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DE102011087460B3 - Method for checking defects on crystalline body i.e. sapphire crystal, involves irradiating sapphire crystal with light, and determining path of refracted light for reconstruction of distribution of defects on sapphire crystal - Google Patents

Method for checking defects on crystalline body i.e. sapphire crystal, involves irradiating sapphire crystal with light, and determining path of refracted light for reconstruction of distribution of defects on sapphire crystal Download PDF

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DE102011087460B3
DE102011087460B3 DE201110087460 DE102011087460A DE102011087460B3 DE 102011087460 B3 DE102011087460 B3 DE 102011087460B3 DE 201110087460 DE201110087460 DE 201110087460 DE 102011087460 A DE102011087460 A DE 102011087460A DE 102011087460 B3 DE102011087460 B3 DE 102011087460B3
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light
camera
light beam
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sapphire crystal
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DE201110087460
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German (de)
Inventor
Robert Koch
Andreas Eckl
Michael Schütz
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INTEGO GmbH
Original Assignee
INTEGO GmbH
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Abstract

The method involves irradiating a crystalline body i.e. sapphire crystal (4) with a light (L) from an LED source (14), and receiving the light reflected from the body by a camera (12), where the light reflected from the body are received from different positions for obtaining images. The distribution of defects (6) in the sapphire crystal is reconstructed from the images. The light is refracted on a complex surface (8) of the sapphire crystal, and the path of the refracted light (22) is determined for reconstruction of the distribution of defects on the sapphire crystal. An independent claim is also included for a device for checking defects on a crystalline body.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines optisch transparenten Körpers auf Fehlstellen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, insbesondere zur Überprüfung eines Körpers aus einem kristallinen Material, welches bevorzugt in der Halbleiterindustrie eingesetzt wird, beispielsweise ein Saphir-Kristall Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for checking an optically transparent body for defects with the features of the preamble of claim 1, in particular for testing a body of a crystalline material, which is preferably used in the semiconductor industry, for example a sapphire crystal Apparatus for carrying out such a method.

Ein derartiges Verfahren sowie eine derartige Vorrichtung sind aus der DE 10 2009 043 001 A1 zu entnehmen. Bei dem bekannten Verfahren wird ein optisch transparenter Körper auf Volumendefekte wie beispielsweise Gaseinschlüsse mit Hilfe einer Streulichtmessvorrichtung überprüft. Hierbei wird ausgenutzt, dass die Intensität einer durch den Defekt erzeugten Streustrahlung, welche in einem Azumitwinkelbereich erfasst wird, sich periodisch ändert. Aus der Intensitätsänderung wird auf Größe und Form des Defekts zurückgeschlossen.Such a method and such a device are known from DE 10 2009 043 001 A1 refer to. In the known method, an optically transparent body is checked for volume defects such as gas inclusions with the aid of a scattered light measuring device. In this case, use is made of the fact that the intensity of a scattered radiation generated by the defect, which is detected in an azumite angle range, changes periodically. The intensity change is used to deduce the size and shape of the defect.

In vielen technischen Bereichen ist man bestrebt, Fehlstellen in einem Körper bei einer zerstörungsfreien Prüfung frühzeitig erkennen zu können. Insbesondere bei Produkten am Beginn einer Produktionskette, aus denen nach einer Vielzahl von weiteren Herstellungsschritten ein Endprodukt gefertigt wird, ist eine frühzeitige Erkennung von Fehlstellen von besonderer Bedeutung.In many technical areas, efforts are made to be able to detect defects in a body early in a nondestructive testing. In particular, for products at the beginning of a production chain, from which after a large number of further manufacturing steps an end product is manufactured, early detection of defects is of particular importance.

Für die Herstellung von Halbleiter-Bauelementen wird das eigentliche Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium, als auch Trägersubstrate, wie beispielsweise Saphir, aus kristallinen Blöcken gewonnen. Eine frühzeitige Erkennung insbesondere von Mikro-Fehlstellen, wie Mikrorisse, Einschlüsse von Luft oder Vakuum oder sonstigen Kristalldefekten wird angestrebt, da derartige Mikro-Fehlstellen zum Versagen der fertigen mechanischen Bauteile führen können.For the production of semiconductor devices, the actual semiconductor material, such as silicon, as well as carrier substrates, such as sapphire, is obtained from crystalline blocks. Early detection of micro-defects in particular, such as micro-cracks, inclusions of air or vacuum or other crystal defects is sought, since such micro-defects can lead to failure of the finished mechanical components.

Es sind bereits optische Untersuchungsmethoden zur Erfassung von Fehlstellen in Silizium-Blöcken aber auch in einzelnen Silizium-Wafern bekannt. Bei denen wird das jeweilige Silizium-Objekt mittels einer Infrarot-Lichtquelle bestrahlt. Wahlweise wird im Durchlichtverfahren das durch das Objekt transmittierte Licht oder das an einer Fehlstelle gestreute Licht nach Art einer Dunkelfeld-Aufnahme von einer Kamera erfasst.There are already known optical investigation methods for detecting defects in silicon blocks but also in individual silicon wafers. In which the respective silicon object is irradiated by means of an infrared light source. Optionally, in the transmitted light method, the light transmitted through the object or the light scattered at a defect is detected by a camera in the manner of a dark field image.

In der Halbleiter- oder auch optischen Industrie werden Saphir-Kristalle, insbesondere Saphir-Einkristalle hergestellt, aus denen dann wiederrum einzelne Saphir-Wafer, Saphir-Linsen oder ähnliche Objekte hergestellt werden. Saphir wird auch als isolierendes Trägersubstrat in der Halbleitertechnik herangezogen, auf das dann das Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium (Silicon-on-saphir) aufgebracht wird. Derartige Saphir-Einkristalle bilden in etwa einen zylindrischen Block aus, der üblicherweise mehrere 10 cm im Durchmesser und mehrere 10 cm in der Höhe aufweist. Ein derartiger Saphir-Einkristall weist typischerweise eine mikroskopisch glatte, jedoch ansonsten eine komplexe, unregelmäßige Oberfläche mit Wellen und Krümmungen auf.In the semiconductor or optical industry, sapphire crystals, in particular sapphire single crystals, are produced, from which in turn individual sapphire wafers, sapphire lenses or similar objects are produced. Sapphire is also used as an insulating carrier substrate in semiconductor technology, to which then the semiconductor material, such as silicon (silicon-on-sapphire) is applied. Such sapphire single crystals form approximately a cylindrical block, which usually has several 10 cm in diameter and several 10 cm in height. Such a sapphire single crystal typically has a microscopically smooth, but otherwise complex, irregular surface with undulations and bends.

Eine optische Überprüfung eines derartigen Saphir-Einkristalls, allgemein eines optisch transparenten Körpers mit undefinierter Oberflächengeometrie, auf evtl. Fehlstellen im Volumen gestaltet sich aufgrund der unregelmäßigen Oberflächentopographie schwierig. Der Grund hierfür ist in dem Brechzahlunterschied zwischen der Luft und dem zu überprüfenden Körper zu sehen, so dass das Licht beim Eintritt und Austritt aus dem Körper eine Brechung erfährt. Bei einer optischen Überprüfung, insbesondere bei einer optischen Tomographie, bei der ein Objekt aus verschiedenen Blickrichtungen abgetastet wird und aus den hierdurch erhaltenen Aufnahmen ein zweidimensionales oder dreidimensionales Bild rekonstruiert wird, ist jedoch die Kenntnis des Verlaufs des für eine jeweilige Aufnahme herangezogenen Lichtstrahls oder Lichtbündels von wesentlicher Bedeutung für die Rekonstruktion.An optical inspection of such a sapphire single crystal, generally an optically transparent body with an undefined surface geometry, on any defects in the volume is difficult due to the irregular surface topography. The reason for this is to be seen in the refractive index difference between the air and the body to be examined, so that the light undergoes a refraction when entering and exiting the body. In an optical inspection, in particular in an optical tomography, in which an object is scanned from different directions and from the resulting images, a two-dimensional or three-dimensional image is reconstructed, however, is the knowledge of the course of the light beam or light beam used for a respective recording of essential for the reconstruction.

