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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Inspektion
und Visualisierung der von scheibenförmigen Objekten gewonnenen
optischen Messwerte.
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In
der Halbleiterfertigung werden Wafer während des Fertigungsprozesses
in einer Vielzahl von Prozessschritten sequentiell bearbeitet. Mit
zunehmender Integrationsdichte steigen die Anforderungen an die
Qualität
der auf den Wafern ausgebildeten Strukturen. Um die Qualität der ausgebildeten
Strukturen überprüfen und
eventuelle Defekte finden zu können,
ist das Erfordernis an die Qualität, die Genauigkeit und die
Reproduzierbarkeit der den Wafer handhabenden Bauteile und Prozessschritte
entsprechend hoch. Dies bedeutet, dass bei der Produktion eines
Wafer mit der Vielzahl von Prozessschritten und der Vielzahl der
aufzutragenden Schichten an Photolack eine zuverlässige und
frühzeitige
Erkennung von Defekten besonders wichtig ist. Bei der optischen
Erkennung von Fehlern gilt es dabei die systematischen Fehler durch
die Dickenschwankungen bei der Belackung der Halbleiterwafer zu
berücksichtigen,
um somit eine Markierung von Stellen auf dem Halbleiterwafer zu
vermeiden, die keinen Fehler beinhalten.
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Mittels
einer sog. Makroinspektion werden Halbleiteroberflächen optisch
erfasst, um Defekte zu erkennen. Auf diese Weise werden bspw. Waferoberflächen abgetastet.
Die erfassten Defekte werden auf einem Waferübersichtsbild dargestellt.
Bei einigen der durchlaufenen Prozessschritte sind die resultierenden Übersichtsbilder
sehr kontrastschwach, so dass die Defekte oftmals nur schwer zu
erkennen sind. Allerdings sind Algorithmen bekannt, mit deren Hilfe
Defekte aufgefunden und als solche identifiziert werden können, die
mit dem menschlichen Auge nicht zuverlässig zu erkennen und als Defekt
zu identifizieren wären.
Da auch automatisch bzw. mittels geeigneter Algorithmen erkannte
Defekte von einem sog. Operator überprüft und ggf.
als Defekt bestätigt werden
müssen,
ist es wünschenswert,
die Abbildungsgüte
der erfassten Defekte zu verbessern.
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Die
deutsche Patentanmeldung
DE
10 307 454 A1 offenbart ein Verfahren, eine Vorrichtung
und eine Software zur optischen Inspektion der Oberfläche eines
Halbleitersubstrats sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Herstellung eines strukturierten Halbleitersubstrats unter Verwendung
eines solchen Verfahrens bzw. einer solchen Vorrichtung. Bei dem
Verfahren wird zur optischen Inspektion von der Oberfläche eines
Halbleitersubstrats ein Bild aufgenommen. Das Bild besteht aus einer
Vielzahl von Bildpunkten mit jeweils zumindest drei zugeordneten Intensitäten unterschiedlicher
Wellenlänge,
die als Farbwerte bezeichnet werden. Aus den Farbwerten wird durch
Transformation in einen Farbraum, der von einer Intensität und von
Farbkoordinaten aufgespannt wird, eine Häufigkeitsverteilung von Bildpunkten
mit gleichen Farbkoordinatenwerten berechnet. Die so berechnete
Häufigkeitsverteilung
wird für
einen Vergleich mit einer zweiten entsprechend berechneten Häufigkeitsverteilung
oder einer aus dieser abgeleiteten Größe verwendet. Dieses Verfahren ermöglicht keinen
visuellen Vergleich oder keine visuelle Begutachtung eines scheibenförmigen Substrats.
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Makroskopische
Bilder von Halbleiterwafern zeigen, dass die Homogenität der Schichten
oder Layer sich radial ändert.
Insbesondere bei der Belackung treten in den vom Mittelpunkt des
Wafers entfernten Bereichen veränderte
Homogenitäten
auf. Wird wie bisher eine einheitliche Empfindlichkeit über den
gesamten Radius des Wafers für
die Bewertung von Bildern der aufgenommenen Wafer verwendet, so
kommt es vor, dass die Abweichungen am Rand immer, jedoch Defekte
im Inneren (nahe am Mittelpunkt des Wafers) nicht detektiert werden.
Wird eine hohe Empfindlichkeit gewählt, um Defekte in homogenen
Gebieten sicher zu detektieren, so treten in den Randbereichen verstärkte Fehldetektionen
auf, da die inhomogenen Randbereiche nicht immer als Fehler zu bewerten
sind. Um dies zu verhindern, kann man die Randbereiche komplett
ausklammern. Jedoch werden dann dort keine echten Fehler gefunden.
