DE1260575B - Verfahren zur zerstoerungsfreien Pruefung elektronischer Bauteile - Google Patents

Verfahren zur zerstoerungsfreien Pruefung elektronischer Bauteile

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DE1260575B
DE1260575B DEU10101A DEU0010101A DE1260575B DE 1260575 B DE1260575 B DE 1260575B DE U10101 A DEU10101 A DE U10101A DE U0010101 A DEU0010101 A DE U0010101A DE 1260575 B DE1260575 B DE 1260575B
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DE
Germany
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electron beam
layer
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electronic components
carrier
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Application number
DEU10101A
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English (en)
Inventor
Robert Anthony Dicurcio
Willard Francis Stillwell Jun
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raytheon Technologies Corp
Original Assignee
United Aircraft Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/225Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion
    • G01N23/2251Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion using incident electron beams, e.g. scanning electron microscopy [SEM]
    • G01N23/2254Measuring cathodoluminescence

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Description

  • Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung elektronischer Bauteile Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung elektronischer Bauteile, die wenigstens eine Schicht aus leitendem oder halbleitendem Material auf wenigstens einer Oberfläche eines nichtleitenden Trägers aufweisen.
  • Soweit bekannt, gab es bisher keine zerstörungsfreien Verfahren, die eine einwandfreie Prüfung und Kontrolle derartiger Bauteile, wie es z. B. Dünnfilmbauelemente sind, gestatteten. Es wurden lediglich der Stromdurchgang geprüft und der Widerstand gemessen, wobei aber feine Risse oder Sprünge oft unbemerkt blieben, die später beim Betrieb eine Störung oder einen Ausfall zur Folge hatten. Selbst genaue und zeitraubende mikroskopische Untersuchungen führten nicht zu befriedigenden Ergebnissen.
  • Demgegenüber wird in der vorliegenden Erfindung ein Verfahren angegeben, welches eine einwandfreie zerstörungsfreie Funktions- und Qualitätskontrolle gestattet.
  • Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das jeweils zu prüfende Bauteil in den Weg eines Elektronenstrahls übergeführt wird, daß die Leistungsdichte (Intensität) des Elektronenstrahls auf einen Wert eingestellt wird, bei dem der Träger fluoresziert, daß der Elektronenstrahl über die Oberfläche des Bauteils gelenkt wird und daß dabei zur Ermittlung von Fehlern in der leitenden Schicht die von dem Träger ausgehende Fluoreszenz beobachtet wird.
  • Der Erfindungsgedanke zu diesem Verfahren besteht darin, daß ein Elektronenstrahl niedriger Intensität das Trägerplättchen, das gewöhnlich aus Aluminiumoxyd besteht, zu lebhafter Fluoreszenz anregt und dabei Fehler und Unregelmäßigkeiten sichtbar macht, die selbst bei hoher Vergrößerung ohne Fluoreszenz nicht zu entdecken sind. Das Verfahren ist neben seiner Exaktheit besonders einfach und ökonomisch, da die beobachteten Ergebnisse auch von nicht qualifizierten Kräften ausgewertet werden können.
  • In besonderer Ausbildung der Erfindung kann das beanspruchte Verfahren unter Verwendung eines Elektronenstrahlgenerators, der eine von dem in ihm erzeugten Elektronenstrahl durchsetzte Vakuumkammer aufweist, durchgeführt werden, indem das zu prüfende Bauteil in die Vakuumkammer in den Weg des Elektronenstrahls übergeführt wird. Durch diese Maßnahme kann das erfindungsgemäße Verfahren auch besonders vorteilhaft in Verbindung mit bekannten Verfahren zur Herstellung von elektronischen Dünnfilm-Bauteilen verwendet werden, bei denen sowohl das Aufdampfen der Schicht auf ein Trägerteil als auch das Herausritzen der gewünschten Schaltung aus der Schicht mit Hilfe eines Elektronenstrahles vorgenommen wird. Das Aufdampfen der Schicht ist z. B. in der USA.-Patentschrift 2 746 420 beschrieben und das Herausritzen der Dünnfilmbauteile in der deutschen Auslegeschrift 1 106 893 erläutert. Der gesamte Prozeß, bestehend aus Aufdampfen, Herausritzen und Prüfen, kann damit unmittelbar aufeinanderfolgend in der gleichen Vakuumkammer erfolgen.
