DE102011081665A1

DE102011081665A1 - Vorrichtung zur Inspektion von elektrisch leitenden Strukturen mittels inhomogenem elektrischen Feld

Info

Publication number: DE102011081665A1
Application number: DE102011081665A
Authority: DE
Inventors: Martin Kördel; Fatih Alatas; Anton Schick
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2013-02-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kapazitiven, kontaktlosen und zerstörungsfreien in einem räumlichen Bereich ausgeführten Inspektion einer Vielzahl von auf oder in einem Substrat (1) erzeugten elektrisch leitenden insbesondere isolierten Strukturen (3), wobei mittels eines Anregungssignals zwischen einem Substrathalter (5) und einer Sensorelektrode (11) bereits ohne elektrisch leitende Struktur (3) ein inhomogenes elektrisches Feld mittels der geometrischen Form der Sensorelektrode (11) und gegebenenfalls mittels einer Schirmung (8) erzeugt wird. Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders zur Inspektion von gedruckter Elektronik und elektrisch leitenden isolierten Strukturen (3) von Flachbildschirmen. Es werden eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Genauigkeit der Inspektion erzielt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kapazitiven, kontaktlosen und zerstörungsfreien Inspektion einer Vielzahl von auf oder in einem Substrat erzeugten elektrisch leitenden Strukturen sowie eine entsprechende Verwendung einer derartigen Vorrichtung.
Die DE 10 2005 022 884 B4 offenbart ein Verfahren zur kontaktlosen Inspektion von einer auf einem flächigen Substrat ausgebildeten Leiterbahnstruktur, bei dem mittels einer Positioniereinrichtung eine Elektrode relativ zu der Leiterbahnstruktur in einem vorbestimmten Abstand positioniert wird, zwischen der Elektrode und der Leiterbahnstruktur eine elektrische Spannung angelegt wird, die Elektrode durch eine entsprechende Ansteuerung der Positioniereinrichtung relativ zu dem Träger in einer Ebene parallel zu dem Träger bewegt wird, zumindest an ausgewählten Positionen der Elektrode relativ zu dem Träger ein Umladestromfluss durch eine mit der Elektrode verbundene elektrische Leitung gemessen wird, der durch eine Änderung eines zwischen der Elektrode und der Leiterbahnstruktur durch die elektrische Spannung erzeugten elektrischen Felds bewirkt wird und aus der Stärke des Umladestromflusses der lokale Spannungszustand der Leiterbahnstruktur in dem Teilbereich detektiert wird.
Die Inspektion insbesondere von auf oder in Glas oder Kunststoff ausgebildeten elektrisch leitenden und elektrisch isolierten elektronischen Strukturen, die während der Inspektion nicht direkt elektrisch kontaktiert werden können, erfordert spezielle Inspektionstechniken.
Eine Inspektionstechnik einer Beaufschlagung zu inspizierender Strukturen mit einer elektrischen Spannung erfolgt bei derartigen Untersuchungsobjekten mittels kapazitiver Kopplung. Beispielsweise kann eine auf einem Umladestrom I_dis= C_sen·dU/dt (1) zwischen einer Sensorelektrode und den zu inspizierenden elektrisch leitenden isolierten Strukturen beruhende Inspektionstechnik verwendet werden. Csen gemäß Formel (1) ist hierbei eine zwischen einer Sensorelektrode und einer zu inspizierenden elektrisch leitenden Struktur gebildeten Kapazität und U die sich zwischen beiden ergebende beziehungsweise an beiden anliegende Spannung. Dabei ist die Sensorelektrode insbesondere dauerhaft auf einem festen Potential gehalten.
Wird als eine Einkoppelelektrode eine flächige Auflage für eine Inspektion von elektrisch leitenden isolierten Strukturen verwendet, ist eine Detektion dieser Strukturen und damit eine Defektinspektion lediglich in Ausnahmefällen möglich. Eine derartige Anordnung zeigt 1.
Ist insbesondere eine laterale Ausdehnung der zu inspizierenden Strukturen kleiner als die Ausdehnung der Sensorelektrode und der diese gegebenenfalls umgebenden metallischen Halterungen, beispielsweise bei Verwendung eines metallischen Luftlagers, und/oder einer Schirmung, so liegt eine Ursache hierfür in der Geometrie, der aus Strukturen, Einkoppelelektrode, Sensorelektrode, Halterung und gegebenenfalls Schirmung gebildeten Gesamtanordnung begründet. Eine derartige Anordnung stellt 2 dar.
