CN1246703C - 以光学方式对多层电子部件进行检查的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种针对多层晶片等的新的光检查技术，其中仅检查顶层的导体图案，这样的一个顶层位于由透明的或半透明的绝缘材料构成的中间层上，而中间层又位于一个(或多个)在其下的低层上，其中仅对中间层涂荧光物质，顶层导体作为荧光区域中的暗区加以显示，并使来自中间层之下各层的反射有效地消除，以避免与被检查的顶层导体相混淆。还提供了一种采用所述光检查方法的装置。

Description

以光学方式对多层电子部件进行检查的方法和装置
技术领域
本发明涉及对电子部件等的光检查，更具体地说，涉及多层电子部件的光检查，例如用于对那些可形成集成电路芯片的晶片、平面显示器面板、多芯片模块、以及柔性电路连接板和压印板等多层电子部件的检查。这些电子部件中包括一系列呈不同图案的导体的顶层；一个中间层(有时在顶部外部地附有导体层)，包括透明的或半透明的绝缘材料；以及由陶瓷、玻璃、金属等构成的基础衬底(即底层)，而且在各种图案中还常常附有导体。
背景技术
先前荧光发射一直用于检查电子线路板，这种电子线路板由一系列环氧树脂层组成，这些环氧树脂层包含沉淀于其中的、定义了电路的导体。导体通常为金属，例如铜、氧化铜、具有锡覆盖的软熔的铜等，而且表面光洁度可能非常粗糙，实践证明，使用光成像技术对粗糙的表面准确地进行缺陷检查是相当困难的。因此，检查设备制造商已开始使用激光技术，即对激光的波长加以选择，以使其适用于令附有包含电子电路的导体的环氧树脂层发射荧光。在这样做的过程中，环氧树脂背景以一个不同的波长(颜色)发射荧光，而导体不发射荧光，因此会出现暗区。如果导体拥有缺陷，例如断裂的导体，那么这样的缺陷将会以非暗区的形式显现出来，而且可对它们加以定位。同样，短路(short)也会以暗区的形式出现在本来应该为亮区的地方，因而也能够作为缺陷检测出来。对于荧光的这一使用的重要性特别在于其克服了因粗糙的导体线条本身的光变化或成像的不完美所造成的影响。
在由R.A.DeVries等人发表的一篇名为“Digital Optical Imaging OfBenzo-Cyclobritene(BCB)Thin Films On Silicon Wafers”的文章(材料沉淀协会论文集，1995年第381卷第165～173页)中，描述了利用薄膜发射荧光以揭示厚度变化或粒子等。
荧光也一直用于对机械部件等中的各种裂缝和缺陷的检测，在这一检测过程中，人们把荧光材料涂刷在部件上，然后擦掉，以致于荧光材料得以保留的唯一的地方是裂缝中或缺陷中，即荧光材料已经渗入到裂缝中或缺陷中。
本发明所关注的是致密的多层集成化的电路部件。另外，在这些电路部件中，多个层(即涂层)叠加在一个底基础衬底层上，底基础衬底层本身可包含导体线条，在底基础衬底层上叠加了一个透明的或半透明的中间绝缘层。依次，附有一个包含导体的图案的顶层，人们将对这些导体图案进行检查，以发现缺陷。针对这样的缺陷等，在对这样的多层部件进行检查的过程中出现了一个极不寻常的问题。这一问题的源于来自所有叠加层的反射的扰动，因为从较低层以及顶层所反射的入射光创建了对所有这些反射的一个叠置，这一叠置不允许按所要求的那样仅针对导体图案顶层进行有区别的检查。
试图通过使用暗区、表面角发光、色差，以及交叉极化发光区别顶层导体图案图像，尚未获得成功。
