DE19614896B4 - Verfahren zur feldmäßigen Bestimmung von Deformationszuständen in mikroskopisch dimensionierten Prüflingsbereichen und Verwendung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Verfahren zur feldmäßigen Bestimmung von Deformationszuständen in mikroskopisch dimensionierten Prüfingsbereichen, unter Verwendung von digitalisierten Bildern als zweidimensionale Bildmatrizen mit diskreten Pixelwerten, die einer Grauwertskala zugeordnet sind, mit den folgenden Schritten:
a. Erzeugung eines ersten digitalisierten Bildes (B1) des Prüflingsbereiches (A) in einem ersten Zustand,
b. Erzeugung eines zweiten digitalisierten Bildes (B2) des Prüflingsbereiches (A) in einem zweiten Zustand, der sich vom ersten Zustand durch Deformation des Prüflings unterscheidet,
c. Bestimmung des Verschiebungsvektors (V) der örtlichen Deformation durch Vergleich des ersten digitalisierten Bildes (B1) mit dem zweiten digitalisierten Bild (B2) dergestalt, daß einem digitaliesierten Bild als Referenzbild jeweils Referenzmatrizen (S_i) entnommen werden, deren Grauwertinhalte (g) innerhalb eines jeder Referenzmatrix (S_i) zugeordneten Suchbereichs (SB) mit den Grauwertinhalten (g) von Vergleichsmatrizen (S_j) des anderen digitalisierten Bildes als Vergleichsbild verglichen werden, wobei der Verschiebungsvektor (V) bezüglich jeder Referenzmatrix (S_i) durch die Position mit dem höchsten Korrelationskoeffizienten (K) bestimmt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur feldmäßigen Bestimmung von Deformationszuständen in mikroskopisch dimensionierten Prüflingsbereichen, unter Verwendung von digitalisierten Bildern als zweidimensionale Bildmatrizen mit diskreten Pixelwerten, die einer Grauwertskala zugeordnet sind, gemäß Patentanspruch 1 und Verwendung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 5.
• Unter mikroskopisch dimensionierten Prüflingsbereichen werden im folgenden Prüflingsbereiche verstanden, die in wenigstens einer ihrer räumlichen Ausdehnungen mikroskopische Abmessungen (Größenbereich kleiner 0,1 – 0,001 mm) besitzen.
• Dementsprechend ist die Erfindung insbesondere anwendbar zur zerstörungsfreien Bestimmung von Deformationsfeldern an Bauteilen und Komponenten der Aufbau- und Verbindungstechnik, der Mikroelektronik und der Mikrosystemtechnik.
• Beispielsweise können die Deformationsfelder bestimmt werden, die im Herstellungsprozeß oder infolge von thermischen und/oder mechanischen Beanspruchungsprozessen entstehen und ihre Ursache in den spezifischen, sich i. d. R. vom Bulkmaterial unterscheidenden Materialeigenschaften in Mikrobereichen haben.
• Die Erfindung ist anwendbar zur Detektion zeitabhängiger plastischer Vorgänge, wie Kriechprozesse, und lokaler Deformationen, die durch Auslösung lokaler Schädigungen (z.B. Risse, Delaminationen) zum Versagen bzw. zur Einschränkung der Lebensdauer führen können. Insbesondere können Aufbauten und Komponenten der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik, wie z.B. Ball Grid Arrays, Flip-Chip-Konfigurationen, Chip Sized Packages, Multi Chip Module, Verkapselungen und Abdeckungen von Chips, Sensoren und Aktuatoren sowie Komponenten von Boardverbindungstechniken untersucht werden. Ein vorrangiges Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens ist sein Einsatz zur technologischen Kontrolle von Herstellungsprozessen.
• Das Versagen von Bauteilen und Komponenten der Aufbau- und Verbindungstechnik, der Mikroelektronik und der Mikrosystemtechnik, wird in den meisten Fällen durch lokale Ursachen hervorgerufen. Zu lokal überhöhten mechanischen Spannungen führende Deformationen werden über den Fertigungsprozeß infolge zunehmender Miniaturisierung der Komponenten, Schwankungen der Materialcharakteristika und durch ungenügende Prozeßstabilität in die Materialverbunde eingetragen.
