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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung eines Objekts,
insbesondere zum hochauflösenden
Fehlerfinden und Klassifizieren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 10.
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Einer
der Schwerpunkte bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen
(ICs) ist neben den Speicherschaltkreisen die Herstellung anwendungsspezifischer
Schaltkreise (ASICs). Ein wirtschaftliches und qualitativ hochwertiges
Herstellungsverfahren für
ICs erfordert eine durchgängige
flexible und automatische Waferproduktion, die insbesondere mit Hilfe
einer Prozessüberwachung
und Prozesssteuerung bzw. -regelung sicher zu beherrschen ist. Ein besonderes
Augenmerk liegt dabei auf der sogenannten Defektkontrolle, also
der Kontrolle der ICs daraufhin, ob bei den einzelnen Schaltkreisen
Fehler oder Fehlstellen bei der Produktion aufgetreten sind. Bei
dieser Kontrolle muss ein geeignetes Verfahren aus einer Reihe möglicher
Verfahren ausgewählt werden.
Bei maschinellen oder automatischen Verfahren kommen insbesondere
leistungsfähige
maschinelle Defekterkennungssysteme auf Basis von Bild-Bild bzw.
Bild-Daten-Vergleichen in Betracht.
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Ein
derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der
US 5,153,444 bekannt. Auf einem Wafer,
auf dem eine Vielzahl von gleichen IC-Schaltungen aufgebracht ist,
wird ein Defekt dadurch erkannt, dass Bilder der einzelnen ICs miteinander
verglichen werden. Hierzu wird zunächst ein Graustufenbild eines ICs
aufgenommen. Dieses Graustufenbild wird dann mit dem Graustufenbild
eines benachbarten ICs verglichen. Wird bei dem Vergleich eine Stelle
ermittelt, bei der keine Übereinstimmung
besteht, so wird dies als Defekt betrachtet. Zur Fehlerklassifikation
ist allerdings eine weitere Untersuchung beider ICs nötig, die
in einer zweiten Arbeitsstation durchgeführt werden muss.
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Diese
Systeme sind zwar sehr genau, haben allerdings den Nachteil, dass
die Durchlaufzeiten zur Defekterkennung sehr lange sind und je Wafer
oftmals mehrere Stunden in Anspruch nehmen. Außerdem ist eine exakte Positionierung
der einzelnen Bilder der ICs zueinander zwingende Vorraussetzung für die Zuverlässigkeit
des Verfahrens. Auch die Anschaffungs- und Betriebskosten solcher
Systeme sind sehr hoch.
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Demgegenüber kann
die Defektkontrolle auch visuell unter Einsatz von Kontrollmikroskopen erfolgen.
Allerdings ist hier das Bedienpersonal hohen physischen Belastungen
ausgesetzt. Die Kontrolle ist darüber hinaus sehr zeitintensiv
und fehleranfällig.
Daher werden seit langem Streulichtgeräte für die Waferinspektion verwendet.
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Aus
der
EP 0 524 348 ist
ein derartiges Streulichtgerät
bekannt. Dabei macht man sich die Tatsache zu Nutze, dass sehr dichte
und feine Defektstrukturen der Oberflächenfehler neben Streulicht auch
einen gewissen Anteil an gebeugtem Licht erzeugen, wobei die Defektstrukturen
als Gitter wirken. Ein auf diese Weise entstandener Lichtkegel besitzt keine örtliche
homogene Intensitätsverteilung.
Somit lässt
sich die Defektstruktur über
eine optische Anordnung ermitteln, bei der zwischen der Lichtquelle und
dem Objektiv ein astigmatisches Linsensystem angeordnet ist. Dieses
erzeugt ein zigarrenförmiges Zwischenbild,
das durch das Objektiv auf die Oberfläche abgebildet wird. Eine im
Strahlengang zwischen dem Linsensystem und dem Objektiv angeordnete Dunkelfeldstop-Baugruppe
ermöglich
die richtungsabhängige
Messung der durch die Defektstruktur erzeugten Intensität, so dass
diese erkannt werden kann. Diese Ausführungsform der Streulichtuntersuchung
für die
Inspektion von Wafern ist zwar sehr produktiv, jedoch von nur geringer örtlicher
Auflösung.
