can be expected here. It is not clear how the edge environment should be inspected in the area of the wafer slot (or any other structural feature of the object.
Die Gebrauchsmusterschrift 20 2004 020 330 U1 betrifft eine an sich gattungsfremde Vorrichtung zur Inspektion von Glasplatten- Randbereichen. Mit der Anordnung bestehend aus einer in der Glasplattenebene angeordneten und auf die Kante der Glasplatte blickenden Zeilen- oder Matrixkamera, zwei oberhalb und unterhalb der Glasplattenebene angeordneten Lichtquellen und zwei oberhalb und unterhalb der Glasplattenebene angeordneten Spiegein zur Umienkung der Lichtstrahlen wird der Profilverlauf einer unter der Kamera hindurchbewegten Kante der Glasplatte überwacht. Die EP 1 212 583 B1 befasst sich mit der Inspektion des Lotpastendrucks auf Leiterplatten. Der Kerngedanke der darin beschriebenen Inspektion ist, ein dreidimensionales Abbild der Oberflächenstruktur der Leiterplatte mit der im Siebdruckverfahren aufgebrachten Lotpaste zu generieren und dieses mit einem abgespeicherten Sollzustand zu vergleichen und bei etwaiger Überschreitung von Toleranzbereichen einen Fehler zur Anzeige zu bringen.The utility model 20 2004 020 330 U1 relates to a generic per se device for the inspection of Glasplatten- edge areas. With the arrangement consisting of arranged in the glass plate plane and looking at the edge of the glass plate line or matrix camera, two arranged above and below the glass plate plane light sources and two arranged above and below the glass plate plane mirror for Umienkung the light rays of the profile profile is one under the camera monitored moving edge of the glass plate. EP 1 212 583 B1 deals with the inspection of the solder paste pressure on printed circuit boards. The core idea of the inspection described therein is to generate a three-dimensional image of the surface structure of the printed circuit board with the solder paste applied by the screen printing method and to compare this with a stored desired state and to display an error if tolerance ranges are exceeded.
In der Offenlegungsschrift DE 10 2005 014 595 A1 wird ganz allgemein ein Verfahren zur visuellen Inspektion einer Randentlackungskante eines scheibenförmigen Objekts aufgezeigt, bei dem ein Bild des Randbereichs des scheibenförmigen Objekts im Dunkelfeld mit einer Zeilenkamera aufgenommen wird und in mehreren Ansichten auf einem Display dargestellt wird. Es handelt sich hierbei also um die Inspektion so genannter strukturierter Wafer, auf denen eine Lackschicht aufgebracht ist, die im Randbereich des Wafers entfernt wurde und auf dem ferner eine Vielzahl von Strukturelementen (Dies) angeordnet sind.In the published patent application DE 10 2005 014 595 A1, a method for the visual inspection of a edge release edge of a disk-shaped object is shown, in which an image of the edge region of the disk-shaped object in the dark field is recorded with a line camera and displayed on a display in several views. In other words, this involves the inspection of so-called structured wafers on which a lacquer layer has been applied which has been removed in the edge area of the wafer and on which a multiplicity of structural elements (Dies) are furthermore arranged.
Die DE 103 30 006 B4 behandelt ebenfalls die Inspektion strukturierter Wafer auf lithografische Defekte. Die beanspruchte Vorrichtung weist zwei Auflicht-Beleuchtungseinrichtungen, die schräg auf die im wesentlichen ebene Oberfläche des Wafers abstrahlen, eine Kamera in Dunkeifeld-Anordnung, die senkrecht auf die Oberfläche des Wafers blickt, auf, wobei die Beleuchtungsachsen der beiden Beleuchtungseinrichtungen senkrecht zueinander und senkrecht zu linienförmigen Strukturen auf der Oberfläche des Wafers ausgerichtet sind.DE 103 30 006 B4 likewise deals with the inspection of structured wafers for lithographic defects. The claimed apparatus includes a pair of reflected-light illuminating means, which radiate obliquely to the substantially planar surface of the wafer, a camera in dark field arrangement which is perpendicular to the surface of the wafer, the illumination axes of the two illuminating means being perpendicular to each other and perpendicular to line-shaped structures are aligned on the surface of the wafer.
Ferner sind Vorrichtungen Stand der Technik, die eine Hintergrundlichtquelle auf der einem optischen Sensor abgewandten Seite des Wafers verwenden. 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 Offeniegungsschrift US 5,438,209 A bekannt, welche aber anstelle des Fotosensors eine Kamerazeile verwendet. Bei beiden Vorrichtungen handelt es sich um Vorrichtungen zur Bestimmung der Position einer Notch ohne Fehlerinspektion der Waferoberfläche. Die Beleuchtung ist eine reine Hintergrundbeleuchtung, so dass beispielsweise 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.Furthermore, devices are known in the art which use a background light source on the side of the wafer remote from an optical sensor. For example, from the Japanese Laid-open JP 59125627 A discloses a device in which a bundle of parallel light beams is irradiated perpendicular to the wafer surface in the edge region and the unshaded portion of this light beam is detected by means of a flat photosensor arranged on the opposite side of the wafer while the wafer is being rotated. In principle, the same arrangement is known from the Offenlegungsschrift US 5,438,209 A, but which uses a camera line instead of the photo sensor. Both devices are devices for determining the position of a notch without defect inspection of the wafer surface. The lighting is a pure backlight, so that, for example, a dark field recording hereby is not possible. The accuracy of the position determination of Notch is ensured only by the parallelism of the light beams, which ensures a sharp shadow.
Eine andere Vorrichtung zur Bestimmung der Notch-Position bei einem Wafer ist aus der Offeniegungsschrift 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 Waferoberfiäche aufnimmt, ohne dass der Wafer dabei gedreht wird. Die Beleuchtungseinrichtuπg ist zu diesem Zweck von der optischen Achse der Kamera weggeschwenkt, so dass keine direkte Reflektion des Lichtes von der Waferoberfläche 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 Waferauflage und dem Wafer, so dass die Waferkante 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 oder gar auf der Waferkante 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 Beleuchtungseinrichtung 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 Waferauflage. Schließlich ist der Kontrast abhängig von dem Material und der Beschaffenheit der Waferoberfläche einerseits und der Auflage andererseits und kann nicht beeinflusst werden.Another device for determining the Notch position in a wafer is known from Offenlegungschrift JP 2000031245 A. This has a camera whose optical axis is aligned perpendicular to the top of the wafer and on its center and which receives a two-dimensional overall image of the Waferoberfiäche without the wafer is rotated thereby. The Beleuchtungseinrichtuπg is pivoted away for this purpose from the optical axis of the camera, so that no direct reflection of the light from the wafer surface falls into the camera. The immediate vicinity of the wafer is lightened by the fact that the light of the illumination device is the material of the wafer support (diffused) scattered. In this way, a contrast arises between the wafer support and the wafer, so that the wafer edge is imaged as a dark edge in front of the lighter support. This device allows the identification of the wafer edge and in particular a Notch. However, it is not intended and suitable for defects on the wafer surface or even on the wafer edge to identify and locate with sufficient accuracy. This is also a device for determining the Notch position. Also, the asymmetrical arrangement of the illumination device with respect to the central axis of the wafer for a shadow, which makes it difficult to localize the wafer edge with high accuracy, since not the light emitted in the direction of the digital camera is partially shaded by the object edge, but already the light on the way to the wafer support. Finally, the contrast is dependent on the material and the nature of the wafer surface on the one hand and the overlay on the other hand and can not be influenced.
Bei der Noten-Inspektion kann darüber hinaus zusammengefasst erstrebenswert sein, die genaue Position der Notch zur Festlegung eines Bezugssystems zu bestimmen und/oder die Form, das grundsätzliche Vorhandensein oder ein überzähliges Vorhandensein der Notch zu überprüfen und/oder den Bereich der Notch auf Defekte abzusuchen.In addition, in note inspection, it may be desirable collectively to determine the exact position of the notch for establishing a frame of reference and / or to check the shape, basic presence or excess presence of the notch and / or scan the notch for defects ,
Die Erfinder haben es sich vor diesem Hintergrund zur Aufgabe gemacht, eine verbesserte Inspektionsvorrichtung bzw. ein verbessertes Inspektionsverfahren bereitzustellen, das eine genauere und umfangreichere Information über die Beschaffenheit der Notch oder ähnlicher Strukturmerkmale der Objektkante liefert.Against this background, the inventors have set themselves the task of providing an improved inspection device or method that provides more accurate and extensive information about the nature of the notch or similar feature features of the object edge.
