DE19525081A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Testen der Funktion von Mikrostrukturelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vor­ richtung zum Testen der Funktion von Mikrostrukturele­ menten.

Unter Mikrostrukturelementen versteht man beispiels­ weise mikromechanische Sensoren und Aktoren, sowie Kor­ puskularstrahlung (beispielsweise Licht oder Elektro­ nen) emittierende Elemente (beispielsweise Laserdioden oder Feldemissionsspitzen). Derartige Mikrostrukturele­ mente werden jeweils in einer Vielzahl auf einem Sub­ strat, beispielsweise Wafern, hergestellt.

In der Mikrostrukturtechnik werden mechanische, opti­ sche, elektrische und andere Bauelemente mit Verfahren hergestellt, die den Prozessen in der Mikroelektronik verwandt sind. Analog treten auch entsprechende Fehler bei der Herstellung auf, die z. B. durch Verschmutzungen oder Fehljustagen verursacht werden. Um eine einwand­ freie Funktion der Mikrostrukturelemente gewährleisten zu können, ist es daher erforderlich, die Funktion je­ des einzelnen Elementes zu testen.

Der Test von Mikrostrukturelementen stellt durch die kleinen Dimensionen besondere Anforderungen an das ver­ wendete Verfahren und die entsprechende Vorrichtung. Die schnelle Messung der elektrischen Funktion von Transistoren, Leitungen sowie von Kapazitäten und Wi­ derständen ist beispielsweise aus der US-A 3,531,716 und der EP-A 0 048 862 bekannt. Diese bekannten Verfah­ ren beruhen im wesentlichen darauf, daß mit Hilfe eines Elektronenstrahls die elektrische Ladung an einer be­ stimmten Stelle des Bauteils mittels ausgelöster Sekun­ därelektronen gemessen wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren sowie eine Vorrichtung zum Testen von Mi­ krostrukturelementen anzugeben, mit denen bisher nicht geprüfte Funktionen der Mikrostrukturelemente getestet werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeich­ nenden Merkmale der Ansprüche 1 und 17 gelöst. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Emissions- und/oder mechanischen Eigenschaften von Mikrostruktur­ elementen getestet werden, indem das Mikrostrukturele­ ment angesteuert wird und die von ihm emittierten bzw. reflektierten Korpuskel detektiert und ausgewertet wer­ den. Unter emittierten Korpuskeln sind jene Korpuskel zu verstehen, die im normalen Betrieb des Mikrostruktu­ relements emittiert werden.

Dieses Verfahren ermöglicht es beispielsweise Arrays von Feldemissionsspitzen, wie sie beispielsweise für flache Bildschirme Verwendung finden, hinsichtlich ih­ rer Emissionseigenschaften zu überprüfen. Defekte Emit­ ter können dann evtl. repariert werden oder das gesamte Array wird aussortiert, um die dann unnötigen weiteren Arbeitsschritte einzusparen. Diamantfeldemitter können in gleicher Weise geprüft werden.

Ein weiteres Einsatzgebiet besteht in der Überprüfung von Arrays mikromechanischer Spiegel, wie sie bei­ spielsweise für Projektionsdisplays verwendet werden. Die einzelnen Spiegelelemente werden durch ihre An­ steuerung in einem bestimmten Maß mechanisch ausge­ lenkt. Die ungenügende Auslenkung einzelner Elemente führt dabei zu Fehlern in der Bilderzeugung. Es ist deshalb auch in diesem Fall eine Überprüfung der Funk­ tion des einzelnen Elementes notwendig, um die einwand­ freie Funktion zu gewährleisten.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung wer­ den im folgenden anhand der Beschreibung einiger Aus­ führungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Testen der Funktion von Mikrostrukturelementen;

Fig. 2 bis 6 schematische Darstellungen verschiede­ ner Verfahren zum Testen der Funktion von Emittern und

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Testen der Funktion von mechanisch arbeitenden Mikrostruktur­ elementen,