Wählt man
dagegen eine geringere Empfindlichkeit so kommt es zwar zu keinen
Fehldetektionen mehr, jedoch können
Fehler in den homogenen Gebieten nicht gefunden werden.
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Die
deutsche Patentanmeldung
DE
103 31 686.8 A1 offenbart ein Verfahren zur Bewertung von aufgenommenen
Bildern von Wafern oder anderen scheibenförmigen Objekten. Dem Aufnehmen
des Bildes mindestens eines Referenzwafers schließt sich
das Ermitteln und Darstellen der radialen Verteilung der Messwerte
des Referenzwafers als eine radiale Homogenitätsfunktion auf einem Userinterface an.
Ein radial abhängiges
Empfindlichkeitsprofil wird unter Berücksichtigung der gemessenen
radialen Homogenitätsfunktion
des Referenzwafers verändert.
Mindestens ein Parameter des Empfindlichkeitsprofils wird variiert,
wodurch ein erlerntes Empfindlichkeitsprofil visuell aus dem Vergleich
mit der radialen Homogenitätsfunktion
bestimmt wird. Dieses Verfahren zeigt ebenfalls kein Bild des gesamten
Wafers, an Hand dessen dann das Bild oder die Bilder bezüglich der
Defekte bewertet werden.
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Das
U.S. Patent 7,065,460 offenbart
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Inspektion von Halbleiterbauelementen.
Mit der Vorrichtung werden die elektrischen Eigenschaften des Halbleiterprodukts
untersucht. Den aus der Untersuchung gewonnenen Messergebnissen
werden zur Darstellung auf einem Display unterschiedliche Farben
zugeordnet.
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Die
anschauliche Darstellung von Messgrößen in Form von Kurven in Diagrammen
ist nur für eine
Dimension der Verteilung der Messpunkte sinnvoll. Sind die Messpunkte
räumlich
verteilt, so müssen
sie durch eine Abbildung auf eine Dimension reduziert werden. Dadurch
geht Information verloren. Auch eine Darstellung in einem 3-D Plot
liefert nicht immer eine anschauliche Darstellung, da es zu Überdeckungen
kommt. Ein Zusammenhang zwischen Ausgangsinformationen und Messgrößen ist
nur schwer möglich.
Die Darstellung in Form von Zahlen lässt keine Rückschlüsse auf die räumliche
Verteilung der Messwerte zu.
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Zur
Verbesserung der Abbildungsgüte
der optisch erfassten Waferoberflächen sind seit einiger Zeit
Bildbearbeitungsverfahren bekannt, mit denen die Ergebnisbilder
bearbeitet werden können,
um die nachträgliche
Beurteilung zu erleichtern und um die Entscheidungsfindung für den Operator
zuverlässiger
und weniger fehlerträchtig
zu machen. Allerdings verzögern
die nachträglichen
Bildverarbeitungsverfahren die Verarbeitungs- und Inspektionsgeschwindigkeit,
da die Bildaufnahme und die Bildbearbeitung zeitlich und ggf. auch örtlich getrennt
sind. Eine schnelle Beurteilung der erfassten Bilder kann aus diesem
Grund oftmals nicht stattfinden. Wurden bspw. Waferoberflächen gefunden,
die eine Weiterverarbeitung der betroffenen Wafer zumindest teilweise
als fragwürdig
erscheinen lassen, muss unter Umständen der Produktionsprozess
angehalten werden, um die nachträgliche
Beurteilung der Bilder abzuwarten. Die Erstellung und Optimierung
von Rezepten wird auf diese Weise erschwert.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird daher darin gesehen, ein
verbessertes Verfahren zur optischen Inspektion und Fehlererkennung anzugeben,
das eine beschleunigte Defekterkennung bei gleich bleibend hoher
Zuverlässigkeit
in der Defekterkennung erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren zur optischen Inspektion und Visualisierung von optischen
Messwerten aus mindestens einem Bild eines scheibenförmigen Objektes
gelöst, das
die folgenden Schritte umfasst: Zunächst wird mindestens ein Bild
des mindestens einen scheibenförmigen
Objektes aufgenommen, wobei aus dem mindestens einen aufgenommenen
Bild eine Vielzahl von optischen Messwerten erzeugt werden. Anschließend wird
ein Ergebnisbild erzeugt, wobei einem Bereich der Fläche des
scheibenförmigen
Objektes, dessen optische Messwerte innerhalb eines vorbestimmten
Intervalls liegen, ein Farb- oder Helligkeitswert zugeordnet wird,
der aus einer vorbestimmten Palette ausgewählt wird. Schließlich wird wenigstens
ein Abbildungsparameter in Abhängigkeit der
erfassten und ausgewerteten optischen Messwerte und/oder in Abhängigkeit
einer visuellen Kontrolle des Ergebnisbildes durch eine Bedienperson variiert.
