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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Inspektion eines Wafers (16), insbesondere zur Detektion von Makrodefekten wie Belichtungsfehler, wobei zumindest ein Teil der Waferoberfläche (17) mit einer Strahlungsquelle (22) beleuchtet, mittels einer Kamera (7) ein Bild dieser Oberfläche aufgenommen und die Oberfläche anhand des erhaltenen Bildes inspiziert wird. Zur Fehlerdektion bei optimalem Bildkontrast wird vorgeschlagen, die Waferoberfläche (17) telezentrisch mit kleiner Beleuchtungsapertur (4) zu beleuchten, wozu die Stahlungsquelle (22) mit einem entsprechenden Linsensystem (11) ausgestattet ist.
    公开号:DE102004029014A1
    申请号:DE200410029014
    申请日:2004-06-16
    公开日:2006-01-12
    发明作者:Henning Backhauss；Albert Kreh
    申请人:Leica Microsystems CMS GmbH；Vistec Semiconductor Systems GmbH；
    IPC主号:G01N21-88
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Inspektion eines Wafers, insbesonderezur Detektion von Makrodefekten wie Belichtungsfehler, wobei zumindestein zu inspizierender Bereich der Waferoberfläche mit einer Strahlungsquellebeleuchtet, mittels einer Kamera ein Bild dieses Oberflächenbereichs aufgenommenund die Waferoberflächeanhand des erhaltenen Bildes inspiziert wird, sowie ein Waferinspektionssystemmit einer Strahlungsquelle zur Beleuchtung zumindest eines zu inspizierendenBereichs der Waferoberflächeund mit einer Kamera zur Aufnahme eines Bildes dieses Oberflächenbereichs.
    [0002] DieInspektion von Wafern mit belichteter Resist-Schicht dient zur Fehlerdetektionin der Halbleiterfabrikation. Beim Belichtungsprozess eines mit Resistbeschichteten Wafers werden Strukturen abschnittsweise auf die Resist-Schicht belichtet.Die Kenngrößen derBelichtung, wie Belichtungszeit, Belichtungsdosis, Fokus und Position,müssensehr genau und stabil eingestellt werden, damit von belichtetemAbschnitt zu belichtetem Abschnitt nur geringe Abweichungen auftreten,die sich nicht auf die herzustellende Struktur auswirken. Ein Waferwird in der Regel erst nach der Entwicklung des Resist auf Fehlbelichtungenuntersucht. Fehlbelichtete Abschnitte weisen bei Inspektion zumTeil sehr geringe Kontrastunterschiede gegenüber den korrekt belichtetenAbschnitten auf. Wird polychromatisch beleuchtet und beobachtet,werden die Kontraständerungenals Farbänderungenwahrgenommen.
    [0003] Fehlbelichtungenverursachen meist defekte Produkte. Ein Wafer mit defekter bereitsentwickelter Resist-Schicht kann aber durch ein Rework wieder verwendetwerden und somit die Ausbeute erhöhen. Es besteht somit ein hohesBedürfnisnach einer zuverlässigenFehlerdetektion im Halbleiterherstellungsprozess.
    [0004] EinVerfahren und System zur optischen Inspektion einer Waferoberfläche sindaus dem Patent US-6,292,260 B1 bekannt. Hier werden mehrere Strahlungsquellenzur Beleuchtung der Waferoberflächeverwendet, wobei mittels einer ersten Strahlungsquelle die Oberfläche mitHilfe eines halbdurchlässigenUmlenkspiegels senkrecht von oben im Hellfeld bestrahlt wird, undwobei zwei weitere im Winkel von 180° einander gegenüberliegendangeordnete Strahlungsquellen nahe der Waferoberfläche angebrachtsind, die diese zur Erkennung von Kratzern und Partikeln unter geringemWinkel im Dunkelfeld streifend beleuchten. Mittels einer senkrechtauf die Waferoberflächegerichteten CCD-Kamera wird von der gesamten Waferoberfläche ausgehende Strahlungdetektiert, wobei die aufgenommenen Bilder zur Fehlerdetektion miteinem optimalen Bezugsbild (nahezu fehlerfreie Strukturen) verglichenwerden.
    [0005] Beidiesem bekannten Verfahren mit Beleuchtung der Waferoberfläche mitgroßerApertur wird aus verschiedenen Bereichen der Waferoberfläche stammendes,gebeugtes, gestreutes und reflektiertes Licht über verschiedene Raumwinkelgemittelt. Aus diesem Grunde ist der Kontrastunterschied zwischenbelichteten Abschnitten auf der Waferoberfläche, die mit voneinander abweichendenBelichtungs-Kenngrößen belichtetwurden, sehr klein, so dass Fehler nur schwer detektiert werdenkönnen.
    [0006] Ausder US-5,777,729 ist ein weiteres Verfahren und eine weitere Vorrichtungzur Waferinspektion bekannt, wobei die Waferoberfläche mittelseines langgestreckten ausgedehnten Flächenstrahlers monochromatischbeleuchtet wird. Auf Grund der Ausdehnung des Strahlers wird dieWaferoberflächediffus unter unterschiedlichsten Winkeln beleuchtet. Eine oder mehrereCCD-Kameras detektieren die von der Oberfläche gestreute und reflektierteStrahlung. Es wird bei der Struktur der Waferoberfläche ein Gittermodellzugrunde gelegt, wobei höhereOrdnungen der Beugungsstrahlung detektiert werden. Defekte in derStruktur der Waferoberflächekönnen durchVergleich des aufgenommenen Bildes mit einem optimalen Bezugsbild(fehlerfreie Strukturen) ermittelt werden. Weiterhin wird zur Detektionvon störendenPartikeln das Streulicht aufgenommen.
