DE112009001936B4

DE112009001936B4 - Inspection device and method for the optical examination of object surfaces, in particular wafer edges

Info

Publication number: DE112009001936B4
Application number: DE112009001936.6T
Authority: DE
Inventors: Dr. Drews Dietrich; Andreas Bodden; Ralph Schrauth
Original assignee: Rudolph Technologies Germany GmbH
Current assignee: Rudolph Technologies Germany GmbH
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2014-03-13
Anticipated expiration: 2029-08-07
Also published as: DE112009001936A5; WO2010015694A1; WO2010015695A1

Abstract

Inspektionsvorrichtung für die optische Untersuchung von Oberflächen in einer Kantenumgebung eines ansonsten ebenen, unstrukturierten Wafers (10), mit wenigstens einer der Objektoberfläche unter einem schrägen Winkel zur Objektebene zugewandten und auf die Objektkante (18) fokussierbaren Digitalkamera (14) und einer Ebenenbeleuchtungseinrichtung (30), die eine Kollimationseinrichtung umfasst und die relativ zur Digitalkamera (14) und zur Objektoberfläche so angeordnet ist, dass kollimiertes Licht auf eine sich an die Objektkante anschließende ebene Hauptfläche (22) der Objektoberfläche in der Kantenumgebung geworfen und ein Bild derselben unter Hellfeldbeleuchtung erzeugt werden kann.Inspection device for the optical examination of surfaces in an edge area of an otherwise flat, unstructured wafer (10), with at least one digital camera (14) facing the object surface at an oblique angle to the object plane and focusable on the object edge (18) and a plane lighting device (30) which comprises a collimation device and which is arranged relative to the digital camera (14) and to the object surface in such a way that collimated light is thrown onto a flat main surface (22) of the object surface in the edge environment adjoining the object edge and an image thereof can be generated under bright field illumination .

Description

Die Erfindung betrifft eine Inspektionsvorrichtung für die optische Untersuchung von Objektoberflächen in einer Kantenumgebung eines ansonsten im Wesentlichen ebenen Objekts, insbesondere von Kanten unstrukturierter Wafer, mit wenigstens einer der Objektoberfläche unter einem schrägen Winkel zur Objektebene zugewandten und auf die Objektkante fokussierbaren Digitalkamera und einer Ebenenbeleuchtungseinrichtung, die relativ zur Digitalkamera und zur Objektoberfläche so angeordnet ist, dass ein Bild einer sich an die Objektkante anschließenden ebenen Hauptfläche der Objektoberfläche in der Kantenumgebung unter Hellfeldbeleuchtung erzeugt wird.The invention relates to an inspection device for the optical examination of object surfaces in an edge environment of an otherwise substantially planar object, in particular edges of unstructured wafers, with at least one of the object surface at an oblique angle to the object plane and focusable on the object edge digital camera and a plane lighting device, the relative to the digital camera and to the object surface is arranged so that an image of an adjoining the object edge planar main surface of the object surface is generated in the edge environment under bright field illumination.

Das optische Inspektionsverfahren von Halbleiterwafern auf Defekte (Ausbrüche, Kratzer, Abdrücke, Partikel, etc.) ist ein wichtiger Teil des Herstellungsprozesses von Computer-Chips. Hierzu werden häufig Kamera-basierte Verfahren eingesetzt, bei denen der zu inspizierende Teil der Waferoberfläche in die Sensorebene einer Kamera abgebildet wird. Die Defekterkennung erfolgt dann anschließend durch Auswertung des Abbildes. Entscheidend für die Leistungsfähigkeit ist dabei die Qualität des Abbildes der Oberfläche. Die Inspektion umfasst in der Regel sowohl die ebene Objekt- bzw. Waferober- und -unterseite als auch dessen Kante. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Inspektion der Kante.The optical inspection process of semiconductor wafers for defects (breakouts, scratches, imprints, particles, etc.) is an important part of the manufacturing process of computer chips. For this purpose, camera-based methods are frequently used in which the part of the wafer surface to be inspected is imaged into the sensor plane of a camera. The defect detection then takes place by evaluation of the image. Decisive for the performance is the quality of the image of the surface. The inspection usually includes both the planar object or wafer top and bottom side and its edge. The present invention particularly relates to the inspection of the edge.

Die hierin verwendeten Begriffe zur Bezeichnung des inspizierten Objekts sind wie folgt zu verstehen:

– „Objektoberfläche” wird als Oberbegriff verstanden, der die gesamte Oberfläche des Objektes bezeichnet und insbesondere die im Folgenden definierte Hauptflächen und Objektkanten einschließt.
– Mit „Hauptfläche” oder auch „Flachbereich” werden die ebenen, gegenüberliegenden Ober- bzw. Unterseiten des in der Regel scheibenförmigen Objektes (Wafers) bezeichnet.
– „Kante” oder „Objektkante” ist der einerseits an die Hauptfläche angrenzende und andererseits das Objekt außenumfänglich begrenzende Flächenabschnitt, der also die Hauptflächen verbindet und in der Regel sowohl einen oberen bzw. unteren schrägen Anteil („Bevel”) als auch einen stirnseitigen umfänglichen Anteil („Apex”) einschließt.
– Die „Kantenumgebung” beschreibt einen Flächenausschnitt, der sowohl die Kante als auch einen Ausschnitt der Hauptfläche im Übergangsbereich zur Kante einschließt.
– Als „Rand” oder „Objektrand” wird die unter dem jeweiligen Blickwinkel erkennbare Übergangslinie zwischen der Objektkante und der Umgebung bezeichnet.
– Als „Bevelline” wird die unter dem jeweiligen Blickwinkel erkennbare Übergangslinie zwischen der Objektober- bzw. -unterseite und dem Bevel der Objektkante bezeichnet.
– Als „Strukturmerkmal” ist eine Abweichung des Kantenverlaufs in der senkrechten Projektion auf die Objektebene, welche von der oder den Hauptflächen definiert wird, von einem vorgegebenen gleichförmigen oder stetigen Konturverlauf zu verstehen. Bei einem kreisrunden Wafer ist ein solches Strukturmerkmal beispielsweise eine radiale Einkerbung (Notch) oder ein gerader Kantenabschnitt (Kreissehne).

The terms used herein to designate the inspected object are to be understood as follows:

- "Object surface" is understood as a generic term which denotes the entire surface of the object and in particular includes the main surfaces and object edges defined below.
- With "main surface" or "flat area" the flat, opposite upper or lower sides of the generally disc-shaped object (wafer) are called.
- "edge" or "object edge" is the one hand, on the main surface adjacent and on the other hand, the object peripherally delimiting surface portion, which thus connects the main surfaces and usually both an upper or lower oblique portion ("Bevel") and a front circumferential Share ("apex").
- The "edge environment" describes a surface section that includes both the edge and a section of the main surface in the transition area to the edge.
- The "edge" or "object edge" is the transition line between the edge of the object and the environment that can be seen from the respective angle.
- "Bevelline" refers to the transition line between the object's upper or lower side and the Bevel of the object's edge that can be seen from the respective angle.
- As a "structural feature" is a deviation of the edge profile in the vertical projection on the object plane, which is defined by the or the main surfaces, to understand by a given uniform or continuous contour. In the case of a circular wafer, such a structural feature is, for example, a radial notch (notch) or a straight edge section (circular chord).

Inspektionsvorrichtungen für Waferkanten verwenden häufig eine Anordnung bestehend aus einer Digitalkamera, die der Objektoberfläche zugewandt ist und insbesondere auf die Objektkante fokussierbar ist. Ferner kommen in solchen Inspektionsvorrichtungen eine oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen zum Einsatz.Inspection devices for wafer edges often use an arrangement consisting of a digital camera, which faces the object surface and in particular can be focused on the object edge. Furthermore, one or more lighting devices are used in such inspection devices.

Aus der DE 103 13 202 B3 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Objektkante des Wafers bestehend aus dem oberen Bevel (Fase), der Apex und dem unteren Bevel vollständig im Bereich des Dunkelfeldes einer LED-Lichtquelle liegen, während das von dieser ausgehende und von der Waferoberseite oder oberen Hauptfläche reflektierte Licht direkt in die Kamera einfällt, die Waferoberseite also im Hellfeldbereich liegt. Die Kamera ist dabei unter einem Winkel von 45° zur Waferoberseite angestellt auf die Objektkante ausgerichtet. Unter Verwendung eines unterhalb des Wafers angeordneten und parallel zu diesem ausgerichteten Planspiegels wird in demselben Bild auch die Unterseite oder untere Hauptfläche des Wafers aufgenommen, welche, soweit einsehbar, ebenfalls im Dunkelfeldbereich liegen. Der obere Bevel wird also unter streifendem Lichteinfall aus der Lichtquelle beleuchtet und die Apex sowie der untere Bevel liegen völlig im Schatten der Lichtquelle. Das Licht, welches den Wafer passiert, wird von der Spiegeloberfläche direkt in die Kamera reflektiert, so dass es als Hellfeld-Hintergrund im Anschluss an die Unterseite abgebildet wird. Im Ergebnis wird die Waferkante als schmaler Streifen im Dunkelfeldbereich abgebildet, auf dessen einer Seite sich der direkte Reflex von der Waferoberseite und auf dessen anderer Seite sich der direkte Reflex von dem Planspiegel anschließen. Dabei sind die Beleuchtungsverhältnisse auf der Oberseite und der Unterseite der Waferkante aus den vorgenannten Gründen sehr unterschiedlich.From the DE 103 13 202 B3 a device of the aforementioned type is known in which the object edge of the wafer consisting of the upper Bevel (bevel), the apex and the lower Bevel are completely in the dark field of an LED light source, while emanating from this and from the wafer top or upper main surface reflected light directly into the camera, the wafer top is so in the bright field area. The camera is aligned with the object edge at an angle of 45 ° to the wafer top. Using a plane mirror arranged underneath the wafer and oriented parallel thereto, the lower image or lower main surface of the wafer is also recorded in the same image, which, insofar as can be seen, are also in the dark field region. The upper Bevel is thus illuminated under grazing light from the light source and the apex and the lower Bevel are completely in the shadow of the light source. The light that passes through the wafer is reflected by the mirror surface directly into the camera so that it is displayed as a bright field background following the bottom. As a result, the wafer edge is depicted as a narrow strip in the dark field area, on one side of which the direct reflection from the wafer top side and on the other side the direct reflection from the plane mirror join. The lighting conditions on the upper side and the lower side of the wafer edge are very different for the aforementioned reasons.

Nachteilig hierbei ist, dass der interessierende Kantenbereich teilweise direkt und teilweise reflektiert über den Spiegel abgebildet wird. Da die Waferkante insgesamt aber im Dunkelfeld liegt, kann diese nicht genau in der Abbildung lokalisiert werden. Zudem bewirkt die schräge Kameraausrichtung auf die Waferkante unterschiedliche Abstände zum Waferrand und zur Waferoberseite, so dass nicht die gesamte Kantenumgebung gleichzeitig scharf abgebildet werden kann.The disadvantage here is that the edge region of interest is partially imaged directly and partially reflected on the mirror. Since the wafer edge is in the dark field overall, it can not be located exactly in the image. In addition, the oblique camera alignment causes the wafer edge different distances to the wafer edge and the wafer top, so that not the entire edge environment can be displayed simultaneously sharp.

Die DE 103 24 474 A1 wie auch die US 2004/0223141 A1 beschreiben jeweils eine Vorrichtung umfassend eine Auflicht-Beleuchtungseinrichtung und eine Abbildungseinrichtung, mit denen die Oberfläche eines mit Fotolack beschichteten Wafers im Hellfeld aufgenommen wird. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung werden diese Vorrichtungen zur Inspektion eines strukturierten Wafers genutzt. Durch Polarisation des Lichtes sowie kameraseitige Analyse des Polarisationszustandes des an der Oberfläche reflektierten Lichtes wird die Entlackung des Wafers in dessen Randbereich untersucht. Zusätzlich ist auf der Waferunterseite eine weitere Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, deren Lichtstrahlen auf dem Weg zur Kamera teilweise von dem Waferrand abgeschattet werden, so dass die Kante des Waferrandes als Hell-Dunkelübergang erscheint.The DE 103 24 474 A1 as well as the US 2004/0223141 A1 describe in each case a device comprising a reflected-light illumination device and an imaging device with which the surface of a photoresist-coated wafer is recorded in the bright field. In contrast to the present invention, these devices are used to inspect a patterned wafer. Polarization of the light and camera-side analysis of the polarization state of the light reflected on the surface are used to investigate the stripping of the wafer in its edge region. In addition, a further illumination device is provided on the underside of the wafer, the light rays of which on the way to the camera are partially shaded by the wafer edge, so that the edge of the wafer edge appears as a light-dark transition.

