DE2207546A1

DE2207546A1 - Verfahren zum pruefen des elektrischen durchganges

Info

Publication number: DE2207546A1
Application number: DE2207546A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Phys Dr Engelke
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1972-02-18
Filing date: 1972-02-18
Publication date: 1973-08-23
Also published as: JPS4890771A; JPS56747B2; FR2172320A2; US3763425A

Description

Zusatzanmeldung zur Anmeldung: P 21 37 619.2.

Verfahren zum Prüfen des elei:trischer. Durchganges^

Die Erfindung betrifft ein Verfahren 2 um kontaktIosen Prüfen des elektrischen Durchgangs in einen Leicerzug mit Hilfe von Elektronenstrahlen, bei dem mindestens ein Ende des Leiterzugs mit Elektronenstrahlen beschossen und durch gesteuerte Sekundärelektronen-' emission auf ein vorgegebenes Potential gebracht wird, derart, daß zwischen den beiden Enden äeo Leicerauges eine Pctentialdifferenz auftritt, die einen feststellbaren Strorafluß durch uan Leiterzug bewirkt, nach Patent ... (Patentanmeldung P 21 37 619.2).

Die fortschreitende MiniaturisiercKg elektronischer Bauelemente erzwingt in wacheenden; Maße die Anwendung kontaktloser Verfahren zu ihrer Prüfung, Die Benutzung von Eiektronenstrahlen ist für solche Verfahren besonders aussichtsreich, da sie praktisch trägheitslos positioniert werden können und auf das zu prüfende Bauelement elektrisch einwirken. Durch Anwendung hoher Beschleunigungsspannungen ist außerdem eine feine Fokussierung der Elektronenstrahlen möglich.

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Das vorgeschlagene Verfahren zum kontaktlosen Prüfen des elektrischen Durchgangs von Leiterzügen mit Hilfe von Elektronenstrahlen, bei dem die Leiterenden durch gesteuerte Sekundärelektronenemission auf ein vorgegebenes Potential gebracht werden, arbeitet jedoch nur mit relativ geringen Beschleunigungsspannungen für die Elektronenstrahlen. Die Ausnutzung der gesteuerten Sekundärelektronenemission erfordert Primärenergien der Elektronen von weniger als 1 keV. Andererseits sind für eine ausreichende Empfindlichkeit des Verfahrens beträchtliche Strahlströme von etwa 100 μΑ nötig. Ein Strahl dieser Art kann nur dann genügend fokussiert werden, wenn der Arbeitsabstand, d. h. der Abstand zwischen der letzten Fokussierlinse und dem Auftreffpunkt des Strahles, ausreichend gering ist. Je größer der Abstand gewählt wird, desto mehr weitet sich der Strahl infolge der gegenseitigen Abstoßung der Elektronen während des Fluges auf. Die Aufweitung ist bei gegebenem Arbeitsabstand umso größer, je geringer die Energie der Elektronen ist.

Bei dem genannten Durchgangsprüfverfahren muß der Durchmesser des auftreffenden Elektronenstrahles kleiner sein als derjenige des Leiterzugendes, d. h. bei den zur Zeit verwendeten elektronischen Bauelementen kleiner als 0,1 mm. Dies erfordert bei den gegebenen Elektronenenergien von weniger als 1 keV einen Arbeitsabstand, der kleiner als 1 cm ist. Das vom Strahl überstreichbare Ablenkfeld hat daher bei mäßigen Ablenkwinkeln eine Größe von weniger

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als 1 cm und überdeckt somit nur einen kleinen Bruchteil der

Oberfläche der Verdrahtungsbauelemente, die bis zu 100 cm betragen kann. Zur Prüfung solcher Bauelemente ist es daher erforderlich, eine größere Anzahl von Strahlsystemen nebeneinander anzuordnen, oder, was weniger aufwendig ist, die S tr ah lsy sterne gegenüber dem Prüfobjekt verschiebbar zu gestalten. Die letztgenannte Möglichkeit führt jedoch zu einem erheblichen Anstieg der Prüfzeit.