Außerdem
kann der ermittelte Defekt vom Hintergrund nur schwer unterschieden
werden.
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Die
Untersuchung des Wafers kann auch pixelweise durchgeführt werden.
Dabei wird, wie in der WO 00/02037 vorgeschlagen, ein Strahl senkrecht auf
die Wafer-Oberfläche
gerichtet. Die dabei am Ort des Strahleneinfalls entstehende Streustrahlung
wird mit Hilfe von radial angeordneten Detektoren erfasst und jeweils
für den
Ort der Bestrahlung, d. h. pixelweise daraufhin ausgewertet, ob
Charakteristika vorliegen, die auf ein mit Fehlern behaftetes Pixel
oder ein fehlerfreies Pixel hindeuten. Diese Art der Untersuchung
der Oberfläche
ist allerdings sehr speicherintensiv und beansprucht viel Zeit.
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In
der WO 99/14575 wird daher ein verfeinertes Verfahren zur Streulichtuntersuchung
von Oberflächen
zur Erkennung von Defektstrukturen vorgeschlagen. Dabei wird das
zu untersuchende Objekt mit einem Strahl beleuchtet, der senkrecht
auf das Objekt fällt
und gleichzeitig mit einem Strahl, der in streifendem Einfall auf
das Objekt gerichtet wird. Beide Strahlen sind senkrecht zueinander
polarisiert. Die von dem jeweiligen Einfallsstrahl erzeugte Streustrahlung
wird von einem eigenen Detektor erfasst. Damit wird eine bessere
Fehlerselektivität
erreicht, die durch die zusätzliche
Anwendung von bildverarbeitenden Methoden noch verbessert werden
kann.
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Aus
der
US 5,859,698 ist
ebenfalls ein Verfahren bekannt, das mit Hilfe von Streulichtuntersuchung
eine Erkennung von Defekten ermöglicht.
Dabei wird eine automatische Bildverarbeitung eingesetzt, die das
Bild einer Probe mit einem Referenzbild vergleicht. Das dabei entstehende
Differenzbild kann durch zusätzliche
elektronische Verfahren optional weiter ausgewertet werden, zu denen
die Angabe eines Schwellwertes oder morphologische Transformationen
gehören.
Mit Hilfe dieser elektronischen Auswertungen soll festgestellt werden,
ob die aus dem Differenzbild gewonnenen Daten tatsächlich ihren
Ursprung in einem Makrodefekt haben.
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Neben
der sicheren und automatischen Erkennung von Defekten sollen auch
die erkannten Defekte klassifiziert werden. Hierzu ist aus der WO 99/67626
ein Verfahren und ein System zur automatischen Defektklassifikation
(ADC) bekannt. Dabei wird ein kleiner Bereich eines Wafers von einem
Laserstrahl beleuchtet. Vier gleichverteilte Dunkelfelddetektoren
sind so angeordnet, dass ihre Erfassungswinkel überlappen so dass damit sogenannte Detektionszonen
gebildet werden. Die von den Dunkelfelddetektoren erfasste Streustrahlung
wird in elektrische Signale gewandelt und einer Analyseeinheit zugeführt. Die
Analyseeinheit ist in der Lage, aus den elektrischen Signalen zu
erkennen, ob tatsächlich
ein Defekt vorliegt. Mit Hilfe hinterlegter Musterauswerteverfahren
kann die Analyseeinheit zusätzlich
eine Klassifikation des Defekts etwa nach dessen Größe durchführen.
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In
der
US 5,982,921 ist
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Defektidentifizierung an
Wafer-Oberflächen
vorgeschlagen. Hierbei wird in einer ersten Phase des Verfahrens
die gesamte Oberfläche
eines Objekts mit relativ hoher Geschwindigkeit optisch untersucht.
Vorteilhafterweise wird hierzu ein Laserstrahl zum Scannen des Objekts
eingesetzt. Das Ergebnis wird dann mit einem Referenzmuster verglichen.
