Optische 3D-Inspektion von Bauelementen der Systemintergration

Getrieben von dem Wunsch immer mehr Funktionen in Halbleiterbauteile zu integrieren, erhöht sich deren
Strukturdichte ständig. Im Gegensatz dazu verläuft die Entwicklung beim Anschluss dieser Bauteile an die Außenwelt, dem so genannten ”Packaging“ schubweise. Nach dem letzten Schub Ende der 90’er Jahre, bei dem mit HDI-Verdrahtungsträgern Strukturanpassungen erzielt wurden, beginnt nun mit der Hetero-System-Integration ein neuer Schub, das so genannte ”Nano-Packaging“. Ziel dieser Entwicklung ist unter anderem auch die Anbindung künftiger nanoelektronischer Strukturen. Die Montage dieser Bauteile ist technologisch äußerst anspruchsvoll. Laut ITRS-Roadmap wird bei High-Performence Anwendungen mittelfristig mit einer Anschlusszahl von über 5000 gerechnet. Mit ständig wachsender Anschlussdichte müssen aber auch immer engere Toleranzen bezüglich der Maßhaltigkeit wie: Verwindung, Verwölbung und Koplanarität für diese modernsten Bauteile eingehalten werden. Die Akzeptanz und damit der massenhafte Einsatz dieser neuen Technologien hängt entscheidend von der Zuverlässigkeit der Montageprozesse ab. Im Automotive-Bereich werden beispielsweise verstärkt 100%-Prüfungen verlangt. Um dieser Entwicklung gerecht zu werden sind extrem leistungsfähige 3D-Messsysteme erforderlich, die echtzeitfähig Messfelder im cm-Bereich bei Auflösungen im nm-Bereich (vertikal) und μm-Bereich (lateral) abtasten. Die Arbeit soll einen Beitrag in Richtung eines hochgenauen und schnellen 3D-Messsystems zur Abtastung großer Messfelder für die Anwendung in der Elektronikproduktion leisten. Eine Recherche zu optischen 3D-Messverfahren bildet die Grundlage zur Untersuchung der Verfahren bezüglich ihrer Eignung für die hier angestrebte Messaufgabe. Leistungsfähigkeit und Grenzen der Verfahren werden dargestellt. Nach einer Analyse der Messaufgaben und der Objekteigenschaften werden Anforderungen an das 3DMesssystem formuliert. Die Weißlichtinterferometrie eignet sich wegen ihrer Genauigkeit, der simultanen Messpunkterfassung auch größerer Messfelder und der M¨oglichkeit zur Erfassung rauer Oberflächen. Das Verfahren wurde dem konfokalen Prinzip nicht zuletzt wegen seiner Reserven zur Optimierung auf die Messaufgabe vorgezogen. Es wird ein Konzept zur schnellen Messwerterfassung vorgestellt. Dabei sollen schon im Messwertaufnehmer geeignete Vorverarbeitungsstrukturen eingesetzt werden. Der gewöhnlich zur Interferogrammaufnahme verwendete CCD-Sensor wird deshalb durch einen Bildwandler in CMOS-Technologie ersetzt, weil sich hier analoge und digitale Funktionalitäten in den Photowandler integrieren lassen. Zur Erstellung eines Schaltungskonzeptes für den Auswertealgorithmus wird eine günstige Schaltungsarchitektur ausgewählt und eine entsprechende Schaltung entworfen. Die Implementierung der Schaltung als ASIC in einer 0,35 μm-CMOS-Technologie soll die prinzipielle ealisierbarkeit des Konzeptes aufzuzeigen.