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Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Inspektion von Testsubstraten mittels einer Inspektionseinheit eines Probers. Es betrifft insbesondere die Inspektion von Testsubstraten, die gröber sind als das Sichtfeld der Inspektionseinheit, so dass zur Inspektion des gesamten Testsubstrats oder außerhalb des Sichtfeldes liegender Bereiche des Testsubstrats der zu inspizierende Bereich mittels einer Bewegungsvorrichtung des Probers im Sichtfeld positioniert werden muss.
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Bekanntermaßen werden die unterschiedlichsten Testsubstrate hinsichtlich verschiedener Eigenschaften geprüft oder speziellen Test unterzogen. Dabei können die Testsubstrate in verschiedenen Fertigungs- und Integrationsstufen vorliegen. So werden Tests von Halbleiterchips, Hybridbauelementen, mikromechanische sowie mikrooptischen Bauelementen und dergleichen durchgeführt, die sich noch im Waferverbund befinden oder vereinzelt oder bereits in mehr oder weniger komplexen Schaltungen integriert sind. Nachfolgend soll als Testsubstrat jene Komponente bezeichnet sein, die jeweils zu inspizieren ist. Dies kann sowohl ein ganzer Wafer sein als auch dessen einzelne Bauelemente oder bereits vereinzelte Bauelemente, je nach der aktuellen Inspektionsaufgabe. Dabei ist es gleichermaßen möglich, dass zunächst ein einzelnes Bauelement eines Wafers und anschließend ein weiteres zu inspizieren ist und zwar jeweils unter Anwendung des gleichen Inspektionsverfahrens einmal auf das einzelne Bauelement und zum anderen auf den gesamten Wafer.
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Zur Prüfung und Inspektion von Testsubstraten werden Prüfstationen verwendet, die einen Chuck mit einer Oberfläche zur Aufnahme von Testsubstraten umfassen. Der Chuck ist mittels einer Bewegungsvorrichtung meist zumindest in X- und Y-Richtung verfahrbar. Die Prüfstation weist weiterhin eine Inspektionseinheit auf, eine Kamera und/oder ein Mikroskop, mit der die Testsubstrate inspiziert werden können. Dies erfolgt z. B. vor oder während der Kontaktierung der Kontaktpads der Testsubstrate durch Sondenspitzen.
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Bei der manuellen Inspektion von Strukturen von Testsubstraten ist infolge des beschränkten Sichtfeldes der Inspektionseinheit meist nur ein Teil des gesamten Wafers oder auch nur ein Teil des Testsubstrats sichtbar. Die Größe des Abbildes hängt zum einen von Größe und Auflösung des in der Inspektionseinheit vom verwendeten Objektiv und/oder vom eingesetzten Sensors ab. Umso größer die Objektivvergrößerung, je kleiner der in einer Abbildung darzustellende Bereich des Testsubstrats, allgemein als Bildfeld bezeichnet. Bei einer nur teilweisen Darstellung des Testsubstrats muss die Inspektionseinheit vom Bediener der Prüfstation, dem Operator, relativ zum Chuck so positioniert werden, dass der für die Inspektion interessante Teil in ihrem Blickfeld ist.
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Die Positionierung der Inspektionseinheit relativ zum Chuck erfolgt häufig allein durch eine Bewegung des Chucks. Alternativ sind aber auch Prober bekannt, deren Inspektionseinheit beweglich ist, so dass auch Chuck und Inspektionseinheit zueinander oder nur die Inspektionseinheit zum Chuck zugestellt werden. Nachfolgend soll die Beschreibung beispielhaft anhand der Bewegung allein des Chucks beschrieben sein. Eine Beschränkung auf eine solche Positionierung zu Inspektionszwecken ist damit nicht beabsichtigt.
