Hochdurchsatz-Mikroskopiesystem zur individuellen Oberflächenprüfung

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen hat ein Hochdurchsatz-Mikroskopiesystem zur automatisierten, individuellen Qualitätskontrolle entwickelt, mit dem insbesondere im Bereich der Halbleiter- und Elektronikindustrie großflächige Objekte in Sekundenschnelle mikroskopiert werden können. Eine Scripting-Schnittstelle ermöglicht es, schnell neue Prüfmerkmale und Prüfbereiche zu definieren und so individuelle Prüfalgorithmen auszuführen. Eine individuelle Bahn- und Bereichsplanung, auch bei mehreren Bauteilen auf einem Wafer, ist so einfach umzusetzen. Auch eine Integration in flexible Prozesse ist mit wenig Aufwand zu realisieren.

Das System basiert auf einem kontinuierlichen Scanverfahren, bei dem die Probe aus der Bewegung heraus digitalisiert und der Fokus kontinuierlich über Hardware-Autofokussysteme nachgeregelt wird. Herkömmliche Aufnahmeprozesse bei großen Bauteilen dauern bei hohen Vergrößerungen oft so lang, dass 100-Prozent-Prüfungen aus Zeitgründen entfallen müssen und nur Stichproben untersucht werden können. Denn die Anzahl der Aufnahmen und damit der Zeitbedarf sind bei der Mikroskopie von der eingesetzten Vergrößerung abhängig. Das großflächige Bauteil muss zudem exakt mit dem Probentisch positioniert werden, bevor die einzelnen Aufnahmen erstellt und ausgewertet werden können.

Aus diesem Grund hat das Fraunhofer IPT einen neuen Aufnahmeprozess entwickelt, mit dem großflächige Bauteile in hoher Geschwindigkeit mikroskopiert werden können: Der Tisch bewegt das Objekt dabei im Gegensatz zum herkömmlichen »Stop-and-Go«-Betrieb kontinuierlich während des Aufnahmevorgangs. Dadurch kann die Probe mit sehr hohen Bildraten digitalisiert werden – je nach Kamera mit mehr als 500 fps. Da das Objekt dabei nur extrem kurz mit einem Blitz belichtet wird, ist die Aufnahme zudem frei von Bewegungsunschärfe. Während des kontinuierlichen Scanvorgangs wird der Fokus über echtzeitfähige Hardware-Autofokussysteme nachgeregelt, sodass die Probe an jeder Stelle scharf abgebildet wird.

Der zeitoptimierte Scanprozess ist mit einem echtzeitfähigen Datenhandling und Bildvorverarbeitungsschritten kombiniert. Selbst rechenintensive Schritte wie Stitching-Prozesse laufen dank GPU-Unterstützung nahezu ohne Verzögerung ab. Automatisierte Bildverarbeitungsaufgaben zur Qualitätskontrolle können bereits zeitgleich mit den Scans durchgeführt werden, sodass die Ergebnisse des Prüfprozesses unmittelbar im Anschluss an den Hochdurchsatz-Scanvorgang zur Verfügung stehen. Mit dem neuen System gelingt erstmals eine mikroskopische 100-Prozent-Prüfung, die auch bei individuellen Prüfaufgaben mit dem Takt der industriellen Fertigung schritthalten kann. Die Haupteinsatzgebiete für das neue System liegen in der Halbleiter- und Elektronikindustrie, der Materialwissenschaft oder der Mikrosystemtechnik.

Hochdurchsatz-Mikroskopiesystem Aufnahme eines Elektronikbauteils
© Fraunhofer IPT

Mikroskopie-Aufnahme eines Elektronikbauteils