WO2006122897A1 - Verfahren zur inspektion einer leiterbahnstruktur - Google Patents

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WO2006122897A1
WO2006122897A1 PCT/EP2006/062186 EP2006062186W WO2006122897A1 WO 2006122897 A1 WO2006122897 A1 WO 2006122897A1 EP 2006062186 W EP2006062186 W EP 2006062186W WO 2006122897 A1 WO2006122897 A1 WO 2006122897A1
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track structure
conductor track
conductor
voltage
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PCT/EP2006/062186
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Christian Fricke
Anton Schick
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302—Contactless testing
    • G01R31/312—Contactless testing by capacitive methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2801—Testing of printed circuits, backplanes, motherboards, hybrid circuits or carriers for multichip packages [MCP]
    • G01R31/2805—Bare printed circuit boards
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes

Definitions

  • the invention relates to a method for contactless inspection of a conductor track structure formed on a flat carrier.
  • US Pat. No. 5,504,438 discloses an apparatus for checking printed conductor structures, which are referred to as "array checkers" for liquid crystal displays.
  • array checkers for liquid crystal displays.
  • the underlying physical principle is based on the visualization of electric fields generated by applying
  • the device has an electro-optical disk which has an electrically non-conductive, optically reflective underside and a liquid crystal layer.
  • the liquid crystals align to make the liquid crystal layer transparent.
  • a lack of contact of a TFT electrode there is no alignment of the liquid crystals in the region immediately above the TFT electrode in question and the liquid crystal layer remains dark at this point.
  • an error in the conductor track structure contacting the TFT electrodes can be visualized and displayed by suitable image processing.
  • the use of an electro-optical converter However, terplatte has the disadvantage that the electro-optical conversion has a strong nonlinearity, so that it is very difficult to distinguish between poorly contacted and not contacted at all TFT electrodes.
  • US Pat. No. 5,974,869 discloses an inspection method for wafers, wherein the surface of wafers is scanned without contact with a metal tip. In this case, the potential difference between the metal tip and the wafer surface is measured, whereby the work function of the electrons from different materials is also at this potential difference. As a result, not only different materials but also chemical changes such as, for example, corrosion or geometric changes of a surface, such as, for example, a trench structure, can be detected.
  • the inspection method has the disadvantage that the surface to be examined has to be rotated relative to the metal tip, so that the inspection method is not suitable for printed conductor structures which are formed on flat carriers.
  • the invention has for its object to provide an inspection method, can be inspected with the conductor track structures on flat substrates in a simple manner.
  • an electrode is positioned at a predetermined distance relative to the printed conductor structure and an electrical voltage is applied between the electrode and the printed conductor structure, which can be a DC voltage, an AC voltage or an AC voltage superimposed by a DC voltage.
  • the electrode becomes relative to the carrier moved by a corresponding control of the positioning in a plane parallel to the carrier, wherein at least at selected positions a Umladestromhne is measured by a connected to the electrode electrical line. From the strength of the Umladestrom scaffoldes the local stress state of the wiring pattern is detected in the sub-area.
  • the subregion of the conductor track structure is determined by the course of the electric field lines which extend between the electrode and the conductor track structure.
  • the invention is based on the finding that the distribution and the course of the electric field lines between the electrode and the relevant subarea of the interconnect structure depend on the local stress state.
  • U A c is an AC voltage and U D c is a DC voltage applied between the electrode and conductor track structure.
  • C is the capacitance between the electrode and the conductor track structure.
  • d / dt denotes the time derivative of the quantities C and U AC .
  • the present invention thus describes inter alia a method for detecting Umladestromflüssen caused by field changes.
  • Umladestrom generally the current flow to or from an electrode of a capacitive structure for example, due to a change in the capacitance of the capacitive structure (eg, due to changes in or of the dielectric material and / or changes in distances or sizes of electrodes) or a change in a voltage between the electrodes.
  • the recharging current flow does not flow directly and directly between the electrodes of the capacitive structure through the corresponding dielectric between the electrodes but via conductor structures of the electrical wiring of the electrodes.
  • Umladeströme are often, for example, in the
  • the electrodes are e.g. formed by the measuring electrode and a corresponding subregion of the conductor track structure.
  • the dielectric associated with this capacitive structure is then formed by the space region which is penetrated by the electric field lines between the electrode and the conductor track structure.
  • the method according to the invention has the advantage that the local stress state of the conductor track structure can be measured in comparison to known inspection methods with a simple and comparatively cheap detection electronics.
  • the contactless inspection method can be carried out with a device which contains electrical and mechanical components that are offered by many different manufacturers and therefore can be purchased comparatively cheap.
  • the method according to the invention has the further advantage that an optical converter for visualizing voltage states is not required.
  • the direct detection of the voltage states can be carried out using a corresponding linear detection electronics with a largely linear characteristic compared to optical converters.
  • the local stress state of the subregion is used to determine the quality of the conductor track structure.
  • quality of the conductor track structure should be understood as meaning, in particular, the areal geometric dimensions of the conductor track structure. These include, in particular, defects such as short circuits, strangulation or line breaks. Such defects definitely change the local stress distribution and can thus be reliably detected.
  • the quality of the wiring pattern is also determined by dielectric influences that affect the capacitance between the electrode and the wiring pattern. This happens, for example, by chemical changes in the conductor track structure or by undesired dielectric deposits on the printed conductor structure.
  • At least selected target points of the interconnect structure are scanned multiple times, wherein in each case different voltages between the electrode and the interconnect structure are applied.
  • the different voltages, as well as the originally applied voltages may be a DC voltage, an AC voltage or an AC voltage superimposed by a DC voltage.