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Liegen zu inspizierende Strukturen ein und desselben Testsubstrats räumlich weit auseinander, so passen sie nicht mehr gleichzeitig in das Bildfeld der Inspektionseinheit. Der Operator muss die erforderlichen Positionen manuell anfahren. Dieser Vorgang ist zeitaufwändig und insbesondere bei häufiger Wiederholung monoton. Schnelles manuelles inspizieren eines Testsubstrats ist nur insoweit möglich, wie die zu inspizierenden Strukturen nah beieinander bzw. innerhalb des Bildfeldes liegen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Bildfeld einer Inspektionseinheit eines Probers zu erweitern und die Navigation auf dem Testsubstrat während der Inspektion zu verbessern.
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Es ein Inspektionsverfahren angegeben, mit dem das Bildfeld der Inspektionseinheit virtuell erweitert wird, indem ein virtuelles Übersichtsbild des Testsubstrats oder zumindest eines Teils davon erstellt wird. Das Übersichtbild wird durch zweidimensionale Aneinanderreihung von mittels einer Kamera aufgenommenen Bildern erhalten, so genannte Kachelung, die an verschiedenen Positionen des Chucks aufgenommen wurden. Die einzelnen Kacheln des Übersichtbildes können entweder in verschiedenen Chuckpositionen innerhalb der X-Y-Ebene aufgenommen sein. Sie können aber auch Sprünge in Z-Richtung umfassen, je nach Struktur des Testsubstrats und Ziel der Inspektion.
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Dieses aus Einzelbildern zusammengesetzte Übersichtsbild ist ein Standbild, das erst durch explizite Nutzerinteraktion aktualisiert wird. Es dient als Referenz für die weitere Navigation für die Inspektionseinheit, z. B. im Rahmen der Einstellung oder Inspektion der Kontaktposition der Sondenspitzen. Die Größe des virtuellen Bildfeldes des Übersichtsbilds wird dabei so gewählt, dass auf einem Testsubstrat, das größer ist als der mit der Inspektionseinheit abbildbare Bildausschnitt, mit ausreichender Genauigkeit grob navigiert werden kann. Die Feinpositionierung erfolgt dann im Live-Bild, das nach dem Anfahren der im Übersichtsbild ausgewählten Position gewonnen wird.
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Zur Herstellung des Übersichtsbildes werden die interessierenden Chuckpositionen angefahren. In jeder Position wird ein Einzelbild aufgenommen, diesem die jeweiligen X- und Y-Koordinaten der Chuckposition und gegebenenfalls auch Z-Koordinaten und Skalierungsdaten zugeordnet und das Bild in Verbindung mit diesen Daten im Speicher der Steuereinheit des Probers gespeichert. Die Aufnahme der Einzelbilder kann auf verschiedene Weise erfolgen. So ist eine automatisierte Aufnahme mit voreinstellbaren Positionierungsschritten des Chucks innerhalb eines zuvor, z. B. manuell, begrenztem Bereich auf dem Testsubstrat möglich. Dies kann insbesondere dann erfolgen, wenn regelmäßige Strukturen auf dem Testsubstrat zu inspizieren sind, wie z. B. Kontaktpadreihen oder Kontaktpadarrays. Auch manuelles Positionierungen zur Aufnahme jedes Bildes oder eine Kombination von beidem sind möglich. Die aufzunehmenden Einzelbilder können unmittelbar aneinander anschließend den interessierenden Bereich des Testsubstrats vollständig abbilden oder nur ausgewählte Bereiche davon.
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Die Einzelbilder mit den zugehörigen Daten werden nachfolgend als Kacheln bezeichnet. Aus diesen Kacheln wird anhand von Kriterien, die für die jeweilige Inspektionsaufgabe günstig ist, das Übersichtsbild zusammengesetzt. Meist werden diese Kriterien durch den räumlichen Zusammenhang der einzelnen Kacheln bedingt sein.