Dieser Abbildungsparameter kann bspw. ein Kontrast, eine Helligkeit,
eine Gammakorrektur, eine Farbbalance und/oder eine Farbsättigung
des Ergebnisbildes sein. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest einer der Parameter manuell
oder programmgesteuert variiert werden kann. Wahlweise können auch
mehrere oder alle Parameter manuell oder programmgesteuert variiert werden.
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Die
gewünschte
oder sinnvolle Modifikationen der Bilddaten kann von der zuständigen Bedienperson
zuvor eingestellt oder automatisch ausgewählt werden. So können von
einem Prozessingenieur bspw. verschiedene Parameter definiert werden, mit
denen die kritischen Defekte des zu untersuchenden Prozessschrittes
optimal sichtbar gemacht werden können. Diese Parameter können insbesondere der
Kontrast, die Helligkeit, die Gammakorrektur, die Farbbalance sowie
die Farbsättigung
sein. Mit Hilfe dieses Parametersatzes kann der Operator das Ergebnisbild
so verändern,
dass eine visuelle Beurteilung besser und zuverlässiger erfolgen kann.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das aufgenommene Bild
des scheibenförmigen Substrats
und das Ergebnisbild auf einem Display eines Systems zur optischen
Inspektion eines scheibenförmigen
Substrats dargestellt werden, wobei zur Beurteilung von Fehlern
auf dem scheibenförmigen Substrat
zwischen dem aufgenommenen Bild des scheibenförmigen Substrats und dem Ergebnisbild umgeschaltet
werden kann. Die Wahl der Parameter zur Bildbeeinflussung ist dem
Benutzer selbst überlassen.
Weiterhin ist es sinnvoll, wenn zwischen einer unmodifizierten und
einer modifizierten Anzeige mit variierten Abbildungsparametern
umgeschaltet werden kann. Auf diese Weise kann der Benutzer die
Parameter zur Bildbeeinflussung je nach Bedarf und Erkennbarkeit
der zu erfassenden Fehlstellen individuell anpassen.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das scheibenförmige Objekt
auf einem Tisch aufgelegt ist, wobei der Tisch in einer ersten Richtung X
und einer zweiten Richtung Y verfahren wird, dass eine Bildaufnahmeeinrichtung
vorgesehen ist, wobei ein Bildfeld der Bildaufnahmeeinrichtung kleiner
ist als die gesamte Oberfläche
des scheibenförmigen Substrats,
und dass zur Aufnahme der gesamten Oberfläche des scheibenförmigen Substrats
das scheibenförmige
Substrat mit der Bildaufnahmeeinrichtung meanderförmig abgescannt
wird.
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Vorzugsweise
besitzt das Ergebnisbild die gleiche Form wie das aufgenommene Bild
des scheibenförmigen
Objekts. Das scheibenförmige
Objekt kann insbesondere ein Flat-Panel-Display sein. Das scheibenförmige Objekt
ist typischerweise ein Wafer oder ein anderes Halbleiterelement.
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Die
gezeigte Aufbereitung des Bildes verbessert das Signal/Rausch-Verhältnis allerdings nicht.
Deshalb sollte die Aufbereitung auch nicht vor der eigentlichen
Fehlerdetektion durchgeführt
werden. Dagegen kann es vorkommen, dass die Aufbereitung des Bildes
zu einer Wertebereichsüberschreitung,
also zu Sättigung
bestimmter Bildbereiche führt,
die sich aber im Zusammenhang der visuellen Beurteilung der Defektstellen
in Kauf nehmen lassen.
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Um
die Beurteilung des Originalbildes zu ermöglichen, kann vorzugsweise
jederzeit zwischen der Originaldarstellung und der aufbereiteten
Ansicht umgeschaltet werden. Somit können auch Bildbereiche beurteilt
werden, die durch die Aufbereitung gesättigt und damit weniger deutlich
sind. Das Originalbild wird dabei nicht verändert.