  • An Hand eines Ausführungsbeispiels wird das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. Dabei werden die - an sich bekannten - Verfahren des Aufdampfens und des Herausritzens wegen der erwähnten vorteilhaften Möglichkeit der Assoziierung mit dem erfindungsgemäßen Prüfungsverfahren ebenfalls näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen für die Durchführung der Erfindung geeigneten Elektronenstrahlgenerator, F i g. 2 eine Ansicht der evakuierten Arbeitskammer von F i g. 1, F i g. 3 eine Seitenansicht der in F i g. 1 und 2 gezeigten Beschickungsvorrichtung und F i g. 4 die Vergrößerung eines Dünnschichtwiderstandes, der nach unserer Erfindung geprüft wurde.
  • F i g. 1 stellt eine Elektronenstrahlmaschine dar, die aus einer Kammer 10 mit der Elektronenquelle, eine Säule 12, in der der Strahl fokussiert wird, und einer evakuierten Arbeitskammer 14 besteht. In der Kammer 10 emittiert eine direkt geheizte Kathode 16 Elektronen, die längs der Säule 12 in Abwärtsrichtung durch eine Potentialdifferenz zwischen Kathode 16 und Anode 18 beschleunigt werden. Kathode 16 ist von einer Kalotte20 umgeben, die als Gitter dient und die auf einer gegenüber Kathode 16 negativen Spannung liegt. Die Größe dieser Vorspannung regelt den Teilchenstrom und trägt infolge der Gestalt des Gitters auch zur Fokussierung des Strahls bei. Die durch Säule 12 abwärts beschleunigten Elektronen werden von der oberen Justierspule 24, der unteren Justierspule 26, dem magnetischen Linsensystem 29 und der oberen und unteren Lochblende 28 und 30 in einen engen Strahl 22 fokussiert. Der Strahl 22 läuft durch das in Säule 12 hängende Rohr 32 in die Arbeitskammer 14, wo er auf das Werkstück trifft und seine Energie in Form von Wärme abgibt. Das Werkstück kann unter dem Strahl bewegt werden, und der Strahl kann durch die Ablenkspulen 34 in begrenztem Maß über das Werkstück abgelenkt werden. Das Werkstück wird mit dem Auge durch ein optisches System beobachtet, das nur teilweise gezeigt ist, und welches das aus einer Lichtquelle 38 stammende Licht mit den Spiegeln 40 und 42 auf das Werkstück fokussiert. Der Lichtweg wird von der gestrichelten Linie 46 dargestellt. Das Bild des Werkstücks wird wieder von den Spiegeln 40 und 42 reflektiert und gelangt durch den Tubus 48 mit der Linse 50 in eine nicht dargestellte Mikroskopanordnung, wo es vergrößert wird und von einem Techniker betrachtet werden kann. Zwischen der Strahlsäule 12 und dem Tubus 48 befindet sich ein Bleiglasfilter 52, das den Techniker vor den Röntgenstrahlen schützt, die während des Betriebs vom Elektronenstrahl erzeugt werden.
  • In der Arbeitskammer 14 ist eine Vorrichtung angebracht, welche die zu beschichtenden und zu ritzenden Trägerpiättchen haltert und zentriert. Vorzugsweise besteht sie aus einem Teil eines Zylinderringes 60. Dieser ist längs einer Kante an einem Zahnrad 62 befestigt, das in das Zahnrad 63 greift, welches von einem nicht gezeichneten Motor getrieben wird. In der Arbeitskammer sind der Zylinderring 60 und das Zahnrad 63 an dem Teil 64 und der Achse 66 drehbar gelagert. An der Innenfläche des Zylinderringes 60 sind zwei Halter 68 und 70 angebracht, auf denen die zu beschichtenden und anschließend zu ritzenden Trägerplättchen mit geeigneten Vorrichtungen befestigt sind. Kammer 14 enthält außerdem einen fahrbaren Tisch 72, der auf einer Schiene 74 läuft. Tisch 72 trägt einen Verdampfertiegel 76, der, wie F i g. 3 deutlich zeigt, über die eine Tischkante vorragt. Dem Verdampfertiegel 76 wird von der Last 78 das Gleichgewicht gehalten.
  • Der Arbeitsablauf spielt sich folgendermaßen ab.