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Alternativ können aber auch funktionelle Zusammenhänge, die sich aus den Bildinhalten ergeben, maßgeblich für die Aneinanderreihung der einzelnen sein. In jedem Fall aber erfolgt das Zusammenfügen der Kacheln auf der Basis der Koordinaten ohne Berücksichtigung des Bildinhaltes. Aus letzterem folgt, dass auch keine Positionierungsfehler in der gewünschten Chuckposition oder Objektivverzeichnungen berücksichtigt werden, die Bilderkennungsverfahren erfordern würden.
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Ein Anhaltspunkt für die Anzahl der Kacheln je Übersichtsbild ist neben der Inspektionsaufgabe auch der Speicherbedarf, wobei zu berücksichtigen ist, dass sowohl die einzelnen Kacheln als auch das Übersichtsbild zumindest kurzzeitig parallel vorgehalten werden müssen und das Übersichtsbild auch in der vollen Auflösung gespeichert werden kann. So kann es hilfreich sein, die Bilder nur in Schwarz-Weiß zu speichern, da sich bei farbigen Bildern sowohl der Rechen- und damit verbundenen Zeitaufwand als auch der Speicherbedarf vervielfacht. Eine Verminderung des Speicherbedarfs kann alternativ oder ergänzend auch durch eine Abwärtsskalierung der Auflösung der Einzelbilder erfolgen. Dies hat auf die spätere Inspektion keinen Einfluss, da die Kacheln lediglich der Navigation dienen und die Inspektion nach dem Anfahren der mit der Kachel verbundenen Koordinaten am dann erhaltenen Abbild, dem Live-Bild erfolgt.
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Das Übersichtsbild wird auf einem Display der Steuereinheit des Probers angezeigt, vorzugsweise gemeinsam mit dem aktuellen, mit der Inspektionseinheit zu gewinnenden Live-Bild des Testsubstrats. Mittels eines Cursors, entweder einem Mauszeiger, einem Fadenkreuz oder ähnlichem, kann der Operator im Übersichtsbild jede der Kacheln auswählen und aktivieren. Auf eine Aktivierung einer Kachel hin wird in der Steuereinheit ein Signal an die Bewegungsvorrichtung generiert, welches das Anfahren jener Chuckposition bewirkt, in welcher die aktivierte Kachel aufgenommen wurde.
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Bei dieser so genannten statischen Positionierung beziehen sich Koordinaten und Daten der aktivierten Kachel stets auf den für die Erstellung des Übersichtsbildes aufgenommenen Bereich des Testsubstrats, unabhängig davon wie weit die aktuelle Position von der Aufnahmeposition der Kachel entfernt ist.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung, der so genannten dynamischen Positionierung, werden die Koordinaten der Kacheln des Übersichtbildes auf regelmäßig wiederkehrende, vergleichbare Teilstrukturen des Testsubstrats übertragen, indem die Schrittweite der Wiederholung der Teilstruktur auf die Koordinaten jeder Kachel des Übersichtsbildes angerechnet wird. Dabei wird jede Koordinate jeder Kachel um ein Mehrfaches der Werte in X-, Y und gegebenenfalls auch Z-Richtung korrigiert, die die Lage zweier benachbarter Teilstrukturen zueinander definieren. Anhand des Vergleichs der aktuellen Position mit dem Aufnahmebereich des Übersichtsbildes ist die Anzahl der Wiederholungen der Teilstruktur zu ermitteln, die zwischen beiden Positionen liegen, und somit wie oft und in welche Richtungen die Korrekturen der X-, Y- und Z-Koordinaten anzuwenden sind. Der Aufnahmebereich des Übersichtsbildes ist z. B. anhand einer Referenzkachel zu definieren.
