DE4025171A1 - Verfahren zur detektion oder ueberpruefung von in einem koerper verdeckt verlaufenden strompfaden sowie vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Detektion oder Überprüfung von in einem Körper verdeckt und gegenüber einer freien Oberfläche isoliert verlaufenden Strompfaden, die bei Stromführung an dieser Oberfläche ein Magnetfeld vorbestimmter Feldstärke hervorrufen. Die Erfindung betrifft ferner eine Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens.

Verfahren mit den vorstehend genannten Merkmalen gehen z. B. aus der Veröffent­ lichung "Siemens Forsch.- u. Entwickl. Ber.", Band 14 (1985), Nr. 4, Seiten 216 bis 222 hervor.

Für Schaltungsstrukturen der Elektronik wie z. B. für (hoch) in­ tegrierte Schaltungen, für Platinen oder für Leistungshalblei­ ter wie z. B. Thyristoren ist eine statische oder dynamische Fehlersuche erwünscht. Hierzu ist es von Vorteil, wenn man die Lage und die Funktionstüchtigkeit der einzelnen Strompfade innerhalb dieser Körper (Bauteile) überprüfen bzw. kontrollie­ ren kann.

Generell ist es bekannt, verdeckte Strompfade in einem Körper dadurch zu orten, daß man in das bei Stromdurchgang von ihnen erzeugte Magnetfeld Pulver mit ferromagnetischen Partikeln ein­ bringt, die sich unter Einfluß dieses Feldes entsprechend den Feldlinien ordnen. Ein derartiges Verfahren ist jedoch für in­ tegrierte Schaltungen kaum anwendbar, da die dort erzeugten Magnetfelder im allgemeinen für eine Ordnung der ferromagneti­ schen Partikel zu geringe Feldstärken haben und da ferner wegen der Mikrostrukturierung der einzelnen Strompfade auch keine hinreichend genaue Auflösung zu erreichen ist. Für hochinte­ grierte Schaltungen wurden deshalb besondere Prüf- bzw. Meß­ methoden entwickelt, bei denen als Meßsonden mechanische Spitzen oder Elektronenstrahlen oder Laserstrahlen dienen (vgl. die eingangs genannte Veröffentlichung sowie die dort genannte Sekundärliteratur, insbesondere "NTG-Fachberichte Nr. 87", 1985, Seiten 110 bis 115). Bei einem Einsatz von mechanischen Spitzen wird jedoch der zu untersuchende Körper (Prüfling) be­ schädigt oder eventuell sogar zerstört. Eine zerstörungsfreie Prüfung mit einer Elektronenstrahlsonde ist verhältnismäßig aufwendig, da hier der Prüfling nur im Vakuum untersucht werden kann. Bei einer Messung einer induzierten Stromverteilung in Halbleiterbauelementen mittels eines Laserrastermikroskops er­ folgt eine Trennung von Elektron-Loch-Paaren an pn-Übergangs­ schichten. Zur Überprüfung metallischer Leiterbahnen, z. B. in Platinen, ist dieses Verfahren aber nicht geeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, das Verfah­ ren mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend auszuge­ stalten, daß mit ihm eine Detektion bzw. Überprüfung von Strom­ pfaden in einem Prüfling, ohne Eingriffe an diesem vornehmen zu müssen, bequem durchzuführen ist, wobei eine eindeutige Aussage über die Lage und Funktionsfähigkeit der einzelnen Strompfade in dem Prüfling gewonnen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• a) an der freien Oberfläche des zu prüfenden Körpers eine dünne Schicht aus einem Material angeordnet wird, das
  • - magnetooptische Eigenschaften besitzt,
  • - eine magnetische Anisotropie mit einer vorbestimmten Lage der leichten Richtung der Magnetisierung aufweist und
  • - in der leichten Richtung der Magnetisierung eine von der Magnetfeldstärke abhängige Magnetisierungskurve in Form einer bistabilen Hysteresiskurve zeigt, die zwei Kurven­ äste mit hinreichend hoher Steilheit hat, so daß die Feld­ stärke des von den stromführenden Strompfaden in der magnetooptischen Schicht erzeugten Magnetfeldes größer als das 0,3fache des für eine Ummagnetisierung der magnetooptischen Schicht erforderlichen Intervalls der Magnetfeldstärke längs jedem der Kurvenäste ist,
• b) die magnetooptische Schicht in ein magnetisches Hintergrund­ feld mit solcher Feldstärke eingebracht wird, daß bei Strom­ losigkeit der Strompfade noch keine Ummagnetisierung, jedoch bei deren Stromführung eine Ummagnetisierung längs einem der Kurvenäste erfolgt, sowie
• c) der den magnetooptischen Drehwinkel beeinflussende Magneti­ sierungszustand in der magnetooptischen Schicht als Kon­ trastbild mittels einer entsprechenden magnetooptischen Einrichtung sichtbar gemacht wird.

