自动光学检测设备的产率优化研究

自动光学检测设备的产率优化研究

巫健辉

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摘要：随着科技的不断进步，通常而言，在芯片制造工艺中，为了管控良率，企业需要采用自动光学检测技术，在一些特定的环节对晶圆表面进行缺陷检测。针对不同的缺陷类型和晶圆背景，人们往往需要采用不同的照明探测手段，如明场照明和暗场照明等。受限于探测光路的彼此干扰，明场检测和暗场检测无法同时进行，因此当生产中需要使用明场检测和暗场检测来共同完成晶圆表明检测时，相比于只使用明场照明或暗场照明，该工序的检测时间会大大增加。但同时，产能直接关乎工厂的芯片生产效益，工厂对设备的产率有着严格的性能指标要求。

关键词：自动光学检测设备；产率优化；研究

引言

自动光学检测技术已经开始应用于微组装领域，其应用的微波多芯片组件具有体积小，组装密度高，组装精度要求高，产能需求迫切的特点。在实际生产过程中依赖人工目检的方式已经完全无法胜任组件的检验工作，尤其是导电胶胶量的过程控制。一般的微波多芯片组件往往基于复合介质微带板或多层互联陶瓷基板，通过导电胶或者不同合金焊料将砷化镓芯片，硅芯片，芯片电容或者表贴元件与底层基板互联起来。而导电胶由于具有良好的粘接性能和流动性能，和易返工性被广泛应用于各种混合集成电路模块中的芯片机械固定和电连接。

1研究背景

光电装备是指综合运用了光学技术、光电技术、光电子技术、电子技术、计算机技术、精密机械技术为一体的，实现某种特定功能的仪器、设备或系统，承担了侦察、跟踪、探测、夜视、火控、预警、导航、制导、光电对抗、光通信和光电信息处理等任务，具有精度高、分辨率强、信息容量大、抗电磁能力强、保密性好等优点，在军事上有重要价值和重大发展前途，是实施精确打击和一体化信息作战的重要手段。光电装备一般分为单体光电装备和车载平台类复合型光电装备（简称平台光电装备）。单体光电装备指能够独立完成侦察、测量、瞄准等作战任务的光、机、电一体化仪器，如望远镜、激光测距机、微光夜视仪和红外热成像仪等。平台光电装备指基于火炮、雷达、导弹、无人机等某一特定平台、由多个信息互联的任务单元相互协作完成特定作战任务的光电装备，如各型武器系统上集成的光学瞄准、激光测距、电视跟踪、红外跟踪等任务设备。光电装备长时间野外环境下操作使用，受振动冲击、环境骤变等因素影响，难免会造成机构卡滞、零部件故障、轴系失调及主要性能指标下降等问题，研制光电装备检测设备对保证装备主要性能指标和作战效能发挥显得尤显重要。按照光电装备保障特性，光电装备检测设备可分为光学性能检测、电路性能检测和轴线一致性检测等三大类。

2系统的功能模块设计

2.1文件管理模块设计

根据大型光学设备的生产需求，生产方在交付使用时需要提供大量的技术资料，这些资料涉及各个主系统和分系统的技术要求和说明书，少则几十份多则上百份资料。在传统的项目交付过程中需要将全部资料通过电子版文件夹分类和纸质版排版成册的方式移交给使用方。这种方式使得每次提交材料的过程极其繁琐，如材料出现错误或增删内容需要重新提交大量材料，如重新提交电子版文件夹上传内容极多，不便传阅。在材料使用过程中传统文件夹方式会在使用过程中由于操作不当出现文件位置移位、误删等情况，纸质版材料也不利于长时间完好保存。

2.2维修保养管理模块设计

维修保养记录功能整体设计思路与备品备件管理一致。大型光学设备中各个分系统种类繁多，由于设计问题及产品优化，在交付后还会产生诸多维修、保养、改进等工作。传统的管理模式只针对大型改进或维修有专项记录，小型改进并没有专用的记录。这样就使得很多可能作为后期故障分析的维修步骤丢失，不利于系统健康管理和专家知识库的建立。维修保养记录功能可以通过文本的方式记录故障原因和解决方案以及相应的时间，同时带有模糊查询的功能，通过关键维修步骤可以进行设备的定期维护。

3光学性能检测设备设计原则

一是光学性能检测设备总体方案设计应充分考虑不同层级修理任务的实际需求，做到检测深度和范围与维修任务相匹配。基地级光学性能检测设备在指标体系上突出综合全面，在保障对象上做到全覆盖，确保检测精度和检测深度；基层级光学性能检测设备在指标体系上突出关重指标，在保障对象上突出同类型装备主要性能指标检测，做到快速部署且便携机动；二是贯彻模块化设计思路，提高检测设备标准化程度。在硬件研制方面将检测设备设计为光学准直模块、目标光源模块、电源模块和支撑机构等，使用时快速组装，检测完成后快速拆解便于运输，在控制软件方面，统一ＵＩ设计（框架，规范数据类型、预留软件升级空间，便于在不调整硬件的前提下扩充检测范围。三是创新运用新技术、新手段加快光学性能检测设备迭代升级，如采用光学折转技术，在减小设备体积重量基础上实现可见光、微光、激光、红外装备主要性能检测的全覆盖，使得一种检测设备能够满足多型号或同类型光电装备成为可能，从而大大提高检测设备的通用化水平。

4自动光学检测设备的产率优化研究

4.1胶点数据统计分析

前点胶阶段主要是指点胶针头下落的过程，它包括了在最高点的停留时间，下落加速度，和下落速度等几个关键参数，这几个参数影响着点胶速率。点胶阶段包含了开阀时间，针头停留高度，喷射次数等参数，这个阶段的参数直接决定了单次点胶的出胶量，也决定了被导电胶涂覆区域的总出胶量。而单次点胶出胶量的一致性，也决定了被涂覆区域总胶量的不确定度，在实验中我们有针对性的调节开阀时间和停留高度这两个工艺参数来调控被涂覆区域的胶量，实现工艺参数与点胶量的量化建模。

4.2晶圆检测产率的优化与改良

台子按照规划路径进行扫描运动，承载晶圆至光学成像系统下，逐个视场进行图像采集和算法同步处理。其中，台子运动到每个视场位置后会发出触发信号，触发相机打开快门（设定为上升沿触发模式），同时也打开闪烁氙灯，完成图像采集。扫描采图过程中，软件算法可以同步处理采集的图像数据。光学照明准备过程主要执行检测物镜倍率切换到位、光源电压设置等动作，时间基本在1s以内。算法处理延时主要取决于图像数据量、算法和服务器构成的软硬件条件。由于晶圆尺寸和检测物镜倍率确定后，图像数据量即可确定，所以软硬件系统的数据处理时间基本可以确定，因此算法处理延时取决于数据处理时间与扫描采图时间之间的大小，基于当今现有的服务器硬件水平和商用算法性能，算法处理延时基本在1s以内。综上，人们可以将参数下发、光学照明准备和算法处理延时的时间都设定为固定值。

结语

综上所述，针对芯片生产行业的检测设备，本研究提出了结合实际生产工况的软件设计方案，可以在一定程度上提升检测产率。在此基础上，本研究通过改进设备相机、光源和台子的硬件控制时序，进一步提升了明场检测和暗场检测同时执行的产率。这使得客户在后续生产中可以获得更大的产能，提升了检测设备的产率优势。经过这一优化，配置了该方案的设备成功通过了多个业内知名客户的验证，成为芯片生产行业的首选，近年来给企业创造了新的利润增长点。

参考文献

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