DD232348B1

DD232348B1 - DEVICE FOR THE OPTOELECTRONIC DETECTION OF LAYER THICKNESSES

Info

Publication number: DD232348B1
Application number: DD26677684A
Authority: DD
Inventors: Ulrich Huebner; Christian Knedlik; Manfred Ulrich
Original assignee: Mikroelektronik Friedrich Enge
Priority date: 1984-08-30
Filing date: 1984-08-30
Publication date: 1988-06-01
Also published as: DD232348A1

Description

Field of application of the invention

Die Vorrichtung zur automatischen Erfassung von Schichtdicken mittels CCD-Linienkamera gestattet die selbsttätige Bestimmung von Abstanden optisch different ausgebildeter Strukturen und Linienabstande, insbesondere zur Bestimmung von Schichtdicken planarer Strukturen Die Vorrichtung wird insbesondere beim Messen der Schichtdicke von Glaslot auf Keramiksubstraten angewandtThe device for automatic detection of layer thicknesses by means of a CCD line camera permits the automatic determination of distances of optically different structures and line spacings, in particular for determining layer thicknesses of planar structures. The device is used in particular when measuring the layer thickness of glass solder on ceramic substrates

Characteristic of the known technical solutions

Zum Messen der о g und anderen vergleichsweise kleinen Objekte, die im Bildfeld eines Mikroskopes als Abstand erfaßt werden können, sind mehrere Vorrichtungen bekannt Dabei wird mit einem Meßnormal eine absolut zu bestimmende Meßzahl ermittelt und die gewonnenen Istwerte mit dieser Meßzahl verglichen Das manuelle Ablesen der durch die Messung gewonnenen Istwerte und das nachfolgende Vergleichen dieser mit dem Sollwert ist nicht nur umständlich und zeitraubend sondern auch von subjektiven Einflüssen der Bedienungsperson geprägt Dabei liegt es nahe, diesen Prozeß durch die Kombination Meßmikroskop-Sensor—Rechner zu objektivieren und zu automatisierenFor measuring the о g and other relatively small objects that can be detected in the field of view of a microscope as a distance, several devices are known A measurement standard to be determined absolutely determined Meßzahl and the obtained actual values compared with this measurement number the measurement of actual values obtained and the subsequent comparison of these with the target value is not only cumbersome and time-consuming but also characterized by subjective influences of the operator It is natural to objectify this process by the combination Meßmikroskop-sensor computer and automate

Die Baugruppe Sensor wird vorzugsweise durch eine linienförmige Anordnung von licht- bzw infrarotempfindlichen Elementen, insbesondere durch Anwendung einer CCD-Zeile realisiert Die am Ausgang dieser Zeile vorhandenen Signale werden einer modifizierten Rechnerkonfiguration zur Weiterverarbeitung übergeben, die die ermittelten Istwerte der Messung als Ergebnis binarcodiert oder alphanumerisch ausgibt und zur Weiterverwendung zur Verfugung stellt Alle bisherigen Losungen beinhalten überwiegend die statische Messung, bei der das Meßobjekt wahrend des Meßvorganges im Strahlengang des Meßmikroskopes nicht bewegt wird So wird die Abbildung der gesamten auszumessenden Struktur im Bildfeld des Mikroskopes bzw innerhalb der Gesamtlange der Diodenzelle (CCD-Zeile) ermöglicht Bei anderen Losungen von Meßvornchtungen mittels CCD-Zeilen, die durch einen dynamischen Meßvorgang charakterisiert sind, wird das Meßobjekt unter dem Meßmikroskop hindurch bewegt, wobei das Bild der abzubildenden Struktur auf der CCD-Zeile standig in Bewegung istThe module sensor is preferably realized by a linear arrangement of light- or infrared-sensitive elements, in particular by using a CCD line present at the output of this line signals are a modified computer configuration for further processing, the result of the measurement as a result binarcodiert or alphanumeric All previous solutions contain predominantly the static measurement, during which the measurement object is not moved during the measurement process in the beam path of the measuring microscope. Thus, the image of the entire structure to be measured in the field of view of the microscope or within the total length of the diode cell (CCD In other solutions of Meßvornchtungen by means of CCD lines, which are characterized by a dynamic measurement process, the measurement object is moved under the measuring microscope, wherein the image of the imaged Structure on the CCD line is constantly in motion

