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Dokumentenidentifikation DE102005054552A1 24.05.2007
Titel Vorrichtung und Verfahren zur Prüfung von Halbleitersubstraten auf Risse
Anmelder Infineon Technologies Austria AG, Villach, AT
Erfinder Bitzer, Thomas, Dr., Villach, AT;
Wistrela, Robert, Klagenfurt, AT
Vertreter Schweiger & Partner, 80333 München
DE-Anmeldedatum 14.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005054552
Offenlegungstag 24.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.2007
IPC-Hauptklasse H01L 21/66(2006.01)A, F, I, 20051114, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01N 21/95(2006.01)A, L, I, 20051114, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Vorrichtung (1) zur Prüfung von Halbleitersubstraten auf Risse (8) umfasst eine Halterung (2) zur Aufnahme eines oder mehrerer Halbleitersubstrate, eine Prüfeinheit und eine Bewegungseinheit (3) zur Bewegung des Halbleitersubstrats und der Prüfeinheit relativ zueinander, wobei die Prüfeinheit mindestens eine Wärmequelle (4) zur lokalen Erwärmung des Halbleitersubstrats und mindestens ein Pyrometer mit einem Detektor (5) zur lokalen Messung der Temperatur des Halbleitersubstrats aufweist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung von Halbleitersubstraten, insbesondere von Halbleiterwafern, auf Risse. Sie betrifft weiter ein Verfahren zur Inspektion von Halbleitersubstraten.

Ein Halbleiterwafer, beispielsweise aus Silizium, wird nach seiner Herstellung mit einer Vielzahl von Schichten aus elektrisch leitendem oder isolierendem Material versehen, die durch Ätzprozesse strukturiert werden. Während des Fertigungsprozesses wird der Wafer wiederholt planarisiert.

Durch seine geringe Dicke ist ein Halbleiterwafer anfällig für Beschädigungen wie Risse. Weil solche Risse zum Ausfall eines Bauteils führen können, muss der Halbleiterwafer zwischen den einzelnen Fertigungsschritten auf Beschädigungen überprüft werden. Aus Kostengründen ist es zweckmäßig, hierzu ein möglichst empfindliches Verfahren einzusetzen, um Beschädigungen schon während möglichst früh im Fertigungsprozess erkennen und den betroffenen Wafer aussortieren zu können.

Aus der US 6,906,794 B2 ist eine Vorrichtung zur Inspektion von Halbleiterwafern bekannt, die Beschädigungen mittels eines optischen Verfahrens detektiert. Dazu weist die Vorrichtung eine Lichtquelle zur Bestrahlung des Halbleiterwafers und eine bildgebende Einheit mit einer Kamera zur Abbildung des zu inspizierenden Bereiches auf dem Halbleiterwafer. Der Halbleiterwafer ist relativ zu Lichtquelle zur Kamera beweglich und außerdem kippbar angeordnet.

Die Vorrichtung zur Inspektion von Halbleiterwafern erlaubt jedoch keine automatische Prüfung. Vielmehr wird sie von einem Operator bedient und auch die eigentliche Prüfung und Beurteilung der aufgenommenen Bilder erfolgt durch den Operator und wird durch das bildgebende Verfahren und eine Bildverarbeitungssoftware lediglich unterstützt.

Die Inspektion von Halbleiterwafern ist damit zwar genauer als eine Inspektion mit bloßem Auge, jedoch sehr zeit- und damit auch kostenintensiv. Zudem können Beschädigungen wie sehr feine Risse mit optischen Verfahren nur schwer nachgewiesen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung anzugeben, mit der eine einfache und schnelle, gleichzeitig jedoch sehr empfindliche Prüfung von Halbleiterwafern auf Risse möglich ist.

Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Prüfung von Halbleiterwafern auf Risse anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Prüfung von Halbleitersubstraten auf Risse umfasst eine Halterung zur Aufnahme eines oder mehrerer Halbleitersubstrate, eine Prüfeinheit und eine Bewegungseinheit zur Bewegung des Halbleitersubstrats und der Prüfeinheit relativ zueinander, wobei die Prüfeinheit mindestens eine Wärmequelle zur lokalen Erwärmung des Halbleitersubstrats und mindestens ein Pyrometer mit einem Detektor zur lokalen Messung der Temperatur des Halbleitersubstrats aufweist.

