DE10131665B4

DE10131665B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Inspektion des Randbereichs eines Halbleiterwafers

Info

Publication number: DE10131665B4
Application number: DE2001131665
Authority: DE
Inventors: Werner Kröninger; Franco Mariani
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Camtek Ltd
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2021-06-30
Also published as: DE10131665A1

Abstract

Verfahren zur Inspektion des Randbereichs eines Halbleiterwafers, mit folgenden Schritten:
– Auflegen und Ausrichten des Wafers (1) auf einer Haltevorrichtung (2), mit der der Wafer (1) in einer x-y-Ebene verfahrbar und um eine auf der x-y-Ebene senkrecht stehende Drehachse (Θ) drehbar ist;
– Zentrieren des Wafers (1), so dass ein Abschnitt seines Randbereichs (3) in ein Sichtfenster (4) einer Videokamera (5) fällt;
– Drehen des Wafers (1) um die Drehachse (θ), so dass der gesamte Randbereich von der Videokamera abgetastet wird; und
– Auswertung der von der Videokamera während der Drehung des Wafers (1) aufgenommenen Bilder des Randbereichs des Wafers und daraus Erfassung von Beschädigungen des Randes,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit einer automatischen Bildverarbeitung Koordinaten und Größen erfasster Beschädigungen ermittelt und zur Anzeige und/oder Protokollierung gebracht werden, dass die Art der Beschädigungen für die automatische Bildverarbeitung vorab in Kategorien eingeteilt wird und diese Kategorien...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Inspektion des Randbereichs eines Halbleiterwafers jeweils gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 4. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind bekannt aus DE 689 00 756 T2 .

Bei der Fertigung oder Prüfung von Halbleiterwafern wird deren Randbereich bis heute manuell und mit den Augen optisch inspiziert. Dieses manuelle optische Verfahren birgt Unsicherheiten und Fehlerquellen, selbst wenn die Waferkante mit einem Mikroskop in Augenschein genommen wird. Beschädigungen, wie Ausbrüche und Risse im Randbereich eines Wafers, sind unerwünscht und können zu Funktionsstörungen der auf dem Wafer integrierten Halbleiterschaltungen führen. Insbesondere beim Transport, unvorsichtiger Lagerung und während den den eigentlichen Integrationsprozessen folgenden Prozessen, wie zum Beispiel einer Rückseitenbearbeitung des Wafers können solche unerwünschten Beschädigungen auftreten.

Bei dem aus der oben zitierten DE 698 00 756 T2 bekannten Verfahren und der deraus bekannten Vorrichtung, die den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 4 entsprechen erfolgt keine automatische Auswertung der von der Videokamera während der Drehung des Wafers aufgenommenen Bilder des Randbereichs des Wafers mittels einer automatischen Bildverarbeitung, so dass auch die Kategorisierung der Art der Beschädigungen und deren Vergleich mit einem vorab gespeicherten entsprechenden Grenzwert nicht vorgenommen werden.

Bei einem aus DE 38 34 052 A1 gekannten Verfahren und einer darin beschriebenen Vorrichtung zum Vermessen und/oder Prüfen der Umrissform oder Kanten von Werkstücken wird ein durch eine Kamera erfasstes projeziertes Profil der Werkstückkante als Ist-Wert in einem elektronischen Rechner mit darin gespeicherten Soll-Werten des geprüften Kantenprofils verglichen und entsprechend diesem Vergleichsergebnis eine Sortierung des Werkstücks vorgenommen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Inspektion des Waferrandes so anzugeben, dass die bei der bisher üblichen manuellen und optischen Inspektion auftretenden Unsicherheiten und Fehler vermieden werden können und eine automatische Fehlerklassifikation unterschiedlicher Fehlerklassen und deren Protokollierung vorgenommen werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Inspektion des Randbereichs eines Halbleiterwafers, mit folgenden Schritten:

– Auflegen und Ausrichten des Wafers auf einer Haltevorrichtung, mit der der Wafer in einer x-y-Ebene verfahrbar und um eine auf der x-y-Ebene senkrecht stehende Drehachse drehbar ist;
– Zentrieren des Wafers, so dass ein Abschnitt seines Randbereichs in ein Sichtfenster einer Videokamera fällt;
– Drehen des Wafers um die Drehachse, so dass der gesamte Randbereich von der Videokamera abgetastet wird; und
– Auswertung der von der Videokamera während der Drehung des Wafers aufgenommenen Bilder des Randbereichs des Wafers und daraus Erfassung von Beschädigungen des Randes,

dadurch gekennzeichnet,
dass mit einer automatischen Bildverarbeitung Koordinaten und Größen erfasster Beschädigungen ermittelt und zur Anzeige und/oder Protokollierung gebracht werden, dass die Art der Beschädigungen für die automatische Bildverarbeitung vorab in Kategorien eingeteilt wird und diese Kategorien gespeichert werden, dass vorab für die automatische Bildverarbeitung Grenzwerte für jede Kategorie von Beschädigungen festgelegt und gespeichert werden und dass jede mit der automatischen Bildverarbeitung erfasste Beschädigung mit einem Kennmerkmal angezeigt und/oder protokolliert wird, das angibt, ob sie einen entsprechenden Grenzwert einhält oder nicht.

Die Grenzwerte können die Ausdehnung in x-y-Ebene und ihre Tiefe in der auf der Waferebene senkrecht stehenden Richtung betreffen.

Weiterhin vorteilhaft kann die Anzeige und/oder Protokollierung auch die Kategorie der Beschädigung umfassen.

Ferner wird die obige Aufgabe gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung zur Inspektion eines Halbleiterwafers an seinem Randbereich mit folgenden Funktionseinheiten:

– einer Haltevorrichtung, zum Halten, Auflegen und Ausrichten des Halbleiterwafers und zum Verfahren desselben in einer x-y-Ebene und Drehung um eine auf der x-y-Ebene senkrecht stehende Drehachse, wobei der auf der Haltevorrichung aufgelegte Wafer so ausricht- und zentrierbar ist, dass ein Abschnitt seines Randbereichs in ein Sichtfenster einer Videokamera fällt, und
– einer Drehvorrichtung, um den Wafer um die Drehachse so zu drehen, dass der gesamte Randbereich von der Videokamera abtastbar ist,

dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung außerdem eine mit der Videokamera verbundene Auswerteeinheit aufweist, die eine automatische Bildverarbeitungseinheit aufweist zur automatischen Auswertung der von der Videokamera während der Drehung des Wafers aufgenommenen Bilder seines Randbereichs, um aus den Bildern Beschädigungen im Randbereich zu erfassen und die erfassten Beschädigungen anzuzeigen und/oder zu protokollieren, wobei die Bildverarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist:

– Koordinaten und Größen erfasster Beschädigungen zu ermitteln und zur Anzeige und/oder Protokollierung zu bringen,
– vorab eine Einteilung der Art der Beschädigungen für die automatische Bildverarbeitung in Kategorien vorzunehmen und diese Kategorien zu speichern,
– vorab Grenzwerte für jede Kategorie von Beschädigungen festzulegen und zu speichern und
– jede erfasste Beschädigung mit einem Kennmerkmal anzuzeigen und/oder zu protokollieren, das angibt, ob die Beschädigung einen entsprechenden Grenzwert einhält oder nicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die dazu eingerichtete Vorrichtung haben den Vorteil, dass die Randzoneninspektion des Wafers, abgesehen vom Auflegen des Wafers und eventuell seiner Ausrichtung, weitgehend automatisch ohne menschliches Zutun ablaufen kann und dass die beim bislang üblichen manuell/optischen Inspektionsverfahren auftretenden Unsicherheiten vermieden sind und dadurch die Prozesssicherheit erhöht ist. Weiterhin bieten das erfindungsgemäße Verfahren und die dafür eingerichtete Vorrichtung den Vorteil, dass die Inspektionsergebnisse dokumentierbar sind.