    [0007] Diesesbekannte Waferinspektionsverfahren gestaltet sich jedoch aufwändig, daeine großeBeleuchtungsquelle und viele Detektoren notwendig sind. Die Vielzahlder Detektoren erfordert zudem einen hohen Rechenaufwand bei derAuswertung der aufgenommenen Bilder zur Inspektion der Waferoberfläche. Auchhier zeigt sich, dass die Kontrastinformationen der aufgenommenenBilder in der Praxis häufignicht ausreichen, alle Makrodefekte zuverlässig zu detektieren.
    [0008] Eswurden zur Waferinspektion weiterhin eine koaxiale diffuse polychromatischeBeleuchtung mit einer flächigenFaserbeleuchtung sowie eine seitliche polychromatische Schräglicht-Beleuchtungmit einer Faserbeleuchtungsreihe eingesetzt. Es hat sich gezeigt,dass die polychromatische Beleuchtung allein den durch die diffuseBeleuchtung verursachten schwachen Kontrast nicht beseitigen kann,und dass eine Schräglichtbeleuchtungeher fürdie Erkennung von Partikeln geeignet ist, jedoch nur bedingt zurErkennung von Belichtungsfehlern.
    [0009] Einvon der Anmelderin vertriebenes System, Leica LDS3000 M, vereintverschiedene Methoden zur Detektion von Mikro- und Makrodefekten auf Waferoberflächen. Hierzuwerden einzelne Flächen aufdem Wafer, ebenso wie die gesamte Waferoberfläche, untersucht. Typische detektierteMakrodefekte sind: Kratzer, Hot-Spots, Belichtungsfehler, wie unbelichteteoder defokussiert belichtete Stellen, Partikel auf der Oberfläche sowieglobale Defekte, die zellenübergreifendvorhanden sind und erst durch Untersuchung der gesamten Waferoberfläche sichtbar werden.Das System verwendet eine Kombination aus Hell- und Dunkelfeldbeleuchtung.Die erhaltenen Bilder werden mittels einer Bildverarbeitungssoftwareausgewertet, wobei auch hier ein Vergleich mit einem fehlerfreienBezugsbild (Golden Image) zur Anwendung kommt. Die detektiertenDefekte werden anhand einer Wissens-Datenbank klassifiziert. Es hat sichgezeigt, dass bei diesem bekannten System zur zuverlässigen Erkennungvon Belichtungsfehlern eine erhöhteKontrasterzeugung nötigist.
    [0010] Aufgabevorliegender Erfindung ist daher, ein Verfahren und ein System zurInspektion von Wafern, insbesondere zur Detektion von Makrodefekten wieBelichtungsfehler, anzugeben, die es ermöglichen, Defekte und Fehlerauf der Waferoberfläche mitausreichendem Kontrast darzustellen.
    [0011] DieseAufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System gelöst. VorteilhafteAusgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen undder nachfolgenden Beschreibung.
    [0012] Beidem erfindungsgemäßen Verfahrenwird die Waferoberflächeoder zumindest der zu inspizierende Bereich telezentrisch beleuchtet.Mittels einer Kamera wird ein Bild dieser Oberflächenbereichs aufgenommen, unddas Bild wird anschließendauf die gesuchten Defekte und Fehler hin inspiziert.
    [0013] DerBegriff der Telezentrie spielt insbesondere in der berührungslosenoptischen Messtechnik eine Rolle und soll im folgenden erläutert werden.Bei dieser Messtechnik wird das zu untersuchende Objekt mittelsobjektseitig telezentrischen Objektiven abgebildet. Die Eigenschaftsolcher Objektive ist es, einen Gegenstand unabhängig von seiner Entfernungimmer mit der gleichen Größe abzubilden.Bei der automatisierten, berührungslosenMessung ist es in der Regel unmöglich,die Prüflingeimmer wieder exakt von der gleichen Position aus zu messen. DieserUmstand hat zur Entwicklung der objektseitig telezentrischen Objektivegeführt.Ein objektseitig telezentrischer Strahlenverlauf liegt vor, wennobjektseitig die Hauptstrahlen achsparallel verlaufen. Wird ein Objektfester Größe mit einemobjektseitig telezentrischen Objektiv scharf abgebildet, so wirdein defokusiertes Objekt derselben Größe zwar verschwommen, aberebenfalls in gleicher Größe abgebildet,da sein Hauptstrahl objektseitig telezentrisch, d.h. parallel zuroptischen Achse, verläuft.Dieses Ergebnis kann durch Verwendung eines beidseitig, also objekt- undbildseitig, telezentrischen Objektivs noch verbessert werden.