Unter einem Riss wird hier und im folgenden eine rissförmige Beschädigung des Halbleitersubstrates verstanden, die nicht nur dessen Oberfläche, sondern die gesamte Dicke des Halbleitersubstrates oder zumindest wesentliche Teile davon betrifft und die die mechanischen und Wärmeleitungseigenschaften des Halbleitersubstrates messbar beeinflusst.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die Inspektion von Halbleitersubstraten, insbesondere von Halbleiterwafern, möglichst automatisch durchführbar sein und trotzdem eine genaue Prüfung des Halbleiters erlauben sollte. Dazu wird die Eigenschaft ausgenutzt, dass ein unbeschädigter Halbleiterwafer Wärme verhältnismäßig gut leitet, während über eine Beschädigung wie einen Riss hinweg die Wärmeleitung nahezu zum Erliegen kommt.

Vorteilhafterweise sind als Detektor eine oder sogar mehrere Thermosäulen vorgesehen. Eine Thermosäule zeichnet sich durch eine einfache Handhabung und eine verhältnismäßig geringe Anfälligkeit für Störungen aus. Eine Thermosäule umfasst meist eine Mehrzahl von hintereinander geschalteten Thermoelementen, deren Funktion auf dem Seebeck-Effekt beruht: Danach entsteht an den Grenzschichten zweier unterschiedlicher Metalle, die miteinander verbunden werden, eine thermoelektrische Spannung. Diese ist temperaturabhängig und erlaubt durch ihre Messung einen Rückschluss auf die Temperatur.

Eine Thermosäule misst die Temperatur eines Körpers mithilfe der durch ihn ausgesandten Strahlung. Wärmestrahlung wird an einem Anschluss der Thermosäule, der für ein besseres Absorptionsvermögen geschwärzt ist, absorbiert, was zu einer Erwärmung gegenüber dem anderen, vor der Strahlung geschützten Anschluss führt und die thermoelektrische Spannung induziert.

Thermosäulen können durch das Hintereinanderschalten mehrerer Thermoelemente die thermoelektrische Spannung vervielfachen und bilden somit einen empfindlichen Wärmedetektor, der eine berührungslose und sehr schnelle Temperaturmessung erlaubt.

Die Wärmequelle ist vorteilhafterweise auf der gleiche Seite des Halbleitersubstrats angeordnet wie der Detektor. Somit wird die rückgestrahlte, und nicht die viel schwächere durchgelassene Strahlung analysiert.

Die Prüfeinheit kann ortsfest und das Halbleitersubstrat relativ zur Prüfungseinheit beweglich angeordnet sein. Wenn als Halbleitersubstrat ein Halbleiterwafer vorgesehen ist, wird der Wafer vorteilhafterweise um eine Achse durch seinen Mittelpunkt senkrecht zu seiner Oberfläche rotiert, um eine Inspektion mit der ortsfesten Prüfeinheit zu ermöglichen.

Die Wärmequelle, die beispielsweise eine Lichtquelle, ein erwärmtes Gas oder eine Schallquelle sein kann, weist einen Abstand d zum Detektor auf. Zwischen der Wärmequelle und dem Detektor liegt also ein Gebiet mit einer Ausdehnung von der Größenordnung d. Ist das Halbleitermaterial in diesem Gebiet unbeschädigt, so weist es verhältnismäßig homogene Wärmeleitungseigenschaften auf. Rotiert der Wafer also um eine Achse durch seinen Mittelpunkt und sind der Detektor und die Wärmequelle ortsfest angeordnet, so misst der Detektor eine zeitlich weitgehend konstante Temperatur.

Überstreichen jedoch Wärmequelle oder Detektor einen Riss, befindet sich also ein Riss innerhalb des Gebiets zwischen Wärmequelle und Detektor, so ändern sich die Wärmeleitungseigenschaften des Substrates abrupt, was sich durch einen Temperatursprung bemerkbar macht.

