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Die
Erfindung betrifft ein optisches Inspektionssystem zur Vermessung
von elektronischen Bauelementen, welche sich in einem vorgegebenen räumlichen
Erfassungsbereich befinden. Die genaue Vermessung erfolgt bevorzugt
zum Zwecke einer präzisen
Abholung der Bauelemente durch einen Bestückkopf einer Bestückvorrichtung,
welche zum automatischen Bestücken
von Bauelementen auf Bauelementeträger, insbesondere auf Leiterplatten,
vorgesehen ist.
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Aufgrund
der zunehmenden Miniaturisierung von elektronischen Bauelementen
wird es bereits in naher Zukunft nicht mehr wirtschaftlich sein,
elektronische Bauelemente, welche auf ein elektronisches Schaltungssubstrat
bestückt
werden sollen, zum Zwecke einer sicheren Bauelement-Zuführung für einen
Bestückprozess
umzupacken. Ein derartiges Umpacken in spezielle Bauelement-Zuführgurte
ist heutzutage bei Surface Mount Device (SMD) Bauelementen üblich, um
die SMD Bauelemente einzeln dem Bestückprozess zuzuführen. Vielmehr
wird von modernen Bestücksystemen
verlangt werden, dass sie auch ungehäuste Bauelemente (sog. Bare
Dies) unmittelbar von einem Wafer entnehmen und auf entsprechende
Stellen eines elektronischen Schaltungssubstrats aufsetzen können.
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Um
die Handhabung von ungehäusten
elektronischen Bauelemente zu vereinfachen, wird der gesamte Wafer
vor einer Bauelement-Vereinzelung auf
einer klebrigen Trägerfolie
aufgebracht. Die Vereinzelung erfolgt üblicherweise durch einen hochpräzisen mechanischen
Säge- oder
durch einen hochpräzisen
chemischen Ätzvorgang.
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Von
der Trägerfolie
werden die Bauelemente von einem Sauggreifer entnommen und einem
Bestückprozess
zugeführt.
Ein Ablösen
der Bauelemente von der klebrigen Trägerfolie kann durch sog. Ausstoßnadeln
unterstützt
werden, welche beispielsweise aus der
EP 565781 A1 bekannt sind.
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Bei
der hochgenauen Bestückung
von Bauelementen oder anderen Objekten auf einen Bauelementeträger spielt
die optische Inspektion eine wesentliche Rolle für die Qualität und Genauigkeit
der Bestückung.
Ebenso kann durch die optische Inspektion von speziellen Markierungen
die Position des Bauelementeträgers
bestimmt werden, um eine genaue Bestückung der Bauelemente auf festen
Bestückpositionen
des Bauelementeträgers
zu gewährleisten.
Die Bauelemente oder Marken werden typischerweise über ein
analoges oder digitales Kamerasystem aufgenommen. Die entsprechenden
Bilddaten werden in einem Auswerteschritt mit geeigneten Algorithmen
verarbeitet um die Qualität,
die Verrückung,
die Rotation des Bauelements etc. gegenüber einem Referenzzustand zu
bestimmen.
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Je
nach Typ von Bauelement, ob konventionelles SMD Bauelemente oder
spiegelnde ungehäuste
Bauelemente (Bare Dies, Flip-Chips)
auf einem Wafer, werden derzeit unterschiedliche Bestückautomaten
eingesetzt. So werden beispielsweise SMD Bauelemente bestückt, indem
ein Kopf die Bauelemente abholt, um sie anschließend zu fotografieren und mittels
eines Bildverarbeitungssystems die Lage und Struktur des abgeholten
Bauelements zu messen. Abschließend
werden sie vom Bestückkopf auf
die Leiterplatte gesetzt.
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Heutzutage
existieren keine Inspektionssysteme, die gleichzeitig für beide
Bauelementtypen, d.h. sowohl für
SMD Bauelemente aus Gurten oder sog. Trays als auch für spiegelnde
Bauteile von Wafern eine Lage- und Strukturerkennung durchführen können. Bei
bekannten SMD Bestückautomaten
ist zum Zwecke einer möglichst
schnellen Bestückung der
Bauraum für
ein optisches Inspektionssystem für aufzunehmende oder bereits
aufgenommene Bauelemente sehr begrenzt. Um trotzdem eine zuverlässige Inspektion
zu gewährleisten,
sind herkömmliche Inspektionssysteme
im Hinblick auf die optischen Eigenschaften von SMD Bauelemente
optimiert, so dass eine Inspektion von spie gelnden Bauelementen nicht
zuverlässig
und der Aufbau eines weiteren Inspektionssystems aufgrund des geringen
Bauraums in der Regel nicht möglich
ist.