Bei der Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt, daß in einem Prüfling aus dem Gebiet der Elektrik oder Elektronik verdeckt verlaufende Strompfade bei Stromführung eine vom Ort (x, y, z) abhängige Stromverteilung I (x, y, z) erzeugen, der eine ent­ sprechende Magnetfeldverteilung H (x, y, z) zugeordnet ist. Diese Magnetfeldverteilung wird mittels eines Hintergrundfeldes auf einen vorbestimmten Feldstärkebereich angehoben. In dieses so überlagerte magnetische Gesamtfeld wird nun erfindungsgemäß eine dünne magnetooptische Schicht mit besonderer magnetischer Anisotropie eingebracht. Deren magnetooptische Eigenschaften führen dann zu entsprechenden Änderungen des magnetooptischen Drehwinkels für polarisiertes Licht und somit zu Kontrastände­ rungen bei Betrachtung der Schicht mit einer entsprechenden magnetooptischen Bildeinrichtung. Das Kontrastbild läßt somit vorteilhaft eine Aussage über die Stromverhältnisse in den einzelnen Strompfaden zu. Durch das Vorsehen eines magnetischen Hintergrundfeldes wird vorteilhaft die Anzahl der für das Ver­ fahren verwendbaren Schichtmaterialien erheblich erweitert. Dann braucht nämlich das von den Strompfaden hervorgerufene Magnetfeld nicht größer als die Koerzitivfeldstärke H_c des Schichtmaterials zu sein, um eine Ummagnetisierung der Schicht im Bereich eines Strompfades hervorzurufen. Da die Feldstärken der strominduzierten Magnetfelder im allgemeinen unter 100 A/m liegen, können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft auch Schichtmaterialien mit deutlich höherer Koerzitivfeldstär­ ke H_c vorgesehen werden. Das heißt, es ist insbesondere möglich, mittels des Hintergrundfeldes ein vorgegebenes Schichtmaterial an die geforderte Feldsensitivität bzw. den Feldstärkebereich anzupassen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens ist dadurch gekennzeichnet, daß die auf einem optisch transparenten Substrat aufgebrachte magnetooptische Schicht an den zu untersuchenden Körper im Bereich der zu detektierenden Strompfade angesetzt und in das Hintergrundfeld vorbestimmter Feldstärke eines ring- oder zylinderförmigen Magneten einge­ bracht ist, daß eine Bestrahlung der Schicht in diesem Be­ reich mit polarisiertem Laser-Licht durch das Substrat hin­ durch vorgesehen ist und daß die magnetooptische Einrichtung zur Sichtbarmachung des Kontrastbildes der Schicht ein Kerr- Mikroskop enthält.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den entsprechenden Unteransprüchen zu entnehmen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die schematische Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angedeutet ist. Fig. 2 zeigt eine Magnetisierungskurve einer für das Verfahren nach der Erfindung geeigneten magnetoopti­ schen Schicht. In Fig. 3 ist diese Magnetisierungskurve bei Überlagerung eines externen magnetischen Hintergrundfeldes wie­ dergegeben. Aus Fig. 4 sind diese Schicht sowie die in ihr hervorgerufenen Magnetisierungsverhältnisse bei Anwendung eines magnetischen Hintergrundfeldes ersichtlich. Fig. 5 zeigt die Magnetfeldverteilung, die zu den Magnetisierungs­ verhältnissen gemäß Fig. 4 führt. Aus Fig. 6 ist eine ent­ sprechende Magnetfeldverteilung ohne Hintergrundfeld ersicht­ lich. In Fig. 7 ist ein von einer magnetooptischen Schicht zu gewinnendes Kontrastbild unter Zugrundelegung der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Strom- und Feldverhältnisse dargestellt. In den Figuren sind sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines nachfolgend als "Prüfling" bezeichneten Körpers 2, beispielsweise eines IC-Bausteins oder einer Platine, als Schnitt im Bereich von mehreren zu überprü­ fenden Strompfaden 3. Über diese Strompfade sei ein Strom der Stärke I geführt, wobei die Stromführungsrichtung aus der Zei­ chenebene heraus jeweils durch einen Punkt und in die Zeichen­ ebene hinein durch ein Kreuz veranschaulicht ist. Die Strom­ stärke I kann z. B. etwa 0,1 bis 1 mA betragen. Aufgrund des Stromes in den Strompfaden 3 wird dann um diese herum ein orts­ abhängiges Magnetfeld H_s erzeugt, dessen Feldlinien mit f be­ zeichnet sind. Die Strompfade 3 sind von der Oberfläche 2a des Prüflings 2 um einen Abstand a entfernt. An der Oberfläche 2a und zwischen den Strompfaden 3 besteht der Prüfling 2 aus elek­ trisch isolierendem Material. Der Abstand a sollte aus Gründen einer hohen Empfindlichkeit und hohen Ortsauflösung möglichst klein sein und liegt z. B. in der Größenordnung von 100 nm bis 1 µm. Auf der Oberfläche 2a befindet sich eine dünne Schicht 4 mit besonderen magnetischen und magnetooptischen Eigenschaften. Die Dicke der Schicht 4 wird im allgemeinen zwischen 10 nm und 1 µm gewählt.