然而，本发明基于这样的一个发现：通过对一个中间光传输层的使用，较佳的做法是令这一中间光传输层为透明的或半透明的敏感的绝缘层，可响应一个预确定波长的入射光，按一个不同的波长发射荧光，顶层上的导体图案的导体按其最初的波长反射入射光，且不发射荧光，从而可以很容易地加以区别。仅对顶层导体进行所希望的检查可有区别和有选择地得以实现，同时也可拒绝、屏蔽、或消除从中间荧光发射层之下各层反射的入射光，极好地解决了以上所提到的问题。
尽管在事前技术中这样的一个方案一直采取精心的、预先制造的平面分层的表面，但这不适合于不规则的高低不平的电路板和大量生产的电路板和晶片等的角度变化的导体，而本发明解决了这一问题。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一个新的，改进了的方法和装置，这一新的、改进了的方法和装置可有区别和有选择地对一个多层电子部件等的顶层的缺陷等进行光检查，这一多层电子部件等还包括中间层和底层。其中，顶层包括导体的一个图案，例如线条等，将有区别地对它们加以检查，以发现这样的缺陷。中间层包括透明的或有点半透明的、对荧光敏感的绝缘体，以响应预确定入射波长的检查光，有选择地把顶层导体作为发射荧光的中间层图像上的黑暗图像加以显示，而且发射荧光的图像屏蔽来自较低层的反射。
本发明的又一个目的是提供这样的一个新的光检查技术，这一新的光检查技术可有选择地检查具有导体等的顶层，并可在成像的同时能够有效地使来自顶层之下包括导体的各层的反射有效地完全消失。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种利用预定波长的入射光和成像检查照相机以光学方式对多层电子部件的顶层进行检查的方法，该多层电子部件还包括中间层和底层，顶层包括待检查导体的一个图案，这一图案覆盖了中间层的一部分，中间层由透明或半透明的绝缘材料构成，这种材料响应入射光以与上述预定波长不同的波长发射荧光，使得导体的图案把中间层的一些荧光区域暴露给照相机，照相机仅接收荧光波长，该方法包括滤除预定波长的入射光，以便在照相机中产生在发射荧光的中间层图像的背景中相对为暗的导体图案的图像，来自中间层之下的光反射有效地消失，该方法的特征在于适用于对所述多层电子部件的检查，这种多层电子部件的中间层是不规则的高低不平的层，一系列凹陷之间是一些相对平坦的区域，图案包括待检查导体，待检查导体置放在中间层上，相对于入射光的轴线成一定角度，该方法包括唯直照相机前的被过滤的光，以便在荧光光线中不仅聚集中间层沿平行于入射光的轴线发射的荧光光线，而且聚集沿不平行于所述轴线的方向发射的荧光光线，所述准直允许从未被导体覆盖的中间层的暴露区域接收荧光光线，因而增加了在照相机处所接收和成像的荧光，提供了在照相机形成的图像中实现了增强对比度的暗导体图案的荧光图像。
