// Showcase

Keilfehler messen mit dem Autofokus

Wafer und Werkzeug dürfen beim Zusammenführen höchstens 20 µm gegeneinander verkippt sein.

Halbleiter & Mikrofabrikation Sensorik & Messtechnik

Halbleiter & Mikrofabrikation Sensorik & Messtechnik

01Ausgangslage

Wafer und Werkzeug dürfen beim Zusammenführen höchstens 20 µm gegeneinander verkippt sein. Zum Messen dieser Verkippung war kein Abstandssensor vorgesehen – die Höhe sollte aus derselben Kamera kommen, die auch die Positionsmarken findet, über den Punkt, an dem das Bild am schärfsten ist. An drei Marken gemessen ergibt das eine Ebene und damit den Keil. Klingt elegant. Die Frage war nur, ob es genau genug ist, bevor die Anlage den Punkt erreicht, ab dem nur noch ±15 µm korrigierbar sind.

02Vorgehen

Wir haben fünf Schärfemasse auf identische Bildstapel losgelassen – vier aus der Lehrbuchliste und eines, das wir während der Arbeit dazugenommen haben. Und wir haben nicht nur die Algorithmen variiert, sondern auch die Randbedingungen: einmal mit dem Wafer, der vor jeder Serie neu unter die Kamera gelegt wurde, einmal ohne. Genau da lag die Antwort. Mit ruhendem Wafer streute die beste Methode um 0,010 mm. Mit neu aufgelegtem Wafer um 0,095 bis 0,106 mm – Faktor zehn, und der Algorithmus war dabei derselbe.

03Ergebnis

Der Kunde erfährt vor dem Bau, wo die Grenze wirklich liegt – und dass sie nicht in der Software liegt. Statt einer Zusage, die Software werde die Lücke schon schliessen, gibt es vier benannte Massnahmen: ein Objektiv mit geringerer Schärfentiefe als die vorhandenen 0,4 mm, reproduzierbares Licht, präziseres Positionieren und eine rauschärmere Kamera. Drei davon sind Einkauf. Das ist deutlich billiger, als den Keilfehler für gelöst zu erklären und es am Kontaktpunkt zu merken – dort kostet jeder Fehlversuch einen Wafer und ein Werkzeug.

Was steckt drin

Ein Vergleich von fünf Schärfemassen auf denselben Bilddaten, drei Messkampagnen mit unterschiedlichen Randbedingungen, eine formale Messmittelfähigkeitsstudie mit drei Prüfern, drei Wiederholungen und zehn Messpunkten je Verfahren, dazu die Charakterisierung über je hundert Messungen bei zwei Abtastweiten – für Wafer- und für Werkzeugmarken.

Und wie ging es weiter

Das kontraintuitivste Ergebnis hat es in die Konstruktionsregeln geschafft. Wer feiner abtastet, wird nicht genauer: bei 50 µm pro Bild lag der Gewinner in allen hundert Durchgängen auf demselben Bild, bei 10 µm pro Bild wanderte er fast jedes Mal, und die Streuung in z verdrei- bis versechsfachte sich. Der Grund ist simpel: Das Schärfemaximum ist so breit wie die Schärfentiefe des Objektivs, und darin entscheidet das Kamerarauschen. Gegen ein flaches Maximum hilft kein feineres Raster, sondern ein schmalerer Peak.

Alle Showcases

Kontakt aufnehmen

Wir sind bereit für neue Herausforderungen

Du bringst die Herausforderung. Wir entwickeln die Lösung. Von der ersten Idee über Konzept und Entwicklung bis zur validierten Anlage begleiten wir dein Projekt.