专利名称：凸块高度测量的系统和方法
技术领域：
本发明涉及到元件检查系统。更具体地说，本发明涉及到用于元件检查的系统和方法，此系统和方法采用镜面反射或非朗伯反射数据来测量诸如凸块高度的特征高度。
背景技术：
采用图象数据的检查系统在本技术领域中是熟知的。这种检查系统通常利用已经由相干或不相干源照射的元件的图象数据，然后对图象数据进行图象分析处理，以便确定元件是否符合预定的条件。例如，图象数据分析被用来确定元件是否被适当地掩蔽，特征是否在正确位置，或是否具有其它规定的标准。在这方面，“特征”可以包括诸如接触之类的希望的特征或诸如从接触表面延伸出来或延伸进入接触表面的损伤之类的不希望的特征。
这种元件检查系统的一个问题是，必须从图象数据推导出元件的三维形貌。于是，在许多情况下难以确定图象数据中的信号是来自参考平面上方延伸的特征还是来自参考平面下方延伸的特征。例如，从具有平滑(多个)表面的物体反射的光可包括强烈的镜面反射分量和比较弱的朗伯分量。对从这些元件反射的光所产生的图象数据进行的分析，可能由于镜面反射所产生的“噪声”而被复杂化。
发明内容
根据本发明，提出了一种用于元件检查的系统和方法，克服了公知的元件检查中的问题。
特别是提供了一种利用镜面反射或非朗伯反射的特征来确定特征高度的系统和方法。
根据本发明的示例性实施方案，提供了一种用来检查元件的系统。此系统包括光源，用来照射元件特征，以便产生离开元件特征的镜面反射或非朗伯反射。图象传感器被安置以接受镜面反射或非朗伯反射，从而产生例如从元件特征反射的光点的点亮度数据和点位置数据。
本发明提供了许多重要的技术优点。本发明的一个重要技术优点是采用镜面反射或非朗伯反射数据来分析元件特征的用来检查元件的系统和方法。虽然这种镜面反射或非朗伯反射数据常常产生阻碍图象数据分析或使图象数据分析复杂化的不希望有的影响，但本发明利用这些效应来确定特征的高度和其它适合的参数。
阅读结合附图的下列详细描述，本技术领域的技术人员将进一步理解本发明的优点和优异特点以及其它重要方面。
图1A是根据本发明示例性实施方案的用来测量凸块高度的系统的图示；图1B是系统的图示，示出了根据本发明示例性实施方案的测量凸块高度的过程中的后续步骤；图1C是系统的图示，示出了根据本发明示例性实施方案的检查过中的进一步的步骤；图1D、1E、1F示出了根据本发明示例性实施方案的随后的过程步骤；图2是根据本发明示例性实施方案的点亮度与相对高度的关系曲线图；图3是根据本发明示例性实施方案的用来检查凸块接触和其它元件特征的系统的图；图4是根据本发明示例性实施方案的用非镜面反射数据来检查凸块接触的方法的流程图。
具体实施例方式
在下列描述中，整个说明书和附图中相似的零件分别用相同的参考号来标注。为了清晰和简明，附图不一定按比例绘制，某些元件可以以大致或示意的形式示出并以商用名称来标注。
图1A是根据本发明示例性实施方案的用来测量凸块高度的系统100A的图。系统100A包括光源102和光传感器104。在一个示例性实施方案中，光源102可以是激光源或其它形成光束的汇聚光源，使光源离开表面的反射形成确定的光斑。
光传感器104可以包括N×M象素阵列中的多个象素，使光源从物体102反射所形成的点照射光传感器104的象素阵列的一个或多个象素。以这种方式，能够从被照射象素的坐标确定光传感器104上的光点的位置。此外，借助于测量各个被照射象素处的亮度，还能够直接测量光点的亮度。在此示例性实施方案中，亮度可以包括对引起光点包括更多或更少数量的象素的扩展或其它因素进行的补偿。同样，能够利用检查区域侧上的参考点或其它适当的位置来确定光点的位置，可以采用透镜盖上的十字准线或其它适当的措施。