Fig. 8 bis 10 schematische Darstellung verschiedener Möglichkeiten zum Detektieren der emittierten bzw. reflektierten Korpus­ kel.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung zum Testen der Funktion von Mikrostrukturelementen be­ steht im wesentlichen aus einer Einrichtung 1 zur Auf­ nahme eines Prüflings mit wenigstens einem Mikrostruk­ turelement, einer Einrichtung 2 zur Ansteuerung des Mi­ krostrukturelements, einem für die von dem Mikrostruk­ turelement emittierten bzw. reflektierten Korpuskel empfindlichen Detektor 3 sowie einer Einrichtung 4 zum Auswerten von Ausgangssignalen des Detektors 3 im Hin­ blick auf die Emissions- und/oder mechanischen Eigen­ schaften des Mikrostrukturelements.

Die Einrichtung 1 zur Aufnahme des Prüflings weist ins­ besondere einen entsprechend ausgestalteten und gegebe­ nenfalls in mehrere Richtungen verfahrbaren Prüf­ lingstisch 1a sowie eine nicht näher dargestellte Vaku­ umkammer auf.

Die Einrichtung 2 zur Ansteuerung des Mikrostrukturele­ ments 5 enthält im wesentlichen eine Quelle 2a zur Er­ zeugung einer Korpuskularstrahlung, die beispielsweise durch eine Elektronenquelle gebildet wird. Ein Linsen­ system 2b, um den Korpuskularstrahl auf das Mikrostruk­ turelement 5 zu richten sowie eine Ablenkeinrich­ tung 2c, um den Korpuskularstrahl 6 auf ein anderes Mi­ krostrukturelement zu richten. Die Quelle 2a kann bei­ spielsweise auch durch eine Ionenquelle gebildet wer­ den. Das Linsensystem 2b besteht im wesentlichen aus magnetischen und/oder elektrostatischen Linsen.

Die Einrichtung zur Ansteuerung der Mikrostrukturele­ mente kann beispielsweise auch durch eine über elektri­ sche Kontakte mit dem Mikrostrukturelement in Verbin­ dung stehende Steuereinheit 2′ gebildet werden.

Je nach Art der zu untersuchenden Mikrostrukturelemente ist der Detektor für Elektronen, Ionen oder Photonen empfindlich. Um die vom Mikrostrukturelement emittier­ ten oder reflektierten Korpuskel zum Detektor zu len­ ken, kann beispielsweise ein aus elektrischen Elektro­ den bestehendes Ablenksystem 7 verwendet werden. Um die Energie dieser Korpuskel ermitteln zu können, wird der Detektor 3 beispielsweise in Verbindung mit einem vor­ geschalteten Gegenfeld-Spektrometer betrieben.

Anhand der Fig. 2 bis 10 werden nun im folgenden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, wo­ bei in den Fig. 2 bis 6 das Testen von Emittern hin­ sichtlich ihrer Emissionseigenschaften dargestellt ist.

Unter den hier zu untersuchenden Emittern sind Mi­ krostrukturelemente zu verstehen, die durch Ansteuerung Korpuskel emittieren. Derartige Emitter können bei­ spielsweise durch Feldemissionsspitzen oder Laserdioden gebildet werden.

In Fig. 2 ist nun eine Vielzahl von auf einem Substrat angeordneter Feldemissionsspitzen 8 mit entsprechenden Zuleitungen 9 dargestellt. Die Feldemissionsspitzen 8 werden über eine mit diesen verbundene Einrichtung 2′ derart angesteuert, daß die Feldemissionsspitzen Kor­ puskel 10, in diesem Falle Elektronen, auslösen. Diese Korpuskel 10 werden über das beispielhaft in Fig. 1 dar­ gestellte Ablenksystem 7 auf den Detektor 3 gelenkt. Das im Detektor 3 entstehende Signal wird in der nach­ geschalteten Einrichtung 4 ausgewertet.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Feldemissionsspitze 8 nicht über eine externe, elektrisch verbundene Einrichtung angesteuert, sondern durch den auf die Zuleitung 9 gerichteten Korpus­ kularstrahl 6 zur Emission von Korpuskeln 10 angeregt. Die Korpuskel 10 werden dann wiederum auf den Detek­ tor 3 gelenkt, um weiter ausgewertet zu werden. Die Analyse des detektierten Signals, d. h. des Ausgangssi­ gnals des Detektors als Reaktion auf die Ansteuerung ergibt die Information über die fehlerhafte oder kor­ rekte Funktion des Mikrostrukturelementes.