    [0014] Beider erfindungsgemäßen telezentrischen Beleuchtungder Waferoberflächewird diese von parallel zueinander verlaufenden Strahlungsbüscheln beleuchtet.Hierdurch wird an jedem Punkt des Objekts (Waferoberfläche) ausder gleichen Raumrichtung und mit dem gleichen Raumwinkel beleuchtet. Danicht diffus beleuchtet wird, also auch nicht über verschiedene Raumrichtungengemittelt wird, wird eine Verbesserung des Kontrastunterschiedeszwischen korrekt- und fehlbelichteten Abschnitten auf der Waferoberfläche erreicht.
    [0015] Esist von Vorteil, den Bildkontrast über Einstellung des Beleuchtungswinkelsweiter zu optimieren. Hierzu stehen zwei Parameter zur Verfügung, nämlich zumeinen der Beleuchtungswinkel in Bezug auf die Ebene der Waferoberfläche, zumanderen der Beleuchtungswinkel in Bezug auf den Verlauf der Strukturenauf der Waferoberfläche.Diese Möglichkeitder Kontrastoptimierung besteht bei der herkömmlichen Beleuchtung mit großer Apertur(diffus) nicht.
    [0016] Eshat sich gezeigt, dass eine Beleuchtung im Auflicht, vorzugsweisebei einem Winkel in einem Bereich von 3° bis 90°, weiter vorzugsweise von 10° bis 85°, weitervorzugsweise von 15° bis85°, weiter vorzugsweisevon 25° bis80°, weitervorzugsweise von 45° +/– 10°, relativzur Waferoberfläche,gute Kontrastunterschiede bringt. Die genaue Winkelwahl wird sinnvollerweisedadurch getroffen, dass die Kontrastunterschiede zwischen korrekt-und fehlbelichteten Waferabschnitten maximal werden.
    [0017] Weiterhinhat sich gezeigt, dass sich hohe Kontrastunterschiede einstellen,wenn im wesenlichen parallel zum Ver lauf einer auf der Waferoberfläche verlaufendenHauptstruktur beleuchtet wird. In der Regel ist die Waferoberfläche mitmeist zwei zueinander senkrecht verlaufenden parallelen Hauptstrukturenbedeckt. Hohe Kontrastunterschiede erhält man, wenn die Projektionder Büschelachsender telezentrischen Beleuchtungsstrahlung auf die Waferoberfläche parallelzu einer der genannten Hauptstrukturen verläuft.
    [0018] Auchhier gilt jedoch allgemein, dass der Beleuchtungswinkel relativzum Verlauf der Hauptstrukturen auf dem Wafer derart eingestelltwerden kann, dass sich maximale Kontrastunterschiede von fehl- zukorrekt-belichteten Abschnitten einstellen.
    [0019] Eskann vorteilhaft sein, die Waferoberfläche zusätzlich derart zu beleuchten,dass eine Beobachtung im Dunkelfeld möglich ist. Hierzu ist es zweckmäßig, zweiBestrahlungsquellen unter kleinem Winkel (Streiflicht) auf die Waferoberfläche zu richten, wobeidie beiden Strahlungsrichtungen dieser Strahlungsquellen vorzugsweiseeinen Winkel von 90° zueinandereinschließenund auf denselben zu inspizierenden Bereich der Waferoberfläche gerichtetsind. Diese zusätzlicheDunkelfeld-Beobachtung kann im aufgenommenen Bild weitere wertvolleInformationen überFehler und Defekte, wie Kratzer und Partikel, liefern.
    [0020] Hierbeiist es vorteilhaft, wenn die Projektion der Strahlungsrichtung derDunkelfeldbestrahlungsquelle(n) auf die Waferoberfläche miteiner auf dieser Waferoberflächeverlaufenden Hauptstruktur einen Winkel von etwa 45° einschließt. DieseOrientierung wirkt sich kontrasterhöhend auf zu detektierende Fehlerund Defekte aus.
    [0021] Esist weiterhin von Vorteil, wenn die Waferoberfläche zusätzlich im Hellfeld beleuchtetwird. Dies kann alternativ oder zusätzlich zur oben erwähnten Dunkelfeldbeleuchtunggeschehen. Die zusätzliche Hellfeldbeleuchtungkann im aufgenommenen Bild weitere wertvolle Informationen über Fehler,wie Farbfehler oder Benetzungsfehler liefern.
    [0022] Beidem erfindungsgemäßen Verfahrenist weiterhin von Vorteil, wenn die Kamera zur Aufnahme des zu inspizierendenBereichs der Waferoberflächemit einem (objektseitig und evtl. auch bildseitig) telezentrischenObjektiv ausgestattet wird. Hierdurch kann jeder Objektpunkt unterdem gleichen Beobachtungswinkel und dem gleichen Raumwinkel vonder Kamera erfasst werden. Dadurch wird das Rauschen im Kamerabildreduziert. Es kann eine Flächenkameraeingesetzt werden, die den zu untersuchenden Bereich der Waferoberfläche abbildet.
    [0023] Alternativkann die Kamera mit einem nicht-telezentrischen Objektiv (sog. entozentrisches Objektiv,wie z.B. Normal-, Makro- oder Teleobjektiv) ausgestattet sein, wennder Arbeitsabstand sehr viel größer alsdie Diagonale des Objektfeldes ist. Es lässt sich dann in der Praxisund im Sinne dieser Anmeldung noch von einem objektseitigen telezentrischenStrahlenverlauf sprechen.