Aus dem Aufsatz „Tomographic Rekonstruktion of Transparent Objects”, Borislav Trifonov et al., Eurographics Symposium an Rendering (2006), ist ein Tomographieverfahren für transparente Objekte beschrieben. Um dem Problem einer unbekannten, nicht definierten Oberflächen-Topographie des zu untersuchenden Körpers zu begegnen wird hierin vorgeschlagen, den Körper in einen Glaszylinder mit definierter Oberflächengeometrie zu setzen, wobei der Glaszylinder mit einem Öl angefüllt ist, das eine zumindest weitgehend identische Brechzahl wie der zu untersuchende Körper aufweist, so dass beim Übergang vom Öl zum Körper keine Brechung auftritt. Eine im Übergang von Luft zum Glaszylinder bzw. Öl auftretende Brechung wird aufgrund der bekannten Oberflächengeometrie des Glaszylinders berücksichtigt.From the essay "Tomographic Reconstruction of Transparent Objects", Borislav Trifonov et al., Eurographics Symposium on Rendering (2006), a tomography method for transparent objects is described. To address the problem of an unknown, undefined surface topography of the body to be examined is proposed herein, to put the body in a glass cylinder with a defined surface geometry, wherein the glass cylinder is filled with an oil having an at least substantially identical refractive index as the has examining body, so that no refraction occurs in the transition from oil to the body. A refraction occurring in the transition from air to glass cylinder or oil is considered due to the known surface geometry of the glass cylinder.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur optischen Überprüfung von optisch transparenten Körpern anzugeben.Proceeding from this, the object of the invention is to provide a simplified method for the optical inspection of optically transparent bodies.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12.The object is achieved according to the invention by a method having the features of claim 1 and with a device having the features of claim 12.

Danach ist vorgesehen, dass der zu untersuchende Körper mit Hilfe einer Lichtquelle bestrahlt wird. Der Körper ist insbesondere aus einem kristallinen Material, vorzugsweise für den Einsatz in der Halbleiterindustrie und speziell ein Saphir-Einkristall oder auch andere Halbleiterkristalle. Das aus dem Körper an einer Auskoppelstelle wieder austretende Licht wird von einer Kamera aufgenommen. Im Sinne einer Tomographie wird eine Vielzahl derartiger Aufnahmen bei unterschiedlichen Aufnahmepositionen erfasst. Hierunter wird allgemein verstanden, dass der zu untersuchende Körper von der optischen Anordnung bestehend aus Kamera und Lichtquelle nach Art eines Scannvorgangs sukzessive abgetastet wird. Es erfolgt also eine Relativbewegung zwischen den optischen Komponenten Kamera, Lichtquelle sowie zu untersuchenden Körper. Dabei kann eine feste Relativposition zwischen Kamera und Lichtquelle vorgesehen sein, vorzugsweise ist jedoch zumindest in Teilbereichen auch eine Relativbewegung zwischen Kamera und Lichtquelle vorgesehen.Thereafter, it is provided that the body to be examined is irradiated by means of a light source. The body is in particular one crystalline material, preferably for use in the semiconductor industry and especially a sapphire single crystal or other semiconductor crystals. The light emerging from the body at a decoupling point is picked up by a camera. In terms of tomography, a large number of such recordings is recorded at different recording positions. By this is generally understood that the body to be examined is successively scanned by the optical arrangement consisting of camera and light source in the manner of a scanning operation. Thus, there is a relative movement between the optical components camera, light source and body to be examined. In this case, a fixed relative position between the camera and the light source can be provided, but preferably a relative movement between the camera and the light source is provided, at least in some areas.

Aus der Vielzahl derartiger Aufnahmen wird anschließend ein insbesondere dreidimensionales Bild im Rahmen eines Tomographieverfahrens rekonstruiert. Sind in dem zu untersuchenden Körper Fehlstellen, so sind diese in der Rekonstruktion im Hinblick auf ihre Lage, Orientierung und Größe zu erkennen.From the large number of such images, a particular three-dimensional image is subsequently reconstructed in the context of a tomography method. If there are defects in the body to be examined, they can be recognized in the reconstruction with regard to their position, orientation and size.

Gemäß dem Verfahren ist vorgesehen, dass das von der Kamera erfasste Licht bzw. das in den Körper von der Lichtquelle eingestrahlte Licht an der komplexen, also geometrisch unbekannten Oberflächentopographie des Körpers gebrochen wird. Dies bedeutet, dass der Körper eben nicht in einem Ölbad eingetaucht wird, sondern direkt mit dem Umgebungsmedium, insbesondere Luft, in Kontakt kommt. Um die Rekonstruktion zu ermöglichen, ist weiterhin vorgesehen, dass der Verlauf des Lichtstrahls im Körper mit Hilfe einer zusätzlichen Messanordnung ermittelt und für die Rekonstruktion zugrunde gelegt wird. Vorzugsweise wird hierbei der Lichtweg im Körper von einer evtl. Fehlstelle zur Auskoppelstelle in Richtung der Kamera ermittelt.According to the method, it is provided that the light detected by the camera or the light irradiated into the body by the light source is refracted at the complex, that is geometrically unknown, surface topography of the body. This means that the body just is not immersed in an oil bath, but comes directly into contact with the surrounding medium, in particular air. In order to enable the reconstruction, it is further provided that the course of the light beam in the body is determined with the aid of an additional measuring arrangement and used as the basis for the reconstruction. In this case, the light path in the body is preferably determined by a possible defect to the outcoupling point in the direction of the camera.

Der entscheidende Vorteil hierbei ist darin zu sehen, dass ein Eintauchen in eine Flüssigkeit nicht erforderlich ist. Hierdurch ist zum einen ein vereinfachter Messaufbau ermöglicht. Zudem ist die Verwendung eines oftmals mit hochgiftigen Substanzen versehenen Öls und die mit dem Eintauchen verbundene Kontamination des zu untersuchenden Körpers vermieden.The key advantage here is that immersion in a liquid is not required. As a result, on the one hand a simplified measurement setup is possible. In addition, the use of an oil often provided with highly toxic substances and the associated with the immersion contamination of the body to be examined is avoided.

Bevorzugt wird zu jeder der Aufnahmen der jeweilige Verlauf des korrespondierenden Lichtstrahls, der von der Kamera aufgenommen wird, ermittelt. Bei nur geringen Veränderungen der Aufnahmeposition, also der Relativposition zwischen den optischen Komponenten und dem Körper, kann dabei vorgesehen sein, dass nicht zu jeder einzelnen Aufnahme die Messung vorgenommen wird, sondern der Verlauf des Lichtstrahls kalkulatorisch, beispielsweise durch Approximation, Interpolation oder auch einfach durch Übernahme der ermittelten Daten aus einer unmittelbar benachbarten Aufnahmeposition bestimmt wird.Preferably, the respective course of the corresponding light beam, which is recorded by the camera, is determined for each of the recordings. With only slight changes in the recording position, ie the relative position between the optical components and the body, it can be provided that the measurement is not made for each individual shot, but the course of the light beam calculatory, for example by approximation, interpolation or simply by Acquisition of the determined data from an immediately adjacent recording position is determined.