Der vorliegenden Erfindung liegt ein interner Stand der Technik gemäß 3 zugrunde. Gemäß einer derartigen Anordnung liegen eine Sensorelektrode und eine laterale Abschirmung in einer Ebene. Liegen die Sensorelektrode und die Schirmung in einer Ebene, so können die elektrisch leitenden isolierten Strukturen nicht detektiert werden. Dies gilt unabhängig von der Größe der Sensorelektrode. Die Anordnung gemäß 3 kann in Verbindung mit der Anordnung gemäß 2 näherungsweise als ein Plattenkondensator gesehen werden, wobei dessen Platten durch eine Einkoppelelektrode und eine Sensorelektrodenfläche gebildet werden. Da eine Dicke eines Substrats oder Trägermaterials meist deutlich größer ist, als eine Dicke der zu inspizierenden Strukturen, deren Dicke im Bereich von einigen hundert nm liegt, wird die Kapazität im Bereich der zu inspizierenden Strukturen lediglich unwesentlich größer, sodass damit eine Detektion nahezu unmöglich ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontaktlosen und zerstörungsfreien Inspektion von elektrisch leitenden Strukturen derart bereit zu stellen, dass in einem kartesischen x-, y-, z-Koordinatensystem eine Erstreckung einer elektrisch leitenden Struktur entlang der z-Achse und/oder eine Erstreckung der elektrisch leitenden Struktur entlang der x-, y-Ebene einfach und zuverlässig erfasst werden. Es soll eine Vielzahl von elektrisch leitenden Strukturen wirksam inspiziert werden können. Es sollen beispielsweise Risse in den elektrisch leitenden Strukturen oder Kurzschlüsse zwischen in einem Substrat liegenden Leiterbahnen zuverlässig erkannt werden. Es sollen insbesondere elektrisch leitende isolierte Strukturen auf oder in einem Substrat inspiziert werden können, die floatend oder nicht floatend sein können. Es sollen beispielsweise Display-Substrate und gedruckte Schaltungen inspiziert werden können. Es sollen die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch und deren Verwendung gemäß dem Nebenanspruch gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur kapazitiven, kontaktlosen und zerstörungsfreien in einem räumlichen Bereich ausgeführten Inspektion einer Vielzahl von auf oder in einem Substrat erzeugten elektrisch leitenden Strukturen beansprucht, mit einem das Substrat positionierenden elektrisch leitenden Substrathalter, an dem ein mittels einer Anregungssignalerzeugungseinrichtung erzeugtes Anregungssignal angelegt ist; einer auf der dem Substrathalter abgewandten Seite des Substrats in einem konstanten Abstand zu einer Oberfläche des Substrats positionierten Sensorelektrode; einer Messeinrichtung zur Erfassung eines Sensormesssignals an der Sensorelektrode; einer Auswerteeinrichtung zur Bestimmung einer räumlichen Erstreckung einer elektrisch leitenden Struktur mittels des erfassten Sensormesssignals. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein mittels des Anregungssignals zwischen dem Substrathalter und der Sensorelektrode ausgebildetes elektrisches Feld in dem räumlichen Bereich der Inspektion bereits ohne elektrisch leitende Struktur mittels einer geometrischen Form der Sensorelektrode inhomogen erzeugt ist, wobei Feldlinien des elektrischen Feldes an einer Gesamtoberfläche der Sensorelektrode enden oder beginnen.
Wird ein mittels des Anregungssignals zwischen dem Substrathalter und der Sensorelektrode ausgebildetes elektrisches Feld in dem räumlichen Bereich der Inspektion bereits ohne elektrisch leitende Struktur inhomogen erzeugt, so verzerrt eine in den räumlichen Bereich der Inspektion positionierte elektronische Struktur einen Potentialverlauf, sodass sich eine Änderung der Kapazität und damit des gemessenen Umladestroms gemäß vorstehende Formel (1) ergibt.
Ein eingeprägter ungleichförmiger Potentialverlauf in dem räumlichen Bereich der Inspektion wird wirksamer als ein gleichförmiger Potentialverlauf von einer elektrisch leitenden Struktur verändert und erfasst.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung zur kapazitiven, kontaktlosen und zerstörungsfreien in einem räumlichen Bereich ausgeführten Inspektion einer Vielzahl von auf oder in einem Substrat erzeugten elektrisch leitenden Strukturen verwendet, mit einem das Substrat positionierenden elektrisch leitenden Substrathalter, an dem ein mittels einer Anregungssignalerzeugungseinrichtung erzeugtes Anregungssignal angelegt ist; einer auf der dem Substrathalter abgewandten Seite des Substrats in einem konstanten Abstand zu einer Oberfläche des Substrats positionierten Sensorelektrode; einer Messeinrichtung zur Erfassung eines Sensormesssignals an der Sensorelektrode; einer Auswerteeinrichtung zur Bestimmung einer räumlichen Erstreckung einer elektrisch leitenden Struktur mittels des erfassten Sensormesssignals. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein mittels des Anregungssignals zwischen dem Substrathalter und der Sensorelektrode ausgebildetes elektrisches Feld in dem räumlichen Bereich der Inspektion bereits ohne elektrisch leitende Struktur mittels einer geometrischen Form der Sensorelektrode inhomogen erzeugt ist, wobei Feldlinien des elektrischen Feldes an einer Gesamtoberfläche der Sensorelektrode enden oder beginnen.
Gemäß dem zweiten Aspekt kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur kapazitiven, kontaktlosen und zerstörungsfreien Inspektion einer Vielzahl von auf oder in einem Substrat erzeugten elektrisch leitenden Strukturen in einem räumlichen Bereich der Inspektion besonders vorteilhaft verwendet werden. Da die Stärke einer Verzerrung eines Potentialverlaufs abhängig vom Abstand zwischen einer Sensorelektrode und einer zu inspizierenden elektrisch leitenden Struktur ist, kann eine Tiefe beziehungsweise Lage im Substrat oder Trägermaterial vergrabener Strukturen relativ zur Oberfläche des Substrats oder Trägermaterials bestimmt werden. In Folge einer Abnahme der Verzerrung verringert sich eine Kapazitätsvariation für Strukturen innerhalb des Substrats beziehungsweise Trägermaterials, so dass sich bei einer identischen Geometrie ein schwächeres Sensormesssignal ergibt.