Der Emitter 8, d. h. die Feldemissionsspitzen 8 können jedoch durch den Korpuskularstrahl 6 nicht nur über seine Zuleitungen 9, sondern auch dadurch angesteuert werden, daß der Korpuskularstrahl direkt auf den Emit­ ter 8, insbesondere auf dessen Spitze gerichtet wird. Die dabei ausgelösten Korpuskel 10 werden wiederum auf den Detektor 3 gelenkt und weiter ausgewertet.

In Fig. 5 wird ein weiteres Verfahren zum Testen von Emittern beschrieben, bei dem der Emitter 8 durch eine elektrisch verbundene Einrichtung 2′ derart angesteuert wird, daß am Emitter eine solche Spannung anliegt, die noch nicht zur Auslösung von Korpuskeln ausreicht. Wird bei diesen Versuchsbedingungen nun ein Korpuskular­ strahl 6 direkt auf den Emitter, beispielsweise die Spitze der Feldemissionsspitze 8, gelenkt, werden die auftreffenden Korpuskel in Abhängigkeit von der am Emitter anliegenden Spannung reflektiert. Die auf den Detektor 3 auftreffenden und reflektierten Korpuskel 11 gelangen wiederum auf den Detektor 3. Die anschließende Auswertung läßt direkte Rückschlüsse auf die am Emitter anliegende Spannung zu.

In Fig. 6 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausfüh­ rungsbeispiel dargestellt, bei dem die Mikrostruktur­ elemente durch Laserdioden 12 gebildet werden, die über Zuleitungen 13 ansteuerbar sind. Die Ansteuerung kann dabei wiederum entweder durch einen auf die Zulei­ tung 13 gerichteten Korpuskularstrahl 6 oder durch eine mit der Zuleitung 13 elektrisch verbundene, nicht näher dargestellte Ansteuereinrichtung erfolgen. Als Folge der Ansteuerung werden von der Laserdiode 12 wiederum Korpuskel 10 emittiert, die in diesem Ausführungsbei­ spiel durch Photonen gebildet werden. Die emittierten Photonen gelangen wiederum auf den Detektor 3, dessen Ausgangssignal in der nachgeschalteten Auswerteeinrich­ tung 4 ausgewertet wird.

Neben den bisher beschriebenen Emittern können jedoch auch mechanisch arbeitende Mikrostrukturelemente mit­ tels des erfindungsgemäßen Verfahrens überprüft werden. So finden beispielsweise Arrays mikromechanischer Spie­ gel Verwendung, die für Projektionsdisplays verwendet werden. Ein derartiger Array wird durch eine Vielzahl von einzeln auslenkbaren Spiegeln gebildet, wobei auch hier der Bedarf besteht, die Funktion jedes einzelnen Mikrostrukturelementes zu überprüfen. Eine entspre­ chende Anordnung ist schematisch in Fig. 7 dargestellt. Die einzelnen mikromechanischen Spiegel 14 können über eine elektrisch verbundene Einrichtung 2′ angesteuert werden. Die Ansteuerung bewirkt eine Auslenkung der Spiegelfläche 14a. Während des Prüfungsverfahrens wird der Korpuskularstrahl 6 auf die auslenkbare Spiegelflä­ che 14a gerichtet. Bei richtiger Auslenkung gelangen die reflektierten Korpuskel 11 auf den Detektor 3. Mit Hilfe des Korpuskularstrahles 6 kann somit die korrekte Auslenkung eines beweglichen Mikrostrukturelements auf besonders einfache Art und Weise überprüft werden.