Die Aufgabe wird durch Inspektionsvorrichtungen mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3 und Inspektionsverfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 12 und 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by inspection devices having the features of claims 1 and 3 and inspection methods having the features of claims 12 and 14. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Das Inspektionsverfahren sieht erfindungsgemäß vor, dass ein digitales Bild von einer Objektkante, insbesondere von der Kante eines unstrukturierten Wafers, wenigstens im Bereich eines Strukturmerkmals mittels einer Digitalkamera unter Dunkelfeldbeleuchtung aufgenommen wird und aus Bildpunktinformationen des Dunkelfeldbildes wenigstens ein typischer Reflex des Strukturmerkmals unter Dunkelfeldbeleuchtung identifiziert wird.The inspection method according to the invention provides that a digital image of an object edge, in particular of the edge of a unstructured wafer, at least in the range of a structural feature by means of a digital camera under dark field illumination is taken and from pixel information of the dark field image at least a typical reflection of the structural feature under dark field illumination is identified.
Bevorzugt wird dies dadurch erreicht, dass eine Sollinformation zu wenigstens einem typischen Reflex mit den Bildpunktinformationen des Dunkelfeldbildes verglichen wird und aus dem Vergleich auf das Vorliegen eines Strukturmerkmais und/oder das Vorliegen eines Defektes geschlossen wird.This is preferably achieved by comparing a target information to at least one typical reflex with the pixel information of the dark field image and concluding from the comparison on the presence of a structural feature and / or the presence of a defect.
Nach einem anderen Aspekt des erfindungsgemäßen Inspektionsverfahrens wird ein digitales Bild von einer Kantenumgebung des Objekts wenigstens im Bereich eines Strukturmerkmals mittels einer Digitaikamera aufgenommen, wobei eine Hauptfläche in der Kantenumgebung unter Hellfeldbeleuchtung aufgenommen wird (Hellfeldbild) und die Objektkante im Dunkelfeld liegt und wobei während des Aufnehmens eine Hintergrundbeleuchtung auf der der Digitalkamera abgewandten Seite des Objekts zugeschaltet ist, deren Licht in Richtung der Digitalkamera abstrahlt, wobei das in Richtung der Digitalkamera abgestrahlte Licht teilweise von dem Objekt abgeschattet wird, und aus Bildpunktinformationen des Hellfeldbildes anhand eines Kontrastunterschiedes zwischen der Hauptfläche und der Objektkante und/oder anhand eines Kontrastunterschiedes zwischen der Objektkante und der Hintergrundbeleuchtung wenigstens eine typische Form des Strukturmerkmals identifiziert.According to another aspect of the inspection method according to the invention, a digital image is taken of an edge environment of the object at least in the region of a structural feature by means of a digital camera, wherein a major surface in the edge environment is recorded under bright field illumination (bright field image) and the object edge lies in the dark field and wherein during the recording a backlight on the side facing away from the digital camera of the object is switched on, the light emitted in the direction of the digital camera, wherein the light emitted in the direction of the digital camera is partially shaded by the object, and from pixel information of the bright field image based on a contrast difference between the main surface and the object edge and / or identified by means of a contrast difference between the object edge and the backlight at least one typical shape of the feature.
Bevorzugt wird dies dadurch erreicht, dass eine Soilinformation zu wenigstens einer typischen Form mit den Bildpunktinformationen des Hellfeldbildes verglichen wird und aus dem Vergleich auf das Vorliegen eines Strukturmerkmals und/oder das Vorliegen eines Defektes geschlossen wird.This is preferably achieved in that a soil information for at least one typical shape is compared with the pixel information of the bright field image and from the comparison to the presence a structural feature and / or the presence of a defect is closed.
Auf diese Weise kann eine Noten, die in der Regel die Form einer spitzen Einkerbung aufweist oder auch ein beliebiges anderes Strukturmerkmal, beispielsweise 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.In this way, a note, which usually has the shape of a sharp notch or any other structural feature, for example in the form of a straight edge portion (on an otherwise circular wafer), are recognized. All regular structural features can thus be easily identified and, in particular, distinguished from an irregular outbreak.
Dementsprechend ist bei der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung wenigstens eine der Objektoberfläche zugewandten und auf die Objektkante fokussierbaren Digitalkamera, eine erste Beleuchtungseinrichtung, die relativ zur Digitalkamera und zur Objektkante so angeordnet ist, dass ein Bild der Objektkante unter Dunkelfeldbeleuchtung erzeugt werden kann, und eine Bildverarbeitungseinrichtung mit einem Strukturerkennungsmittel vorgesehen, das eingerichtet ist, aus Bildpunktinformationen des Dunkelfeldbildes wenigstens einen typischen Reflex des Strukturmerkmals unter Dunkelfeldbeleuchtung zu identifizieren.Accordingly, in the inventive inspection device, at least one digital camera facing the object surface and focusable on the object edge, a first illumination device which is arranged relative to the digital camera and the object edge such that an image of the object edge can be generated under dark field illumination, and an image processing device with a structure recognition means provided that is configured to identify from pixel information of the dark field image at least one typical reflection of the feature under dark field illumination.
Bevorzugt ist ferner eine Speichereinrichtung vorgesehen, auf der eine Sollinformation zu wenigstens einem typischen Reflex des Strukturmerkmals hinterlegt ist, wobei das Strukturerkennungsmittel eingerichtet ist, durch Vergleich der Sollinformation zu dem wenigstens einen typischen Reflex mit den Bildpunktinformationen des Dunkelfeldbildes das Vorliegen eines Strukturmerkmals und/oder das Vorliegen eines Defektes zu identifizieren.Preferably, a memory device is further provided, on which a desired information is stored for at least one typical reflection of the structural feature, wherein the structure recognition means is arranged by comparing the desired information to the at least one typical reflex with the pixel information of the dark field image, the presence of a structural feature and / or Identify a defect.
Nach diesem Aspekt der Erfindung wird ein Bild der Objektkante im Bereich des Strukturmerkmals unter Dunkelfeid-Beleuchtung aufgenommen, wobei dieselbe erste Beieuchtungseinrichtung vorzugsweise auch zur Aufnahme eines Dunkelfeldbildes der übrigen Objektkante im Zuge der Kanteninspektion eingesetzt wird. Unter diesen Umständen werden im Bild sehr helle Bereiche auftreten, die durch direkte Reflexion des Lichts der Dunkelfeldbeleuchtung an dem Strukturmerkmal in die Kamera hervorgerufen werden. Insbesondere bei in allen Raumrichtungen stark gekrümmten Oberflächengeometrien im Bereich des Strukturmerkmals lassen sich derartige Reflexe nicht oder nur schwer vermeiden. In der herkömmlichen Dunkelfeld- Iπspektion werden derartige Reflexe ais schädlich empfunden, da sie in der automatischen Verarbeitung leicht als Defekte erkannt werden. Nach der vorliegenden Erfindung werden gerade diese Reflexe für die automatische Defektiπspektion genutzt. Die genaue Form und Lage der Reflexe hängt von der Ausführung der Dunkelfeld- Beleuchtungseinrichtung, der Kameraanordnung und der Beschaffenheit der Strukturmerkmaloberfläche ab. Werden die ersten beiden konstant gehalten, so gibt jede Veränderung von Form und/oder Lage der Reflexe Aufschluss über eine Veränderung der Strukturmerkmaloberfläche und -läge.According to this aspect of the invention, an image of the object edge in the region of the feature is under dark-field illumination taken, wherein the same first Beieuchtungseinrichtung preferably also for receiving a dark field image of the remaining object edge is used in the course of edge inspection. Under these circumstances, very bright areas will appear in the image caused by direct reflection of the light of the dark field illumination on the feature in the camera. Especially in the case of strongly curved surface geometries in the region of the structural feature in all spatial directions, such reflections can not or only with difficulty be avoided. In conventional dark field inspection, such reflections are perceived to be detrimental because they are easily recognized as defects in automatic processing. According to the present invention, these reflections are used for the automatic defect inspection. The exact shape and location of the reflections depends on the design of the dark field illumination device, the camera arrangement and the nature of the feature surface. If the first two are kept constant, any change in the shape and / or position of the reflections will reveal a change in the structure feature surface and surfaces.