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Auch
bei der Aufnahme von ungehäusten Bauelementen
direkt von einem Wafer ist infolge der typischerweise sehr geringen
Abmessungen von ungehäusten
Bauelementen der für
ein optisches Inspektionssystem zur Verfügung stehende Bauraum äußerst begrenzt.
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Aus
der
JP 07-221164 A ist
eine Entnahmevorrichtung für
von einer Waferaufnahme gehaltene Bare Dies bekannt, bei der vor
einer Bauteilaufnahme die gesamte Struktur der Waferaufnahme vermessen
wird. Die Entnahmevorrichtung hat den Nachteil, dass eventuell nach
der Vermessung auftretende Positionsverschiebungen einzelner Bauelemente
nicht erkannt werden und dementsprechend die Prozesssicherheit bei
der Bauteilaufnahme reduziert ist.
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Aus
der
JP 02-137338 A ist
ein Positionsdetektor für
ungehäuste
Bauelemente bekannt. Der Positionsdetektor umfasst eine Kamera,
welche oberhalb des Bauelements positioniert werden kann. Durch
eine Bildauswertung der Außenkanten
des Bauelements kann die genaue räumliche Lage des Bauelements
bestimmt und somit die Genauigkeit eines Die Bonding Prozesses verbessert
werden. Die senkrechte Erfassung des Bauelements hat den Nachteil,
dass in Falle einer Aufnahme des Bauelement durch eine Haltevorrichtung
eines Bestückkopfes
die Bewegungsfreiheit des Bestückkopfes
stark eingeschränkt
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Inspektionssystem
zur Vermessung von ungehäusten
Bauelementen zu schaffen, welches Inspektionssystem innerhalb eines
geringen Bauraums aufgebaut werden kann und welches trotzdem eine
zuverlässige
Vermessung der ungehäusten
Bauelemente ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 durch ein optisches Inspektionssystem zur Vermessung von elektronischen
Bauelementen gelöst,
welche Bauelemente sich in einem vorgegebenen räumlichen Erfassungsbereich
befinden. Das Inspektionssystem umfasst (a) eine Kamera, welche
zur Erfassung eines in dem Erfassungsbereich befindlichen Bauelements
eingerichtet ist, und (b) eine Lichtleiteinrichtung, welche einen
optischen Eingang und einen optischen Ausgang aufweist. Dabei ist
der optische Ausgang mit der Kamera optisch gekoppelt und der optische
Eingang ist an den Erfassungsbereich herangeführt.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Verwendung einer
Lichtleiteinrichtung ein nahes Heranführen des Inspektionssystems
an das zu vermessende Bauelement auch bei einem sehr begrenzten
Bauraum ermöglicht.
Dadurch wird eine präzise
Bauelementvermessung möglich,
wobei Störkanten
beispielsweise durch einen Bestückkopf oder
einer Haltevorrichtung des Bestückkopfs
vermieden werden können.
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Unter
dem Begriff Vermessung ist in diesem Zusammenhang sowohl die Bestimmung
eines bestimmten Typs von Bauelement beispielsweise anhand seiner
Außenkanten
als auch eine Positionserfassung eines Bauelements relativ zu einem
Bezugspunkt zu verstehen.
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Bei
einer Positionserfassung wird bevorzugt sowohl die translatorische
Position als auch der Drehwinkel eines Bauelements erfasst. Dabei
kann das Bauelement vor oder auch nach der Aufnahme durch eine Bauelement-Haltevorrichtung,
beispielsweise eine Saugpipette, vermessen werden. Die Vermessung
eines aufgenommenen Bauelements ermöglicht dabei durch eine geeignete
Kompensation bei der Positionierung eines entsprechenden Bestückkopfes
ein positionsgenaues Aufsetzen auf einen Bauelementträger. Bei
einem noch nicht aufgenommenen Bauelement ermöglicht eine derartige Vermessung
eine genaue, bevorzugt mittige, Aufnahme des Bauelements durch eine
Haltevorrichtung eines Bestückkopfes.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass das beschriebenen optische Inspektionssystem
auch zur Erfassung von Markierungen an Bauelementeträger zum
Zwecke der genauen Positionierung des Bauelementeträgers in
einem Bestückfeld
geeignet ist.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung nach Anspruch 2 ist die Lichtleiteinrichtung ein Endoskop.
Dies hat den Vorteil, dass die optische Inspektionsvorrichtung auf
einfache und preiswerte Weise durch die Verwendung von herkömmlichen Endoskopen,
die beispielsweise in der Medizintechnik oder bei der Inspektion
von Turbine verwendet werden, realisiert werden kann.