本发明还提供了一种以光学方式检查多层电子部件的顶层的装置，该多层电子部件还包括中间层和底层，顶层包括置放在中间层上并只覆盖其一部分的待检查导体的图案，该中间层由透明或半透明的绝缘材料构成，所述装置具有预定波长的入射光源，只有中间层以不同波长发射荧光对所述入射光源作出响应，所述装置还具有将入射光导向顶层以使入射光反射至照相机而在照相机中成像顶层的光路，以及滤除预定波长的反射光以防止其被照相机接收的装置，在照相机中产生了在发射荧光的中间层图像的背景中相对为暗的导体图案的图像，来自中间层之下的光反射有效地消失，该装置的特征在于，适用于对多层电子部件的检查，这种多层电子部件的中间层具有不规则地间隔和形成的高低不平，图案包括待检查导体，待检查导体置放在中间层上，相对于入射光的轴线成一定角度，该装置还包括在照相机前面的准直透镜，用来在荧光光线中不仅聚集中间层沿平行于入射光的轴线发射的荧光光线，而且聚集沿不平行于所述轴线的方向发射的荧光光线，准直透镜允许从未被导体覆盖的中间层的暴露区域接收荧光光线，因此增加了在照相机处所接收和成像的荧光，提供了在照相机形成的图像中实现了增强对比度的暗导体图案的荧光图像。
附图说明
图1A和1B是部分断面图，描述了根据本发明的技术从多层芯片等反射回到一架检查照相机的光反射。在扫描过程中，图1B中的芯片从图1A的位置已移到左侧，移至照相机的前端；
图1C是下一个扫描位置处的一个相类似的视图，描述了仅从中间层散射回到照相机的荧光；
图2说明了一个优选的中间层绝缘材料响应488纳米的氩入射光线的荧光光谱范围；
图3说明了在本发明之前出现于一个多层晶片的各层的叠置在一起的互相混合和不可区分的反射，表明有区别地检测仅出现在顶层中的缺陷显然是不可能的。
图4说明的是根据本发明通过对发射荧光的中间绝缘层加以选择而进行成像的过程，描述了解决有选择地表示导体的顶层图案，并抑制中间层之下的所有反射的问题的一个整体方案。
图5和图6分别类似于图3和图4，图5和图6针对的是一个不同的晶片，再次说明了本发明的功效。
最佳实施方式
现将结合附图对本发明进行详细的描述。
图1A～C说明的是具有以上所描述的特征的一个典型的多层芯片。这一多层芯片包括一个基础层，即衬底层L4(例如由陶瓷构成)，其上附有一个金属导体C的层L3，再由一个中间层L2加以覆盖，通常较佳的做法是令这一中间层为透明的或半透明的绝缘材料，例如为有机聚酰亚胺材料等，中间层把较低层导体C与叠加在中间绝缘层L2上的一个顶层L1上更进一层的导体C1绝缘开来。
说明了来自一个光源的入射光，这一入射光是由一个在芯片的顶层L1之上的一个半银的镜子M导向的，并从导体C1的顶层图案反射。纵向实箭头线表示光照的入射L和向检查照相机CAM返回的反射R。由于覆盖层L3的较低的导体C的中间绝缘层L2不会是平的，而且具有不规则的隆起点，如图中所示，由各层中的凹陷所形成，所以层L2中投射的不规则性或不平整性可能会使顶层导体C1发生一定的角度变化，如图中所示，以及由于导体C1的沉淀层的角度，将会使来自那里的某些反射不能到达照相机。但导体C1的平坦区域将会在R处将光反射至检查照相机。由于透明的或半透明的中间绝缘层L2的光传输特性，光也将从较低层导体C(图1B)和基础层L4反射回到照相机CAM。这导致了来自不同层的重叠的反射的一个合成，从而使仅对顶层的检查(即使在许多情况中不是不可能的)变得混淆且相当困难。以下将对这一点更充分地加以解释。
例如，照相机和图像处理电路可以是在序号为5,119,434和4,697,088的美国专利中所描述类型，这两个专利所针对的是对多层制造芯片或其它部件的图像检查，即当部件通过照相机或照相机在部件上扫描时，对部件进行检查。序号为5,058,982、5,153,668、以及5,333,052的美国专利中描述了其它检查装置，如进一步所描述的。
