Контроль стеклянного основания TGV: AOI поверхности против обнаружения внутренних трещин

Раскрытие источников: эта страница — независимое инженерное руководство, основанное на общедоступной информации о продукции компании Spirox Corporation. Это не кейс заказчика, не заявление об установленной базе, не одобрение и не подтверждённое заявление о совместимости. Модели камер и объективов, фактически установленные на упомянутом оборудовании, и любые закупочные отношения с POMEAS — UNKNOWN.

Подложка со стеклянным ядром задаёт в одной панели три разных вопроса контроля. Сквозные виа в стекле (TGV) должны быть измерены по диаметру, положению, шагу и конусности. Нарощенный поверх стекла слой — ABF или фотодиэлектрик — должен быть измерен по ширине линий, отверстиям в диэлектрике и положению контактных площадок, а также проконтролирован на поверхностные дефекты. И само стекло должно быть проверено на трещины, которые не выходят ни на одну из поверхностей. На каждый вопрос есть ответ, но ни один из них не решается одной и той же оптической конфигурацией — и именно здесь закупки обычно ошибаются: под «контроль стеклянного основания» специфицируется одна станция, которая затем должна выдать три результата, относящиеся к трём разным физическим измерениям.

Эта страница разделяет три задачи по физическим основаниям, а не по маркетинговым, а затем выполняет расчёты, определяющие, какой объектив POMEAS может быть рассмотрен для поверхностной части работы. Она прямо указывает, где останавливается станция на видимом свете, потому что самая дорогая ошибка в этом применении — станция, которая изображает заглублённую трещину достаточно чётко, чтобы выглядеть убедительно, но недостаточно чётко, чтобы быть воспроизводимой.

Три задачи на одной панели, измеряемые тремя разными физическими принципами

Геометрия виа — это измерение сквозного элемента. При параллельном подсвете за панелью и телецентрическом объективе перед ней яркий диск в изображении представляет собой проекцию отверстия вдоль оптической оси, и его край определяется подложкой, а не освещением. Диаметр, положение относительно базы, шаг и регулярность решётки — всё это измерения по краю в одной плоскости, что является самым сильным случаем для калиброванного телецентрического поля: масштаб изображения не меняется, когда панель располагается на несколько десятых миллиметра выше или ниже.

Размеры поверхности и наращенных слоёв — это измерение отражающей плоскости. Здесь свет возвращается от верхней поверхности, и контраст возникает из-за разницы между медью, диэлектриком и стеклом. Можно использовать тот же телецентрический объектив — обычно с коаксиальным освещением для металла и наклонным для краёв диэлектрика, — но увеличение на порядок выше, чем для решётки виа на всю панель, и глубина резкости соответственно падает.

Заглублённые трещины — вообще не измерение в том же смысле. Это задача обнаружения внутри прозрачного объёма: сигнал — это свет, рассеянный от грани трещины, залегающей на десятки и сотни микрометров ниже поверхности, наложенный на текстуру поверхности, которая возвращает гораздо больше света. Это другая геометрия освещения, другой диапазон длин волн и другая модель формирования изображения, и именно поэтому две функции продаются как отдельные приборы, а не как опции одного.

Почему поверхностную станцию нельзя перенастроить в инспектор трещин

Телецентрический объектив на видимом свете формирует изображение одной объектной плоскости. Всё вне этой плоскости расфокусировано и в прозрачном образце всё равно присутствует в изображении как размытая накладка. Трещина под 300 µm стекла даёт низкоконтрастный размытый элемент поверх резкого поверхностного рисунка, и никакая смена объектива, апертуры или числа пикселей не восстановит аксиальную информацию, которая позволила бы их разделить. Различение по глубине должно обеспечиваться схемой освещения и регистрации: подсветка, вводимая сквозь объём, а не на поверхность, сбор света в ограниченном угле рассеяния либо конфокальный или когерентный затвор, отсекающий свет вне тонкого осевого среза.