Eine weitere Möglichkeit der Detektion eines Risses ergibt sich, wenn die Prüfeinheit ein weiteres Pyrometer mit einem Detektor, der in einem Abstand d' vom Detektor des ersten Pyrometers angeordnet ist, umfasst.

Bei einer zeitgleichen Messung mit beiden Detektoren lässt sich ein Riss dadurch erkennen, dass die Differenz zwischen den von ihnen gemessenen Temperaturen größer ist als es durch den unterschiedlichen Abstand von der Wärmequelle allein zu erwarten wäre. Bei einem Abstand d' von höchstens 10 mm lässt sich eine besonders gute Auflösung bei der Lokalisierung von Rissen erzielen.

Vorteilhafterweise ist mindestens ein Detektor ohne eine abbildende Optik ausgestaltet. Ein solcher Detektor weist zum einen eine verhältnismäßig hohe Temperaturempfindlichkeit auf und erlaubt die Prüfung eines Halbleitersubstrates auch bei einer eher geringen Erwärmung. Zum andern kann er in geringer Entfernung vom Halbleitersubstrat angeordnet werden und erzielt dadurch eine besonders gute Ortsauflösung.

Das Halbleitersubstrat weist typischerweise eine Dicke von höchstens 1 mm auf, seine Transmissivität im Wellenlängenbereich zwischen 1 &mgr;m und 10 &mgr;m beträgt mindestens 50%.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie durch die Ausnutzung der Wärmeleitungseigenschaften des Halbleitersubstrates und durch die Verwendung von Thermosäulen eine besonders empfindliche und schnelle automatische Inspektion erlaubt. Auch sehr feine Risse, die durch eine optische Inspektion nicht oder nur mit großem Aufwand erkannt werden können, beeinflussen die Wärmeleitung des Halbleitersubstrates stark genug, um mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung detektiert zu werden. Durch die berührungslose Messung werden zudem Beeinflussungen der lokalen Wafertemperatur durch die Messung selbst sowie Beschädigungen der Waferoberfläche vermieden.

Nach der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Prüfung von Halbleitersubstraten aus Risse folgende Schritte: Zunächst wird das Halbleitersubstrat an einem Punkt y lokal erwärmt. Anschließend oder auch zeitgleich werden die lokalen Temperaturen T(x) und T(x') an zwei verschiedenen Punkten x und x' aus dem Halbleitersubstrat gemessen.

Aus den Temperaturen T(x) und T(x') wird die Differenz D = T(x) – T(x') gebildet und mit einem vorgegebenen Schwellenwert TS verglichen. Überschreitet D diesen Schwellenwert TS, so ist dies ein Zeichen dafür, dass sich zwischen den Positionen x und x' ein Riss befindet. Dieser kann mithilfe eines Signals angezeigt oder aufgezeichnet werden.

Zur lokalen Erwärmung des Halbleitersubstrates wird eine Wärmequelle, beispielsweise eine Lichtquelle, ein erwärmtes Gas oder eine Schallquelle verwendet. Die Messung der Temperatur erfolgt durch ein pyrometrisches Verfahren, vorteilhafterweise durch Thermosäulen als Detektoren.

Das Halbleitersubstrat und die Prüfeinheit, die die Wärmequelle und die Thermosäule umfasst, werden relativ zueinander bewegt, so dass während des Prüfvorganges die gesamte Fläche des Halbleitersubstrates oder zumindest der durch Risse besonders gefährdete Randbereich überstrichen wird.

Insbesondere wenn es sich bei dem Halbleitersubstrat um einen nahezu kreisförmigen Halbleiterwafer handelt, wird dieses vorteilhafterweise um eine Achse durch seinen Mittelpunkt senkrecht zu seiner Oberfläche mit der Winkelgeschwindigkeit &ohgr; rotiert. Auf diese Weise kann der Halbleiterwafer durch die ortsfeste Prüfeinheit besonders einfach inspiziert werden.