Während die Untersuchung des Kantenbereichs in der zuletzt genannten Schrift nicht über die Kontrolle der Entlackung hinausgeht und deshalb für die Untersuchung eines unstrukturierten Wafers auf Defekte der eingangs genannten Art ungeeignet ist, kann mit der aus der DE 103 13 202 B3 bekannten Vorrichtung keine lückenlose Untersuchung des Wafers von der Hauptfläche über den gesamten Kantenbereich einschließlich Bevel und Apex mit einer Einstellung sichergestellt werden.While the investigation of the edge area in the latter document does not go beyond the control of Entlackung and therefore unsuitable for the investigation of an unstructured wafer on defects of the type mentioned, can with the from the DE 103 13 202 B3 Known device to ensure seamless inspection of the wafer from the main surface over the entire edge area including Bevel and Apex with a setting.

Die Erfinder haben es sich vor diesem Hintergrund zur Aufgabe gemacht, die Inspektionsvorrichtung bzw. das Inspektionsverfahren dahingehend zu verbessern, dass aus den aufgenommenen Bildinhalten alle Arten von Defekten auf der Objektoberfläche möglichst lückenlos und ortsgenau identifiziert werden können.Against this background, the inventors have made it their task to improve the inspection device or the inspection method in such a way that all types of defects on the object surface can be identified from the recorded image contents as completely as possible and with location accuracy.

Die Aufgabe wird durch eine Inspektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Inspektionsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by an inspection device having the features of claim 1 and an inspection method having the features of claim 17. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Das Inspektionsverfahren sieht erfindungsgemäß vor, dass das von der Ebenenbeleuchtungseinrichtung ausgehende Licht kollimiert ist.The inspection method according to the invention provides that the light emitted by the plane lighting device is collimated.

Dementsprechend umfasst bei der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung die Ebenenbeleuchtungseinrichtung eine Kollimationseinrichtung.Accordingly, in the inspection device according to the invention, the plane lighting device comprises a collimation device.

Die unter schrägem Winkel (0° < Betrachtungswinkel < 90°) zur Ebene des Wafers angeordnete Kamera ermöglicht es, wie auch in DE 103 13 202 B3 , die gesamte Kantenumgebung, also den Bevel und die Apex der Waferkante gleichzeitig mit dem kantennahen Flachbereich, aus einer Position zu erfassen.The camera arranged at an oblique angle (0 ° <viewing angle <90 °) to the plane of the wafer makes it possible, as in DE 103 13 202 B3 to capture the entire edge environment, ie the bevel and the apex of the wafer edge, simultaneously with the edge region near the edge, from one position.

Nachteilig an dieser Anordnung ist jedoch, wie schon erwähnt, dass sich der Abstand der Objektpunkte zur Kameraoptik im gesamten Flachbereich erheblich ändert. Wird das optische System der Kamera so eingestellt, dass die Waferkante scharf abgebildet wird, so laufen die Punkte des Flachbereichs mit zunehmender Entfernung zur Waferkante aus dem Fokus und werden entsprechend unscharf abgebildet. Üblicherweise begegnet man diesem Problem der mangelnden Schärfentiefe, indem man die Blende des Objektivs stark verkleinert. Diese Option scheidet für de hier vorliegende Anwendung jedoch aus, da sich durch diese Maßnahme auch der Lichtdurchsatz durch das Objektiv stark reduzieren würde, was für die Defektinspektion von Nachteil ist, will man dieselbe Kameraanordnung in Kombination mit einer geeigneten Beleuchtung auch zur Dunkelfeldinspektion der Waferkante nutzten.However, a disadvantage of this arrangement is, as already mentioned, that the distance between the object points and the camera optics changes considerably in the entire flat area. If the optical system of the camera is set so that the wafer edge is sharply imaged, the points of the flat area run out of focus with increasing distance to the wafer edge and are correspondingly blurred. Typically, this problem is addressed by the lack of depth of field by greatly reducing the aperture of the lens. However, this option is ruled out for the present application, since the light throughput through the lens would be greatly reduced by this measure, which is disadvantageous for the defect inspection, you want to use the same camera arrangement in combination with a suitable lighting for dark field inspection of the wafer edge ,

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine polierte, ebene Oberfläche das Licht gemäß dem Reflexionsgesetz reflektiert aber nicht in verschiedene Richtungen streut. Gleichzeitig ist der Akzeptanzwinkel eines üblichen Objektivs, welches zur Abbildung der Oberfläche in die Sensorebene der Kamera verwendet werde soll, klein im Vergleich zum Halbraum oberhalb der Oberfläche. Entsprechend der eingestellten Blende gelangen nur Lichtstrahlen durch das Objektiv in die Bildebene, die aus einer Richtung kommen, die sich nur wenig von der optischen Achse des Objektivs unterscheidet. Um ein helles Bild der polierten Oberfläche zu erhalten, ist es daher notwendig, dass die Oberfläche von einer Lichtquelle derart beleuchtet wird, dass deren Licht genau in Richtung des Objektivs reflektiert wird. Dabei ist es hinreichend, wenn das Licht genau parallel zur optischen Achse des Objektivs reflektiert wird. Die Ebenenbeleuchtungseinrichtung muss deshalb unter einem entgegengesetzt gleichen Winkel (Beleuchtungswinkel) kollimiertes Licht auf die Objektebene abstrahlen wie der Betrachtungswinkel unter dem die Digitalkamera auf die Objektoberfläche blickt. Vorstehendes gilt analog, wenn der Strahlengang auf dem Weg von der Ebenenbeleuchtungseinrichtung zur Objektoberfläche oder von der Objektoberfläche zur Kamera umgelenkt wird.The invention is based on the finding that a polished, flat surface reflects the light according to the law of reflection but does not scatter in different directions. At the same time, the acceptance angle of a conventional lens which is to be used for imaging the surface into the sensor plane of the camera is small compared to the half space above the surface. According to the set aperture only light rays pass through the lens in the image plane, which come from a direction that differs only slightly from the optical axis of the lens. In order to obtain a bright image of the polished surface, it is therefore necessary that the surface of a light source is illuminated so that its light is reflected exactly in the direction of the lens. It is sufficient if the light is accurate is reflected parallel to the optical axis of the lens. The plane illumination device therefore has to radiate collimated light onto the object plane at an angle of the same angle (illumination angle) as the viewing angle under which the digital camera looks at the object surface. The above applies analogously when the beam path is deflected on the way from the plane lighting device to the object surface or from the object surface to the camera.

Im Hellfeldbild erscheint die defektfreie Oberfläche hell, weil diese das Licht der Beleuchtung direkt in das Kameraobjektiv reflektiert. Ein Oberflächendefekt reflektiert oder streut das Licht in andere Richtungen, so dass der Defekt im Hellfeldbild dunkel erscheint. Wird erfindungsgemäß mit kollimiertem Licht beleuchtet, das ausschließlich Lichtstrahlen enthält, die nach der Reflexion an der Oberfläche parallel zur optischen Achse des Objektivs verlaufen, ergibt sich im Vergleich zu einer diffusen Lichtquelle sogar noch eine Erhöhung des Kontrastes, da schon geringste Störungen der Oberfläche dazu führen, dass das einfallende Licht der Lichtquelle nicht mehr in das Objektiv reflektiert werden.In the bright field image, the defect-free surface appears bright because it reflects the light directly into the camera lens. A surface defect reflects or scatters the light in other directions, so that the defect appears dark in the bright field image. According to the invention, illumination with collimated light containing exclusively light rays which after reflection at the surface is parallel to the optical axis of the objective results in an increase in contrast compared to a diffuse light source since even the slightest disturbance of the surface results in that the incident light from the light source is no longer reflected in the objective.

Das Wesen einer optischen Abbildung liegt darin, dass alle (auch in verschiedene Richtungen) von einem Objektpunkt ausgehenden Lichtstrahlen, die durch die Eintrittspupille des Objektivs gehen, wieder in einem Punkt in der Bildebene vereinigt werden. Diese Bedingung ist allerdings nur erfüllt, wenn der Objektpunkt in einem bestimmten Abstand zum Objektiv liegt, der sich aus der Brennweite des Objektivs ergibt. Liegt der Objektpunkt in einem anderen Abstand, werden die von ihm ausgehenden Lichtstrahlen nicht an einem Punkt der Bildebene vereinigt sondern über einen ausgedehnten Bereich verstreut. Dadurch entsteht eine unscharfe Abbildung. Wird jedoch eine kollimierte Beleuchtung im Sinne der Erfindung verwendet, geht von jedem Objektpunkt (einer spiegelnden Oberfläche) kein Bündel von Lichtstrahlen in verschiedene Richtungen aus, die in der Bildebene wieder zusammengeführt werden müssen. Im Idealfall geht von jedem Objektpunkt nur ein Lichtstrahl (parallel zur optischen Achse der Kamera) zu dem entsprechenden Punkt in der Bildebene. Das Problem mangelnder Schärfentiefe tritt nicht auf. Es kommt deshalb kameraseitig kein telezentrisches Objektiv zum Einsatz. Durch die kollimierte Beleuchtung wird die bei telezentischen Objektiven übliche Aperturblende in der Brennebene überflüssig. Streng genommen liegt Insoweit eine objektseitige Telezentrie vor. Wenn vorzugsweise ein Abbildungsmaßstab von näherungsweise 1:1 gewählt wird, verlaufen die Strahlen aber auch in der Bildebene parallel und somit weist die erfindungsgemäße Lösung auch die Merkmale einer bildseitigen Telezentrie, also beidseitige Telezentrie auf.The essence of an optical image is that all (also in different directions) emanating from an object point rays of light that go through the entrance pupil of the lens, are reunited at a point in the image plane. However, this condition is only met if the object point lies at a certain distance from the objective, which results from the focal length of the objective. If the object point lies at a different distance, the light rays emanating from it are not united at one point of the image plane but are scattered over an extended area. This creates a blurred image. However, if a collimated illumination is used in the sense of the invention, no bundle of light rays in different directions emanates from each object point (a specular surface), which must be brought together again in the image plane. Ideally, only one light beam (parallel to the optical axis of the camera) passes from each object point to the corresponding point in the image plane. The problem of lack of depth of field does not occur. Therefore, no telecentric lens is used on the camera side. Due to the collimated illumination, the aperture diaphragm in the focal plane which is usual with telecentric objectives becomes superfluous. Strictly speaking, there is an object-side telecentricity. If a magnification of approximately 1: 1 is preferably selected, however, the beams also run parallel in the image plane, and thus the solution according to the invention also has the features of an image-side telecentricity, ie, bilateral telecentricity.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kollimationseinrichtung umfassen beispielsweise eine hinreichend kleinen („punktförmigen”) Beleuchtungsquelle, z. B. eine LED, in hinreichend großem Abstand zum Objektiv, eine hinreichend kleinen („punktförmigen”) Beleuchtungsquelle, z. B. eine LED, zusammen mit einer Kollimationsoptik, im einfachsten Falle eine Sammellinse, in deren Brennpunkt die Beleuchtungsquelle angeordnet ist, oder einen Laser, dessen Strahlquerschnitt ausreichend aufgeweitet wurde, um eine homogene Ausleuchtung des Objektfeldes zu erreichen. Ein kollimierter Laserstrahl erfüllt die Anforderung der Parallelität der Lichtstrahlen ideal. Nachteilig kann sich jedoch die hohe Kohärenz des Laserlichts auswirken, wodurch Interferenzerscheinungen (Speckle) zu unerwünschten Mustern im Bild führen können, die sich nachteilig auf die Bildauswertung auswirken können.Embodiments of the collimation device according to the invention include, for example, a sufficiently small ("punctiform") illumination source, e.g. As an LED, at a sufficiently large distance from the lens, a sufficiently small ("punctiform") illumination source, eg. As an LED, together with a collimating optics, in the simplest case, a converging lens, in the focal point of the illumination source is arranged, or a laser whose beam cross-section has been sufficiently expanded to achieve a homogeneous illumination of the object field. A collimated laser beam ideally fulfills the requirement of parallelism of the light beams. However, the high coherence of the laser light can have a disadvantage, as a result of which interference phenomena (speckle) can lead to undesired patterns in the image, which can adversely affect the image evaluation.