Für die Güte der Rekonstruktion ist es von Vorteil, wenn einzelne Volumenteile des zu untersuchenden Körpers mehrfach aus verschiedenen Aufnahmepositionen abgedeckt werden. Je höher diese Abdeckungsdichte ist, desto besser ist die Rekonstruktionsgüte. Um eine ausreichende Rekonstruktionsgüte zu erzielen sind bei dem Verfahren für die Untersuchung eines Objekts jeweils mehrere tausende Aufnahmen vorgesehen. Bei einer eingangs beschriebenen typischen Größe eines Saphir-Einkristalls mit einem Durchmesser von etwa 20 cm und einer Höhe von etwa 30 cm werden beispielsweise mehrere 10.000, insbesondere über 100.000 Aufnahmen getätigt.For the quality of the reconstruction, it is advantageous if individual volumes of the body to be examined are covered several times from different acquisition positions. The higher this coverage density, the better the reconstruction quality. In order to achieve a sufficient quality of reconstruction, several thousands of images are provided in each case for the examination of an object. In a typical size of a sapphire single crystal described above with a diameter of about 20 cm and a height of about 30 cm, for example, several 10,000, in particular more than 100,000 shots are made.

Als Kamera wird hierbei beispielsweise eine Zeilen- und vorzugsweise eine Matrixkamera eingesetzt, die also einzelne in zeilen- oder matrixförmig angeordnete Messpunkte (Pixel) aufweist. Der von der Kamera abgedeckte Oberflächenbereich auf dem Körper liegt hierbei vorzugsweise im Bereich einiger mm2 bis zu einem cm2.As a camera in this case, for example, a line and preferably a matrix camera is used, which thus has individual arranged in line or matrix shape measuring points (pixels). The surface area covered by the camera on the body is preferably in the range of a few mm 2 to a cm 2 .

Als Lichtquelle wird eine Lichtquelle mit für die Beleuchtung des Objekts geeigneter Lichtwellenlänge gewählt, so dass der Körper für die gewählte Wellenlänge transparent ist. Ein Saphir-Kristall ist für Licht im sichtbaren Bereich transparent. Als Lichtquelle wird insbesondere eine LED-Lichtquelle, bevorzugt ein Flächenstrahler aus mehreren matrixartig angeordneten LEDs verwendet. Allgemein wird vorzugsweise monochromatisches Licht im sichtbaren Bereich, beispielsweise im roten Wellenlängenbereich verwendet. Bei der Untersuchung beispielsweise von Silizium-Körpern wird dagegen eine IR-Lichtquelle eingesetzt, da Silizium für IR-Licht transparent ist.The light source selected is a light source with a wavelength of light suitable for the illumination of the object, so that the body is transparent for the selected wavelength. A sapphire crystal is transparent to light in the visible range. As a light source, in particular an LED light source, preferably a surface radiator of a plurality of LEDs arranged in a matrix-like manner is used. Generally, monochromatic light is preferably used in the visible region, for example in the red wavelength region. For example, when examining silicon bodies, an IR light source is used because silicon is transparent to IR light.

Unter optisch transparentem Körper wird allgemein ein Körper verstanden, der für Licht mit geeigneter Wellenlänge transparent ist. Eine Beschränkung auf das sichtbare Licht besteht nicht. Insbesondere wird unter optisch transparent verstanden, dass der Körper von Licht im sichtbaren Bereich sowie im IR-Bereich oder auch UV-Bereich transparent ist. Grundsätzlich lässt sich dieses Prinzip auch auf andere Strahlen, wie beispielsweise Röntgenstrahlung anwenden. Jedoch besteht hier nicht das Problem der Brechung an einer unbekannten Oberfläche, da – beispielsweise bei der medizinischen Untersuchung mittels der Röntgentomographie – für die Röntgenstrahlung keine oder vernachlässigbare Brechzahlunterschiede bestehen.By optically transparent body is generally understood a body which is transparent to light of a suitable wavelength. There is no restriction on the visible light. In particular, optically transparent is understood to mean that the body is transparent to light in the visible range as well as in the IR range or also in the UV range. In principle, this principle can also be applied to other beams, such as X-rays. However, there is no problem here of refraction on an unknown surface since, for example in medical examination by means of X-ray tomography, there are no or negligible refractive index differences for the X-ray radiation.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante zur Ermittlung des Verlaufs des Lichtstrahls wird eine Oberflächennormale des Körpers an der Stelle, an der das Licht gebrochen wird, also insbesondere an der Auskoppelstelle durch die Messvorrichtung ermittelt. Diese Ausgestaltung beruht auf der Überlegung, dass unter der Voraussetzung einer konstanten Brechzahl innerhalb des Körpers die Lichtausbreitung innerhalb des Körpers geradlinig erfolgt und insofern an der Grenzfläche, wo das Licht gebrochen wird, grundsätzlich geometrische Optik unter Zugrundelegung des Brechungsgesetzes angenommen werden kann. Hierzu ist die Bestimmung der Orientierung der Oberfläche, also insbesondere deren Normale erforderlich, um darüber den Winkel zu bestimmen, unter dem der Lichtstrahl auf das jeweilige Oberflächenelement auftrifft. According to a first preferred embodiment for determining the course of the light beam, a surface normal of the body is determined at the point at which the light is refracted, that is to say in particular at the outcoupling point by the measuring device. This embodiment is based on the consideration that under the assumption of a constant refractive index within the body, the propagation of light within the body is rectilinear and insofar can be assumed at the interface where the light is refracted, in principle geometric optics on the basis of the law of refraction. For this purpose, the determination of the orientation of the surface, ie in particular their normal is required in order to determine the angle at which the light beam impinges on the respective surface element.

Zweckdienlicherweise ist dabei vorgesehen, dass die Oberflächennormale dabei bei jeder Aufnahmeposition zusammen mit der Aufnahme bei dieser jeweiligen Aufnahmeposition gemessen wird, so dass zu jeder Aufnahme der Verlauf des Lichtstrahls bekannt ist.Conveniently, it is provided that the surface normal is measured at each recording position together with the recording at this particular recording position, so that the course of the light beam is known for each shot.

Zur Ausmessung der Oberflächennormalen stehen grundsätzlich verschiedene Methoden wie beispielsweise die (Laser-)Triangulation oder auch die sogenannte Deflektometrie etc. zur Verfügung.In order to measure the surface normals, fundamentally different methods are available, such as (laser) triangulation or so-called deflectometry, etc.