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Im
Vergleich zu der Verwendung von konventionellen Inspektionssystemen
zur Erkennung von SMD Bauelementen, welche konventionellen Inspektionssysteme
eine CCD-Kamera und aufwendige Beleuchtungskomponenten aufweisen,
erlaubt die Verwendung eines Endoskops die Realisierung eines zuverlässigen Inspektionssystems
innerhalb eines deutlich geringeren Bauraums. Ferner ermöglicht das
Endoskop eine Bauelementerfassung unter einem deutlich steileren
Beobachtungswinkel als dies bei herkömmliche Inspektionssysteme
der Fall wäre. Dies
liegt daran, dass herkömmliche
Inspektionssysteme zur Umgehung von Hindernissen und Störkanten
in der optischen Abbildung beispielsweise durch einen Bestückkopf oder
eine Bauelement-Haltevorrichtung
das Bauelement nur unter einem äußerst flachen
Winkel erfassen können.
Ein im Vergleich zu herkömmlichen
Inspektionssystemen deutlich steilerer Beobachtungswinkel hat den
Vorteil, dass Verzerrungen und Verzeichnungen infolge eines uneinheitlichen
Objektsabstandes deutlich geringer sind.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung nach Anspruch 3 ist das Endoskop ein starres Gebilde.
Dies hat den Vorteil, dass ein nahes Heranführen des optischen Eingangs
an den Erfassungsbereich auch ohne zusätzliche Halterung möglich ist.
Eine derartige zusätzliche
Halterung, wie sie beispiels weise bei mechanisch flexiblen Endoskopen erforderlich
wäre, würde den
ohnehin geringen Bauraum, der zur Verfügung steht, weiter reduzieren und/oder
die Bewegung einer Haltevorrichtung behindern.
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Bevorzugt
weist das Endoskop eine Aneinanderreihung von mehreren Stablinsen
auf, welche eine hohe Lichtstärke
des Lichtleitelements ermöglichen.
Auf diese Weise sind für
eine zuverlässige Bauelement-Vermessung
durch das beschriebene optische Inspektionssystem nicht unbedingt
besonders helle Lichtverhältnisse
erforderlich.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung nach Anspruch 4 ist das Endoskop derart angeordnet, dass
ein in dem Erfassungsbereich befindliches Bauelement unter einem
schrägen
Winkel erfassbar ist. Dies ermöglicht
auf vorteilhafte Weise ein noch näheres Heranführen des
Endoskops an den Erfassungsbereich.
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Selbstverständlich führt eine
schräge
Bauelement-Erfassung zu Verzeichnungen, welche durch verschiedene
Objektsabstände
beispielsweise von der Bauelement-Vorderkante bzw. der Bauelement-Hinterkante
verursacht werden. Um die Stärke der
Verzeichnungen durch einen zu flachen Beobachtungswinkel zu begrenzen,
sollte der Erfassungswinkel nicht größer als 60°, bevorzugt nicht größer als
45° sein.
In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff Erfassungswinkel derjenige
Neigungswinkel zu verstehen, welcher sich zwischen der optischen Achse
des Inspektionssystems und der Normalen der Bauelement-Ebene bzw.
der Waferebene erstreckt. Die Bauelement-Ebene ist dabei durch die Bauelement-Oberfläche bestimmt,
an der die Haltevorrichtung an dem Bauelement zur Aufnahme desselben
angreift.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung nach Anspruch 5 ist das Endoskop derart angeordnet, dass
Bauelemente zumindest in der Nähe
ihrer Abholposition vor der Aufnahme durch eine Haltevorrichtung
eines Bestückkopfes
ver messbar sind. Dies ist insbesondere bei den typischerweise sehr
kleinen Bare Dies oder Flip-Chips von Vorteil, welche direkt von
einem translatorisch verschiebbaren Wafer abgeholt werden. Bei der
Abholung dieser kleinen Bauelemente ist nämlich eine genaue Positionierung
des abzuholenden Bauelement mittig zu der entsprechenden Haltevorrichtung
erforderlich, um eine zuverlässige
Aufnahme des Bauelements zu ermöglichen,
welches häufig
kleiner ist als die Spitze der verwendeten Haltevorrichtung. Falls
die Bauelementvermessung unmittelbar vor dem Abholen des Bauelements
erfolgt, können
somit Positionsfehler der abzuholenden Bauelemente durch entsprechendes
weiteres Verschieben des Wafers und/oder durch eine entsprechende
Positionierung des Bestückkopfes
kompensiert werden.
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Zudem
können
durch eine Inspektion der Bauelemente unmittelbar vor dem Abholen
markierte und nicht zur Bestückung
vorgesehene Bare Dies erkannt werden. Somit kann eine Bestückung mit
fehlerhaften Bauelementen zuverlässig
vermieden werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung nach Anspruch 6 ist das Endoskop relativ zu einem Chassis
verschiebbar gelagert. Insbesondere durch eine vertikale Verschiebung
kann das Inspektionssystem variabel auf verschiedene Fokusebenen
justiert werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mit
ein und derselben Bestückvorrichtung
Flip Chips und andere Bauelemente bestückt werden, welche ohne ein
Flippen auf einen Bauelementträger
aufgesetzt werden. Dabei wird zum Flippen der Flip Chips ein sog.