Die Schicht 4 wird entweder direkt auf dem Prüfling 3 aufge­ bracht oder befindet sich gemäß dem dargestellten Ausführungs­ beispiel auf einem optisch transparenten Substrat 5. Gegebenen­ falls ist auch die Schicht 4 optisch transparent, beispiels­ weise aufgrund entsprechender Materialwahl oder aufgrund einer geringen Schichtdicke. Um eine optimale laterale Auflösung der Strompfade 3 zu gewährleisten, sollte der Abstand a der Schicht 4 von den Strompfaden kleiner sein als die minimale Entfer­ nung e zweier benachbarter Strompfade. Die Schicht 4 soll sich außerdem in einem magnetischen Feld H_h befinden. Hierbei kann es sich insbesondere um ein magnetisches Gleichfeld handeln. Gegebenenfalls läßt sich aber auch ein langsam veränderliches Magnetfeld vorsehen. Das für das Ausführungsbeispiel angenom­ mene Gleichfeld wird z. B. durch eine ring- oder zylinderförmige Magnetspule 6 erzeugt. Dieses Feld soll im allgemeinen in Nor­ malenrichtung bezüglich der Oberfläche 2a ausgerichtet sein. Das Feld H_h ist demnach als ein das Feld H_s der Strompfade 3 überlagerndes Hintergrundfeld (Bias-Feld) anzusehen und soll eine vorbestimmte Feldstärke haben. Durch die Überlagerung der beiden Magnetfelder H_s und H_h ergibt sich dann ein magnetisches Gesamtfeld H.

Das somit die Schicht 4 durchsetzende magnetische Gesamtfeld H erzeugt dort eine Magnetisierung, die aufgrund der magnetoopti­ schen Eigenschaften des Materials der Schicht zu einer Änderung des Drehwinkels für polarisiertes Licht führt. Zur Auswertung bzw. zur Erzeugung eines Bildkontrastes der Schicht wird nun der polare Kerr-Effekt ausgenutzt, der die bezüglich der Schichtoberfläche senkrechte Magnetisierungskomponente berück­ sichtigt. Dies hat zur Folge, daß ein Umklappen der Magnetisie­ rungsrichtung in der Schicht 4 in eine Intensitätsvariation umgewandelt wird. Ein entsprechendes Bildverarbeitungssystem setzt somit eine Lichtquelle 7 mit einer in Abhängigkeit von dem für die Schicht 4 verwendeten Material gewählten Wellen­ länge voraus. Als eine entsprechende Lichtquelle kann insbeson­ dere ein Laser dienen. Dessen Licht 8 gelangt über einen Pola­ risator 9 auf einen Strahlteiler 10 und wird dort auf die Schicht 4 abgelenkt, wobei es noch in einem Linsensystem 11 gebündelt wird. Das von der Schicht 4 zurückgeworfene und ge­ gebenenfalls aufgrund des magnetooptischen Kerr-Effektes in seiner Polarisationsebene gedrehte Licht 8′ durchläuft dann wiederum den Strahlteiler 10, einen Analysator 12 sowie ein Linsensystem 13 und gelangt dann in eine nachgeordnete bild­ erzeugende Vorrichtung 14, beispielsweise eine CCD-Kamera eines Polarisationsmikroskops, wo es in Form eines Kontrast­ bildes 15 der Schicht 4 sichtbar zu machen ist. Die Schicht 4 wird deshalb auch als "Bildschicht" bezeichnet.