Vorzugsweise weist die Inspektionsvorrichtung eine Hintergrundbeleuchtungseinrichtung auf, die auf der der Digitalkamera abgewandten Seite des Objekts so angeordnet ist, dass von ihr Licht in Richtung der Digitalkamera abgestrahlt wird, wobei das in Richtung der Digitalkamera abgestrahlte Licht teilweise von dem Objekt abgeschattet wird.Preferably, the inspection device has a backlight device which is arranged on the side facing away from the digital camera side of the object so that its light is emitted in the direction of the digital camera, wherein the light emitted in the direction of the digital camera is partially shaded by the object.

Anders als in der DE 103 13 202 B3 sieht die erfindungsgemäße Inspektionsvorrichtung bzw. das Inspektionsverfahren also eine separate Hintergrundbeleuchtung vor, die direkt in die Digitalkamera leuchtet, soweit sie nicht von dem Objekt abgeschattet wird und somit einen Kontrast zwischen der direkt aufgenommenen Objektkante und dem Hintergrund schafft. Damit ist es erstmals möglich einen eindeutigen Bezug zwischen der anhand des Kontrastes zwischen der Objektkante und der Hauptfläche identifizierten Bevellinie und dem anhand des Kontrastes zwischen der Objektkante und der Hintergrundbeleuchtung identifizierten Rand herzustellen.Unlike in the DE 103 13 202 B3 Thus, the inspection device according to the invention or the inspection method thus provides a separate backlight, which shines directly into the digital camera, as long as it is not shadowed by the object and thus creates a contrast between the directly recorded object edge and the background. This makes it possible for the first time to establish a clear relationship between the population line identified on the basis of the contrast between the object edge and the main surface and the edge identified on the basis of the contrast between the edge of the object and the background light.

Es ist außer der bereits erwähnten DE 103 24 474 A1 weiterer Stand der Technik bekannt, der eine Hintergrundlichtquelle auf der einem optischen Sensor abgewandten Seite des Wafers beschreibt. So ist beispielsweise aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 59125627 A eine Vorrichtung bekannt, bei der ein Bündel paralleler Lichtstrahlen senkrecht auf die Waferoberfläche im Kantenbereich gestrahlt wird und der nicht abgeschattete Anteil dieses Lichtbündels mittels eines auf der gegenüberliegenden Seite des Wafers angeordneten flächigen Fotosensors erfasst wird, während der Wafer gedreht wird. Vom Prinzip her dieselbe Anordnung ist aus der Offenlegungsschrift US 5,438,209 A bekannt, welche aber anstelle des Fotosensors eine Kamerazeile verwendet. Bei beiden Vorrichtungen handelt es sich um Vorrichtungen zur Bestimmung der Position einer Notch und nicht um die gattungsgemäße Inspektionsvorrichtung zur Aufnahme eines Dunkelfeldbildes der Waferoberfläche. Die Beleuchtung ist eine reine Hintergrundbeleuchtung, so dass eine Dunkelfeldaufnahme hiermit gar nicht möglich ist. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung der Notch wird jeweils allein durch die Parallelität der Lichtstrahlen sichergestellt, die einen scharfen Schattenwurf gewährleistet.It is except the one already mentioned DE 103 24 474 A1 Further known in the prior art, which describes a background light source on the side facing away from an optical sensor side of the wafer. For example, Japanese Laid-Open Publication JP 59125627 A a device is known in which a bundle of parallel light beams is irradiated perpendicular to the wafer surface in the edge region and the unshaded portion of this light beam is detected by means of a arranged on the opposite side of the wafer planar photosensor, while the wafer is rotated. In principle, the same arrangement is from the published patent application US 5,438,209 A known, but which uses a camera line instead of the photo sensor. Both devices are devices for determining the position of a Notch and not the generic inspection device for receiving a dark field image of the wafer surface. The lighting is a pure backlight, so that a dark field recording hereby is not possible. The accuracy of the position determination of Notch is ensured only by the parallelism of the light beams, which ensures a sharp shadow.

Eine andere Vorrichtung zur Bestimmung der Notch-Position bei einem Wafer ist aus der Offenlegungsschrift JP 2000031245 A bekannt. Diese weist eine Kamera auf, deren optische Achse senkrecht zur Oberseite des Wafers und auf dessen Mitte ausgerichtet ist und die ein zweidimensionales Gesamtbild der Waferoberfläche aufnimmt, ohne dass der Wafer dabei gedreht wird. Die Beleuchtungseinrichtung ist zu diesem Zweck von der optischen Achse der Kamera weggeschwenkt, so dass keine direkte Reflektion des Lichtes von der Waferoberfläche in die Kamera fällt. Die unmittelbare Umgebung des Wafers wird dadurch aufgehellt, dass das Licht der Beleuchtungseinrichtung dem Material der Waferauflage (diffus) gestreut wird. Auf diese Weise entsteht ein Kontrast zwischen der Waferauflage und dem Wafer, so dass die Waferkante als dunkler Rand vor der helleren Auflage abgebildet wird. Diese Vorrichtung erlaubt das Identifizieren der Waferkante und insbesondere einer Notch. Sie ist allerdings nicht dazu vorgesehen und geeignet, Defekte auf der Waferoberfläche mit hinreichender Genauigkeit zu identifizieren und zu lokalisieren. Es handelt sich auch hierbei allein um eine Vorrichtung zur Bestimmung der Notch-Position. Auch sorgt die asymmetrische Anordnung der Beleuchtungseinrichtung bezogen auf die Mittelachse des Wafers für einen Schattenwurf, der eine Lokalisierung der Waferkante mit hoher Genauigkeit erschwert, da nicht das in Richtung der Digitalkamera abgestrahlte Licht teilweise von der Objektkante abgeschattet wird, sondern bereits das Licht auf dem Weg zur Waferauflage. Schließlich ist der Kontrast abhängig von dem Material und der Beschaffenheit der Waferoberfläche einerseits und der Auflage andererseits und kann nicht beeinflusst werden.Another device for determining the Notch position in a wafer is known from the published patent application JP 2000031245 A known. This has a camera whose optical axis is aligned perpendicular to the top of the wafer and on its center and which receives a two-dimensional overall image of the wafer surface, without the wafer is rotated thereby. The illumination device is pivoted away from the optical axis of the camera for this purpose, so that no direct reflection of the light from the wafer surface into the camera falls. The immediate environment of the wafer is brightened that the light of the illumination device is the material of the wafer support (diffused) scattered. In this way, a contrast arises between the wafer support and the wafer, so that the wafer edge is imaged as a dark edge in front of the lighter support. This device allows the identification of the wafer edge and in particular a Notch. However, it is not intended and suitable for identifying and localizing defects on the wafer surface with sufficient accuracy. This is also a device for determining the Notch position. Also, the asymmetrical arrangement of the illumination device with respect to the central axis of the wafer for a shadow, which makes it difficult to localize the wafer edge with high accuracy, since not the light emitted in the direction of the digital camera is partially shaded by the object edge, but already the light on the way to the wafer support. Finally, the contrast is dependent on the material and the nature of the wafer surface on the one hand and the overlay on the other hand and can not be influenced.

Im Gegensatz hierzu betrifft die Erfindung eine Inspektionsvorrichtung zur Detektion von Oberflächendefekten, die eine verbesserte Lokalisierung dieser Oberflächendefekte und zugleich eine Erkennung der Oberflächendefekte bis hin zur äußersten Objektkante also zum Objektrand erlaubt.In contrast, the invention relates to an inspection device for the detection of surface defects, which allows an improved localization of these surface defects and at the same time a recognition of the surface defects up to the outermost object edge ie to the object edge.

Da der Fokus der Digitalkamera bei der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung auf der Objektkante liegt, wird insbesondere der Rand des Objekts scharf abgebildet, was eine genaue Lokalisierung des Objektes ermöglicht. Ferner hat dies den Vorteil, dass die Hintergrundbeleuchtungseinrichtung, welche weiter entfernt liegt, unscharf abgebildet wird und deshalb keine Artefakte des Hintergrundes den Bildeindruck stören, insbesondere kann als Hintergrundbeleuchtungseinrichtung eine einfache Lampe dienen, welche aufgrund der Unschärfe als ausgedehnter Lichtfleck auf dem Sensor der Digitalkamera abgebildet wird. Selbstverständlich kann als Hintergrundbeleuchtungseinrichtung auch eine direkt oder indirekt und/oder diffus abstrahlende flächige Lichtquelle gewählt werden.Since the focus of the digital camera in the inspection device according to the invention lies on the object edge, in particular the edge of the object is sharply imaged, which enables a precise localization of the object. Furthermore, this has the advantage that the backlight device, which is located farther away, is blurred and therefore no artifacts of the background disturb the image impression, in particular can serve as a backlight a simple lamp, which mapped because of the blur as an extended light spot on the sensor of the digital camera becomes. Of course, as a backlight device, a direct or indirect and / or diffuse emitting surface light source can be selected.

Zu der Inspektion der Objektkante gehört erfindungsgemäß auch die des Überganges zur Hauptfläche des Objekts. Hierbei ist die Bevelline von besonderem Interesse. Der Bevel kann neben den erwähnten Defekten in Form von Kratzern, Ausbrüchen, Staubkörnern, Abdrücken oder dergleichen auch Defekte in Form von Bearbeitungsfehlern, nämlich Polierfehlern, aufweisen. Die Waferkante erhält üblicherweise eine polierte Oberfläche. Ist der Polierprozess der Kante ordnungsgemäß erfolgt, müssen die Bevelline und der Waferrand stets parallel verlaufen, Abweichungen hiervon stellen Polierfehler dar. Solche Polierfehler führen nicht zu kontrastreichen Streulichtreflexen oder dunklen Stellen, wie es die vorgenannten Defekte unter Hell- bzw. Dunkelfeldbeleuchtung tun. Polierfehler führen also zu mehr oder weniger starken Abweichungen der Bevelline von ihrer Sollposition auf dem Wafer. Schwankungen der Bevelline aufgrund von Polierfehlern sind jedoch mit Artefakten der Messungen, wie beispielsweise Schwingungen oder einer Exzentrizität des Wafers während der Messungen überlagert, weshalb sich eine Aussage über deren Ist-Position nicht ohne weiteres treffen lässt. Deshalb ist es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung, die ein Randerkennungsmittel aufweist, aus den Bildpunktinformationen des mit der Digitalkamera erzeugten Bildes anhand eines Kontrastes zwischen der Objektkante und der Hauptfläche eine Übergangslinie, die Bevelline zu identifizieren. Besonders bevorzugt ist das Randerkennungsmittel ferner eingerichtet, neben der Bevelline gleichzeitig auch anhand eines Kontrastes zwischen der Objektkante und der Hintergrundbeleuchtung den Rand des Objekts zu identifizieren.According to the invention, the inspection of the object edge also includes that of the transition to the main surface of the object. Here, the Bevelline is of particular interest. The Bevel may, in addition to the mentioned defects in the form of scratches, eruptions, dust grains, prints or the like also defects in the form of processing errors, namely polishing defects have. The wafer edge usually gets a polished surface. If the polishing process of the edge is done properly, the Bevelline and the wafer edge must always be parallel, deviations from this are polishing defects. Such polishing defects do not lead to high-contrast stray light reflections or dark spots, as the aforementioned defects do under bright or dark field illumination. Polishing errors thus lead to more or less pronounced deviations of the Bevelline from its desired position on the wafer. Fluctuations in the Bevelline due to buffing are, however, overlaid with artefacts of the measurements, such as vibrations or eccentricity of the wafer during the measurements, so that a statement about their actual position can not be easily made. Therefore, it is provided according to an advantageous development, by means of an image processing device having an edge detection means, from the pixel information of the image generated with the digital camera based on a contrast between the object edge and the main surface a transition line to identify the Bevelline. Particularly preferably, the edge detection means is also set up to identify the edge of the object in addition to the bevel at the same time also on the basis of a contrast between the object edge and the backlight.