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Im
Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die
Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Systems zur Detektion von Fehlern
auf Wafern oder scheibenförmigen
Substraten;
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2a zeigt
eine Darstellung der Art der Aufnahme der Bilder oder Bilddaten
eines Wafers;
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2b zeigt
eine schematische Draufsicht auf einen Wafer;
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3 zeigt
eine Bildschirmdarstellung einer optisch erfassten Waferoberfläche ohne
Kontrastverstärkung;
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4 zeigt
die Bildschirmdarstellung der Waferoberfläche gemäß 1, jedoch
mit Kontrastverstärkung.
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Die
schematische Darstellung der 1 zeigt
ein System 1 zur Detektion von Fehlern auf Wafern. Das
System 1 besteht z. B. aus mindestens einem Kassettenelement 3 für die Halbleitersubstrate bzw.
Wafer. In einer Messeinheit 5 werden Bilder bzw. Bilddaten
von den einzelnen Wafern aufgenommen. Zwischen dem Kassettenelement 3 für die Halbleitersubstrate
bzw. Wafer und der Messeinheit 5 ist ein Transportmechanismus 9 vorgesehen.
Das System 1 ist von einem Gehäuse 11 umschlossen, wobei
das Gehäuse 11 eine
Grundfläche 12 definiert. Im
System 1 ist ferner ein Computer 15 integriert,
der die Bilder bzw. Bilddaten von den einzelnen gemessenen Wafern
aufnimmt und verarbeitet. Das System 1 ist mit einem Display 13 und
einer Tastatur 14 versehen. Mittels der Tastatur 14 kann
der Benutzer Dateneingaben zur Steuerung des Systems oder auch Parametereingaben
zur Auswertung der Bilddaten von den einzelnen Wafern machen. Auf
dem Display 13 werden dem Benutzer des Systems mehrere
Benutzerinterfaces dargestellt.
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Die
Darstellung der 2a zeigt eine schematische Ansicht
der Art und Weise, wie von einem Wafer 16 die Bilder und/oder
Bilddaten erfasst werden. Der Wafer 16 ist auf einem Tisch 20 aufgelegt, der
im Gehäuse 11 in
einer ersten Richtung X und einer zweiten Richtung Y verfahrbar
ist. Die erste und die zweite Richtung X, Y sind senkrecht zueinander angeordnet. Über der
Oberfläche 17 des
Wafers 16 ist eine Bildaufnahmeeinrichtung 22 vorgesehen,
wobei das Bildfeld der Bildaufnahmeeinrichtung 22 kleiner
ist als die gesamte Oberfläche 17 des
Wafers 16. Um die gesamte Oberfläche 17 des Wafers 16 mit
der Bildaufnahmeeinrichtung 22 zu erfassen, wird der Wafer 16 meanderförmig abgescannt.
Die einzelnen nacheinander erfassten Bildfelder werden zu einem gesamten
Bild der Oberfläche 17 eines
Wafers 16 zusammengesetzt. Dies geschieht ebenfalls mit
dem im Gehäuse 11 vorgesehenen
Computer 15. Um eine Relativbewegung zwischen dem Tisch 20 und
der Bildaufnahmeeinrichtung 22 zu erzeugen, wird in diesem
Ausführungsbeispiel
ein X-Y-Scanningtisch verwendet, der in den Koordinatenrichtungen
X und Y verfahren werden kann. Die Kamera 23 ist hierbei
gegenüber
dem Tisch 20 fest installiert. Selbstverständlich kann
auch umgekehrt der Tisch 2 fest installiert sein und die
Bildaufnahmeeinrichtung 22 für die Bildaufnahmen über den
Wafer 16 bewegt werden. Auch eine Kombination der Bewegung
der Kamera 23 in eine Richtung und des Tisches 20 in
der dazu senkrechten Richtung ist möglich.
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Der
Wafer 16 wird mit einer Beleuchtungseinrichtung 23 beleuchtet,
die zumindest Bereiche auf dem Wafer 16 beleuchtet, die
dem Bildfeld der Bildaufnahmeeinrichtung 22 entsprechen.
Durch die konzentrierte Beleuchtung, die zudem auch mit einer Blitzlampe
gepulst sein kann, sind Bildaufnahmen on-the-fly möglich, bei
denen also der Tisch 20 oder die Bildaufnahmeeinrichtung 22 ohne
für die
Bildaufnahme anzuhalten verfahren werden. Dadurch ist ein großer Waferdurchsatz
möglich.
Natürlich
kann auch für
jede Bildaufnahme die Relativbewegung zwischen Tisch 20 und
Bildaufnahmeeinrichtung 22 angehalten werden und der Wafer 16 auch
in seiner gesamten Oberfläche 17 beleuchtet
werden. Der Tisch 20, die Bildaufnahmeeinrichtung 22 und
die Beleuchtungseinrichtung 23 werden vom Computer 15 gesteuert.