如图1A所示，来自光源102的光束在点A处反射离开第一凸块，并在点A’处形成光点。此图示出了光束的镜面或非朗伯反射，致使入射角等于反射角。
图1B是系统100B的图，示出了测量凸块高度过程中的后续步骤。如所示，系统100B包括例如凸块沿图1A-1F中箭头方向移动的位置的第二检查位置中的第一凸块。来自光源102的光束在点B处反射离开第一凸块，并在光传感器104上的点B’形成点。此图示出了镜面反射或者非朗伯反射，其中来自光源102的光束的入射角等于光束从点B到点B’的反射角。
图1C是系统100C的图，示出了检查过程中的进一步的步骤。来自光源102的光束在点C处反射离开第一凸块，在光传感器104处形成点C’。由于此反射可以是镜面的或非朗伯的，故点A’、B’、C’处的亮度变化，使最亮点出现在凸块顶部处或点B’处。以这种方式，借助于绘出亮度变化与光传感器104上位置的关系，能够确定第一凸块的高度，其中，凸块的顶部出现在光传感器104上点的亮度处于最大值的点处。
图1D、1E、1F示出了系统100D、100E、100F的相似过程。在这些图中，第二凸块沿箭头方向移动，点D、E、F被照射在第二凸块上。同样，点D’、E’、F’在所示位置处照射光传感器104。由于从第二凸块的反射也可以是镜面的或非朗伯的，故点亮度根据位置而变化，使最亮的点出现在点E’处。点E’在光传感器104上的位置低于较高凸块的点B’在光传感器104上的位置。于是，有可能利用镜面反射来测量凸块的高度，其中，根据来自凸块的反射光束的峰值亮度，能够确定相对的凸块高度。
在工作中，系统100A-100E能够被用来检查凸块接触或其它特征，以便确定凸块接触的高度是形成平坦的表面(例如在可允许的变化规定内)还是其它特征的高度。利用直线传播的激光源，凸块接触阵列能够跨越该直线移动，使激光反射离开凸块接触，并在传感器处被接收。根据其移动跨越光传感器104时各个镜面反射点或其它适当反射的亮度，能够确定各个凸块的高度。以这种方式，能够快速检查凸块接触阵列，并能够容易地探测非平面的接触，或能够容易地确定其它特征的高度。
图2示出了根据本发明示例性实施方案的点亮度与相对点位置的关系的示例性曲线图200和202。曲线图200的X轴示出了相对的点位置，而Y轴示出了点的高度。于是，点A’、B’、C’所形成的曲线在对应于图1A-1F中的第一凸块的高度的第一位置处具有峰值，而点D’、E’、F’所形成的曲线在对应于较低的第二高度的第二位置处具有峰值。利用这一过程，可确定第一凸块和第二凸块的高度是否相同，或第一凸块是高于第二凸块还是低于第二凸块。利用曲线图200所示的峰值变化，能够用所示的相对高度来校准实际的高度。在一个示例性实施方案中，用户规定的接触高度容差能够被用来建立球栅阵列或其它形式的接触凸块的共面性的允许范围。
曲线图202的点A’、B’、C’所形成的曲线在对应于图1A-1F中的第一凸块的高度的第一位置处具有峰值，点X’、Y’、Z’所形成的曲线还在与具有和第一凸块相同的相对凸块高度的第二凸块对应的同一位置处具有峰值，与图1A-1F所示的不同。点Y’处的峰值也具有比点B’处峰值低的相对亮度。在本示例性实施方案中，绝对亮度不决定二个凸块顶部的相对位置，而是二个凸块的峰值亮度的相对点位置确定二个凸块顶部的相对位置。于是，二个凸块可以具有不同的镜面或非朗伯反射性质，但最亮点的相对位置仍然能够被用来确定二个凸块的相对高度。
同样，相似的过程能够被用来确定凸块接触之外的其它特征的高度。这种特征可以产生线或其它反射图象，且线的线性或离开其它特征的反射的相对位置和亮度也能够或者可选择地被用来确定特征的高度。