• Es ist bekannt, durch Bestimmung des Deformationsverhaltens an der Oberfläche von Bauteilen die Versagensquellen zu ermitteln. Dazu kommt eine Reihe ortsauflösender Verfahren der Meßtechnik, wie die Dehnungsmeßstreifentechnik, kohärentoptische Methoden (Hologramminterferometne, Speckle-Interferometrie), Moire-Methoden und Computer-Vision-Methoden, zum Einsatz.
• Die Dehnungsmeßstreifentechnik verlangt bekanntlich eine zeitaufwendige Präparation der Prüflinge. Die laterale Ortsauflösung ist begrenzt infolge der endlichen Größe der verfügbaren Dehnmeßstreifen. Die Anwendbarkeit auf mikroskopisch dimensionierte Prüflingsbereiche ist aus diesem Grunde sowie wegen der möglichen Beeinflussung des Deformationsverhaltens des Prüflings im Mikrobereich durch die Dehnmeßstreifen selbst und/oder deren Befestigung ausgeschlossen.
• Auch kohärentoptische Meßverfahren sind für den Einsatz in mikroskopisch dimensionierten Prüflingsbereichen zumindest ohne Anwendung von Vergrößerungstechniken nicht geeignet, wobei Fehlermöglichkeiten auftreten. Der Auswerteaufwand ist bei der Ermittlung quantitativer Aussagen erheblich.
• Analoges gilt für den Einsatz von Moire-Verfahren, da durch die notwendigerweise erforderliche Aufbringung eines Objektgitters auf den Prüfling eine Beeinträchtigung des Objektdeformationsverhaltens insbesondere im Mikrobereich nicht auszuschließen ist.
• Gemäß DE 42 09 491 A1 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur berührungslosen Messung der statischen und dynamischen Verformung von mikromechanischen Strukturen bekannt. Dazu wird eine optische Einrichtung nach dem Lichtschnittprinzip verwendet, wobei der Prüfling mit einem zu einem Linienraster modifizierten Laserstrahl beleuchtet wird, und die abgebildeten Linien sowohl senkrecht als auch schräg zur Prüflingsoberfläche aufgenommen werden. Der Vergleich der Lage der Linien im unverformten mit dem verformten Zustand liefert die Verformungsgröße.
• Nach diesem bekannten Verfahren ist eine feldmäßige Bestimmung der Deformation in mikroskopisch dimensionierten Prüflingsbereichen nicht möglich, da der Linienrastervergleich eine punktweise Zuordnung zur Prüflingsoberfläche nicht gestattet. Aufgrund des verkleinernden Umrechnungsfaktors für den Maßwert der Verformung ist die Auflösung gering.
• Im Rahmen der digitalen Bildverarbeitung ist es zur Bewegungsabschätzung in Bildsignalen bekannt ( DE 43 44 924 A1 ), digitalisierte Bilder in Form von zweidimensionalen Bildmatrizen zwecks Ermittlung von deren Bewegungsvektoren (im Sinne einer Starrkörperverschiebung) miteinander zu vergleichen. Die Bildmatrizen entsprechen diskreten Pixelwerten, die einer Grauwertskala zugeordnet sind. Der Vergleich wird durchgeführt, indem jeweils für eine Bildmatrix aus dem aktuellen Bild innerhalb eines Suchbereichs aus dem vorhergehenden Bild die entsprechende Bildmatrix mit Hilfe der höchsten Korrelation ermittelt wird, deren räumliche Lage den Bewegungsvektor bestimmt.