Im Sinne eines möglichst einfachen Messaufbaus ist in zweckdienlicher Ausgestaltung vorgesehen, dass ein Messlichtstrahl, insbesondere ein Laserlichtstrahl koaxial zu einer Kamerablickrichtung, die durch deren optische Achse definiert ist, auf den Körper gerichtet wird. Der Messlichtstrahl wird daher direkt auf die Auskoppelstelle gerichtet, also auf den Punkt, an der das von der Kamera für eine jeweilige Aufnahme erfasste Licht austritt. Weiterhin ist eine weitere Kamera vorgesehen, mit deren Hilfe ein an der Oberfläche des Körpers reflektierter Lichtanteil des koaxial eingestrahlten Lichts erfasst wird. Es wird daher neben der Kamerablickrichtung auch die Reflexionsrichtung bestimmt und aus diesen beiden bekannten gemessenen Größen wird unter Berücksichtigung des Reflektionsgesetzes, wonach der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel ist, die Oberflächennormale bestimmt.In the sense of the simplest possible measuring setup, it is provided in an expedient embodiment that a measuring light beam, in particular a laser light beam, is directed onto the body coaxially to a camera viewing direction which is defined by its optical axis. The measuring light beam is therefore directed directly to the coupling-out point, ie to the point at which the light detected by the camera for a respective recording emerges. Furthermore, a further camera is provided by means of which a light component of the coaxially irradiated light reflected on the surface of the body is detected. Therefore, in addition to the camera viewing direction, the direction of reflection is also determined, and the surface normal is determined from these two known measured variables taking into account the reflection law, according to which the angle of incidence equals the angle of reflection.

Zur Ermittlung des reflektierten Lichts ist insbesondere eine Messanordnung mit einer Mattscheibe vorgesehen, auf die der reflektierte Strahl auftrifft, wobei der Auftreffpunkt mittels der weiteren Kamera erfasst wird.To determine the reflected light, in particular a measuring arrangement with a ground glass is provided, on which the reflected beam impinges, wherein the point of impact is detected by means of the further camera.

In bevorzugter Weiterbildung ist darüber hinaus vorgesehen, dass die Mattscheibe mit einzelnen Löchern versehen ist bzw. transparent für eine dritte Kamera ist, die auf die Auskoppelstelle gerichtet ist. Die beiden weiteren Kameras sind dabei vorzugsweise als Matrixkameras ausgebildet. Aus den Positionen der Laserpunkte einerseits an der Auskoppelstelle sowie andererseits an dem Auftreffpunkt auf der Mattscheibe werden die Raumkoordinaten für diese beiden Punkte bestimmt und hieraus dann der Normalenvektor (Oberflächennormale) an der Eintrittsstelle des Laserstrahls bestimmt. Damit ist die lokale Oberflächentopographie bekannt.In a preferred embodiment, moreover, it is provided that the ground glass is provided with individual holes or is transparent to a third camera, which is directed to the decoupling point. The two other cameras are preferably designed as matrix cameras. From the positions of the laser points on the one hand at the decoupling point and on the other hand at the point of impact on the screen, the spatial coordinates for these two points are determined and then determined from the normal vector (surface normal) at the entry point of the laser beam. Thus, the local surface topography is known.

Alternativ oder ergänzend hierzu ist vorgesehen, dass neben der Eintrittsstelle des koaxial eingekoppelten Messlichtstrahls auch die Austrittsstelle dieses Messlichtstrahls erfasst wird und zur Ermittlung des Verlaufs des Lichtstrahls eine einfache Gerade zwischen diesen dann ausgemessenen Punkten ermittelt wird.Alternatively or additionally, it is provided that, in addition to the point of entry of the coaxially coupled measuring light beam, the exit point of this measuring light beam is also detected and a simple straight line between these then measured points is determined to determine the course of the light beam.

Beide Methoden eignen sich sowohl bei isotropen als auch anisotropen Körpern wobei letztere für unterschiedliche Strahlrichtungen oder unterschiedliche Polarisationen verschiedene Brechzahlen und damit eine Doppelbrechung aufweisen. Voraussetzung ist lediglich, dass in der definierten Strahlrichtung die Brechzahl konstant ist. Dies ist bei Kristallen regelmäßig erfüllt. Grundsätzlich lassen sich hiermit auch amorphe Materialien, wie Gläser vermessen.Both methods are suitable both for isotropic and anisotropic bodies, the latter having different refractive indices and thus birefringence for different beam directions or different polarizations. The only requirement is that the refractive index is constant in the defined beam direction. This is regularly fulfilled with crystals. In principle, it is also possible to measure amorphous materials, such as glasses.

In bevorzugter Weiterbildung werden die aufgrund dieser Oberflächenmessung gewonnenen Daten dahingehend weiterverarbeitet, dass im rekonstruierten Bild auch die Oberflächentopographie des Körpers mit dargestellt wird. Es erfolgt dadurch zugleich die Möglichkeit einer Ausmessung des gesamten Körpers. Mit Hilfe von entsprechenden Bildbearbeitungsprogrammen kann daher sofort erkannt werden, welche Bereiche fehlerfrei sind, wie groß diese sind etc. Für die weitere Verwendung des Körpers können daher genau die Stellen im Körper festgelegt werden, die weiter benutzt werden. Dadurch kann der Körper insgesamt optimal für den weiteren Produktionsprozess ausgenutzt werden.In a preferred development, the data obtained on the basis of this surface measurement are further processed in such a way that the surface topography of the body is also shown in the reconstructed image. At the same time, this makes it possible to measure the entire body. With the help of appropriate image processing programs can therefore be immediately recognized which areas are error-free, how large they are, etc. For further use of the body can therefore be determined exactly those places in the body, which will continue to be used. As a result, the body as a whole can be optimally utilized for the further production process.

Aus der ermittelten Rekonstruktion des Körpers werden in bevorzugter Weiterbildung mittels einer automatisierten Auswertung fehlerfreie Bereiche identifiziert und es wird eine optimierte Zerlegung des Körpers, insbesondere durch Herausbohren von Zylindern mit definiertem Durchmesser, in Abhängigkeit der Geometrie von Folgeprodukten, wie beispielsweise Waferscheiben etc. errechnet. Die automatische Auswertung erfolgt bevorzugt anhand des rekonstruierten 3D-Bildes mittels einer Bildauswertung. Durch diese Maßnahme wird eine optimierte Materialausnutzung erreicht.From the determined reconstruction of the body, error-free regions are identified in a preferred development by means of an automated evaluation and an optimized decomposition of the body, in particular by drilling out of cylinders with a defined diameter, depending on the geometry of secondary products, such as wafer wafers, etc., is calculated. The automatic evaluation preferably takes place on the basis of the reconstructed 3D image by means of an image evaluation. By this measure, an optimized material utilization is achieved.

Bezüglich der Positionierung der optischen Anordnung, also der Lichtquelle und der Kamera wird die Lichtquelle vorzugsweise seitlich und insbesondere senkrecht zur optischen Achse der Kamera im Sinne einer Dunkelfeldbeleuchtung angeordnet. Das an den Fehlstellen gestreute Licht wird in diesem Fall von der Kamera erfasst.With regard to the positioning of the optical arrangement, that is, the light source and the camera, the light source is preferably laterally and in particular perpendicular to the optical axis of the camera in Arranged sense of a dark field illumination. The light scattered at the defects is detected by the camera in this case.

Alternativ oder auch ergänzend hierzu wird die Lichtquelle gegenüberliegend zur Kamera im Sinne eine Durchlichtbeleuchtung angeordnet. In diesem Fall erscheint die Fehlstelle in der Kamera aufgrund des an ihr gestreuten Lichts im Unterschied zur Dunkelfeldbeleuchtung nicht als heller sondern als dunkler Fleck.Alternatively or in addition to this, the light source is arranged opposite the camera in the sense of transmitted light illumination. In this case, the defect in the camera does not appear as lighter but as a dark spot due to the light scattered on it, in contrast to the dark field illumination.