  • Die zu beschichtenden Trägerplättchen werden auf die Halter 68 und 70 gebracht und der Zylinderring 60 so gedreht, daß ein Loch 61 in seiner Mitte in der Achse des Strahls 22 liegt. Der Verdampfertiegel 76 wird mit der Aufdampfsubstanz beladen und vom Tisch 72 so eingefahren, daß er ebenfalls in der Achse des durch das Loch 61 einfallenden Strahl es liegt. Nach dem Evakuieren der Arbeitskammer mit einer nicht dargestellten Vorrichtung stellt man die Strahlstärke sowie den Brennpunkt am Elektronenstrahlerzeuger auf den für die Verdampfung der Substanz im Verdampfertiegel benötigten Wert ein.
  • Darauf wird der Strahlerzeuger eingeschaltet, der Strahl trifft nun auf die Aufdampfsubstanz und verdampft sie. Der vom Verdampfertiegel 76 aufsteigende Dampf kondensiert auf den Trägerplättchen, die an den Haltern 68 und 70 befestigt sind. Diesen Schritt zeigt Fig. 2 und 3. Bei geeignetem Winkel und Abstand zwischen den Haltern und dem Verdampfertiegel wird auf die Trägerplättchen eine gleichmäßige Schicht aufgedampft. Selbstverständlich kann das Trägerplättchen maskiert werden, so daß bestimmte Stellen nicht beschichtet werden, z. B. ein Rand längs der Kanten. Zur Steuerung der Dicke der aufgedampften Schicht und zur Beendigung der Bedampfung, sobald eine bestimmte Dicke oder Form der Schicht erreicht ist, kann man die Dicke der Schicht auf dem Trägerplättchen mit einer photoelektrischen Vorrichtung verfolgen, indem diese Vorrichtung die Helligkeit und Farbe einer Lichtquelle durch eine lichtdurchlässige Vergleichsoberfläche ermittelt, die ebenfalls dem vom Verdampfertiegel aufsteigenden Dampf ausgesetzt ist. Die photoelektrische Vorrichtung kann beispielsweise einen Kontrollkreis schalten, der den Strahl 22 automatisch abschaltet, sobald die Schicht die gewünschte Dicke erreicht hat.
  • Wenn eine Schicht der gewünschten Dicke auf dem Trägerplättchen abgeschieden ist, wird der Strahlerzeuger abgeschaltet und Tisch 72 zurückgefahren.
  • Wie man aus F i g. 1 sehen kann, wird der Zylinderring 60 nun gedreht, bis der eine Halter 68 in der Strahlachse liegt. Dann wird der Strahlerzeuger so eingestellt, daß ein stark fokussierter Strahl hoher Intensität erzeugt wird. Nun wird der Strahlerzeuger neu eingeschaltet und der Strahl über die Oberfläche des Trägerplättchens abgelenkt, indem der den Ablenkspulen 34 zugeführte Strom verändert wird. Dies kann ein Techniker von Hand ausführen, während er den Arbeitsablauf durch das optische System verfolgt, oder man programmiert die Strahlablenkung mit Hilfsmitteln, wie sie aus der Rechenmaschinentechnik bekannt sind. Der wandernde Strahl hoher Intensität ritzt durch lokale Verdampfung einzelne Linien oder Muster in die zuvor aufgedampfte Schicht ein. Ljnienbreiten von 0,0018 cm und Linienabstände von 0,0075 cm können erreicht werden. F i g. 4 zeigt einen typischen Dünnschichtindikator, der mit einem Elektronenstrahl auf einen genau vorherberechneten Widerstandswert geritzt wurde. Die tatsächlichen Maße des in Fig.4 abgebildeten Widerstandes betragen 2,28 cm2 bei 0,025 cm Dicke. Natürlich können mit dieser Methode auch Dünnschichtinduktoren und Kondensatoren hergestellt werden. In der Anordnung von F i g. 4 können Zuleitungen an den Kontaktstellen 80 und 82 angebracht werden. An diesem Punkt des Arbeitsablaufs können die an die Kontaktstellen gebrachten Anschlüsse mit dem Elektronenstrahl an das Dünnschichtelement angeschweißt werden.