Diese Veränderung wird von dem Strukturerkennungsmittel erkannt, indem vor der Messung ein „Modell" des Erscheinungsbildes der Strukturmerkmalreflexe erstellt wird, welches bei defektfreiem Strukturmerkmal erwartet wird. Die aus dem Modell gewonnene Sollinformation beispielsweise in Form eines Musterbildes oder einzelner Musterparameter werden in dem Speicher hinterlegt Die Sollinformation kann auf die eine oder andere Weise Information über die Form, Größe, Relativlage der typischen Reflexe und deren Umgebung beinhalten. Nach der Aufnahme eines Dunkelfeid-Bildes des Strukturmerkmals werden die im Bild tatsächlich aufgetretenen Reflexe und/oder Lichtstreuungen mit dem erwarteten Erscheinungsbild verglichen, wobei zumindest Form und Lage der einzelnen Reflexe berücksichtigt werden. Die Defekterkennung erfolgt dann durch Vergleich der Abweichungen mit einem vorgegebenen Wert, der vorzugsweise ebenfalls in der Speichereinrichtung hinterlegt ist.This change is detected by the structure recognition means by creating a "model" of the appearance of the structural feature reflections, which is expected with a defect-free structural feature before the measurement.The desired information obtained from the model, for example in the form of a pattern image or individual pattern parameters are stored in the memory Target information may in one way or another include information about the shape, size, relative position of the typical reflections and their surroundings After taking a dark-field image of the feature, the reflections and / or scatters actually occurring in the image are compared to the expected appearance, being at least the shape and location of the individual reflexes be taken into account. The defect detection is then carried out by comparing the deviations with a predetermined value, which is preferably also stored in the memory device.
Die Analyse der aufgenommenen Reflexe und/oder Lichtstreuungen (Ereignisse) geschieht vorzugsweise, indem zunächst zusammenhängende Bildpunkte, deren Inhalte (Intensitäts-, Grau- oder Farbwerte) innerhalb eines vorher festgelegten Wertebereiches (Intensitäts-, Grau- oder Farbwertintervalls) liegen, demselben Ereignis zugeordnet werden. Die so ermittelten Ereignisse können anschließend mittels eines Algorithmus auf Zugehörigkeit zu einem erwarteten Reflex oder zu einem Defektfragmente oder Defekt überprüft werden. Gegebenenfalls schließt sich hieran noch die Klassifikation des Defektes nach einer bestimmten Defektklassifikation an.The analysis of the recorded reflections and / or light scattering (events) is preferably done by first associated contiguous pixels whose contents (intensity, gray or color values) within a predetermined range of values (intensity, gray or Farbwertintervalls) assigned to the same event become. The events thus determined can then be checked by means of an algorithm for membership in an expected reflex or to a defect fragment or defect. If necessary, this is followed by the classification of the defect according to a specific defect classification.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung weist die Inspektionsvorrichtung wenigstens eine der Objektoberfläche zugewandte und auf die Objektkante fokussierbaren Digitalkamera, eine zweite Beleuchtungseinrichtung, die relativ zur Digitalkamera und zu der Objektoberfläche so angeordnet ist, dass ein Bild einer Hauptfläche in der Kantenumgebung unter Hellfeldbeleuchtung erzeugt werden kann (Hellfeldbild), während die Objektkante im Dunkelfeld liegt, eine auf der der Digitalkamera abgewandten Seite des Objekts so angeordnete Hintergrundbeleuchtungseinrichtung, dass von ihr Licht in Richtung der Digitalkamera abgestrahlt wird, wobei das in Richtung der Digitalkamera abgestrahlte Licht teilweise von dem Objekt abgeschattet wird, und eine Bildverarbeitungseinrichtung mit einem Strukturerkennungsmittel auf, das eingerichtet ist, aus Biidpunktinformationen des Hellfeldbildes anhand eines Kontrastunterschiedes zwischen der Hauptfläche und der Objektkante und/oder anhand eines Kontrastunterschiedes zwischen der Objektkante und der Hintergrundbeieuchtung wenigstens eine typische Form des Strukturmerkmals zu identifizieren.According to another aspect of the invention, the inspection device has at least one digital camera facing the object surface and a second illumination device, which is arranged relative to the digital camera and to the object surface so that an image of a main surface in the edge environment can be generated under bright field illumination (Bright field image), while the object edge lies in the dark field, a backlight arranged on the side of the object remote from the digital camera so that its light is emitted in the direction of the digital camera, whereby the light emitted in the direction of the digital camera is partially shaded by the object, and an image processing device having a structure recognition means which is set up from the bi-point information of the bright field image on the basis of a contrast difference between the main surface and the object edge and / or on the basis of a contrast subculture hiedes between the Object edge and the background illumination at least to identify a typical shape of the structural feature.
Bevorzugt ist bei diesem Aspekt der Erfindung ferner eine Speichereinrichtung vorgesehen, auf der eine Sollinformation zu wenigstens einer typischen Form des Strukturmerkmalen hinterlegt ist, wobei das Strukturerkennungεmittel eingerichtet ist, durch Vergleich der Sollinformation zu der wenigstens einen typischen Form mit den Bildpunktinformationen des Hellfeldbildes das Vorliegen eines Strukturmerkmals und/oder das Vorliegen eines Defektes zu identifizieren.Preferably, in this aspect of the invention, a memory device is further provided, on which a desired information is stored for at least one typical form of the structural features, the Strukturerkennungεmittel is arranged by comparing the desired information to the at least one typical shape with the pixel information of the bright field image, the presence of a Identify structural feature and / or the presence of a defect.
Hierbei wird davon ausgegangen, dass das Strukturmerkmal sich als stetige Kurve des Objektrandes und/oder stetige Bevelline abbilden wird. Aus der scharfen Abbildung der Objektkante im Bereich des Strukturmerkmals, das wie die übrige Kante des Objekt (zumindest überwiegend) im Dunkelfeld der zweiten Beleuchtungseinrichtung liegt, lässt sich gegenüber dem hellen Hintergrund der Rand und gegenüber der hellen Abbildung der Hauptfläche die Bevelline des Strukturmerkmals leicht ermittein und mit der Sollform vergleichen.It is assumed that the structural feature will map as a continuous curve of the object edge and / or steady Bevelline. From the sharp image of the object edge in the region of the structural feature, which is like the rest of the edge of the object (at least predominantly) in the dark field of the second illumination device, the bevel of the structural feature can be easily compared with the light background of the edge and against the bright image of the main surface and compare with the nominal form.
Die Sollinformation kann auf unterschiedliche Weise hinterlegt sein. Einerseits können ganze Referenzkurven hinterlegt werden. Eine Defekterkennung erfolgt dann beispielsweise dadurch, dass eine Abweichung der aufgenommenen Kurve von der Referenzkurve ermittelt und, wenn diese einen vorgegebenen Wert übersteigt, der vorzugsweise ebenfalls in der Speichereinrichtung hinterlegt ist, auf einen Defekt geschlossen wird. Auf diese Weise können alle Defekte, welche die Kantengeometrie bzw. die Form des Strukturmerkmals beeinflussen detektiert werden. Beispiele für derartige Defekte sind Polierfehler aber auch Ausbrüche von Wafermaterial am Rand oder nahe der Bevelline. Eine einfachere Defekterkennung kann dadurch realisiert werden, dass im gemessenen Verlauf von Bevelliπe und/oder Schattenkante nach sprunghaften Änderungen des Verlaufs gesucht wird, die sich z.B. anhand starker Änderungen der Steigung detektieren lassen. Dieses Verfahren hat den Vorteil, das weniger Vorgaben über den zu erwartenden Verlauf des Randes und der Bevelline im Bereich der Notch benötigt werden, so dass unabhängig von hinterlegten Referenzkurven eine größere Vielfalt von Strukturmerkmalformen inspiziert werden kann. Dafür ist jedoch der Umfang detektierbarer Defekttypen reduziert.The desired information can be stored in different ways. On the one hand, entire reference curves can be deposited. A defect detection then takes place, for example, in that a deviation of the recorded curve from the reference curve is determined and, if this value exceeds a predetermined value, which is preferably also stored in the memory device, a defect is concluded. In this way, all defects which influence the edge geometry or the shape of the structural feature can be detected. Examples of such defects are polishing defects but also breakouts of wafer material on the edge or near the Bevelline. A simpler defect detection can be realized by searching in the measured course of the population and / or shadow edge for abrupt changes in the course, which can be detected, for example, by means of strong changes in the slope. This method has the advantage that fewer specifications are required about the expected course of the edge and the beech in the area of the notch, so that a larger variety of structural feature forms can be inspected independently of stored reference curves. However, the scope of detectable defect types is reduced.
Während die zuletzt beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen Defekte des Strukturmerkmals identifizieren, welche den Verlauf der Bevelline und/oder Schattenkante beeinflussen, erlauben die zuerst beschriebenen eine Analyse von Defekten, die sich im Bereich zwischen den beiden Übergangslinien also „im" Kantenbereich befinden. Beide Aspekte der Erfindung sind zur Verbesserung des Inspektionsergebnisses deshalb in allen vorgenannten Ausführungsformen vorteilhafter Weise kombinierbar.While the methods and devices described last identify defects in the structural feature that affect the progression of the bevel and / or shadow edge, the first described allow an analysis of defects that are in the area between the two transition lines "in the" edge region Therefore, in order to improve the inspection result, the invention can be advantageously combined in all the aforementioned embodiments.