Im Hinblick darauf, den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu untersuchenden Bereich in dem Prüfling 2 optisch lokalisieren zu können, sollte die Bildschicht 4 hinreichend transparent hinsichtlich der Wellenlänge des eingesetzten Lichtes sein. Ge­ gebenenfalls ist es auch möglich, zur Lokalisierung des zu un­ tersuchenden Bereiches ein Licht einer anderen Wellenlänge zu verwenden als zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens. Falls aufgrund der Materialwahl eine hinreichende Trans­ parenz der Bildschicht 4 für das zur Lokalisierung des zu un­ tersuchenden Bereiches eingesetzten Lichtes nicht zu gewähr­ leisten ist, kann man in der Bildschicht 4 auch an einer zu dem zu detektierenden Ort benachbarten Stelle ein Fenster vorsehen und dazu die relative Lage des jeweils untersuchten Bereiches bestimmen.

Bei der in der Figur schematisch dargestellten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also die Drehung der Polarisationsebene von polarisiertem Licht aufgrund des (magneto-optischen) Kerr-Effektes ausgenutzt. Das hierbei eingesetzte Mikroskop wird deshalb häufig auch als Kerr-Mikros­ kop bezeichnet. Dem Kerr-Mikroskop kann für das erfindungsge­ gemäße Verfahren vorteilhaft ein Bildprozessor zugeordnet sein. Der Aufbau und die Funktionsweise eines entsprechenden Mikros­ kopes sind beispielsweise in Veröffentlichungen der Firma E. Leitz GmbH, D-6330 Wetzlar (DE) beschrieben (vgl. z. B. die Anleitung zu "Orthoplan-Pol" - Großes Polarisationsmikroskop - oder die Broschüre "Polarisationsmikroskopie" - Grundlagen, Instrumente, Anwendungen - Verfasser: W.J.Patzelt, 1985). Mit einer derartigen magneto-optischen Einrichtung lassen sich vorteilhaft zumindest große Teile der freien Oberfläche der Bildschicht 4 auf einmal beobachten.

Selbstverständlich sind auch andere magneto-optische Einrich­ tungen zur Ermittlung der Lage und Funktionsfähigkeit der ein­ zelnen Strompfade in dem zu untersuchenden Körper 2 geeignet, bei denen z. B. der Faraday-Effekt unter Ausbildung einer zu­ sätzlichen Reflexionsschicht auf dem Körper ausgenutzt wird. Hierbei kann z. B. ein über einen Polarisator geführter Laser­ strahl geringer Intensität eingesetzt werden.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Materialien der Bildschicht 4 müssen eine Reihe von Grundvoraussetzungen erfüllen bzw. magnetische Eigenschaften aufweisen, deren wichtigsten nachfolgend aufgelistet sind:

• 1) Das Material muß ausgeprägte magnetooptische Eigenschaften besitzen. Das heißt, es soll für polarisiertes Licht 8, insbe­ sondere eines Lasers, einen hinreichend großen Kerr-Dreh­ winkel bei gleichzeitig guter Reflektivität aufweisen.
• 2) Ferner muß das Material eine ausgeprägte magnetische Aniso­ tropie zeigen. Das heißt, die Achse der sogenannten "leichten" Magnetisierung soll in eine Vorzugsrichtung bezüglich der Oberfläche 2a des Prüflings 2 weisen, auf der die dünne Bildschicht 4 aus dem magnetooptischen Material aufgebracht wird. Die Vorzugsrichtung kann dabei gemäß der nachfolgend angenommenen Möglichkeit senkrecht zur Oberfläche 2a verlau­ fen. Daneben kann auch eine Lage der leichten Richtung pa­ rallel zur Oberfläche 2a des Prüflings 2 in der Ebene der Bildschicht 4, eine sogenannte "in-plane"-Lage, vorgesehen werden. Eine senkrechte Lage der leichten Richtung ist je­ doch im Hinblick auf eine möglichst vollständige Erfassung der Strompfade 3 von besonderem Vorteil.
• 3) Außerdem muß das Material in der genannten Vorzugsrichtung eine von der Feldstärke eines Magnetfeldes abhängige Magne­ tisierungskurve in Form einer bistabilen Hysteresisschleife zeigen, die zwei Kurvenäste mit weitgehend linearer Abhän­ gigkeit der Magnetisierung von einem Magnetfeld aufweist (vgl. auch die später erläuterte Fig. 2). Die Steilheit dieser Kurvenäste soll dabei möglichst groß sein, d. h., die Hysteresiskurve soll eine ausgeprägte Rechteckform be­ sitzen.

Die genannten Grundvoraussetzungen können mit bekannten me­ tallischen Materialien wie z. B. mit den ferrimagnetischen Le­ gierungen GdCo, TbFeCo, YbTbFeCo oder GdTbFeCo (vgl. z. B. EP-A-03 36 237) erfüllt werden. Daneben sind auch nicht-metalli­ sche Legierungen, beispielsweise spezielle magnetische Granate wie (Bi, Ga)₃Fe₅O₁₂ oder (Y, Bi)₃Fe₅O₁₂ (vgl. z. B. "Thin Solid Films", 1984, Vol. 114, Seiten 187 bis 219, insbesondere Seite 188) geeignet. Dabei liegt im allgemeinen die Dicke der aufzu­ bringenden Bildschicht 4 für metallische Materialien zwischen 10 und 200 nm, sowie für nicht-metallische Materialien zwischen 50 nm und 1 µm.