Eine Sensorelektrode bildet einen dreidimensionalen Körper aus, wobei eine Gesamtheit aller Oberflächen der Sensorelektrode eine Gesamtoberfläche ist. Halterungen oder elektrische Verbindungen zur Sensorelektrode sollen in der Praxis eine theoretische Gesamtoberfläche praktisch lediglich minimal verkleinern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das inhomogene elektrische Feld mittels einer geometrischen Form der Sensorelektrode ausgebildet werden. Besonders vorteilhaft kann eine Anpassung der Form der zur Inspektion verwendeten Sensorelektrode ausgeführt werden. Ziel einer derartigen Anpassung ist es im Vergleich zum vorstehend beschriebenen Stand der Technik, eine Gesamtoberfläche einer Sensorelektrode derart bereitzustellen, das Ungleichmäßigkeiten in dem elektrischen Feld bereits ohne Prüfobjekte eingeprägt sind. Dies ist eine wesentliche Gestaltungsvorschrift. Ein mittels einer derartigen Gesamtoberfläche der Sensorelektrode erzeugtes elektrisches inhomogenes Feld sollte sich hierbei in dem räumlichen Bereich der Inspektion konzentrieren, in dem detektiert wird.
Ein bereits bestehendes, auf kapazitiver Kopplung beruhendes Inspektionssystem gemäß dem Stand der Technik wird zusätzlich hinsichtlich eines verwendeten Sensorchips und einer dazugehörigen Sensorelektrode angepasst. Das Design eines Sensorchips einschließlich der dazugehörigen Sensorelektrode kann dabei gezielt auf ein jeweiliges zu inspizierendes Objekt angepasst werden. Im Vergleich zu Elektronen-optischen Verfahren sind keine Vakuumbedingungen erforderlich. Im Unterschied zu optischen Inspektionsverfahren können sowohl die Struktur als auch die Funktion von elektrisch leitenden Strukturen geprüft werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann in einem kartesischen x-, y-, z-Koordinatensystem sich eine Oberfläche der Sensorelektrode entlang der x-, y-Ebene entlang der Oberfläche des Substrates und kann sich die Sensorelektrode in der z-Richtung grundsätzlich beliebig erstrecken. Besonders vorteilhaft ist eine Erstreckung in der z-Richtung in einer zu den Erstreckungen entlang der x-Achse und der y-Achse gleichen Größenordnung in Richtung zu dem Substrat hin. Es erfolgt eine Anpassung der geometrischen Form der Sensorelektrode. Es erstreckt sich die Sensorelektrode beispielsweise nicht mehr lediglich entlang einer Ebene, so wie dies in 3 dargestellt ist, sondern kann zusätzlich sich aus einer Ebene heraus verlaufend erstrecken. Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft ein inhomogenes elektrisches Feld in einem räumlichen Bereich der Inspektion zur Inspektion von kritischen Strukturen erzeugt werden. Es ist lediglich eine Sensorelektrode erforderlich. Eine Verhältnisbildung aus unabhängigen Sensormesssignalen kann vermieden werden.
Auf diese Weise bildet die Sensorelektrode einen Anteil einer Sensorelektrodenoberfläche aus, der sich zusätzlich in z-Richtung erstreckt und im Unterschied zu einer zur Oberfläche des Substrates parallelen Fläche gekrümmte und damit ein inhomogenes Feld erzeugende Feldlinien bewirkt. Als Größenordnung ist die Hochzahl einer Zehnerpotenz angenommen, mit der eine räumliche Erstreckung in einer x-, y- oder z-Richtung eines Sensorelektrodenkörpers angegeben wird. Liegen beispielsweise die räumlichen Erstreckungen in der x-, y- und z-Richtung im Zentimeterbereich, so liegen derartige Erstreckungen in der gleichen Größenordnung. Analog gilt dies beispielsweise für einen Millimeter- oder beispielsweise Mikrometerbereich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die jeweilige Erstreckung der Sensorelektrode entlang der x-Achse und der y-Achse kleiner oder gleich einer parallelen Ausdehnung der elektrisch leitenden Struktur sein. Auf diese Weise konzentrieren sich Krümmungen von Feldlinien im Bereich einer entsprechenden Ausdehnung der Sensorelektrode. Es soll die laterale Ausdehnung der Sensorelektrode im Bereich der lateralen Ausdehnung der zu inspizierenden elektronischen Strukturen liegen oder kleiner als diese sein. Darüber hinaus kann das Sensordesign beliebig und insbesondere auf die zu inspizierenden elektronischen Strukturen angepasst sein, um ein Inspektionsergebnis zu verbessern.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine erzeugte Kapazität maximal geschaffen sein. Dazu kann beispielsweise die Gesamtoberfläche der Sensorelektrode maximal geschaffen sein. Da das Messsignal, und zwar der Umladestrom, direkt proportional zur Kapazität ist, ist es besonders vorteilhaft die Sensorelektrode derart zu gestalten, dass eine möglichst hohe Kapazität und gleichzeitig ein deutlich ausgeprägte Inhomogenität des mittels der Gesamtoberfläche der Sensorelektrode ausgebildeten elektrischen Feldes erzeugt werden. Eine erhöhte Kapazität bewirkt ein erhöhtes Signalzu-Rauschverhältnis. Je ausgeprägter die Gesamtoberfläche der Sensorelektrode gekrümmte Äquipotentialflächen zwischen Substrathalter und Sensorelektrode bewirkt, umso wirksamer wird das inhomogene elektrische Feld erzeugt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Sensorelektrode zu einer z-Achse achsen- oder zu einer durch zwei zur z-Achse parallele Achsen verlaufende Ebene flächensymmetrisch ausgebildet sein. Auf diese Weise kann eine Inspektion von elektrisch leitenden Strukturen entlang entsprechender Relativbewegungsrichtungen einfach ausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die geometrische Form der Sensorelektrode, die eines Polyeders sein, dessen Grundfläche in der x-, y-Ebene liegt.