Der Körper wird hierbei vorzugsweise mit einem breit gefächerten Lichtbündel, insbesondere vollflächig bestrahlt und damit über seine gesamte Querschnittsfläche vorzugsweise homogen ausgeleuchtet. Hierzu wird eine geeignet ausgebildete Lichtquelle gegebenenfalls unter Verwendung von entsprechenden Blenden, Linsen etc. eingesetzt.In this case, the body is preferably irradiated with a wide-spread light bundle, in particular over the entire surface, and thus preferably homogeneously illuminated over its entire cross-sectional area. For this purpose, a suitably designed light source is optionally used, using appropriate apertures, lenses, etc.

Im Hinblick auf den Scann- oder Abtastvorgang ist zweckdienlicherweise vorgesehen, dass der Körper auf einem Objektträger angeordnet ist und um eine Drehachse gedreht wird. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Kamera zum Abtasten des Körpers in dessen Körperlängsrichtung parallel zur Drehachse, nachfolgend als Y-Richtung bezeichnet, verfahren wird. Vorzugsweise ist ergänzend vorgesehen, dass die Kamera senkrecht zur Drehachse verfahren wird, so dass sichergestellt ist, dass nicht nur radiale, durch den Körpermittelpunkt verlaufende Strahlen erfasst werden, die dann nur einen geringen Informationsgehalt aufweisen würden.With regard to the scanning or scanning process, it is expediently provided that the body is arranged on a slide and is rotated about an axis of rotation. It is further provided that the camera for scanning the body in the body longitudinal direction parallel to the axis of rotation, hereinafter referred to as Y-direction, is moved. Preferably, it is additionally provided that the camera is moved perpendicular to the axis of rotation, so that it is ensured that not only radial, passing through the body center rays are detected, which would then only have a low information content.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils in schematischer Darstellung:An embodiment of the invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. These show in a schematic representation:

1 eine Aufsicht auf eine Vorrichtung zur Überprüfung eines optisch transparenten Körpers auf Fehlstellen, 1 a view of a device for checking an optically transparent body on defects,

2 eine Seitenansicht auf eine derartige Vorrichtung ähnlich der in 1 dargestellten Vorrichtung, jedoch ohne die in 1 dargestellte Messanordnung zum Ausmessen des Verlaufs eines jeweiligen Lichtstrahls im zu untersuchenden Körper, 2 a side view of such a device similar to in 1 illustrated device, but without the in 1 illustrated measuring arrangement for measuring the course of a respective light beam in the body to be examined,

3 ein beispielhaftes rekonstruiertes Bild eines mit der Vorrichtung untersuchten Saphir-Kristalls. 3 an exemplary reconstructed image of a sapphire crystal examined with the device.

In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, like-acting parts are provided with the same reference numerals.

Die in den 1 und 2 dargestellte Vorrichtung umfasst einen Objektträger 2, auf den im Ausführungsbeispiel ein Saphir-Kristall 4 angeordnet ist, der auf Fehlstellen 6 in seinem Volumen untersucht werden soll. Der Saphir-Kristall 4 weist grob betrachtet eine in etwa zylinderförmige Ausgestaltung auf, welche durch das Kristallwachstum beim Herstellen des Einkristalls bedingt ist. Der Saphir-Kristall 4 weist eine komplexe, unregelmäßige Oberfläche 8 auf. Der Objektträger 2 ist um eine Drehachse 10 drehbar gelagert, so dass der Saphir-Kristall 4 drehbar angeordnet ist.The in the 1 and 2 The device shown comprises a slide 2 , in the embodiment, a sapphire crystal 4 is arranged, on flaws 6 to be examined in its volume. The sapphire crystal 4 roughly has an approximately cylindrical configuration, which is due to the crystal growth in the production of the single crystal. The sapphire crystal 4 has a complex, irregular surface 8th on. The slide 2 is about a rotation axis 10 rotatably mounted, allowing the sapphire crystal 4 is rotatably arranged.

Die Vorrichtung ist zur Durchführung einer optischen Tomographie ausgebildet, also zur Rekonstruktion eines vorzugsweise dreidimensionalen Bildes aus einer Vielzahl von einzelnen Aufnahmen. Die einzelnen Aufnahmen werden jeweils mit Hilfe einer optischen Aufnahmevorrichtung aufgenommen, die eine Aufnahmekamera 12 sowie ein Lichtquelle 14 umfasst. Im Ausführungsbeispiel ist eine Anordnung mit einer Dunkelfeldbeleuchtung dargestellt, anhand der nachfolgend das Verfahren auch weiter erläutert wird. Entsprechend ist die Lichtquelle 14 seitlich zu einer optischen Achse 16 der Aufnahmekamera angeordnet und beleuchtet den Kristall 4 von oben.The device is designed to perform an optical tomography, that is, to reconstruct a preferably three-dimensional image from a plurality of individual images. The individual images are each taken with the aid of an optical recording device, which is a recording camera 12 as well as a light source 14 includes. In the exemplary embodiment, an arrangement is shown with a dark field illumination, on the basis of which the method is also explained further below. Accordingly, the light source 14 laterally to an optical axis 16 arranged the recording camera and illuminates the crystal 4 from above.

Die Lichtquelle erzeugt hierbei ein flächiges Bestrahlungsfeld, beleuchtet also den Kristall 4 von oben vollflächig. Hierzu sind geeignete Linsen und Blenden in hier nicht näher dargestellter Weise vorgesehen. Der Kristall 4 wird daher von der Lichtquelle 14 mit Licht L vorzugsweise vollflächig und homogen beleuchtet.The light source generates a planar irradiation field, thus illuminating the crystal 4 from above over the entire surface. For this purpose, suitable lenses and diaphragms are provided in a manner not shown here. The crystal 4 is therefore from the light source 14 with light L preferably full surface and homogeneously illuminated.

Die Aufnahmekamera 12 ist von einem Kameraträger 20 verfahrbar gehalten. Zum einen ist die Aufnahmekamera 12 parallel zur Drehachse 10 in einer Y-Richtung verfahrbar, so dass sukzessive einzelne Höhenniveaus des Kristalls 4 abgetastet werden können. Ergänzend ist die Aufnahmekamera 12 senkrecht zur Drehachse 10 in einer X-Richtung verfahrbar.The recording camera 12 is from a camera carrier 20 kept movable. One is the recording camera 12 parallel to the axis of rotation 10 movable in a Y-direction, so that successively individual height levels of the crystal 4 can be sampled. In addition, the recording camera 12 perpendicular to the axis of rotation 10 movable in an X-direction.

Bei der optischen Überprüfung des Kristalls 4 auf mögliche Fehlstellen 6 in seinem Volumen wird bei konstanter Dunkelfeldbeleuchtung von oben eine Vielzahl von Aufnahmen jeweils bei verschiedenen Aufnahmesituationen getätigt. Hierunter wird verstanden, dass die Aufnahmekamera 12, insbesondere deren optische Achse 16, für jede Aufnahme auf einen unterschiedlichen Oberflächenbereich des Kristalls 4 gerichtet ist.At the optical inspection of the crystal 4 on possible defects 6 in its volume, a large number of exposures are taken in different recording situations at constant dark-field illumination from above. This is understood to mean that the recording camera 12 , in particular its optical axis 16 , for each shot on a different surface area of the crystal 4 is directed.