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Auf diese Weise ist sowohl eine Wiederholung in nur einer Richtung als auch in mehreren Richtungen zu berücksichtigen. Zudem ist auch diese Erweiterung der Navigation auf eine Vielzahl von vergleichbaren Strukturen, z. B. bei Bauelementen im Waferverbund, auch ohne Bilderkennung anwendbar. Die aktuelle Position ist allein aus dem Koordinatenvergleich zu ermitteln, wenn das Schrittmaß der Wiederholungen bekannt ist oder zuvor ermittelt wurde. Damit ist eine Navigation in der Umgebung des Live-Bildes und auf die dort abgebildete Teilstruktur möglich, auch wenn sich die Inspektionseinheit außerhalb des Bereiches des Übersichtsbilds befindet. Mit jeder Aktivierung einer Kachel im Übersichtsbild wird automatisch in eine Position innerhalb der aktuellen, d. h. im Live-Bild abgebildeten Teilstruktur umgerechnet. Auch eine Navigation im Umfeld des Live-Bildes ist grundsätzlich möglich, setzt allerdings voraus, dass das Übersichtsbild eine komplette Teilstruktur erfasst hat.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt
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1 ein aus vier mal vier Kacheln zusammengesetztes Übersichtsbild;
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2A und 2B ein reales Übersichts- und Live-Bild mit den Bilddaten gemäß 1;
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3 ein reales Übersichtsbild mit im Vergleich zu 2A größerem Bildfeld;
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4 einen Wafer mit einem Raster von Bauelementen als sich wiederholende Teilstrukturen, mit räumlicher Zuordnung eines Übersichtsbilds und dazu benachbarten Teilstrukturen;
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5 eine Anzeige eines Übersichtsbilds und eines Live-Bilds.
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1 stellt ein Übersichtsbild 1 dar, welches von einem Chip 2, im Ausführungsbeispiel das zu inspizierende Testsubstrat 2, erstellt ist. Der Chip 2 ist Teil eines Wafers 3, der eine Vielzahl von Chips 2 umfasst. Sofern der Wafer 3 oder zu inspizieren wäre, würde der Wafer 3 entsprechend der eingangs dargelegten Terminologie gleichermaßen ein Testsubstrat 2 sein.
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Die 16 Einzelbilder 4 werden nacheinander von dem Chip 2 aufgenommen, indem für jedes Einzelbild 4 der Wafer 3 entsprechend neu positioniert wird. Jedes Einzelbild 4 wird zusammen mit den Positionskoordinaten, bei welchem das Einzelbild 4 aufgenommen wurde, und der Bildauflösung gespeichert. Die gespeicherten Einzelbilder 4 werden mit einer geeigneten Software zum Übersichtsbild 1 zusammengefügt und können dem Operator eines Probers auf einem Display angezeigt werden.
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Das Übersichtsbild 1 wurde aus vier mal vier Kacheln erstellt, deren Einzelbilder einander leicht überlappend den gesamten Chip 2 darstellen, was durch die verkleinerte Kopie des Übersichtsbildes 1 auf dem Wafer 3 in Verbindung mit den Verbindungslinien verdeutlicht sein soll.
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Die Einzelbilder
4 haben jeweils eine Auflösung von 2048×2048 Pixeln. Die genauen Daten können der folgenden Tabelle entnommen werden:
| Auflösung | 6971×6964 |
| Anzahl der Kacheln | 16 |
| Auflösung der Kacheln | 2048×2048 |
| Bildfeld des Live-Bilds | 3×3 mm2 |
| Farbmodus | S/W |
| Größe eines Pixels | 1,5 μm |
| Objektiv | 5x |
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Auf Basis der Größe eines Live-Bilds mit 3 mal 3 mm ergibt sich für die gewählte Kachelung ein theoretisches Bildfeld von 12 mal 12 mm2. Der Unterschied zur tatsächlichen Bildfeldgröße von im Ausführungsbeispiel 10 mal 10 mm2 liegt an der Überlappung 5 der Einzelbilder 4, die hier mit ca. 20% vorgenommen wurde. Die Bildinformationen in überlappende Bildbereichen werden entweder übergeblendet oder exklusiv kombiniert, gegebenenfalls parametriert.