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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum kontaktlosen Prüfen des elektrischen Durchgangs in einem Leiterzug mit Hilfe von Elektronenstrahlen zu schaffen, das trotz der Erfordernis einer niedrigen Energie der auftreffenden Elektronen mit nur einem, gegenüber dem Prüfobjekt nicht verschiebbaren Strahlsystem arbeitet, wobei das Strahlsystem ein Ablenkfeld ausreichender Größe besitzt. Diese Aufgabe wird bei dem anfangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß hochbeschleunigte Elektronenstrahlen verwendet werden, die vor dem Auftreffen auf den Leiterzug durch eine dicht über den Leiterzugenden angeordnete Vorrichtung in Strahlen mit relativ niedriger Energie umgewandelt werden. Vorzugsweise wird hierzu ein Elektronenstrahlwandler verwendet, in dem die hochbeschleunigten Elektronen Sekundäre le¹«: tronen mit geringerer Energie erzeugen. Es wird vorteilhaft ein Elektronenstrahlwandler aus zwei parallel verlaufenden, elektrisch leitenden Schichten, die durch eine Isolierschicht voneinander getrennt sind, verwendet, der mit durchgehenden, zu den Enden des Leiterzuges führenden Bohrungen versehen ist, wobei die Bohrungen in der Weise schräg durch die obere leitende Schicht geführt werden, daß die senkrecht zu dieser Schicht auftreffenden hochbeschleunigten Elektronenstrahlen nicht zu den Enden des Leiterzuges gelangen, sondern in geeigneter Weise zur Erzeugung der Sekundärelektronen auf die Innenflächen der schrägen Bohrungen gelenkt werden. Zur Beschleunigung der Sekundärelektronen zu den Leiterzugenden hin wird die untere leitende Schicht des Elektronenstrahlwandlers positiv gegenüber der oberen leitenden Schicht vorgespannt. Vorzugsweise wird die gesteuerte Sekundärelektronenemission mindestens des einen Endes des Leiterzuges durch die untere elektrisch leitende Schicht des Elektronenstrahlwandlers bewirkt, wobei diese Schicht in eine der Anzahl der Leiterenden entsprechende Anzahl voneinander isolierter Teile unterteilt und zwischen die den Enden eines Leiterzuges zugeordneten Teile eine Spannung gelegt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

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- 4 Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Vorrichtung zur Durchführung

des beanspruchten Verfahrens und

Fig. 2 einen mehrstufigen Elektronenstrahlwandler.

In Fig. 1 ist ein Leiter l in einen Träger 2 aus Isoliermaterial eingebettet. Die beiden Leiterenden treten auf der oberen Seite des Trägers 2 an dessen Oberfläche. Der elektrische Durchgang des Leiters 1 soll nun geprüft werden. Hierzu wird parallel zur oberen Fläche des Trägers 2 in geringem Abstand von dieser eine Lochmaske 3 angeordnet. Der Abstand zwischen Träger 2 und Lochmaske 3 wird durch Abstandshalter 4 aus Isoliermaterial gewährleistet. Die Lochmaske 3 ist aus drei übereinanderliegenden Schichten aufgebaut. Eine obere Metallschicht 5 ist durch eine Isolierschicht 6 von einer unteren Metallschicht 7 getrennt. Die Metallschicht 7 wiederum ist in zwei voneinander isolierte Segmente 8 und 9 unterteilt, die infolge ihrer Wirkungsweise auch als Kollektoren bezeichnet werden. Die Kollektoren sind jeweils mit einem elektrischen Anschluß versehen, so daß sie über Klemme 10 bzw. 11 auf ein bestimmtes Potential gebracht werden können. Die Kollektoren dienen zum Einfangen der aus dem jeweils gegenüberliegenden Leiterende austretenden Sekundärelektronen. Die obere Metallschicht 5 wird über eine Klemme 12 auf eine negative Vorspannung von etwa 400 Volt gegenüber den Kollektoren 8 und 9 gebracht.