Weiterhin ist eine Steuer- und Auswerteeinheit 18 vorgesehen, in der alle Informationen verarbeitet werden, insbesondere die von der Aufnahmekamera erfassten Bilddaten, und die weiterhin die eigentliche Rekonstruktion durchführt. Das rekonstruierte Bild ist auf einer nicht näher dargestellten Anzeige oder in sonstiger Weise ausgebbar oder abspeicherbar. Über diese Einheit 18 erfolgt auch die Ansteuerung der einzelnen Komponenten.Furthermore, a control and evaluation unit 18 provided in which all information is processed, in particular the image data captured by the recording camera, and further performs the actual reconstruction. The reconstructed image can be output or stored on a display (not shown) or in any other way. About this unit 18 The control of the individual components is also carried out.

Während der Erfassung der Vielzahl von Aufnahmen wird der Kristall 4 entweder kontinuierlich oder auch schrittweise um die Drehachse 10 gedreht. Die Aufnahmekamera 12 verbleibt zunächst auf einer vorgegebenen Höhenposition auf der Y-Achse. Innerhalb dieser Höhenposition wird die Aufnahmekamera 12 in X-Richtung verschoben, so dass vorzugsweise zu jeder veränderten Kameraposition entlang der X-Richtung mindestens eine Vollumdrehung des Kristalls 4 erfolgt, wobei pro Vollumdrehung eine Vielzahl von Aufnahmen erfolgen. Dies wird dann schichtweise für alle Höhenpositionen entlang der Y-Achse sukzessive durchgeführt, d. h. die Aufnahmekamera wird auf eine weitere Höhenpositionen verfahren. While capturing the multitude of shots, the crystal becomes 4 either continuously or gradually around the axis of rotation 10 turned. The recording camera 12 initially remains at a predetermined height position on the Y axis. Within this height position is the recording camera 12 shifted in the X direction, so that preferably for each changed camera position along the X direction at least one full turn of the crystal 4 takes place, with a large number of recordings per full revolution. This is then successively performed layer by layer for all height positions along the Y-axis, ie the recording camera is moved to a further height positions.

Je nach gewünschter Qualität des rekonstruierten Bildes kann die Anzahl der Aufnahmepositionen verändert werden. Die Güte kann zusätzlich durch eine weitere Bewegungsfreiheit der Aufnahmekamera 12 verbessert werden, beispielsweise eine Kippbewegung innerhalb der X-Z-Ebene.Depending on the desired quality of the reconstructed image, the number of recording positions can be changed. The goodness can additionally by a further freedom of movement of the recording camera 12 be improved, for example, a tilting movement within the XZ plane.

Aus dieser Vielzahl der getätigten Aufnahmen, beispielsweise 150.000, wird anschließend mit Hilfe eines geeigneten Algorithmus ein dreidimensionales Bild rekonstruiert. Die grundsätzliche Vorgehensweise hierfür sowie die Art und Weise der erforderlichen Grundsätze bei der Ausgestaltung derartiger Rekonstruktionsalgorithmen ist beispielsweise aus der Computertomographie mit Röntgenstrahlen bekannt. Um mit einer derartigen Rekonstruktion aussagekräftige Bilder zu erhalten ist es jedoch erforderlich, dass der Verlauf eines gestreuten und von der Aufnahmekamera 12 erfassten Lichtstrahls 22 innerhalb des Kristalls 4 bekannt ist, um eine Aussage über die Position der Fehlstelle 6 treffen zu können. Der Lichtstrahl 22 tritt an einer Auskoppelstelle 23 aus dem Kristall 4 aus.From this large number of taken pictures, for example 150,000, a three-dimensional picture is subsequently reconstructed with the aid of a suitable algorithm. The basic procedure for this and the manner of the required principles in the design of such reconstruction algorithms is known, for example, from X-ray computed tomography. In order to obtain meaningful images with such a reconstruction, however, it is necessary that the course of a scattered and the recording camera 12 detected light beam 22 within the crystal 4 is known to make a statement about the location of the defect 6 to meet. The light beam 22 occurs at a decoupling point 23 from the crystal 4 out.

Aufgrund der undefinierten, komplexen Oberfläche 8 und den unterschiedlichen Brechzahlen zwischen Kristall 4 und der diesen umgebenden Luft ist der Verlauf des Lichtstrahls 22 innerhalb des Kristalls 4 jedoch nicht bekannt, da der Lichtstrahl 22 an der Oberfläche 8 aufgrund der komplexen Oberflächenstruktur in einer für den Betrachter nicht definierten Weise gebrochen wird. Daher kann zunächst allein aus dem aufgenommenen Lichtstrahl 22 ohne Kenntnis des Verlaufs des Lichtstrahls 22 innerhalb des Kristalls 4 keine Aussage über die Position der Fehlstelle 6 getroffen werden.Due to the undefined, complex surface 8th and the different refractive indices between crystal 4 and the surrounding air is the course of the light beam 22 within the crystal 4 but not known because the light beam 22 on the surface 8th due to the complex surface structure is broken in a way not defined for the viewer. Therefore, initially alone from the received light beam 22 without knowledge of the course of the light beam 22 within the crystal 4 no statement about the position of the defect 6 to be hit.

Zur Ermittlung des Verlaufs des Lichtstrahls 22 ist im Ausführungsbeispiel eine Messanordnung 24 vorgesehen, die in 1 ergänzend dargestellt ist. Diese Messanordnung 24 umfasst zumindest eine, im Ausführungsbeispiel zwei weitere Kameras 26a, b, eine im Ausführungsbeispiel mit Löchern 28 versehene Mattscheibe 30, eine im Ausführungsbeispiel als Punktlaser 32 ausgebildete weitere Lichtquelle zur Erzeugung eines Messlichtstrahls 34 und ein optisches Umlenkelement, das im Ausführungsbeispiel als Strahlteiler 36 ausgebildet ist. Der Messlichtstrahl 34 wird koaxial zur optischen Achse 16 der Aufnahmekamera 12 eingekoppelt und trifft auf der einer jeweiligen Aufnahme zugeordneten Auskoppelstelle 23 auf, aus der der Lichtstrahl 22 austritt.To determine the course of the light beam 22 in the exemplary embodiment is a measuring arrangement 24 provided in 1 is shown in addition. This measuring arrangement 24 includes at least one, in the embodiment, two more cameras 26a , b, one in the embodiment with holes 28 provided ground glass 30 , in the embodiment as a point laser 32 formed further light source for generating a measuring light beam 34 and an optical deflection element, which in the exemplary embodiment as a beam splitter 36 is trained. The measuring light beam 34 becomes coaxial with the optical axis 16 the recording camera 12 coupled and meets the decoupling point assigned to a respective recording 23 on, out of which the light beam 22 exit.

