Determination of resolution, repeatability, and detection capability improvements of automatic optical inspection in micro-electro-mechanical systems manufacturing
Nurmi, Tiina (2022)
Diplomityö
Nurmi, Tiina
2022
School of Engineering Science, Laskennallinen tekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022060242333
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022060242333
Tiivistelmä
Automatic optical inspection (AOI) is a quality monitoring system used in many industries. In semiconductor industry, it is used to detect anomalies, inter alia, defects in wafers and micro-electro-mechanical systems (MEMS). AOI is an automated optical microscope whose resolution is determined by Rayleigh's equation and the design of the camera.The objectives of the thesis were to determine the capability of the AOI equipment at Murata Electronics Oy in terms of resolution and repeatability, and investigate potential capability improvement suggestions. The experiments were delimited to structure wafers and surface inspection. Overall, the smallest resolution can be achieved by using short wavelength, big magnification, and sensitive inspection characteristics. In addition, the topography of the defects and the materials on the surface of the wafer must be taken into account so that the contrast of the defect images and the signal-to-noise ratio (SNR) are improved. The smallest resolution of the AOI equipment was obtained with 10X magnification and sensitive inspection characteristics. The capability of the device can be improved by dividing the inspection into tests in which the critical areas of the element are inspected with 10X magnification, short wavelength, and sensitive inspection characteristics. For other element areas, less sensitive inspection characteristics can be used. Other inspection techniques, such as an automated scanning electron microscope (SEM), must be considered to exceed the resolution limit of the visible light. Automaattinen optinen tarkastus (AOI) on menetelmä, jota käytetään laadun monitoroinnissa useilla eri teollisuuden alueilla. Puolijohdeteollisuudessa AOI on toiminut kiekkojen ja mikroelektromekaanisten järjestelmien (MEMS) poikkeavuuksien eli defektien detektoinnissa. AOI on automaattinen valomikroskooppi, jonka resoluution määrittää Rayleighin yhtälö ja kameran ominaisuudet. Diplomityön tavoitteena oli selvittää Murata Electronics Oy:n AOI-laitteen kyvykkyys resoluution ja toistettavuuden suhteen, sekä tutkia mahdollisuuksia parantaa laitteen kyvykkyyttä. Tutkimus rajattiin koskemaan rakennekiekkoja ja pinnan tarkastusta. Yleisesti, pienin resoluutio saadaan käyttämällä lyhyttä aallonpituutta, isoa suurennosta, ja herkkiä tarkastusparametreja. Näiden lisäksi täytyy huomioida defektien topografia sekä kiekon pinnan materiaalit, jotta voidaan parantaa defektikuvien kontrastia ja signaali-kohinasuhdetta (SNR). AOI-laitteen pienin resoluutio saavutettiin 10X suurennoksella ja herkillä tarkastusparametreilla. Laitteen kyvykkyyttä voidaan parantaa jakamalla tarkastus testeihin, joissa elementin defekteille kriittiset alueet tarkastetaan 10X suurennoksella, lyhyellä aallonpituudella, ja herkillä tarkastusparametreilla. Muille alueille voidaan käyttää vähemmän herkkiä tarkastusparametreja. Näkyvän valon resoluutiorajan ylittämiseksi täytyy harkita muita tarkastustekniikoita, kuten automatisoitua pyyhkäisyelektronimikroskooppia (SEM).