Die Lochmaske 3 weist oberhalb der Leitungsenden Öffnungen 13 und 14 auf. Diese sind durch die drei Schichten der Lochmaske geführt, wobei sie jedoch in der oberen Metallschicht 5 schräg, d. h. nicht senkrecht zur oberen Fläche dieser Schicht verlaufen. Zum Prüfen des Leiters 1 auf die Öffnungen 13 und 14 gelenkte fokussierte primäre Elektronenstrahlen hoher Energie treffen daher nicht auf die Enden des Leiters 1, sondern auf die Lochwandungen in der oberen Metallschicht 5. Diese Primärelektronen bewirken jeweils im

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schrägverlaufenden Teil der Öffnungen 13 und 14 den Austritt von Sekundärelektronen aus der Metallschicht 5. Diese werden durch das Potentialgefälle zwischen den Schichten 5 und 7 zu den Enden des Leiters 1 hin beschleunigt, aus denen sie dann ihrerseits wieder Sekundärelektronen freisetzen. Diese aus den Leiterenden austretenden Sekundärelektronen werden in bereits vorgeschlagener Weise von den Kollektoren 8 und 9 aufgenommen. Die Spannung zwischen den Schichten 5 und 7 wird so gewählt, daß die auf den Leiterenden auftreffenden Elektronen die für eine Sekundäremission optimale Energie, d. h. weniger als 1 keV, besitzen. Die Energie der Elektronen der auf die öffnungen 13 und 14 auftreffenden Primärstrahlen liegt dagegen bei etwa 20 keV. Für die Lochmaske 3 gelten beispielsweise die folgenden Abmessungen; Die Dicke der Schichten 5 und 7 beträgt jeweils 200 um, während die Isolierschicht 6 eine Dicke von 50 yiti besitzt. Der Durchmesser der öffnungen 13 und 14 liegt bei etwa 100 ym. Die Spannung zwischen den Schichten 5 und 7 beträgt vorzugsweise 400 Volt. Die Dicke der Lochmaske 3 sowie die Durchmesser der öffnungen 13 und 14 und des Leiters 1 sind der besseren Übersichtlichkeit wegen in Fig. 1 den anderen Abmessungen gegenüber vergrößert dargestellt.

Der Durchmesser der in der Lochmaske 3 erzeugten Sekundärstrahlen entspricht den Öffnungsdurchmessern in der unteren Metallschicht 7. Der Strahlstrom I der Sekundärelektronen ist gleich dem Primärstrom I multipliziert mit der Sekundärelektronenausbeute δ und der Transferausbeute g zwischen den Schichten 5 und 7.

I₈ = 6. g ■ I_p (1)

δ gibt die Anzahl der Sekundärelektronen an, die beim Aufprallen eines Primärelektrons im Mittel aus der Oberfläche herausgeschlagen werden und hängt vom getroffenen Material sowie von der Energie und vom Einfallswinkel der Primärelektronen ab. Die Transferausbeute g entspricht dem Verhältnis der Anzahl der an der Unterseite der Lochmaske 3 heraustretenden Sekundärelektronen zu der

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Anzahl der in der Lochmaske erzeugten Sekundärelektronen. Das Produkt g · δ liegt bei der beschriebenen Maskenanordnung für einen Primärstrahl mit einer Beschleunigungsspannung von 20 kV etwa bei Werten zwischen 0,2 und 0,4. Dies entspricht einer Schwächung des freien Elektronenstromes in der Maske um einen Faktor 2,5 bis 5.

Das bereits vorgeschlagene Prüfverfahren erfolgt in der Weise, daß das Potential eines Leiterendes durch gesteuerte Sekundärelektronenemission auf einen vom Potential des gegenüberliegenden Kollektors abhängigen Wert gebracht wird. Durch Anlegen einer kleinen Spannung zwischen den Kollektoren δ und 9 werden auch die beiden Enden des Leiters 1 auf verschiedene Potentiale gebracht, so daß ein Strom durch den Leiter 1 fließt. Dieser Strom kann über den von ihm abhängigen Strom in der Zuleitung zu einem der Kollektoren festgestellt werden. Vorzugsweise wird dabei zwischen die Kollektoren eine Wechselspannung gelegt, so daß der Strom durch den Leiter 1 dem Wechselstromanteil in aer Zuleitung zu einem der Kollektoren entspricht.

Werden, wie in Fig. 2 gezeigt, mehrere Elektronenstrahlwandler 15, 16 und 17 in einer Maske hintereinandergeschaltet, so ist eine Strahlverstärkung durch Sekundärelektronenvervielfachung möglich. Eine Strahlverstärkung kann infolge der hohen Primärenergie bei nur einem Elektronenstrahlwandler, wie in Fig. 1 dargestellt, nicht erzielt werden. Für die jeweils obere Schicht der einzelnen Wandler wird ein Material mit hoher Sekundärelektronenausbeute, z.B. Kupfer-Beryllium, verwendet. Die Beschleunigungsspannung zwischen den beiden leitenden Schichten eines Wandlers wird so eingestellt, daß das Produkt g · δ einen maximalen Wert annimmt.