Je nach Art der Mikrostrukturelemente kann es u. U. sinnvoll sein, mehrere Detektoren in geeigneter Weise anzuordnen, um verschiedene Auslenkstellungen des Mi­ krostrukturelements zu überprüfen. Die verschiedenen Auslenkstellungen können jedoch auch mit Hilfe einer Detektorfläche getestet werden, wenn der Korpuskular­ strahl 6 bei den verschiedenen Auslenkstellungen des Spiegels jeweils unter einem anderen Einfallswinkel auf die Spiegelfläche auftrifft.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich alle Mikrostrukturelemente testen, die wenigstens ein bewegliches Element aufweisen, das durch eine entspre­ chende Ansteuerung auslenkbar ist. Die Ansteuerung kann dabei wiederum entweder durch eine elektrisch verbun­ dene Ansteuereinrichtung 2′ oder auch durch einen Kor­ puskularstrahl erfolgen. In allen Fällen wird ein Kor­ puskularstrahl auf das bewegliche Element gerichtet, im vorliegenden Fall die Spiegelfläche 14a, um anhand der reflektierten Korpuskel die Funktionstüchtigkeit des Mikrostrukturelementes festzustellen.

Beim Testen von einer Vielzahl auf einem Substrat ange­ ordneter Mikrostrukturelemente besteht das Erfordernis, das Verfahren möglichst schnell durchführen zu können.

Prinzipiell besteht dabei die Möglichkeit, jedes ein­ zelne Mikrostrukturelement, beispielsweise die Feldemissionsspitzen 8, einzeln über eine Einrich­ tung 2′ oder einen Korpuskularstrahl anzusteuern und die emittierten bzw. reflektierten Korpuskel auf einen Detektor 3 zu lenken (Fig. 8).

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, eine Vielzahl von Mikrostrukturelementen zur Emission bzw. Reflexion von Korpuskeln anzusteuern, wobei mit Hilfe eines dem Detektor vorgelagerten Ablenksystems 7 jeweils nur die emittierten bzw. reflektierten Korpuskel eines Mi­ krostrukturelementes zum Detektor 3 gelangen. Das in Fig. 9 dargestellte Ablenksystem 7 ist in Form einer Blende dargestellt, die beispielsweise in geeigneter Weise verschiebbar ist. Das Ablenksystem 7 könnte aber auch in Form von elektrischen Elektroden, beispiels­ weise Plattenelektroden, gebildet werden, vgl. hierzu Fig. 1.

In dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel wer­ den die von einer Vielzahl von angesteuerten Mi­ krostrukturelementen emittierten bzw. reflektierten Korpuskel auf eine Vielzahl von Detektoren 3′ gelenkt. Die Detektoren 3′ können beispielsweise durch ein De­ tektor-Array gebildet werden.

Schließlich besteht auch die Möglichkeit, die Korpuskel von mehreren Mikrostrukturelementen gleichzeitig auf den Detektor 3 zu lenken, um dann anhand der Intensität der empfangenen Korpuskel festzustellen, ob möglicher­ weise eines der angesteuerten Mikrostrukturelemente de­ fekt ist.

Die in den obigen Ausführungsbeispielen dargestellten Mikrostrukturelemente und deren Anordnung in bezug auf den Detektor sowie deren Ansteuerung sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Der Detektor 3, 3′ kann bei­ spielsweise zur Ermittlung der Intensität der detek­ tierten Korpuskel ausgelegt werden. Es ist jedoch auch denkbar, die Energie der emittierten bzw. reflektierten Korpuskel zu ermitteln, um daraus Rückschlüsse auf die Funktion des untersuchten Mikrostrukturelementes zu ziehen. Die Ermittlung der Energie der Korpuskel kann beispielsweise durch ein vorgeschaltetes, allgemein be­ kanntes Gegenfeld-Spektrometer zur quantitativen Poten­ tialmessung erfolgen.

Die zur Ansteuerung der Mikrostrukturelemente verwende­ ten Korpuskularstrahlen bzw. die von den Mikrostruktur­ elementen emittierten bzw. reflektierten Korpuskel kön­ nen durch Elektronen, Ionen oder Photonen gebildet wer­ den.