Die x-, y-Ebene soll parallel zu einer Oberfläche des Substrats angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die geometrische Form der Sensorelektrode, die eines durch gekrümmte Flächen begrenzten Körpers sein, dessen Grundfläche in der x-, y-Ebene liegt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die geometrische Form der Sensorelektrode, die einer Kombination von Polyeder (n) und/oder durch gekrümmte Flächen begrenztem Köper oder Körpern sein, wobei Grundflächen in der x-, y-Ebene liegen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Polyeder jeweils ein Quader, eine Pyramide oder ein Keil sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein durch gekrümmte Flächen begrenzter Körper ein Zylinder, ein Kegel, eine Teilkugel oder ein Teiltorus sein. Bei einem durch gekrümmte Flächen begrenzten Körper muss die in der x- und y-Ebene ausgebildete Oberfläche der Sensorelektrode eben sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das inhomogene elektrische Feld zusätzlich mittels einer Schirmung der Sensorelektrode erzeugt sein. Eine Schirmung der Sensorelektrode ist grundsätzlich nicht erforderlich, kann aber gezielt verwendet werden, um beispielsweise eine Auflösung eines Sensors zu erhöhen oder Kopplungseffekte für Sensorpositionen im Randbereich der elektronischen Strukturen zu reduzieren. Entsprechend können ein Sensordesign im Hinblick auf die Geometrie der zu inspizierenden elektrisch leitenden insbesondere isolierten Strukturen gezielt optimiert und/oder eine teilweise Schirmung des Elektrodenbereichs vorgenommen werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Schirmung als eine zur x-, y-Ebene parallele und zu dieser bündige Schicht mit einem Abstand zu der Sensorelektrode um diese herum erzeugt sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Schirmung innerhalb ursprünglicher Feldlinienverläufe des elektrischen Feldes ohne der Schirmung zwischen dem Substrathalter und der Sensorelektrode von dieser beabstandet positioniert sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Schirmung die Sensorelektrode teilweise räumlich einhüllen und zu einer z-Achse achsen- oder zu einer durch zwei zur z-Achse parallele Achsen verlaufende Ebene flächensymmetrisch ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Abstand zwischen der Sensorelektrodenfläche und der Schirmung variabel sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Schirmung mehrteilig sein und Teile sich parallel zur x-, y-Ebene und/oder Teile sich entlang der z-Richtung räumlich erstrecken.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Relativbewegungseinrichtung die Oberfläche des Substrats und die Sensorelektrode mit einem konstanten Abstand zueinander in eine Vielzahl von Messpositionen relativ bewegen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Vielzahl von Sensorelektroden mit einem regelmäßigen Muster die Oberfläche des Substrats abdecken und eine Vielzahl von Messpositionen gleichzeitig bereit stellen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das regelmäßige Muster die Oberfläche des Substrats zeilenförmig abdecken.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ermöglicht eine Verwendung von Sensordesigns, die einen ungleichförmigen Potentialverlauf einprägen, insbesondere eine Inspektion von elektrisch leitenden isolierten Strukturen, die beispielsweise als gedruckte Leiterbahnen und/oder gedruckte elektronische Bauelemente erzeugt sind. Auf diese Weise wird eine Inspektion gedruckter elektronischer Bauteile wie beispielsweise Radiofrequenzidentifizierungsmarken (RFID) oder jeder anderen elektronischen Schaltung und ihrer einzelnen Bauteile möglich, die zu großen Stückzahlen hergestellt und erst am Ende einer Prozesskette separiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Substrat ein Bildschirmglassubstrat einer Flüssigkristallanzeige sein und die elektrisch leitenden Strukturen können Leiterbahnen oder Pixelflächen sein. Die Verwendung von Sensordesigns die einen ungleichförmigen Potentialverlauf einprägen, ermöglicht auf diese Weise die Inspektion von planen elektronischen Bauteilen von Geräten, wie dies beispielsweise Flachbildschirme jeglicher Bauart, Flachdetektoren und elektronische Zeitungen, die ebenso als elektronisches Papier bezeichnet werden, bereits in Fertigungsstadien, in denen die elektronischen Bauteile noch nicht zugänglich sind, beziehungsweise noch nicht direkt elektrisch kontaktierbar sind.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Anordnung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Anordnung;
3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Anordnung;
4a und 4b zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Anordnung;
5a bis 5g weitere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Anordnung;
6 eine Darstellung von Kapazitätsverläufen zweier erfindungsgemäßer Anordnungen.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Anordnung. 1 zeigt eine schematische Darstellung elektronischer beziehungsweise elektrisch leitender Strukturen 3, die auf einem Trägermaterial beziehungsweise Substrat 1 ausgebildet sind. Das Substrat 1 ist auf einer metallischen Auflagefläche beziehungsweise einem Substrathalter 5, der beispielsweise als ein Chuck ausgeführt sein kann, positioniert. 1 zeigt eine Draufsicht.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Anordnung. 2 stellt eine schematische Darstellung von elektronischen Strukturen 3 auf einer metallischen Auflagefläche 5 dar. Gemäß 2 ist eine laterale Ausdehnung der elektronischen beziehungsweise elektrisch leitenden Strukturen 3 in einer x- und y-Ebene parallel zu einer horizontalen Begrenzungsfläche eines Substrats 1 kleiner als die einer Sensorelektrode 11. 2 zeigt ebenso eine Draufsicht.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung. 3 zeigt dabei eine Sensorelektrode 11 eines gemäß einem internen Stand der Technik verwendeten Sensors. Die Sensorelektrode 11 ist von einer lateralen metallischen Schirmung 8 umgeben, die in einer gemeinsamen Ebene mit der Sensorelektrode 11 ausgebildet ist. Die Sensorelektrode 11 ist als eine Sensorelektrodenschicht ausgebildet. Mittels einer Signalleitung 15 kann ein Sensormesssignal von der Sensorelektrodenschicht einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden.