Die Temperaturen T(x) und T(x') an den Stellen x und x' können entweder zu zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten mit einem einzigen Detektor gemessen werden, der nacheinander die Positionen x und x' überstreicht. Zu einem Zeitpunkt t liegt dann also der Punkt x in einem Messfenster des Detektors und zum Zeitpunkt t' der Punkt x', so dass T(x) zum Zeitpunkt t und T(x') zum Zeitpunkt t' gemessen werden.

Sie können aber auch zeitgleich mit zwei verschiedenen Detektoren gemessen werden, von denen sich der erste zu einem bestimmten Zeitpunkt über dem Punkt x befindet, während der andere sich gleichzeitig über dem Punkt x' befindet.

Zur Berechnung der Differenz D wird anstelle der gemessenen Temperatur TMessung(x) vorteilhafterweise die um den lokalen Signaluntergrund &Dgr;T(x) korrigierte Temperatur T(x) = TMessung(x) – &Dgr;T(x) verwendet.

Die Temperaturmessung wird nämlich, da sie pyrometrisch über die ausgesandte Strahlung erfolgt, insbesondere bei im infraroten Wellenlängenbereich verhältnismäßig transparenten Halbleitersubstraten oder solchen mit lokal unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften durch Faktoren wie die Emissivität des Oberflächenmaterials beeinflusst, die den Signaluntergrund &Dgr;T(x) bilden.

Zur Bestimmung des lokalen Signaluntergrundes &Dgr;T(x) gibt es verschiedene Möglichkeiten. Entweder wird er durch eine Messung der lokalen Temperatur T(x) ohne vorangegangene Erwärmung des Halbleitersubstrats bestimmt.

Oder er wird dadurch bestimmt, dass die Temperatur TMessung(x) zur Zeit t mit einem Detektor und der lokale Signaluntergrund &Dgr;T(x) zur Zeit t + &Dgr;t mit einem weiteren Detektor gemessen wird.

Während der erste Detektor die Summe aus dem Effekt der lokalen Erwärmung, also der tatsächlichen Temperaturerhöhung, einerseits und aus Oberflächeneffekten andererseits registriert, misst der zweite Detektor, wenn er in einem ausreichenden Abstand von der Wärmequelle angeordnet ist, lediglich die Oberflächeneffekte.

Zur Korrektur der gemessenen Temperatur TMessung(x) wird also eine Art Kartierung der Oberflächeneigenschaften vorgenommen, aus denen sich der lokal unterschiedliche Signaluntergrund &Dgr;T(x) ergibt.

Der Signaluntergrund kann somit mit der gleichen Vorrichtung gemessen werden wie das Signal selbst; sogar eine zeitgleiche Messung des Signaluntergrundes ist möglich. Daraus ergibt sich als Vorteil des Verfahrens eine deutliche Zeitersparnis und ein verhältnismäßig geringer apparativer Aufwand. Auch auf komplexe Software wie beispielsweise ein Bildverarbeitungsprogramm kann verzichtet werden. Lediglich einfach bereitzustellende Möglichkeiten zur Speicherung der Messdaten von Temperatur TMessung(x) und Signaluntergrund &Dgr;T(x) sowie zur Berechnung des korrigierten Signals T(x) und der Differenz D und für den Vergleich von D mit dem Schwellenwert TS sind notwendig.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Prüfen von Halbleiterwafern;

2a2d eine Aufsicht auf die Vorrichtung zu verschiedenen Zeitpunkten t1 bis t4;

3 die lokale Temperatur T(x) an der Position x auf dem Halbleitersubstrat zu den gleichen Zeitpunkten t1 bis t4;

4 eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

5 eine weitere alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine Möglichkeit zur Korrektur der gemessenen Temperaturwerte auf einen lokalen Signaluntergrund erlaubt.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Prüfen eines Halbleiterwafers 6 auf Risse und ähnliche Beschädigungen. Die Vorrichtung 1 weist eine Halterung 2 auf, die den Halbleiterwafer 6 während des Prüfvorganges hält. Außerdem umfasst die Vorrichtung 1 eine Prüfeinheit mit einer Wärmequelle 4 und einem Detektor 5 sowie eine Bewegungseinheit 3 zur Bewegung des Halbleiterwafers und der Prüfeinheit relativ zueinander.