Die Information über den Verlauf der Kontur des Wafers bietet in jedem Fall aber neben der bloßen Notcherkennung die zusätzliche Möglichkeit zur Erkennung von Defekten. Dabei ermöglicht die separate Hintergrundbeleuchtung eine Kontrasteinstellung, die von dem Kontrastschwerpunkt bzw. von dem Intensitäts-, Grau- oder Farbwerteschwerpunkt eines im Dunkelfeld liegenden Defektes abweicht. Ausbrüche sind auf diese Weise leicht von einem Oberflächendefekt anderer Art unterscheidbar.In any case, the information about the shape of the contour of the wafer offers, in addition to the mere notch recognition, the additional possibility of detecting defects. In this case, the separate backlighting allows a contrast adjustment, which differs from the contrast center of gravity or from the intensity, gray or color center of gravity of a defect lying in the dark field. Outbreaks are thus easily distinguishable from a surface defect of another kind.
im Gegensatz zu den vorgenannten bekannten Verfahren betrifft die Erfindung eine Inspektionsvorrichtung zur präzisen Lokalisierung des Strukturmerkmais und gleichzeitig zur Detektion von Oberflächendefekten im Bereich des Strukturmerkmals.In contrast to the aforementioned known methods, the invention relates to an inspection device for precise localization of Strukturmerkmais and at the same time for the detection of surface defects in the region of the structural feature.
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 Hintergrundbeleuchtungseinrichtung, welche 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 Hintergrundbeleuchtungseinrichtung auch eine direkt oder indirekt und/oder diffus abstrahlende flächige Lichtquelle gewählt werden.Since the focus of the digital camera in the inspection device according to the invention lies on the object edge, in particular the edge of the object is sharply imaged, which enables a precise localization of the object. Furthermore, this has the advantage that the background illumination device, which is located farther away, is displayed blurred and therefore no artifacts of the background interfere with the image impression, in particular can serve as a backlight device a simple lamp, which mapped due to the fuzziness as an extended light spot on the sensor of the digital camera becomes. Of course, as a backlight device, a direct or indirect and / or diffuse emitting surface light source can be selected.
Die separate Hintergrundbeleuchtungseinrichtung hat ferner den Vorteil, dass sie unabhängig von der ersten Beleuchtungseinrichtung hinsichtlich ihres Spektrums, der Helligkeit und der Abstrahlrichtung justiert werden kann. Hierdurch kann auf einfache Weise eine optimale Bildkontrasteinstellung vorgenommen werden, so dass das erfind ungsgernäße Verfahren sogar unabhängig vom Reflexionsvermögen der Waferoberfiäche beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Beschichtungen und/oder Strukturen gleich bleibend gute Ergebnissen erzielt.The separate backlight device also has the advantage that it can be adjusted independently of the first illumination device with respect to its spectrum, the brightness and the emission direction. In this way, an optimal image contrast adjustment can be made in a simple manner, so that the method according to the invention evenly achieves consistently good results, independently of the reflectivity of the wafer surface, for example due to different coatings and / or structures.
Die Digitalkamera ist vorzugsweise eine Zeilenkamera, 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 optische Achse der Kamera kann gemäß einer ersten Ausführungsform so orientiert sein, dass sie zusammen mit der Bildzeile eine optische Ebene definiert, die mit einer Radialebene des Wafers zusammenfällt. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass weniger Bildverzerrungen auftreten.The digital camera is preferably a line scan camera which is arranged such that the single image line recorded with the line scan camera lies in a plane that is perpendicular to the plane of the object or object edge. The optical axis of the camera may, according to a first embodiment, be oriented such that it defines, together with the image line, an optical plane which coincides with a radial plane of the wafer. The advantage of this embodiment is that fewer image distortions occur.
In einer anderen Ausführungsform ist die optische Achse der Kamera 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 hat diese Anordnung den Vorteil, dass dieselbe Kameraanordnung in einfacher Weise auch für eine Hellfeldaufnahme der Waferkante eingesetzt werden kann, indem eine zusätzliche Hellfeld-Beleuchtungseinrichtung in spiegelbildlicher Anordnung zur Kameraanordnung bezogen auf die Radialebene durch den Fokuspunkt auf der Waferoberf lache eingesetzt wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Hintergrundbeieuchtungseinrichtung bevorzugt um den gleichen Betrag und in dieselbe Richtung aus der Radialebene herausgeschwenkt, so dass sie auf der optischen Achse der Kamera liegt.In another embodiment, the optical axis of the camera is oriented so that the defined together with the image line optical plane of the line scan camera is pivoted out of the radial plane. Admittedly, this will lead to more image distortions. However, this arrangement has the advantage that the same camera arrangement can be used in a simple manner for a bright field image of the wafer edge by an additional bright field illumination device is used in mirror image arrangement relative to the camera arrangement with respect to the radial plane through the focal point on the Waferoberf. In this embodiment, the background illumination device is preferably swiveled out of the radial plane by the same amount and in the same direction, so that it lies on the optical axis of the camera.
Weist die Inspektionsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen motorisch angetriebenen Drehtisch zur drehbaren Halterung des Objektes auf, wobei die Digitalkamera eingerichtet ist, synchron zur Drehung des Drehtisches ein digitales Bild der Objektkante aufzunehmen, können mit einer solchen Zeilenkamera sequentiell mehrere Bildzeilen der Objektkante aufgenommen werden, während sich das Objekt zusammen mit dem Drehstisch dreht. Hierzu kann die Auslösung der Kamera beispielsweise mittels eines Synchronisationsimpulses durch den Antriebsmotor (z. B. Schrittmotor) oder eines positiongebeπden Sensorsystems erfolgen. Die sequentiell aufgenommenen Bildzeilen der Objektkante in unterschiedlicher Winkelstellung des Objekts werden anschließend zu einem (Panorama- ) Bild der Objektkante zusammengefügt. Bevorzugt weist die Biidverarbeitungseinrichtung ein Randerkennungsmittei auf, welches eingerichtet ist, anhand eines Kontrastunterschiedes zwischen der Objektkante und der Hintergrundbeieuchtung einen Rand des Objektes zu identifizieren.If the inspection device according to a preferred embodiment has a motor-driven turntable for rotatably supporting the object, wherein the digital camera is set up to record a digital image of the object edge in synchronism with the rotation of the turntable, a plurality of image lines of the object edge can be taken sequentially with such a line camera The object rotates together with the turntable. For this purpose, the triggering of the camera, for example, by means of a synchronization pulse by the drive motor (eg., Stepper motor) or a positiongebeπden sensor system done. The sequentially recorded image lines of the object edge in different angular position of the object are then combined to form a (panoramic) image of the object edge. The image processing device preferably has an edge detection means, which is set up to identify an edge of the object on the basis of a contrast difference between the object edge and the background illumination.
Geht man davon aus, dass auch die übrige Objektkante sich als stetige Randkurve abbilden wird, lässt sich die im Dunkelfeld der ersten Beleuchtungseinrichtung liegende Objektkante in gleicher Weise einerseits gegenüber dem hellen Hintergrund und andererseits gegenüber der hellen Hauptfläche ermitteln und auf Defekte untersucht werden.Assuming that the rest of the object edge will map as a continuous edge curve, the object edge lying in the dark field of the first illumination device can be determined in the same way on the one hand against the light background and on the other hand against the bright main surface and examined for defects.
Ferner kann durch das Randerkennungsmittei ein unrunder 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 identifiziert werden. 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 Waferkante 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.Further, the edge detection means may identify uneven running of the wafer (horizontal vibration in the wafer plane) due to centering inaccuracy or wafer flutter (vertical vibration perpendicular to the wafer plane) due to unevenness or resonant excitation. So far, efforts have been made to minimize the sources of error by active and sometimes mechanically very complex centering and damping measures, compared to any defects horizontal or vertical vibrations but provide a periodic, low-frequency waveform of the wafer edge in the image and can therefore be easily identified. The exact edge detection of the device according to the invention therefore allows to dispense with complex active centering and damping measures and to correct any errors in the context of image processing by means of suitable correction means or routines.
