Allineamento affidabile del prober per wafer con la visione
Nei test avanzati sui wafer, l'allineamento è una delle attività di visione più impegnative. Con passi dei pad inferiori a 25 µm e oltre 150.000 punti di contatto per wafer, l'allineamento si basa sul rilevamento di segni fiduciali sia sul wafer che sulla scheda della sonda per mantenere un sistema di coordinate unificato. L'imaging stabile, la precisione ottica e gli algoritmi intelligenti di Basler aiutano i produttori di sistemi a ottenere un allineamento rapido, accurato e ripetibile anche in caso di deformazione o spostamento della matrice.
Perché l'allineamento è fondamentale?
Con l'evoluzione dell'industria dei semiconduttori verso il packaging avanzato e le architetture multi-die, l'ispezione dei wafer svolge un ruolo fondamentale nel garantire la qualità del "known-good-die" (KGD). Ogni touchdown deve raggiungere una precisione di livello micron perché, nel confezionamento 2,5D e 3D (confezionamento 2,5D/3D: integrazione avanzata dei chip con elevati requisiti di allineamento dei wafer), anche un leggero disallineamento può causare un cattivo contatto o danni ai pad, aumentando significativamente i costi a valle.
A differenza del QA della punta della sonda, che può essere eseguito offline, l'allineamento avviene durante ogni touchdown del test. Il sistema deve eseguire una correzione delle coordinate a livello di micron su tutto il wafer, utilizzando più punti di riferimento e trasformazioni di coordinate per compensare la deformazione del wafer e la deriva termica. Ciò rende l'allineamento uno dei compiti di visione più impegnativi nel collaudo dei wafer.
Affrontare i problemi di allineamento con la tecnologia di visione
Precisione sub-micronica con ottiche limitate
A passi inferiori a 25 µm, la fisica ottica limita intrinsecamente la precisione dell'allineamento. Ciò include la frequenza di campionamento dei pixel, le aberrazioni ottiche, i vincoli della profondità di campo, la riflessione, il rumore e il contrasto. Le dimensioni convenzionali dei pixel non sono in grado di rilevare direttamente spostamenti inferiori al micron, mentre le aberrazioni delle lenti e la curvatura del campo amplificano gli errori su ampi campi visivi.
Le telecamere Basler raggiungono una precisione di misura attraverso:
Sensori ad alta risoluzione
Ottica telecentrica che elimina gli errori di prospettiva
Algoritmi sub-pixel che interpolano una frazione di pixel
La coerenza tra le telecamere è fondamentale. Basler lo garantisce:
Rigoroso controllo di qualità da lotto a lotto
Risposta cromatica, sensibilità e prestazioni acustiche uniformi
Ricalibrazione minima nelle configurazioni multi-camera
Illuminazione sotto superfici riflettenti
I pad di rame e le protuberanze di nichel/oro creano riflessi a specchio che saturano i sensori, mentre i wafer ultrasottili diventano semitrasparenti, causando schemi di interferenza. L'illuminazione tradizionale in campo chiaro spesso fallisce in queste condizioni.
L'illuminazione coassiale penetra le pellicole superficiali riducendo al minimo i riflessi metallici. Le tecniche in campo oscuro fanno apparire i metalli lisci come scuri, preservando la visibilità dei segni di allineamento. Le configurazioni polarizzate eliminano i riflessi speculari. HDR (High Dynamic Range) Le telecamere catturano simultaneamente i dettagli nelle aree metalliche chiare e in quelle scure del substrato, mentre le architetture anti-blooming impediscono ai riflessi luminosi di contaminare i pixel adiacenti.
Riconoscimento fiduciario in condizioni di rumore
I segni fiduciali sui wafer di produzione sono spesso oscurati da residui di CMP, particelle, graffi e patterning complessi. Questi artefatti possono mascherare o imitare i veri fiducials e far fallire la corrispondenza dei template.
Il riconoscimento robusto richiede un filtraggio del rumore che preservi i bordi netti, la corrispondenza del modello su più scale per variare il contrasto e la soglia adattiva per correggere l'illuminazione non uniforme. Strumenti come Shape Centroid Finder migliorano ulteriormente la localizzazione calcolando il centro geometrico dei modelli fiduciali per un allineamento preciso.