Anhand der beiliegenden Zeichnung beschreibt die nachfolgende Beschreibung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichteten Vorrichtung.
Die Figuren der Zeichnung zeigen im einzelnen:
1 eine erfindungsgemäße Inspektionsvorrichtung im Aufriss mit aufgelegtem Halbleiterwafer und mit einer zur Inspektion verwendeten Videokamera mit angeschlossener Bildverarbeitung;
2 eine Draufsicht auf den in 1 auf die Haltevorrichtung aufgelegten Wafer und vergrößert drei Kategorien von Beschädigungen des Randbereichs.
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Inspektion eines Halbleiterwafers 1 von der Seite und 2 zeigt eine Draufsicht auf den Halbleiterwafer 1 der zur Inspektion so zentriert wurde, dass ein Abschnitt seines Randbereichs 3 in ein Sichtfenster 4 einer Videokamera zu liegen kommt.
In 1 ist der etwa kreisrunde Halbleiterwafer 1 auf eine Haltevorrichtung 2 aufgelegt und ausgerichtet. Mit einer nicht gezeigten motorischen Vorrichtung kann die Haltevorrichtung 2 in einer x-y-Ebene (vgl. 2) verstellt und mit einer Drehvorrichtung 6 um eine auf dieser x-y-Ebene senkrecht stehende Achse θ gedreht werden. Der Wafer 1 wird durch die Verstellung der Haltevorrichtung 2 in der x-y-Ebene so zentriert, dass ein Abschnitt seines Randbereichs 3 in ein Sichtfenster 4 einer Videokamera 5 zu liegen kommt. Anschließend wird die Haltevorrichtung 2 mit dem daraufliegenden Wafer 1 durch die Drehvorrichtung 6 um die Drehachse θ so gedreht, dass der gesamte oder ein interessierender Abschnitt des Randbereichs 3 von der Videokamera 5 abgetastet werden kann. Es ist zu bemerken, dass der Wafer 1 entweder mit seiner Rückseite nach unten auf die Haltevorrichtung 2 aufgelegt oder auch mit seiner Vorderseite auf die Haltevorrichtung 2 aufgelegt werden kann, wobei letztere Maßnahme insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn der Wafer 1 zuvor einer Rückseitenbehandlung unterworfen worden ist. Bei einer solchen Rückseitenbehandlung können auch nach den eigentlichen Herstellungsprozessen der integrierten Halbleiterschaltungen auf dem Wafer 1 noch Risse 11, Ausbrüche 12 oder Kratzer 13 im Randbereich 3 des Wafers 1 auftreten.
Zur automatischen Erfassung derartiger Beschädigungen ist die Videokamera 5 mit einer Auswerteeinheit 10 verbunden, in der eine automatische Bildverarbeitung implementiert ist. Die während der Drehung des Wafers 1 um die Achse θ von der Videokamera 5 aufgenommenen Bilder des Randbereichs 3 des Wafers 1 werden mit Hilfe der in der Auswerteeinheit 10 implementierten Bildverarbeitung automatisch ausgewertet. Die Bildverarbeitung erfasst dabei alle im Randbereich 3 vorliegenden Risse 11, Ausbrüche 12 und Kratzer 13. Die Auswerteeinheit 10 umfasst eine nicht dargestellte Anzeige und/oder Protokolliervorrichtung, die die von der Bildverarbeitung erfassten Beschädigungen anzeigen und protokollieren kann.
Die automatische Bildverarbeitung kann zur Anzeige und/oder Protokollierung Koordinaten und Größe der Beschädigung ermitteln.
Für die automatische Bildverarbeitung können vorab die Beschädigungen in Kategorien eingeteilt werden. Beispielsweise bilden die Risse 11 eine Kategorie, die Ausbrüche 12 eine weitere Kategorie und die Kratzer 13 eine weitere dritte Kategorie.
Weiterhin sind vorab für die automatische Bildverarbeitung Grenzwerte für jede Kategorie von Beschädigungen festgelegt und in der Auswerteeinheit 10 abgespeichert. Dann ordnet die automatische Bildverarbeitung die eingespeicherten Grenzwerte spezifisch jeder Kategorie der Beschädigungen zu. Die Grenzwerte sind z.B. Parameter, die die Ausdehnung in der x-y-Ebene und die Tiefe der Beschädigungen betreffen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, dass jede mit der automatischen Bildverarbeitung erfasste Beschädigung mit einem Kennmerkmal angezeigt oder protokolliert werden kann, wobei ein solches Kennmerkmal angibt, ob die Beschädigung einen entsprechenden Grenzwert einhält oder nicht.
Weiterhin kann die Anzeige oder die Protokollierung der Beschädigungen auch die Kategorie der Beschädigung einbeziehen.

