Kiểm tra bề mặt bằng hệ thống quét 3D sử dụng máy đo quang học tiên tiến cho độ chính xác và nhanh chóng
Phương pháp đo lường bề mặt 3D cung cấp nhiều ưu điểm hơn so với các kỹ thuật khác cho việc kiểm tra không tiếp xúc trong nghiên cứu và kiểm soát quy trình đầu cuối đóng gói bán dẫn. Những ưu điểm này bao gồm việc đo lường hoàn toàn tự động và kiểm tra không phá hủy đến phân tích tùy chỉnh và tốc độ đo nhanh chóng. Các máy đo quang học tiên tiến nhất hiện nay cung cấp khả năng đo lường bề mặt nhanh chóng, chính xác để đo lường một loạt các đặc tính bề mặt được kiểm tra. Các hệ thống này được sử dụng trong ngành kỹ thuật, nghiên cứu và kiểm soát quy trình sản xuất trên toàn thế giới đối với nhiều thị trường lớn, bao gồm gia công chính xác, y tế, vi điện tử nhỏ, MEMS, bán dẫn, năng lượng mặt trời, lưu trữ dữ liệu, ô tô, hàng không vũ trụ và khoa học vật liệu.
Quét 3D bề mặt bằng quang học cho tốc độ đo hàng đầu trong ngành với độ chính xác Z nano tương đương ở tất cả các độ phóng đại quang học. Sự kết hợp này cho phép đo lường một loạt rất rộng các tham số bề mặt, như độ nhám, độ cao bậc, khoảng cách, độ cong, độ lệch và độ gồ ghề, tất cả trong một lần đo và trên gần như mọi bề mặt. Kỹ thuật đo lường tương tác quét quang học, còn được biết đến với tên gọi tương tác ánh sáng trắng hoặc WLI (như mô tả trong Hình 1), có thể nhanh chóng xác định hình dạng bề mặt ba chiều và bề mặt hoàn thiện trên diện tích mặt ngang lớn, lên đến 8 milimet trong một lần đo, và chiều cao theo chiều dọc lên đến 10 milimet. Để đo lường các diện tích mặt ngang lớn hơn, một thuật toán ghép có thể được áp dụng cho phép chụp nhiều hình ảnh ngang và ghép chúng thành một hình ảnh để phân tích. Những khả năng này đã dẫn đến nhiều ứng dụng đo lường để đáp ứng nhu cầu sản xuất wafer ngày càng phát triển.
Hình 1. Giao thoa ánh sáng trắng cơ bản với cụm laser HeNe tự hiệu chuẩn.
Nhìn chung, quá trình sản xuất wafer bao gồm các bước tiến trình liên tiếp để xây dựng các thành phần tạo lên một tấm wafer silic, cuối cùng sẽ trở thành một thiết bị hoạt động hoàn chỉnh cho nhiều loại sản phẩm cuối cùng, từ vi mạch máy tính hoặc bộ nhớ đến các đèn LED. Khi kích thước các thành phần điện tử tiếp tục giảm, nhu cầu tương ứng về đo lường wafer tăng lên để tinh chỉnh và kiểm soát quy trình sản xuất của những thiết bị phức tạp này.
Dưới đây là mô tả về một số ứng dụng điển hình trong đó quét 3D bề mặt đang cải thiện quá trình sản xuất và hiệu suất của wafer. Tất cả các ví dụ được thực hiện với máy quét quang học 3D ContourGT® sử dụng phần mềm Vision64® (Bruker, San Jose, CA).
Hình 2. Máy quét quang học 3D cho phép phân tích tùy chỉnh các kết cấu bề mặt.
Các lớp phim và lớp phủ là cần thiết để cách điện hoặc cô lập các thành phần chính trong một thiết bị. Phần mềm Lớp Phim Dày và Mỏng có thể phân tích tự động các lớp phim điện kim loại và lớp cách điện. Độ dày của lớp phim cũng có thể được đo lường, tùy thuộc vào chỉ số khúc xạ của nó. Phần mềm phim có khả năng phát hiện đỉnh điều chế ở trên và dưới lớp phủ để tính toán độ dày của phim đó, như được thể hiện trong ví dụ lý thuyết trong Hình 3A.