图3是根据本发明示例性实施方案的用来检查凸块接触和其它元件特征的系统300的图。系统300包括非朗伯数据分析系统302和亮度测量系统304、点坐标系统306、峰值位置系统308、凸块高度系统310、以及检查系统312，各个系统都能够在硬件或软件中或在硬件和软件的适当组合中实现，并可以是工作于通用处理平台上的一个或多个软件系统。此外，系统300包括耦合到非朗伯数据分析系统302的光源102和光传感器104。如此处使用的，硬件系统可以包括分立的半导体器件、特定用途集成电路、现场编程门阵列、或其它适当的装置。软件系统可以包括一个或多个目标、接口进程(agent)、线程、代码行(lines of code)、子程序、单独的软件应用、用户可读的(源)代码、可机读的(目标)代码、二个或多个相应软件应用中的二个或多个代码行、数据库、或其它适当的软件体系结构。在一个示例性实施方案中，软件系统能够包括诸如操作系统的通用软件应用中的一个或多个代码行以及专用软件应用中的一个或多个代码行。
亮度测量系统304接收来自光传感器104的数据，并根据从光传感器104接收的数据而确定亮度数据。在一个示例性实施方案中，光传感器104可以包括N×M象素阵列，使得亮度测量系统304确定各个象素处测得的亮度。同样，亮度测量系统304能够测量一组象素的亮度，例如以确定该象素组所覆盖的面积或其它适当数据。亮度测量系统304还能够控制光源102来提高或降低光源102的亮度，例如以确保亮度变化范围处于象素测量能力的中间范围内。
点坐标系统306确定入射在光传感器104上的亮度点的位置。在一个示例性实施方案中，点坐标系统306能够使用N×M象素阵列中各个象素的坐标数据来为镜面或非朗伯反射引起的入射在阵列上的光点、线、或其它适当特征指定相对高度坐标。同样，点坐标系统306能够使用透镜盖上的十字准线、检查区域外围周围或其它位置中的高度指示器、或适当的处理，来确定扫过光传感器104时的亮度点的坐标。点坐标系统306还能够为点或其它特征指定二个或多个象素，能够补偿点的扩展(例如从覆盖X个象素的点到覆盖Y个象素的点，其中X＜Y)，并能够执行其它适当的点坐标测量和控制功能。
峰值位置系统308接收亮度数据和点坐标数据，并确定峰值亮度位置。在一个示例性实施方案中，峰值位置308能够接收多个点、线、或其它适当特征的亮度数据和点坐标数据，并能够形成多个曲线，使各个亮度点具有其自身的曲线。在此示例性实施方案中，峰值位置系统308能够采用预定数目的测量值的移动平均值，能够在适当范围内探测曲线斜率何时从正改变到负，或能够实现其它适当的峰值位置功能或处理。
凸块高度系统310为非朗伯数据分析系统302测得的亮度数据指定相对的或实际的凸块高度。在一个示例性实施方案中，能够用一系列具有已知高度的凸块或其它特征来对凸块高度系统310进行校准，其能够被校准成相对高度差等于实际的物理测量，或可使用其它适当的处理。凸块高度系统310产生相对的或实际的凸块高度数据，例如能够被用来确定单个凸块高度是否在预定的允许范围内，一组凸块是否具有允许的高度变化，以确定共面性或其它适当的凸块高度数据。
检查系统312接收凸块高度数据，并产生检查通过/失效数据。在一个示例性实施方案中，检查系统312能够接收包括凸块高度允许变化范围、相对变化范围、绝对变化范围、或其它适当数据的规格数据。例如，凸块接触阵列的各个凸块接触能够具有允许的高度上限和下限，但也能够指定用来确定阵列中凸块接触组的共面性的高度变化的第二允许范围。在此示例性实施方案中，一组凸块的高度可能比允许的范围更高或更低，但凸块组能够具有允许的共面性。同样，凸块高度可能位于最大高度和最小高度的允许范围内，但各个凸块的共面性可能是无法接受的。检查系统312能够检测这种条件和其它条件，并能够产生适当的通知数据，例如用来标记或清除元件的控制数据、操作者通知数据、或其它适当的数据。