Bevorzugt weist die Bildverarbeitungseinrichtung weiterhin ein Kantenanalysemittel auf, welches eingerichtet ist, die Relativlage der Bevelline zu dem Rand zu überwachen.Preferably, the image processing device further comprises an edge analysis means, which is set up to monitor the relative position of the bees to the edge.

Das Randerkennungsmittel detektiert mittels eines einfachen Algorithmus einen unrunden Lauf des Wafers (Horizontalschwingung in der Waferebene) in Folge einer Zentrierungenauigkeit oder ein Flattern des Wafers (Vertikalschwingung senkrecht zur Waferebene) in Folge einer Unebenheit oder einer resonanten Anregung. Bislang war man bemüht die genannten Fehlerquellen durch aktive und teils mechanisch sehr aufwändige Zentrier- und Dämpfungsmaßnahmen zu minimieren. Im Vergleich zu etwaigen Defekten liefern Horizontal- oder Vertikalschwingungen aber einen periodischen, niederfrequenten Verlauf der Waferkante in dem Bild und lassen sich daher einfach identifizieren. Die genaue Randerkennung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt deshalb auf aufwändige aktive Zentrier- und Dämpfungsmaßnahmen zu verzichten und etwaige Fehler im Rahmen der Bildbearbeitung mittels geeigneter Korrekturmittel oder Routinen zu korrigieren.The edge detection means detects, by means of a simple algorithm, non-circular motion of the wafer (horizontal vibration in the wafer plane) due to centering inaccuracy or wafer flutter (vertical vibration perpendicular to the wafer plane) due to unevenness or resonant excitation. So far, efforts have been made to minimize the sources of error by active and sometimes mechanically very complex centering and damping measures. However, in comparison to any defects, horizontal or vertical vibrations provide a periodic, low frequency sweep of the wafer edge in the image and therefore are easy to identify. The exact edge detection of the device according to the invention therefore allows to dispense with complex active centering and damping measures and to correct any errors in the context of image processing by means of suitable correction means or routines.

Das Überwachen Relativlage der Bevelline zu dem Rand geschieht hiervon ausgehend, indem die Bevelline und Randlinie anhand der Kontrastunterschiede im Bild identifiziert werden, dann wird der Abstand beider Linien im Bild entlang einer ungefähr senkrechten Linie zum Rand bestimmt. Ist der Wafer nicht gut zentriert, also ändert sich der Abstand Waferrand – Kamera, kann unter Berücksichtigung der Abbildungsgeometrie auf den realen Abstand Bevel-Linie – Waferrand geschlossen werden. Dieser Abstand muss innerhalb gewisser Toleranzen am normalen Waferrand immer konstant sein.Monitoring the relative position of the bevelline to the edge, on this basis, by identifying the population and boundary line from the contrast differences in the image, then determining the distance of both lines in the image along an approximately perpendicular line to the edge. If the wafer is not well centered, so the distance wafer edge - camera changes, can be closed taking into account the imaging geometry on the real distance bevel line - wafer edge. This Distance must always be constant within certain tolerances on the normal wafer edge.

In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Randerkennungsmittel ein Strukturerkennungsmittel, welches eingerichtet ist, ein Strukturmerkmal der Objektkante aus Bildpunktinformationen des Dunkelfeldbildes anhand des Kontrastunterschiedes zwischen der Objektkante und der Hintergrundbeleuchtung zu identifizieren.In a preferred embodiment, the edge detection means comprises a structure recognition means which is set up to identify a structural feature of the object edge from pixel information of the dark field image on the basis of the contrast difference between the object edge and the background illumination.

Ein solches Strukturmerkmal ist beispielsweise der Konturverlauf einer Einkerbung (Notch) im Waferrand. Dieser hat eine bekannte Form und kann daher leicht durch einen Algorithmus oder einen Vergleich des aufgenommenen Kantenbildes mit in einem Speicher hinterlegten Formen identifiziert werden. Jedoch kann auf diese Weise nicht nur eine Einkerbung, sondern auch beliebige andere Strukturmerkmale, beispielsweise in Form eines geraden Kantenabschnittes (an einem ansonsten kreisrunden Wafer), erkannt werden. Alle regelmäßigen Strukturmerkmale lassen sich so leicht identifizieren und insbesondere von einem unregelmäßigen Ausbruch unterscheiden. Hierdurch wird eine einfache Inspektion des Strukturmerkmals selbst ermöglicht. Insbesondere können Defekte im dem Strukturmerkmal, das gänzliche Fehlen des Strukturmerkmales, eine Formabweichung des Strukturmerkmals von einer Sollgeometrie bis hin zum Vorliegen mehrerer Strukturmerkmale entlang der Waferkante automatisch festgestellt und angezeigt werden. Auch ist es möglich die Relativlage zwischen der Bevel-Linie und dem Rand entlang eines solchen Strukturmerkmals zu überwachen. Dies gilt auch dann, wenn hier kein konstanter Abstand sondern ein anderer, dem Umriss des Strukturmerkmals folgender Verlauf der Bevelline erwartet wird (Sollgeometrie).Such a structural feature is, for example, the contour of a notch in the wafer edge. This has a known shape and can therefore be easily identified by an algorithm or a comparison of the recorded edge image with stored in a memory forms. However, in this way not only a notch, but also any other structural features, for example in the form of a straight edge portion (on an otherwise circular wafer), can be detected. All regular structural features can thus be easily identified and, in particular, distinguished from an irregular outbreak. As a result, a simple inspection of the structural feature itself is made possible. In particular, defects in the structural feature, the complete absence of the structural feature, a shape deviation of the structural feature from a desired geometry to the presence of several structural features along the wafer edge can be automatically detected and displayed. It is also possible to monitor the relative position between the Bevel line and the edge along such a feature. This also applies if no constant distance is expected here but another profile of the bevelline following the outline of the structural feature (nominal geometry).

Vorzugsweise ist die Bildverarbeitungseinrichtung ferner eingerichtet, anhand des identifizierten Randes und/oder des identifizierten Strukturmerkmals ein Koordinatensystem festzulegen.Preferably, the image processing device is also set up to determine a coordinate system on the basis of the identified edge and / or the identified structural feature.

Anhand des identifizierten Strukturmerkmals kann beispielsweise eindeutig ein Bezugspunkt für den azimutalen Winkel (also den Drehwinkel des Wafers) bestimmt werden. So kann beispielsweise die Mitte einer Notch als Koordinatennullpunkt des Azimutalwinkels genommen werden, was eine genaue Winkelpositionsangabe jedes identifizierten Oberflächendefektes (oder Defektfragmentes) erlaubt.By way of example, a reference point for the azimuthal angle (ie the angle of rotation of the wafer) can be determined unambiguously on the basis of the identified structural feature. For example, the center of a notch may be taken as the coordinate zero point of the azimuthal angle, allowing accurate angular position indication of each identified surface defect (or defect fragment).

Ferner kann mit einer solchen Bildverarbeitungseinrichtung aus dem identifizierten Rand bei bekannter Ausformung des Kantenprofils auf den Verlauf der wahren körperlichen Objektkante geschlossen werden. Die Mitte der Apex, welche die radial äußerste Kante des Objekts bildet, wird im einfachsten Fall ermittelt, indem bei bekannter Form des Kantenprofils und des Beobachtungswinkels, unter dem die Kamera auf die Objektkante blickt, ein konstanter Abstand der Apexmitte zu dem identifizierten Rand angenommen wird. Dieser Abstand kann als system- und/oder profilspezifische Einstellung in einem Speicher der Bildverarbeitungseinrichtung hinterlegt und bei Berechnung der Lage der wahren Objektkante von der Position des identifizierten Randes subtrahiert werden. Als Koordinatennullpunkt der radialen Komponente des Koordinatensystems wird dann bevorzugt die wahre Objektkante also der Mitte der Apex gewählt. Dieser und der Koordinatennullpunkt des Azimutalwinkels bilden bevorzugt den Ursprung eines zweidimensionalen Koordinatensystems.Furthermore, with the aid of such an image processing device, it is possible to deduce the course of the true physical object edge from the identified edge in the case of a known shaping of the edge profile. The center of the apex, which forms the radially outermost edge of the object, is determined in the simplest case by assuming a constant distance of the apex center to the identified edge when the edge profile and the viewing angle under which the camera is looking at the object edge are known , This distance can be stored as a system- and / or profile-specific setting in a memory of the image processing device and subtracted when calculating the position of the true edge of the object from the position of the identified edge. As coordinate zero point of the radial component of the coordinate system, the true object edge, ie, the center of the apex, is then preferably selected. This and the coordinate zero point of the azimuthal angle preferably form the origin of a two-dimensional coordinate system.

Ist das Koordinatensystem in zwei Dimensionen festgelegt, kann vorzugsweise mittels der Bildverarbeitungseinrichtung die Lage der Bevelline in Bezug auf das Koordinatensystem bestimmt werden.If the coordinate system is defined in two dimensions, the position of the bevelling with respect to the coordinate system can preferably be determined by means of the image processing device.

Dies erlaubt Polierfehler auch bezüglich Ihrer Winkelposition relativ zum Strukturmerkmal, der Wafernotch, zu bestimmen.This allows polishing errors also with respect to their angular position relative to the structural feature, the wafer notch.

Wird das Objekt aus der schrägen Perspektive von seiner Oberseite und von seiner Unterseite Inspiziert, erhält man ein vollständiges Bild der Kantenumgebung. Die beiden Bildhälften können in der Mitte der Apex also im Koordinatennullpunkt der radialen Komponente zusammengefügt werden, wobei die in beiden Teilbildern ermittelten Koordinatennullpunkte des Azimutalwinkels übereinander gelegt werden. Somit lassen sich alle Defekte in einem gemeinsamen Koordinatensystem darstellen.Inspecting the object from the oblique perspective from its top and bottom gives a complete picture of the edge environment. The two halves of the image can thus be joined together in the center of the apex in the coordinate zero point of the radial component, wherein the zero coordinates of the azimuthal angle determined in both partial images are superimposed. Thus, all defects can be represented in a common coordinate system.

Die Digitalkamera ist vorzugsweise eine Zeilenkamera, die so angeordnet ist, dass die mit der Zeilenkamera aufgenommene einzelne Bildzeile in einer Ebenen liegt, welche senkrecht zu der Ebene des Objekts angeordnet ist.The digital camera is preferably a line scan camera arranged so that the single image line taken with the line scan camera lies in a plane that is perpendicular to the plane of the object.

Die Betrachtungsrichtung, aus der das Bild von der Objektkante mittels Digitalkamera aufgenommen wird, kann, in der Projektion auf die Objektebene gesehen, senkrecht auf der Objektkante oder einer Tangente und die Objektkante stehen. Das heißt die optische Achse der Kamera ist (evtl. nach Umlenkung) gemäß dieser Ausführungsform so orientiert, dass sie zusammen mit der Bildzeile eine optische Ebene definiert, die mit einer Radialebene des Wafers zusammenfällt. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass weniger Bildverzerrungen auftreten.The viewing direction from which the image is taken from the edge of the object by means of a digital camera can, viewed in the projection on the object plane, be perpendicular to the object edge or a tangent and the object edge. That is, the optical axis of the camera is oriented (possibly after deflection) according to this embodiment so as to define together with the image line an optical plane coincident with a radial plane of the wafer. The advantage of this embodiment is that fewer image distortions occur.