Die geforderten magnetischen und magnetooptischen Eigenschaften sind auch mit Bildschichten 4 zu realisieren, die als Mehr­ schichtsysteme, sogenannte "Multilayer", mit einer Dicke in der genannten Größenordnung ausgebildet werden. Derartige Mehrla­ gensysteme sind allgemein bekannt (vgl. z. B. EP-A-03 41 521). Beispiele hierfür wären alternierende Pd/Co-, Pt/Co- oder V/Co-Filme. Auch magnetische Granate kommen für solche Mehrla­ gensysteme in Frage.

Die Materialien mit den geforderten Eigenschaften werden ent­ weder direkt auf der Oberfläche 2a des Prüflings 2 oder auf dem speziellen Substrat 5 nach bekannten Verfahren aufgebracht, wobei die vorbestimmte Lage der leichten Richtung der Magneti­ sierung, insbesondere senkrecht zur Schichtebene, eingestellt wird.

Die genannten Grundvoraussetzungen können beispielsweise mit einer V-Co-Legierung mit einem V-Gehalt zwischen 10 und 30 Atom-%, vorzugsweise von etwa 20 Atom-%, erfüllt werden. Aus diesem Material wird als Einzelschicht oder Mehrlagenschicht mittels eines an sich bekannten Verfahrens des Ionenstrahlsput­ terns die Bildschicht 4 hergestellt. Entsprechend hergestellte Schichten weisen nämlich neben einer ausgeprägten senkrechten magnetischen Anisotropie eine hohe Remanenz sowie eine vorbe­ stimmte Koerzitivfeldstärke H_c (jeweils in der senkrechten Vor­ zugsrichtung) auf. Die Remanenz dieses Materials kann Werte bis über 90%, insbesondere über 95% des Wertes der Sättigungs­ magnetisierung zeigen. Die sich in der genannten Vorzugsrich­ tung ergebende Hysteresiskurve einer solchen V-Co-Legierungs­ schicht ist in dem Diagramm der Fig. 2 als durchgezogene Linie wiedergegeben.

In diesem Diagramm sind auf der Abszisse die Feldstärke eines Magnetfeldes H und auf der Ordinate die Magnetisierung M (je­ weils in willkürlichen Einheiten) eingetragen. Für die senk­ rechte magnetische Feldstärkekomponente ergibt sich der durch durchgezogene Linien wiedergegebene, mit H_⟂ bezeichnete Kur­ venverlauf. Die zu dieser senkrecht verlaufenden Feldstärke­ komponente gehörende Magnetisierung M wird in erster Linie für eine Auswertung der in der Schicht 4 herrschenden momentanen Magnetisierungsverhältnisse bzw. zur Erzeugung eines entspre­ chenden Bildkontrastes mittels des polaren Kerr-Effektes her­ angezogen.

Wie aus dem Diagramm der Figur hervorgeht, ist die Remanenz des Materials aufgrund der ausgeprägten Rechteckform der mit H_⟂ be­ zeichneten Hysteresiskurve nur unwesentlich kleiner als die Sättigungsinduktion des Materials. In dem Diagramm ist ferner in dem dargestellten Magnetfeldbereich der ungefähre Verlauf der Magnetisierungskurve ersichtlich, der sich bei einem Magnetfeld parallel zur Schichtoberfläche ergibt. Diese Kurve ist mit H,, bezeichnet und durch eine gestrichelte Linie veran­ schaulicht. Diese Kurve gibt also die Magnetisierung in der Schichtebene wieder.