Die Wärmequelle 4 dient zur lokalen Erwärmung des Halbleiterwafers 6. Die lokale Temperatur T des Halbleiterwafers 6 wird mit Hilfe eines Pyrometers, das den Detektor 5 umfasst, gemessen.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 liegt der Halbleiterwafer 6 auf der Halterung 2 auf und wird mit Hilfe der Bewegungseinheit 3 um eine Achse durch seinen Mittelpunkt senkrecht zu seiner Oberfläche rotiert. Die Prüfeinheit mit der Wärmequelle 4 und dem Detektor 5 ist ortsfest installiert, sodass der Halbleiterwafer 6 unter der Prüfeinheit hindurchrotiert.

Besonders anfällig für Beschädigungen wie beispielsweise Risse ist der Randbereich 7 des Halbleiterwafers 6. Daher muss besonders dieser Randbereich 7 auf Risse geprüft werden, weshalb die Prüfeinheit mit der Wärmequelle 4 und dem Detektor 5 bevorzugt über dem Randbereich 7 installiert ist. Sie kann aber auch beweglich angeordnet sein, so dass sie flexibel auch für die Inspektion des gesamten Halbleiterwafers 6 einsetzbar ist.

Die 2a bis 2d zeigen in einer Draufsicht auf die Vorrichtung 1 mit dem Halbleiterwafer 6 den Prüfvorgang. Der Halbleiterwafer 6 gemäß 2a rotiert um eine Achse durch seinen Mittelpunkt M mit einer Winkelgeschwindigkeit &ohgr; gegen den Uhrzeigersinn. Die Prüfeinheit mit der Wärmequelle 4 und dem Detektor 5 ist ortsfest angeordnet, wobei die Wärmequelle 4 und der Detektor 5 einen Abstand d zueinander aufweisen.

Der zu prüfende Halbleiterwafer 6 weist einen Riss 8 auf, dessen Detektion im folgenden beschrieben wird.

Zu einem ersten Zeitpunkt t1 befindet sich der Riss 8 noch vor der Wärmequelle 4 und dem Detektor 5 der Prüfeinheit. Durch die Wärmequelle 4, die beispielsweise eine Lichtquelle, ein erwärmtes Gas oder auch eine Schallquelle sein kann, wird der Halbleiterwafer 6 lokal erwärmt. Kurze Zeit später erreicht das zum Zeitpunkt t1 erwärmte Gebiet auf dem Halbleiterwafer 6 den Detektor 5. Der Detektor 5 weist beispielsweise eine Thermosäule auf, die aus der lokalen Temperatur ein Spannungssignal erzeugt und auf diese Weise eine Messung der lokalen Temperatur T erlaubt.

2b zeigt die Konstellation von Prüfeinheit und Riss 8 zueinander zu einem zweiten Zeitpunkt t2. Durch die Rotation des Halbleiterwafers 6 mit der Winkelgeschwindigkeit &ohgr; hat sich der Riss 8 nun weiterbewegt und befindet sich zwischen der Wärmequelle 4 und dem Detektor 5. Zu diesem Zeitpunkt t2 registriert der Detektor 5 einen weiteren Messwert der lokalen Temperatur T. Dieser zweite Messwert T(t2) kann wie in 3 dargestellt, von dem vorher aufgezeichneten Messwert T(t1) abweichen.

Zum Zeitpunkt t3 hat sich der Riss 8 wie in 2c dargestellt weiter fortbewegt und befindet sich kurz vor dem Detektor 5. Der Riss 8 stellt eine Art Barriere für den Vorgang der Wärmeleitung dar. Die durch die Wärmequelle 4 in das Halbleitersubstrat eingebrachte Wärme kann sich über den Riss hinweg deutlich schlechter ausbreiten als durch das unbeschädigte Halbleitersubstrat hindurch. Daher ist die vom Detektor 5 zum Zeitpunkt t3 gemessene Temperatur T(t3) typischerweise vergleichsweise niedrig.