Flip-Kopf verwendet, welcher die zu bestückenden Flip Chips vorübergehend
aufnimmt, mittels einer Umdrehung wendet und in einer der Aufnahmeposition
gegenüberliegenden
Position an den eigentlichen Bestückkopf übergibt. Dabei erfolgt dann
eine genaue optische Vermessung des Bauelements an der Übergabeposition, welche
sich oberhalb der Ebene des Wafers befindet. Im Gegensatz dazu erfolgt
die Vermessung von Bauelementen, welche während des Bestückvorgangs nicht
gewendet werden, direkt in der Ebene des Wafers. Die verschiebbare
Lagerung des Endoskops ermöglicht
somit auf vorteilhafte Weise ein schnelles Umkonfigurieren des optischen
Inspektionssystems, wobei Bauelemente in unterschiedlichen Höhenlagen
in Bezug auf die Ebene des Wafers zuverlässig vermessen werden können.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung nach Anspruch 7 weist das Endoskop ein optisches Umlenkelement
auf, welches am optischen Eingang angeordnet ist. Auf diese Weise
wird ein seitlich aus der Endoskop-Längsachse austretendes Kamera-Gesichtsfeld
erzeugt, welches in vielen Anwendungsfällen ein besonders nahes Heranführen des
Endoskops an den Erfassungsbereich ermöglicht.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung nach Anspruch 8 ist das Endoskop drehbar gelagert. Dies
kann auf vorteilhafte Weise ein schnelles Umschalten zwischen einer
Positionsvermessung eines Bauelements an einer Abholposition und
einer Positionsvermessung eines Bauelements ermöglichen, welches bereits von
einer Haltevorrichtung aufgenommenen worden ist.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung nach Anspruch 9 weist das optische Inspektionssystem zusätzlich eine
erste Beleuchtungseinheit auf, mittels welcher der Erfassungsbereich unter
einem ersten Winkel beleuchtet werden kann. Dabei ist bevorzugt
die erste Beleuchtungseinheit ebenso wie der optische Eingang unter
einem flachen Winkel bezüglich
der Ebene des Erfassungsbereiches angeordnet. Bei einer spiegelsymmetrischen Anordnung
von erster Beleuchtungseinheit und optischen Eingang der Lichtleiteinrichtung
kann somit auf vorteilhafte Weise eine für eine zuverlässigen Vermessung
förderliche
Hellfeldbeleuchtung eines zu vermessenden Bauelements realisiert
werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung nach Anspruch 10 weist das optische Inspektionssystem
zusätzlich
eine zweite Beleuchtungseinheit auf, mittels welcher der Erfassungsbereich
unter einem zweiten Winkel beleuchtet werden kann. Bevorzugt ist
die zweite Beleuchtungseinheit aus Sicht des Erfassungsbereiches
hinter oder unmittelbar neben dem optischen Eingang der Lichtleiteinrichtung
angeordnet, so dass bei einem schrägen Beobachtungswinkel des
Inspektionssystems auf vorteilhafte Weise eine Dunkelfeldbeleuchtung
realisiert werden kann.
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Die
wahlweise Beleuchtung der zu vermessenden Bauelemente mit einem
Hellfeld und/oder mit einem Dunkelfeld ermöglicht ein sicheres Erkennen sowohl
von Bauelementen mit einer spiegelnden Oberfläche als auch von Bauelementen
mit einer matten Oberfläche.
Das Beleuchtungssystem ist somit für eine Vielzahl von verschiedenen
Bauelement-Typen geeignet.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung nach Anspruch 11 weist die erste Beleuchtungseinheit und/oder
die zweite Beleuchtungseinheit eine Platine auf, auf der eine Mehrzahl
von Leuchtdioden angeordnet sind. Bevorzugt sind die Leuchtdioden
sog. SMD Leuchtdioden, die auf der jeweiligen Platine in einer kompakten
räumlichen
Anordnung bestückt
sind. Damit kann auf einfache Weise eine intensive Beleuchtung mittels
jeweils einer kompakten Bauform der Beleuchtungseinheiten realisiert
werden.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Beleuchtungseinheiten
separat von der Lichtleiteinrichtung bzw. von dem Endoskop ausgebildet
sind. Dies hat den Vorteil, dass die Lichtleiteinrichtung in einer
besonders schlanken Bauform realisiert werden kann und dass trotzdem
eine hohe Lichtstärke
des gesamten Inspektionssystems möglich ist, da Strahlteiler
oder andere optische Komponenten zur Trennung von Beleuchtungs-
und Messlicht nicht erforderlich sind.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung nach Anspruch 12 weist das optisches Inspektionssystem
zusätzlich
eine der Kamera nachgeschaltete Auswerteeinheit auf, welche zur
Lageerkennung und/oder zur Typerkennung von optisch erfassten Bauelementen
vorgesehen ist. Dies hat den Vorteil, dass die gesamte Lagevermessung
der abzuholenden Bauelemente innerhalb einer als autarkes Modul
ausgebildeten Zuführeinrichtung
realisiert werden kann.