Innerhalb der dynamischen Meßvorrichtungen sind wiederum nur solche bekannt, bei denen die auszumessende Strukturkante der Meßobjekte parallel zur Objektebene des Meßmikroskopes bewegt wird Dieser Vorgang laßt sich vorteilhaft anwenden, wenn Dicken, Durchmesser oder Linienabstande von Objekten großer Langsausdehnung (Drahte, Bander und dergleichen) ausgemessen werden sollen oder wenn kürzere Meßobjekte in dichter Aufeinanderfolge die Objektebene des Meßmikroskopes durchlaufen Hierbei wird in zeitlicher Abhängigkeit, bedingt durch unterschiedliche Fahrgeschwindigkeiten der Meßobjekte, eine Profilabtastung in Längsrichtung vorgenommen Es ist also nicht möglich, mit Hilfe der bekannten Vorrichtungen nur bestimmte Punkte längs einer immer wiederkehrenden Strukturkante bei einer großen Zahl gleicher kleiner Meßobjekte meßtechnisch zu erfassenWithin the dynamic measuring devices, in turn, only those are known in which the structural edge of the measured objects to be measured is moved parallel to the object plane of the measuring microscope. This process can be used advantageously when thicknesses, diameters or line distances of objects of large longitudinal extent (wires, bands and the like) are measured This is done in temporal dependence, due to different speeds of the DUTs, a Profilabtastung in the longitudinal direction It is therefore not possible, using the known devices only certain points along a recurring feature edge to be measured by a large number of the same small objects to be measured

Beispiele DD 153 918, DD 156 290, DE 2211 235 GB 2072333, DD 203628Examples DD 153 918, DD 156 290, DE 2211 235 GB 2072333, DD 203628

Object of the invention

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, eine Vorrichtung zu geben, welche die genannten Unzulänglichkeiten beseitigt Dieses Ziel soll durch die umfassende Anwendung von Bauteilen erreicht werden, welche keinerlei subjektive Einflußgroßen mehr zulassen und den Arbeitsabiauf einer vollen Automatisierung zugänglich machenThe aim of the present invention is to provide a device which overcomes these shortcomings. This object is to be achieved by the comprehensive application of components which no longer allow any subjective influence and make the working process accessible to full automation

Explanation of the essence of the invention

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Erfassung der Dicken von Glaslotschichten auf Keramiksubstraten mittels CCD-Linienkamera zu geben, die es gestattet automatisch möglichst viele Meßobjekte pro Zeiteinheit durch Bewegung in beliebigem Winkel zur Lage der CCD-Zeile auszumessen mit dem Ziel, nur bestimmte Punkte der Struktur zu erfassen Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe dadurch gelost, daß ein sagezahnformiger Meßadapter der die Bewegungsform der Meßobjekte in einem bestimmten Winkel zur optischen Achse des Meßmikroskopes zur Abbildung in diesem Meßmikroskop ermöglicht, verwendet wird Die Grenzen der Große des Flankenwinkels der Sagezahnform werden durch den Objektivringdurchmesser bzw bei Faltung oder Abwinklung der optischen Achse durch die untere, den Meßobjekten am nächsten liegende Korperkante der entsprechenden optischen Bauelemente gegeben Der sagezahnformige Meßadapter hat dieThe invention has as its object to provide a device for detecting the thicknesses of glass solder layers on ceramic substrates by means of CCD line camera, which allows automatically measure as many DUTs per unit time by moving at any angle to the position of the CCD line with the aim of only According to the invention, this object is achieved in that a sagezahnformiger measuring adapter which allows the movement of the measured objects in a certain angle to the optical axis of the measuring microscope for imaging in this measuring microscope is used The limits of the size of the flank angle of the sawtooth shape by given the lens ring diameter or folding or bending of the optical axis through the lower, the measurement objects closest lying body edge of the corresponding optical components The sagezahnformige measuring adapter has the