Die Auswertung des Ausgangssignals des Detektors 3 in der nachgeschalteten Einrichtung 4, kann beispielsweise durch Vergleich des gemessenen Ist-Signals mit einem Soll-Signal erfolgen.

Claims (22)

1. Verfahren zum Testen der Funktion von Mikrostrukturelemten (8, 12, 14), dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrostrukturelement zum Testen der Emissions- und/oder mechanischen Eigenschaften angestrahlt und die von ihm emittierten bzw. reflektierten Korpuskel (10, 11) detektiert und ausgewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrostrukturelement (8, 12, 14) mit einem Korpuskularstrahl (6) angesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrostrukturelement (8, 12, 14) über eine mit ihm elektrisch verbundene Ansteuereinrichtung (2′) angesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korpuskel des ansteuernden Korpuskularstrahls (6) vom Mikrostrukturelement (8, 12, 14) re­ flektiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von auf einem Trägerkörper ange­ ordneten Mikrostrukturelementen (8, 12, 14) getestet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander jeweils nur die emittierten bzw. reflektierten Korpuskel (10, 11) eines Mikrostruk­ turelements (8, 12, 14) detektiert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander jeweils nur ein Mikrostrukturele­ ment (8, 12, 14) angesteuert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung durch Zuführung von Ladung er­ folgt.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung durch Zuführung von Energie er­ folgt.

10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die emittierten bzw. reflektierten Korpuskel (10, 11) von mehreren Mikrostrukturelementen (8, 12, 14) gleichzeitig detektiert werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der detektierten emittierten bzw. reflektierten Korpuskel (10, 11) ermittelt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der detektierten emittierten bzw. reflektierten Korpuskel ermittelt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung durch Vergleich von Ist- und Sollwert erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostrukturelemente durch Emitter (8, 12) gebildet werden.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostrukturelemente (14) wenigstens ein bewegliches Bauelement (Spiegelfläche 14a) aufwei­ sen, dessen Beweglichkeit getestet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkbarkeit des beweglichen Bauelements mittels der reflektierten Korpuskel (11) ermittelt wird.

17. Vorrichtung zum Testen der Funktion von Mikrostruk­ turelementen (8, 12, 14) nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, enthaltend

• a) eine Einrichtung (1) zur Aufnahme eines Prüf­ lings mit wenigstens einem Mikrostrukturelement (8, 12, 14),
• b) eine Einrichtung (2, 2′) zur Ansteuerung des Mi­ krostrukturelements,
• c) einen für die vom Mikrostrukturelement emittier­ ten bzw. reflektierten Korpuskel (10, 11) emp­ findlichen Detektor (3, 3′),
• d) sowie eine Einrichtung (4) zur Auswertung von Ausgangssignalen des Detektors (3, 3′) im Hin­ blick auf die Emissions- und/oder mechanischen Eigenschaften des Mikrostrukturelements.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einrichtung (1) zur Aufnahme des Prüf­ lings eine Vakuumkammer aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die Einrichtung (2) zur Ansteuerung des Mikrostruk­ turelements, enthaltend

• a) eine Quelle (2a) zur Erzeugung eines Korpusku­ larstrahls (6),
• b) ein Linsensystem (2b), um den Korpuskularstrahl auf das Mikrostrukturelement zu richten,
• c) sowie ein Ablenksystem (2c), um den Korpuskular­ strahl auf ein anderes Mikrostrukturelement zu richten.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einrichtung zur Ansteuerung des Mi­ krostrukturelements aus einer über elektrische Kon­ takte mit dem Mikrostrukturelement in Verbindung stehenden Steuereinheit (2′) besteht.

21. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß dem Detektor (3, 3′) ein Ablenksystem (7) vorgelagert ist, um die vom Mikrostrukturelement emittierten bzw. reflektierten Korpuskel (10, 11) auf den Detektor zu lenken.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenksystem (7) aus elektrischen Elektroden besteht.