  • images of different voltage states of individual subregions of the printed conductor structure are recorded sequentially. These images, which preferably represent an entire control matrix of a later liquid crystal display, allow a reliable statement about the electrical controllability of individual LCD pixels of the inspected conductor track structure.
  • the carrier is a glass substrate.
  • the inspection method is particularly suitable for the manufacturing process of liquid crystal displays.
  • the inspection of the later liquid crystal displays can already be carried out at an early point in time, on which only the control lines for the later TFT electrodes are applied on the glass substrate. Defects in all control lines can be reliably detected, so that glass substrates with a defective interconnect structure can be sorted out of the further manufacturing process at an early stage or, if necessary, also repaired.
  • the conductor track structure is an electrical drive matrix for pixels of a screen, in particular a liquid crystal display.
  • the method is also suitable for inspecting a plasma screen or any other screens in which electric fields in the vicinity of pixel electrodes contribute to a lighting of a corresponding pixel.
  • the electrode has an electrode tip, so that the conductor track structure can be scanned in an advantageous manner with a high spatial resolution.
  • the conductor track structure is scanned by a grid-shaped movement of the electrode.
  • This has the advantage that a matrix-like arrangement of conductor track structures can be measured quickly in the context of a standardized scanning process.
  • the relative movement between electrode and carrier is preferably carried out continuously. However, the relative movement can just as well take the form of a stepwise movement.
  • the conductor track structure is scanned simultaneously by a plurality of juxtaposed electrodes. By means of such a line-shaped or comb-like arrangement of a plurality of electrodes, a parallel data acquisition can be achieved via a single number of measuring devices for detecting the transient current flow via each individual electrode, thus achieving a significantly higher scanning speed overall.
  • an amplitude-modulated voltage is applied between the electrode and the printed conductor structure. This allows a particularly sensitive inspection, so that almost all defects of a conductor track structure can be reliably detected.
  • the Umladestromhne is measured to or from the electrode via a bandpass-filtered amplifier.
  • a bandpass-filtered amplifier advantageously undesirable spurious signals can be effectively suppressed and thus the sensitivity of the inspection process can be further increased.
  • the use of an amplitude-modulated voltage in conjunction with the use of a bandpass-filtered amplifier essentially corresponds to the use of lock-in technology, so that conventional lock-in amplifiers can be used to carry out the method.
  • the term bandpass-filtered amplifier is understood as meaning any type of electronic amplifier circuit which has a predetermined and desired frequency-dependent amplification factor. These include so-called edge filters, in which only frequencies above or below a certain cutoff frequency are amplified.
  • the conductor track structure is contacted with a further printed conductor structure, wherein the printed conductor structure and the further printed conductor structure are formed on opposite sides or in the interior of the carrier.
  • Figure 1 shows the electrical contact between the electrode
  • Figure 2a and 2b shows a change in the field line course between electrode and conductor track structure by a conductor track defect in the form of a constriction
  • Electrode and trace structure by a conductor defect in the form of an interruption and
  • FIG. 4 shows a simultaneous sampling of a plurality of
  • Conductor tracks by means of a cell-shaped arrangement of a plurality of electrodes.
  • the measurement of a printed conductor structure 120 formed on a glass substrate 110 is carried out by contactless scanning of the printed conductor structure by means of an electrode 130.
  • the electrode 130 has an electrode tip 131 which lies at a precisely defined distance parallel to the surface of the electrode Glass substrate 110 is moved. The movement takes place by means of a positioning device 135 which has an air-bearing positioning table not explicitly shown. Alternatively, the glass substrate 110 may also be moved relative to a fixed electrode 130 by means of a positioning device.
  • a potential difference is applied between the electrode 130 and the wiring pattern 120.
  • the potential difference is generated by a voltage source 150, whose one pole is connected to the conductor track structure 120 via a line 161.
  • the other pole of the voltage source 150 is connected to the electrode 130 via a line 160.
  • a current measuring device 155 By means of a current measuring device 155, the current flowing through the line 161 current can be detected precisely.
  • the voltage source 150 is preferably a voltage U, which is a superposition of a DC voltage U D c with an alternating voltage U A c.
  • a specific course of electric field lines 133 results between the electrode 130 and the conductor track structure 120.
  • the course of the field lines 133 depends inter alia on the current voltage state of the conductor track structure 120.
  • the voltage U can also be a pure AC voltage U AC or a pure DC voltage U D c.
  • Voltage state of a possibly formed on the underside of the glass substrate 110 lower trace structure 125 depends, the negative pole of the voltage source 150 is connected via a line 162 to the lower trace structure 125.
  • the voltage state of the lower wiring pattern 125 can be detected.
  • the substrate 110 thus has to be scanned without contact for inspection of conductor tracks 120 and 125 formed on both sides only from one side.
  • FIGS. 2a and 2b show a change in the profile of the field lines 233b with respect to the field lines 233 as soon as the electrode tip 231 is positioned above a defective printed conductor structure 220b, the defective printed conductor structure 220b having an undesired constriction 221b.
  • a changed course of the electric field lines 233b leads to a changed current flow compared to the state illustrated in FIG. 2a, which can be detected by the current measuring device 255. Since the field line course and thus also the capacitance between electrode 230 depends on the geometry of the conductor track structure 220 or 220b, the defect of the conductor track structure 220b existing in the constriction 221b can be detected in this way.
  • FIGS. 3a and 3b show the change in the profile of the field lines 333b with respect to the profile of the field lines 333 when the electrode tip 331 is located above a defect in the conductor structure 320b, which defect consists in an undesired interruption 321b of the conductor structure 320b. Also caused by the break 321b The widened course of the field lines 333b leads to a change in the current flow I in comparison with the state shown in FIG. 3a.
