High-Speed-Mikroskopie für die automatisierte Qualitätssicherung von Elektronik-Komponenten

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1 High-Speed-Mikroskopie für die automatisierte Qualitätssicherung von Elektronik-Komponenten Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT Aachen, Deutschland

2 Die Aufgabe: Mikroskopie im industriellen Umfeld Großflächige Proben schnell und effizient mikroskopieren zur Inspektion, Analyse, Messung und Dokumentation im Bereich Mikroelektronik, Halbleiter und Waferproduktion Anwendungen in der Entwicklung, Qualitätssicherung und Fehleranalyse Mikroelektronik Halbleiter Waferproduktion Page 2

3 Die Herausforderung Aufgrund winziger Details in den untersuchten Proben ist eine Vergrößerung durch Mikroskopie notwendig Je höher die Vergrößerung, desto kleiner das Sichtfeld Bei großflächigen Proben sind tausende von Einzelaufnahmen nötig, um den kompletten Probenbereich zu erfassen Durch die Positionierung der Probe an jeder einzelnen Aufnahmeposition dauert der gesamte Vorgang üblicherweise sehr lange: eine 100-Prozent-Prüfungen ist meist aus Zeitgründen nicht möglich Page 3

4 Das Ziel Hochdurchsatz-Mikroskopie, mit der großflächige Objekte (Wafer, Platinen, LED-Panels, Spritzgussteile, Materialproben, ) in kürzerer Zeit als bei herkömmlichen Verfahren mit identischer Bildqualität mikroskopiert werden können 2 min High-Speed-Mikroskopie Page 4

5 Unsere Lösung Anstelle des klassischen Stop-and-Go-Modus mikroskopieren wir Objekte aus der Bewegung heraus (»on-the-fly scanning«) Dadurch können großflächige Objekte, z.b. Wafer oder Zellkulturgefäße, innerhalb kürzester Zeit vollflächig mikroskopiert werden Kombinierbar mit sämtlichen Kontrastmethoden (Hellfeld, DIC, Phasenkontrast und Fluoreszenz) im Auf- und Durchlicht Kein Stop-and-Go mehr! So arbeitet Ihr Mikroskop bisher (und braucht 50 min*) So arbeitet es in Zukunft (und braucht 2 min*) *für eine komplette MTP mit 4fach-Objektiv, andere Vergrößerungen ebenfalls möglich Ermöglicht eine mikroskopische 100-Prozent-Prüfung Große Objekte in kurzer Zeit mikroskopieren Page 5

6 Die Lösung im Detail Stand der Technik: Der Mikroskop-Tisch bewegt sich zur Aufnahmeposition, hält an, die Aufnahme erfolgt, der Tisch bewegt sich zur nächsten Position (»Stop-and-Go«) Innovation: Mikroskopieren des bewegten Objekts (kontinuierliche Tischfahrt) bei x-/y-/z-synchronisation mit LED-Blitz und High-Speed-Kamera bis zu 100 fps Page 6

7 Geschwindigkeitsvorteil Maximale Kamera-Framerate von pco.edge 5.5: 98 fps Vollbilder (2560 x 2160 Pixel) Scan-Geschwindigkeiten nach Vergrößerungen: Objektiv Sichtfeld [mm] Max. Geschwindigkeit [mm/s] 4 x 4,1 x 3,5 120 [401] 10 x 1,7 x 1,4 120 [163] 20 x 0,8 x 0,7 81 Max. Tischgeschwindigkeit bei 2 mm Spindelsteigung: 120 mm/s Page 7

8 Aufnahme eines großen Messobjekts aus der Bewegung Mäanderförmiges Scanning, um die Anzahl notwendiger Stopps zu reduzieren Animation bei 28 fps mit 4-facher Vergrößerung 120 mm/s Scangeschwindigkeit Konstante Geschwindigkeit Beschleunigung 120 mm Page 8

9 Autofokus Um während des kontinuierlichen Scans das Objekt stets im Fokus zu halten, werden Hardware-Autofokusverfahren entwickelt und integriert Sensorhalterung Micro Epsilon IFC IFS2406 Highspeed-Mikroskopiesystem zur Halbleiterprüfung Page 9

10 Flexibilität Kompatible Aufrüstlösung für Mikroskope der Hersteller Zeiss, Nikon, Olympus und Leica Kombinierbar mit sämtlichen Vergrößerungen Nikon LV 100/150 Page 10

11 Anzeige und Auswertung der Bilddaten Erzeugung großer zusammengesetzter Bilder durch Stitching- Algorithmus mit effizienter Visualisierung durch bildpyramidenbasierten Viewer Echtzeitfähiges Datenhandling (RAM-Recording) und Bildvorverarbeitungsschritte (u.a. Shading-Korrektur) Kundenspezifische Bildverarbeitung (z.b. OpenCV und Halcon) Bildpyramide Erkennung von Leiterbahnunter- und Ausbrüchen Page 11

12 Integrierbar in die Fertigung zur 100-Prozent-Kontrolle von Bauteilen Mikroskopische Kontrolle im Takt der industriellen Fertigung High-Speed-Mikroskopie für großflächige Proben Page 12