Bei η hintereinandergeschalteten Elektronenstrahlwandlern ist die Stromverstärkung V durch folgenden Ausdruck gegeben:

V = jS = _g . _6i(g . δ)¹¹"¹ (2) P

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Hierin bedeuten δ die Sekundärelektronenausbeute am ersten Wandler und δ diejenige an den darauffolgenden Wandlern.

Die in Fig. 2 dargestellte Lochmaske besitzt vier Öffnungen, durch die vier Leiterenden bestrahlt werden können. In der Regel besitzt die Maske soviel öffnungen, wie Leiterenden an die obere Fläche des Trägers treten. Die untere Metallschicht des untersten Wandlers ist dann in eine entsprechende Anzahl Segmente unterteilt, an die gewünschte Potentiale angelegt werden können.

Zusammenfassend kann festgestellt werden: Es wird ein Verfahren zum kontaktlosen Prüfen des elektrischen Durchgangs in einem Leiterzug mit Hilfe von Elektronenstrahlen beschrieben, bei dem ein uuiähl uoher Beschleunigungsspannung in einen langsamen Strahl mit gewünschter Elektronenenergie und gleich guter Bündelung umgewandelt wird. Die zur umwandlung verwendete Lochmaske kann so ausgelegt werden, daß eine Strahlstromverstärkung möglich ist« Das Verfahren bewirkt eine starke Vergrößerung des von einem langsamen Elektronenstrahl überstreichbaren Äblenkfeldes, die bei gleichen Strahlparametern auf rein elektronenoptischem Wege nicht erreichbar ist.

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Claims

- 8 PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum kontaktlosen Prüfen des elektrischen Durchganges in einem Leiterzug mit Hilfe von Elektronenstrahlen, bei dem mindestens ein Ende des Leiterzugs mit Elektronenstrahlen beschossen und durch gesteuerte Sekundärelektronenemission auf ein vorgegebenes Potential gebracht wird, derart, daß zwischen den beiden Enden des Leiterzuges eine Potentialdifferenz auftritt, die einen feststellbaren Stromfluß durch den Leiterzug bewirkt, nach Patent ... (Patentanmeldung P 21 37 619.2), dadurch gekennzeichnet, daß hochbeschleunigte Elektronenstrahlen verwendet werden, die vor dem Auftreffen auf den Leiterzug durch eine dicht über den Leiterzugenden angeordnete Vorrichtung in Strahlen mit relativ niedriger Energie umgewandelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ElektronenstrahIwandler verwendet wird, in dem die hochbeschleunigten Elektronen Sekundärelektronen mit geringerer Energie erzeugen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektronenstrahlwandler aus zwei parallel verlaufenden, elektrisch leitenden Schichten, die durch eine Isolierschicht voneinander getrennt sind; verwendet wird, der mit durchgehenden, zu den Enden des Leiterzuges führenden Bohrungen versehen ist, wobei die Bohrungen in der Weise schräg durch die obere leitende Schicht geführt werden, daß die senkrecht zu dieser Schicht auftreffenden hochbeschleunigten Elektronenstrahlen nicht zu den Enden des Leiterzuges gelangen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die , hochbeschleunigten Elektronenstrahlen zur Erzeugung der Sekundärelektronen auf die Innenfläche der schrägen Bohrungen gelenkt werden.

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5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung der Sekundärelektronen zu den Leiterzugenden hin die untere leitende Schicht des Elektronenstrahlwandlers positiv gegenüber der oberen leitenden Schicht vorgespannt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte Sekundärelektronenemission mindestens des eiaen Endes des Leiterzuges durch die untere elektrisch leitende Schicht des Elektronenstrahlwandlers bewirkt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die untere elektrisch leitende Schicht in eine der Anzahl der Leiterenden entsprechende Anzahl voneinander isolierter Teile unterteilt und zwischen die den Enden" eines Leiterzuges zugeordneten Teile eine Spannung gelegt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrstufiger Elektronenstrahltfandier verwendet wird.

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