Hat sich der Riss 8 jedoch wie in 2d dargestellt, unter dem Detektor 5 hindurchbewegt, sodass er zwischen der Wärmequelle 4 und dem Detektor 5 keine Barriere mehr bildet, kann die Wärmeleitung wieder ungehindert stattfinden. Die zum Zeitpunkt t4, dessen Konstellation in 2d dargestellt ist, gemessene Temperatur T(t4) ist daher vergleichsweise hoch.

Die zu den Zeitpunkten ti gemessenen Temperaturen T werden wie in 3 dargestellt ausgewertet. Von den zu zwei aufeinander folgenden Zeitpunkten ti und ti+1 gemessenen Temperaturen T wird die Differenz D gebildet. Falls sich zwischen diesen Zeitpunkten ti und ti+1 die Wärmeleitungseigenschaften des Halbleitersubstrates zwischen der Wärmequelle 4 und dem Detektor 5 nicht wesentlich geändert haben, ist die Temperaturdifferenz D verhältnismäßig gering.

Hat sich jedoch zwischen den Zeitpunkten ti und ti+1 ein Riss 8 in das Gebiet zwischen dem Detektor 5 und der Wärmequelle 4 geschoben oder hat er sich insbesondere unter dem Detektor 5 hindurchbewegt und damit dieses Gebiet wieder verlassen, so haben sich die Wärmeleitungseigenschaften des Halbleitersubstrats in diesem Bereich deutlich verändert. Dies zeigt sich in einem verhältnismäßig großen Temperatursprung D wie beispielsweise in 3 bei D = T(t4) – T(t3).

Zur Erkennung von Rissen wird ein Schwellenwert TS festgelegt. Der Schwellenwert TS beruht auf Erfahrungswerten bzw. auf Experimenten mit Halbleiterwafern, deren Beschädigungen und Wärmeleitungseigenschaften genau bekannt sind. Überschreitet die Temperaturdifferenz D den Schwellenwert TS, so hat sich zwischen den betroffenen Zeitpunkten ein Riss 8 unter dem Detektor 5 hindurchbewegt.

Die Differenz D ist nicht nur eine Differenz zwischen Temperaturmessungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten, sondern durch die Bewegung des Halbleiterwafers 6 relativ zur Prüfeinheit gleichzeitig eine Differenz aus Temperaturen an unterschiedlichen Punkten auf dem Halbleiterwafer 6. Sie kann daher als D = T(x) – T(x') geschrieben werden.

Alternativ zur Temperaturmessung zu verschiedenen Zeitpunkten kann die Temperatur T des Halbleiterwafers 6 auch zeitgleich wie in 4 dargestellt mit zwei Detektoren gemessen werden.

Ein weiterer Detektor 9 ist dazu in einem geringen Abstand d' vom Detektor 5 angeordnet, so dass sich ein Punkt x auf dem Halbleiterwafer zuerst unter dem Detektor 5 und anschließend unter dem weiteren Detektor 9 hindurchbewegt. Die Temperaturmessung erfolgt jedoch zeitgleich, während der Detektor 5 die Temperatur des Halbleiterwafers im Punkt x misst, misst der weitere Detektor 9 die Temperatur in einem Punkt x' in einem Abstand von d' zu x. Der Abstand d' sollte höchstens 10 mm betragen.

Zur Auswertung der Messdaten wird wieder die Differenz D = T(x) – T(x') gebildet. Liegt diese über dem vorgegebenen Schwellenwert TS, befindet sich ein Riss zwischen den beiden Detektoren 5 und 9.

Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich Risse im Halbleitersubstrat sehr genau detektieren. Das Verfahren hat den Vorteil, dass es anders als optische Inspektionsmethoden auch sehr feine Risse bzw. schräg verlaufende Risse erkennen kann, durch die kein oder für eine optische Inspektion zu wenig Licht dringen würde. Da die Wärmeleitungseigenschaften des Halbleitersubstrates durch Risse und ähnliche Beschädigungen verhältnismäßig stark beeinflusst werden, ist das beschriebene Verfahren sehr empfindlich.