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Ein reales Übersichtsbild 1 mit einer vergleichbaren Kachelung und Auflösung ist in 2A dargestellt. Die Einzelbilder 4 fügen sich fast nahtlos aneinander. Mittels einer geeigneten Überlappung der Einzelbilder 4 sind Randeffekte am Einzelbild 4, die z. B. die Darstellung im Randbereich beeinflussen, minimierbar. Im Ausführungsbeispiel wurden die Einzelbilder 4 nicht herunterskaliert, so dass die hohe Auflösung auch in den Details des Übersichtsbildes 1 erhalten bleibt. Der besseren Darstellung in 2A wegen sind jedoch nicht alle 16 Einzelbilder 4 dargestellt.
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2B stellt eine Detailaufnahme aus der Mitte des Übersichtsbildes 1 gemäß 2A dar. Die Strukturen des Testsubstrats 1 sind deutlich und scharf abgebildet.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß
3 wurde ein deutlich gröberes Bildfeld im Übersichtsbild 1 dargestellt. Es setzt sich aus 50 mal 50 Einzelbildern
4 zusammen und ergibt eine Bildfeldgröße von 150 mal 150 mm
2, in diesem Fall ohne Überlappung. Um die Gesamtauflösung des Übersichtsbilds
1 zur Einsparung von Speicherkapazität und Rechenzeit möglichst klein zu halten wurden die Einzelbilder
4 diesmal stark herunterskaliert. Die Daten können der folgenden Tabelle entnommen werden:
| Auflösung | 6870×6876 |
| Anzahl der Kacheln | 2500 |
| Auflösung der Kacheln | 135×135 |
| Bildfeld des Live-Bilds | 3×3 mm2 |
| Farbmodus | S/W |
| Größe eines Pixels | ca. 22 μm |
| Objektiv | 5x |
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Aufgrund der in diesem Ausführungsbeispiel geringeren Detailauflösung, würde ein Einzelbild 4 nur deutlich unschärfere Konturen des Testsubstrats 2 ergeben, die jedoch noch ausreichend währen, um z. B. Kontaktpads zu erkennen. Bei entsprechend geringer Strukturauflösung, ausreichender Speicherkapazität und Rechenzeit wäre auch eine vollständige Abbildung eines Wafers 3 im Übersichtsbild 1 möglich.
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4 zeigt einen Wafer gemäß 1, bei welchem von einem der Chips 2 ein Übersichtsbild 1 aus zwei mal zwei Kacheln 4 mit einer Überlappung 5 erstellt wurde. Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 wird dieses Übersichtsbild 1 durch die oben beschriebene dynamische Positionierung auch auf andere, nicht für die Erstellung des Übersichtsbilds 1 verwendete Chips 2 des Wafers 3 zur Navigation angewendet. Zur Unterscheidung der Ausgangsposition, in welcher das Übersichtsbild 1 aufgenommen wurde, von den späteren Positionen wo das gleiche Übersichtsbild 1 lediglich auf die sich wiederholenden, vergleichbar strukturierten Chips 2 auf dem Wafer 3 angewendet wird, ist erstere Position mit einer durchgezogenen Linie umrandet, wohingegen alle anderen Positionen eine gestrichelte Umrandung aufweisen.
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Bei der dargestellten dynamischen Positionierung eines Chips 2 zu Inspektionszwecken wird der Wafer 3 mittels der Bewegungsvorrichtung des Chucks des Probers (nicht dargestellt) relativ zur stationären Inspektionseinheit (nicht dargestellt), vorliegend einer Kamera, soweit bewegt, dass das Sichtfeld 6 der Kamera entfernt von dem Bereich des aufgenommenen Übersichtsbildes 1 liegt. In der Darstellung gemäß 4 ist der besseren Übersicht wegen das Sichtfeld 6 gegenüber dem Wafer 3 verschoben dargestellt.