在工作中，系统300使得能够用光从凸块接触的镜面或非朗伯反射来检查凸块接触或其它特征。系统300接受诸如来自反射离开凸块接触的激光束之类的光反射，并确定对应于各个凸块接触高度的峰值亮度。系统300然后使峰值亮度的位置与相对的或实际的凸块高度关联，使得符合最大和最小凸块高度、共面性、或其它适当凸块尺度等的规格。
图4是根据本发明示例性实施方案的采用镜面反射数据来检查凸块接触的方法400的流程图。方法400开始于402，其中激光或其它适当光源被用来照射高度正被测量的一个或多个凸块接触或其它特征，例如排成接触行或阵列的凸块接触。在一个示例性实施方案中，激光器可以用于沿平行于一个或多个凸块接触行取向的直线传播，且各个凸块接触行能够向着激光延伸(draw)的线被移动。此方法然后进行到404。
在404处测量镜面反射点亮度。在一个示例性实施方案中，镜面反射点亮度能够通过镜面或非朗伯凸块接触表面产生，其中，反射点的亮度和位置随光束在凸块接触上的位置而变化。同样，线或其它形状，例如由光源离开相应反射性特征的反射所形成的特征，也能够被测量。此方法然后进行到406。
在406，镜面或非朗伯反射点的位置被确定。在一个示例性实施方案中，可以使用象素阵列，使反射点位于其上的象素或象素组的坐标能够被用来绘制亮度与位置的关系。同样，透镜盖上的十字准线、检查区中的参考点、或其它适当的过程，能够被用来确定镜面或非朗伯反射点的位置。此方法然后进行到408。
在408确定检查是否完成。在一个示例性实施方案中，能够跟踪被检查的凸块接触行的数目，晶片或管芯的长度能够被用来确定整个晶片或管芯何时已经被检查了，或可采用其它适当的过程。若在408处确定检查尚未完成，则此方法进行到410，元件或光源被移动。在一个示例性实施方案中，移动可以是连续的，使得在410继续元件的移动。若在408确定检查完成了，则此方法进行到412。
在412确定具有最大亮度的位置。在一个示例性实施方案中，可以在整个点运动范围内测量亮度值，然后可以绘出储存的数值，以便确定峰值亮度的位置。在另一示例性实施方案中，可以在406之后，例如利用象素亮度值的移动平均值以跟踪曲线的斜率，使斜率的改变能够被用来指示何时已经测量了峰值，从而进行具有最大亮度的位置的确定。可以采用其它适当的过程。此方法然后进行到414。
在414，根据具有最大亮度的位置来确定凸块的高度。在一个示例性实施方案中，此高度能够被用来确定相对高度变化，可以对此高度进行校准，以便得到绝对高度测量，或可以采用其它适当的过程。此方法然后进行到416。
在416，确定检查结果是否可接受。在一个示例性实施方案中，可以将检查结果与可允许最大和最小高度值、相邻凸块接触的可允许高度变化进行例如共面性方面的比较，或可以采用其它适当的过程。若在416确定凸块高度是可接受的，则此方法进行到418，且元件处理过程继续，例如执行其它的检查、对元件进行封装、或执行其它适当的过程。同样，若在416确定凸块高度是不可接受的，则此方法进行到420，此处产生通知数据。在一个示例性实施方案中，通知数据可以包括操作人员识别数据、用来清除元件或标记元件的控制数据、或适当的通知数据。
在工作中，方法400使得能够用镜面或非朗伯反射数据来检查凸块接触。方法400跟踪从凸块接触反射的光点的亮度，其中这些凸块接触提供了镜面或非朗伯反射特性。以这种方式，能够容易且精确地确定球栅阵列和芯片级封装接触的共面性、或其它适当的数据。