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Ferner
kann durch eine so genannte Online-Überwachung der Abholung und
durch eine entsprechende Ansteuerung der Positionierung des Bestückkopfes
und/oder der Positionierung der abzuholenden Bauelemente die Abholsicherheit
weiter erhöht
werden. Dabei kann eine Positionierung der abzuholenden Bauelemente
durch eine kollektive Verschiebung einer Bauelement-Zuführeinheit
erfolgen. Im Falle der Bestückung
von ungehäusten
Bauelementen direkt von einem Wafer wird bevorzugt der gesamte Wafer
translatorisch verschoben, so dass das jeweils abzuholende Bauelement
in die korrekte Abholposition gerückt wird.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung nach Anspruch 13 ist die Auswerteeinheit derart eingerichtet,
dass eine Verzerrung eines von der Kamera aufgenommenen Bildes eines
Bauelements kompensierbar ist. Dazu ist zunächst eine Bestimmung der Verzerrung
erforderlich. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass Kalibriermarken,
die sich innerhalb des Erfassungsbereichs der Kamera befinden, hinsichtlich
ihrer Position und/oder hinsichtlich ihrer Form genau vermessen
werden. Eine Kompensation der Verzerrung erfolgt dann in bekannter
Weise durch übliche
Methoden der digitalen Bildverarbeitung.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
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In
der Zeichnung zeigen in schematischen Darstellungen
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1 die
Erfassung eines auf einem Wafer befindlichen Bauelements unmittelbar
vor der Aufnahme des Bauelements durch einen Bestückkopf,
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2 die
Erfassung eines von einem Flip-Kopf gewendeten Bauelements unmittelbar
vor der Aufnahme des Bauelements durch einen Bestückkopf,
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3 ein
Endoskop-Kamerasystem für
ein optisches Inspektionssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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4 ein
optisches Inspektionssystem mit zwei Beleuchtungseinheiten in einer
Draufsicht,
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5 eine
perspektivische Darstellung eines optischen Inspektionssystems,
und
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6 eine
vergrößerte Darstellung
der Bauelementerfassung mittels des in 5 dargestellten optischen
Inspektionssystems.
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An
dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich in der Zeichnung die
Bezugszeichen von gleichen oder von einander entsprechenden Komponenten
lediglich in ihrer ersten Ziffer und/oder durch einen angehängten Buchstaben
unterscheiden.
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1 zeigt
ein optisches Inspektionssystem 100 bei der Erfassung eines
auf einem Wafer 140 befindlichen Bauelements 141 unmittelbar
vor der Aufnahme des Bauelements 141 durch einen Bestückkopf 150.
Das Bauelement 141 ist ein ungehäustes Bauelement, welches auch
als Bare Die bezeichnet wird. Das Bauelement 141 ist in
bekannter Weise auf einer klebrigen Trägerfolie 142 des Wafers 140 fixiert.
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Das
optische Inspektionssystem 100 weist eine Lichtleiteinrichtung 120 auf,
welche gemäß dem hier
dargestellten Ausführungsbeispiel
ein Endoskop ist. Das Endoskop 120 ist mit einer in 1 nicht
dargestellten Kamera optisch gekoppelt, welche die genaue Position
des Bauelements 141 auf dem Wafer 140 erfasst.
Das entsprechende Messlicht ist mit dem Bezugszeichen 131 gekennzeichnet.
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Das
optische Inspektionssystem 100 weist ferner eine erste
Beleuchtungseinheit 160 auf, welche relativ zu dem Endoskop 120 derart
angeordnet ist, dass eine Hellfeld-Beleuchtung des Bauelements 141 realisiert
wird. Die Beleuchtungseinheit 160 umfasst eine Platine 161,
auf welcher in einer kompakten Anordnung sog. SMD Leuchtdioden 162 angeordnet
sind, die mittels einer nicht dargestellten Treiberschaltung angesteuert
werden. Um eine möglichst
gleichmäßige Beleuchtung
des Bauelements 141 zu gewährleisten, weist die Beleuchtungseinheit außerdem eine
Streuscheibe 163 auf. Somit ist das von der Beleuchtungseinheit 160 ausgesandte
Hellfeld-Beleuchtungslicht 165 ein diffuses Licht, welches besonders
gut für
eine optische Vermessung geeignet ist.