    [0024] Dievon der Kamera aufgenommene Strahlung aus dem beleuchteten Bereichder Waferoberflächesetzt sich aus Strahlung zusammen, die an den Strukturen der Waferoberfläche gebeugt,gestreut und reflektiert worden ist. Durch die erfindungsgemäße telezentrischeBeleuchtung wird jedem Punkt im Objektfeld auf der Waferoberfläche ein definierterbegrenzter Winkelvorrat angeboten, so dass die Charakteristik derBeleuchtung sich von Abschnitt zu Abschnitt kaum unterscheidet.Bei Verwendung eines telezentrischen Objektivs gilt für die Beobachtungsseitedas analoge. Durch dieses Vorgehen kann eine homogene Beleuchtungs-und Beobachtungscharakteristik überden zu untersuchenden Bereich der Waferoberfläche erzeugt werden, so dass fehlbelichteteAbschnitte auf Grund hoher Kontrastdifferenz schnell erkennbar werden.
    [0025] Alternativzu einer monochromatischen Beleuchtung ist es zweckmäßig, einepolychromatische Beleuchtung zu wählen, da in diesem Fall dieInformationen mehrerer Farben zur Detektion von Defekten und Fehlernherangezogen werden können.Hierzu könneneine polychromatische Lichtquelle, mehrere monochromatische Lichtquellenräumlichbenachbart oder aber auch zeitlich sequentiell zum Einsatz kommen.
    [0026] Eshat sich weiterhin gezeigt, dass Belichtungsfehler gut erkannt werdenkönnen,wenn die Kamera mit ihrer Achse im westenlichen parallel zur Flächennormalender Waferoberflächeund auf den beleuchteten Bereich der Waferoberfläche gerichtet angeordnet wird.Die Beobachtung erfolgt somit am Besten senkrecht von oben, während dieBeleuchtung schrägim Auflicht erfolgt.
    [0027] VorzugsweisekönnenWellenlängenaus dem sichtbaren bis ultravioletten Bereich verwendet werden.Wellenlängenin diesem Bereich wechselwirken am stärksten mit den zu untersuchendenStrukturen auf der Waferoberfläche.
    [0028] Eserweist sich als vorteilhaft, als Strahlungsquelle einen punktförmigen Strahleroder einen Flächenstrahlergeringer Ausdehnung, wie einen Lichtwellenleiter, zu verwenden,wo bei zur Erzeugung telezentrischer Beleuchtung ein Linsensystemvorgeschaltet wird. Bei Verwendung solcher Strahler geringer Ausdehnungentstehen jeweils konvergierende Strahlungsbüschel, die einen geringen Öffnungswinkel,also eine geringe Beleuchtungsapertur aufweisen. Diese geringe Beleuchtungsaperturerweist sich zum Zwecke der Erfindung als nicht störend, sodass im Sinne der Erfindung in ausreichendem Maße von einer telezentrischenBeleuchtung gesprochen werden kann.
    [0029] Gegenstandder Erfindung ist weiterhin ein Waferinspektionssystem mit einerStrahlungsquelle zur Beleuchtung zumindest eines zu inspizierenden Bereichsder Waferoberflächeund einer Kamera zur Aufnahme eines Bildes dieses Oberflächenbereichs. Hierbeiist die Strahlungsquelle zur Erzeugung telezentrischer Beleuchtungausgebildet.
    [0030] Wiebereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert, kanndie Strahlungsquelle derart ausgebildet sein, dass ein punktförmiger Strahleroder ein Flächenstrahlergeringer Ausdehnung vorgesehen ist, wobei dem Strahler ein Linsensystemzur Erzeugung telezentrischer Beleuchtung vorgeschaltet ist. AlsStrahler lässtsich beispielsweise ein Lichtwellenleiter verwenden. Diese konkreteAusgestaltung der Strahlungsquelle garantiert eine im erfindungsgemäßen Sinnetelezentrische Beleuchtung.
    [0031] Bezüglich dersich aus den Unteransprüchen ergebenenAusgestaltungen des erfindungsgemäßen Waferinspektionssystemsund der sich daraus ergebenden Vorteile sei auf die Erläuterungender Erfindung im Zusammenhang mit dem besprochenen erfindungsgemäßen Verfahrenhingewiesen. Im übrigenergeben sich weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wafe rinspektionssystemsauch aus den nachfolgend erläutertenAusführungsbeispielen.
    [0032] Imfolgenden soll die Erfindung und ihre Vorteile anhand in den Figurendargestellter Ausführungsbeispielenäher erläutert werden.
    [0033] 1 zeigtschematisch eine Strahlungsquelle mit Linsensystem zur Erzeugungtelezentrischer Beleuchtung, wobei 1A eineGesamtansicht und 1B eine Detailansichtwiedergibt,
    [0034] 2 zeigtschematisch ein System zur Inspektion von Wafern zur Umsetzung deserfindungsgemäßen Verfahrens.
    [0035] 3 zeigtsehr schematisch nochmals den prinzipiellen Aufbau des Waferinspektionssystems aus 2 ineiner Seitenansicht (3A) und einer Draufsicht(3B).
    [0036] 4 zeigtwiederum sehr schematisch eine Waferinspektionseinrichtung gemäß 2 mitzusätzlichenBeleuchtungsquellen fürdie Beobachtung im Hellfeld sowie im Dunkelfeld (4A),wobei 4B eine Draufsicht darstellt.