Vorzugsweise ist eine erste Kantenbeleuchtungseinrichtung vorgesehen, die relativ zur Digitalkamera und zur Objektkante so angeordnet ist, dass ein Bild der Objektkante unter Dunkelfeldbeleuchtung erzeugt werden kann.Preferably, a first edge lighting device is provided, which is arranged relative to the digital camera and the object edge so that an image of the object edge can be generated under dark field illumination.

Bei der Dunkelfeldbeleuchtung wird das von der Beleuchtungseinrichtung abgestrahlte Licht von der intakten Objektoberfläche so reflektiert, dass es nicht in die Optik der Digitalkamera einfällt, so dass das Bild der Objektoberfläche überwiegend dunkel bleibt. Befindet sich in dem Oberflächenbereich ein Defekt in Form einer Vertiefung (Kratzer, Ausbruch) oder in Form einer Erhöhung (Staubkorn, Verunreinigung), dann wird in der Regel von Teilflächen des Defekts der eine oder andere Reflex in die Optik der Digitalkamera einfallen. Es entsteht auf diese Weise ein helles Abbild von Defektfragmenten. In dark field illumination, the light emitted by the illumination device is reflected by the intact object surface so that it does not enter the optics of the digital camera, so that the image of the object surface remains predominantly dark. If a defect in the surface area is in the form of a depression (scratch, eruption) or in the form of an increase (dust grain, impurity), then part or all of the defect will usually invade the optics of the digital camera. This creates a bright image of defect fragments.

Die Erfinder haben darüber hinaus erkannt, dass je nach Beleuchtungssituation unterschiedliche Abschnitte der Defekte ausgeleuchtet werden, sich also Verschiedene Fragmente unter Verschiedenen Lichteinfallsrichtungen zeigen. Um ein vollständigeres Bild des gesamten Defektes zu erhalten, ist deshalb vorteilhafter Weise, alternativ oder zusätzlich, eine zweite Kantenbeleuchtungseinrichtung vorgesehen, die relativ zur Digitalkamera und zur Objektkante so angeordnet ist, dass ein Bild der Objektkante unter Hellfeldfeldbeleuchtung erzeugt werden kann.The inventors have also recognized that, depending on the lighting situation, different sections of the defects are illuminated, that is, different fragments are shown under different directions of light incidence. In order to obtain a more complete picture of the entire defect, it is therefore advantageous, alternatively or additionally, to provide a second edge illumination device which is arranged relative to the digital camera and to the object edge such that an image of the object edge can be generated under bright field illumination.

Bei der Hellfeldbeleuchtung wird das von der Beleuchtungseinrichtung abgestrahlte Licht von der intakten Objektoberfläche direkt in die Optik der Digitalkamera reflektiert, so dass das Bild der Objektoberfläche überwiegend helle erscheint. Befindet sich in dem Oberflächenbereich ein Defekt in Form einer Vertiefung (Kratzer, Ausbruch) oder in Form einer Erhöhung (Staubkorn, Verunreinigung), dann wird in der Regel von den überwiegenden Teilflächen des Defekts das Licht in andere Richtungen gestreut und fällt nicht in die Optik der Digitalkamera ein. Es entsteht auf diese Weise ein dunkles Abbild von Defektfragmenten.In bright field illumination, the light emitted by the illumination device is reflected by the intact object surface directly into the optics of the digital camera, so that the image of the object surface appears predominantly bright. If a defect in the surface area is in the form of a depression (scratch, eruption) or in the form of an increase (dust grain, impurity), the light is scattered in other directions and does not fall into the optics of the majority of the defects the digital camera. This creates a dark image of defect fragments.

Gerade im Fall der Hellfeldbeleuchtung ist die optische Achse der Kamera vorzugsweise so orientiert, dass die zusammen mit der Bildzeile definierte optische Ebene der Zeilenkamera aus der Radialebene herausgeschwenkt ist. Zwar werden so stärkere Bildverzerrungen in Kauf zu nehmen sein. Jedoch lässt diese Anordnung die Hellfeldaufnahme der Waferkante in einfacher Weise realisieren, indem die Hellfeld-Beleuchtungseinrichtung in spiegelbildlicher Anordnung zur Kameraanordnung bezogen auf die Radialebene durch den Fokuspunkt auf der Waferoberfläche eingesetzt wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Hintergrundbeleuchtungseinrichtung bevorzugt um den gleichen Betrag und in dieselbe Richtung aus der Radialebene herausgeschwenkt, so dass sie auf der optischen Achse der Kamera liegt.Especially in the case of bright field illumination, the optical axis of the camera is preferably oriented so that the defined together with the image line optical plane of the line scan camera is pivoted out of the radial plane. Admittedly, this will lead to more image distortions. However, this arrangement makes it possible to realize the bright field image of the wafer edge in a simple manner by using the bright field illumination device in a mirror image arrangement relative to the camera arrangement with respect to the radial plane through the focal point on the wafer surface. In this embodiment, the backlighting device is preferably pivoted out of the radial plane by the same amount and in the same direction as to lie on the optical axis of the camera.

Vorzugsweise ist die zweite Kantenbeleuchtungseinrichtung in Form eines Ringsegments ausgestaltet, das die Objektkante teilweise umspannt. Hierdurch wird dem Profil des Kantenverlaufes (Bevel-Apex-Bevel) näherungsweise Rechnung getragen.Preferably, the second edge illumination device is designed in the form of a ring segment, which partially surrounds the object edge. As a result, the profile of the edge profile (Bevel-Apex-Bevel) is approximately taken into account.

Besonders bevorzugt ist das Ringsegment kreissegmentförmig und so justierbar, dass dessen Mittelpunkt in den Bereich der Objektkante fällt. Dies stellt eine ausreichend gute Bedingung für eine Hellfeldbeleuchtung über einen weiten Profilabschnitt der Objektkante sicher.Particularly preferably, the ring segment is circular segment-shaped and adjustable so that its center falls in the region of the object edge. This ensures a sufficiently good condition for bright field illumination over a wide profile section of the object edge.

Ganz besonders bevorzugt ist das Ringsegment so justierbar, dass der von einem äußersten Ende ausgehende radiale Lichtstrahl parallel zu dem kollimierten Licht der Ebenenbeleuchtungseinrichtung verläuft.Most preferably, the ring segment is adjustable so that the radial light beam emanating from an outermost end is parallel to the collimated light of the plane lighting device.

Gleichzeitig ist das Ringlicht vorzugsweise so angeordnet, dass seine äußerste Lichtquelle möglichst nahe am mechanischen Ende des Ringlichtkörpers liegt. Die gesamte Anordnung kann dann so justiert werden, dass kollimierte Licht der Ebenenbeleuchtung gerade an der Ringbeleuchtung vorbei auf den kantennahen Flachbereich fällt. Dadurch wird eine möglichst homogene Ausleuchtung des Flachbereichs erzielt und es ergibt sich ein lückenloses Hellfeldbild von Waferkante und kantennahem Flachbereich.At the same time, the ring light is preferably arranged so that its outermost light source is as close as possible to the mechanical end of the ring light body. The entire arrangement can then be adjusted so that collimated light of the plane illumination falls just past the ring illumination and onto the flat area near the edge. As a result, the illumination of the flat area which is as homogeneous as possible is achieved, and a gapless brightfield image results from the wafer edge and the flat area near the edge.

Die Bildverarbeitungseinrichtung ist ferner bevorzugt eingerichtet, aus den Bildpunktinformationen des Dunkelfeldbildes und/oder des Hellfeldbildes der Objektkante anhand der wie vorstehend beschrieben erzeugten Kontraste Oberflächendefekte in der Kantenumgebung zu identifizieren.The image processing device is furthermore preferably configured to identify surface defects in the edge environment from the pixel information of the dark field image and / or the bright field image of the object edge on the basis of the contrasts generated as described above.

Die ermittelten Defektfragmente werden mittels der Bildverarbeitungseinrichtung zunächst in den Teilbildern der Dunkelfeldaufnahme und der Hellfeldaufnahme getrennt voneinander identifiziert. Dies geschieht vorzugsweise, indem zunächst zusammenhängende Bildpunkte, deren Inhalte (Intensitäts-, Grau- oder Farbwerte) innerhalb eines vorher festgelegten Wertebereiches (Intensitäts-, Grau- oder Farbwertintervalls) liegen, demselben Defektfragment zugeordnet werden. Die so ermittelten Defektfragmente werden anschließend mittels eines Algorithmus auf Zugehörigkeit zu demselben Defekt zusammengefasst. Aus zwei (oder mehr) Teilbildern der Objektoberfläche wird so ein virtuelles Oberflächenbild erzeugt, so dass durch die Gesamtheit der Informationen aus dem Hellfeldbild und dem Dunkelfeldbild sich ein umfassenderes Bild des gesamten Defektes erzeugen lässt.The detected defect fragments are first identified by the image processing device separately in the sub-images of the dark field recording and the bright field recording. This is preferably done by first assigning contiguous pixels whose contents (intensity, gray or color values) lie within a predetermined value range (intensity, gray or color value interval) to the same defect fragment. The defect fragments determined in this way are then combined by means of an algorithm for belonging to the same defect. From two (or more) partial images of the object surface, a virtual surface image is thus generated, so that the entirety of the information from the bright field image and the dark field image allows a more comprehensive image of the entire defect to be produced.

Das so erzeugt digitale Bild der Objektoberfläche wird anschließend üblicherweise einer manuellen oder automatischen Auswertung zugeführt, wobei die Ergebnisse der Auswertung dazu verwendet werden, nach den Vorgaben des Chip-Herstellers über die Verwertbarkeit des Wafers zu entscheiden und eine Sortierung nach Qualitätskriterien durchzuführen.The digital image of the object surface thus produced is then usually fed to a manual or automatic evaluation, wherein the results of the evaluation are used to decide according to the specifications of the chip manufacturer on the usability of the wafer and perform a sorting according to quality criteria.

Die zweite Kantenbeleuchtungseinrichtung, die Hintergrundbeleuchtungseinrichtung und die Ebenenbeleuchtungseinrichtung sind mittels einer geeigneten Steuereinheit besonders bevorzugt getrennt voneinander ansteuerbar.The second edge illumination device, the background illumination device and the plane illumination device can be controlled separately from one another by means of a suitable control unit.

Hierdurch kann sichergestellt werden, dass in jedem Aufnahmemodus ein ausreichender bzw. optimaler Kontrast zwischen der Hauptfläche im Hellfeld, der Waferkante im Hell- oder Dunkelfeld und der Hintergrundbeleuchtung gegeben ist, der eine gleichzeitige Erkennung der Bevelline, des Waferrandes und von Defekten im Hellfeld bzw. Dunkelfeld erlaubt. Befinden sich zum Beispiel unmittelbar am Rand des Wafers Defekte in Form von Ausbrüchen, so können auch diese leicht als Abweichung von der stetigen Randkurve identifiziert werden. Die Information über den Verlauf der Kontur des Wafers bietet also (neben der oben beschriebenen) eine zusätzliche Möglichkeit zur Erkennung von Defekten. Dabei ermöglicht die separate Hintergrundbeleuchtung eine Kontrasteinstellung, die von dem Kontrastschwerpunkt bzw. von dem Intensitäts-, Grau- oder Farbwerteschwerpunkt eines im Dunkelfeld oder Hellfeld liegenden Defektes abweicht. Ausbrüche sind auf diese Weise leicht von einem Oberflächendefekt anderer Art unterscheidbar.In this way, it is possible to ensure that in each recording mode there is sufficient or optimum contrast between the main area in the bright field, the wafer edge in the bright or dark field and the background illumination, which simultaneously identifies the bevelline, the wafer edge and defects in the bright field or Darkfield allowed. For example, if there are defects in the form of eruptions directly at the edge of the wafer, then these too can easily be identified as a deviation from the continuous boundary curve. The information about the shape of the contour of the wafer thus offers (in addition to the one described above) an additional possibility for the detection of defects. In this case, the separate backlighting allows a contrast adjustment, which differs from the contrast center or from the intensity, gray or color center of gravity of a defect lying in the dark field or bright field. Outbreaks are thus easily distinguishable from a surface defect of another kind.