Die von einem Strompfad 3 des Prüflings 2 in der Bildschicht 4 hervorgerufene Stärke des Magnetfeldes H_s ist im allgemeinen zu gering bzw. die Koerzitivfeldstärke H_c zu hoch, um über den linearen Bereich einer der beiden mit k1 bzw. k2 bezeichneten Kurvenäste der Magnetisierungskurve M eine Ummagnetisierung in der Schicht 4 bewirken zu können. Deshalb ist erfindungsgemäß ein in die Vorzugsrichtung weisendes, in der Schicht 4 bei­ spielsweise zumindest weitgehend konstantes Hintergrundfeld H_h vorgesehen, das zu einer vorbestimmten Verschiebung der Hysteresiskurve in Abszissenrichtung führt. Eine derartige Verschiebung der Hysteresiskurve aus Fig. 2 ist in Fig. 3 in entsprechender Darstellung wiedergegeben. Dabei ist angenommen, daß das Hintergrundfeld H_h parallel zur Flächennormalen und da­ mit zu der Richtung der senkrechten Komponente des Feldes H_s der Strompfade gerichtet ist. Dies führt zu einer Verschiebung der Hysteresiskurve und damit des Koordinatenursprungs 0 gegen­ über Fig. 2 in positiver Abszissenrichtung. Die Größe der Feldstärke des Hintergrundfeldes wird dabei erfindungsgemäß so gewählt, daß bei Stromlosigkeit der Strompfade 3 und somit bei fehlendem Magnetfeld H_s die Ordinate die Magnetisierungskurve noch in dem unteren, weitgehend waagrechten Kurventeil in der Nähe des Fußpunktes des Anstiegs des Kurvenastes k1 schneidet. Außerdem muß das Hintergrundfeld H_h so bemessen sein, daß das von den Strompfaden 3 bei Stromführung erzeugte Magnetfeld H_s möglichst zu einer völligen Ummagnetisierung der magnetoopti­ schen Bildschicht 4 im Bereich des jeweiligen Strompfades führt. Das heißt, auf der Magnetisierungskurve M_⟂ wird dann aufgrund des Magnetfeldes H_s der Kurvenast k1 bis in den oberen Bereich der Sättigung durchlaufen. Das für eine derartige Ummagnetisie­ rung erforderliche Magnetfeldintervall ist in der Figur mit ΔH_u bezeichnet. Es sollte im allgemeinen kleiner sein als das strom­ induzierte Feld H_s; d. h.: ΔH_u < H_s. Diese Beziehung ist bei hinreichender Steilheit ΔM_⟂/ΔH des Kurvenastes k1 ohne weiteres zu gewährleisten. Entsprechende Materialien sind insbesondere aus der magnetooptischen Speichertechnik bekannt. Vorteilhaft können dann bereits kleine Magnetfelder H_s eine Ummagnetisie­ rung in der Bildschicht 4 bewirken.

Um einen hinreichenden Kontrast zu erzeugen, kann es in Ab­ hängigkeit von dem gewählten Material der Bildschicht 4 ge­ gebenenfalls auch ausreichen, daß das Magnetfeld H_s zu einer Ummagnetisierung führt, bei der nur ein Teil des Kurvenastes k1 durchlaufen wird. Es ist in diesem Fall davon auszugehen, daß H_s mindestens das 0,3fache von ΔH_u betragen muß. Das heißt, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auf alle Fälle zu fordern, daß gilt: H_s<0,3 · ΔH_u.

Abweichend von dem für die Magnetisierungsverhältnisse gemäß Fig. 3 angenommenen Hintergrundfeld H_h ist eine Ummagneti­ sierung der Bildschicht 4 auch längs des Kurvenastes k2 mög­ lich. Hierzu muß lediglich ein entgegengesetzt gerichtetes Hintergrundfeld vorgesehen werden. Der Kontrast wird dann an den Orten erzeugt, an denen die senkrechte Komponente von H_s und damit I entgegengesetztes Vorzeichen haben. Man startet dann mit einem anderen Vorzeichen der Magnetisierung in der Bild­ schicht.

Das sich bei Einhaltung der vorstehend erläuterten Feldstärke­ verhältnisse ergebende Bild der Magnetisierungsrichtungen ist in Fig. 4 angedeutet. Diese Figur gibt schematisch einen Schnitt durch ein Teilstück der in Fig. 1 gezeigten Bild­ schicht 4 vergrößert wieder. In der Figur sind für zwei von antiparallel verlaufenden Strömen +I und -I durchflossene Strompfade 3a und 3b einzelne, sich bei der Magnetisierung gemäß Fig. 3 einstellende Richtungen der Magnetisierung durch gepfeilte Linien m und m′ dargestellt. Die unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen führen zu entsprechenden Änderungen des Kerr-Drehwinkels für polarisiertes Laserlicht und folglich zu entsprechenden Änderungen des Kontrastes eines mit einem Kerr-Mikroskop zu erzeugenden Bildes.