Опубликованная спецификация SP7000G показывает именно эту логику. Система описана как лазерная томография с подсветкой 1200-1800 нм — диапазон выбран по тому, как он распространяется в стекле и взаимодействует с заглублёнными границами, а не по внешнему виду поверхности. Она использует четыре сканирующие головки со встроенными объективами 4X и покрывает панель размером максимум 510 x 515 mm. Ничто из этого не является спецификацией объектива, которую станция AOI могла бы воспроизвести, купив большее рабочее расстояние или более высокую числовую апертуру.

Что устанавливает раскрытие данных об оборудовании, а что — нет

Опубликованная таблица ставит в соответствие толщину сканируемого слоя и минимально обнаруживаемую трещину, и именно это сопоставление является полезной частью: способность обнаружения снижается по мере утолщения контролируемого объёма. При 250 µm заявленная минимально обнаруживаемая трещина составляет 3 µm, при 500 µm — 7 µm, при 800 µm — 15 µm.

К этой таблице применимы три предостережения. Во-первых, это заявленные для конкретного оборудования характеристики обнаружения при заданных настройках, а не общий физический закон, и их нельзя переносить на другой прибор или другой стек материалов. Во-вторых, минимально обнаруживаемая трещина — это порог обнаружения, а не размерная точность: она говорит, что трещина такого размера может быть найдена при таких условиях, а не что ширина трещины может быть измерена с этим значением. В-третьих, время сканирования одного слоя в десять минут четырьмя головками — это утверждение о пропускной способности одного слоя одной панели, поэтому время контроля должно быть пересчитано под число слоёв, формат панели и плотность выборки конкретной линии.

Расчёт поля: какое увеличение подходит к какой части панели

Для поверхностной половины работы ограничением является поле против разрешения, и телецентрические объективы POMEAS охватывают весь диапазон. Приведённые ниже значения — объектные разрешения объективов, не зависящие от камеры, а столбец поля зрения получен делением формата сенсора на увеличение.

Читайте первую и третью строки внимательно и вместе — они объясняют большую часть путаницы в этой задаче. Объектив 0.061X покрывает поле 144 x 108 mm при рабочем расстоянии 398 mm, что и делает его применимым над панелью на носителе; его объектное разрешение 87.99 µm означает, что элемент 40 µm ниже того, что разрешает оптика, поэтому станция видит решётку виа как решётку, а каждое виа — как диск, а не как элемент с измеримым качеством края. Объектив 1.0X при рабочем расстоянии 85 mm разрешает 8.39 µm и покрывает 8.8 x 6.6 mm — это поле уровня кристалла, а не панели.

Обе строки несут и одно и то же предупреждение: масштаб пикселя — это не разрешение. При 0.061X с сенсором на 2448 пикселей арифметика даёт 58.9 µm на пиксель — мельче, чем может разрешить объектив, поэтому дискретизация честная, но оптический предел достигается первым. При 1.0X с тем же сенсором масштаб пикселя 3.6 µm против разрешения объектива 8.39 µm — пределом является объектив, и камера более высокого разрешения на этом объективе ничего не даёт.

Как конусное виа выглядит в телецентрическом подсвете

Виа, которое шире сверху, чем снизу, не даёт верхнего диаметра в изображении с подсветом. При коллимированном освещении и телецентрическом объективе силуэт — это самое узкое сечение вдоль оптической оси, потому что каждый луч, блокированный в любом месте отверстия, не достигает сенсора. Яркий диск — это горловина виа, обычно именно та величина, которая важна для заполнения и сопротивления, но не входной диаметр, который часто указывается в чертеже.