    [0037] 1 zeigtdas Grundprinzip der erfindungsgemäßen telezentrischen Beleuchtungeiner Objektebene 5, die im konkreten Anwendungsfall eineWaferoberflächedarstellt. Als Strahlungsquelle 22 wird in diesem Ausführungsbeispielein Flächenstrahler geringerAusdehnung, wie ihn ein Lichtwellenleiter darstellt, verwendet.Mittels eines Linsensystems 2 (kollimierende Optik), dashier nur schematisch dargestellt ist, werden parallel verlaufendeStrahlenbüschel 3 mitgeringer Beleuchtungsapertur 4 erzeugt. Die Strahlenbüschel 3 treffenauf die Objektebene 5, so dass jeder Punkt dieser Objektebeneaus der gleichen Raumrichtung und mit dem gleichen Raumwinkel beleuchtetwird.
    [0038] Derin 1A durch einen gepunkteten Kreis markierteBereich ist in 1B vergrößert wiedergegeben.Die parallel verlaufenden Strahlenbüschel sind wieder mit 3 gekennzeichnet.In der Detailansicht ist klar zu erkennen, dass die Achsen 6 der Strahlenbüschel 3 parallelzueinander verlaufen. Die Beleuchtungsapertur 4 stimmtin dieser Detailansicht mit der Beleuchtungsapertur 4 aus 1A überein. Durchdie geringe Beleuchtungsapertur 4 ist gewährleistet,dass keine diffuse Beleuchtung der Objektebene 5 oder einesolche mit großenAperturen erfolgt.
    [0039] 2 zeigtschematisch ein System 21 zur Inspektion eines Wafers 16.Bei der Herstellung solcher Wafer durchläuft dieser mehrere Herstellungsschritte,bei denen verschiedene Schichten auf die Oberfläche aufgebracht werden, diehäufigzum Teil wieder entfernt werden, um insgesamt eine Struktur auszubilden,die einen bestimmten elektrischen Schaltkreis realisiert. Die Herstellungsschritteschließenneben dem Aufbringen von Schichten das Ätzen, die Ionenimplantation,Diffusionsprozesse, Metallisierungen, etc. ein. Zur Ausbildung einerstrukturierten Schicht wird ein Fotolithographieverfahren eingesetzt,bei dem die Waferoberflächemit einem Fotoresist gleichmäßig beschichtetwird. Die Fotoresistschicht wird mit einer Maske belichtet. Diebelichteten Fotoresist-Abschnitte verändern ihre chemischen Eigenschaften,so dass durch den anschließenden Schrittder Entwicklung entsprechende Fotoresist-Abschnitte von der Oberfläche entferntwerden können.Es verbleibt die gewünschteFotore siststruktur. Es könnensich nun verschiedene Fabrikationsschritte anschließen, beidenen die Oberflächeverschiedenen chemischen Behandlungen, Ionenimplantationen, Metallbeschichtungen, Ätzprozessen unddergleichen unterzogen wird, ohne die unterhalb der Fotoresiststrukturliegenden Schichten zu beeinflussen. Anschließend wird die Fotoresistschichtentfernt und der Wafer gesäubert.Weitere Fotolithographieschritte und Fabrikations-Schritte können sich anschließen.
    [0040] Während desgesamten Herstellungsprozesses ist die Waferoberfläche in eineVielzahl von Zellen (Dies) unterteilt, die jeweils identische Fabrikationsschrittedurchlaufen. Nach deren Abschluß werdendie einzelnen Zellen durch Schneiden des Wafers isoliert und bildendie Basis sogenannter Chips.
    [0041] Belichtungsfehlerverursacht durch eine fehlerhafte Belichtungszeit, Belichtungsdosisoder fehlerhaften Fokus, verursachen sogenannte Makrodefekte, diein der Regeln zu einem fehlerhaften Produkt führen. Daher wird die Waferoberfläche in der Regelnach Entwicklung der Fotoresist-Schicht auf Defekte untersucht.Eine fehlbelichtete Schicht kann nämlich zu diesem Zeitpunkt wiederabgetragen und der Wafer einem erneuten Fotolithographie-Prozess zugeführt werden.Durch dieses Rework kann der Ausschuss erheblich gesenkt werden.
    [0042] EinSystem zur Detektion solcher Belichtungsfehler ist in 2 mit 21 bezeichnet.Dieses System 21 weist im Wesentlichen eine Strahlungsquelle 22 zurBeleuchtung der Waferoberfläche 17 undeine Kamera 23 zur Aufnahme eines Bildes dieser Waferoberfläche 17 auf,wobei das erhaltene Bild anschließend auf mögliche Defekte hin inspiziert wird.In diesem Ausführungsbeispielist das Inspektionssystem 21 in den Herstellungsprozesseines Wafers 16 integriert, wobei der Wafer 16 nachjedem Entwicklungsschritt im Fotolithographie-Prozess in das Inspektionssystem 21 transferiertwerden kann. Hierzu wird der Wafer 16 automatisch auf eineAuflage 18 gebracht, auf der er zweckmäßigerweise mittels Vakuumansaugungin seiner Position festgehalten wird. Während der Inspektion befindetsich der Wafer 16 sinnvollerweise in einem geschlossenen Raum 20,der Reinraumanforderungen genügt.
