CN116499401A - 基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于X‑ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置及方法，装置包括X‑ray防护装置，在X‑ray防护装置内从下往上依次有X‑ray发射装置、XYR轴运动机构、待检测晶圆基板、相机防护板、电动变焦镜头和相机，X‑ray防护装置内还包括用于带动所述相机上下移动的Z轴运动机构，XYR轴运动机构包括X轴、Y轴和R轴，其中X轴和Y轴的直线导轨搭接成“井”字结构，R轴由中空旋转台构成，中空旋转台上设置有载具接口，中空旋转台侧方配备有真空接口和气路接口，载具中间装有高透明玻璃板，玻璃板与待检测晶圆基板之间设置有破真空装置。本发明装置克服了传统显微检测不能检测通孔全貌的弊病。
Description
技术领域
本发明涉及通孔检测技术领域，特别是涉及一种基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置及方法。
背景技术
玻璃通孔（TGV）技术在三维封装玻璃基板、AM-MiniLED玻璃基板、玻璃基微流控芯片、电子烟过滤器、玻璃雾化器等领域有着广泛的应用。为提升三维封装的传输效率，产品的集成密度不断提高，要求晶圆TGV尺寸向着更微纳方向发展，为加工工艺和检测方法提出了新的课题。常用的检测方法有：①使用光学显微镜观察，只能观测到微孔的表面特征，无法观测微孔内部形貌，更无法完成垂直度锥度测量；②使用光学共聚焦显微镜观察，只能观测到浅表三维立体结构，此方式有无法克服的立面像素丢失现象，导致无法精确测量深度、锥度、垂直度、光洁度等参数；③使用电子显微镜逐层扫描，可以精确呈现TGV微孔三维形貌，但因价格昂贵，大部分组织不具备测试条件。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置及方法，旨在提供一种便捷、经济，便于直接观察和测量的晶圆TGV通孔的检测装置和方法。
本发明的技术方案为：一种基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置，所述装置包括X-ray防护装置（20），在所述X-ray防护装置（20）内从下往上依次有X-ray发射装置（10）、XYR轴运动机构（30）、相机防护板（50）、电动变焦镜头（60）和相机（70），所述X-ray防护装置（20）内还包括用于带动所述相机（70）上下移动的Z轴运动机构（80）；
所述XYR轴运动机构（30）包括X轴（31）、Y轴（32）和R轴（33），其中所述X轴（31）和所述Y轴（32）的直线导轨搭接成“井”字结构，所述R轴（33）由中空旋转台构成，所述中空旋转台上设置有载具接口用于放置待检测晶圆基板（40），所述中空旋转台侧方配备有真空接口和气路接口，所述载具中间装有高透明玻璃板，所述玻璃板与所述待检测晶圆基板（40）之间设置有破真空装置。
本发明的进一步技术方案是：所述X-ray发射装置（10）搭载13KV滨松X-ray光管。
本发明的进一步技术方案是：所述X轴（31）和所述Y轴（32）均由直线电机驱动，定位精度0.5um，重复精度0.1um，工作速度为10微米/秒至120毫米/秒，XY轴行程600*600mm。
本发明的进一步技术方案是：所述中空旋转台由伺服马达驱动，旋转定位精度0.02°，旋转角度范围±45°，中空旋转台内孔尺存不小于550*550mm。
本发明的进一步技术方案是：所述待检测晶圆基板（40）最大尺寸为20吋晶圆或510*510mm基板，所述待检测晶圆基板（40）上配置有四个Mark点（41）用于定位。
本发明的进一步技术方案是：所述Z轴运动机构（80）由伺服电机驱动的滚珠丝杠结构构成。
本发明的进一步技术方案是：所述所述电动变焦镜头（60）几何放大倍数1200x倍，系统放大倍数2500倍；所述相机（70）为具有高分辨率2.6MPixel数码相机的高分辨率6英寸平板。
本发明的进一步技术方案是：所述装置还包括以下各项中的至少一项：
运动控制软件，用于控制所述XYR轴运动机构（30）和所述Z轴运动机构（80）；