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Durch
eine genaue Positionsvermessung des Bauelements 141 kann
der Bestückkopf 150 relativ
zu dem Wafer 140 derart positioniert werden, dass bei einem
Absenken eines hohlen Schafts bzw. einer Pinole 151, an
welcher eine als Saugpipette ausgebildete Haltevorrichtung 152 aufgesteckt
ist, das Bauelement 141 mittig aufgenommen wird. Für eine genaue
relative Positionierung des Bestückkopfes
kann der Bestückkopf 150 und/oder
der Wafer 140 parallel zu der Ebene des Wafers 140 translatorisch
verschoben werden.
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Um
mögliche
Störkanten
beispielsweise durch den Bestückkopf 150 und/oder
die Saugpipette 152 zu vermeiden, kann das Endoskop 120 relativ
zu der Ebene des Wafers 140 geneigt werden. Um die bei
einer schrägen
Vermessung zwangsläufig
erzeugten Verzeichnungen zuverlässig
korrigieren zu können,
sollte Messlicht maximal in einem Beleuchtungswinkel von 45° auf das
zu erfassende Bauelement 141 auftreffen. Der Beleuchtungswinkel
ist in diesem Zusammenhang der Winkel zwischen der optischen Achse
des Endoskops und der Normalen der Waferebene.
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Das
Endoskop 120, welches ein sog. Stabendoskop mit einem Durchmesser
von ca. 3,8 mm ist, kann infolge einer schlanken Tubusform besonders
nah an das abzubildende Bauelement 141 herangeführt werden.
Auf alle Fälle
ist das optische Inspektionssystem im Vergleich zu konventionellen
Kamera-Beleuchtungssystemen
deutlich Platz sparender.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass das Bauelement 141 auch durch
ein seitliches Drehen des Endoskops mit gleichzeitiger zusätzlicher
perspektivischer Verzeichnung das Bauelements 141 an der
Abholposition inspiziert werden kann.
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2 zeigt
ein optisches Inspektionssystem 200 bei der Positionsvermessung
eines so genannten Flip-Chips 241, welcher von einem Wendewerkzeug 207 von
einer Trägerfolie 242 eines
Wafers 240 entnommen und in einer um 180° gedrehten
Orientierung einem Bestückkopf
bereitgestellt wurde. Das Wendewerkzeug ist ein sog. Flip-Kopf 207,
welcher zumindest zwei Bauelement-Haltevorrichtungen 209 aufweist
und welcher um eine Drehachse 208 drehbar gelagert ist.
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Das
gesamte optische Inspektionssystem 200 ist relativ zu einem
Chassis 205 entlang einer Verschieberichtung verschiebbar,
so dass sowohl das Endoskop 220 als die Hellfeld-Beleuchtungseinheit 260 in
vertikaler Richtung 206 verschoben werden. Auf diese Weise
ist das Inspektionssystem 200 zur Positionsvermessung von
Bauelementen 241 verwendbar, die sich in unterschiedlichen
Höhenlagen
befinden.
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Die
Hellfeld-Beleuchtungseinheit 260 entspricht in ihrem Aufbau
der in 1 dargestellten Beleuchtungseinheit 160,
so dass die entsprechenden Komponenten der Beleuchtungseinheit 260,
nämlich die
Platine 261, die SMD Leuchtdioden 262 und die Streuscheibe 263 an
dieser Stelle nicht erneut erläutert
werden. Das von der Beleuchtungseinheit 260 erzeugte Hellfeld-Beleuchtungslicht 265 ermöglicht jedenfalls
eine genaue Positionsbestimmung des Bauelements 241 durch
das Messlicht 231, so dass eine zuverlässige Aufnahme des Bauelements 241 durch die
Haltevorrichtung 252 möglich
ist.
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3 zeigt
ein Endoskop-Kamerasystem 310, welches beispielsweise in
den in 1 und 2 dargestellten optischen Inspektionssystemen 100 bzw. 200 verwendet
werden kann. Das Kamerasystem umfasst ein Endoskop 320,
welches einen op tischen Eingang 320a und einen optischen
Ausgang 320b aufweist.
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Das
Endoskop 320 ist ein sog. Stabendoskop, welches ein starres
Gebilde darstellt, das einen ersten Tubus 321 mit einem
Durchmesser von lediglich ca. 3,8 mm und einen etwas dickeren zweiten
Tubus 328 aufweist. Der optische Eingang 320a ist
mit einem um 45° geneigten
Reflektor 323 versehen, welcher gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ein kleines Prisma ist. Das Prisma 323 hat den Effekt,
dass das Gesichtfeld des Endoskops 320 relativ zu der Endoskop-Längsachse
um 90° verkippt ist.