    [0043] Diein 2 dargestellte Strahlungsquelle 22 umfasstin einer vorteilhaften Ausführungeinen Lichtleiter 12 zur Zuführung von Strahlungsenergie sowieein Linsensystem 11 zur Erzeugung telezentrischer Beleuchtung.Lichtleiter 12 und Linsensystem 11 sind mit einemAnschlussstück 13 gekoppelt.Bei dem eigentlichen Strahler handelt es sich um einen – wie in 1A dargestellten – Flächenstrahler geringer Ausdehnung,der zur Erzeugung telezentrischer Beleuchtung mittels des Linsensystems 11 verwendetwird. Die telezentrischen Strahlenbüschel sind mit 14 bezeichnet.Die Strahlungsquelle 22 ist auf einem Winkelschieber 15 verschiebbarangeordnet, so dass in Bezug auf die Ebene der Waferoberfläche 17 eingeeigneter Beleuchtungswinkel eingestellt werden kann, um die erforderlichenBildkontraste optimal einstellen zu können.
    [0044] DasKamerasystem 23 umfasst im wesentlichen eine Kamera 7,wobei der Begriff Kamera jeglichen geeigneten optischen Detektoroder jegliche geeignete Bilderfassungseinrichtung meint. Bei der Kamera 7 handeltes sich geeigneterweise um einen zeilen- oder matrixförmigen Bildaufnehmer(z. B. CCD oder CMOS), wobei Monochrom- oder Farbkameras zum Einsatzkommen können.Die Kamera 7 weist zweckmäßigerweise ein (zumindest objektseitig)telezentrisches Objektiv auf. Übereine Datenleitung 8 werden die Bilddaten der Kamera 7 pixelweise ausgelesen,so dass die erhaltene Bildinformation mittels eines Graustufenbildesdargestellt werden kann. Bei Verwendung polychromatischer Beleuchtungerhältman fürjede detektierte Farbe ein solches Graustufenbild.
    [0045] DieVerwendung eines telezentrischen Objektivs hat den Vorteil, dassjeder Objektpunkt auf der Waferoberfläche 17 aus der gleichenRaumrichtung und unter dem gleichen Raumwinkel detektiert wird, sodass sowohl die Beleuchtungscharakteristik als auch die Beobachtungscharakteristik über dengesamten zu inspizierenden Bereich der Waferoberfläche 17 homogenist. Hierdurch sind ideale Vorraussetzungen hierfür gegeben,Defekte im untersuchten Bereich zuverlässig erkennen zu können.
    [0046] Alternativist auch die Verwendung eines nicht-telezentrischen Objektivs 9 alsKameraobjektiv möglich,dessen Arbeitsabstand viel größer alsdie Diagonale des Objektbereichs ist. Wie in 2 gezeigt,ist ein solches Objektiv 9 auch zweckmäßig, da nur kleine Raumwinkelabgenommen werden, wie der Abbildungsstrahlengang 10 illustriert.Bei Verwendung eines telezentrischen Objektivs 24 (vgl. 3)entsteht ein paralleler Abbildungsstrahlengang.
    [0047] ZurAuswertung des erhaltenen Bildes können bekannte Verfahren derBildverarbeitung und Mustererkennung herangezogen werden, wie etwa derVergleich des aufgenommenen Bildes mit einem Idealbild („GoldenImage"). Mit demhier vorge stellten System könnenbestimmte Bereiche der Waferoberfläche 17 sukzessiveinspiziert werden, es ist aber auch möglich, die gesamte Waferoberfläche global zuinspizieren.
    [0048] Dashier dargestellte Inspektionssystem 21 nutzt die Vorteileder erfindungsgemäßen telezentrischenBeleuchtung zur Abbildung des zu inspizierenden Objektes, wodurchsich fürdie Fehlerdetektion optimale Kontrastunterschiede zwischen fehlerfreien Abschnittenauf der Waferoberfläche 17 undsolchen insbesondere mit Makrodefekten ergeben. Das erfindungsgemäße Verfahrenund System eigenen sich insbesondere für die Detektion von Belichtungsfehlernbei der Waferherstellung.
    [0049] 3A zeigt in stark schematisierter Seitenansichtim wesentlichen das bereits in 2 dargestellteerfindungsgemäße Waferinspektionssystem 21,wobei die hier verwendete Kamera 7 ein (zumindest objektseitig)telezentrisches Objektiv 24 aufweist. Der entsprechendeparallele Abbildungsstrahlengang ist mit 10 bezeichnet.Die telezentrische Strahlungsquelle ist wiederum mit 22 bezeichnet.Der Wafer 16 liegt auf einer drehbaren Auflage 18 (angedeutetdurch den kreisförmigenPfeil), die in x- und y-Richtung mittels eines x-, y-Scanningtisches 19 (vgl. 2)verschoben werden kann.
    [0050] Alle übrigen Bestandteiledes Waferinspektionssystems gemäß 3 stimmenmit denen des in 2 gezeigten Systems überein undsollen daher im Folgenden nicht weiter besprochen werden.