Der Messlichtstrahl 34 tritt im Ausführungsbeispiel zunächst durch die Mattscheibe 30 hindurch, trifft auf die Oberfläche 8 an der Auskoppelstelle 23 auf und wird dort zumindest teilweise entsprechend dem Reflexionsgesetz reflektiert und trifft auf der Mattscheibe 30 in einem Auftreffpunkt 38 auf. Die Position der Auskoppelstelle 23 wird mit Hilfe der weiteren Kamera 26a erfasst, die durch einen transparenten Bereich (Loch 28) auf den Kristall 4 gerichtet ist. Für die Bestimmung der Position der Auskoppelstelle 23 im Raum kann ergänzend noch die Aufnahmekamera 12 herangezogen werden. Die Position des Auftreffpunktes 38 wird durch die Kamera 26b erfasst. Zur Bestimmung deren Position im Raum wird ergänzend die Kenntnis der Position der Mattscheibe 30 herangezogen. Unter Kenntnis des Auftreffpunkts 38 sowie der Auskoppelstelle 23, die in jeweiligen Bildern erkennbar sind, die mit den weiteren Kameras 26a, b aufgenommen wurden, lässt sich – bei weiterhin bekannter Position der beiden Kameras 26a, b eine Reflexionsrichtung des reflektierten Laserstrahls 34 ermitteln. Unter Berücksichtigung der bekannten Einstrahlrichtung in Richtung der optischen Achse 16 wird unter Zugrundelegung des normalen Brechungsgesetzes eine Oberflächennormale 40 im Bereich der Auskoppelstelle 23 bestimmt. Weiterhin wird unter Zugrundelegung des Snellius'schen Brechungsgesetzes bei der für den Kristall bekannten Brechzahl der Verlauf des Lichtstrahls 22 im Kristall 4 ermittelt. Diese Bestimmung des Verlaufs des Lichtstrahls 22 wird dabei vorzugsweise zu jeder Aufnahme bei den unterschiedlichen Aufnahmepositionen durchgeführt.The measuring light beam 34 occurs in the embodiment, first through the ground glass 30 through, hits the surface 8th at the decoupling point 23 and is reflected there at least partially according to the law of reflection and hits the screen 30 in a meeting point 38 on. The position of the decoupling point 23 is with the help of the other camera 26a captured by a transparent area (hole 28 ) on the crystal 4 is directed. For the determination of the position of the decoupling point 23 in addition, the recording camera in the room 12 be used. The position of the point of impact 38 is through the camera 26b detected. In order to determine their position in space, the knowledge of the position of the ground glass is additionally added 30 used. Under knowledge of the impact point 38 and the decoupling point 23 , which are recognizable in respective pictures, which with the further cameras 26a , b, can be - with still known position of the two cameras 26a , b a reflection direction of the reflected laser beam 34 determine. Taking into account the known irradiation direction in the direction of the optical axis 16 becomes a surface normal on the basis of the normal refraction law 40 in the area of the decoupling point 23 certainly. Furthermore, based on the Snellius law of refraction at the refractive index known for the crystal, the course of the light beam 22 in the crystal 4 determined. This determination of the course of the light beam 22 is preferably carried out for each recording in the different recording positions.

Saphir ist ein anisotroper Kristall, bei dem sich die Brechzahlen in den unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen nur geringfügig unterscheiden. In einem vereinfachten Verfahren wird daher bei derartigen anisotropen Körpern von einem (gemittelten) Brechungsindex ausgegangen.Sapphire is an anisotropic crystal in which the refractive indices differ only slightly in the different propagation directions. In a simplified method, an (averaged) refractive index is therefore assumed for such anisotropic bodies.

In 1 ist noch eine zweite alternative Möglichkeit zur Bestimmung des Verlaufs des Lichtstrahls 22 dargestellt. Diese ist beispielsweise auch dann einsetzbar, wenn der Kristall 4 eine starke Anisotropie aufweist. Und zwar ist hierbei vorgesehen, dass – identisch wie im ersten Fall – der Messlichtstrahl 34 an der Auskoppelstelle 23 auftrifft. Da lediglich ein Teil reflektiert wird definiert dies zugleich eine Eintrittsstelle für einen transmittierten Anteil des Messlichtstrahls 34, der an einer gegenüberliegenden Austrittsstelle 42 wieder austritt. Die Position dieser Austrittsstelle 42 auf der Oberfläche 8 des Kristalls 4 wird mit Hilfe von weiteren Kameras 26c, d aufgenommen. Der Verlauf des Lichtstrahls 22 ergibt sich dann durch eine einfache gerade Verbindung zwischen der Austrittsstelle 42 und der Auskoppelstelle 23, wie dies in der 1 dargestellt ist.In 1 is still a second alternative way to determine the course of the light beam 22 shown. This can also be used, for example, when the crystal 4 has a strong anisotropy. And it is provided here that - identical to the first case - the measuring light beam 34 at the decoupling point 23 incident. Since only a part is reflected, this also defines an entry point for a transmitted portion of the measuring light beam 34 which is at an opposite exit point 42 exits again. The position of this exit point 42 on the surface 8th of the crystal 4 is done with the help of other cameras 26c , d recorded. The course of the light beam 22 then results from a simple straight connection between the exit point 42 and the decoupling point 23 like this in the 1 is shown.

Das Ergebnis einer mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung durchgeführten Tomographie-Rekonstruktion ist in 3 als Rekonstrukionsbild 44 dargestellt. Die dargestellte Struktur gibt zum einen die Oberfläche 8 des Kristalls 4 als Oberflächen-Topographie 8' wieder. Die einzelnen etwa kreisförmigen Linien geben dabei einzelne Höhenlinien der Oberflächen-Topographie 8' wieder.The result of a tomographic reconstruction performed with the help of such a device is in 3 as a reconstruction image 44 shown. The structure shown on the one hand gives the surface 8th of the crystal 4 as a surface topography 8th' again. The individual approximately circular lines give individual contour lines of the surface topography 8th' again.

Die im Kristall 4 evtl. enthaltenen Fehlstellen 6 sind im Inneren erkennbar. Im Ausführungsbeispiel bilden die Fehlstellen 6 ein etwa schlauchartig sich in Y-Richtung erstreckendes Gebilde.The one in the crystal 4 possibly contained defects 6 are recognizable inside. In the exemplary embodiment form the flaws 6 an approximately hose-like structure extending in the Y-direction.

Aus dieser rekonstruierten 3D-Darstellung lassen sich daher mit hoher Genauigkeit fehlerstellenfreie Bereiche im Saphir-Kristall 4 identifizieren, und zwar im Hinblick auf ihre Lage (Größe und Orientierung) im Volumen des Kristalls 4. Mit Hilfe eines derartigen 3D-Bildes können daher Bereiche des Kristalls 4 definiert und festgelegt werden, aus denen Elemente für die weitere Verarbeitung herausgearbeitet werden können. Insbesondere werden durch eine automatisierte Auswertung die optimalen Schnitt- oder Bohrpositionen errechnet, um den Kristall im Hinblick auf Folgeprodukte (Zwischenprodukte) wie Waferscheiben, optische Elemente etc. optimiert, d. h. mit möglichst wenig Abfallmaterial zu zerlegen. Die Berechnung der optimalen Schnittpositionen erfolgt dabei in Abhängigkeit der Geometrie der Folgeprodukte.From this reconstructed 3D representation, therefore, defect-free areas in the sapphire crystal can be achieved with high accuracy 4 in terms of their location (size and orientation) in the volume of the crystal 4 , With the help of such a 3D image, therefore, areas of the crystal 4 defined and determined from which elements for further processing can be worked out. In particular, the optimum cutting or drilling positions are calculated by automated evaluation in order to optimize the crystal with regard to secondary products (wafer products) such as wafer wafers, optical elements etc., ie to disassemble them with as little waste material as possible. The calculation of the optimal cutting positions is carried out depending on the geometry of the secondary products.

Bei den Fehlstellen 6 handelt es sich hierbei insbesondere um Gaseinschlüsse wie etwa Luft oder sogenannte Voids, bei denen also Vakuumbereiche eingeschlossen sind. Derartige Gaseinschlüsse sind bei einer Dunkelfeldbeleuchtung sehr gut zu erkennen.At the defects 6 These are, in particular, gas inclusions such as air or so-called voids, in which vacuum areas are thus included. Such gas inclusions can be seen very well in a dark field illumination.