• Bekannte Computer-Vision-Verfahren basieren ebenfalls auf dem Vergleich zwischen Abbildern unterschiedlicher Zustände der untersuchten Prüflinge. Indem Abbilder lokaler Strukturen von diesen Prüflingen mit vergleichenden Abbildern zur Deckung gebracht werden, können (bei Kenntnis des Vergrößerungsmaßstabes der Abbildung) lokale absolute Verschiebungen ermittelt werden. Eine Wiederholung dieser Prozedur für eine ganze Anzahl verschiedener lokaler Strukturen ermöglicht die Bestimmung von ganzen Deformationsfeldern. Dabei ist die Erstellung von vorvergrößerten Fotovorlagen der zu vergleichenden Prüflingszustände aus optischen oder rasterelektronischen Mikroskopaufnahmen erforderlich, um den bildverarbeitungstechnischen Vergleich führen zu können (Davidson: „Micromechanics Measurement Techniques for Fracture" in „Experimental Techniques in Fracture", Weinheim 1993, S.41–57), was zeitaufwendig ist und eine latente Quelle unterschiedlicher Meßfehler darstellt.
• Ein anderes Verfahren (Chao, Sutton: „Accurate Measurement of Two- and Three- Dimensional Surface Deformations for Fracture Specimens by Computer Vision", a. a. O., S. 59–93) basiert auf dem direkten Vergleich digitalisiert erzeugter Bilder. Es verwendet Bildverarbeitungsalgorithmen, deren Verschiebungsauflösnng durch die räumlich digitalisierte Matrix des Bilddetektors (ca. 0,5 Pixel) begrenzt ist. Somit sind nur relativ große Deformationen ortsauflösend meßbar.
• Ein weiteres Verfahren (Wolf, Gutmann, Weber: "Ein Fuzzy-geregeltes optisches Meßsystem zur Messung von 3D-Verformungen" in „Informatik aktuell", Springer Verlag 1995, S. 343– 354) führt einen Vergleich zwischen jeweils zwei auf den beiden Abbildungen gegeneinander (um die etwaige Größe der Starrkörperverschiebung) verschobenen Teilbereichen der insgesamt abgebildeten Prüflingsoberfläche durch, wobei die Feinbestimmung der Verschiebungsgröße durch die vollständigere Deckung der beiden Teilbereiche erreicht wird. Das verfangt jedoch eine allgemeine Vorinformation über die etwaige Bewegung des untersuchten abgebildeten Oberflächenbereiches (z.B. Starrkörperbewegung) in Form von Eingangsdaten bereits vor der eigentlichen Messung, oder es ist ein Vergleich zwischen relativ großen Teilbereichen, deren Strukturen sich wenigstens noch partiell überlappen, zu führen. Das bringt eine Verringerung der lokalen Auflösung mit sich.
• Aus US 5,065,331 ist ein Verfahren zur Messung und Analyse einer Deformation von deformierbaren Körpern bekannt, welches auf elektromagnetisch oder akustisch emittierten Signalen beruht. Dieses Verfahren beruht auf einer Laser-Speckel-basierten Verschiebungsmessung und macht dafür zwingend eine Laserbeleuchtung des Objektes notwendig.
• Aus US 4,591,996 ist ein Verfahren zur Messung von Spannung und Dehnung einer Rohrleitung oder eines Kessels bekannt, welches eine Laser-Speckel-basierte Verschiebungsmessung darstellt. Auch hier ist zwingend eine Laser-Lichtquelle notwendig. Die Genauigkeit des Verfahrens ist oftmals ungenügend.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, womit Deformationsfelder an entsprechenden Prüflingsoberflächen berührungslos und präparationsfrei mit hoher lokaler Auflösung bei einem in weiten Grenzen einstellbaren Meßbereich unter Nutzung der Möglichkeiten der digitalen Bildverarbeitung bestimmt werden können.
• Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Vorteile dieses Verfahrens bestehen insbesondere in einer hohen lokalen Bestimmungsgenauigkeit der den diskreten Oberflächenpunkten mikroskopischer Areale zugeordneten belastungsabhängigen Verschiebungsvektoren durch entsprechende Nutzung vorteilhaft anwendbarer bildgebender Verfahren sowie schneller und automatischer, weil digitaler Bildverarbeitung. Durch freie Wahl des bildgebenden Verfahrens können die dafür am besten geeigneten Eigenschaften des Prüflings genutzt werden, was besonders vorteilhaft ist bei der Untersuchung von Werkstoffverbundbereichen in mikroskopisch dimensionierten Abmessungen, wie sie für die Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik verwendet werden. Auflösung und Meßbereich sind in weiten Grenzen einstellbar.
