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Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung
elektronischer Schaltungen und im einzelnen auf die Prüfung
von Durchkontaktverbindungen in integrierten keramischen und
in Dünnfilmtechnik hergestellten Schaltungspackungen auf
Materialrückstände aus dem Herstellungsprozeß, die, wenn sie
nicht beseitigt werden, zu einer Funktionsstörung an diesen
Durchkontaktverbindungen führen können.
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Der bisherige Stand der Technik wurde zuletzt im IBM
TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN, Band 32, Nr. 3B, August 1989,
Seite 87-90, New York, US, unter dem Titel "Blasing means for
contactless laser inspection testing of circuit packages"
beschrieben.
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Die zunehmende Komplexität integrierter Schaltungen und der
Trend zu immer schnelleren Schaltfunktionen hat zu einer
erstaunlichen Verkleinerung ihrer Geometrien in
Abmessungsbereichen von weniger als ein Mikrometer geführt. Die
Forderung, die Verbindungsleitungen zwischen den verschiedenen
Schaltungen so kurz wie möglich zu halten, hat zur
Entwicklung mehrschichtiger Schaltungspackungen mit einer Vielzahl
von Zwischenverbindungen zwischen den einzelnen Schichten
geführt.
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Diese Zwischenverbindungen werden üblicherweise als
"Durchkontaktverbindungen" oder "Durchverbindungen"
bezeichnet, weil sie von einer Ebene oder Stufe einer integrierten
Schaltungspackung durch eine oder mehrere keramische oder
Halbleitersubstrate zu einer oder mehreren anderen Stufen
derselben führen, und die elektrischen Leiter entsprechend
dem Entwurf der Schaltungszwischenverbindungen miteinander
verbinden.
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Typischerweise verfügen die Durchkontaktverbindungen über ein
Loch von einer Substratfläche zu einer anderen, welches nach
Möglichkeit "in situ" bei der Herstellung des Substrats
hergestellt wird, oder später in den vorgefertigten
Substratkörper gebohrt wird, einen elektrischen Leiter innerhalb des
Lochs und eine üblicherweise als Stift bezeichnete Abdeckung
auf beiden Seiten des Substrats, welcher die darauf
befindlichen Leitungen kontaktiert. Die Fertigung der Löcher an Ort
und Stelle kann zum Beispiel mit herkömmlichen
photolithographischen Techniken erfolgen: eine Bohrung erfolgt
üblicherweise mit einem stark gebündelten Laserstrahl. Bei dem Leiter
innerhalb des Durchkontaktlochs kann es sich zum Beispiel um
eine elektrisch leitfähige Metallschicht auf der Lochwand
handeln. Eine solche Metallschicht kann durch Aufdampfung
oder Aufsputterung aufgebracht werden.
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Angesichts der enormen Packungsdichte der Komponenten, aus
denen eine moderne integrierte Schaltung besteht, haben die
Durchkontaktlöcher Durchmesser im Mikrometerbereich. Und auf
einer einzigen Schicht oder einem einzigen Modul befinden
sich viele Löcher!
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Obwohl alle Hersteller integrierter Schaltungspackungen bei
der Herstellung auf größte Sorgfalt und Reinheit achten, kann
es vorkommen, daß in einem oder mehreren Fertigungsschritten
unerwünschte Materialreste in dem Durchkontaktloch oder
seiner Umgebung zurückbleiben, so daß das Aufbringen einer
homogenen Metallschicht innerhalb des Lochs und die
vorschriftsmäßige Kontaktierung der Schaltungsleitungen durch die Stifte
auf dem Substrat beeinträchtigt ist. Hierdurch kann es dann
zu einem fehlenden oder schlechten elektrischen Kontakt und
demnach zu einer fehlerhaften Schaltungspackung kommen. Dies
gilt insbesondere dann, wenn die von dem Isoliermaterial oben
auf einem Durchkontaktloch oder in einem Durchkontaktloch
bedeckte Fläche über einen bestimmten Bereich der Lochwand
hinausgeht.
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Da die Herstellung einer integrierten Schaltungspackung eine
große Anzahl sehr anspruchsvoller Verarbeitungsschritte
erfordert, kann diese Packung schnell zu einem äußerst
kostenintensiven Bauteil werden. Daher werden fehlerhafte Packungen
nicht einfach weggeworfen, sondern man unternimmt in den
meisten Fällen große Anstrengungen, um sie zu reparieren. In
diesem Zusammenhang ist die Prüfung der Packung auf
verschiedenen Fertigungsstufen ein wichtiger Aspekt.
