Einmessung für Wafer-Prüfanlagen: 84 % schneller bei 4 bis 5 µm Genauigkeit

EPSIA entwickelte für einen Halbleiterhersteller eine neue Einmessung für Wafer-Prüfanlagen und integrierte sie in die bestehende Maschinensoftware.

Das Verfahren M.A.P. (Map Alignment and Positioning) berechnet die Positionen der Bauteile aus wenigen optisch bestimmten Referenzpositionen, statt den gesamten Wafer vor Produktionsbeginn sektorweise zu vermessen.

Ausgangslage

Die Wafer-Prüfanlagen kontaktieren jedes einzelne Bauteil mit Messfühlern. Dafür muss die Steuerungssoftware die Position der Bauteile auf dem Wafer mit hoher Genauigkeit kennen.

Das bisherige Verfahren vermisst den Wafer vor Produktionsbeginn sektorweise mit einer Kamera. Eine vorhergehende Ursachenanalyse von EPSIA hatte dabei ein systematisches Problem sichtbar gemacht: Am Rand des Kamerabildfelds entstanden Lageabweichungen von 5 bis 10 µm. Gleichzeitig benötigte die vollständige Vorabvermessung bei jedem Wafer mehrere Minuten.

Lösung

EPSIA entwickelte mit M.A.P. ein neues Verfahren, das die Positionen der Bauteile aus der vorhandenen Wafer-Map und wenigen optisch bestimmten Referenzpositionen berechnet.

• Die Anlage sucht ausgewählte Referenzpositionen mit der Kamera über eine neu entwickelte HALCON-Prozedur.
• Aus den gemessenen Positionen bestimmt die Software Versatz, Drehung und Streckung des Wafers.
• Daraus wird die Position jedes einzelnen Bauteils auf dem Wafer berechnet.
• Die vorhandene Achskorrekturmatrix der Tischkalibrierung und ein hardwarebedingter Drehwinkel werden in die Berechnung einbezogen.
• Plausibilitätsprüfungen erkennen Sonderfälle; falls erforderlich, kann die Anlage auf das bisherige Einmessverfahren zurückgreifen.

EPSIA entwickelte und integrierte das Verfahren ohne eigene Produktionsanlage. Die Software wurde zunächst auf einer Referenzanlage beim Anlagenbauer in Berlin und anschließend remote in der Fertigung des Kunden in Asien getestet.

Ergebnis

• Die Einmessung eines 8-Zoll-Wafers verkürzte sich von 7:44 auf 1:16 Minuten – rund 84 % weniger Zeit.
• Die eigentliche Vorabvermessung reduzierte sich von 6:12 Minuten auf 16 Sekunden.
• Die Positioniergenauigkeit (3σ) beträgt 4,2 × 2,6 µm bei rund 70.000 Bauteilen und 5,1 × 1,6 µm bei rund 130.000 Bauteilen je Wafer.
• M.A.P. wird seit Sommer 2025 in der Serienfertigung des Kunden in Asien eingesetzt.

Wofür steht dieses Projekt?

Das Projekt zeigt, wie EPSIA bestehende Maschinensoftware gezielt weiterentwickelt, wenn Änderungen unmittelbar in einen laufenden Produktionsprozess integriert werden müssen.

Die neue Einmessung wurde ohne eigene Produktionsanlage entwickelt, über eine Referenzanlage in Berlin und remote in Asien getestet und anschließend in die Serienfertigung überführt. Die Wirkung lässt sich dabei sowohl über die Einmesszeit als auch über gemessene Positioniergenauigkeiten quantifizieren.

Den vollständigen Weg von der Übernahme der bestehenden Maschinensoftware über die Ursachenanalyse bis zur neuen Einmessung und zum Einsatz auf 134 Anlagen beschreibt die Fallstudie Maschinensoftware von 134 Wafer-Prüfanlagen übernommen.

Eckdaten

Leistung

Systeme mit Hardwarebezug

Branche

Halbleiterfertigung

Zeitraum

seit 2024, laufend

Technik

C++, Qt, MVTec HALCON, MinGW, qmake, CAN, EtherCAT, MySQL, Unity.