  • the variation of the current flow I is determined by the above-explained equation (1), according to which the capacitance between the electrode 230 and the wiring pattern 220b and between the electrode 330 and the wiring pattern 320b changes by the defects 221b and 321b, respectively.
  • FIG. 4 shows a parallel inspection of a plurality of a total of 7 interconnect structures 420, which are connected in a manner not shown to a respective control line and are offset depending on the quality of the respective control line or the respective interconnect structure in a certain voltage state.
  • the scanning is performed by a plurality of 7 parallel electrodes 430, which are arranged according to the spacing of the interconnect structures 420 in an equidistant one-dimensional grid.
  • the electrodes 430 are displaceable via a common positioning device 435 relative to the glass substrate 410 on which the printed conductor structures 420 are formed.
  • the electrodes 430 are connected via a multi-channel line 460 to a plurality of voltage sources, not shown.
  • the number of channels and the number of voltage sources coincide with the number of electrodes 430.
  • a voltage source is furthermore connected in one way, not illustrated, to one of the printed conductor structures 420.
  • the respective currents between the wiring patterns 420 and the electrodes 430 are detected by a multi-channel lock-in amplifier 455a disposed in the multi-channel wiring 460.
  • the lock-in amplifier 455a is coupled to a display 455b.
  • the lock-in amplifier 455a is set such that only those current components are detected, which vary with the same frequency as the AC voltage component of the power source, not shown. In this way, unwanted spurious signals can be effectively suppressed.
  • the method described for the contactless inspection of printed conductor structures formed on a flat carrier is particularly advantageous for inspecting the printed conductor structures of liquid crystal displays.
  • Essential for the function of a monitor produced in a complex production process is the function of the individual pixels, which must each be controllable via a thin-film transistor (TFT).
  • TFT thin-film transistor
  • the matrix of thin-film transistors can already be tested for their function.
  • voltages are applied to the control line in a suitable manner and thus the field line profile and the capacitance between the electrode and the thin-film transistors are changed.
  • the drive lines required for the matrix of thin-film transistors can thus already be inspected in an early production phase.
  • the rejects in the manufacture of liquid crystal displays are usually caused by the matrix of thin-film transistors having a number of pixel defects above a certain specification, the reject rate of finished displays can be reduced in LCD production by the inspection method described above. so that the production costs decrease considerably.
  • the manufacturing costs of LCD 's can be further reduced. It is further noted that besides measuring the local voltage states in the region of the future TFT pixels, the current-voltage characteristic of the thin-film transistors is also checked by a suitable variation of the voltage and thus not only defective, ie either static dark or static bright pixels detected, but also those pixel errors are recognized, in which the brightness of the pixels is not correlated in a predetermined manner with a voltage applied to the thin-film transistor voltage.

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Abstract

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur kontaktlosen Inspek- tion von einer auf einem flächigen Träger (110) ausgebildeten Leiterbahnstruktur (120), bei dem mittels einer Positioniereinrichtung (135) eine Elektrode (130) relativ zu der Leiterbahnstruktur (120) in einem vorbestimmten Abstand positioniert wird und zwischen der Elektrode (130) und der Leiterbahnstruktur (120) eine elektrische Spannung angelegt wird. Die Elektrode (130) wird in einer Ebene parallel zu dem Träger (110) bewegt, wobei zumindest an ausgewählten Positionen ein Umladestromfluss (I) durch eine mit der Elektrode (130, 230, 330) verbundene elektrische Leitung (160, 260, 360) gemessen wird. Aus der Stärke des Umladestromflusses (I) wird der lokale Spannungszustand in einem Teilbereich der Leiterbahnstruktur (120) detektiert. Dieser Spannungszustand kann zur Bestimmung der Qualität der Leiterbahnstruktur (120) verwendet werden. Somit können durch geometrische Veränderungen der Leiterbahnstruktur erzeugte Defekte wie Kurzschlüsse, Einschnürungen oder Leitungsbrüche erkannt werden.

Description

Be s ehre ibung
Verfahren zur Inspektion einer Leiterbahnstruktur
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontaktlosen Inspizieren von einer auf einem flächigen Träger ausgebildeten Leiterbahnstruktur .
Im Bereich der Fertigung von Flüssigkristallanzeigen (LCD, Liquid Crystal Display) ist für einen effektiven und wirtschaftlichen Fertigungsprozess eine Inspektion von elektrischen TFT-Elektroden (Ηiin Film ^Transistor-Elektroden) auf einem Glassubstrat erforderlich, um ggf. vorhandene Defekte zu erkennen.
Aus der US 5,504,438 ist eine Vorrichtung zum Überprüfen von Leiterbahnstrukturen bekannt, welche als "Array Checker" für Flüssigkristallanzeigen bezeichnet werden. Das zugrunde liegende physikalische Prinzip basiert auf der Sichtbarma- chung von elektrischen Feldern, welche durch Anlegen von
Spannungen an TFT-Elektroden entstehen. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung eine elektro-optische Platte auf, welche eine elektrisch nicht leitende, optisch reflektierende Unterseite und eine Flüssigkristallschicht aufweist. Beim Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der elektro-optischen Platte und den TFT-Elektroden richten sich die Flüssigkristalle derart aus, dass die Flüssigkristallschicht transparent wird. Im Falle einer fehlenden Kontaktierung einer TFT-Elektrode erfolgt keine Ausrichtung der Flüssigkristalle in dem Bereich unmittelbar oberhalb der betreffenden TFT-Elektrode und die Flüssigkristallschicht bleibt an dieser Stelle dunkel. Somit kann bei einer geeigneten oberseitigen Beleuchtung durch eine flächige oberseitige Aufnahme der gesamten elektro-optischen Platte mittels einer oder mehrerer Kameras ein Fehler in der die TFT-Elektroden kontaktierenden Leiterbahnstruktur sichtbar gemacht und durch eine geeignete Bildverarbeitung angezeigt werden. Die Verwendung einer elektro-optischen Konver- terplatte hat jedoch den Nachteil, dass die elektro-optische Konversion eine starke Nichtlinearität aufweist, so dass nur sehr schwierig zwischen schlecht kontaktierten und gar nicht kontaktierten TFT-Elektroden unterschieden werden kann.
