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
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Abstract
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
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
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:
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
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
Die Lichtquelle erzeugt hierbei ein flächiges Bestrahlungsfeld, beleuchtet also den Kristall
Die Aufnahmekamera
Bei der optischen Überprüfung des Kristalls
Weiterhin ist eine Steuer- und Auswerteeinheit
Während der Erfassung der Vielzahl von Aufnahmen wird der Kristall
Je nach gewünschter Qualität des rekonstruierten Bildes kann die Anzahl der Aufnahmepositionen verändert werden. Die Güte kann zusätzlich durch eine weitere Bewegungsfreiheit der Aufnahmekamera
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
Aufgrund der undefinierten, komplexen Oberfläche
Zur Ermittlung des Verlaufs des Lichtstrahls
Der Messlichtstrahl
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
Das Ergebnis einer mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung durchgeführten Tomographie-Rekonstruktion ist in
Die im Kristall
Aus dieser rekonstruierten 3D-Darstellung lassen sich daher mit hoher Genauigkeit fehlerstellenfreie Bereiche im Saphir-Kristall
Bei den Fehlstellen
Grundsätzlich lässt sich dieses Messprinzip mit der Bestimmung des Verlaufs des Lichtstrahls
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