Aufgabe, den Meßobjekten die fur eine Abbildung gunstige Lage zu geben, so daß nur die zur Messung notigen Korperkanten abgebildet werden, d h , daß die bei einer Schichtdickenmessung erforderliche Abbildung der vergleichsweise geringerr Körperhöhe des Substrates meßbar ist Eine zweckmäßige gewählte Beleuchtung, die insbesondere durch eine Schlitzblende eine streifenformige Hellzone im Schärfenbereich des Meßmikroskopes schafft, unterstutzt diese Aufgabe Der die Erfindung betreffende Meßadapter ergibt bei mehrfacher Ausfuhrung hintereinander die Möglichkeit, ein in mehreren Spuren aus einer Fertigungseinheit getaktet ausgestoßenes Paket von Meßobjekten zu betrachten und auszumessen Der Adapter sorgt insbesondere dafür, daß die nebeneinanderliegenden Spuren nicht gestört werden und daß die Messung ohne Änderung des Bahnrasters erfolgen kann Der Adapter stellt demzufolge die bisher einzige Möglichkeit dar, eine echte on-line-Messung unter den Bedingungen des Mehrspurbetriebes einer Fertigungseinheit mit einer einzigen Kamera zu realisieren Die Relativbewegung zwischen Meßadapter und Kamera kann sowohl in der Weise erfolgen, daß die Kamera stationär ist und der Meßadapter seitlich aus der Transportnchtung als Meßwagen herausfahrt, als auch als Bewegung der Kamera über dem stationären MeßadapterTask to give the DUT the favorable position for a map, so that only the necessary for measurement body edges are displayed, ie, that required in a layer thickness measurement mapping the comparatively kleinererr body height of the substrate is measured A suitably selected lighting, in particular by a Slit diaphragm creates a stripe-shaped light zone in the focus range of the measuring microscope, supports this task The measurement adapter according to the invention results in multiple execution in a row the ability to watch a clocked in a plurality of tracks from a production unit ejected package of DUTs and measure The adapter ensures in particular that the adjacent tracks are not disturbed and that the measurement can be made without changing the track grid The adapter is therefore the only way so far, a real on-line measurement under the conditions of the multi-track operation of a production unit with a single camera to realize the relative movement between the measuring adapter and the camera can be done both in such a way that the camera is stationary and the measuring adapter laterally out of the Transportnchtung as a measuring carriage, as well as movement of the camera on the stationary Meßadapter

Wahrend des Meßvorganges durchqueren die Meßobjekte einzeln und nacheinander unter einem bestimmten Winkel zur optischen Achse einen Bereich, der als Objektebene des Objektivs angesehen werden kann, d h die Bewegung erfolgt aus einem Raum, der entfernter als die Objektebene liegt, durch diese hindurch in einem Raum, der naher als diese liegt, so daß die Abbildung aus dem unscharfen Bereich über die scharfe Abbildung in den unscharfen Bereich erfolgt Das analoge Signal am Ausgang der CCD-Zeile ändert sich bei dieser Bewegung Die hellen Stellen der abgebildeten Struktur entsprechen einem höheren Potential am Ausgang als die dunkleren Bei unscharfer Abbildung der zu messenden Struktur sind die Flanken des analogen Signales, die der Hell-Dunkel-Grenze des Meßobjektes entsprechen, flach, und sie werden mit schärferer Abbildung immer steiler Die Flankensteilheit erreicht ein Maximum, wenn die zu messende Struktursich in der Objektebene des Objektivs befindet Beim Entfernen aus der Objektebene wird die Flankensteilheit wieder geringer Diese Veränderung der Flankensteilheit wird in vorliegender Erfindung zum Erkennen der Lage der zu messenden Struktur ausgenutzt Dazu wird das analoge Ausgangssignal der CCD-Zeile digitalisiert und mittels eines Mikrorechners geeignet bewertet Die Quantisierung der Amplitude des analogen Signals erfolgt ausschließlich in zwei Amplitudenstufen mittels eines Komparators Durch geeignete Wahl der Komperatorschweile wird erreicht, daß die Impulsbreite des Komparatorausgangssignalsder Lange der zu messenden Struktur entspricht Das wird dadurch realisiert, daß das Signal zeitlich quantisiert wird, so daß jedes Teilstuck durch ein Bit charakterisiert istDuring the measuring process, the measuring objects traverse individually and successively at a certain angle to the optical axis a region which can be regarded as an object plane of the objective, ie the movement takes place from a space which is located farther than the object plane through it in a space, The analogue signal at the output of the CCD line changes during this movement. The bright areas of the imaged structure correspond to a higher potential at the output than the darker If the structure to be measured is blurred, the flanks of the analog signal corresponding to the light-dark boundary of the object to be measured are flat, and they become steeper and sharper. The steepness reaches a maximum when the structure to be measured in the Object plane of the lens is When removing from the Ob In the present invention, this change in edge steepness is exploited to detect the position of the structure to be measured. For this, the analog output signal of the CCD line is digitized and suitably evaluated by means of a microcomputer. The amplitude of the analog signal is quantized exclusively in two Amplitude stages by means of a comparator By suitable selection of the comparator inductance it is achieved that the pulse width of the comparator output signal corresponds to the length of the structure to be measured. This is realized by temporally quantizing the signal so that each piece is characterized by a bit