Die lokale Temperatur T des Halbleiterwafers 6 wird wie beschrieben mit einer oder mehreren Thermosäulen gemessen. Dieses Messverfahren ist ein pyrometrisches Messverfahren und beruht auf der Tatsache, dass die durch den Detektor registrierte Wärmestrahlung von der Temperatur des Halbleiterwafers 6 abhängt. Die Temperaturmessung erfolgt also über die ausgesandte Infrarotstrahlung und ist somit berührungslos.

Dies hat verschiedene Vorteile. Zum einen kann die Messung sehr schnell innerhalb von Milli- oder Mikrosekunden durchgeführt werden, zum anderen findet weder eine Temperaturbeeinflussung des Messobjektes noch eine mechanische Beschädigung der empfindlichen Waferoberfläche statt. Ein Hindurchbewegen des Halbleiterwafers 6 unter der Prüfeinheit ist somit problemlos möglich.

Allerdings wird die durch den Halbleiterwafer emittierte Strahlung nicht nur von der lokalen Temperatur T, sondern auch von Oberflächeneigenschaften des Halbleiterwafers beeinflusst. Bei Halbleitersubstraten, die im Wellenlängenbereich des Infrarot eine vergleichsweise große Transmissivität aufweisen, kann das durch den Detektor 5 registrierte Signal auch durch das Material, das sich auf der dem Detektor 5 abgewandten Seite des Halbleiterwafers 6 befindet, beeinflusst werden.

Für eine besonders genaue Inspektion eines Halbleiterwafers 6 kann die gemessene lokale Temperatur T(x) daher um den ortsabhängigen Signaluntergrund &Dgr;T(x) korrigiert werden. Zur Ermittlung des Signaluntergrundes &Dgr;T gibt es verschiedene Möglichkeiten.

Eine erste Möglichkeit ist eine pyrometrische Messung der Temperatur T(x) ohne vorangegangene Erwärmung des Halbleiterwafers 6. Auf diese Weise lässt sich bei ausgeschalteter Wärmequelle eine Art Kartierung des lokalen Signaluntergrundes &Dgr;T(x) durchführen. Dazu ist allerdings ein eigener Prozessschritt und damit ein gewisser Zeitaufwand notwendig.

Die Vermessung des lokalen Signaluntergrundes &Dgr;T(x) kann jedoch auch zeitgleich mit der eigentlichen Prüfung stattfinden. 5 zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleiterwafer 6 mit einer Prüfeinheit, die neben einer Wärmequelle 4 sowie einem Detektor 5 auch einen weiteren Detektor 9 zur Bestimmung des Signaluntergrundes &Dgr;T umfasst. Während die Wärmequelle 4 und der Detektor 5 einen Abstand von d zueinander aufweisen, liegt der weitere Detektor 9 im Abstand d' vom Detektor 5 angeordnet und hinter diesem, so dass der Detektor 5 zwischen der Wärmequelle 4 und dem weiteren Detektor 9 liegt. Damit hat der weitere Detektor 9 einen größeren Abstand von der Wärmequelle 4 als der Detektor 5.

Der Abstand d' wird so gewählt, dass die lokale Temperatur T an der Position des weiteren Detektors 9 nicht oder nur geringfügig durch die Wärmequelle 4 beeinflusst ist. Damit entspricht das durch den weiteren Detektor 9 aufgenommene Temperatursignal dem Signaluntergrund &Dgr;T, der zur Korrektur des durch den Detektor 5 gemessenen Temperaturwertes T herangezogen wird.