根据本发明，通过对一个入射光L波长的专门的使用，极好地消除了这一混淆，对这一入射光波长L的专门的使用，将导致仅中间绝缘层L2发射一个波长大于入射光波长的荧光，在图1C中，在从层L2的不规则的表面沿所有方向返回的由虚线表示返回射线F对此概要性地加以说明，其中某些荧光射线由透镜L1准直以用于照相机CAM，包括从该层所暴露的高低不平的/凹陷的区域而不是由角度变化的导体所覆盖的区域偏离纵向轴的由虚线表示的射线成分。通过过滤除那些在滤波器FIL处发射的具有较大波长的荧光的射线外的所有射线，在滤波器FIL处抑制图1A和1B的入射光波长的反射R，照相机CAM将仅成像来自中间层L2的荧光。使用足以导致发射荧光的层大体上是完全不透明的足够厚的一个发射荧光的中间层L2，将导致在层L2的发射荧光的图像中导体C1的顶层图案显示为黑暗的，而且由于来自中间层L2之下的各层的所有入射光波长反射R被屏蔽或被抑制，所以它们有效地消失(在图1A和1B中，显示为未穿过过滤器FIL)，提供了一个仅对导体C1的清晰的、有选择的检查。中间层(L2)具有通路，即孔，在存在有来自绝缘层之下的非荧光层的穿过这些孔的反射时，在发射荧光的图像中这些孔呈黑暗色。
如以上所述的，图2描述的是一种优选的具有透明的或半透明特征的聚酰亚胺材料的荧光强度图谱，这种材料可用对合适的一种优选的氩激光光源X作出响应的作绝缘层L2。
对此，图3和4对本发明的功效进行了比较。图3中是由这样的一个多层晶片电路所产生的一个通常的白光图像，描述了在顶导体层之后的所有层。
在图3所示的多层晶片结构中，顶层呈白色，并具有许多穿过它的黑暗的线条，这些黑暗的线条是由表面结构的变化所造成的，而且在后面的所有层也是可见的。不仅很难确定哪一层是顶层，而且发现关于顶层导体线条中的断裂、短路(short)、或任何缺陷实际上也是不可能的。相反地，图4是根据本发明(图1C)所获得的荧光图像的一张照片，这张照片清晰地显示了顶层导体。导体线条的表面的变化也是明显的。通过这一技术，可对顶层进行检查，而且无任何来自其下各层的光反射的干扰或覆盖。
图5中描述了另一个多层芯片模块，这一多层芯片模块具有三层，其中很难确定哪一层是顶层，而且由于结构上的变化，出现许多贯穿图像的线条和带状物。然而在图6中，由于使用了本发明(图1C)，荧光图像非常清楚地把顶层导体与其它较低层区别开来。
尽管至此已结合发射荧光的绝缘层对本发明进行了一般性的描述，但所优选的层是聚酰亚胺有机物，这种有机物可响应488(或514)纳米的入射的氩光波长照射发射荧光。荧光光谱在大约500～700纳米的范围内(图2)。在这样的一个范围内，可成功地实现一个有选择的过滤，从而可有效地区别任何来自因入射光所导致的不发射荧光的材料的反射，如图4和图6所描述的。其它的波长源和相应的荧光材料，如在以上的文章中所描述的，也可根据本发明的现象加以使用。所优选的底层，即基础衬底L4，可选用陶瓷、玻璃、环氧树脂、或金属。此外，本发明还适用于任何拥有类似多层电子或其它部件的场合，即任何需要这样的有选择地对顶层检查而不会因来自较低层的反射所混淆的多层电子或其它部件。除可用以形成集成电路芯片的晶片外，这些多层电子或其它部件还包括平面显示面板、多芯片模块、以及柔性电路连接板和压印板等其它应用。
那些熟悉这一技术的人将会领悟到：对本发明的进一步的修改也将是可能的，所有这样的修改都将被视为属于本发明的范围，如权利要求书中所定义的。