Questi algoritmi possono essere eseguiti in modo efficiente sul PC host utilizzando pylon vToolsoppure essere accelerati in tempo reale all'interno della telecamera o del frame grabber utilizzando VisualApplets o i frame grabber Basler, offrendo scelte architettoniche flessibili.
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Coordinamento a doppio cursore per un allineamento preciso
In un prober, il sistema di visione riconosce non solo i fiducials globali del wafer, ma anche i segni di riferimento fissi sulla scheda della sonda formati durante la fabbricazione fotolitografica.
Correlando entrambi i set di fiduciali, il sistema stabilisce un quadro di coordinate unificato che compensa la deriva termica, le tolleranze di assemblaggio e gli offset meccanici, ottenendo un allineamento completamente automatizzato e di alta precisione. La correlazione dei due fiduciari è fondamentale per un touchdown stabile della sonda e per la ripetibilità dei test.
Le tecniche di visione correggono la deriva termica e il die shift
Durante i test, i wafer e le schede sonda sono esposti a temperature comprese tra -40 °C e +150 °C, creando disallineamenti di espansione termica che spostano le posizioni dei bump di diversi micron. Dopo la singolarizzazione, anche le matrici montate su telai di pellicola possono spostarsi in modo imprevedibile, per cui le loro posizioni effettive dei bump non corrispondono più al layout nominale della scheda di sonda. Dal punto di vista dell'ingegnere di visione, entrambi i problemi sono risolti con lo stesso kit di strumenti:
Stabilità dell'immagine ed efficienza di elaborazione
Nei probers avanzati, l'accuratezza dell'allineamento dipende non solo dalla risoluzione e dall'illuminazione, ma anche dalla stabilità geometrica e dall'efficienza di elaborazione dell'intera catena di imaging. Anche una leggera distorsione o latenza può tradursi in errori di livello micron. Basler garantisce un'imaging sincronizzato e affidabile, simile alla pre-elaborazione, integrando a livello di hardware correzione della distorsione e l'accelerazione degli algoritmi in tempo reale direttamente nella telecamera o nel frame grabber. Questo riduce il carico dell'host e aumenta la produttività del sistema, consentendo agli integratori di mantenere velocità, precisione e ripetibilità nei test ad alta produttività.
L'allineamento può sembrare semplice sulla carta, ma nella produzione reale è una delle attività di visione più difficili da mantenere stabile. Le nostre telecamere sono utilizzate in innumerevoli sistemi di allineamento, dai wafer probers alle fasi di incollaggio, dove la coerenza e l'affidabilità sono fondamentali. Ciò che contraddistingue Basler è la capacità delle nostre telecamere di mantenere la precisione nel tempo, lotto dopo lotto, 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
Ottenere un allineamento ripetibile dei wafer grazie alla visione
Il risultato è una soluzione di visione adatta alle esigenze dell'allineamento avanzato dei prober: non solo alta risoluzione, ma anche un robusto riconoscimento dei fiduciari, correzione affine in tempo reale e immagini stabili che garantiscono l'atterraggio costante delle sonde sui pad di destinazione in tutte le condizioni termiche e meccaniche.
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Combinando l'illuminazione ottimizzata, il robusto riconoscimento dei fiducial, la correzione affine e l'accelerazione degli algoritmi in tempo reale, le soluzioni di visione Basler assicurano immagini stabili e ripetibili, fornendo le basi per raggiungere i livelli di bassa difettosità richiesti per il known-good-die nel packaging multi-die avanzato.
I vantaggi principali della collaborazione con Basler:
Collaudato nelle applicazioni di allineamento: Le prestazioni affidabili della telecamera durante le operazioni di ispezione e incollaggio dei wafer garantiscono una precisione duratura.
Pronto per l'integrazione: la consulenza ottica, la correzione della distorsione e le opzioni FPGA semplificano la progettazione del sistema.
Eccezionale stabilità dell'immagine da un lotto all'altro, per un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, con una ricalibrazione minima.
Questo design completo della catena di imaging consente una rapida integrazione e prestazioni costanti negli ambienti di produzione.
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