Durch die separate Beleuchtungsansteuerung ist das erfindungsgemäße Verfahren ferner unabhängig vom Reflexionsvermögen der Waferoberfläche beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Beschichtungen und/oder Strukturen.Due to the separate illumination control, the method according to the invention is furthermore independent of the reflectivity of the wafer surface, for example due to different coatings and / or structures.

Ist das Kooordinatensystem in zwei Dimensionen festgelegt, kann bei dem erfindungsgemäßen Inspektionsverfahren die Lage des oder der aufgefundenen Oberflächendefekte oder Defektfragmente in Bezug auf dieses Koordinatensystem bestimmt werden. Die Lagebestimmung kann beispielsweise sowohl die Ausdehnung des Defektes oder Defektfragmentes also auch dessen Schwerpunkt und Orientierung umfassen. Insgesamt werden durch die erfindungsgemäße Identifizierung der Objektkante und des Strukturmerkmals die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Angaben über jeden Defekt erhöht.If the co-ordinate system is defined in two dimensions, the position of the surface defect (s) found in relation to this coordinate system can be determined in the inspection method according to the invention. The position determination can include, for example, both the extent of the defect or defect fragment, including its center of gravity and orientation. Overall, the accuracy and reproducibility of the information about each defect are increased by the inventive identification of the object edge and the structural feature.

Abweichungen davon können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung leicht detektiert werden, wenn die Bildverarbeitungseinrichtung eingerichtet ist, die Lage der Bevelline in Bezug auf das Koordinatensystem und/oder den identifizierten Waferrand zu bestimmen.Deviations from this can easily be detected with the method according to the invention and with the device according to the invention if the image processing device is set up to determine the position of the bevelling with respect to the coordinate system and / or the identified wafer edge.

Weist die Inspektionsvorrichtung einen motorisch angetriebenen Drehtisch zur drehbaren Halterung des Objektes auf, wobei die Digitalkamera eingerichtet ist, synchron zur Drehung des Drehtisches ein digitales Bild der Objektkante aufzunehmen, können mit einer solchen Zeilenkamera sequentiell mehrere Bildzeilen der Objektkante aufgenommen werden, während sich das Objekt zusammen mit dem Drehtisch dreht. Hierzu kann die Auslösung der Kamera beispielsweise mittels eines Synchronisationsimpulses durch den Antriebsmotor (z. B. Schrittmotor) folgen. Die sequentiell aufgenommenen Bildzeilen der Objektkante in unterschiedlicher Winkelstellung des Objekts werden anschließend zu einem (Panorama-)Bild der Objektkante zusammengefügt.If the inspection device has a motor-driven turntable for rotatably supporting the object, wherein the digital camera is set up to record a digital image of the object edge synchronously with the rotation of the turntable, such a line camera can sequentially acquire a plurality of image lines of the object edge while the object is being combined turns with the turntable. For this purpose, the triggering of the camera can follow, for example, by means of a synchronization pulse by the drive motor (eg stepping motor). The sequentially recorded image lines of the object edge in different angular position of the object are then combined to form a (panoramic) image of the object edge.

Die Verfahrensschritte der Bildverarbeitung, insbesondere des Identifizierens des Randes, der Bevelline oder der Strukturmerkmale, des Bestimmens eines Koordinaten- oder Bezugssystems und das Bestimmen der Lage von Defekten und der Bevelline in dem Bezugssystem, können einzeln oder gemeinsam sowohl als Software als auch als Hardware oder in Kombination aus Software und Hardware implementiert sein.The process steps of the image processing, in particular the identification of the edge, the Bevelline or the structural features, the determination of a coordinate or reference system and the determination of the position of defects and Bevelline in the reference system, individually or collectively both as software and as hardware or be implemented in combination of software and hardware.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Other objects, features and advantages of the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment with the aid of the drawings. Show it:

1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung; 1 a side view of an embodiment of the inspection device according to the invention;

2 eine Seitenansicht eines um eine Hellfeldbeleuchtung der Objektkante erweitertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung; 2 a side view of an extended to a bright field illumination of the object edge embodiment of the inspection device according to the invention;

3 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß 2; 3 a plan view of the embodiment according to 2 ;

4 eine Draufsicht auf eine Erweiterung des Ausführungsbeispiels um eine Dunkelfeldbeleuchtung der Objektkante; 4 a plan view of an extension of the embodiment by a dark field illumination of the object edge;

5 eine Seitenansicht der Ausführungsform gemäß 4 und 5 a side view of the embodiment according to 4 and

6 ein Histogramm des Helligkeitsverlaufes einer Bildzeile. 6 a histogram of the brightness curve of a picture line.

In 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung zur Inspektion einer oberen Kantenumgebung eines Halbleiterwafers 10 in der Seitenansicht gezeigt. Die Inspektionsvorrichtung weist eine Digitalkamera 14 auf, welche mit Ihrer optischen Achse 15 mittels einer Optik 16 auf die Umgebung der Kante 18 des Wafers 10 ausgerichtet und fokussiert ist. Die Digitalkamera 14 ist speziell zur Kanteninspektion des Wafer 10 eingerichtet, indem sie unter einem schrägen Winkel, das heißt > 0° und < 90°, vorzugsweise zwischen 30° und 60° und besonders bevorzugt unter etwa 45° zur Objektebene bzw. Oberseite 22 des Wafers 10 auf die Kante 18 ausgerichtet ist. Die Digitalkamera 14 erfasst hierdurch eine Kantenumgebung, die einen Teil der Oberseite oder Hauptfläche 22 des Wafers 10, dessen oberen, leicht schrägen Kantenbereich oder Bevel 24, und wenigstens einen Teil des stirnseitigen Kantenbereichs oder Apex 26 umfasst, vgl. 5.In 1 is an embodiment of the inspection device according to the invention for inspecting an upper edge environment of a semiconductor wafer 10 shown in the side view. The inspection device has a digital camera 14 on which with your optical axis 15 by means of an optic 16 on the environment of the edge 18 of the wafer 10 aligned and focused. The digital camera 14 is specially designed for edge inspection of the wafer 10 arranged by at an oblique angle, that is> 0 ° and <90 °, preferably between 30 ° and 60 ° and more preferably below about 45 ° to the object plane or top 22 of the wafer 10 on the edge 18 is aligned. The digital camera 14 thereby captures an edge environment that is part of the top or main surface 22 of the wafer 10 whose upper, slightly sloping edge area or bevel 24 , and at least part of the frontal edge region or apex 26 includes, cf. 5 ,

Die Inspektionsvorrichtung weist ferner eine Ebenenbeleuchtungseinrichtung 30 auf. Die Ebenenbeleuchtungseinrichtung 30 ist so angeordnet, dass deren Lichtstrahlen 31 von der oberen Hauptfläche 22 des Wafers 10 direkt in die Kameraoptik 16 reflektiert wird. Es wird hierdurch ein Hellfeldbild der Hauptfläche 22 erzeugt, soweit der Blickwinkel der Kamera und der Strahlfleck der Ebenenbeleuchtungseinrichtung 30 diese erfasst. Die Ebenenbeleuchtungseinrichtung 30 ist vereinfacht als Kasten dargestellt. Erfindungsgemäß weißt diese eine in 1 nicht dargestellte Kollimationseinrichtung auf, die ein Bündel paralleler Lichtstrahlen 31 erzeugt.The inspection device further comprises a plane lighting device 30 on. The plane lighting device 30 is arranged so that its light rays 31 from the upper main surface 22 of the wafer 10 directly into the camera optics 16 is reflected. As a result, it becomes a bright field image of the main surface 22 as far as the angle of view of the camera and the beam spot of the plane lighting device 30 this recorded. The plane lighting device 30 is simplified as a box shown. According to the invention, this one knows in 1 Not shown collimation, which is a bundle of parallel light beams 31 generated.

Alle Lichtstrahlen 31, die nach Reflexion an der Waferoberseite 22 parallel zur optischen Achse 15 in die Optik 16 eintreten, werden im hinteren Brennpunkt deren Linsensystems 17 vereinigt und treffen danach auf eine Bildebene 19 in der Kamera, in der ein optischer Sensor angeordnet ist. Maßgeblich für den Ort in der Bildebene 19, wo die Strahlen auftreffen, ist allein der Abstand der Strahlen von der optischen Zentralachse vor dem Objektiv. Dadurch ist jeder Objektpunkt A, B, C auf der Objektoberfläche eindeutig mit einem Bildpunkt A', B', C' in der Bildebene 19 der Kamera verbunden. insbesondere ist dieser Zusammenhang unabhängig vom Abstand des Objektpunktes vom Objektiv, d. h. unabhängig davon, ob sich der Objektpunkt in der Fokusebene des Objektivs befindet oder nicht.All rays of light 31 after reflection on the wafer top 22 parallel to the optical axis 15 in the optics 16 enter, are in the back focus their lens system 17 united and then meet on an image plane 19 in the camera, in which an optical sensor is arranged. Decisive for the place in the picture plane 19 where the rays strike is the distance of the rays from the central optical axis in front of the objective. As a result, each object point A, B, C on the object surface is unique with a pixel A ', B', C 'in the image plane 19 connected to the camera. In particular, this relationship is independent of the distance of the object point from the lens, ie, regardless of whether the object point is in the focal plane of the lens or not.

Die Ausführungsform gemäß 2 unterscheidet sich von der gemäß 1 zum einen dadurch, dass das kollimierte Licht 31 der Ebenenbeleuchtungseinrichtung 30', die diesmal schematisch als Punktlichtquelle 32 mit einer Linsenanordnung 34 als Kollimationseinrichtung dargestellt ist, mittels eines Spiegels 36 auf den kantennahen Flachbereich 22 des Wafers 10 geworfen wird. Der Spiegel, der der Ebenenbeleuchtungseinrichtung 30' zuzuordnen ist, ist nicht zwingend erforderlich, wie anhand von 1 deutlich gemacht wurde, erleichtert aber die Justage der Inspektionsvorrichtung, da er auf einfache Weise verschiebbar, insbesondere in Richtung der einfallenden Lichtstrahlen 31', und kippbar ist.The embodiment according to 2 differs from the according to 1 on the one hand, that the collimated light 31 the plane lighting device 30 ' , this time schematically as a point light source 32 with a lens arrangement 34 is shown as a collimation device, by means of a mirror 36 on the edge near flat area 22 of the wafer 10 is thrown. The mirror, the plane lighting device 30 ' is not mandatory, as determined by 1 has been made clear, but facilitates the adjustment of the inspection device, as he easily displaced, especially in the direction of the incident light rays 31 ' , and is tiltable.

Die Ausführungsform gemäß 2 unterscheidet sich von der gemäß 1 ferner durch eine zweite Kantenbeleuchtungseinrichtung 29, die relativ zur Digitalkamera 14 und zur Objektkante 18 so angeordnet ist, dass ein Bild der Objektkante 18 wenigstens im Teilprofil unter Hellfeldfeldbeleuchtung erzeugt wird. Die zweite Kantenbeleuchtungseinrichtung 29 ist als kreissegmentförmiges Ringsegment (kurz: Ringlicht) ausgeführt, das so justiert ist, dass dessen Mittelpunkt im Bereich der Objektkante 18 liegt. Das Ringlicht weist beispielsweise eine dichte Anordnung von Lichtquellen, vorzugsweise LEDs, auf einem Ringsegmentförmigen Halter auf. Es beleuchtet den oberen Bevel, die Apex und zumindest teilweise auch den unteren Bevel der Waferkante 18. Die Halterung des Ringlichts (nicht gezeigt) verfügt ferner über eine Justagemöglichkeit, die es ermöglicht, das Ringlicht in der Ringebene um dessen Zentralpunkt zu drehen. Er wird vorzugsweise so justiert, dass der äußerste obere (bzw. untere) Strahl gerade nicht auf den Flachbereich 22 des Wafers 10 fällt und der von einem äußerste Ende ausgehende radiale Lichtstrahl parallel zu dem kollimierten Licht der Ebenenbeleuchtungseinrichtung 30' verläuft. Das Ringlicht ist ferner so gestaltet, dass die äußerste Lichtquelle möglichst nahe am Ende des Ringlichtkörpers liegt.The embodiment according to 2 differs from the according to 1 further by a second edge lighting device 29 that are relative to the digital camera 14 and to the object edge 18 arranged so that an image of the object edge 18 at least in the subprofile under bright field lighting is generated. The second edge lighting device 29 is designed as a circular segment-shaped ring segment (short: ring light), which is adjusted so that its center in the region of the object edge 18 lies. The ring light has, for example, a dense arrangement of light sources, preferably LEDs, on a ring segment-shaped holder. It illuminates the upper Bevel, the Apex and at least partially the lower Bevel of the wafer edge 18 , The holder of the ring light (not shown) also has an adjustment possibility, which makes it possible to rotate the ring light in the ring plane around the center point. It is preferably adjusted so that the outermost upper (or lower) beam just does not touch the flat area 22 of the wafer 10 and the radial light beam emanating from an outermost end coincides with the collimated light of the plane lighting device 30 ' runs. The ring light is further designed so that the outermost light source is as close as possible to the end of the ring light body.