Werden dabei spezifische fehlerverdächtige Stellen identifiziert,
so werden diese Stellen in einer zweiten Phase des Verfahrens mit
hoher Auflösung
genauer untersucht, um festzustellen, ob tatsächlich ein Fehler vorliegt.
Um die Untersuchung in den einzelnen Phasen durchführen zu
können
sind zwei voneinander unabhängige
Untersuchungseinrichtungen vorgesehen. Nach der Untersuchung des Objektes
an der ersten Einrichtung wird es an den Ort der zweiten Untersuchungseinrichtung
transportiert.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum
hochauflösenden Fehlerfinden
und Klassifizieren und eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahren vorzuschlagen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 gelöst.
Die Lösung
im Hinblick auf die Vorrichtung besteht in einer Vorrichtung mit
den Merkmalen gemäß Anspruch
10.
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Mit
der Erfindung wird somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Verfügung
gestellt, wobei ein Objekt zunächst
daraufhin untersucht wird, ob sogenannte fehlerverdächtige Gebiete
vorliegen, Gebiete also, die bei der Untersuchung Eigenschaften aufweisen,
die auf einen Defekt oder ein Gebiet mit Defekten hindeuten. Dabei
wird die Untersuchung mit Hilfe einer Streulichteinrichtung durchgeführt. Bevorzugt
werden die Koordinaten der fehlerverdächtigen Gebiete gespeichert.
Sofern mit der Streulichteinrichtung zunächst die gesamte Oberfläche des Objekts
untersucht wird, kann damit auch eine Art Karte oder ein sogenanntes
elektronisches Bild der Oberfläche
des Objektes erstellt werden, wobei die Orte der fehlerverdächtigen
Gebiete gekennzeichnet sind. Die fehlerverdächtigen Gebiete können in
einer sogenannten Streufehlerliste erfasst werden.
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Daran
anschließend
werden die fehlerverdächtigen
Gebiete mit einer geeigneten, zur Streulichtuntersuchung verschiedenen
Methode untersucht. Damit wird festgestellt, ob es sich bei den
im ersten Schritt identifizierten fehlerverdächtigen Gebieten tatsächlich um
Fehler handelt. Für
diese Untersuchung kommen an sich alle Verfahren in Betracht, mit
denen Fehler tatsächlich
identifiziert werden können.
Insbesondere optisch vergrößernde Verfahren
mit Objektiven und anschließendem
Vergleich des so gewonnen Bildes mit einem Sollbild können hier
eingesetzt werden. Je nach gewünschter Auflösung oder
Vergrößerung können auch
andere vergrößernde Untersuchungsverfahren,
wie AFM oder SEM eingesetzt werden.
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Sofern
die Streulichteinrichtung in einem optischen Mikroskop in Kombination
mit optischen Objektiven für
die nachfolgende vergrößernde Untersuchung
des Objekts eingesetzt wird, ist es besonders vorteilhaft, die Streulichteinrichtung
und das Objektive auf einem Objektivrevolver vorzusehen. Auf diese Weise
kann das Objekt zunächst
mit der Streulichteinrichtung auf fehlerverdächtige Gebiete hin untersucht
werden. Ist diese Untersuchung abgeschlossen, kann das gewünschte Objektiv
durch Drehen des Revolvers in seine Untersuchungsposition gebracht
werden. Da die Positionen der fehlerverdächtigen Gebiete, beispielsweise
in der Streufehlerliste gespeichert sind, können diese mit dem Objektiv, etwa
bei mittlerer Vergrößerung,
genauer untersucht werden. Aus den fehlerverdächtigen Gebieten können so
diejenigen Gebiete ermittelt werden, die tatsächlich fehlerbehaftet sind.
Damit kann eine Fehlerliste erstellt werden, die nur noch die Positionen
derjenigen Gebiete umfasst, die tatsächlich einen Fehler aufweisen.
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Ist
in dem Objektivrevolver ein weiteres Objektiv vorgesehen, das eine
höhere
Vergrößerung zulässt, kann
die Fehlerliste abgearbeitet werden. Hierzu wird das hochvergrößernde Objektiv
in die Untersuchungsposition gedreht und alle Fehler werden durch
genauere Untersuchung mit dem hochvergrößernden Objektiv klassifiziert.