Aus der US 5,974,869 ist ein Inspektionsverfahren für Wafer bekannt, wobei mit einer Metallspitze die Oberfläche von Wafern kontaktlos abgetastet wird. Dabei wird die Potentialdifferenz zwischen Metallspitze und Wafer-Oberflache gemes- sen, wobei zu dieser Potentialdifferenz auch die Austrittsarbeit der Elektronen aus unterschiedlichen Materialen beträgt. Dadurch können außer unterschiedlichen Materialien auch chemische Veränderungen wie beispielsweise eine Korrosion oder geometrische Veränderungen einer Oberfläche wie bei- spielsweise eine Grabenstruktur erfasst werden. Das Inspektionsverfahren hat jedoch den Nachteil, dass die zu untersuchende Oberfläche relativ zu der Metallspitze rotiert werden muss, so dass das Inspektionsverfahren für Leiterbahnstrukturen, die auf flächigen Trägern ausgebildet sind, nicht geeig- net ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Inspektionsverfahren anzugeben, mit dem Leiterbahnstrukturen auf ebenen Substraten auf einfache Weise inspiziert werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur kontaktlosen Inspektion von einer auf einem flächigen Träger ausgebildeten Leiterbahnstruktur mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1.
Gemäß der Erfindung wird mittels einer Positioniereinrichtung eine Elektrode relativ zu der Leiterbahnstruktur in einem vorbestimmten Abstand positioniert und zwischen der Elektrode und der Leiterbahnstruktur wird eine elektrische Spannung angelegt, welche eine Gleichspannung, eine Wechselspannung oder eine von einem Gleichspannung überlagerte Wechselspannung sein kann. Die Elektrode wird relativ zu dem Träger durch eine entsprechende Ansteuerung der Positioniereinrichtung in einer Ebene parallel zu dem Träger bewegt, wobei zumindest an ausgewählten Positionen ein Umladestromfluss durch eine mit der Elektrode verbundene elektrische Leitung gemessen wird. Aus der Stärke des Umladestromflusses wird der lokale Spannungszustand der Leiterbahnstruktur in dem Teilbereich detektiert. Der Teilbereich der Leiterbahnstruktur wird dabei durch den Verlauf der elektrischen Feldlinien bestimmt, welche sich zwischen der Elektrode und der Leiterbahnstruktur erstrecken.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Verteilung und der Verlauf der elektrischen Feldlinien zwischen der Elektrode und dem betreffenden Teilbereich der Leiterbahn- struktur von dem lokalen Spannungszustand abhängen. Der
Verlauf der elektrischen Feldlinien bestimmt dabei die elektrische Kapazität zwischen der Elektrode und dem Teilbereich der Leiterbahnstruktur. Mit einer Variation der Feldlinienverteilung ändert sich somit auch die Kapazität zwischen Elektrode und dem Teilbereich der Leiterbahnstruktur, so dass sich der Stromfluss I in einer mit der Elektrode verbundenen elektrischen Leitung aus folgender Gleichung (1) ergibt:
I = (UAC + UDC) dC/dt + C dUAC/dt (1)
Dabei ist UAc eine Wechselspannung und UDc eine Gleichspannung, die zwischen Elektrode und Leiterbahnstruktur anliegen. C ist die Kapazität zwischen Elektrode und Leiterbahnstruktur. Der Ausdruck d/dt bezeichnet die zeitliche Ableitung der Größen C bzw. UAC.
Die vorliegende Erfindung beschreibt damit unter anderem ein Verfahren zur Erfassung von durch Feldänderungen bewirkten Umladestromflüssen .
Dabei wird unter einem Umladestromfluss allgemein der Stromfluss zu oder von einer Elektrode einer kapazitiven Struktur beispielsweise aufgrund einer Änderung der Kapazität der kapazitiven Struktur (z.B. durch Änderungen im bzw. des dielektrischen Materials und/oder Änderungen von Abständen oder Größen von Elektroden) oder einer Änderung einer zwi- sehen den Elektroden anliegenden Spannung verstanden. Der Umladestromfluss fließt dabei nicht direkt und unmittelbar zwischen den Elektroden der kapazitiven Struktur durch das entsprechende Dielektrikum zwischen den Elektroden sondern über Leiterstrukturen der elektrischen Beschaltung der Elekt- roden. Umladeströme werden häufig beispielsweise in den
Fällen betrachtet, in welchen etwaige direkte Stromflüsse direkt zwischen den Elektroden klein gegenüber den Umladeströmen sind.