• Die numerische Analyse der aufgenommenen Bilder zwecks Bestimmung ganzer Verschiebungsfelder ist beim Einsatz moderner Rechentechnik relativ einfach und ohne erheblichem Zeitaufwand realisierbar.
• Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen
• 1 die vereinfachte Seitenansicht einer Flip-Chip-Konfiguration,
• 2 eine (schematisierte) Darstellung des Bildvergleichs.
• Um die mechanische oder mechanisch-thermische Zuverlässigkeit einer Flip-Chip-Konfiguration zu gewährleisten, ist die Bestimmung des Deformationsfeldes im Bereich des Underfiller-Materials 1 notwendig, welches sich zwischen Chip 2 und Chipträger (Substrat) 3 befindet (1). Der Chip 2 ist auf dem Chipträger 3 mittels Lötbumps 4 befestigt. Bei wechselnder Temperatur des Einsatzes entsprechender Aufbauten (z.B. erzeugt durch Umgebungsbedingungen oder Chipverlustleistungen) führt das Mismatch zwischen thermischer Chip- und Substratausdehnung zu Spannungen und Deformationen im gesamten Verbund, die im wesentlichen durch das Underfiller-Material 1 abgefangen werden müssen.
• Für eine Ermittlung typischer Deformationsfelder im Verbund Chipträger 3 – Underfiller-Material 1 – Chip 2 und insbesondere innerhalb und an den Interfaces des Underfiller-Materials 1 sind die zu erwartenden Deformationen infolge der unterschiedlichen thermi schen Ausdehnungskoeffizienten (für den Chip (Si): α = 4 × 10^–6/°C, für das Substratmaterial FR–4: α = 16 × 10^–6/°C) zu bestimmen.
• Zweckmäßigerweise wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel vom Prüfling zunächst ein Querschliff hergestellt, der die in 1 als Beispiel gezeigte Struktur wiedergibt. Nun wird der Prüfling in eine aufheizbare Probenkammer eines (nicht dargestellten) Rasterelektronenmikroskops (vorzugsweise mit digitalen Ablenkgeneratoren) eingebracht. Als bildgebendes Verfahren wird die Rasterelektronenmikroskopie gewählt, da diese das erforderliche hohe örtliche Auflösungsvermögen bei hervorragender Bildschärfe gewährleistet. In der Probenkammer wird der Prüfling auf eine Temperatur von 20°C gebracht und es wird in diesem ersten Zustand des Prüflings ein erstes digitalisiertes Bild B1 des zu untersuchenden Prüflingsbereiches A (s. 1, unmaßstäblich) erzeugt. Dazu wird die Oberflächentopografie des Prüflingsbereiches A mittels seiner Sekundärelektronenverteilung in digitalisierter Form bildgebend dargestellt. Die Aufnahme wird mit einer Auflösung von 1024 × 1024 Pixeln vorgenommen. Die Vergrößerung des Gerätes wird dabei so gewählt, daß zum einen der zu untersuchende Prüflingsbereich A dargestellt werden kann, zum anderen Strukturen von mindestens 1/10 der zu erwartenden Gesamtverschiebungen im Prüflingsbereich A im digitalisierten Bild B auflösbar sind. Im vorliegenden Beispiel sind das ca. 0,6 μm (vergl. die folgenden Ausführungen).
• Anschließend wird der Prüfling in der Probenkammer auf 120°C erwärmt. In diesem zweiten Zustand des Prüflings ergibt sich aufgrund der konkreten Geometriedaten und der angegebenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten eine relative Verschiebung zwischen dem Chip 2 und dem Chipträger 3. Sie beträgt an beiden Chiprändern ca. 6 μm. Diese Relativbewegung führt zu plastischer Deformation im Underfiller-Material 1. In diesem zweiten Prüflingszustand wird ein zweites digitalisiertes Bild B2 des Prüflingsbereiches A unter analogen Aufnahmebedingungen erzeugt.