Zur Feststellung, ob tatsächlich
ein Fehler vorliegt oder zur Klassifizierung des Fehlers kann ein
Bild-Bild-Vergleich, ein Bild-Daten-Vergleich oder ein Bild-Regel-Vergleich
verwendet werden. Dabei werden die mit den Objektiven aufgenommenen
Bilder mit Soll-Bild oder Soll-Daten verglichen, oder, wie im Falle
des Bild-Regel-Vergleichs, die Struktur- und Fehlereigenschaften
des Objekts direkt zur Fehlerbestimmung verwendet.
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Die
erfindungsgemäße Nutzung üblicher
Objektive und spezieller Sensoren zur Streulichtuntersuchung in
einem Objektivrevolver haben demnach den Vorteil, dass zur Untersuchung
des Objekts nur ein Tisch und damit nur eine reduzierte Aufstellfläche erforderlich
ist. Weiterhin kann eine erhöhte
Sicherheit für
den Wafer gewährleistet
werden, da zur Untersuchung lediglich ein einmaliges Handhaben des Objekts
erforderlich ist. Zudem können
die fehlerverdächtigen
Gebiete und die Fehlergebiete schnell wieder aufgefunden werden,
wobei die Ergebnisse der einzelnen Schritte in guter Korrelation
zueinander stehen. Außerdem
ist es auf einfache Weise möglich, eine
adaptive Anpassung an die Inspektionsaufgabe zu verwirklichen. Ein
schnelles Erfassen der Oberfläche
des Objekts, insbesondere des Wafers durch Streulichtsensoren kann
einer detaillierten Inspektion ausgewählter fehlerverdächtiger
Gebiete mit niedriger bis mittlerer Auflösung vorangestellt werden.
Die Klassifikation der Fehler kann dann mit punktueller hochauflösender Optik
bis hin zur Verwendung eines AFM erfolgen.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren
Beschreibungsteile.
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Es
zeigen im Einzelnen:
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1. eine bekannte Fehleruntersuchungsvorrichtung
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2 den erfindungsgemäßen grundsätzlichen
Verfahrensablauf
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3 auf einen Objektivrevolver
aufgebrachte Untersuchungseinrichtungen
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4 einen möglichen
detaillierten Verfahrensablauf entsprechend der Erfindung.
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1 zeigt eine Streulichteinrichtung
zur Defektuntersuchung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt
ist. In einer Lichtquelle 10, etwa einer Laserdiode, wird
ein Lichtstrahl 20 erzeugt, der über einen Spiegel 12 auf
ein zu untersuchendes Objekt 18, z. B. einen Wafer, gerichtet
wird. Die dabei entstehende Streustrahlung 17 wird von
zwei Sensorarmen 16 erfasst und an eine CCD-Kamera 14 weitergeleitet.
Die Auswertung des Streulichtes mit der CCD-Kamera 14 ermöglicht die
Identifizierung möglicher
Fehlergebiete des Objektes bei geringer Auflösung, d. h. bei relativ großer Spotgröße des einfallenden
Lichtstrahls 20 auf das Objekt 18. Allerdings
liefert die Auswertung dieser Messung häufig Pseudofehler, die es zu
eliminieren gilt. Zudem kann bei dieser Untersuchung keine Klassifikation
der Fehler erfolgen, da das Objekt 18 bildlich nicht richtig dargestellt
wird. Entsprechend ist eine Nachuntersuchung der identifizierten
möglichen
Fehlergebiete unumgänglich.
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Wie
in 2 schematisch dargestellt,
wird die Streulichtuntersuchung erfindungsgemäß mit der Nachuntersuchung
zu einem Gesamtuntersuchungssystem zusammengefasst. Das Objekt 18 wird
hier zunächst
mit einem Streulichtgerät 32 mit
relativ großer
Spotgröße des Untersuchungslichtstrahls
abgetastet. Dabei wird eine Streufehlerliste gewonnen, die mögliche fehlerbehaftete
Gebiete 33 beinhaltet. Insofern wird ein digitales Abbild
der Oberfläche
des Objekts 18 erstellt, das auch die Koordinaten der Fehlergebiete
beinhaltet und in einer Speichereinrichtung 26 abgelegt.