Измерить оба торца — значит измерить на обеих поверхностях. Фокус на верхней поверхности с отражённым освещением даёт входной диаметр, фокус на нижней стороне стекла — выходной, затем вычитание: арифметика проста, когда есть оба диаметра. Для отверстия 100 µm сверху и 70 µm снизу сквозь 500 µm стекла половинный угол равен арктангенсу 15/500, то есть примерно 1.72 градуса (расчётное). Сделать это на одной станции требует либо оси фокусировки с воспроизводимым перемещением, либо двух станций, и выбор зависит от жёсткости допуска на конусность: осевое перемещение, необходимое для различения двух плоскостей, мало по сравнению с глубиной резкости объектива 1.0X, поэтому решение с одним фокусом обычно правильное для конусности и неправильное для пропускной способности.

Освещение и удержание стеклянной панели

Стекло прозрачно, поэтому выбор освещения не пересекается с выбором для металлической детали. Сквозные элементы требуют параллельного подсвета — он даёт жёсткий силуэт без текстуры поверхности в измерении. Поверхностные элементы требуют коаксиального освещения, потому что возврат от покрытого или металлизированного слоя зеркальный, и одного кольцевого света обычно хватает лишь на то, чтобы поставить блик, а не край. Царапины и выходящие на поверхность трещины требуют освещения под малым углом или тёмного поля, где дефект рассеивает свет в объектив, а плоская поверхность — нет. Совмещение этого на одной станции означает переключаемое освещение вместо фиксированного кольца и означает, что рецепт должен фиксировать, какое освещение использовалось для какого измерения, потому что числа между режимами не сопоставимы.

Панель размером 510 x 515 mm и толщиной менее миллиметра — это ещё и механическая задача. Ей нужна опора по всей площади, никаких зажимов над зоной контроля и опорная поверхность достаточно плоская, чтобы деталь не наклонилась за пределы глубины резкости. Опубликованная глубина резкости объектива 1.0X составляет 1.00 mm, объектива 0.16X — 18.75 mm: при малом увеличении запас щедрый, при большом — тесный; носитель с плоскостностью в несколько десятых миллиметра достаточен для первого и на грани для второго. Прозрачные детали также дают фантомные края от второй поверхности — это хорошо задокументированный вид отказа, и его стоит проверить на реальной панели до фиксации рецепта.

Расчёт дискретизации и то, чего он не доказывает

Возьмите горизонтальное поле 20 mm на сенсоре с 2448 пикселями. Дискретизация: 20 000 делённое на 2448, то есть 8.17 µm на пиксель (расчётное). Поверхностная отметка 40 µm тогда занимает около 4.9 пикселя по ширине — до учёта размытия, контраста и ориентации. Это разумный критерий короткого списка: элемент, занимающий пять пикселей в хорошо освещённом высококонтрастном изображении, — комфортная цель обнаружения, а занимающий полтора пикселя — нет, что бы ни говорилось в спецификации о разрешении.

Чего этот расчёт не делает — так это устанавливает вероятность обнаружения. Обнаружение зависит от контраста, который дефект создаёт на своём фоне, от того, направлена ли его ориентация вдоль или поперёк пиксельной решётки, от режима освещения и от решающего правила в ПО. Всё это измеряется на реальных панелях с известными дефектами — либо остаётся неизвестным.

Протокол валидации станции поверхностного контроля

Используйте панели с реальных этапов процесса, а не полированные образцы: стекло после CMP, панели после наращивания ABF и после RDL ведут себя по-разному при одном и том же освещении. Записывайте классы поверхностных дефектов отдельно от заглублённых, потому что единый счёт ложных срабатываний, смешавший царапину с заглублённой трещиной, не говорит ничего ни о той, ни о другой. Измеряйте повторяемость не менее чем в девяти позициях панели, включая четыре угла, и повторяйте прогон в начале и в конце смены, чтобы выявить дрейф калибровки. Храните эталонную панель с дефектами, подтверждёнными поперечным срезом, и переизображайте её при каждом изменении рецепта, освещения или версии ПО. До публикации или цитирования любых заявлений о характеристиках зафиксируйте образцы изображений и подписанную таблицу приёмки.