Sau khi dữ liệu được ghi lại, thuật toán có thể báo cáo độ dày tối thiểu và tối đa cùng với bề mặt hoàn thiện của các bề mặt trên hoặc dưới, như được thể hiện trong Hình 3b. Trong ví dụ này, phần mềm phân tích phim cũng có thể tính toán chiều cao của miếng pad chưa phủ trong liên kết với vật liệu cơ bản dưới lớp phủ.
Hình 3. (a) nguyên lý về film. (b) Phân tích đo lường tấm film kết hợp bề mặt trên và dưới.
Phần mềm tự động hóa tiên tiến thường là yếu tố quyết định xem hệ thống có thực sự hữu ích cho sản xuất wafer hay không. Trong nhiều năm qua, Bruker đã hợp tác với các nhà lãnh đạo trong ngành bán dẫn để phát triển nhiều chế độ tự động hóa bệ mẫu. Chế độ XY Scatter cho phép người dùng đặt nhiều vị trí đo điểm đơn ngẫu nhiên khắp khu vực đo wafer. Chế độ XY Grid tự động tạo một lưới với kích thước khuôn biết trước theo một mẫu XY cụ thể của cột và hàng. Trong mỗi vị trí khuôn lưới đo, có thể thực hiện nhiều đo lường (xem Hình 11). Cuối cùng, chế độ XY MultiGrid tương tự như XY Grid, nhưng các vị trí khuôn lưới đo có thể được đặt ngẫu nhiên xung quanh wafer. Ngoài ra, chế độ XY MultiGrid có khả năng thêm điểm căn chỉnh chuẩn cho mỗi vị trí khuôn lưới đo trong khi cho phép mỗi vị trí lưới thực hiện các đo lường duy nhất so với các vị trí khác.
Đối với mỗi chế độ tự động hoá bệ mẫu, một công thức Vision riêng có thể được cấu hình cho mỗi vị trí đo, bao gồm việc ghép nhiều hình ảnh với nhau. Mỗi vị trí đo này cũng có thể có một vị trí Z duy nhất mà máy quét sẽ di chuyển tự động đến, giảm đáng kể thời gian đo lường. Tất cả các loại tự động hóa cũng có thể bao gồm điểm căn chỉnh có thể được hoàn toàn tự động hóa bằng khả năng phù hợp mẫu của Cognex. Ngoài tự động hóa bệ mẫu, Vision64 cho phép tự động hóa đầy đủ của Autofocus, Auto Intensity và Auto Tip/Tilt. Việc tự động căn giữa trong trường nhìn trước khi đo bằng cách sử dụng phù hợp mẫu cải thiện tính ổn định và khả năng lặp lại của phép đo.
Hình 4. Ví dụ về tự động hóa wafer XY Grid.
Đối với sản xuất wafer, chẳng hạn như đóng gói wafer-level, gói flip-chip, hoặc công nghệ TSV, một hệ thống máy quét quang học 3D tiên tiến có thể cung cấp cho kỹ sư, nhà thiết kế quy trình, nhà nghiên cứu và chuyên gia kiểm soát chất lượng một phương tiện cải thiện đáng kể để đặc tính các đặc điểm về hình dạng, bề mặt hoàn thiện và tính năng tổng thể. Các hệ thống máy quét quang học 3D đã được khẳng định rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, từ cấy ghép y tế đến linh kiện hàng không vũ trụ, và đã được chứng minh vượt trội so với các kỹ thuật đo lường khác về độ phân giải tổng thể, tính lặp lại, độ chính xác và tốc độ. Các hệ thống máy quét quang học 3D của Bruker sử dụng phần mềm phân tích và tự động hóa hàng đầu trong ngành, và đã sẵn sàng cho việc sản xuất, cung cấp một lựa chọn đo lường ưu tiên cho nghiên cứu, kiểm tra chất lượng và kiểm soát quy trình. Với nguồn sáng đèn LED kép và các thuật toán tinh vi, các hệ thống này có khả năng thực hiện đo lường bề mặt với bất kỳ độ phản xạ nào. Sự tương quan với các hệ thống đo bằng bút kim có thể đạt được với kiến thức cơ bản về các bề mặt đang được đo lường và thiết lập công cụ stylus. Việc bổ sung các tham số S bề mặt 3D mở rộng đáng kể mức độ mà phân tích bề mặt có thể đặc trưng hình dạng và tính năng bề mặt một cách duy nhất. Các hệ thống máy quét quang học 3D của Bruker cung cấp sự cải tiến nâng cao nhất trong dữ liệu đo lường cho ngành sản xuất wafer.