Damit kann das Endoskop bei vielen Anwendung besonders nahe an das
zu erfassende Objekt herangeführt
werden, ohne dass das Endoskop beispielsweise bei einem Erfassungswinkel
von 45° quer
im Raum angeordnet sein muss.
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Der
optische Eingang 320a ist ferner mit einem Objektiv 322 versehen,
welches gemäß dem hier
dargestellten Ausführungsbeispiel
ein Achromat, d.h. eine Linse oder eine Linsensystem mit einer geringen
chromatischen Abberation ist. Der Achromat 322 hat den
Vorteil, dass das Endoskop 320 ein großes Gesichtsfeld aufweist.
Um eine hohe Lichtstärke des
Endoskops 320 zu gewährleisten,
sind in dem ersten Tubus 321 eine Mehrzahl von sog. Stablinsen 324 vorgesehen,
die jeweils sowohl eine verlustarme Lichtleitung als auch eine besonders
störungsfreie optische
Abbildung ermöglichen.
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Der
optische Ausgang 320b ist über ein Okular 329 mit
einer Kamera 330 optisch gekoppelt. Das Okular 329 wirkt
dabei derart mit den Stablinsen 324 und dem Achromat 322 zusammen,
dass insgesamt eine hohe Schärfentiefe
des gesamten Endoskops 320 gewährleistet ist. Die Kamera 330 weist
bevorzugt einen CCD Sensor auf, der mit einer Auswerteeinheit 332 über eine
Leitung verbunden ist. Die Auswerteeinheit ist derart eingerichtet,
dass durch einen schrägen
Beobachtungswinkel verursachte Verzeichnungen kompensiert werden
können.
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4 zeigt
in einer Draufsicht ein optisches Inspektionssystem 400,
welches eine Hellfeld-Beleuchtungseinheit 460 und eine
Dunkelfeld-Beleuchtungseinheit 470 aufweist. Die Beleuchtungseinheit 470 ist
unmittelbar neben einem Endoskop 420 angeordnet, welches über ein
Okular 429 mit einer Kamera 430 optisch gekoppelt
ist. Die Beleuchtungseinheit 460 ist räumlich derart angeordnet, dass
aus Sicht des nicht näher
dargestellten optischen Eingangs des Endoskops 420 ein
Hellfeld-Beleuchtungslicht 465 auf das zu vermessende ungehäuste Bauelement 441 trifft.
Die Beleuchtungseinheit 470 ist räumlich derart angeordnet, dass
das Bauelement 441 mit einem Dunkelfeld-Beleuchtungslicht 475 beleuchtet wird.
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Die
Beleuchtungseinheit 460 bzw. 470 weist ebenso
wie die oben anhand von 1 erläuterte Beleuchtungseinheit 160 eine
Platine 461 bzw. 471, SMD Leuchtdioden 462 bzw. 472 sowie
eine Streuscheibe 463 bzw. 473 auf. Eine erste
Halterung 464 dient der Befestigung der ersten Beleuchtungseinheit 460.
Eine zweite Halterung 474 dient der Befestigung der zweiten
Beleuchtungseinheit 470.
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5 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines optischen Inspektionssystems 500.
Die zu vermessenden Bauelemente (nicht dargestellt) befinden sich
oberhalb eines Querträgers 580,
welcher eine erste Halterung 564 und eine zweite Halterung 574 miteinander
verbindet. Die erste Halterung 564 dient der Befestigung
einer Hellfeld-Beleuchtungseinheit 560. Die zweite Halterung 574 dient
der Befestigung einer Dunkelfeld-Beleuchtungseinheit 570.
Die beiden Beleuchtungseinheiten sind gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
genauso aufgebaut wie die in 1 dargestellte
Beleuchtungseinheit 160.
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Das
Inspektionssystems 500 weist ein Stabendoskop 520 auf,
welches einen optischen Eingang 520a zum Sammeln von Messlicht
und einen optischen Ausgang 520b aufweist, der über ein
Okular 529 mit einer Kamera 530 optisch gekoppelt
ist. Die Kamera weist einen nicht dargestellten lichtsensitiven
Sensor auf, welcher beispielsweise ein zweidimensionales CCD Sensorarray
ist. Um zum einen eine stabile Halterung der Beleuchtungseinheit 570 und
zum anderen ein nahes Heranführen
des optischen Eingangs 520a and den Erfassungsbereich oberhalb
des Querträgers
zu ermöglichen,
ist in der Halterung 574 eine Öffnung 581 ausgebildet,
in welche der vordere Abschnitt des Endoskops 520 hineinragen
kann.