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In
einem darauffolgenden Schritt wird die Untersuchung des Objekts
mit den aus der Streulichtuntersuchung gewonnen Daten fortgesetzt.
Hierzu wird eine optische Untersuchungseinrichtung, etwa ein Objektiv 30 mit
niedriger Auflösung
verwendet. Die Vergrößerung kann
hierzu z. B. 5-fach bei Dunkelfeldabbildung mit einem Laser als
Lichtquelle gewählt
werden. Die Streulichteinrichtung wird aus der Untersuchungsposition
bewegt und das Objektiv 30 in die Untersuchungsposition
geführt,
was durch den Doppelpfeil 31 schematisch angedeutet ist.
Mit Hilfe des Objektivs 30 und den aus der vorangegangenen Streulichtuntersuchung
gewonnenen Daten können dann
die möglichen
Fehlergebiete 33 daraufhin untersucht werden, ob tatsächlich Fehler
vorliegen. Ein mit Hilfe des Objektivs gewonnenes Bildes kann dann
beispielsweise in einer Vergleichereinrichtung 24 mit einem
Sollbild verglichen werden, das in einem Sollbild-Speicher 34 hinterlegt
ist. Aus diesem Vergleich kann dann eine Fehlerliste generiert werden,
welche die Daten zum Inhalt hat, die für die tatsächlichen Fehlergebiete relevant
sind. Diese Daten können
in einem Fehlerspeicher 22 abgelegt werden.
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Zur
Klassifikation des Fehlers kann die Untersuchung dann weiter fortgesetzt
werden, wobei eine hochauflösende
Untersuchung der ermittelten Fehlergebiete erfolgt. Für diese
Untersuchung wird das Objektiv 30 aus seiner Untersuchungsposition entfernt
und die hochauflösende
Untersuchungsreinrichtung 28 in die Untersuchungsposition
gebracht, was durch den Doppelpfeil 29 angedeutet ist.
Die hochauflösende
Untersuchung kann beispielsweise mit einem hochauflösenden Objektiv
bei 50-facher Vergrößerung und
konfokaler Beugung durchgeführt werden.
Die damit gewonnenen Bildwerte werden einem Fehlerklassifikator 36 zugeführt, mit
dessen Hilfe die Art des Fehlers bestimmbar ist.
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Die
Streulichteinrichtung 32, das Objektiv 30 und
die hochauflösende
Untersuchungseinrichtung 28 können beispielsweise in einem
Mikroskop untergebracht werden. Wie in 3 dargestellt, ist es besonders vorteilhaft,
wenn jede dieser Untersuchungseinrichtungen auf einer Position eines
Objektivrevolvers 38 vorgesehen ist. Damit kann die Streulichteinrichtung 32 als
erstes in die Untersuchungsposition gedreht werden. Nach dem Abschluss
der Streulichtuntersuchung wird das Objektiv 30 in Drehrichtung
R in die Untersuchungsposition 40 gedreht und die möglichen
Fehlergebiete 33 werden unter sucht, wobei auf eine separate
Handhabung des Objekts 18 verzichtet werden kann. Nach
Abschluss der Untersuchung mit dem Objekt 30 kann die hochauflösende Untersuchung
des Objektes erfolgen. Hierzu wird die hochauflösende Untersuchungseinrichtung 28 in
die Untersuchungsposition 40 in Rotationsrichtung R gedreht.
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Mit
dem Anbringen der Untersuchungseinrichtungen 28, 30, 32 auf
dem Revolver 38 ist ein einfaches Wiederfinden der möglichen
Fehlergebiete und der tatsächlichen
fehlerbehafteten Gebiete zur weiteren Untersuchung deutlich verbessert.
Denn es wird nur das Koordinatensystem des Mikroskops benutzt, so
dass gerätetechnische
oder aus verschiedenen Koordinaten-Meßsystemen stammende Probleme
a priori vermieden werden. Darüber
hinaus kann der Aufwand vermieden werden, der sich aus der Verwendung
und der Handhabung unterschiedlicher Geräte ergibt.