• Die Bestimmung des Deformationsfeldes, d.h. einem Feld von Verschiebungsvektoren der örtlichen Deformation, des untersuchten Prüflingsbereiches A erfolgt wie folgt:
  Da die digitalisierten Bilder B1 und B2 zweidimensionale Bildmatrizen mit bestimmten Pixelwerten der Intensität darstellen, ist deren Interpretation als „Grauwertbilder" möglich. D.h. jeder Pixelwert wird einer Grauwertskala mit den diskreten Werten zwischen 0 und 255 zugeordnet, wobei dem Grauwert „0" der optische Eindruck „schwarz" und dem Grauwert „255" der optische Eindruck „weiß" entsprechen soll.
• Zur Durchführung des Vergleichs der digitalisierten Bilder B1 und B2 soll das erste digitalisierte Bild B1 als Referenzbild gelten, welches als zweidimensionale Matrix B1 = (s(x, y)) (1) mit L Bildzeilen und R Bildspalten verstanden wird, deren Matrixelemente s(x, y) -die Bildpunkte bzw. Pixel – die o.g. Grauwerte annehmen können. Entsprechend den oben getroffenen Festlegungen entsprechen L R = 1024 × 1024 Pixel.
• Diesem Referenzbild (B1) werden in einem ersten Schritt quadratische Bildausschnittmatrizen, die Referenzmatrizen S_i, mit der Größe 16 × 16 Pixel an bestimmten Bildpositionen (x, y) entnommen und der jeweilige Grauwertinhalt (Pixelwerte g aus der Grauwertmenge G = {0, 1, 2, ...255}) bestimmt.
• Analog gilt das zweite digitalisierte Bild B2 als Vergleichsbild, welches als zweidimensionale Matrix B2 = (s(x, y)) (2)mit L Bildzeilen und R Bildspalten darstellbar ist.
• In dem Vergleichsbild (B2) wird nun ein Suchbereich SB so festgelegt, daß die in das Vergleichsbild (B2) übertragene Referenzmatrix S_i in dessen Mitte liegt. Die Größe des Suchbereichs SB wird durch die größtmögliche Verschiebung jeder einzelnen Struktur im Vergleich zum Referenzbild (B1)/zur Referenzmatrix S_i bestimmt; sie beträgt im Beispiel 100 × 100 Pixel.
• Innerhalb des Suchbereichs SB existieren nunmehr im Vergleichsbild (B2) m = 85 × 85 = 7225 mögliche Lagen von Vergleichsmatrizen S_j der Größe 16 × 16 Pixel (in 2 sind Vergleichsmatrizen S_j der Lagen 0, m, 7225 beispielsweise dargestellt), für die jeweils der Grauwertinhalt zu bestimmen ist. Jeder dieser Grauwertinhalte der Vergleichsmatrizen S_j eines Suchbereichs SB wird nun mit dem Grauwertinhalt der zugeordneten Referenzmatrix S_i verglichen, wobei die größtmögliche Übereinstimmung der Grauwertinhalte die der Referenzmatrix S_i entsprechende Vergleichsmatrix S_j bestimmt.
• Für die Durchführung dieses Vergleichs wird jeweils der Korrelationskoeffizient

  

  berechnet. Der Index i bezeichnet die jeweilige Referenzmatrix S_i, j die jeweilige Vergleichsmatrix S_j. M_i und M_j sind die Grauwert-Mittelwerte über alle Bildpunkte s(x, y) der jeweiligen Referenzmatrix S_i bzw. Vergleichsmatrix S_j (wobei in der Bildverarbeitung die Mittelwerte M mitunter vereinfachend durch den Schätzwert M = 0 ersetzt werden können).
• Die Korrelationskoeffizienten liegen im Intervall –1 ≤ K ≤ +1.
• Sind die durch Gleichung (3) verknüpften Bildmatritzen S vollkommen unkorreliert, ist K = 0. Bei vollständiger Übereinstimmung zwischen Referenzmatrix S_i und Vergleichsmatrix S_j liefert Gleichung (3) den Wert K = 1. Ein hoher Korrelationskoeffizient, d.h: K ≈ 1, weist auf einen hohen Grad von Korrelation zwischen den verglichenen Bildmatritzen hin, d.h. S_i und S_j sind einander ähnlich.