虽然此处已经详细地描述了本发明的系统和方法的各个示例性实施方案，但本技术领域熟练人员可以理解的是，可以对这些系统和方法作出各种替换和修正而不偏离所附权利要求的范围和构思。
权利要求
1.一种用来检查元件的系统，它包含光源，用来照射元件特征，以便产生离开元件特征的非朗伯反射；图象传感器，定位成接收非朗伯反射并产生亮度数据和位置数据；以及高度测量系统，接收亮度数据和位置数据，并产生特征高度数据。
2.权利要求1的系统，其中，光源包含激光光源。
3.权利要求1的系统，其中，图象传感器包含光读出象素的阵列，亮度数据包含象素亮度数据，且位置数据包含象素地址数据。
4.权利要求1的系统，其中，高度测量系统包含接收象素亮度数据的亮度测量系统。
5.权利要求1的系统，其中，高度测量系统包含点坐标系统，该点坐标系统接收将多个象素定位在象素阵列内的象素地址数据。
6.权利要求1的系统，其中，高度测量系统包含峰值位置系统，该峰值位置系统接收位置数据和亮度数据并确定具有最大亮度的位置。
7.权利要求1的系统，其中，高度测量系统包含凸块高度系统，该凸块高度系统根据位置数据和亮度数据确定凸块接触的高度。
8.权利要求1的系统，还包含检查系统，其接收特征高度数据并产生通过/失效数据。
9.一种用来测量特征的方法，它包含用光源照射特征；在特征被移动时，测量非朗伯反射亮度和位置；以及根据峰值亮度值的位置而确定特征的高度。
10.权利要求9的方法，其中，用光源照射特征包括用激光光源照射特征。
11.权利要求9的方法，其中，在特征被移动时测量非朗伯反射亮度和位置包含在多个象素的每一个处测量亮度值。
12.权利要求9的方法，其中，根据峰值亮度值的位置确定特征的高度包含确定多个象素中哪一个正记录峰值亮度值；根据储存的象素坐标数据确定记录峰值亮度值的象素的位置；以及根据与储存的象素坐标数据有关的校准数据确定高度。
13.权利要求9的方法，其中，利用激光延伸线来照射多个特征。
14.权利要求9的方法，还包含根据特征的高度产生通过/失效数据。
15.一种用来检查具有一个或多个球接触线性行的球栅阵列的方法，包含产生激光延伸线；对准球栅阵列，使球接触的线性行平行于激光延伸线；向着激光延伸线移动球栅阵列；测量来自每个球接触的反射亮度；以及确定每个点亮度已经达到峰值的点。
16.权利要求15的方法，其中，测量来自每个球接触的反射亮度包含接收象素阵列处的反射。
17.权利要求15的方法，其中，确定每个点亮度已经达到峰值的点包含为象素阵列中多个象素中的每一个指定坐标数据；以及当其跨越象素阵列移动时跟踪每个反射的亮度和位置。
18.权利要求15的方法，其中，确定每个点亮度已经达到峰值的点包含在一定时间内，储存象素阵列中多个象素中每一个的象素亮度数据；分隔在所述一定时间内形成在象素亮度数据中的线；以及确定具有最大亮度幅度的线中的象素。
19.权利要求15的方法，其中，确定各点亮度已经达到峰值的点包含绘制亮度随时间的变化与位置的关系曲线图；以及确定斜率在何处从正改变到负。
20.权利要求15的方法，还包含根据每个点亮度已经达到峰值的点来确定每个球接触的高度。
全文摘要
提供了一种用来检查元件的系统。此系统包括光源，用来照射元件特征，以便产生离开元件特征的镜面反射或非朗伯反射。图象传感器被定位接受此镜面反射或非朗伯反射，从而产生例如从元件特征反射的光点的点亮度数据和点位置数据。高度测量系统接收点亮度数据和点位置数据，并产生特征高度数据。
文档编号G01C3/08GK1735896SQ200380108331
公开日2006年2月15日 申请日期2003年11月5日 优先权日2002年11月5日
发明者G·布朗, R·格德肯, C·哈里斯, C·S·客, W·瓦哈韦桑 申请人:半导体技术及器械公司