Die Erfinder haben darüber hinaus erkannt, dass je nach Beleuchtungssituation unterschiedliche Abschnitte der Defekte ausgeleuchtet werden, sich also verschiedene Fragmente unter verschiedenen Lichteinfallsrichtungen zeigen. Um ein vollständigeres BiId des gesamten Defektes zu erhalten, ist deshalb vorteilhafter Weise eine zweite Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, die relativ zur Digitalkamera und zur Objektoberfläche so angeordnet ist, dass ein Bild der Objektoberfläche unter Helffeldbeleuchtung erzeugt werden kann. Eine beispielhafte Anordnung wurde oben schon erläutert. Es können so zwei Bilder der Objektoberfläche nacheinander aufgenommen und die ermittelten Defektfragmente getrennt voneinander identifiziert werden. Die Identifizierung von Defektfragmente in dem Hellfeldbild verläuft in entsprechenderweise wie im Dunkelfeldbild. Danach werden die zwei (oder mehr) Bilder der Objektoberfläche in einem virtuellen Oberflächenbild zusammengefasst, so dass durch die Summe der Informationen aus dem Heilfeldbild und dem Dunkelfeldbild sich ein umfassenderes Bild des gesamten Defektes erzeugen lässt.The inventors have also recognized that, depending on the lighting situation, different sections of the defects are illuminated, that is to say different fragments are displayed under different directions of light incidence. To a more complete Therefore, in order to obtain the entire defect, a second illumination device is advantageously provided, which is arranged relative to the digital camera and to the object surface in such a way that an image of the object surface can be generated under Helffeld illumination. An exemplary arrangement has already been explained above. Thus, two images of the object surface can be recorded one after the other and the detected defect fragments can be identified separately from one another. The identification of defect fragments in the bright field image proceeds in the same way as in the dark field image. Thereafter, the two (or more) images of the object surface are combined in a virtual surface image, so that the sum of the information from the healing field image and the dark field image can produce a more comprehensive picture of the entire defect.
Vorzugsweise ist die Bildverarbeituπgseinrichtung ferner eingerichtet, anhand des identifizierten Randes und des identifizierten Strukturmerkmals ein Koordinatensystem festzulegen.Preferably, the image processing device is further configured to define a coordinate system on the basis of the identified edge and the identified structural feature.
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 Koordinatenπullpunkt des Azimutalwinkels genommen werden, was eine genaue Winkelpositionsangabe jedes identifizierten Oberflächendefektes (oder Defektfragmentes) erlaubt.By way of example, a reference point for the azimuthal angle (ie the angle of rotation of the wafer) can be determined unambiguously on the basis of the identified structural feature. For example, the center of a notch may be taken as the coordinate zero point of the azimuthal angle, allowing accurate angular position indication of each identified surface defect (or defect fragment).
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, welche die radial äußerste Kante des Objekts bildet, wird im einfachsten Fall ermittelt, indem bei bekannter Form des Kantenprofils und des Beobachtungswiπkels, 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 Koordinatennullpunkt der radialen Komponente des Koordinatensystems wird dann bevorzugt die wahre Objektkante also der Mitte der Apex gewählt.Furthermore, with the aid of such an image processing device, it is possible to deduce the course of the true physical object edge from the identified edge in the case of a known shaping of the edge profile. The center of the apex, which forms the radially outermost edge of the object, is determined in the simplest case by keeping the apex center at a constant distance from the apex center in the case of a known shape of the edge profile and the observation angle at which the camera looks at the object edge identified edge is adopted. This distance can be stored as a system and / or profile-specific setting in a memory of the image processing device and subtracted from the position of the identified edge when calculating the position of the true object edge. As coordinate zero point of the radial component of the coordinate system, the true object edge, ie, the center of the apex, is then preferably selected.
Ist das Koordinatensystem in zwei Dimensionen festgelegt, kann bei dem erfindungsgemäßen Inspektionsverfahren die Lage des oder der aufgefundenen Oberflächendefekte oder Defektfragmente in Bezug auf dieses Koordinatensystem bestimmt werden. Die Lagebestimmuπg 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.If the coordinate system is defined in two dimensions, the position of the surface defect (s) found in relation to this coordinate system can be determined in the inspection method according to the invention. The Lagebestimmuπg can include, for example, both the extent of the defect or defect fragment so its center of gravity and orientation. Overall, the accuracy and reproducibility of the information about each defect are increased by the inventive identification of the object edge and the structural feature.
Bevorzugt weist die Bildverarbeitungseinrichtung ein Randerkennungsmittel auf, welches eingerichtet ist, anhand eines Kontrastunterschiedes zwischen der Hauptfläche und der Objektkante eine Bevelline zu identifizieren.Preferably, the image processing device has an edge detection means which is set up to identify a Bevelline based on a contrast difference between the main surface and the object edge.
Die Waferkante erhält üblicherweise eine polierte Oberfläche. Ist der Polierprozess der Kante ordnungsgemäß erfolgt, müssen die Bevelline und die Waferkante stets parallel verlaufen.The wafer edge usually gets a polished surface. If the polishing process of the edge is done properly, the Bevelline and the wafer edge must always be parallel.
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 Waferrand zu bestimmen.Deviations from this can easily be detected with the method according to the invention and the device according to the invention, when the image processing device is set up, the position of the bevell with respect to the coordinate system and / or the identified wafer edge.
Somit bietet die Erfindung in Kombination mit der zweiten Beleuchtungseinrichtung die zusätzliche Möglichkeit der Detektion von Polierfehlern im gesamten Umfang des Wafers.Thus, in combination with the second illumination device, the invention offers the additional possibility of detecting polishing defects in the entire circumference of the wafer.
Die Verfahrensschritte der Bildverarbeitung, insbesondere des Identifizierens der Strukturmerkmale, des Vergleichens der Bildinformation mit den typischen Reflexen oder Formen und des Zuordnens des Ereignisses zu Defekten, können einzeln oder gemeinsam sowohl als Software als auch als Hardware oder in Kombination aus Software und Hardware implementiert sein.The process steps of the image processing, in particular the identification of the structural features, the comparison of the image information with the typical reflections or shapes and the assignment of the event to defects, can be implemented individually or jointly both as software and as hardware or in combination of software and hardware.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Other objects, features and advantages of the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment with the aid of the drawings. Show it:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung;Fig. 1 is a plan view of an embodiment of the inspection device according to the invention;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ;Fig. 2 is a side view of the embodiment of FIG. 1;
Fig. 3 ein Ablaufschema nach dem ersten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens;3 shows a flowchart according to the first aspect of the method according to the invention;
Fig. 4 ein Abiaufschema nach dem zweiten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens;4 shows an operating scheme according to the second aspect of the method according to the invention;
Fig. 5 im Ausschnitt den Verlauf von Schattenkante 40 undFig. 5 in section the course of shadow edge 40 and
Bevelline 50 an einer regulären Notch ohne Defekte; Fig. 6 im Ausschnitt den Verlauf von Schattenkante 40 undBevelline 50 at a regular notch without defects; Fig. 6 in section the course of shadow edge 40 and
Bevelline 50 an einer Notch mit Defekt 45 an der Apex und Defekt 55 an der Bevelkante;Bevelline 50 at a Notch with defect 45 at the Apex and defect 55 at the Bevelkante;
Fig. 7 im Ausschnitt den Verlauf von Schattenkante 40 undFig. 7 in section the course of shadow edge 40 and
Bevelline 50 an einer regulären Notch ohne Defekte bei Dunkelfeld-Befeuchtung, die zu direkten Reflexen 60 im Erscheinungsbild führen undBevelline 50 on a regular notch without defects in dark field humidification, which lead to direct reflexes 60 in appearance and
Fig. 8 im Ausschnitt den Verlauf von Schattenkante 40 undFig. 8 in section the course of shadow edge 40 and
Bevelline 50 an einer Notch mit Defekten im Bevelbereich, die zu verändertem Reflex 65 und zusätzlichem Streulicht 67 führen.Bevelline 50 on a Notch with defects in the Bevelbereich, which lead to modified Reflex 65 and additional scattered light 67.
Die Figuren 1 und 2 zeigen in vereinfachter Darsteliung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung zur Inspektion einer oberen Kantenumgebung eines Halbleiterwafers 10. Der Wafer 10 liegt auf einem Drehtisch 12 auf, welcher motorisch, vorzugsweise mitteis 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.Figures 1 and 2 show in simplified Darsteliung an embodiment of the inspection device according to the invention for inspecting an upper edge environment of a semiconductor wafer 10. The wafer 10 rests on a turntable 12, which motor, preferably mitteis stepper motor, driven and the wafer 10 during the measurement in Rotation offset. A motor control and / or an absolute or relatively positional sensor system (not shown) may be provided to output a control pulse, which is used on the one hand to control the rotational movement and on the other hand to synchronize the recording of the object edge with the rotational movement.
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, vorzugsweise unter 45° zur Objektebene bzw. Oberseite 22 des Wafers 10 auf die Kante 18 ausgerichtet ist. Die Digitalkamera 14 erfasst hierdurch eine Kantenumgebung, die einen Teil der Oberseite oder Hauptfiäche 22 des Wafers 10, dessen oberen, leicht schrägen Kantenbereich oder Bevel 24, und wenigstens einen Teil des stirnseitigen Kantenbereichs oder Apex 26 umfasst.The inspection device further has a digital camera 14, which is aligned and focused by means of an optical system 16 on the edge 18 of the wafer 10. The digital camera 14 is specially designed for edge inspection of the wafer 10 by being aligned with the edge 18 at an oblique angle, preferably at 45 ° to the object plane or upper side 22 of the wafer 10. The Digital camera 14 thereby detects an edge environment which comprises a part of the upper side or main surface 22 of the wafer 10, its upper, slightly oblique edge region or bevel 24, and at least a part of the frontal edge region or apex 26.