Claims (11)

1.一种利用预定波长的入射光(L)和成像检查照相机(CAM)以光学方式对多层电子部件(C)的顶层(L1)进行检查的方法，该多层电子部件还包括中间层(L2)和底层(L4)，顶层(L1)包括待检查导体(C′)的一个图案，这一图案覆盖了中间层(L2)的一部分，中间层(L2)由透明或半透明的绝缘材料构成，这种材料响应入射光以与上述预定波长不同的波长发射荧光，使得待检查导体(C′)的图案把中间层(L2)的一些荧光区域暴露给照相机(CAM)，照相机仅接收荧光波长，该方法包括滤除预定波长的入射光，以便在照相机(CAM)中产生在发射荧光的中间层图像的背景中相对为暗的导体图案的图像，来自中间层之下的光反射有效地消失，该方法的特征在于适用于对多层电子部件的检查，这种多层电子部件的中间层(L2)是不规则的高低不平的层，一系列凹陷之间是一些相对平坦的区域，图案包括待检查导体(C′)，待检查导体(C′)置放在中间层上，相对于入射光(L)的轴线成一定角度，该方法包括准直照相机(CAM)前的被过滤的光，以便在荧光光线(F)中不仅聚集中间层沿平行于入射光(L)的轴线发射的荧光光线，而且聚集沿不平行于所述轴线的方向发射的荧光光线，所述准直允许从未被导体覆盖的中间层的暴露区域接收荧光光线，因而增加了在照相机处所接收和成像的荧光，提供了在照相机形成的图像中实现了增强对比度的暗导体图案的荧光图像。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述中间层(L2)具有通路，即孔，在存在有来自所述中间层(L2)之下的非荧光层的穿过这些孔的反射时，在发射荧光的图像中这些孔呈黑暗色。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述底层(L4)是从由陶瓷、玻璃、以及金属所组成的一组材料中选择的一个基础衬底。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述中间层(L2)是可响应入射光波长发射荧光而对荧光敏感的有机物层。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述有机物层包括聚酰亚胺。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述入射光(L)是由一个氩光源提供的，这一氩光源具有488或514纳米的预确定的发射光谱，来自所述中间层(L2)的荧光在约500～700纳米的范围内。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述多层电子部件(C)是从一个由用于形成集成电路芯片的晶片、平面显示器面板、多芯片模块、以及柔性电路连接板和压印板所组成的部件组中选择的。
8.以光学方式检查多层电子部件(C)的顶层(L1)的装置，该多层电子部件还包括中间层(L2)和底层(L4)，顶层(L1)包括置放在中间层(L2)上并只覆盖其一部分的待检查导体(C′)的图案，中间层(L2)由透明或半透明的绝缘材料构成，所述装置具有预定波长的入射光源，只有中间层(L2)以不同波长发射荧光对所述入射光源作出响应，所述装置还具有将入射光(L)导向顶层(L1)以使入射光反射至照相机(CAM)而在照相机中成像顶层的光路，以及滤除预定波长的反射光以防止其被照相机接收的装置(FIL)，在照相机中产生了在发射荧光的中间层图像的背景中相对为暗的导体图案的图像，来自中间层之下的光反射有效地消失，该装置的特征在于，适用于对多层电子部件的检查，这种多层电子部件的中间层(L2)具有不规则地间隔和形成的高低不平，图案包括待检查导体(C′)，待检查导体(C′)置放在中间层上，相对于入射光(L)的轴线成一定角度，该装置还包括在照相机(CAM)前面的准直透镜(L′)，用来在荧光光线(F)中不仅聚集中间层沿平行于入射光的轴线发射的荧光光线，而且聚集沿不平行于所述轴线的方向发射的荧光光线，准直透镜(L′)允许从未被导体覆盖的中间层的暴露区域接收荧光光线，因此增加了在照相机(CAM)处所接收和成像的荧光，提供了在照相机形成的图像中实现了增强对比度的暗导体图案的荧光图像。
9.如权利要求8所述的装置，其中入射光(L)是由一个氩光源提供的，这一氩光源具有488或514纳米的预确定的发射光谱，来自所述中间层(L2)的荧光在约500～700纳米的范围内。
10.如权利要求8所述的装置，其中中间层为聚酰亚胺。
11.如权利要求8所述的装置，其中所述多层电子电子部件(C)是一个晶片芯片。
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C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Tourara Engineering Co., Ltd.

Assignor: Beltronics Inc.

Contract record no.: 2010990000367

Denomination of invention: Multi-layered electronic parts

Granted publication date: 20060322

License type: Exclusive License

Open date: 20020731

Record date: 20100701

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
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Granted publication date: 20060322

Termination date: 20161115