Die zugehörenden magnetischen Feldstärkeverhältnisse H_⟂, in senkrechter Richtung bezüglich der Oberfläche 2a des Prüflings 2 sind aus dem Diagramm der Fig. 5 ersichtlich. In diesem Dia­ gramm sind jeweils in willkürlichen Einheiten auf der Abszisse die örtliche Position x bezüglich einer Mittellinie zwischen den Strompfaden 3a und 3b und auf der Ordinate die Feldstärke­ komponente H_⟂ aufgetragen. Diese Feldstärkekomponente H_⟂ setzt sich dabei aus der entsprechenden Komponente des von den Strom­ pfaden 3a und 3b bei Stromdurchgang erzeugten Magnetfeldes H_s und aus dem entsprechend gerichteten magnetischen Hintergrund­ feld H_h zusammen. Ferner ist in dem Diagramm durch gestrichelte Linien die Koerzitivfeldstärke H_c (ebenfalls in senkrechter Richtung) des Materials der Bildschicht 4 angegeben. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, überschreitet die Feldstärke H_⟂ im Bereich zwischen den Strompfaden 3a und 3b den Wert H_c der Koerzitivfeldstärke, so daß dort eine Ummagnetisierung der Bildschicht 4 möglich ist. Geht man z. B. davon aus, daß vor dem Einschalten des Stromes I die Schicht 4 so magnetisiert war, daß in ihr homogen die Magnetisierungsrichtung in Richtung der Normalen auf der Oberfläche nach unten weist, dann wird durch Anlegen eines Stromes I durch die Strompfade 3a und 3b eine teilweise Ummagnetisierung in die Gegenrichtung bewirkt (vgl. auch Fig. 4). Die Ummagnetisierung bzw. die Magnetisierungs­ verteilung in der Schicht 4 spiegelt also die Lage und die Funktionsfähigkeit der einzelnen Strompfade wieder.

Fig. 6 zeigt als Diagramm in Fig. 5 entsprechender Darstel­ lung den Kurvenverlauf der magnetischen Feldstärke H_⟂ = H_s, der sich bei fehlendem Hintergrundfeld H_h ergibt. Wie bei einem Vergleich der Diagramme der Fig. 5 und 6 erkennbar ist, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft auch eine Strom­ pfadabbildung für Materialien von magnetooptischen Bildschich­ ten ermöglicht, deren Koerzitivfeldstärke H_c größer als die von den Strompfaden hervorgerufene Feldstärke H_s ist.

Das sich für die gewählten Magnetisierungsverhältnisse gemäß Fig. 4 ergebende Kontrastbild ist in Fig. 7 als Aufsicht durch ein Kerr-Mikroskop schematisch veranschaulicht. In der Figur ist dabei jede Kontraständerung einem einzelnen Strom­ pfad (3a bzw. 3b) zuordbar. Eine Kontraständerung ist nämlich abhängig von der in der Bildschicht 4 hervorgerufenen Magne­ tisierungsänderung und damit von den Stromverhältnissen in den Strompfaden. Das heißt, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich vorteilhaft Strompfade auf ihre Stromtragfähigkeit hin überprüfen.

Abweichend von dem für die Fig. 4 und 5 angenommenen Aus­ führungsbeispiel können für die Strompfade 3a und 3b auch an­ dere, beispielsweise gleiche Stromflußrichtungen vorgesehen werden. Das von den Strompfaden hervorgerufene Magnetfeld zeigt dann einen gegebenenfalls gegenüber Fig. 5 entsprechend ge­ änderten Verlauf.

Neben der für das Ausführungsbeispiel gewählten Lage der leich­ ten Richtung (Achse) der Magnetisierung (Vorzugsrichtung) senk­ recht zur Oberfläche der Bildschicht 4 sind für das erfindungs­ gemäße Verfahren auch Materialien geeignet, deren leichte Achse in paralleler Richtung bezüglich der Schichtoberfläche liegt. Entsprechende Materialien mit den geforderten weichmagnetischen Eigenschaften sind allgemein bekannt. Ein Beispiel hierfür sind spezielle NiFe-Legierungen mit einem gemittelten Fe-Gehalt zwi­ schen 15 und 25 Atom-% wie z. B. "Permalloy". Derartige Legierun­ gen werden im allgemeinen durch RF-Sputtern hergestellt.

Darüber hinaus braucht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die als Einzelschicht oder als Mehrlagenschicht ausgebildete Bild­ schicht 4 nicht unbedingt unmittelbar an der freien Oberfläche 2a des Prüflings 2 angeordnet zu sein. Im Hinblick auf eine Vergrößerung des Kerr-Winkels kann gegebenenfalls zwischen der Schicht 4 und der Oberfläche 2a noch eine dünne Schicht aus einem reflektierenden Material (Reflexionsschicht) wie z. B. aus Cu-Al oder Au vorgesehen werden. Ferner ist es günstig, wenn man die freie Oberfläche der Schicht 4 noch mit einer Anti­ reflexschicht aus einem dielektrischen Material überzieht, um so eine Erhöhung des Kontrastes bei der magnetooptischen Er­ mittlung des Magnetisierungszustandes der Schicht 4 zu errei­ chen. Hierfür geeignete Materialien sind z. B. ZnS, AlN oder Si₃N₄.