Die Digitalkamera ist vorzugsweise eine Zeitenkamera, deren Bildzeile in der als gestrichelte Linie 20 dargestellten Radiaiebene 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 Radiaiebene heraus geschwenkten Hellfeld- Befeuchtungseinrichtung (hier nicht dargestellt) für die Erzeugung eines Hellfeldbildes der Waferkante genutzt werden kann, wie bereits oben beschrieben.The digital camera is preferably a time camera whose image line lies in the radial axis shown as dashed line 20. This case is shown in FIG. However, the line scan camera can also be swiveled out of the radial plane 20 by an angle, which can be used to generate a bright field image of the wafer edge in conjunction with a bright field moistening device (not shown here) tilted out of the radius plane in the other direction as already described above.
Es ist ferner eine erste Beleuchtungseinrichtung 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 öder 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 fokussierbar zu sein und somit einen Lichtfleck hoher Intensität auf der Objektoberfläche zu erzeugen.Furthermore, a first illumination device 28 is provided which, in this example, is designed in the form of a focused light gun of high intensity in each case in the form of both sides of the digital camera. The number of light sources and their arrangement are not relevant to the invention as long as no direct reflections of the light source at the wafer edge into the camera optics 16 occur. Therefore, a single light source can suffice, or several can be provided, up to a quasi-flat, arcuate light source in whose center or focus the object edge lies. While such a planar light source due to its large angular spectrum evenly illuminates the edge region almost independent of its geometry, the single light source has the advantage to be focused in a simple manner and thus to generate a light spot of high intensity on the object surface.
Mit der gezeigten Anordnung der Digitalkamera 14 und der Beleuchtungseinrichtung 28 lässt sich ein Dunkelfeldbild der Waferkante 18 erzeugen, da die optische Achse der Kamera 14, in der Projektion auf die Objektkante gesehen, senkrecht auf der Waferkante 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. Die Objektkante 18 liegt somit im Normalfall im Dunkelfeld.With the arrangement of the digital camera 14 and the illumination device 28 shown, a dark field image of the Wafer edge 18, since the optical axis of the camera 14, viewed in the projection on the object edge, is perpendicular to the wafer edge and the illumination device 28 are pivoted out of the radial plane 20. Therefore, the light rays reflected at an intact object edge 18 at the angle of reflection α with respect to the radial plane 20 do not fall into the lens of the camera. The object edge 18 is thus normally in the dark field.
Auf der der Digitalkamera 14 abgewandten Seite des Wafers 10 befindet sich eine Hintergrundbeleuchtungseinrichtung 32, hier als nahezu punktförmig, nicht kαllimiert 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 dunkle Fläche mit scharfem Rand abgebildet.On the side facing away from the digital camera 14 of the wafer 10 is a backlight 32, here as a nearly point-like, not kαllimiert emitting light source. This is arranged with respect to the edge of the wafer 10 and the digital camera 14 so that the light emanating from it is emitted at least in part in the direction of the digital camera. At the same time, however, the light emitted in the direction of the digital camera is shadowed by the wafer 10 approximately halfway through the image window (the wafer edge does not have to run centrally in the image, as in this case). Since the digital camera is focused on the object edge 18, the more distant background illumination device 32 is imaged as a blurred area light spot on the sensor of the camera. In contrast to such a bright background, the object surface and in particular the wafer edge lying in the dark field are imaged as a dark surface with a sharp edge.
In der Figur 2 ist zusätzlich auch eine mögliche Anordnung einer zweiten Beleuchtungseinrichtung 30 dargestellt. Die Beleuchtungseinrichtung 30 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 Helifeldbild 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 Dunkeifeid 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. Grundsätzlich kann die hier beschriebene zweite Beieuchtungseinrichtung und Bevellineerkennung auch mit einer anderen Randerkennung kombiniert werden. In Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen, genauen Randerkennung kann die Breite des Bevei und somit die Poliergenauigkeit der Objektkante über den gesamten Umfang des Wafers aber mit besonders hoher Präzision detektiert werden.FIG. 2 additionally shows a possible arrangement of a second illumination device 30. The illumination device 30 is arranged such that its light is reflected directly from the upper main surface 22 of the wafer 10 into the camera optics 16. As a result, a helical field image of the main surface 22 is generated, as far as the angle of view of the camera detects it. As a result, the contrast difference between the main surface 22 in the bright field image and the oblique edge 24, which already in Dunkeifeid both Lighting devices 28, 30 is particularly large, so that the Bevelline, so the linear transition from Bevel 24 to the main surface 22, can be particularly easily detected. In principle, the second beeing device and the Bevellineerkennung described here can also be combined with another edge detection. In connection with the exact edge detection according to the invention, the width of the Bevei and thus the polishing accuracy of the object edge over the entire circumference of the wafer can be detected with particularly high precision.
Auch ist die Erfindung mit einer Heilfeldaufnahme des gesamten Kantenbereichs kombinierbar. In diesem Fall wird eine weiter ausgedehnte zweite Beleuchtungseinrichtung 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.The invention can also be combined with a medical field recording of the entire edge region. In this case, a further extended second illumination device is needed which flatly illuminates the entire profile of the imaged wafer edge. The different lighting devices then have to be operated alternately and / or in combination for the different lighting purposes in order to enable the most efficient and high-contrast image acquisition.
Figur 3 zeigt das Ablaufschema nach dem ersten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei nach dem Aufnehmen des Digitalbildes mit Dunkelfeldbeleuchtung der Waferkante (erster Schritt) zunächst die Lage der Notch in dem Bild anhand des globalen Verlaufs des Waferrandes grob bestimmt wird (zweiter Schritt). Sodann wird im dritten Schritt aus dem realen Erscheinungsbild, genauer aus den Bildpunktinhalten, Istinformation (Position, Größe, Form ,etc.) zu den direkten Reflexen und/oder Lichtstreuungen (anhand von Grau- oder Farbwerten und Zuordnungsvorschriften der oben genannten Art) im Bereich der Notch extrahiert. Diese wird dann im vierten Schritt mit der hinterlegten Sollinformation, also dem erwarteten Erscheinungsbild verglichen. Die Abweichungen (in einzelnen oder mehreren Parametern) werden im fünften Schritt daraufhin mit ebenfalls hinterlegten Schwellenwerten verglichen. Bei Abweichungen, die diese Schwellenwerte überschreiten, wird der Reflex oder das Streulicht im sechsten Schritt als Defekt erkannt, der dann im siebten Schritt beispielsweise visualisiert, gespeichert oder anderweitig zur Ausgabe gebracht werden kann oder der einer nachgeschalteten Klassifizierung unterzogen werden kann.FIG. 3 shows the flowchart according to the first aspect of the method according to the invention, wherein after taking the digital image with dark-field illumination of the wafer edge (first step), first the position of the notch in the image is roughly determined on the basis of the global profile of the wafer edge (second step). Then in the third step from the real appearance, more precisely from the pixel contents, actual information (position, size, shape, etc.) to the direct reflections and / or light scattering (based on gray or color values and assignment rules of the above type) in the area the notch is extracted. This is then compared in the fourth step with the stored target information, ie the expected appearance. The deviations (in single or multiple parameters) are then also included in the fifth step deposited thresholds. In the case of deviations which exceed these threshold values, the reflex or scattered light is identified as a defect in the sixth step, which can then be visualized, stored or otherwise output in the seventh step, for example, or subjected to a downstream classification.
Figur 4 zeigt das Ablaufschema nach dem zweiten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei nach dem Aufnehmen des Digitalbildes mit Hellfeldbeleuchtung der Hauptfläche (erster Schritt) auch hier zunächst die Lage der Notch in dem Bild anhand des globalen Verlaufs des Waferrandes grob bestimmt wird (zweiter Schritt). Im dritten Schritt wird der Verlauf des Waferrandes und/oder der Bevelline aus dem Bild, genauer aus den Bildpunktinhalten analysiert (Istinformation). Diese wird dann im vierten Schritt mit der hinterlegten Sollinformation über die Form des Waferrandes und/oder der Beveiiine verglichen. Die Abweichungen (in einzelnen oder mehreren Parametern) werden im fünften Schritt mit ebenfalls hinterlegten Schwellenwerten verglichen. Eine Abweichungen, die diese Schwellenwerte überschreiten, wird im sechsten Schritt als Defekt erkannt, der dann im siebten Schritt beispielsweise wiederum visualisiert, gespeichert oder anderweitig zur Ausgabe gebracht werden kann oder der einer nachgeschalteten Klassifizierung unterzogen werden kann.FIG. 4 shows the flowchart according to the second aspect of the method according to the invention, whereby, after taking the digital image with bright field illumination of the main surface (first step), the position of the notch in the image is also roughly determined based on the global profile of the wafer edge (second step). , In the third step, the course of the wafer edge and / or the bevel is analyzed from the image, more precisely from the pixel contents (actual information). This is then compared in the fourth step with the stored desired information about the shape of the wafer edge and / or the Beveiiine. The deviations (in single or multiple parameters) are compared in the fifth step with likewise stored threshold values. Deviations which exceed these threshold values are identified as a defect in the sixth step, which can then be visualized, stored or otherwise output in the seventh step, for example, or which can be subjected to a downstream classification.