1: Wafer
2: Haltevorrichtung
3: Randbereich des Wafers
4: Sichtfenster der Videokamera
5: Videokamera
6: Drehvorrichtung
10: Auswerteeinheit mit automatischer Bildverarbeitung
11: Riss
12: Ausbruch
13: Kratzer
x, y: Koordinatenrichtungen
θ: Drehachse

Claims

Verfahren zur Inspektion des Randbereichs eines Halbleiterwafers, mit folgenden Schritten: – Auflegen und Ausrichten des Wafers (1) auf einer Haltevorrichtung (2), mit der der Wafer (1) in einer x-y-Ebene verfahrbar und um eine auf der x-y-Ebene senkrecht stehende Drehachse (Θ) drehbar ist; – Zentrieren des Wafers (1), so dass ein Abschnitt seines Randbereichs (3) in ein Sichtfenster (4) einer Videokamera (5) fällt; – Drehen des Wafers (1) um die Drehachse (θ), so dass der gesamte Randbereich von der Videokamera abgetastet wird; und – Auswertung der von der Videokamera während der Drehung des Wafers (1) aufgenommenen Bilder des Randbereichs des Wafers und daraus Erfassung von Beschädigungen des Randes, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer automatischen Bildverarbeitung Koordinaten und Größen erfasster Beschädigungen ermittelt und zur Anzeige und/oder Protokollierung gebracht werden, dass die Art der Beschädigungen für die automatische Bildverarbeitung vorab in Kategorien eingeteilt wird und diese Kategorien gespeichert werden, dass vorab für die automatische Bildverarbeitung Grenzwerte für jede Kategorie von Beschädigungen festgelegt und gespeichert werden und dass jede mit der automatischen Bildverarbeitung erfasste Beschädigung mit einem Kennmerkmal angezeigt und/oder protokolliert wird, das angibt, ob sie einen entsprechenden Grenzwert einhält oder nicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die festgelegten und abgespeicherten Grenzwerte die Ausdehnung der Beschädigungen in der x-y-Ebene und die Tiefe der Beschädigungen betreffen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige und/oder Protokollierung auch die Kategorie der Beschädigung umfasst.
Vorrichtung zur Inspektion eines Halbleiterwafers an seinem Randbereich mit folgenden Funktionseinheiten: – einer Haltevorrichtung (2), zum Halten, Auflegen und Ausrichten des Halbleiterwafers (1) und zum Verfahren desselben in einer x-y-Ebene und Drehung um eine auf der x-y-Ebene senkrecht stehende Drehachse (θ), wobei der auf der Haltevorrichung (2) aufgelegte Wafer (1) so ausricht- und zentrierbar ist, dass ein Abschnitt seines Randbereichs (3) in ein Sichtfenster (4) einer Videokamera (5) fällt, und – einer Drehvorrichtung (6), um den Wafer um die Drehachse so zu drehen, dass der gesamte Randbereich (3) von der Videokamera (5) abtastbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung außerdem eine mit der Videokamera (5) verbundene Auswerteeinheit (10) aufweist, die eine automatische Bildverarbeitungseinheit aufweist zur automatischen Auswertung der von der Videokamera (5) während der Drehung des Wafers (1) aufgenommenen Bilder seines Randbereichs (3), um aus den Bildern Beschädigungen im Randbereich zu erfassen und die erfassten Beschädigungen anzuzeigen und/oder zu protokollieren, wobei die Bildverarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist: – Koordinaten und Größen erfasster Beschädigungen zu ermitteln und zur Anzeige und/oder Protokollierung zu bringen, – vorab eine Einteilung der Art der Beschädigungen für die automatische Bildverarbeitung in Kategorien vorzunehmen und diese Kategorien zu speichern, – vorab Grenzwerte für jede Kategorie von Beschädigungen festzulegen und zu speichern und – jede erfasste Beschädigung mit einem Kennmerkmal anzuzeigen und/oder zu protokollieren, das angibt, ob die Beschädigung einen entsprechenden Grenzwert einhält oder nicht.