Где проходит граница

Телецентрические объективы и оптика с переменным увеличением POMEAS могут быть рассмотрены для поверхностной части этой работы на видимом свете: диаметр и положение виа в подсвете, размеры наращенных слоёв в коаксиальном или наклонном освещении, геометрия кромок контура панели. Они не представлены как замена ближнеинфракрасной томографии заглублённых трещин, и не делается заявления о том, что какой-либо объектив POMEAS интегрирован в упомянутое оборудование. Если требование контроля включает заглублённые трещины, спецификация должна содержать отдельный прибор со своим пределом обнаружения, заявленным относительно толщины слоя, и два стандарта приёмки должны быть написаны раздельно, чтобы поверхностная станция не была принята по требованию к трещинам, которое она никогда не могла выполнить.

Часто задаваемые вопросы

Может ли обычный телецентрический объектив контролировать трещины под ABF?

Не по умолчанию. Телецентрическая система на видимом свете изображает одну объектную плоскость, поэтому трещина, заглублённая под слой наращивания, выглядит как низкоконтрастная накладка на поверхностном рисунке, и никакой выбор объектива или камеры не восстановит аксиальное различение. Обнаружение заглублённой трещины требует подсветки, вводимой сквозь объём, сбора света в заданной геометрии рассеяния и заявленного предела обнаружения относительно толщины слоя. Валидируйте на образцах с поперечными срезами, прежде чем принимать любые заявления, включая заявления поставщика.

Минимально обнаруживаемая трещина 3 µm — это то же самое, что размерная точность 3 µm?

Нет. Минимально обнаруживаемая трещина — это порог обнаружения при заданных настройках на заданном стеке, и она описывает, может ли трещина такого размера вообще быть найдена. Размерная точность описывает, насколько измеренное значение близко к истинному для элемента, который уже измеряется. Эти два числа происходят из разных испытаний и никогда не должны взаимозаменяться в спецификации.

Может ли одна станция измерять диаметр TGV и ширину линий RDL?

Не при одном увеличении. Решётка виа на всю панель требует поля в десятки миллиметров, что выводит масштаб пикселя в десятки микрометров; линии RDL 3 µm требуют масштаба пикселя меньше микрометра. Опубликованный диапазон POMEAS охватывает оба конца — от 144 x 108 mm при 0.061X до 8.8 x 6.6 mm при 1.0X, — но один несменный объектив не может обслуживать оба, и станция, которая заявляет обратное, обычно выполняет одно из двух измерений плохо.

Какая площадь панели помещается под объектив 0.061X?

При сенсоре 2/3 дюйма расчётное поле составляет 144.3 x 108.2 mm — это четверть панели 510 x 515 mm, но не вся панель за одну экспозицию. Требование контроля всей панели превращается в план сшивки или выборки с заданным набором измеряемых областей, и отчёт контроля должен указывать, какие области были измерены. Объектив 0.061X имеет рабочее расстояние 398 mm, что делает зазор для носителя реализуемым при таком поле.

Следующий шаг

Пришлите чертёж панели, стек слоёв с толщинами, диаметры виа с обеих сторон, перечень поверхностных размеров с допусками и наименьший дефект, который должен быть найден. Первый ответ — арифметика: какие измерения помещаются в какое поле и какие из них принадлежат другому прибору. Для поверхностной станции руководство по телецентрическим объективам для полупроводникового контроля охватывает компромиссы увеличения и глубины резкости, заметка о фантомных краях на стекле — артефакт второй поверхности, влияющий на каждое измерение прозрачных деталей, а анализ размытия края микроотверстия в подсвете объясняет, что ограничивает малый сквозной элемент. Для работ с наращиванием на уровне панели сравнение методов метрологии корпусирования на уровне панели рассматривает линейное сканирование, белосветовую интерферометрию и толщину плёнок как отдельные методы. Страница продукта PMS-LTCM0061-398 и линейка телецентрических объективов содержат актуальные данные моделей, а страница контактов — это то место, куда отправляется чертёж.