AOI软件，用于进行自动光学检测；
图形分析及位置测量软件，用于对所述相机（70）采集图像进行分析。
本发明的进一步技术方案是：所述检测装置适用的晶圆级玻璃为钠钙、铝硅、锂铝硅、硼硅、铝硼硅、光敏玻璃和玻璃陶瓷中的任意一种。
本发明技术方案的另一方面：一种采用上述所述晶圆级玻璃通孔TGV的检测装置进行检测的方法，所述方法包括以下步骤:
S1、更换载具，根据待检测晶圆基板（40）形式选择对应的测量载具及配套真空或气路装置；
S2、装料，将待检测晶圆基板（40）装载在载具上并用真空或气动装置固定；
S3、开启X-ray发射装置（10）；
S4、对焦，手工操作模式下通过升降R轴直至图像最清晰，自动操作模式下可根据不同的待检测晶圆基板（40）型号，在检测配方中预置R轴的高度；
S5、基板拉直，以待检测晶圆基板（40）上的Mark点为判定依据，通过相机拍照并旋转R轴，将待检测晶圆基板（40）调整端正；
S6、测量Mark，利用XYR轴运动机构（30）带动待检测晶圆基板（40）分别运行到四个Mark点位置拍照，根据拍摄偏差计算Mark点的位置精度；
S7、检测微孔，按照微孔排布规划检测路径，利用电动变焦镜头（60）、相机（70）和Z轴运动机构（80）以10微米/秒至120毫米/秒的速度拍照，拍摄过程中电动变焦镜头（60）高速变焦，使焦平面位置在晶圆厚度范围内快速调节，生成逐层扫描的系列图像；
S8、图像处理，将逐层扫面的系列图像合成为立体图，再将平移拍摄的局部立体图像合成整个基板立体图像；
S9、尺寸测量，根据图像测量微孔中心距，以指定Mark点为原点生成孔中心的相对坐标，并判定孔中心的位置精度；
S10、形貌检测，根据基板立体图像拟合微孔形貌，根据提前设计的形貌公差判定微孔形貌是否达到要求。
本发明提供的一种基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置及方法，便捷、经济，便于直接观察和测量，检测装置克服了传统显微检测不能检测通孔全貌的弊病，通过X-ray逐层扫描并平行移动的方式拍照，并应用图像处理软件进行合成，最终获得整个基板的微孔立体图像，并根据图像完成孔中心位置的测量，及微孔形貌的判断。
附图说明
图1是本发明实施例中晶圆级玻璃通孔TGV的检测装置整体结构示意图；
图2是本发明实施例中X-ray检测TGV孔缺陷类型效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅出示了与本发明相关的部分而非全部结构。
详细地，参考图1，示出了基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置整体结构，装置包括X-ray防护装置20，在所述X-ray防护装置20内从下往上依次有X-ray发射装置10、XYR轴运动机构30、相机防护板50、电动变焦镜头60和相机70，所述X-ray防护装置20内还包括用于带动所述相机70上下移动的Z轴运动机构80；
其中，所述XYR轴运动机构30包括X轴31、Y轴32和R轴33，其中所述X轴31和所述Y轴32的直线导轨搭接成“井”字结构，所述R轴33由中空旋转台构成，所述中空旋转台上设置有圆形/方形载具接口用于放置待检测晶圆基板40，所述中空旋转台侧方配备有四组真空接口和四组气路接口，所述圆形/方形载具中间均装有高透明玻璃板，所述玻璃板与待检测晶圆基板40之间设置有破真空装置。
本发明的一些优选实施例中所述X-ray发射装置10搭载13KV滨松X-ray光管，实施例中在距机柜壁10cm处测量，X-ray防护装置20的辐射泄漏率≦1.0µSv/h。
本发明的一些优选实施例中所述X轴31和所述Y轴32均由直线电机驱动，定位精度0.5um，重复精度0.1um，工作速度为10微米/秒至120毫米/秒，XY轴行程600*600mm。
本发明的一些优选实施例中所述中空旋转台由伺服马达驱动，旋转定位精度0.02°，旋转角度范围±45°，中空旋转台内孔尺存不小于550*550mm。