Im vorliegenden Fall werden die Elektroden z.B. durch die Mess-Elektrode und einen entsprechenden Teilbereich der Leiterbahnstruktur gebildet. Das dieser kapazitiven Struktur zugeordnete Dielektrikum wird dann von dem Raumbereich gebildet, der von den elektrischen Feldlinien zwischen Elektrode und Leiterbahnstruktur durchsetzt wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass für die Realisierung der Erfindung lediglich eine relative Positionierung zwischen Leiterbahn und Elektrode erforderlich ist. Dies bedeutet, dass entweder die Elektrode, der Träger oder auch Elektrode und Träger mittels zumindest einer Positioniereinrichtung bewegt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass der lokale Spannungszustand der Leiterbahnstruktur im Vergleich zu bekannten Inspektionsverfahren mit einer einfachen und vergleichsweise billigen Erfassungselektronik gemessen werden kann. Damit kann das kontaktlose Inspektionsverfahren mit einer Vorrichtung durchgeführt werden, welche elektrische und mechanische Komponenten enthält, die von vielen verschiedenen Herstellern angeboten werden und deshalb vergleichsweise gleich günstig erworben werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den weiteren Vorteil, dass ein optischer Konverter zur Sichtbarmachung von Spannungszu- ständen nicht erforderlich ist. Die direkte Erfassung der Spannungszustände kann bei Verwendung einer entsprechenden linearen Erfassungselektronik mit einem im Vergleich zu optischen Konvertern weitgehend linearen Kennlinie erfolgen.
Gemäß Anspruch 2 wird der lokale Spannungszustand des Teilbe- reichs zur Bestimmung der Qualität der Leiterbahnstruktur verwendet. Unter dem Begriff Qualität der Leiterbahnstruktur sind in diesem Zusammenhang insbesondere die flächigen geometrischen Abmessungen der Leiterbahnstruktur zu verstehen. Dazu zählen insbesondere Defekte wie Kurzschlüsse, Einschnü- rungen oder Leitungsbrüche. Derartige Defekte ändern auf jeden Fall die örtliche Spannungsverteilung und können somit zuverlässig erkannt werden.
Die Qualität der Leiterbahnstruktur wird jedoch auch durch dielektrische Einflüsse bestimmt, welche die Kapazität zwischen der Elektrode und der Leiterbahnstruktur beeinflussen. Dies geschieht beispielsweise durch chemische Veränderungen der Leiterbahnstruktur oder durch unerwünschte dielektrische Ablagerungen auf der Leiterbahnstruktur.
Gemäß Anspruch 3 werden zumindest ausgewählte Zielpunkte der Leiterbahnstruktur mehrfach abgetastet, wobei jeweils unterschiedliche Spannungen zwischen Elektrode und der Leiterbahnstruktur angelegt werden. Die unterschiedlichen Spannungen können ebenso wie die ursprünglich angelegten Spannungen eine Gleichspannung, eine Wechselspannung oder eine von einer Gleichspannung überlagerte Wechselspannung sein. Auf diese Weise werden sequentiell Bilder von unterschiedlichen Span- nungszuständen von einzelnen Teilbereichen der Leiterbahn- struktur aufgenommen. Diese Bilder, welche bevorzugt eine gesamte Ansteuermatrix einer späteren Flüssigkristallanzeige darstellen, erlauben eine zuverlässige Aussage über die elektrische Ansteuerbarkeit von einzelnen LCD-Pixeln der inspizierten Leiterbahnstruktur.
Gemäß Anspruch 4 ist der Träger ein Glassubstrat. Damit eignet sich das Inspektionsverfahren in besonderer Weise für den Herstellungsprozess von Flüssigkristallanzeigen. Die Inspektion der späteren Flüssigkristallanzeigen kann bereits zu einem frühen Zeitpunkt durchgeführt werden, an dem auf dem Glassubstrat lediglich die Steuerleitungen für die späteren TFT-Elektroden aufgebracht sind. Defekte in sämtlichen Steuerleitungen können zuverlässig erkannt werden, so dass Glassubstrate mit einer defekten Leiterbahnstruktur frühzeitig aus dem weiteren Herstellungsprozess aussortiert oder ggf. auch repariert werden können.
Gemäß Anspruch 5 ist die Leiterbahnstruktur eine elektrische Ansteuermatrix für Pixel eines Bildschirms, insbesondere einer Flüssigkristallanzeige. Das Verfahren eignet sich jedoch auch zur Inspektion eines Plasmabildschirms oder von beliebigen anderen Bildschirmen, bei denen elektrische Felder in der Umgebung von Pixelelektroden zu einem Aufleuchten eines entsprechenden Bildpunktes beitragen.
Gemäß Anspruch 6 weist die Elektrode eine Elektrodenspitze auf, so dass die Leiterbahnstruktur auf vorteilhafte Weise mit einer hohen räumlichen Auflösung abgetastet werden kann.
Gemäß Anspruch 7 wird die Leiterbahnstruktur durch eine rasterförmige Bewegung der Elektrode abgetastet. Dies hat den Vorteil, dass eine matrixförmige Anordnung von Leiterbahnstrukturen im Rahmen eines standardisierten Abtastvorganges zügig vermessen werden kann. Die Relativbewegung zwischen Elektrode und Träger erfolgt bevorzugt kontinuierlich. Die Relativbewegung kann jedoch genauso gut in Form einer schrittweisen Bewegung erfolgen. Gemäß Anspruch 8 wird die Leiterbahnstruktur gleichzeitig durch eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Elektroden abgetastet. Durch eine derartige zeilenförmige bzw. kammartige Anordnung von mehreren Elektroden kann bei einer entspre- chenden Anzahl an Messeinrichtungen zur Detektion des Umlade- stromflusses über jede einzelne der Elektroden eine parallele Datenaufnahme erreicht und somit insgesamt eine deutlich höhere Abtastgeschwindigkeit realisiert werden.
Gemäß Anspruch 9 wird zwischen der Elektrode und der Leiterbahnstruktur eine amplitudenmodulierte Spannung angelegt. Dies ermöglicht eine besonders empfindliche Inspektion, so dass nahezu alle Defekte einer Leiterbahnstruktur zuverlässig erkannt werden können.