Grundsätzlich lässt sich dieses Messprinzip mit der Bestimmung des Verlaufs des Lichtstrahls 22 auch bei Durchlicht-Beleuchtungssituationen einsetzen, bei denen also die Lichtquelle 14 nicht seitlich sondern gegenüberliegend zur Aufnahmekamera 12 angeordnet ist. Durch Streueffekte an derartigen Fehlstellen 6 erscheinen Fehlstellen 6 – anders als bei der Dunkelfeldbeleuchtung – als dunkle Flecken, während sie bei Dunkelfeldbeleuchtung als helle Flecken erscheinen.Basically, this measuring principle can be determined by determining the course of the light beam 22 also use in transmitted-light lighting situations, ie where the light source 14 not laterally but opposite the camera 12 is arranged. By scattering effects on such defects 6 appear flaws 6 Unlike dark field illumination, as dark spots, while appearing as dark spots in dark field illumination.

Claims (12)

Verfahren zur Überprüfung eines optisch transparenten Körpers (4) auf Fehlstellen (6), insbesondere eines kristallinenen Körpers, bei dem – mit Hilfe einer Lichtquelle (14) Licht (L) in den Körper (4) eingestrahlt wird, – ein aus dem Körper (4) an einer Auskoppelstelle (23) austretendes Licht (L) von einer Kamera (12) aufgenommen wird, – eine Vielzahl derartiger Aufnahmen bei jeweils unterschiedlichen Aufnahmepositionen erfasst wird und – eventuell im Körper (4) befindliche Fehlstellen (6) aus der Vielzahl der Aufnahmen rekonstruiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass – das Licht (L) an einer komplexen Oberfläche (8) des Körpers (4) gebrochen wird und – der Verlauf des gebrochenen Lichtstrahls (22) im Körper ermittelt und für die Rekonstruktion zu Grunde gelegt wird.Method for checking an optically transparent body ( 4 ) on defects ( 6 ), in particular a crystalline body, in which - by means of a light source ( 14 ) Light (L) in the body ( 4 ), - one out of the body ( 4 ) at a decoupling point ( 23 ) exiting light (L) from a camera ( 12 ), - a plurality of such recordings is recorded at respectively different recording positions and - possibly in the body ( 4 ) located defects ( 6 ) are reconstructed from the plurality of recordings, characterized in that - the light (L) on a complex surface ( 8th ) of the body ( 4 ) is broken and - the course of the broken light beam ( 22 ) in the body and is used as the basis for the reconstruction. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Verlaufs des gebrochenen Lichtstrahls (22) eine Oberflächennormale (40) des Körpers (4) an der Stelle, an der das Licht gebrochen wird, ausgemessen wird.A method according to claim 1, characterized in that for determining the course of the refracted light beam ( 22 ) a surface normal ( 40 ) of the body ( 4 ) is measured at the point where the light is refracted. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächennormale (40) bei jeder Aufnahmeposition und zusammen mit der Aufnahme bei dieser Aufnahmeposition gemessen wird.Method according to claim 2, characterized in that the surface normal ( 40 ) at each recording position and measured together with the recording at that recording position. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der jeweiligen Oberflächennormalen (40) ein Messlichtstrahl (34) koaxial zu einer optischen Achse (16) der Kamera (12) auf den Körper (4) gerichtet wird, ein an der Oberfläche (8) reflektierter Lichtanteil des Messlichtstrahls (34) erfasst wird und hieraus die Oberflächennormale (40) ermittelt wird.Method according to claim 2 or 3, characterized in that for determining the respective surface normal ( 40 ) a measuring light beam ( 34 ) coaxial with an optical axis ( 16 ) the camera ( 12 ) on the body ( 4 ), one on the surface ( 8th ) reflected light component of the measuring light beam ( 34 ) and from this the surface normal ( 40 ) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messlichtstrahl (34) koaxial zu einer optischen Achse (16) der Kamera (12) an einer Eintrittsstelle (23) in den Körper (4) eingekoppelt wird, eine Austrittsstelle (42) des Messlichtstrahls (34) erfasst und aus der Kenntnis der Eintrittsstelle (23) und der Austrittsstelle (42) der Verlauf des gebrochenen Lichtstrahls (22) abgeleitet wird.Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that a measuring light beam ( 34 ) coaxial with an optical axis ( 16 ) the camera ( 12 ) at an entry point ( 23 ) in the body ( 4 ), an exit point ( 42 ) of the measurement light beam ( 34 ) and from the knowledge of the entry point ( 23 ) and the exit point ( 42 ) the course of the broken light beam ( 22 ) is derived. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dreidimensionales Bild (44) von den erfassten Fehlstellen (6) rekonstruiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a three-dimensional image ( 44 ) of the detected defects ( 6 ) is reconstructed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Oberflächentopographie (8') des Körpers (4) dargestellt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measured surface topography ( 8th' ) of the body ( 4 ) is pictured. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der ermittelten Rekonstruktion des Körpers (4) mittels einer automatisierten Auswertung fehlerfreie Bereiche identifiziert werden und eine optimierte Zerlegung des Körpers in Abhängigkeit der Geometrie von Folgeprodukten errechnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that from the determined reconstruction of the body ( 4 ) are identified by an automated evaluation error-free areas and an optimized decomposition of the body is calculated depending on the geometry of derived products. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (4) seitlich zur optischen Achse (16) der Kamera (12) nach Art einer Dunkelfeldbeleuchtung oder gegenüberliegend nach Art einer Durchlichtbeleuchtung beleuchtet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the body ( 4 ) laterally to the optical axis ( 16 ) the camera ( 12 ) is illuminated in the manner of a dark field illumination or opposite in the manner of a transmitted light illumination. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Körper (4) auf einem Objektträger (2) angeordnet ist und um eine Drehachse (10) gedreht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that body ( 4 ) on a microscope slide ( 2 ) is arranged and about a rotation axis ( 10 ) is rotated. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera in einer x-Richtung senkrecht zur Drehachse (10) sowie in einer y-Richtung parallel zur Drehachse (10) verfahren wird.A method according to claim 10, characterized in that the camera in an x-direction perpendicular to the axis of rotation ( 10 ) and in a y-direction parallel to the axis of rotation ( 10 ). Vorrichtung insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Objektträger (2) für einen zu untersuchenden Körper (4), eine Lichtquelle (14) zur Beleuchtung des Körpers (4), eine Kamera (12) zur Durchführung einer Vielzahl von Aufnahmen bei verschiedenen Aufnahmepositionen, eine Auswerteeinheit (18), in der aus der Vielzahl der Aufnahmen ein Bild rekonstruiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Messanordnung (24) vorgesehen ist, über die der Verlauf eines einer jeweiligen Aufnahme zugeordneten Lichtstrahls (22) im Körper (4) ermittelt wird, der für die Rekonstruktion zu Grunde gelegt wird.Device in particular for carrying out the method according to one of the preceding claims, comprising a slide ( 2 ) for a body to be examined ( 4 ), a light source ( 14 ) for illuminating the body ( 4 ), a camera ( 12 ) for performing a plurality of recordings at different recording positions, an evaluation unit ( 18 ), in which an image is reconstructed from the plurality of recordings, characterized in that a measuring arrangement ( 24 ) is provided, via which the course of a respective recording associated light beam ( 22 ) in the body ( 4 ), which is used as the basis for the reconstruction.
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