• Dementsprechend ist der Korrelationskoeffizient K nach Gleichung (3) für jede mögliche Lage m(x, y) der Vergleichsmatrix S_j im Suchbereich SB zu berechnen. Die Ergebnisse K = K(x, y) bezeichnen die (diskrete) Korrelationsfunktion für die Referenzmatrx S_i im Suchbereich SB. Diese besitzt im Suchbereich SB ein Maximum, dessen Wert und dessen Lage bestimmbar sind. Während der Wert als Kriterium für die Zuverlässigkeit des Analyseergebnisses dienen kann, definiert die Lage des Maximums die Position der Vergleichsmatrix S_j(m), die nach der thermomechanischen Verschiebung der Referenzmatrix S_i entspritcht. D.h. die Position des Maximums der Korrelationsfunktion bestimmt die Verschiebungsgröße, um die die Referenzmatrix S_i aus der Mittellage des Suchbereichs SB verschoben ist. Dementsprechend ist unter Berücksichtigung des Abbildungsmaßstabes in Pixel/mm der Verschiebungsvektor V_(m) bestimmbar.
• Dabei ist zunächst nur eine pixelgenaue Verschiebungsbestimmung, d.h. ohne Nachkommastelle, möglich. Zwecks subpixelgenauer Bestimmung der Position des Maximums der Korrelationsfunktion wird aus der diskreten Korrelationsfunktion in der Umgebung des (diskreten) Maximums unter Verwendung eines Interpolationsverfahrens (z.B. mit Hilfe eines Parabelansatzes) eine kontinuierliche Korrelationsfunktion berechnet, die auch für nichtganzzahlige Koordinaten definiert ist. Die Lage deren Maximums kann nun mit Subpixelgenauigkeit angegeben werden.
• Für die Ermittlung des gesamten Feldes von Verschiebungsvektoren V des untersuchten Prüflingsbereichs A werden nacheinander Referenzmatrizen S_i an allen Bildpositionen (x, y) des Referenzbildes (B1) entnommen, wie vorstehend beschrieben mit den Vergleichsmatrizen S_j jedes (den jeweiligen Referenzmatrizen S_i zugeordneten) Suchbereichs SB vergli chen und durch Bestimmung des Korrelationskoeffizienten K die Lage des jeweiligen Maximums zwecks Ermittlung des jeweiligen Verschiebungsvektors V ermittelt.
• Eine qualitative Bewertung des Belastungsverhaltens kann durch Darstetlung des Defomrationsfeldes über dem Referenz- bzw. Vergleichsbild des untersuchten Prüflingsbereichs A, beispielsweise in Form der zugeordneten Verschiebungsvektoren V (Vektorfeld) oder als Netzdarstellung erfolgen.
• Die erhaltenen Verschiebungsvektoren V können als Datenfeld auf dem Computer auch abgespeichert werden, um in anderen Anwendungen zur Einschätzung des Versagensverhaltens der untersuchten Flip-Chip-Komponente, z.B. mittels Finite-Elemente-Simulation und mechanischen Versagensmodellen, weiterverwendet zu werden.