    [0051] 3B zeigt eine Draufsicht auf das in 3A gezeigte System 21, wobeidiese Darstellung auch füreine Draufsicht auf das in 2 dargestellte Systemgültigist. Dargestellt ist der Wafer 16 und die auf der Waferoberfläche 17 verlaufendenHauptstrukturen 27. Die einzelnen Zellen (Dies), die durchdiese Hauptstrukturen 27 gebildet sind, sind mit 30 bezeichnet.Diese Zellen 30 werden im späteren Verarbeitungsprozesszu Chips verarbeitet. Wie aus 3B ersichtlich,verläuftdie Projektion der Achse der Strahlenbüschel 14 der telezentrischenStrahlungsquelle 22 auf die Waferoberfläche 17 im wesentlichenparallel zu einer der Hauptstrukturen 27 auf der Waferoberfläche 17 (indiesem Fall zu den waagrecht gezeichneten Hauptstrukturen). DieKamera 7 ist in dieser Ausführungsform senkrecht über derWaferoberfläche 17 undauf den zu inspizierenden Bereich gerichtet. Es hat sich gezeigt,dass bei dieser Anordnung von Beleuchtungs- und BeobachtungsrichtungMakrodefekte im zu inspizierenden Bereich mit hohem Kontrast abgebildetwerden.
    [0052] Esist zweckmäßig, wenn,wie in 3B gezeigt, die telezentrischeStrahlungsquelle 22 sowohl in ihrer Strahlungsrichtungbezüglichder Hauptstrukturen 27 auf der Waferoberfläche 17 verschiebbarist (in einer Ebene parallel zur Waferoberfläche 17), als auchzur Einstellung des Beleuchtungswinkels in Bezug auf die Waferoberfläche 17 (vgl. 3A und 2).
    [0053] 4 zeigtwiederum in stark schematisierter Form ein Waferinspektionssystem 21 gemäß 3,so dass auf das in 3 dargestellte erläuterte Systemvoll inhaltlich verwiesen werden kann. In einer ersten Ausgestaltungzeigt das System gemäß 4 einezusätzlicheHellfeld-Bestrahlungsquelle 28.In einer zweiten Ausgestaltung zeigt dieses System zwei zusätzlicheDunkelfeld- Bestrahlungsquellen 25 und 26.Der Einfachheit halber sind beide Ausgestaltungen in 4 inKombination dargestellt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dassjede der beiden Ausgestaltungen in gleicher Weise für sich genommenohne die jeweils andere Ausgestaltung in dem Waferinspektionssystemimplementiert sein kann.
    [0054] DieStrahlung der Hellfeld-Bestrahlungsquelle 28 wird über einenhalbdurchlässigenStrahlenteiler 29 senkrecht auf den zu inspizierenden Bereich derWaferoberfläche 17 gelenkt.Diese zusätzliche Beobachtungim Hellfeld kann unter Umständenzur Detektion von Fehlern wie Farb- oder Benetzungsfehler, sinnvollsein, wenn diese mit der erfindungsgemäßen telezentrischen Beleuchtungallein nicht detektiert werden können.
    [0055] Diebeiden Dunkelfeld-Bestrahlungsquellen 25 und 26 sind,wie in der Draufsicht der 4B dargestellt,bezüglichihrer Beleuchtungsrichtung in einem Winkel von 90° zueinanderangeordnet. Hierdurch kann jede der beiden Dunkelfeld-Bestrahlungsquelle 25 und 26 dieauf der Waferoberfläche 17 verlaufendenHauptstrukturen 27 unter einem Winkel von 45° beleuchten.Bezüglichder Waferoberfläche 17 erfolgtdie Dunkelfeldbeleuchtung unter schrägen oder streifenden Einfall(siehe 4A). Es hat sich gezeigt, dassdie Beobachtung im Dunkelfeld Defekte wie Kratzer oder Partikelauf der Waferoberfläche mithohem Kontrast bei den hier gewähltenBedingungen darstellen kann.
    1 Strahler,Lichtwellenleiter 2 Linsensystem 3 Strahlenbüschel 4 Beleuchtungsapertur 5 Objektebene 6 Achsender Strahlenbüschel 7 Kamera 8 Datenleitung 9 Objektivder Kamera 10 Abbildungsstrahlengang 11 Linsensystem 12 Lichtleiter 13 Anschlussstück 14 Strahlenbüschel 15 Winkelschieber 16 Wafer 17 Waferoberfläche 18 Auflage 19 x-,y-Scanningtisch 20 Raum 21 Inspektionssystem 22 Strahlungsquelle 23 Kamerasystem 24 telezentrischesObjektiv der Kamera 25 Dunkelfeld-Bestrahlungsquelle 26 Dunkelfeld-Bestrahlungsquelle 27 Hauptstrukturauf Waferoberfläche 28 Hellfeld-Bestrahlungsquelle 29 Strahlteiler 30 Zelle(Die)
    权利要求:
    Claims (26)
    [1] Verfahren zur Inspektion eines Wafers (16), insbesonderezur Detektion von Makrodefekten wie Belichtungsfehler, wobei zumindestein zu inspizierender Bereich der Waferoberfläche (17) mit einer Strahlungsquelle(22) beleuchtet, mittels einer Kamera (7) einBild dieses Oberflächenbereichsaufgenommen und der Oberflächenbereichanhand des erhaltenen Bildes inspiziert wird, dadurch gekennzeichnet,dass der zu inspizierende Bereich der Waferoberfläche (17)telezentrisch beleuchtet wird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass als Strahlungsquelle (22) ein im wesentlichen punktförmiger Strahler(1) mit einem vorgeschalteten Linsensystem (2; 11)verwendet wird, um den zu inspizierenden Bereich der Waferoberfläche (17)mit kleiner Beleuchtungsapertur (4) zu beleuchten.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass der Bildkontrast überEinstellungen des Beleuchtungswinkels relativ zur Ebene der Waferoberfläche (17)optimiert wird.