4a und b zeigen zwei Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Anordnungen im Querschnitt. 4a und 4b zeigen Ausführungsbeispiele zweier Sensorelektroden 11, denen jeweils eine Schirmung 8 zugeordnet ist. Sensorelektrode 11 und Schirmung 8 sind dabei Bestandteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kapazitiven, kontaktlosen und zerstörungsfreien in einem räumlichen Bereich ausgeführten Inspektion einer Vielzahl von auf oder in einem Substrat 1 erzeugten elektrisch leitenden Strukturen 3. Entsprechend 1 ist ein das Substrat 1 positionierender elektrisch leitender Substrathalter 5 bereit gestellt, an dem ein mittels einer Anregungssignalerzeugungseinrichtung 7 erzeugtes Anregungssignal angelegt ist. Eine Inspektion beruht auf einer kapazitiven Kopplung, wobei zu inspizierende insbesondere elektrisch leitende isolierte Strukturen 3 mit einer Anregungsspannung beaufschlagt werden.
5d zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorelektrode 11, die auf einer dem Substrathalter 5 abgewandten Seite des Substrates 1 in einem konstanten Abstand zu einer Oberfläche des Substrates 1 positioniert wird. Mittels einer Signalleitung 15 wird an der Sensorelektrode 11 ein Sensormesssignal erfasst und von einer Messeinrichtung 12 gemessen. Gemäß 5d enden die Feldlinien des zwischen Substrathalter 5 und Sensorelektrode 11 erzeugten elektrischen Feldes an der Gesamtoberfläche der Sensorelektrode 11 oder beginnen an dieser. Diese Gesamtoberfläche der Sensorelektrode 11 erzeugt die Inhomogenität des elektrischen Feldes mittels der geometrischen Form der Sensorelektrode 11. Zusätzlich kann eine Inhomogenität des elektrischen Feldes zusätzlich durch eine Schirmung 8 erzeugt werden.
4a und 4b zeigen Ausführungsbeispiele von Sensorelektroden 11, zu denen zusätzlich eine Schirmung 8 fixiert ist. Mittels des jeweiligen erfassten Sensormesssignals kann eine Auswerteeinrichtung 13 eine räumliche Erstreckung einer elektrisch leitenden und insbesondere isolierten Struktur 3 bestimmen. Dies schließt ebenso den Fall ein, dass keine elektrisch leitende Struktur 3 in einem räumlichen Inspektionsbereich vorhanden ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine geometrische Form der Sensorelektrode 11 derart bereitgestellt, dass bereits ohne Vorhandensein einer elektrisch leitenden Struktur 3 zwischen dem Substrathalter 5 und der Sensorelektrode 11 ein inhomogenes elektrisches Feld erzeugt ist. In den jeweils einen Querschnitt darstellenden 4a und 4b wird dies durch die Verwendung einer jeweiligen Schirmung 8 unterstützt. Anhand von Verläufen von Äquipotentiallinien ist dies in 4a und b veranschaulicht. Eine Sensorelektrode 11 ist dabei als dreidimensionaler Körper ausgebildet, wobei eine jeweilige Höhe in derselben Größenordnung wie eine Breite und Tiefe erzeugt ist. Erstreckt sich eine Sensorelektrode 11 beispielsweise in einem kartesischen Koordinatensystem hinsichtlich Breite und Tiefe in einem Millimeterbereich, so gilt dies ebenso für die Höhe, die dann ebenso im Millimeterbereich bereitgestellt ist. Im Vergleich dazu ist eine Dicke einer Schicht nicht in der Größenordnung einer Breite und einer Tiefe erzeugt. 4a und 4b zeigen Ausführungsbeispiele, wie zwischen einem nicht dargestellten Substrathalter 5 und der dargestellten Sensorelektrode 11 das erzeugte elektrische Feld gezielt inhomogen erzeugt werden kann. Der Sensorelektrodenkörper weist dabei eine Gesamtoberfläche auf, die vollständig kapazitiv wirkt. Gemäß 4a ist die Dicke der Sensorelektrode 11 in der gleichen Größenordnung wie deren Breite und Tiefe erzeugt. Dadurch sind in dem räumlichen Bereich, in dem die Inspektion erfolgen soll, die Äquipotentiallinien nicht als Geraden sondern als gekrümmte Kurven erzeugt. Diese Inhomogenitäten werden bei einem Zuführen einer zu inspizierenden elektrisch leitenden Struktur 3 in diesem Bereich überproportional verstärkt, sodass eine Empfindlichkeit und Auflösung vorteilhaft verbessert werden. Zusätzlich ist die Sensorelektrode 11 gemäß 4a mittels einer Schirmung 8, die als eine zu einer nächstliegenden Begrenzungsfläche