Gemäß Anspruch 10 wird der Umladestromfluss zur oder von der Elektrode über einen bandpass-gefilterten Verstärker gemessen. Somit können auf vorteilhafte Weise unerwünschte Störsignale effektiv unterdrückt und somit die Empfindlichkeit des Inspektionsverfahrens weiter erhöht werden. Der Einsatz einer amplitudenmodulierten Spannung in Verbindung mit der Verwendung eines bandpass-gefilterten Verstärkers entspricht im Wesentlichen der Anwendung von Lock-In-Technik, so dass zur Durchführung des Verfahrens auf herkömmliche Lock-In- Verstärker zurückgegriffen werden kann. Unter dem Begriff bandpass-gefilterter Verstärker wird in diesem Zusammenhang jede Art von elektronischer Verstärkerschaltung verstanden, welche einen vorgegebenen und gewollten frequenzabhängigen Verstärkungsfaktor aufweist. Dazu zählen auch so genannte Kantenfilter, bei der lediglich Frequenzen oberhalb oder unterhalb einer bestimmten Grenzfrequenz verstärkt werden.
Gemäß Anspruch 11 wird die Leiterbahnstruktur mit einer weiteren Leiterbahnstruktur kontaktiert, wobei die Leiter- bahnstruktur und die weitere Leiterbahnstruktur an gegenüberliegenden Seiten oder im inneren des Trägers ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass der Spannungszustand, der aus Sicht der Elektrode ersten Leiterbahnstruktur auch durch den Spannungszustand der auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers, d. h. der aus Sicht der Elektrode zweiten Leiterbahnstruktur beeinflusst wird. Somit kann mit einer Inspekti- on der ersten Leiterbahnstruktur gleichzeitig auch die Geometrie der zweiten Leiterbahnstruktur erfasst werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
In der Zeichnung zeigen in schematischen Darstellungen
Figur 1 die elektrische Kontaktierung zwischen Elektrode und
Leiterbahnstruktur, Figur 2a und 2b eine Änderung des Feldlinienverlaufs zwischen Elektrode und Leiterbahnstruktur durch einen Leiterbahndefekt in Form einer Einschnürung,
Figur 3a und 3b eine Änderung des Feldlinienverlaufs zwischen
Elektrode und Leiterbahnstruktur durch einen Leiter- bahndefekt in Form einer Unterbrechung, und
Figur 4 eine gleichzeitige Abtastung einer Mehrzahl von
Leiterbahnen mittels einer zellenförmigen Anordnung von mehreren Elektroden.
An dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich in der Zeichnung die Bezugszeichen einander entsprechender Komponenten lediglich in ihrer ersten Ziffer unterscheiden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden werden bei der Beschreibung der Figuren 2a, 2b, 3a, 3b und 4 gleiche bzw. entsprechende Komponenten, die bereits in Figur 1 dargestellt sind, nicht erneut im Detail erläutert.
Die nachfolgend betrachteten und erwähnten Ströme sind Umladeströme gemäß der vorausgehenden Beschreibung, da direkt zwischen Elektrodenspitze und Leiterbahnstruktur (durch den dazwischen liegenden Raum) keine oder zumindest nur kleine Ströme, verglichen mit den Umladeströmen, fließen. Wie aus Figur 1 ersichtlich, erfolgt die Vermessung einer auf einem Glassubstrat 110 ausgebildeten Leiterbahnstruktur 120 durch ein kontaktloses Abtasten der Leiterbahnstruktur mit- tels einer Elektrode 130. Die Elektrode 130 weist eine Elektrodenspitze 131 auf, welche in einem genau definierten Abstand parallel zu der Oberfläche des Glassubstrates 110 bewegt wird. Die Bewegung erfolgt mittels einer Positioniereinrichtung 135, welche einen nicht explizit dargestellten luftgelagerten Positioniertisch aufweist. Alternativ kann das Glassubstrat 110 auch mittels einer Positioniereinrichtung relativ zu einer feststehenden Elektrode 130 bewegt werden.
Zwischen der Elektrode 130 und der Leiterbahnstruktur 120 wird eine Potentialdifferenz angelegt. Die Potentialdifferenz wird durch eine Spannungsquelle 150 erzeugt, deren einer Pol über eine Leitung 161 mit der Leiterbahnstruktur 120 verbunden ist. Der andere Pol der Spannungsquelle 150 ist über eine Leitung 160 mit der Elektrode 130 verbunden. Mittels einer Strom-Messeinrichtung 155 kann der durch die Leitung 161 fließende Strom präzise erfasst werden.
Die Spannungsquelle 150 erzeugt bevorzugt eine Spannung U, welche eine Überlagerung von einer Gleichspannung UDc mit einer Wechselspannung UAc ist. Abhängig von der jeweiligen Phasenlage der Wechselspannung UAc ergibt sich zwischen der Elektrode 130 und der Leiterbahnstruktur 120 ein bestimmter Verlauf von elektrischen Feldlinien 133. Der Verlauf der Feldlinien 133 hängt unter anderem von dem aktuellen Span- nungszustand der Leiterbahnstruktur 120 ab.
Die Spannung U kann jedoch auch eine reine Wechselspannung UAC oder eine reine Gleichspannung UDc sein. Bei einer relativen Bewegung zwischen Elektrode 130 und einer strukturierten Leiterbahnstruktur 120 ergibt sich stets eine zeitliche
Variation des Feldlinienverlaufs und damit auch eine zeitliche Variation der Kapazität zwischen Elektrode 130 und Lei- terbahnstruktur 120. Dies führt gemäß Gleichung (1) zu einem Stromfluss I durch die Leitung 160, welcher von der Strom- Messeinrichtung 155 erfasst wird.