Gleichzeitig wird der Spiegel 36 so justiert, dass die Lichtstrahlen 31 der Ebenenbeleuchtungseinrichtung 30' in einem dem Anstellwinkel der Kamera 14 entgegengesetzt gleichen Winkel gerade an der Kantenbeleuchtungseinrichtung 29 vorbei auf den kantennahen Flachbereich 22 fällt und eine möglichst homogene Ausleuchtung des Flachbereichs bis zum Übergang in den oberen Bevel erzielt wird. Um eine Abschattung an dieser Stelle zu vermeiden, ist es notwendig, dass die Kantenbeleuchtungseinrichtung 29 nicht in den Strahlengang der Ebenenbeleuchtungseinrichtung 30 hineinragt.At the same time the mirror becomes 36 adjusted so that the rays of light 31 the plane lighting device 30 ' in a the angle of the camera 14 opposite equal angle straight at the edge lighting device 29 past the edge near flat area 22 falls and as homogeneous a lighting of the flat area is achieved until the transition to the upper Bevel. In order to avoid shading at this point, it is necessary that the edge lighting device 29 not in the beam path of the plane lighting device 30 protrudes.

Bei korrekter Justage beider Beleuchtungseinrichtungen 29, 30' und 36 ergibt sich ein lückenloses Hellfeldbild der Kantenumgebung von der Waferkante 18 bis in den oberen kantennahen Flachbereich 22.With correct adjustment of both lighting devices 29 . 30 ' and 36 results in a gapless bright field image of the edge environment of the wafer edge 18 up to the upper edge near flat area 22 ,

Beide Beleuchtungseinrichtungen 29, 30' und 36 sind unabhängig voneinander ansteuerbar. Insbesondere ist die zweite Kantenbeleuchtungseinrichtung 29 auf einen anderen Helligkeitswert wie der Flachbereich eingestellt, so dass sich an der Übergangslinie Flachbereich/Kante ein Helligkeitsunterschied im Bild ergibt, der es ermöglicht, die Bevelline (automatisch) zu identifizieren, wie anhand von 6 erläutert werden wird.Both lighting devices 29 . 30 ' and 36 are independently controllable. In particular, the second edge illumination device 29 adjusted to a different brightness value as the flat area, so that there is a brightness difference in the image at the transition line flat area / edge, which makes it possible to (automatically) identify the Bevelline, as determined by 6 will be explained.

3 zeigt isoliert und stark vereinfacht die Relativanordnung der Kamera 14 und der zweiten Kantenbeleuchtungseinrichtung 29 zur Erzeugung eines Hellfeldbildes der Kante 18 des Wafers 10 in der Draufsicht. Die Position der Kamera 14 ist um einen ersten Winkel α aus der Radialebene 20 des kreisrunden Wafers 10 herausgeschwenkt, während die zweite Kantenbeleuchtungseinrichtung 29 um einen entgegengesetzt gleichen Winkel β aus dieser herausgeschwenkt ist. Selbstverständlich wird auch die gegenüberliegende und hier nicht dargestellte Ebenenbeleuchtungseinrichtung 30' um denselben Winkel α zusammen mit der Kamera aus der Radialebene 20 herausgeschwenkt, damit deren Licht nach Reflexion an der Waferoberseite entlang der optischen Achse der Kamera verläuft. 3 shows isolated and greatly simplified the relative arrangement of the camera 14 and the second edge lighting device 29 to the generation a brightfield image of the edge 18 of the wafer 10 in the plan view. The position of the camera 14 is at a first angle α from the radial plane 20 of the circular wafer 10 swung out while the second edge lighting device 29 by an opposite equal angle β is pivoted out of this. Of course, the opposite and not shown here level lighting device 30 ' by the same angle α together with the camera from the radial plane 20 swung out so that their light after reflection on the wafer top along the optical axis of the camera runs.

Die 4 und 5 zeigen in isolierter und vereinfachter Darstellung, wie sich die erfindungsgemäße Inspektionsvorrichtung mit einer Dunkelfeldbeleuchtung und einer Hintergrundbeleuchtung für die Objektkante kombinieren lässt. Der Wafer 10 liegt auf einem Drehtisch 12 auf, welcher motorisch, vorzugsweise mittels Schrittmotor, angetrieben ist und den Wafer 10 während der Messung in Rotation versetzt. Eine Motorsteuerung (nicht dargestellt) kann vorgesehen sein, die einen Steuerimpuls ausgibt, der einerseits dazu genutzt wird, die Drehbewegung zu steuern und andererseits die Aufnahme der Objektkante mit der Drehbewegung zu synchronisieren.The 4 and 5 show in an isolated and simplified representation how the inspection device according to the invention can be combined with a dark field illumination and a backlight for the object edge. The wafer 10 lies on a turntable 12 which is motor-driven, preferably by means of a stepper motor, and the wafer 10 rotated during the measurement. A motor control (not shown) may be provided which outputs a control pulse, which is used on the one hand to control the rotational movement and on the other hand to synchronize the recording of the object edge with the rotational movement.

Die Digitalkamera 14 ist, wie in den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen, vorzugsweise eine Zeilenkamera. Die Bildzeile liegt in diesem Beispiel und im Gegensatz zu 3 in der als gestrichelte Linie 20 dargestellten Radialebene.The digital camera 14 is, as in the previous embodiments, preferably a line scan camera. The picture line is in this example and unlike 3 in the dashed line 20 illustrated radial plane.

Es ist ferner eine erste Kantenbeleuchtungseinrichtung 28 vorgesehen, welche in diesem Beispiel in Form von beidseits der Digitalkamera jeweils einer fokussierten Lichtkanone hoher Intensität ausgestaltet ist. Die Anzahl der Lichtquellen und deren Anordnung sind nicht erfindungserheblich, solange keine direkten Reflexe der Lichtquelle an der Waferkante in die Kameraoptik 16 einfallen. Deshalb kann auch eine einzelne Lichtquelle genügen oder es können mehrere vorgesehen sein bis hin zu einer quasi flächigen, bogenförmigen Lichtquelle, in deren Zentrum oder Fokus die Objektkante liegt. Während eine solche flächige Lichtquelle aufgrund ihres großen Winkelspektrums den Kantenbereich nahezu unabhängig von dessen Geometrie gleichmäßig beleuchtet, hat die einzelne Lichtquelle den Vorteil in einfacher Weise fokussierbar zu sein und somit einen Lichtfleck hoher Intensität auf der Objektoberfläche zu erzeugen.It is also a first edge lighting device 28 provided, which is configured in this example in the form of both sides of the digital camera each of a focused light gun high intensity. The number of light sources and their arrangement are not relevant to the invention, as long as no direct reflections of the light source at the wafer edge in the camera optics 16 come to mind. Therefore, a single light source may suffice or several may be provided, up to a quasi-flat, arcuate light source, in the center or focus of which the object edge lies. While such a planar light source due to its large angular spectrum evenly illuminates the edge region almost independent of its geometry, the single light source has the advantage to be focused in a simple manner and thus to generate a light spot of high intensity on the object surface.

Mit der gezeigten Anordnung der Digitalkamera 14 und der Beleuchtungseinrichtung 28 lässt sich ein Dunkelfeldbild der Waferkante 18 erzeugen, da die optische Achse der Kamera 14 senkrecht auf der Waferkante steht und die Beleuchtungseinrichtung 28 aus der radialen Ebene 20 herausgeschwenkt sind. Deshalb fallen die an einer intakten Objektkante 18 unter dem Ausfallswinkel α bezüglich der radialen Ebene 20 reflektierten Lichtstrahlen nicht in die Linse der Kamera ein. Die Objektkante 18 liegt somit im Normalfall im Dunkelfeld.With the shown arrangement of the digital camera 14 and the lighting device 28 can be a dark field image of the wafer edge 18 generate because the optical axis of the camera 14 perpendicular to the wafer edge and the lighting device 28 from the radial plane 20 have swung out. That is why they fall on an intact object edge 18 at the angle of departure α with respect to the radial plane 20 reflected light rays do not enter the lens of the camera. The object edge 18 is thus normally in the dark field.

Auf der der Digitalkamera 14 abgewandten Seite des Wafers 10 befindet sich eine Hintergrundbeleuchtungseinrichtung 40, hier als nahezu punktförmig, nicht kollimiert abstrahlende Lichtquelle. Diese ist bezüglich des Randes des Wafers 10 und der Digitalkamera 14 so angeordnet, dass das von ihr ausgehende Licht zumindest in Teilen in Richtung der Digitalkamera abgestrahlt wird. Zugleich wird das in Richtung der Digitalkamera abgestrahlte Licht aber von dem Wafer 10 etwa zur Hälfte des Bildfensters abgeschattet (der Waferrand muss nicht wie in diesem Fall mittig in dem Bild verlaufen). Da die Digitalkamera auf die Objektkante 18 fokussiert ist, wird die entfernter liegende Hintergrundbeleuchtungseinrichtung 40 als unscharfer flächiger Lichtfleck auf dem Sensor der Kamera abgebildet. Gegenüber einem solchen flächig hellen Hintergrund werden die Objektoberfläche und insbesondere die im Dunkelfeld liegende Waferkante als dunkle Fläche mit scharfem Rand abgebildet.On the digital camera 14 opposite side of the wafer 10 there is a backlight device 40 , here as a nearly punctiform, non-collimated emitting light source. This is with respect to the edge of the wafer 10 and the digital camera 14 arranged so that the light emanating from it is at least partially emitted in the direction of the digital camera. At the same time, however, the light emitted in the direction of the digital camera becomes light from the wafer 10 shadowed about half of the image window (the wafer edge does not have to run in the middle as in this case in the picture). Because the digital camera on the object edge 18 focussed becomes the more distant backlight 40 shown as a blurred surface light spot on the sensor of the camera. In contrast to such a bright background, the object surface and in particular the wafer edge lying in the dark field are imaged as a dark surface with a sharp edge.

In der 5 ist zusätzlich wieder die Ebenenbeleuchtungseinrichtung 30 dargestellt. Der Kontrast zwischen der Hauptfläche 22 im Hellfeldbild und der schrägen Kante 24, die im Dunkelfeld beider Beleuchtungseinrichtungen 28, 30 liegt, ist besonders groß, so dass die Bevelline, also der linienförmige Übergang von dem Bevel 24 zur Hauptfläche 22, gut erkannt werden kann. In Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen, genauen Randerkennung kann die Breite des Bevel und somit die Poliergenauigkeit der Objektkante über den gesamten Umfang des Wafers mit besonders hoher Präzision detektiert werden.In the 5 In addition, the level lighting device is again 30 shown. The contrast between the main surface 22 in the bright field image and the oblique edge 24 in the dark field of both illumination devices 28 . 30 is, is particularly large, so the Bevelline, so the linear transition from Bevel 24 to the main area 22 , can be well recognized. In connection with the precise edge detection according to the invention, the width of the Bevel and thus the polishing accuracy of the object edge can be detected over the entire circumference of the wafer with particularly high precision.