des Substrates 1 parallele ebene Schicht in einem Abstand von der Sensorelektrode 11 um diese herum erzeugt ist, geschirmt. Die Schirmungsschicht liegt dabei bündig zu einer Grundfläche der Sensorelektrode 11 auf einer dem Substrat 1 abgewandten Seite der Sensorelektrode 11. Auf diese Weise ist ein Teil der Gesamtoberfläche der Sensorelektrode 11 abgeschirmt und an diesem enden oder beginnen keine wirkenden Feldlinien.. Gemäß 4b ist eine Sensorelektrode 11 stabförmig ausgebildet und kann beispielsweise als ein Zylinder von einer hohlzylinderförmigen Schirmung 8 derart umschlossen beziehungsweise umhüllt sein, dass lediglich eine Grundfläche der Sensorelektrode 11, also lediglich der Teil der Gesamtoberfläche der Sensorelektrode 11 nicht abgeschirmt ist, der dem Substrathalter 5 zugewandt ist und sich parallel zu einer Oberfläche des Substrates 1 erstreckt. Wird der Sensor mit der Sensorelektrode 11 in die Nähe einer elektronischen Struktur 3 gebracht, so verzehrt diese zusätzlich den inhomogenen Potentialverlauf, sodass eine Änderung der Kapazität und damit des gemessenen Umladestroms im Vergleich zum Stand der Technik wirksamer erfasst werden kann. Die Sensorelektrode 11 kann dabei dauerhaft auf einem festen Potential gelegt sein. Dies gilt ebenso für die Schirmung 8, die ebenso bevorzugt aus einem elektrisch leitenden Material erzeugt ist. Das Potential einer Schirmung 8 ist bevorzugt ein Massepotential. Gemäß der Erfindung wird eine auf einem Umladestrom zwischen der Sensorelektrode 11 und den zu inspizierenden Strukturen 3 beruhende Inspektion verwendet, wobei eine Einkopplung mittels des flächigen Substrathalters 5 gemäß 1 erfolgt. Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung betrifft das Sensordesign beziehungsweise die Formgebung der Sensorelektrode 11, sodass eine Detektion und ebenso eine Defektinspektion der zu inspizierenden Strukturen gewährleistet ist. Csen gemäß Formel (1) ist hierbei eine zwischen einer Sensorelektrode 11 und einer zu inspizierenden elektrisch leitenden Struktur 3 gebildeten Kapazität und U die sich zwischen beiden ergebende beziehungsweise an beiden anliegende Spannung. Der Gegenstand der Anmeldung betrifft die Inspektion insbesondere elektrisch isolierter elektrisch leitender Strukturen 3, wobei für eine Ausgestaltung der Sensorelektrode 11 beziehungsweise deren Form Gestaltungsvorschriften entwickelt wurden. Eine erforderliche kapazitive Einkopplung erfolgt beispielsweise über eine flächige Auflage in Form eines Substrathalters 5, beispielsweise in Form eines Chucks. 4a und 4b zeigen jeweilige Potentialverläufe eines jeweiligen elektrischen Feldes bei verschiedenem Sensordesign. Eine jeweilige Verzerrung der Potentialverläufe aufgrund der elektronischen Strukturen 3 ist deutlich erkennbar.
5a bis 5g zeigen erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Anordnungen. Dabei zeigen die 5a bis 5g Ausführungsbeispiele von Sensorelektroden 11 gegebenenfalls mit einer Schirmung 8. Die jeweiligen Ansichten sind Querschnitte entsprechend 4a und 4b. Dabei entspricht 5a der Anordnung gemäß 4a. Die Anordnung gemäß 5b entsprich der Anordnung gemäß 4b. Gemäß 5c ist eine Schirmung 8 ausgebildet, die eine quaderförmige Sensorelektrode 11 teilweise umschirmt. Gemäß 5d ergibt sich ein Sensorelektrodenkörper aus einer Kombination von Polyedern beziehungsweise Quadern oder alternativ von Zylindern und Hohlzylindern. Gemäß 5d kann eine Sensorelektrode 11 beispielsweise als eine Pyramide oder ein Kegel ausgeführt sein, deren Spitzen in Richtung zu einem Substrat 1 ausgebildet sind. Eine dazugehörige Schirmung 8 ist hier mehrteilig bereitgestellt. Dabei liegt ein Schirmbestandteil parallel zu der Grundfläche und ein weiterer Schirmbestandteil erstreckt sich lotrecht in Richtung einer Begrenzungsfläche eines Substrates 1. 5e zeigt, dass eine Sensorelektrode 11 aus drei Kegeln oder Keilen oder Pyramiden ausgebildet ist. 5f zeigt beispielsweise den Querschnitt einer Halbkugel oder eines Halbzylinders. Eine Ausbildung einer Sensorelektrode 11 gemäß 5g kommt beispielsweise einer Anordnung gemäß 5d nahe.