Da der Verlauf der Feldlinien 133 zu dem auch durch den
Spannungszustand einer ggf. auf der Unterseite des Glassubstrats 110 ausgebildeten unteren Leiterbahnstruktur 125 abhängt, ist der negative Pol der Spannungsquelle 150 über eine Leitung 162 mit der unteren Leiterbahnstruktur 125 verbunden. Somit kann mit einer einzigen Messung gleichzeitig auch der Spannungszustand der unteren Leiterbahnstruktur 125 mit erfasst werden. Das Substrat 110 muss somit für eine Inspektion von auf beiden Seiten ausgebildeten Leiterbahnen 120 und 125 nur von einer Seite kontaktlos abgetastet werden.
Figur 2a und 2b zeigen eine Veränderung des Verlaufs der Feldlinien 233b gegenüber den Feldlinien 233, sobald die Elektrodenspitze 231 oberhalb einer defekten Leiterbahnstruktur 220b positioniert ist, wobei die defekte Leiterbahnstruk- tur 220b eine unerwünschte Einschnürung 221b aufweist.
Wie bereits zuvor erläutert, führt ein geänderter Verlauf der elektrischen Feldlinien 233b zu einem im Vergleich zu dem in Figur 2a dargestellten Zustand geänderten Stromfluss, der von der Strom-Messeinrichtung 255 detektiert werden kann. Da der Feldlinienverlauf und damit auch die Kapazität zwischen Elektrode 230 von der Geometrie der Leiterbahnstruktur 220 bzw. 220b abhängt, kann auf diese Weise der in der Einschnürung 221b bestehende Defekt der Leiterbahnstruktur 220b erkannt werden.
Figur 3a und 3b zeigen die Veränderung des Verlaufs der Feldlinien 333b gegenüber dem Verlauf der Feldlinien 333, wenn sich die Elektrodenspitze 331 oberhalb eines Defekts in der Leiterbahnstruktur 320b befindet, welcher Defekt in einer unerwünschten Unterbrechung 321b der Leiterbahnstruktur 320b besteht. Auch der durch die Unterbrechung 321b verursachte aufgeweitete Verlauf der Feldlinien 333b führt im Vergleich zu dem in Figur 3a dargestellten Zustand zu einer Änderung des Stromflusses I.
Die Variation des Stromflusses I ist durch die oben erläuterte Gleichung (1) bestimmt, gemäß der sich die Kapazität zwischen der Elektrode 230 und der Leiterbahnstruktur 220b bzw. zwischen der Elektrode 330 und der Leiterbahnstruktur 320b durch die Defekte 221b bzw. 321b verändert.
Figur 4 zeigt eine parallele Inspektion einer Mehrzahl von insgesamt 7 Leiterbahnstrukturen 420, die in nicht dargestellter Weise mit jeweils einer Steuerleitung verbunden sind und abhängig von der Qualität der jeweiligen Steuerleitung bzw. der jeweiligen Leiterbahnstruktur in einem bestimmten Spannungszustand versetzt sind. Das Abtasten erfolgt durch eine Mehrzahl von 7 parallel angeordneten Elektroden 430, die entsprechend der Beabstandung der Leiterbahnstrukturen 420 in einem äquidistanten eindimensionalen Raster angeordnet sind. Die Elektroden 430 sind über eine gemeinsame Positioniereinrichtung 435 relativ zu dem Glassubstrat 410 verschiebbar, auf welchem die Leiterbahnstrukturen 420 ausgebildet sind.
Die Elektroden 430 sind über eine mehrkanalige Leitung 460 mit einer nicht dargestellten Mehrzahl von Spannungsquellen verbunden. Die Anzahl der Kanäle und die Anzahl der Spannungsquellen stimmen mit der Anzahl der Elektroden 430 überein. Jeweils eine Spannungsquelle ist ferner in nicht dargestellter Weise mit einer der Leiterbahnstrukturen 420 verbun- den.
Die jeweiligen Ströme zwischen den Leiterbahnstrukturen 420 und den Elektroden 430 werden von einem mehrkanaligen Lock- In-Verstärker 455a erfasst, welcher in der mehrkanaligen Leitung 460 angeordnet ist. Der Lock-In-Verstärker 455a ist mit einer Anzeigeeinrichtung 455b gekoppelt. Der Lock-In- Verstärker 455a wird dabei derart eingestellt, dass lediglich diejenigen Strombestandteile erfasst werden, welche mit der gleichen Frequenz wie der Wechselspannungsanteil der nicht dargestellten Stromquelle variieren. Auf diese Weise können unerwünschte Störsignale effektiv unterdrückt werden.
Das beschriebene Verfahren zur kontaktlosen Inspektion von auf einem flächigen Träger ausgebildeten Leiterbahnstrukturen eignet sich auf besonders vorteilhafte Weise für die Inspektion der Leiterbahnstrukturen von Flüssigkristallanzeigen. Wesentlich für die Funktion eines in einem aufwendigen Her- stellungsprozess hergestellten Monitors ist die Funktion der einzelnen Pixel, die über jeweils einen Dünnschicht- Transistor (TFT) ansteuerbar sein müssen. Um bei der Herstellung von LCD 's Fehler möglichst früh zu erkennen, kann be- reits die Matrix aus Dünnschicht-Transistoren auf ihre Funktion geprüft werden. Dazu legt man an die Steuerleitung in geeigneter Weise Spannungen an und verändert somit den Feldlinienverlauf und die Kapazität zwischen der Elektrode und den Dünnschicht-Transistoren. Durch die Messung des Strom- flusses I durch eine mit der Elektrode verbundenen Leitungkönnen somit die für die Matrix aus Dünnschicht-Transistoren erforderlichen Ansteuerleitungen bereits in einer frühen Herstellungsphase inspiziert werden. Da der Ausschuss bei der Herstellung von Flüssigkristallanzeigen üblicherweise dadurch verursacht wird, dass die Matrix aus Dünnschicht-Transistoren eine oberhalb einer bestimmten Spezifikation liegenden Anzahl von Pixelfehlern aufweist, kann bei der LCD-Herstellung durch das oben beschriebene Inspektionsverfahren die Ausschussquote an fertigen Displays reduziert werden, so dass die Herstel- lungskosten erheblich sinken.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei einer sehr frühzeitigen Erkennung von fehlerhaften Leiterbahnstrukturen Defekte ggf. auch repariert werden können, so dass infolge einer besonders niedrigen Ausschussrate die Herstellkosten von LCD 's weiter gesenkt werden können. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass außer der Vermessung der lokalen Spannungszustände im Bereich der zukünftigen TFT- Pixel durch eine geeignete Variation der Spannung auch die Strom-Spannungs-Charakteristik der Dünnschicht-Transistoren geprüft und somit nicht nur defekte, d. h. entweder statisch dunkle oder statisch helle Pixel erkannt, sondern auch solche Pixelfehler erkannt werden, bei denen die Helligkeit der Pixel nicht in vorgegebener Weise mit einer an den Dünnschicht-Transistor angelegten Spannung korreliert ist.