Claims (7)

1. Verfahren zur Detektion oder Überprüfung von in einem Kör­ per verdeckt und gegenüber einer freien Oberfläche isoliert verlaufenden Strompfaden, die bei Stromführung an dieser Ober­ fläche ein Magnetfeld vorbestimmter Feldstärke hervorrufen, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) an der freien Oberfläche (2a) des zu prüfenden Körpers (2) eine dünne Schicht (4) aus einem Material angeordnet wird, das
  • - magnetooptische Eigenschaften besitzt,
  • - eine magnetische Anisotropie mit einer vorbestimmten Lage der leichten Richtung der Magnetisierung aufweist und
  • - in der leichten Richtung der Magnetisierung eine von der Magnetfeldstärke abhängige Magnetisierungskurve (M_⟂) in Form einer bistabilen Hysteresiskurve zeigt, die zwei Kurvenäste (k1, k2) mit hinreichend hoher Steilheit (ΔM_⟂/ΔH) hat, so daß die Feldstärke des von den stromfüh­ renden Strompfaden (3; 3a, 3b) in der magnetooptischen Schicht (4) erzeugten Magnetfeldes (H_s) größer als das 0,3fache des für eine Ummagnetisierung der magnetoopti­ schen Schicht (4) erforderlichen Intervalls (ΔH_u) der Magnetfeldstärke (H) längs jedem der Kurvenäste (k1, k2) ist,
• b) die magnetooptische Schicht (4) in ein magnetisches Hinter­ grundfeld (H_h) mit solcher Feldstärke eingebracht wird, daß bei Strom der Strompfade (3, 3a, 3b) noch keine Ummagneti­ sierung, jedoch bei deren Stromführung eine Ummagnetisierung längs einem der Kurvenäste (k1 oder k2) erfolgt, sowie
• c) der den magnetooptischen Drehwinkel beeinflussende Magne­ tisierungszustand (m, m′) in der magnetooptischen Schicht (4) als Kontrastbild (15) mittels einer entsprechenden magnetooptischen Einrichtung (14) sichtbar gemacht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die magnetooptische Schicht (4) ein magnetisch anisotropes Material vorgesehen wird, dessen leich­ te Richtung der Magnetisierung senkrecht bezüglich der Ober­ fläche (2a) des Körpers (2) verläuft.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Abstand (a) zwischen der magnetooptischen Schicht (4) und den zu detektierenden Strom­ pfaden (3, 3a, 3b) vorgesehen wird, der kleiner als die mini­ male Entfernung (e) zweier benachbarter Strompfade ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu einer optischen Lokali­ sierung eines aus dem zu untersuchenden Körper (2) ausgewählten Bereichs zu detektierender Strompfade (3, 3a, 3b) für die magnetooptische Schicht (4) ein bezüglich einer vorbestimmten Wellenlänge des Lichtes (8) einer Lichtquelle (7) optisch hin­ reichend transparentes Material vorgesehen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu einer optischen Lokali­ sierung eines aus dem zu untersuchenden Körper (2) ausgewählten Bereichs zu detektierender Strompfade (3, 3a, 3b) die magneto­ optische Schicht (4) mit einem bezüglich einer vorbestimmten Wellenlänge des Lichtes (8) einer Lichtquelle optisch hinrei­ chend transparenten Fenster an einer Stelle versehen wird, die benachbart zu dem ausgewählten Bereich zu detektierender Strom­ pfade (3, 3a, 3b) liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zu der optischen Lokalisierung ein Licht mit einer ersten Wellenlänge und zu der Ausbildung des Kontrastbildes (15) mittels der entsprechenden magnetoopti­ schen Einrichtung (14) ein Licht (8) einer zweiten Wellenlänge vorgesehen wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die auf einem optisch transparenten Substrat (5) aufgebrachte magnetooptische Schicht (4) an den zu untersuchen­ den Körper (2) im Bereich der zu detektierenden Strompfade (3, 3a, 3b) angesetzt und in das Hintergrundfeld (H_h) vorbestimmter Feldstärke eines ring- oder zylinderförmigen Magneten (6) ein­ gebracht ist, daß eine Bestrahlung der Schicht in diesem Be­ reich mit polarisiertem Laser-Licht (8) durch das Substrat (5) hindurch vorgesehen ist, und daß die magnetooptische Einrich­ tung zur Sichtbarmachung des Kontrastbildes (15) der Schicht (4) ein Kerr-Mikroskop (14) enthält.