  • Nach dem Ritzvorgang wird der Strahl defokussiert und seine Intensität vermindert. Durch Verändening des Stroms durch die Ablenkspulen 34 wird der defokussierte Strahl über die Oberfläche des Dünnschiehtbauteils hin- und hergeführt, während das Bauteil vom Teehniker mit dem optischen System beobachtet wird. Dabei werden Fehler und Untegelmäßigkeiten leicht sichtbar, auch wenn das Dünnschichtbauteil von einer SiO-Schutzschicht überdeckt ist. Die Schicht deckt das Fluoreszenzleuchten ab, so daß es nur an den Stellen sichtbar wird, wo der Strahl eine Linie geritzt hat oder wo sich ein Fehler in der Schicht befindet. Beispielsweise lassen die stark vergrößert dargestellten Haarrisse 84 das Fluoreszenzleuchten des Trägerplättchens durchscheinen und können so, zum Teil durch den Kontrast zur unbeschädigten Schicht, leicht vom Techniker erkannt werden. Die Risse 84 würden von einer Widerstandsmessung oder einer Mikroskopuntersuchung nicht erfaßt und würden, wenn Schwingungen auftreten, sich ausbreiten und zum Ausfall des Bauteils führen.
  • Die vom defokussierten Strahl hervorgerufene Fluoreszenz macht nicht nur Fehler in der Metallschicht sichtbar, sondern dient auch als wertvolle Methode, mit der visuell am Dünnschichtbauteil geprüft werden kann, ob die Metallschicht an den geritzten Stellen völlig entfernt wurde, ob die entsprechenden Kontaktstellen völlig voneinander isoliert sind und ob durch das Ritzen angehende Fehler in der Widerstandsschicht entstanden sind. Zudem erhält man Aufschluß über die Oberflächenbeschaffenheit des Trägerplättchens. Beispielsweise fluoresziert unbeschädigtes Aluminiumoxyd rötlich, grün nach leichtem Aufschmelzen durch Elektronenbeschuß und blau bei heftigem Elektronenbeschuß und damit stärkerem Aufschmelzen der Oberfläche.
  • Das Prüfverfahren ist auch anwendbar bei Bauteilen, die nach anderen Verfahren hergestellt und nur zur Prüfung in die Elektronenstrahlmaschine gebracht werden. Die Erfindung ist bei allen Untersuchungen von Eigenschaften dünner Metallschichten verwendbar, die aufgedampft oder in anderer Weise auf ein Trägerplättchen wie Aluminiumoxyd aufgebracht wurden, bei der Untersuchung von verschiedenen metallisierten Schichten, wie Moly-Mangan, das auf die Unterlage gebrannt wurde und von Dünnschichtbauteilen, die mit einem Elektronenstrahl oder mit anderen Mitteln geritzt wurden.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung elektronischer Bauteile, die wenigstens eine Schicht aus leitendem oder halbleitendem Material auf wenigstens einer Oberfläche eines nichtleitenden Trägers aufweisen, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß das jeweils zu prüfende Bauteil in den Weg eines Elektronenstrahls übergeführt wird, daß die Leistungsdichte (Intensität) des Elektronenstrahls auf einen Wert eingestellt wird, bei dem der Träger fluoresziert, daß der Elektronenstrahl über die Oberfläche des Bauteils gelenkt wird und daß dabei zur Ermittlung von Fehlern in der leitenden Schicht die von dem Träger ausgehende Fluoreszenz beobachtet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, unter Verwendung eines Elektronenstrahlgenerators, der eine von dem in ihm erzeugten Elektronenstrahl durchsetzte Vakuumkammer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das zu prüfende Bauteil in die Vakuumkammer in den Weg des Elektronenstrahls übergeführt wird.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 106 893; USA.-Patentschrift Nr. 2 746 420.
DEU10101A 1962-09-04 1963-08-28 Verfahren zur zerstoerungsfreien Pruefung elektronischer Bauteile Pending DE1260575B (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL9400300A (nl) * 1993-03-01 1994-10-03 Mitsubishi Electric Corp Werkwijze voor de inspectie van componenten van een kathodestraalbuis en inrichting voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze.
WO2007017621A1 (en) * 2005-08-05 2007-02-15 Cambridge Image Technology Limited Electron-optical apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2746420A (en) * 1951-11-05 1956-05-22 Steigerwald Karl Heinz Apparatus for evaporating and depositing a material
DE1106893B (de) * 1960-03-30 1961-05-18 Zeiss Carl Fa Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauelementes

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