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Nachdem das Übersichtsbild 1 im unteren Bereich des Wafers 3 aufgenommen und der Wafer 3 so weit verfahren wurde, dass sich das Sichtfeld 6 im oberen Bereich des Wafers 3 befindet, würde eine statische Positionierung dazu führen, dass auf eine Auswahl und Aktivierung einer der vier Kacheln 4 des Übersichtsbildes 1 der Wafer 3 automatisch so zurückgefahren würde, dass die aktivierte Kachel 4 des ursprünglich aufgenommenen Chips 2 genau im Sichtfeld 6 der Kamera liegt.
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Bei der dynamischen Positionierung wird aus der Differenz der aktuell angefahrenen Position unter dem Sichtfeld der Kamera, dessen X- und Y-Koordinaten bekannt sind, und den Positionskoordinaten der aktivierten Kachel 4 ermittelt, wie viele Chips 2 zwischen diesen beiden Positionen sowohl in X- als auch in Y-Richtung liegen. Aus der Kenntnis der Größe eines jeden Chips in X- und in Y-Richtung werden die Koordinaten der aktivierten Kachel 4 auf jene des Chips 2 umgerechnet, der sich in unmittelbarer Umgebung des Sichtfeldes 6 befindet, d. h. bei dem sich die größte Überschneidung mit dem Sichtfeld 6 ergibt. Diese größte Überschneidung kann z. B. ermittelt werden, indem festgestellt wird, über welchem Chip 2 sich das Zentrum des Sichtfeldes 6 befindet.
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Nachdem der angefahrene Chip 2 den Kacheln 4 des Übersichtsbilds 1 neu zugeordnet ist, wird die korrigierte Kachel 4 dieses Chips 2 angefahren. Auf diese Weise kann zunächst grob ein Bereich auf dem Wafer 3 angefahren und dort das Übersichtsbild 1 auf die im Umkreis des Sichtfeldes 6 befindlichen Chips 2 angewendet werden, um dort zu navigieren. In 4 wurde diese dynamische Positionierung in mehreren voneinander deutlich beabstandeten Bereichen eines Wafers 3 wiederholt.
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5 stellt die Anzeige eine Übersichtsbildes 1 und eines Live-Bildes 7 auf einem Display 10. Das Übersichtsbild 1 ist aus 4 Kacheln zusammengesetzt. Da das Live-Bild 7 jenes ist, welches in der aktuellen Position mit der Kamera aufnehmbar ist, entspricht es dem Sichtfeld der Kamera gemäß 4.
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Im Übersichtsbild 1 auf der Anzeige wird mittels eines Fadenkreuzes 11, welches als Cursor dient, das aktuelle Sichtfeld 6 der Kamera, d. h. der inspizierbare Bereich eines Testsubstrats 2 dargestellt. In 5 ist dies ein Ausschnitt aus einem Chip 2. Dementsprechend stellt auch das Live-Bild 7 diesen Ausschnitt dar, jedoch mit einer höheren Auflösung. Soll ein anderer Ausschnitt dargestellt werden, wird im Übersichtsbild 1 durch verschieben des Fadenkreuzes 11 navigiert, bis der gewünschte Ausschnitt im Fadenkreuz 11 liegt. An dieser Stelle wird durch Anklicken mittels des Fadenkreuzes 11 die Kachel 4 aktiviert, die sich unter dem Fadenkreuz befindet. Infolge der Aktivierung der Kachel 4 wird die Bewegungsvorrichtung des Probers (nicht dargestellt) aktiviert und der Chuck wird so positioniert, dass sich die aktivierte Kachel 4 oder eine dynamisch korrigierte Kachel 4 im Sichtfeld der Kamera befindet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Übersichtsbild
- 2
- Testsubstrat, Chip
- 3
- Wafer
- 4
- Einzelbild, Kachel
- 5
- Überlappung
- 6
- Sichtfeld
- 10
- Anzeige, Display
- 11
- Cursor, Fadenkreuz