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6 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
des optischen Inspektionssystems 500, welches nunmehr mit
dem Bezugszeichen 600 versehen ist. Die zu vermessenden
Bauelemente 641, welche auf einer Trägerfolie 642 eines
Wafers lösbar
fixiert sind, werden über
einen optischen Eingang 620a eines Endoskops 620 von
einer nicht dargestellten Kamera erfasst. Das entsprechende Messlicht
ist mit dem Bezugszeichen 631 versehen. Zur Beleuchtung
der zu vermessenden Bauelemente 641 ist zum einen eine Hellfeld-Beleuchtungseinheit 660 vorgesehen,
welche mittels einer ersten Halterung 664 räumlich fixiert ist.
Das entsprechende Hellfeld-Beleuchtungslicht ist mit dem Bezugszeichen 665 versehen.
Zum anderen ist eine Dunkelfeld-Beleuchtungseinheit 670 vorgesehen,
welche mittels einer zweiten Halterung 674 räumlich fixiert
ist. Das entsprechende Hellfeld-Beleuchtungslicht ist mit dem Bezugszeichen 675 versehen.
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Die
zweite Halterung 674 ist mit einer Öffnung 681 versehen,
durch welche ein vorderer Abschnitt des Endoskops 620 geführt ist.
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Die
beiden Halterungen 664 und 674 sind über einen
Querträger 680 verbunden,
welcher eine Aussparung 682 aufweist. Die Aussparung 682 ermöglicht eine
Bewegung eines nicht dargestellten Bestückkopfes nahe der Waferoberfläche. Der
Bestückkopf
ist insbesondere ein sog. Revolverkopf, bei dem eine Mehrzahl von
Haltevorrichtungen in einer sternförmigen Anordnung um eine Drehachse
drehbar sind.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die beiden Beleuchtungseinheiten 660 und 670 unabhängig voneinander
ansteuerbar sind, so dass abhängig
von den optischen Eigenschaften der Oberflächen der Bauelemente 641 eine
Hellfeld-Beleuchtung und/oder eine Dunkelfeld-Beleuchtung eingestellt werden
kann. Ferner ist bei besonders schwer zu erfassenden Bauelementen
auch eine sequentielle Bauelement-Erfassung mit zwei unterschiedlichen Beleuchtungsarten
möglich,
wobei eine genaue Vermessung erst durch die Auswertung von zwei
bei unterschiedlichen Beleuchtungen aufgenommenen Bildern ein und
desselben Bauelements möglich
ist.
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Die
dargestellten optischen Inspektionssystem ermöglichen jedoch nicht nur die
Vermessung von elektronischen Bauelementen. Die Inspektionssystem
eignen sich vielmehr auch für
eine Erkennung (a) von Marken beispielsweise auf Leiterplatten,
(b) von Kanten von Objekten, (c) von Inkpunkten beispielsweise zur
individuellen Kennzeichnung von einzelnen Bauelementen oder (d)
von sonstigen Strukturen oder Konturen.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen
lediglich ein beschränkte
Auswahl an möglichen
Ausführungsvarianten
der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner
Ausführungsformen
in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann
mit den hier expliziten Ausführungsvarianten
eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich
offenbart anzusehen sind.
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Zusammenfassend bleibt festzustellen:
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Es
wird ein optisches Inspektionssystem 100 zur Vermessung
von elektronischen Bauelementen 141 beschrieben, welche
sich in einem vorgegebenen räumlichen
Erfassungsbereich befinden. Das Inspektionssystem 100 weist
auf eine Kamera 330, welche zur Erfassung eines in dem
Erfassungsbereich befindlichen Bauelements 141 eingerichtet
ist, und eine Lichtleiteinrichtung 120, 320, welche
einen optischen Eingang 320a und einen optischen Ausgang 320b aufweist,
wobei der optische Ausgang 320b mit der Kamera 33)
optisch gekoppelt ist und der optische Eingang 320a an
den Erfassungsbereich herangeführt
ist. Die Lichtleiteinrichtung ist bevorzugt ein Endoskop 120, 320,
welches ein nahes Heranführen
des optischen Eingangs 320a an zu vermessende Bauelemente 141 ermöglicht und
somit eine Bauelementerfassung ohne größere Störkanten gewährleistet. Bevorzugt sind ferner
zwei Beleuchtungseinheiten 660, 670 vorgesehen,
wobei eine Beleuchtungseinheit 660 für eine Hellfeld-Beleuchtung und
die andere Beleuchtungseinheit 670 für eine Dunkelfeld-Beleuchtung
des Erfassungsbereichs vorgesehen ist. Das optische Erfassungssystem 100 lässt sich
im Vergleich zu herkömmlichen
Inspektionssystemen innerhalb einer deutlich kompakteren Bauform
realisieren, so dass auch eine Inspektion von ungehäusten Bauelementen
möglich
ist, die sie noch auf einem Waferträger befinden.