Bezugszeichenliste
110 Glassubstrat
120 obere Leiterbahnstruktur
125 untere Leiterbahnstruktur
130 Elektrode
131 Elektrodenspitze
133 Feldlinien
135 Positioniereinrichtung
150 Spannungsquelle
155 Strommesseinrichtung
160 Leitung
161 Leitung
162 Leitung
210 Glassubstrat
220 Leiterbahnstruktur
220b Leiterbahnstruktur
221b Einschnürung 230 Elektrode
231 Elektrodenspitze
233 Feldlinien
233b Feldlinien (eingeschnürt)
235 Positioniereinrichtung 250 Spannungsquelle
255 Strommesseinrichtung
260 Leitung
261 Leitung
262 Leitung 310 Glassubstrat
320 Leiterbahnstruktur
320b Leiterbahnstruktur 321b Einschnürung
330 Elektrode
331 Elektrodenspitze 333 Feldlinien
333b Feldlinien (aufgeweitet) 335 Positioniereinrichtung
350 Spannungsquelle
355 Strommesseinrichtung
360 Leitung
361 Leitung
362 Leitung
410 Glassubstrat
420 Leiterbahnstruktur
430 Elektroden
435 Positioniereinrichtung
455a Lock-In-Verstärker
455b Anzeigeeinrichtung
460 Leitung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur kontaktlosen Inspektion von einer auf einem flächigen Träger ausgebildeten Leiterbahnstruktur, bei dem • mittels einer Positioniereinrichtung (135, 235, 335) eine
Elektrode (130, 230, 330) relativ zu der Leiterbahnstruktur (120, 220, 320) in einem vorbestimmten Abstand positioniert wird,
• zwischen der Elektrode (130, 230, 330) und der Leiterbahn- struktur (120, 220, 320) eine elektrische Spannung angelegt wird,
• die Elektrode (130, 230, 330) durch eine entsprechende Ansteuerung der Positioniereinrichtung (135, 235, 335) relativ zu dem Träger (110, 210, 310) in einer Ebene parallel zu dem Träger (110, 210, 310) bewegt wird,
• zumindest an ausgewählten Positionen der Elektrode (130, 230, 330) relativ zu dem Träger (110, 210, 310) ein Umlade- stromfluss durch eine mit der Elektrode (130, 230, 330) verbundene elektrische Leitung (160, 260, 360) gemessen wird, und
• aus der Stärke des Umladestromflusses der lokale Spannungszustand der Leiterbahnstruktur (120, 220, 320) in dem Teilbereich detektiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der lokale Spannungszustand des Teilbereiches zur Bestimmung der Qualität der Leiterbahnstruktur (120, 220, 320) verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem
• an den ausgewählten Positionen zwischen der Elektrode (130, 230, 330) und der Leiterbahnstruktur (120, 220, 320) zusätzlich eine geänderte elektrische Spannung zwischen der Elektrode (130, 230, 330) und der Leiterbahnstruktur (120, 220, 320) angelegt wird, • ein geänderter Umladestromfluss durch eine mit der Elektrode (130, 230, 330) verbundene elektrische Leitung (160, 260, 360) gemessen wird, und
• aus der Stärke des geänderten Umladestromflusses der lokale Spannungszustand der Leiterbahnstruktur (120, 220, 320) in dem Teilbereich detektiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als Träger ein Glassubstrat (110, 210, 310) verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Leiterbahnstruktur (120, 220, 320) inspiziert wird, welche zumindest Teile einer elektrische Ansteuermatrix für Pixel eines Bildschirms darstellen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine mit einer Elektrodenspitze (131, 231, 331) versehene Elektrode (130, 230, 330) verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Leiterbahnstruktur (120, 220, 320) durch eine rasterför- mige Bewegung der Elektrode (130, 230, 330) abgetastet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Leiterbahnstruktur (420) gleichzeitig durch eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Elektroden (430) abgetastet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem • zwischen der Elektrode (430) und der Leiterbahnstruktur (420) eine amplitudenmodulierte Spannung angelegt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem
• der Umladestromfluss durch eine mit der Elektrode (130, 230, 330) verbundene elektrische Leitung (160, 260, 360) über einen bandpass-gefilterten Verstärker (455a) gemessen wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Leiterbahnstruktur (120) mit einer weiteren Leiterbahnstruktur (125) kontaktiert wird, wobei die Leiterbahnstruktur (120) und die weitere Leiterbahnstruktur (125) an gegenüberliegenden Seiten des Trägers (110) ausgebildet sind.
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