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Im Augenblick erfolgt die Prüfung integrierter keramischer
und Dünnfilm-Schaltungspackungen als Sichtprüfung, was
bezogen auf die Durchkontaktlöcher ernsthafte Schwierigkeiten mit
sich bringt. Einerseits ist es kaum möglich, mit dem bloßen
Auge zwischen den in modernen Packungen verwendeten
unterschiedlichen Materialien, wie zum Beispiel Chrom und
Polyimid, zu unterscheiden, da sie optisch ähnliche
Eigenschaften aufweisen. Andererseits sind die Durchkontaktlöcher so
klein und auf jeder Leiterplatte so zahlreich vorhanden, daß
ihre Sichtprüfung durch die Bediener eine unangemessen lange
Zeit in Anspruch nimmt.
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Ein automatisches Prüfsystem, das auf einem ausreichend
großen Kontrast zwischen den bei der Herstellung verwendeten
Materialien, insbesondere zwischen Metallen und Isolatoren,
basiert, wäre eine wichtige Verbesserung bei der Herstellung
und Prüfung integrierter Schaltungspackungen Der wichtigste
Punkt bei einem solchen Prüfsystem wäre, daß hiermit
eindeutig und schnell Informationen über Rückstände von
Isoliermaterial geliefert würden, welche möglicherweise mehr als einen
vernachlässigbaren Teil der Fläche einer
Durchgangslochverbindung bedecken.
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Zu diesem Zweck muß sich das Prüfsystem auf einen starken
Materialkontrast zwischen den Metallen und den Isolatoren
stützen, eine kurze Signalintegrationszeit zur Erzielung des
genannten Kontrasts zu ermöglichen, und die Möglichkeit eines
Automatikbetriebs mit Rechnersteuerung bieten. Vorzugsweise
sollte das System keine Bildverarbeitung erfordern, da hierzu
viel Rechenzeit und zuviel Speicherraum im Rechner benötigt
werden.
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Die vorliegende Erfindung beabsichtigt ein automatisches
Prüfsystem zur Prüfung von Durchkontaktlöchern in keramischen
Packungen und Dünnfilmpackungen, das den starken
Materialkontrast zwischen den Metallen und den Isolatoren, der sich
durch lichtstrahlinduzierte Photoemission ergibt, ausnutzt.
Die Photoemissionstechnik stützt sich auf den bekannten
photoelektrischen Effekt, wonach eine mit ausreichend hoher
Frequenz auf bestimmte Substanzen auftreffende Strahlung
bewirkt, daß gebundene Elektronen mit einer
Höchstgeschwindigkeit proportional zur Strahlungsfrequenz, das heißt
proportional zur Gesamtenergie der Photonen, abgegeben werden.
Obwohl jede beliebige Lichtquelle, welche im wesentlichen
monochromes Licht der gewünschten Frequenz aussendet, diesen
Zweck erfüllt, ist eine Lasereinrichtung höchstwahrscheinlich
die Lichtquelle der Wahl.
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Die Prüfung von integrierten Schaltungen mit Hilfe von
Laserstrahlen ist eine in Fachkreisen gut bekannte Technik. Es
gibt mehrere verschiedene Methoden, welche nachfolgend kurz
beschrieben werden sollen, um deutlich zu machen, daß sie die
Technik der vorliegenden Erfindung nicht ersetzen können.
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Aus dem IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN, Band 32, Nr. 3B,
August 1989, Seiten 87-90, New York, US, mit dem Titel
"Blasing means for contactless laser inspection testing of
circuit packages", ist bekannt, daß die photoelektronische
Schwellenenergie zur Anregung einer Emmission aus der
Metallverdrahtung, typischerweise 4 bis 5 ev, wesentlich unter
derjenigen liegt, die zur Auslösung einer Emission aus dem
umgebenden Isoliermaterial der Packung benötigt wird. Al&sub2;O&sub3; hat
zum Beispiel eine Bandbreite von 7,3 eV, so daß die Schwelle
mindestens so hoch sein muß, und polymere Materialien dürften
ähnlich beschaffen sein. Mit Laserphoton-Energien unmittelbar
über der Metallschwelle, jedoch unterhalb der
Isolatorschwelle, kann eine Prüfung mit starkem Kontrast durch
laserinduzierte photoelektronische Emission erwartet werden.
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Eine direkte Methode ist das Bestrahlen der Probenfläche mit
Laserlicht und die Kontrolle des reflektierten Lichts mit
Hilfe eines Photodetektors und der zugehörigen Elektronik.
Fehler auf der Probenoberfläche bewirken, daß das Licht von
der optischen Achse des Systems abgelenkt wird, was dazu
führt, daß die reflektierte Welle schwächer ist, als
erwartet. Diese Methode wird zum Beispiel in CH-A-662 888
beschrieben.