1
Vorrichtung
2
Halterung
3
Bewegungseinheit
4
Wärmequelle
5
Detektor
6
Halbleiterwafer
7
Randbereich
8
Riss
9
weiterer Detektor
M
Mittelpunkt
&ohgr;
Winkelgeschwindigkeit
d
Abstand
d'
Abstand


Anspruch[de]
Vorrichtung (1) zur Prüfung von Halbleitersubstraten auf Risse (8), die eine Halterung (2) zur Aufnahme eines oder mehrerer Halbleitersubstrate, eine Prüfeinheit und eine Bewegungseinheit (3) zur Bewegung des Halbleitersubstrats und der Prüfeinheit relativ zueinander umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinheit mindestens eine Wärmequelle (4) zur lokalen Erwärmung des Halbleitersubstrats und mindestens ein Pyrometer mit einem Detektor (5) zur lokalen Messung der Temperatur des Halbleitersubstrats aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Detektor (5) eine Thermosäule vorgesehen ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (4) auf der gleichen Seite des Halbleitersubstrats wie der Detektor (5) angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinheit ortsfest und das Halbleitersubstrat relativ zur Prüfungseinheit beweglich angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (4) und der Detektor (5) einen Abstand d zueinander aufweisen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen weiteres Pyrometer mit einem Detektor (9) aufweist, das in einem Abstand d' von dem ersten Pyrometer angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand d' höchstens 10 mm beträgt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Detektor (5) ohne abbildende Optik ausgestaltet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmequelle (4) eine Lichtquelle vorgesehen ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmequelle (4) ein erwärmtes Gas vorgesehen ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmequelle (4) eine Schallquelle vorgesehen ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbleitersubstrat ein Halbleiterwafer (6) vorgesehen ist. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterwafer (6) um eine Achse durch seinen Mittelpunkt M senkrecht zu seiner Oberfläche rotierbar angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat eine Dicke von höchstens 1 mm aufweist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat im Wellenlängenbereich zwischen 1 &mgr;m und 10 &mgr;m eine Transmissivität von mindestens 50% aufweist. Verfahren zur Prüfung von Halbleitersubstraten auf Risse, das folgende Schritte umfasst:

– Lokales Erwärmen des Halbleitersubstrates an einem Punkt y durch eine Wärmequelle (4);

– pyrometrische Messung der lokalen Temperaturen T(x) und T(x') des Halbleitersubstrates an zwei verschiedenen Punkten x und x' auf dem Halbleitersubstrat;

– Berechnung der Differenz D = T(x) – T(x'); Vergleich von D mit einem vorgegebenen Schwellenwert TS; Ausgabe eines Signals, das einen Riss (8) zwischen den Punkten x und x' anzeigt, falls D > TS.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Temperatur T mit einer oder mehreren Thermosäulen gemessen wird. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem die Temperaturen T(x) und T(x') zeitgleich mit zwei Detektoren (5, 9) gemessen werden, wobei ein Detektor (5) die Temperatur T(x) am Punkt x und der weitere Detektor (9) die Temperatur T(x') am Punkt x' misst. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem das Halbleitersubstrat relativ zu der ortsfest angeordneten Prüfeinheit bewegt wird, so dass zu einem Zeitpunkt t der Punkt x und zum Zeitpunkt t' der Punkt x' auf dem Halbleitersubstrat in einem Messfenster des Detektors (5) liegen und T(x) zum Zeitpunkt t und T(x') zum Zeitpunkt t' gemessen werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem das Halbleitersubstrat um eine Achse durch seinen Mittelpunkt M senkrecht zu seiner Oberfläche mit einer Winkelgeschwindigkeit &ohgr; rotiert. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, bei dem zur Berechnung der Differenz D anstelle der gemessenen Temperatur T(x) die um den lokalen Signaluntergrund &Dgr;T(x) korrigierte Temperatur Tkorrigiert(x) = T(x) – &Dgr;T(x) verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der lokale Signaluntergrund &Dgr;T(x) durch eine Messung der lokalen Temperatur T(x) ohne vorangegangene Erwärmung des Halbleitersubstrats bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der lokale Signaluntergrund &Dgr;T(x) dadurch bestimmt wird, dass die Temperatur T(x) zur Zeit t mit einem Detektor und der lokale Signaluntergrund &Dgr;T(x) zur Zeit t+&Dgr;t mit einem weiteren Detektor gemessen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, bei dem als Wärmequelle (4) eine Lichtquelle verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, bei dem als Wärmequelle (4) ein erwärmtes Gas verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, bei dem als Wärmequelle (4) Schallwellen verwendet werden.






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