• Wie im Ausführungsbeispiel gezeigt wurde, ist die feldmäßige Bestimmung von thermomechanisch oder mechanisch verursachten Deformationszuständen im Mikrobereich unter Anwendung der Rasterelektronenmikroskopie als bildgebendes Verfahren besonders vorteilhaft. Darauf – wie auch auf die Verarbeitung von digitalisierten Bildern, deren Grauwertinhalte lokale Helligkeitsinformationen repräsentieren (z.B. videotechnisch oder mittels CCD-Kamera erzeugte Bilder, ggf. in Kombination mit der Lasermeßtechnik oder der Lichtmikroskopie) – ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Sie ist für alle experimentellen bildgebenden Verfahren anwendbar, die eine flächenhafte, d.h. eine Feldinformation über das Untersuchungsobjekt, den zu untersuchenden Prüflingsbereich A, gewinnen und in digitalisierter Form zur Verfügung stellen, wobei sowohl lokale Helligkeitsinformationen in Abhängigkeit von geometrischen und/oder strukturellen Oberflächeneigenschaften als auch physikalische oder chemische Eigenschaften sowohl in Oberflächennähe als auch im Innern verwendbar sind. So liefern moderne rastermikroskopische Techniken, wie neben dem Rasterelektronenmikroskop das Laser-Scanning-Mikroskop, akustische Rastermikroskope, das Raster-Tunnel-Mikroskop, Abbildungen zur Oberflächentopografie, Höheninformationen und – im Zusammenwirken mit speziellen Techniken – feldmäßige Informationen zur chemischen Zusammensetzung der Oberflächenbereiche, denen (auch) Verformungsinformationen aufgeprägt sind. Weitere anwendbare Verfahren sind spezielle Röntgentechniken (wobei auch im Inneren des Prüflings befindliche Eigenschaften erfaßt werden, z.B. Durchstrahlverfahren) und weitere Methoden der Verformungsanalyse, wie die Moire'- und Mikro-Moire'-Methode sowie die Gittermethoden.
• Höher auflösende bildgebende Verfahren, die räumliche Variationen mit höherer Raumfrequenz aufweisen, z.B. Mikrotaster-Verfahren für die Detektion lokaler Magnetfelder oder van-der-Waals-Felder, können für die Bestimmung mikrostrukturell veränderter Oberflächenbereiche gleichfalls herangezogen werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur feldmäßigen Bestimmung von Deformationszuständen in mikroskopisch dimensionierten Prüfingsbereichen, unter Verwendung von digitalisierten Bildern als zweidimensionale Bildmatrizen mit diskreten Pixelwerten, die einer Grauwertskala zugeordnet sind, mit den folgenden Schritten: a. Erzeugung eines ersten digitalisierten Bildes (B1) des Prüflingsbereiches (A) in einem ersten Zustand, b. Erzeugung eines zweiten digitalisierten Bildes (B2) des Prüflingsbereiches (A) in einem zweiten Zustand, der sich vom ersten Zustand durch Deformation des Prüflings unterscheidet, c. Bestimmung des Verschiebungsvektors (V) der örtlichen Deformation durch Vergleich des ersten digitalisierten Bildes (B1) mit dem zweiten digitalisierten Bild (B2) dergestalt, daß einem digitaliesierten Bild als Referenzbild jeweils Referenzmatrizen (S_i) entnommen werden, deren Grauwertinhalte (g) innerhalb eines jeder Referenzmatrix (S_i) zugeordneten Suchbereichs (SB) mit den Grauwertinhalten (g) von Vergleichsmatrizen (S_j) des anderen digitalisierten Bildes als Vergleichsbild verglichen werden, wobei der Verschiebungsvektor (V) bezüglich jeder Referenzmatrix (S_i) durch die Position mit dem höchsten Korrelationskoeffizienten (K) bestimmt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grauwertinhalte (g) der digitalisierten Bilder (B1; B2) sowohl lokale Helligkeitsinformationen in Abhängigkeit von geometrischen und/oder strukturellen Oberflächeneigenschaften als auch physikalische oder chemische Eigenschaften in Oberflächennähe des Prüflingsbereiches (A) repräsentieren, die ortsabhängig sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bildgewinnung wahlweise auch im Innern des Prüflings vorhandene physikalische oder chemische Eigenschaften verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur subpixelgenauen Bestimmung des Verschiebungsvektors (V) aus den diskret vorliegenden Korrelationskoeffizienten (K) in der Umgebung des diskreten Maximums unter Verwendung eines Interpolationsverfahrens eine kontinuierliche Korrelationsfunktion gebildet wird, deren Position des Maximums den Verschiebungsvektor (V) bestimmt.
5. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Detektion zeitabhängiger plastischer Deformationsvorgänge und/oder lokaler Deformationen an Aufbauten und Komponenten der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik, z.B. Ball Grid Arrays, Flip-Chip-Konfigurationen, Chip Sized Packages, Multi Chip Module, an Verkapselungen und Abdeckungen von Chips, Sensoren und Aktuatoren sowie Komponenten von Boardverbindungstechniken.