本发明的一些优选实施例中所述待检测晶圆基板40最大尺寸为20吋晶圆或510*510mm基板，所述待检测晶圆基板40上配置有四个Mark点41用于定位，四个Mark点41与待检测孔42一模一样，同时加工，其设计位置精度为±0.5um。
本发明的一些优选实施例中所述Z轴运动机构80由伺服电机驱动的滚珠丝杠结构构成，其定位精度为±1um，重复精度为0.3um。
本发明的一些优选实施例中所述所述电动变焦镜头60几何放大倍数1200x倍，系统放大倍数2500倍；所述相机70为具有高分辨率2.6MPixel数码相机的高分辨率6英寸平板。
本发明的一些优选实施例中所述装置还包括运动控制软件，用于控制所述XYR轴运动机构30和所述Z轴运动机构80。
本发明的一些优选实施例中所述装置还包括AOI软件，用于进行自动光学检测。
本发明的一些优选实施例中所述装置还包括图形分析及位置测量软件，用于对所述相机70采集图像进行分析。
本发明的一些优选实施例中所述检测装置适用的晶圆级玻璃包括但不限于钠钙、铝硅、锂铝硅、硼硅、铝硼硅、光敏玻璃和玻璃陶瓷中的任意一种，进一步优选地，如肖特AF32、AF35或康宁EXG。
本发明的检测装置可测量微孔直径、真元度、孔中心位置精度、孔矩阵的尺寸及方度等。
本发明的检测装置可检测TGV诱导孔形貌特征、垂直度、锥度、内孔光洁度、孔入口出口崩边等。
实施例中采用本发明的基于X-ray射线的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置进行检测的方法，有以下步骤:
S1、更换载具，根据待检测晶圆基板40形式选择对应的测量载具及配套真空或气路装置；
S2、装料，将待检测晶圆基板40装载在载具上并用真空或气动装置固定；
S3、开启X-ray发射装置10；
S4、对焦，手工操作模式下通过升降R轴直至图像最清晰，自动操作模式下可根据不同的待检测晶圆基板40型号，在检测配方中预置R轴的高度；
S5、基板拉直，以待检测晶圆基板40上的Mark点为判定依据，通过相机拍照并旋转R轴，将待检测晶圆基板40调整端正；
S6、测量Mark，利用XYR轴运动机构30带动待检测晶圆基板40分别运行到四个Mark点位置拍照，根据拍摄偏差计算Mark点的位置精度；
S7、检测微孔，按照微孔排布规划检测路径，利用电动变焦镜头60、相机70和Z轴运动机构80以10微米/秒至120毫米/秒的速度拍照，拍摄过程中电动变焦镜头60高速变焦，使焦平面位置在晶圆厚度范围内快速调节，生成逐层扫描的系列图像；
S8、图像处理，将逐层扫面的系列图像合成为立体图，再将平移拍摄的局部立体图像合成整个基板立体图像；
S9、尺寸测量，根据图像测量微孔中心距，以指定Mark点为原点生成孔中心的相对坐标，并判定孔中心的位置精度；
S10、形貌检测，根据基板立体图像拟合微孔形貌，根据提前设计的形貌公差判定微孔形貌是否达到要求。
具体示例效果图参见图2，可以看出，TGV孔各种类型的缺陷均能被X-ray检测显示出来。
综合上述各实施例提供的基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置及方法，本发明的检测装置便捷、经济，便于直接观察和测量，克服了传统显微检测不能检测通孔全貌的弊病，通过X-ray逐层扫描并平行移动的方式拍照，并应用图像处理软件进行合成，最终获得整个基板的微孔立体图像，并根据图像完成孔中心位置的测量，及微孔形貌的判断。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置，其特征在于，所述装置包括X-ray防护装置（20），在所述X-ray防护装置（20）内从下往上依次有X-ray发射装置（10）、XYR轴运动机构（30）、相机防护板（50）、电动变焦镜头（60）和相机（70），所述X-ray防护装置（20）内还包括用于带动所述相机（70）上下移动的Z轴运动机构（80）；
所述XYR轴运动机构（30）包括X轴（31）、Y轴（32）和R轴（33），其中所述X轴（31）和所述Y轴（32）的直线导轨搭接成“井”字结构，所述R轴（33）由中空旋转台构成，所述中空旋转台上设置有载具接口用于放置待检测晶圆基板（40），所述中空旋转台侧方配备有真空接口和气路接口，所述载具中间装有高透明玻璃板，所述玻璃板与所述待检测晶圆基板（40）之间设置有破真空装置。