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In
der schematischen Übersicht
ist das erfindungsgemäße Gesamtverfahren
im Überblick
gezeigt. Dabei kann sowohl eine Einteilung in unterschiedliche Klassen
I–IV,
wie parallel dazu in unterschiedliche Auflösungsstufen A, B, und C erfolgen. Die
Klassen sind in Zeilen dargestellt, wobei die Klasse I bereits vorliegende
Information zum Inhalt hat. In Klasse II sind die jeweils angewendeten
Untersuchungsregime zusammengefasst, in Klasse III die Inspektionsarten
und in Klasse IV die erreichten Ergebnisse. Die Stufen reichen von
der Stufe A, welche die Untersuchung bei geringer Auflösung zum
Auffinden möglicher
Fehlergebiete repräsentiert, über die
Stufe B, in der die tatsächliche
Fehleridentifikation erfolgt bis hin zur Stufe C, in der die Fehler
klassifiziert und bewertet werden.
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Erfindungsgemäß startet
das Verfahren in Stufe A mit der Streuuntersuchung des Objekts 18, wobei
beim Start 42 des Verfahrens keine Informationen vorliegen.
Es erfolgt eine Vollinspektion 44 des Objekts 18,
wobei über
optische Verfahren 46 fehlerverdächtige Gebiete 33 identifiziert
werden, die in einer Streufehlerliste 48 erfasst werden.
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In
Stufe B liegen bereits Informationen über die weiter zu untersuchenden
fehlerverdächtigen
Gebiete 33 vor, so dass die Inspektionsgebiete 50 bekannt sind.
Zur näheren
Untersuchung der Inspektionsgebiete 50 erfolgt eine statistische
Kontrolle 52, die bevorzugt als Bildverarbeitung mit Echtzeitklassifikation 54 durchgeführt wird.
Aus dieser Untersuchung ergibt sich eine Fehlerliste 56,
die nur noch die tatsächlich
vorliegenden Fehler des Objekts 18 enthält.
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In
Stufe C sind entsprechend der Fehlerliste 56 die Messorte 58 für die hochauflösende Messung bekannt.
Dabei erfolgt eine Fehleranalyse 60 die im Rahmen einer
detaillierten Bildanalyse zu einer Fehlerklassifikation 62,
etwa zur Einteilung der ermittelten Fehler in bestimmte Kategorien
führt.
Daraus ergibt sich eine bewertete Fehlerliste 64.
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Die
bewertete Fehlerliste kann zur Auswertung von verwendbaren Schaltkreisen
auf dem Untersuchten Wafer oder auch zur Verbesserung des Herstellungsprozesses
verwendet werden.
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- 10
- Lichtquelle
- 12
- Spiegel
- 14
- CCD-Kamera
- 16
- Sensorarm
- 17
- Streustrahlung
- 18
- Objekt
- 20
- Lichtstrahl
- 22
- Fehlerspeicher
- 24
- Vergleicher
- 26
- Speicher
- 28
- hochauflösende Untersuchungseinrichtung
- 29
- Austauschpfeil
- 30
- Objektiv
- 31
- Austauschpfeil
- 32
- Streulichtgerät
- 33
- mögliches
Fehlergebiet
- 34
- Sollbild-Speicher
- 36
- Fehlerklassifikator
- 38
- Objektivrevolver
- 40
- Untersuchungsposition
- 42
- Start
- 44
- Vollinspektion
- 46
- optisches
Verfahren
- 48
- Streufehlerliste
- 50
- Inspektionsgebiete
- 52
- statische
Kontrolle
- 54
- Bildverarbeitung
- 56
- Fehlerliste
- 58
- Messorte
- 60
- Fehleranalyse
- 62
- Fehlerklassifikation
- 64
- bewertete
Fehlerliste
- R
- Rotationsrichtung
- A
- 1.
Stufe
- B
- 2.
Stufe
- C
- 3.
Stufe
- I
- Klasse
1
- II
- Klasse
2
- III
- Klasse
3
- IV
- Klasse
4