Die erste und die zweite Kantenbeleuchtungseinrichtung 28, 29 und die Hintergrundbeleuchtungseinrichtung 40 lassen auch miteinander in einer Inspektionsvorrichtung kombinieren. Die unterschiedlichen Beleuchtungseinrichtungen sind dann für die verschiedenen Beleuchtungszwecke wechselseitig und/oder kombiniert zu betreiben, um eine möglichst effiziente und kontrastreiche Bildgewinnung zu ermöglichen.The first and the second edge illumination device 28 . 29 and the backlight device 40 can also be combined with each other in an inspection device. The different lighting devices then have to be operated alternately and / or in combination for the different lighting purposes in order to enable the most efficient and high-contrast image acquisition.

Dabei ist eine dahingehend veränderte Anordnung zu beachten, dass auch die Hintergrundbeleuchtungseinrichtung 40 und die erste Kantenbeleuchtungseinrichtung 28 zusammen mit der Kamera 14 um denselben Winkel α verschwenkt werden damit die jeweiligen vorstehend beschriebenen Bedingungen an den Strahlengang erfüllt sind.In this case, a modified arrangement is to be noted that the backlight device 40 and the first edge lighting device 28 together with the camera 14 be pivoted by the same angle α so that the respective conditions described above are met to the beam path.

Auch ist zu beachten, dass das Ringlicht auch auf der gegenüberliegenden Unterseite des Wafers nicht in die Hintergrundbeleuchtung hineinragt. Akzeptabel hingegen ist dort eine Lücke in der Beleuchtung, die dazu führt, dass im Hellfeldbild unterhalb der Apex-Mitte ein dunkler Balken sichtbar ist, an den dann der beleuchtete Hintergrund anschließt, vgl. 6. Dieses Verhalten kann toleriert werden, da dieser schwarze Balken im Bild nach dem Zusammenführen der Bilder von oberer und unterer Kamera an der Apex-Mitte verschwindet. In den Rohdaten erleichtert der dunkle Bereich außerdem das Auffinden des Waferrandes.It should also be noted that the ring light does not protrude into the backlight even on the opposite underside of the wafer. On the other hand, there is a gap in the illumination that leads to a dark bar being visible below the apex center in the brightfield image, followed by the illuminated background, cf. 6 , This behavior can be tolerated because this black bar disappears in the image after merging the top and bottom camera images at the apex center. In the raw data, the dark area also makes it easier to find the edge of the wafer.

In 6 ist ein idealisiertes Histogramm des Helligkeitsverlaufes einer Bildzeile von der Kantenumgebung eines Wafers ohne Defekt dargestellt. H1 bezeichnet darin den Helligkeitswert des direkten Reflexes von der im Hellfeld der Ebenenbeleuchtungseinrichtung liegenden Hauptebene, H2 den erfindungsgemäß davon unabhängig einstellbaren Helligkeitswert der im Hellfeld der zweiten Kantenbeleuchtungseinrichtung liegenden Kante und H3 den ebenfalls unabhängig einstellbaren Helligkeitswert des direkt in die Kamera einfallenden Lichtes von der Hintergrundbeleuchtungseinrichtung. Neben dem dargestellten Fall H1 < H2 < H3 sind auch andere Relationen möglich, solange ein ausreichender Kontrast bleibt, der die Übergänge der Bereiche Hauptfläche, Kante und Hintergrund unterscheidbar macht.In 6 is an idealized histogram of the brightness curve of an image line from the edge environment of a wafer without defect. H1 designates therein the brightness value of the direct reflection from the main plane lying in the bright field of the plane illumination device, H2 the independently adjustable brightness value of the edge lying in the bright field of the second edge illumination device and H3 the likewise independently adjustable brightness value of the light incident directly into the camera from the backlight device. In addition to the illustrated case H1 <H2 <H3, other relationships are possible as long as a sufficient contrast remains, which makes the transitions of the areas of main surface, edge and background distinguishable.

Die Kante schließt in dieser Abbildung den oberen Bevel, die Apex und einen Teil des unteren Bevel ein. Dies liegt an der zuvor beschriebenen schrägen Kameraposition, die zudem außerhalb der Projektion des Wafers auf die Hauptebene liegt. Der untere Bevel läuft aus dem Hellfeld der zweiten Kantenbeleuchtungseinrichtung heraus, weshalb die Helligkeit der Kante noch vor dem Waferrand auf den Wert 0 abfällt.The edge in this illustration includes the upper bevel, the apex, and a portion of the bottom bevel. This is due to the previously described oblique camera position, which is also outside the projection of the wafer on the main plane. The lower Bevel runs out of the bright field of the second edge illumination device, which is why the brightness of the edge drops to the value 0 even before the wafer edge.

Hieran schließt sich (radial auswärts) das Abbild die Hintergrundbeleuchtung an, dessen Intensitätswert sogar noch niedriger eingestellt ist als der der im Hellfeld liegenden Kante, so dass auch unter einem anderen Blickwinkel, aus dem die gesamte abgebildete Kante im Hellfeld liegt, ein ausreichender Kontrast zur Identifizierung des Waferrandes vorliegt.This is followed (radially outward) by the image of the backlight, whose intensity value is set even lower than that of the bright field edge, so that even under a different angle from which the entire imaged edge is in brightfield, sufficient contrast to Identification of the wafer edge is present.

Claims

Inspection device for the optical examination of surfaces in an edge environment of an otherwise flat, unstructured wafer ( 10 ), with at least one of the object surface at an oblique angle to the object plane facing and on the object edge ( 18 ) focusable digital camera ( 14 ) and a planar illumination device ( 30 ), which comprises a collimation device and which relative to the digital camera ( 14 ) and to the object surface is arranged so that collimated light on a subsequent to the object edge planar main surface ( 22 ) of the object surface can be thrown in the edge environment and an image of the same can be generated under bright field illumination.

Inspection device according to claim 1, characterized by a backlight device ( 40 ) on the digital camera ( 14 ) facing away from the object ( 10 ) is arranged so that from her light in the direction of the digital camera ( 14 ), in the direction of the digital camera ( 14 ) radiated light partially from the object ( 10 ) is shadowed.

Inspection device according to claim 1 or 2, characterized by an image processing device having an edge detection means which is arranged from the pixel information of the digital camera ( 14 ) based on a contrast between the object edge ( 18 ) and the main surface ( 22 ) to identify a transition line (Bevelline).

Inspection device according to claim 2 or 3, characterized in that the edge detection means is arranged, from pixel information of the with the digital camera ( 14 ) based on a contrast between the object edge ( 18 ) and the backlight the edge of the object ( 10 ) to identify.

Inspection device according to claim 3 and 4, characterized in that the image processing means comprises an edge analysis means which is arranged to monitor the distance between the Bevelline and the edge.

Inspection device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the image processing device comprises a structure recognition means which is adapted to a structural feature of the object edge ( 18 ) from pixel information of the digital camera ( 14 ) based on the contrast between the object edge ( 18 ) and the backlighting.

Inspection device according to claim 3, 4 and 6, characterized in that the image processing device is adapted to determine a coordinate system based on the identified edge and the identified structural feature.

Inspection device according to claim 7, characterized in that the image processing means is arranged to determine the position of the Bevelline with respect to the coordinate system.

Inspection device according to one of the preceding claims, characterized by a first edge illumination device ( 28 ), which are relative to Digital camera ( 14 ) and to the object edge ( 18 ) is arranged so that an image of the object edge ( 18 ) can be generated under dark field illumination.

Inspection device according to one of the preceding claims, characterized by a second edge illumination device, which relative to the digital camera ( 14 ) and to the object edge ( 18 ) is arranged so that an image of the object edge ( 18 ) can be generated under bright field illumination.

Inspection device according to claim 10, characterized in that the second edge illumination device is designed in the form of a ring segment, which partially surrounds the object edge.

Inspection device according to claim 11, characterized in that the ring segment is circular segment-shaped and adjustable so that its center lies in the region of the object edge.

Inspection device according to claim 11 or 12, characterized in that the ring segment is adjustable so that the outgoing from an outermost end radial light beam parallel to the collimated light of the plane lighting device ( 30 ) runs.

Inspection device according to one of claims 9 to 13, characterized in that the image processing device is set up, from the pixel information of the dark field image and / or the bright field image of the object edge ( 18 ) to identify surface defects in the edge area by means of reflections and / or scattered light.

Inspection device according to claim 14 in conjunction with claim 7, characterized in that the image processing means is arranged to determine the position of the surface defects with respect to the coordinate system.

Inspection device according to claim 2 and 10, characterized in that the second edge illumination device, the backlight device ( 40 ) and the plane lighting device ( 30 ) are controlled separately from each other.

Inspection method for the optical examination of surfaces in an edge environment of an otherwise flat, unstructured wafer ( 10 ), with the steps - Illuminate a to an object edge ( 18 ) subsequent planar main surface ( 22 ) of the object surface in the edge environment by means of a plane lighting device ( 30 ), that of the plane lighting device ( 30 ) outgoing light is collimated, - taking a digital image of the object edge ( 18 ) of the object surface by means of a digital camera ( 14 ), - that of the plane lighting device ( 30 ) outgoing and on the main surface ( 22 ) reflected light into the digital camera ( 14 ) and a bright field image of the main surface ( 22 ) is produced.

An inspection method according to claim 17, characterized in that it further comprises - illuminating the background while taking the edge image by means of a on the digital camera ( 14 ) facing away from the object ( 10 ) arranged backlight device ( 40 ), whose light is directed towards the digital camera ( 14 ), which is in the direction of the digital camera ( 14 ) radiated light partially from the object ( 10 ) is shadowed,

Inspection method according to claim 17 or 18, characterized in that it further comprises - determining a transition line (Bevelline) from pixel information of the digital camera ( 14 ) based on a contrast between the object edge ( 18 ) and the main surface ( 22 ).

Inspection method according to claim 18 or 19, characterized in that it further comprises - determining an edge of the object ( 10 ) from pixel information of the digital camera ( 14 ) based on a contrast between the object edge ( 18 ) and the background.

Inspection method according to claim 19 and 20, characterized in that the distance between the Bevelline and the edge is monitored.

Inspection method according to one of claims 18 to 21, characterized in that a structural feature of the object edge ( 18 ) from pixel information of the digital camera ( 14 ) based on the contrast between the object edge ( 18 ) and the backlight is identified.

Inspection method according to claim 22, characterized in that a coordinate system is determined on the basis of the determined edge and the identified structural feature.

Inspection method according to claim 23, characterized in that the position of the Bevelline is determined with respect to the coordinate system.

Inspection method according to one of Claims 17 to 24, characterized that it further comprises - illuminating the object edge ( 18 ) by means of a first edge lighting device ( 28 ), so that the from the edge lighting device ( 28 ) outgoing and at the edge of the object ( 18 ) does not reflect light into the digital camera ( 14 ) and a dark field image of the object edge ( 18 ) is produced.

Inspection method according to one of claims 17 to 24, characterized in that it further comprises - illuminating the object edge ( 18 ) by means of a second edge illumination device ( 29 ), so that the from the edge lighting device ( 29 ) outgoing and at the edge of the object ( 18 ) reflected light into the digital camera ( 14 ) and a bright field image of the object edge ( 18 ) is produced.

Inspection method according to claim 26, characterized in that the object edge is illuminated by a ring that partially surrounds this segment.

Inspection method according to claim 27, characterized in that the ring segment is adjusted so that its center lies in the region of the object edge.

Inspection method according to claim 27 or 28, characterized in that the radial light beam emanating from an outermost end of the ring segment is parallel to the collimated light of the plane lighting device ( 30 ) runs.

Inspection method according to one of claims 25 to 29, characterized in that surface defects in the edge region from the pixel information of the dark field image and / or the bright field image of the object edge ( 18 ) are identified by reflections and / or stray light.

Inspection method according to claim 30 in conjunction with claim 21, characterized in that the position of the surface defects with respect to the coordinate system is determined.

Inspection method according to claim 26, characterized in that the second edge illumination device ( 29 ), the backlighting device ( 40 ) and the plane lighting device ( 30 ) are controlled separately from one another such that at the same time a bright field image of the object edge ( 18 ) and a bright field image of the main surface ( 22 ) and sufficient contrast between the object edge ( 18 ) and the background as well as between the object edge ( 18 ) and the main surface ( 22 ) consists.