Die Bildaufnahmen können
durch den Computer 15 in einem Speicher 15a abgespeichert
und gegebenenfalls auch von dort wieder aufgerufen werden.
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2b zeigt
die Draufsicht auf einen Wafer 16, der auf einen Tisch 20 aufgelegt
ist. Der Wafer 16 besitzt einen Mittelpunkt 25.
Auf dem Wafer 16 werden Schichten aufgetragen, die dann
in einem weiteren Arbeitsgang strukturiert werden. Ein strukturierter Wafer
umfasst eine Vielzahl von strukturierten Elementen.
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Die 3 zeigt
eine Bildschirmdarstellung einer Waferoberfläche 30, die mehrere
Defektstellen 32 und 34 aufweist, die jeweils
mit einer ellipsenförmigen
Umrandung gekennzeichnet sind. Im vorliegenden Zusammenhang sollen
lediglich die beiden größeren Defektstellen 32 am
oberen rechten Rand der runden Waferoberfläche 30 sowie 34 am
unteren rechten Rand betrachtet werden. Die kleineren Fehlstellen
im mittleren rechten Randbereich werden hier nicht näher betrachtet,
wenngleich das erfindungsgemäße Verfahren
auch diese Fehlstellen besser erkennbar machen kann. Während die
obere 32 der beiden größeren Fehlstellen
mittels der gezeigten Darstellung noch gut erkennbar und einer weiteren Auswertung
ohne Probleme zugänglich
ist, können hinsichtlich
der Ausprägung
und Ausdehnung der unteren Fehlstelle 34 Zweifel beim Betrachter
und/oder beim verwendeten Bildverarbeitungsprogramm auftreten. Bei
der nur schwach erkennbaren unteren Defektstelle 34 kann
es notwendig sein, die Waferverarbeitung anzuhalten, um die Ausdehnung
und das Vorhandensein der Fehlstelle eindeutig zu klären, da andernfalls
die Gefahr besteht, dass auch die fehlerhaften Bereiche belichtet
und weiteren Prozessschritten unterzogen und ggf. zu spät als defekt
ausgesondert werden.
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Die
Bildschirmdarstellung der 4 verdeutlicht
eine Abbildung der Waferoberfläche 30,
bei der die Defektstellen 32, 34 jeweils mittels
einer Kontrastverstärkung hervorgehoben
sind. Während
die obere Defektstelle 32 am rechten oberen Waferrand nun noch
deutlicher wird, tritt die untere Defektstelle 34 am rechten
unteren Waferrand nun erst deutlich hervor, so dass damit zweifelsfrei
das Vorhandensein und die Ausdehnung der Defektstelle 34 bestimmt werden
kann.
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Die
in 4 dargestellte verbesserte Bildschirmdarstellung
der Defektstellen 32 und 34 auf der Waferoberfläche 30 kann
wahlweise auch durch andere Modifikationen der Bilddaten gewonnen
werden, die von der zuständigen
Bedienperson zuvor eingestellt oder automatisch ausgewählt werden
können.
So können
von einem Prozessingenieur verschiedene Parameter definiert werden,
mit denen die kritischen Defekte des zu untersuchenden Prozessschrittes
optimal sichtbar gemacht werden können. Diese Parameter können insbesondere
der Kontrast, die Helligkeit, die Gammakorrektur, die Farbbalance sowie
die Farbsättigung
sein. Mit Hilfe dieses Parametersatzes kann der Operator das Ergebnisbild
so verändern,
dass eine visuelle Beurteilung besser und zuverlässiger erfolgen kann.
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Die
gezeigte Aufbereitung des Bildes verbessert das Signal/Rausch-Verhältnis allerdings nicht.
Deshalb sollte die Aufbereitung auch nicht vor der eigentlichen
Fehlerdetektion durchgeführt
werden. Dagegen kann es vorkommen, dass die Aufbereitung des Bildes
zu einer Wertebereichsüberschreitung,
also zu Sättigung
bestimmter Bildbereiche führt,
die sich aber im Zusammenhang der visuellen Beurteilung der Defektstellen
in Kauf nehmen lassen.
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Um
die Beurteilung des Originalbildes zu ermöglichen, kann vorzugsweise
jederzeit zwischen der Originaldarstellung und der aufbereiteten
Ansicht umgeschaltet werden. Somit können auch Bildbereiche beurteilt
werden, die durch die Aufbereitung gesättigt und damit weniger deutlich
sind. Das Originalbild wird dabei nicht verändert.