2.根据权利要求1所述的一种基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置，其特征在于，所述X-ray发射装置（10）搭载13KV滨松X-ray光管。
3.根据权利要求1所述的一种基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置，其特征在于，所述X轴（31）和所述Y轴（32）均由直线电机驱动，定位精度0.5um，重复精度0.1um，工作速度为10微米/秒至120毫米/秒，XY轴行程600*600mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置，其特征在于，所述中空旋转台由伺服马达驱动，旋转定位精度0.02°，旋转角度范围±45°，中空旋转台内孔尺存不小于550*550mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置，其特征在于，所述待检测晶圆基板（40）最大尺寸为20吋晶圆或510*510mm基板，所述待检测晶圆基板（40）上配置有四个Mark点（41）用于定位。
6.根据权利要求1所述的一种基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置，其特征在于，所述Z轴运动机构（80）由伺服电机驱动的滚珠丝杠结构构成。
7.根据权利要求1所述的一种基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置，其特征在于，所述电动变焦镜头（60）几何放大倍数1200x倍，系统放大倍数2500倍；所述相机（70）为具有高分辨率2.6MPixel数码相机的高分辨率6英寸平板。
8.根据权利要求1所述的一种基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置，其特征在于，所述装置还包括以下各项中的至少一项：
运动控制软件，用于控制所述XYR轴运动机构（30）和所述Z轴运动机构（80）；
AOI软件，用于进行自动光学检测；
图形分析及位置测量软件，用于对所述相机（70）采集图像进行分析。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置，其特征在于，所述检测装置适用的晶圆级玻璃为钠钙、铝硅、锂铝硅、硼硅、铝硼硅、光敏玻璃和玻璃陶瓷中的任意一种。
10.一种采用权利要求1-9任一项所述基于X-ray的晶圆级玻璃通孔TGV检测装置进行检测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:
S1、更换载具，根据待检测晶圆基板（40）形式选择对应的测量载具及配套真空或气路装置；
S2、装料，将待检测晶圆基板（40）装载在载具上并用真空或气动装置固定；
S3、开启X-ray发射装置（10）；
S4、对焦，手工操作模式下通过升降R轴直至图像最清晰，自动操作模式下可根据不同的待检测晶圆基板（40）型号，在检测配方中预置R轴的高度；
S5、基板拉直，以待检测晶圆基板（40）上的Mark点为判定依据，通过相机拍照并旋转R轴，将待检测晶圆基板（40）调整端正；
S6、测量Mark，利用XYR轴运动机构（30）带动待检测晶圆基板（40）分别运行到四个Mark点位置拍照，根据拍摄偏差计算Mark点的位置精度；
S7、检测微孔，按照微孔排布规划检测路径，利用电动变焦镜头（60）、相机（70）和Z轴运动机构（80）以10微米/秒至120毫米/秒的速度拍照，拍摄过程中电动变焦镜头（60）高速变焦，使焦平面位置在晶圆厚度范围内快速调节，生成逐层扫描的系列图像；
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S9、尺寸测量，根据图像测量微孔中心距，以指定Mark点为原点生成孔中心的相对坐标，并判定孔中心的位置精度；
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