Der Ausschnitt gemäß Fig. 5 zeigt an einer regulären Notch ohne Defekte den Verlauf von Waferrand 40, im aufgenommenen Bild mit Hintergrundbeleuchtung als Kontrastsprung zwischen dem Hintergrund 38 und dem Bevel 24 bzw. der Waferkante, und die Bevelline 50, im aufgenommenen Bild unter Hellfeldbeleuchtung der Hauptfläche als Kontrastsprung zwischen dem Bevel 24 und der Hauptfläche 22. Der Ausschnitt gemäß Fig. 6 zeigt den Verlauf von Waferrand 40 und Beveliine 50 an einer Notch mit Defekt 45 an der Apex und Defekt 55 an der Bevelkante.The detail of FIG. 5 shows the course of wafer edge 40 on a regular notch without defects in the recorded image with backlighting as a contrast jump between the background 38 and the Bevel 24 or the wafer edge, and the Bevelline 50 in the recorded image under bright field illumination Main surface as a contrast jump between Bevel 24 and the main surface 22nd The section according to FIG. 6 shows the course of wafer edge 40 and Beveliine 50 on a notch with defect 45 at the apex and defect 55 at the edge of the Bevel.
Der Ausschnitt gemäß Fig. 7 zeigt den Verlauf von Waferrand 40 und Beveliine 50 an einer regulären Notch ohne Defekte bei Dunkelfeld- Beleuchtung. Diese führt zu direkten, regulären Reflexen 60 im Erscheinungsbild aufgrund der Krümmung des Waferrandes im Bereich der Notch in allen Raumrichtungen. Der Waferrand 40 und die Beveliine 50 sind in dem Bild nur bei gleichzeitiger Hintergrundbeleuchtung und unter Hellfeldbeleuchtung der Hauptfläche 22 auszumachen.The detail according to FIG. 7 shows the course of wafer edge 40 and Beveliine 50 on a regular notch without defects in dark field illumination. This leads to direct, regular reflections 60 in the appearance due to the curvature of the wafer edge in the area of the notch in all spatial directions. The wafer edge 40 and the Beveliine 50 can be seen in the image only with simultaneous backlighting and brightfield illumination of the main surface 22.
Der Ausschnitt gemäß Fig. 8 zeigt den Verlauf von Waferrand 40 und Beveliine 50 an einer Notch mit Defekten im Bevelbereich, die zu verändertem Reflex 65 und zusätzlichem Streulicht 67 führen. The section according to FIG. 8 shows the course of wafer edge 40 and Beveliine 50 on a notch with defects in the Bevel region, which lead to altered reflection 65 and additional scattered light 67.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Wafer10 wafers
12 Drehtisch12 turntable
14 Digitalkamera14 digital camera
16 Optik16 optics
18 Waferkante18 wafer edge
20 Radialebene 2 Hauptfläche, Oberseite des Wafers 4 oberer Kantenbereich, Bevei 6 stirnseitiger Kantenbereich, Apex 8 erste Beleuchtungseinrichtung 0 zweite Beleuchtungseinrichtung 2 Hintergrundbe!euchtungseinrichtung 8 Hintergrund jenseits des Waferrandes 0 Waferrand 5 Defekt an der Apex 0 Bevelline 5 Defekt am Übergang Bevel/Hauptfläche 0 Direkter Reflexe 5 Veränderter Reflex 7 Zusätzlicher Reflex 20 radial plane 2 main surface, upper side of the wafer 4 upper edge region, Bevei 6 front edge region, Apex 8 first illumination device 0 second illumination device 2 background illumination device 8 background beyond the wafer edge 0 wafer edge 5 defect at the apex 0 Bevelline 5 defect at the transition Bevel / main surface 0 Direct reflexes 5 Modified reflex 7 Additional reflex

Claims

Patentansprüche claims
1. Inspektionsvorrichtung für die optische Untersuchung von Objektoberflächen im Bereich eines Strukturmerkmals einer Kante des Objekts, insbesondere für die optische Untersuchung der Notch eines Wafers, mit wenigstens einer der Objektoberfläche zugewandten und auf die Objektkante fokussierbaren Digitalkamera, einer ersten Beieuchtungseinrichtung, die relativ zur Digitalkamera und zur Objektkante so angeordnet ist, dass ein Bild der Objektkante unter Dunkelfeldbeleuchtung erzeugt werden kann und einer Bildverarbeitungseinrichtung mit einem Strukturerkennungsmittel, das eingerichtet ist, aus Bildpunktinformationen des Dunkelfeld bildes wenigstens einen typischen Reflex des Strukturmerkmals unter Dunkelfeldbeleuchtung zu identifizieren.1. Inspection device for the optical examination of object surfaces in the region of a structural feature of an edge of the object, in particular for the optical examination of Notch a wafer, with at least one of the object surface facing and focusable on the object edge digital camera, a first Beieuchtungseinrichtung relative to the digital camera and is arranged to the object edge so that an image of the object edge can be generated under dark field illumination and an image processing device with a structure detection means which is adapted to identify from pixel information of the dark field image at least one typical reflection of the feature under dark field illumination.
2. Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung, auf der eine Sollinformation zu wenigstens einem typischen Reflex des Strukturmerkmals hinterlegt ist, wobei das Strukturerkennuπgsmittel eingerichtet ist, durch Vergleich der So N Information zu dem wenigstens einen typischen Reflex mit den Bildpunktinformationen des Dunkelfeldbildes das Vorliegen eines Strukturmerkmals und/oder das Vorliegen eines Defektes und/oder von Streulicht zu identifizieren.2. Inspection apparatus according to claim 1, characterized by a memory device, on which a desired information for at least one typical reflection of the structural feature is deposited, wherein the Strukturerkennuπgsmittel is arranged by comparing the So N information to the at least one typical reflex with the pixel information of the dark field image Presence of a structural feature and / or the presence of a defect and / or stray light to identify.
3. Inspektionsvorrichtung für die optische Untersuchung von Objektoberflächen im Bereich eines Strukturmerkmals einer Kante des Objekts, insbesondere für die optische Untersuchung der Notch eines Wafers, mit wenigstens einer der Objektoberfiäche zugewandten und auf die Objektkante fokussierbaren Digitalkamera,3. Inspection device for the optical examination of object surfaces in the region of a structural feature of a Edge of the object, in particular for the optical examination of the notch of a wafer, with at least one of the Objektoberfiäche facing and focusable on the object edge digital camera,
- einer zweiten Beleuchtungseinrichtung, die relativ zur Digitalkamera und zu der Objektoberfläche so angeordnet ist, dass ein Bild einer Hauptfläche in der Kantenumgebung unter Hellfeldbeleuchtung erzeugt werden kann (Hellfeldbild), während die Objektkante im Dunkelfeld liegt, einer auf der der Digitaikamera abgewandten Seite des Objekts so angeordnetena second illumination device, which is arranged relative to the digital camera and to the object surface such that an image of a main surface in the edge environment can be generated under bright field illumination (bright field image) while the object edge is in the dark field, a side of the object facing away from the digital camera arranged so
Hintergrundbeleuchtungseinrichtung, dass von ihr Licht in Richtung der Digitalkamera abgestrahlt wird, wobei das in Richtung der Digitalkamera abgestrahlte Licht teilweise von dem Objekt abgeschattet wird, undBacklight device that is emitted by their light towards the digital camera, wherein the light emitted in the direction of the digital camera is partially shaded by the object, and
- einer Biidverarbeitungseinrichtung mit einem Strukturerkennungsmittel, das eingerichtet ist, aus Bildpunktinformationen des Hellfeldbildes anhand eines Kontrastunterschiedes zwischen der Hauptfläche und der Objektkante und/oder anhand eines Kontrastunterschiedes zwischen der Objektkante und der Hintergrundbeleuchtung wenigstens eine typische Form des Strukturmerkmals zu identifizieren.an image processing device having a structure recognition means which is set up to identify at least one typical shape of the structure feature from pixel information of the bright field image based on a contrast difference between the main surface and the object edge and / or based on a contrast difference between the object edge and the backlight.
4. inspektionsvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung, auf der eine Sollinformation zu wenigstens einer typischen Form des Strukturmerkmals hinterlegt ist, wobei das Strukturerkennungsmittel eingerichtet ist, durch Vergleich der Sollinformation zu der wenigstens einen typischen Form mit den Bildpunktinformationen des Heüfeldbildes das Vorliegen eines Strukturmerkmals und/oder das Vorliegen eines Defektes und/oder von Streulicht zu identifizieren.4. inspection device according to claim 3, characterized by a memory device on which a target information is stored for at least one typical form of the feature, wherein the structure recognition means is arranged by comparing the desired information to the at least one typical shape with the pixel information of the Heüfeldbildes Presence of a structural feature and / or the presence of a defect and / or stray light to identify.
5. Inspektionsvorrichtung mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 oder 2 und den Merkmalen eines der Ansprüche 3 oder 4.5. Inspection device with the features of one of claims 1 or 2 and the features of one of claims 3 or 4.
6. Inspektionsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen motorisch angetriebenen Drehtisch zur drehbaren Halterung des Objekts, wobei die Digitalkamera eingerichtet ist, synchron zur Drehung des Drehtisches ein digitales Bild der umlaufenden Objektkante aufzunehmen.6. Inspection device according to one of the preceding claims, characterized by a motor-driven turntable for rotatably supporting the object, wherein the digital camera is arranged to record a digital image of the rotating object edge in synchronism with the rotation of the turntable.
7. Inspektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Biidverarbeitungseinrichtung ein Randerkennungsmittel aufweist, welches eingerichtet ist, anhand eines Kontrastunterschiedes zwischen der Objektkante und der Hintergrund beleuchtung einen Rand des Objektes zu identifizieren.7. Inspection device according to one of claims 3 to 6, characterized in that the Biidverarbeitungseinrichtung comprises an edge detection means which is adapted to identify a border of the object based on a contrast difference between the object edge and the background lighting.
8. inspektionsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinrichtung eingerichtet ist, anhand des identifizierten Randes und des identifizierten Strukturmerkmals ein Koordinatensystem festzulegen.8. Inspection device according to claim 7, characterized in that the image processing device is set up to determine a coordinate system on the basis of the identified edge and the identified structural feature.
9. Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinrichtung eingerichtet ist, die Lage der identifizierten Oberflächendefekte in Bezug auf das Koordinatensystem zu bestimmen. 9. Inspection device according to claim 8, characterized in that the image processing device is adapted to determine the location of the identified surface defects with respect to the coordinate system.
10. Inspektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinrichtung ein Randerkennungsmittel aufweist, welches eingerichtet ist, anhand eines Kontrastunterschiedes zwischen der Hauptfläche und der Objektkante eine Bevelline zu identifizieren.10. Inspection device according to one of claims 3 to 9, characterized in that the image processing means comprises an edge detection means which is arranged to identify a Bevelline based on a contrast difference between the main surface and the object edge.
1 1. Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinrichtung eingerichtet ist, die Lage der Bevelline in Bezug auf das Koordinatensystem und/oder den identifizierten Objektrand zu bestimmen.1 1. Inspection device according to claim 10, characterized in that the image processing device is adapted to determine the position of the Bevelline with respect to the coordinate system and / or the identified object edge.
12. Inspektionsverfahren für die optische Untersuchung von Objektoberfiächen im Bereich eines Strukturmerkmals einer Kante des Objekts, insbesondere für die optische Untersuchung der Notch eines Wafers, bei dem ein digitales Bild von einer Objektkante wenigstens im Bereich eines Strukturmerkmals mittels einer Digitalkamera unter Dunkelfeldbeleuchtung aufgenommen wird und aus Büdpunktinformationen des Dunkelfeldbildes wenigstens ein typischer Reflex des Strukturmerkmals unter Dunkelfeldbeleuchtung identifiziert wird.12. An inspection method for the optical examination of object surfaces in the region of a structural feature of an edge of the object, in particular for the optical examination of the notch of a wafer, in which a digital image is taken of an object edge at least in the region of a structural feature by means of a digital camera under dark field illumination and off Cabin point information of the dark field image at least a typical reflection of the structural feature under dark field illumination is identified.
13. Inspektionsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sollinformation zu wenigstens einem typischen Reflex mit den Bildpunktinformationen des Dunkelfeldbildes verglichen wird und aus dem Vergleich auf das Vorliegen eines Strukturmerkmals und/oder das Vorliegen eines Defektes und/oder von Streulicht geschlossen wird. 13. Inspection method according to claim 12, characterized in that a desired information is compared to at least one typical reflex with the pixel information of the dark field image and is concluded from the comparison on the presence of a structural feature and / or the presence of a defect and / or stray light.
14. inspektionsverfahren für die optische Untersuchung von Objektoberflächen im Bereich eines Strukturmerkmals einer Kante des Objekts, insbesondere für die optische Untersuchung der Notch eines Wafers, bei dem ein digitales Bild von einer Kantenumgebung des Objekts wenigstens im Bereich eines Strukturmerkmals mittels einer Digitaikamera aufgenommen wird, wobei eine Hauptfläche in der Kantenumgebung unter Hellfeldbeleuchtung abgebildet wird (Hellfeldbild) und die Objektkante im Dunkelfeid liegt und wobei während des Aufnehmens eine Hintergrundbeleuchtung auf der der Digitalkamera abgewandten Seite des Objekts zugeschaltet ist, deren Licht in Richtung der Digitalkamera abstrahlt, wobei das in Richtung der Digitalkamera abgestrahlte Licht teilweise von dem Objekt abgeschattet wird, und bei dem aus Bildpunktinformationen des Hellfeldbildes anhand eines Koπtrastunterschiedes zwischen der Hauptfläche und der Objektkante und/oder anhand eines Kontrastunterschiedes zwischen der Objektkante und der Hintergrundbeleuchtung wenigstens eine typische Form des Strukturmerkmals identifiziert wird.14. Inspection method for the optical examination of object surfaces in the region of a structural feature of an edge of the object, in particular for the optical examination of the notch of a wafer, in which a digital image is taken of an edge environment of the object at least in the region of a structural feature by means of a digital camera, wherein a main surface is imaged in the edge environment under bright field illumination (bright field image) and the object edge is in the dark field and wherein while recording a backlight on the side facing away from the digital camera of the object is switched on, the light emits in the direction of the digital camera, which in the direction of the digital camera emitted light is partially shaded by the object, and in which from pixel information of the bright field image based on a Koπtrastunterschiedes between the main surface and the object edge and / or based on a contrast difference between the Objektk Ante and the backlight at least one typical form of the structural feature is identified.
15. Inspektionsverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sollinformation zu wenigstens einer typischen Form mit den Bildpunktinformationen des Hellfeldbildes verglichen wird und aus dem Vergleich auf das Vorliegen eines Strukturmerkmals und/oder das Vorliegen eines Defektes und/oder von Streulicht geschlossen wird.15. Inspection method according to claim 14, characterized in that a desired information is compared to at least one typical shape with the pixel information of the bright field image and is concluded from the comparison on the presence of a structural feature and / or the presence of a defect and / or stray light.
16. Inspektionsverfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche16. Inspection method with the features of one of the claims
12 oder 13 und den Merkmalen eines der Ansprüche 14 oder 15. 12 or 13 and the features of one of claims 14 or 15.
17. Inspektionsverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines Kontrastunterschiedes zwischen der Objektkante und der Hintergrund beleuchtung ein Rand des Objektes identifiziert wird.17. Inspection method according to one of claims 14 to 16, characterized in that based on a contrast difference between the object edge and the background illumination, an edge of the object is identified.
18. Inspektionsvθrfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet dass anhand des identifizierten Randes und des identifizierten Strukturmerkmals ein Koordinatensystem festgelegt wird.18. Inspektionsvθrfahren according to claim 17, characterized in that based on the identified edge and the identified structural feature, a coordinate system is set.
19. Inspektionsverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der identifizierten Oberflächendefekte in Bezug auf das Koordinatensystem bestimmt wird.19. Inspection method according to claim 18, characterized in that the position of the identified surface defects with respect to the coordinate system is determined.
20. Inspektionsverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines Kontrastunterschiedes zwischen der Hauptfläche und der Objektkante eine Bevelline identifiziert wird.20. Inspection method according to one of claims 14 to 19, characterized in that a Bevelline is identified on the basis of a contrast difference between the main surface and the object edge.
21. Inspektionsverfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Bevelline in Bezug auf das Koordinatensystem und/oder den identifizierten Objektrand bestimmt wird. 21. Inspection method according to claim 20, characterized in that the position of the Bevelline is determined with respect to the coordinate system and / or the identified object edge.
PCT/EP2009/060255 2008-08-08 2009-08-06 Inspection device and method for optical investigation of object surfaces, in particular a wafer notch WO2010015696A1 (en)

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