5a bis 5g zeigen einheitlich, dass eine Fläche, und zwar insbesondere eine Grundfläche, der Gesamtoberfläche der Sensorelektrode 11 in einer x-, y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems parallel zu einer Oberfläche des Substrates 1 erstreckt. Dies ist in allen diesen Figuren eine vom Substrat 1 abgewandte Fläche der Oberfläche der Sensorelektrode 11. In der entsprechenden z-Richtung erstreckt sich die Sensorelektrode 11 in der gleichen Größenordnung in Richtung zu dem Substrat 1 beziehungsweise zu der Substratauflage beziehungsweise dem Substrathalter 5. Verjüngt sich dabei der Körper einer Sensorelektrode 11 ausgehend von der abgewandten Fläche in Richtung zu dem Substrat 1, kann besonders einfach die Bedingung erfüllt werden, dass eine Sensorelektrode 11 sich in x-, y-Richtung kleiner oder gleich einer zu inspizierenden elektrisch leitenden Struktur 3 erstreckt. 5a bis 5g zeigen verschiedene Designs von Sensorelektroden 11 zur Detektion von insbesondere elektrisch isolierten elektronischen Strukturen. Die geometrische Form von Sensorelektrode 11 und gegebenenfalls Schirmung 8 ist vorteilhaft zu einer Symmetrieachse achsensymmetrisch, so dass eine Inspektion in alle Richtungen senkrecht zu der Symmetrieachse einfach ausgeführt werden kann.
6a und 6b zeigen Ausführungsbeispiele von Kapazitätsverläufen. 6a und 6b zeigen jeweils die Variation der Kapazität für zwei einfache Sensordesigns. Dabei zeigen die Kurven, die mit Dreiecken gekennzeichnet sind die Sensoranordnung gemäß 4a beziehungsweise 5a. Die Linien die mit Quadraten gekennzeichnet sind, kennzeichnen die Sensordesigns gemäß den 4b beziehungsweise 5b. Die Rechtswertachsen der 6a und 6b zeigen eine örtliche Position einer jeweiligen zu inspizierenden elektrisch leitenden Struktur 3, sowie eine örtliche Position x_SE einer jeweiligen Sensorelektrode 11 absolut und relativ zu den zu inspizierenden Strukturen 3. Die Dicken d_S der elektrischen Strukturen 3 entsprechen ca. 100 nm. Die jeweiligen Hochwertachsen kennzeichnen eine jeweilige normierte Kapazität zwischen der entsprechenden Sensorelektrode 11 und der Einkoppelelektrode 5. Die dargestellten Graphen zeigen den jeweiligen Verlauf der Kapazität zwischen Sensorelektrode 11 und Einkoppelelektrode des Substrathalters 5, wenn beispielsweise die jeweiligen Sensoren über die zu inspizierenden elektronischen Strukturen 3 bewegt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kapazitiven, kontaktlosen und zerstörungsfreien in einem räumlichen Bereich ausgeführten Inspektion einer Vielzahl von auf oder in einem Substrat 1 erzeugten elektrisch leitenden insbesondere isolierten Strukturen 3, wobei mittels eines Anregungssignals zwischen einem Substrathalter 5 und einer Sensorelektrode 11 bereits ohne elektrisch leitende Struktur 3 ein inhomogenes elektrisches Feld mittels der geometrischen Form der Sensorelektrode 11 und gegebenenfalls mittels einer Schirmung 8 erzeugt wird. Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders zur Inspektion von gedruckter Elektronik und elektrisch leitenden isolierten Strukturen 3 von Flachbildschirmen. Es werden eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Genauigkeit der Inspektion erzielt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005022884 B4 [0002]

Claims

Vorrichtung zur kapazitiven, kontaktlosen und zerstörungsfreien in einem räumlichen Bereich ausgeführten Inspektion einer Vielzahl von auf oder in einem Substrat (1) erzeugten elektrisch leitenden Strukturen (3), mit – einem das Substrat (1) positionierenden elektrisch leitenden Substrathalter (5), an dem ein mittels einer Anregungssignalerzeugungseinrichtung (7) erzeugtes Anregungssignal angelegt ist; – einer auf der dem Substrathalter (5) abgewandten Seite des Substrats (1) in einem konstanten Abstand zu einer Oberfläche des Substrats (1) positionierten Sensorelektrode (11); – einer Messeinrichtung (12) zur Erfassung eines Sensormesssignals an der Sensorelektrode (11); – einer Auswerteeinrichtung (13) zur Bestimmung einer räumlichen Erstreckung einer elektrisch leitenden Struktur (3) mittels des erfassten Sensormesssignals, dadurch gekennzeichnet, dass – ein mittels des Anregungssignals zwischen dem Substrathalter (5) und der Sensorelektrode (11) ausgebildetes elektrisches Feld in dem räumlichen Bereich der Inspektion bereits ohne elektrisch leitende Struktur (3) mittels einer geometrischen Form der Sensorelektrode (11) inhomogen erzeugt ist, wobei Feldlinien des elektrischen Feldes an einer Gesamtoberfläche der Sensorelektrode (11) enden oder beginnen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem kartesischen x-, y-, z-Koordinatensystem sich eine Oberfläche der Sensorelektrode (11) entlang der x-, y-Ebene und sich die Sensorelektrode (11) in der z-Richtung in einer zu den Erstreckungen entlang der x-Achse und der y-Achse gleichen Größenordnung in Richtung zu dem Substrat (1) hin räumlich erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Erstreckung der Sensorelektrode (11) entlang der x-Achse und der y-Achse kleiner oder gleich einer parallelen Ausdehnung der elektrisch leitenden Struktur (3) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen der Sensorelektrode (11) und dem Substrathalter (5) erzeugte Kapazität maximal geschaffen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektrode (11) zu einer z-Achse achsen- oder zu einer mittels zweier zur z-Achse parallelen Geraden erzeugten Ebene flächensymmetrisch ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Form der Sensorelektrode (11), die eines Polyeders ist, dessen Grundfläche in der x-, y-Ebene liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Form der Sensorelektrode (11), die eines durch gekrümmte Flächen begrenzten Körpers ist, dessen Grundfläche in der x-, y-Ebene liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Form der Sensorelektrode (11), die einer Kombination von Polyeder(n) und/oder durch gekrümmte Flächen begrenztem Körper oder Körpern ist, wobei Grundflächen in der x-, y-Ebene liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polyeder ein Quader, eine Pyramide oder ein Keil ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch gekrümmte Flächen begrenzter Körper ein Zylinder, ein Kegel, eine Teilkugel oder ein Teiltorus ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das inhomogene elektrische Feld zusätzlich mittels einer Schirmung (8) der Sensorelektrode (11) erzeugt ist, wobei die Schirmung (8) einen Bereich der Gesamtoberfläche der Sensorelektrode (11) festlegt, an dem Feldlinien des elektrischen Feldes enden oder beginnen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmung (8) als eine zur x-, y-Ebene parallele und zu dieser bündige Schicht in einem Abstand von der Sensorelektrode (11) um diese herum erzeugt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmung (8) innerhalb ursprünglicher Feldlinienverläufe des elektrischen Feldes ohne der Schirmung (8) zwischen dem Substrathalter (5) und der Sensorelektrode (11) von dieser beabstandet positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmung (8) die Sensorelektrode (11) teilweise räumlich einhüllt und zu einer z-Achse achsen- oder zu einer mittels zweier zur z-Achse parallelen Geraden erzeugten Ebene flächensymmetrisch ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen der Sensorelektrodenfläche (9) und der Schirmung (8) variabel ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmung (8) mehrteilig ist und Teile sich parallel zur x-, y-Ebene und/oder Teile sich entlang der z-Richtung räumlich erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Relativbewegungseinrichtung die Oberfläche des Substrats (1) und die Sensorelektrode (11) mit einem konstanten Abstand zueinander in eine Vielzahl von Messpositionen relativbewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Sensorelektroden (11) mit einem regelmäßigen Muster die Oberfläche des Substrats (1) abdeckt und eine Vielzahl von Messpositionen gleichzeitig bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das regelmäßige Muster die Oberfläche des Substrats (1) zeilenförmig abdeckt.
Verwendung einer Vorrichtung zur kapazitiven, kontaktlosen und zerstörungsfreien Inspektion einer Vielzahl von auf oder in einem Substrat (1) erzeugten elektrisch leitenden Strukturen (3) in einem räumlichen Bereich der Inspektion, die Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit den Schritten – mittels eines elektrisch leitenden Substrathalters (5) ausgeführtes Positionieren des Substrats (1); – mittels einer Anregungssignalerzeugungseinrichtung (7) ausgeführtes Anlegen eines Anregungssignals an den Substrathalter (5); – Positionieren einer Sensorelektrode (11) auf der dem Substrathalter (5) abgewandten Seite des Substrats (1) in einem konstanten Abstand zu einer Oberfläche des Substrats (1); – mittels einer Messeinrichtung (12) ausgeführtes Erfassen eines Sensormesssignals an der Sensorelektrode (11); – mittels einer Auswerteeinrichtung (13) ausgeführtes Bestimmen einer räumlichen Erstreckung einer elektrisch leitenden Struktur (3) mittels des erfassten Sensormesssignals, dadurch gekennzeichnet, dass – ein mittels des Anregungssignals zwischen dem Substrathalter (5) und der Sensorelektrode (11) ausgebildetes elektrisches Feld in dem räumlichen Bereich der Inspektion bereits ohne elektrisch leitende Struktur (3) mittels einer geometrischen Form der Sensorelektrode (11) inhomogen erzeugt ist, wobei Feldlinien des elektrischen Feldes an einer Gesamtoberfläche der Sensorelektrode (11) enden oder beginnen.
Verwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Strukturen (3) elektrisch isoliert und floatend oder nicht floatend sind.
Verwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) ein Bildschirmglassubstrat einer Flüssigkristallanzeige (LCD, Liquid Crystal Display) ist und die elektrisch leitenden Strukturen (3) Leiterbahnen oder Pixelflächen sind.
Verwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Relativbewegungseinrichtung die Oberfläche des Substrats (1) und die Sensorelektrode (11) mit einem konstanten Abstand zueinander in eine Vielzahl von Messpositionen relativbewegt.
Verwendung nach Anspruch 20 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Sensorelektroden (11) mit einem regelmäßigen Muster die Oberfläche des Substrats (1) abdeckt und eine Vielzahl von Messungen gleichzeitig ausgeführt werden.
Verwendung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das regelmäßige Muster die Oberfläche des Substrats (1) zeilenförmig abdeckt.
Verwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Strukturen (3) gedruckte Leiterbahnen und/oder gedruckte elektronische Bauelemente sind.