    [4] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass der Bildkontrast über Einstellungendes Beleuchtungswinkels relativ zum Verlauf der Strukturen auf demWafer (16) optimiert wird.
    [5] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass eine Kamera (7) mit Objektiv (9) verwendetwird, wobei der Arbeitsabstand sehr viel größer als die Diagonale des Objektfeldesist.
    [6] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass eine Kamera (7) mit telezentrischem Objektiv (24)verwendet wird.
    [7] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass polychromatisch beleuchtet wird.
    [8] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass monochromatisch beleuchtet wird.
    [9] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass mit Wellenlängenim sichtbaren bis ultravioletten Bereich beleuchtet wird.
    [10] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass im Auflicht, vorzugsweise bei einem Winkel in einem Bereichvon 3° bis 90°, weitervorzugsweise von 10° bis85°, weitervorzugsweise von 15° bis85°, weitervorzugsweise von 25° bis80°, weitervorzugsweise von 45° +/– 10°, relativzur Waferoberfläche(17), beleuchtet wird.
    [11] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass zusätzlichim Auflicht-Dunkelfeld beleuchtet wird.
    [12] Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,dass zwei Dunkelfeld-Bestrahlungsquellen (25; 26)derart angeordnet werden, dass ihre Strahlungsrichtungen einen Winkelvon etwa 90° einschließen.
    [13] Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,dass zumindest eine Dunkelfeld-Bestrahlungsquelle(25, 26) derart angeordnet wird, dass die Projektionihrer Strahlungsrichtung auf die Waferoberfläche (17) mit einerauf dieser Waferoberflächeverlaufenden Hauptstruktur (27) einen Winkel von etwa 45° einschließt.
    [14] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass zusätzlichim Auflicht-Hellfeld beleuchtet wird.
    [15] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,dass die Projektion der telezentrischen Strahlenbüschel (3)auf die Waferoberfläche(17) im wesentlichen parallel zu einer auf der Waferoberfläche (17)verlaufenden Hauptstruktur (27) verläuft.
    [16] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet,dass die Kamera (7) mit ihrer Achse im wesentlichen parallelzur Flächennormaleder Waferoberfläche(17) und auf dem beleuchteten Bereich der Waferoberfläche (17)gerichtet angeordnet wird.
    [17] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet,dass als Strahlungsquelle (22) ein Flächenstrahler (1) geringerAusdehnung, wie ein Lichtwellenleiter (1), mit einem vorgeschalteten Linsensystem(2; 11) verwendet wird, um die Waferoberfläche (17)mit kleiner Beleuchtungsapertur (4) zu beleuchten.
    [18] Waferinspektionssystem zur Inspektion eines Wafers(16), insbesondere zur Detektion von Makrodefekten wieBelichtungsfehler, mit einer Strahlungsquelle (22) zurBeleuchtung zumindest eines zu inspizierenden Bereichs der Waferoberfläche (17)und mit einer Kamera (7) zur Aufnahme des zu inspizierendenOberflächenbereichs,dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (22)zur Erzeugung telezentrischer Beleuchtung ausgebildet ist.
    [19] System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,dass die Strahlungsquelle (22) einen im wesentlichen punktförmigen Strahler(1) mit einem vorgeschalteten Linsensystem (2; 11)umfasst, um Strahlung mit einer kleinen Beleuchtungsapertur (4) zuerzeugen.
    [20] System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,dass die Strahlungsquelle (22) einen Flächenstrahler (1) geringerAusdehnung, wie ein Lichtwellenleiter (1), mit einem vorgeschaltetenLinsensystem (2; 11) umfasst, um Strahlung miteiner kleinen Beleuchtungsapertur (4) zu erzeugen.
    [21] System nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet,dass die Kamera (7) mit einem Objektiv (9) ausgestattetist, wobei der Arbeitsabstand sehr viel größer als die Diagonale des Objektfeldesist.
    [22] System nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet,dass die Kamera (7) mit einem telezentrischen Objektiv(24) ausgestattet ist.
    [23] System nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet,dass die Kameraachse im wesentlichen parallel zur Normalen der Waferoberfläche (17)und auf den beleuchteten Bereich gerichtet angeordnet ist.
    [24] System nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet,dass zusätzlichzumindest eine Dunkelfeld-Bestrahlungsquelle(25, 26) zur Beleuchtung des zu inspizierendenBereichs vorgesehen ist.
    [25] System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,dass zwei Dunkelfeld-Bestrahlungsquellen (25, 26)derart angeordnet sind, dass ihre Strahlungsrichtungen einen Winkelvon etwa 90° einschließen.
    [26] System nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet,dass zusätzlichzumindest eine Hellfeld-Bestrahlungsquelle(28) zur Beleuchtung des zu inspizierenden Bereichs vorgesehenist.
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