Durch Auszahlen der entsprechenden Bits erhalt man einen der zu messenden Struktur proportionalen Wert, der sich mit der Bewegung des Objektes durch die Objektebene verändertBy paying out the corresponding bits, one obtains a value proportional to the structure to be measured, which changes as the object moves through the object plane

exemplary

Die Erfindung soll anhand der Ubersichtszeichnung zum Ausfuhrungsbeispiel erläutert werden Die, wie in Figur 1 dargestellt, aus der ausgebenden Fertigungseinrichtung 1 in mehreren Spuren nebeneinander, gleichzeitig getaktet, ausgegebenen Meßobjekte gelangen auf den sagezahnformigen Meßadapter 2 Dieser fahrt seitlich auf der Fuhrung aus der Transportrichtung heraus und nach Erreichen des Umkehrpunktes, der durch das Überstreichen aller Meßobjekte durch die optische Achse gegeben ist, wieder zum Ursprungspunkt zurück Wahrend dieser Zeit der Relativbewegung erfolgt die Messung Bei größerer Fahrgeschwindigkeit des Meßwagens muß eine Fixierung der Meßobjekte auf dem Meßwagen erfolgen Ist der Meßwagen an seinen Ursprungspunkt zurückgekehrt, werden die ausgemessenen Meßobjekte durch eine geeignete Vorrichtung, insbesondere durch einen Schieber, vom Meßadapter auf die aufnehmende folgende Fertigungseinnchtung 4 geschoben, wobei gleichzeitig die neuen auszumessenden Meßobjekte auf den Meßadapter befordert werden Um die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Meßadapters auszunutzen, befinden sich jeweils 2 Reihen Meßobjekte auf dem Wagen, wobei die eine Reihe beim Vorwartsgang, die andere Reihe im Rückwärtsgang des Wagens gemessen wird Die Kamera 5, wie in Figur 2 dargestellt, wird hierbei auf die jeweils abzutastende Reihe gerichtet Dazu ist ein an der den Meßobjekten zugewandten Seite des Objektivs 7 ein Prisma 6 angebracht, das um die senkrechte optische Achse um den notwendigen Winkel schwenkbar ist In der Bildebene des Objektivs befindet sich die CCD-Zeile 8 In der Auswerteelektronik werden die Signale der CCD-Zeile verarbeitet und zur Ausgabe an den Rechner aufgearbeitet Eine Beleuchtungseinrichtung 2 sorgt fur optimale LichtverhaltnisseThe invention will be explained with reference to the Ubersichtszeichnung the exemplary embodiment, as shown in Figure 1, from the issuing manufacturing facility 1 in several lanes next to each other, simultaneously clocked, issued test objects reach the sagezahnformigen measuring adapter 2 This ride laterally on the leadership of the transport direction out and after reaching the reversal point, which is given by the sweeping of all measured objects through the optical axis, back to the origin point during this time of relative motion, the measurement takes place at higher speed of the measuring carriage fixation of the measurement objects must be done on the measuring carriage Is the measuring carriage to its origin Returned, the measured objects to be measured are pushed by a suitable device, in particular by a slide, from the measuring adapter to the receiving following manufacturing device 4, at the same time the new measured objects to be measured In order to utilize the forward and backward movement of the measuring adapter, there are in each case 2 rows of measuring objects on the carriage, the one row being measured in the forward gear, the other row in the reverse gear of the carriage. The camera 5 as shown in FIG For this purpose, a prism 6 is attached to the side of the objective 7 facing the objects to be measured, which is pivotable about the necessary angle about the vertical optical axis. In the image plane of the objective is the CCD line 8 In the transmitter, the signals of the CCD line are processed and processed for output to the computer A lighting device 2 ensures optimal lighting conditions

Claims

Apparatus for optoelectronic detection of layer thicknesses during the technological flow in several Forderspuren means of CCD line camera and evaluation, characterized in that a sagezahnformiger Meßadapter spreads the samples in several Meßspuren and arranged perpendicular to the Schichtnormalen CCD line detects the temporally sequential passage of the layers to be measured ,

For this

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