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Eine zweite, in EP-A-264 481 und EP 264 482 beschriebene
Methode verwendet zur Bestrahlung einer Probenfläche einen
fokussierten Laserstrahl, der eine positive Ladung an der
Auftreffstelle des Strahls durch Photoemission von Elektronen
erzeugt. Die Ladung verteilt sich so, daß das mit der
Auftreffstelle verbundene leitfähige Material dieselbe Spannung
annimmt. Eine Bestrahlung der Probe mit einem zweiten
Laserstrahl bewirkt nun, daß jetzt eine Photoemission aus den
vorher nicht geladenen Bereichen erkennbar wird.
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Dementsprechend sieht die Erfindung eine Methode zur Prüfung
von aus mindestens einer Schicht bestehenden integrierten
Schaltungspackungen mittels Photoemission vor, wobei die
genannte Schicht mindestens ein Substrat umfaßt, welches auf
mindestens einer seiner Flächen eine Struktur elektrischer
Leiter entsprechend der gewünschten Schaltung trägt und eine
Vielzahl von Durchkontaktverbindungen, um ausgewählte Leiter
der genannten Leiter miteinander zu verbinden, die auf
gegenüberliegenden Flächen des genannten mindestens einen
Substrats angeordnet sind, wobei die genannte Methode die
Bestrahlung der genannten Durchkontaktverbindungen mit einer
Lichtquelle umfaßt sowie den Nachweis der von der genannten
Packung emittierten Elektronen mittels eines Detektors, wobei
die genannte Lichtquelle einen Photonenstrahl liefert, dessen
Energien über der Austrittsarbeit der für die genannten
Leiter verwendeten Metalle und unter der Austrittsarbeit von bei
der Fertigung der genannten Packungen verwendeten
Isoliermaterialien liegt.
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Die Methode ist dadurch gekennzeichnet, daß der genannte
Detektor mindestens eine Kanalplatte aufweist, welche in gleich
große Segmente aufgeteilt ist, deren Größe unter der Größe
der kleinsten noch signifikanten Verunreinigungsstoffe liegt,
welche die genannten Durchkontaktverbindungen
beeinträchtigen, daß das Ausgangssignal des genannten Detektors mit einem
vorgespeicherten Referenzwert verglichen wird, der eine
ideale Ganzmetall-Durchkontaktverbindung darstellt, daß die
Anzahl der Segmente, die weniger als eine vorbestimmte
Intensität erbringen, gezählt wird, wobei die genannte Zählung
entweder eine schlechte oder eine gute Durchkontaktverbindung
darstellt, je nachdem, ob die Anzahl der Segmente, die kein
Metall anzeigen, einen vordefinierten Wert überschreitet, und
daß die Ladung, die sich auf den genannten
Durchkontaktverbindungen und ihren zugehörigen Leitern aufbaut, durch die
Lieferung freier Elektronen ausgeglichen wird.
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Einzelheiten der Methode der Erfindung sollen nachfolgend
anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben werden; es zeigt:
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Fig. 1 die wichtigsten Schritte (a bis e) bei der
Herstellung einer Schicht (im Querschnitt) einer
integrierten Schaltungspackung;
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Fig. 2 einen Querschnitt einer Verbindung aus zwei
Schichten einer integrierten Schaltungspackung des in
Fig. 1 gezeigten Typs;
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Fig. 3 einen Querschnitt durch eine verunreinigte Schicht
des in Fig. 1 gezeigten Typs;
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Fig 4 ein Beispiel einer möglichen Anordnung der bei der
Durchführung der Methode der Erfindung verwendeten
Einheiten;
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Fig. 5 eine Darstellung einiger Durchkontaktstifte, die auf
das in Segmente unterteilte Kanalblech der Figur 4
projiziert werden;
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Fig. 6 Signale, welche die Durchkontaktstifte der Figur 5
darstellen, wie sie vom Detektor der Figur 4 gesehen
werden.
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Fig. 1 zeigt eine Folge der Hauptfertigungsschritte einer
Schicht einer integrierten Schaltungspackung. Obwohl diese
nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind, erscheint eine
kurze Beschreibung dieser Schritte zum Verständnis der
Schwierigkeiten, die sich bei ihrer Durchführung ergeben
können, hilfreich. In Schritt a wird in eine dünne Platte 1 aus
dielektrischem Trägermaterial ein Muster von Löchern 2, 3 und
4 gebohrt, zum Beispiel durch Laserstrahlbohrung. Die Figur
ist nicht maßstabshaltig, es kann im allgemeinen ein
Mittenabstand der Löcher in der Größenordnung von 50 um angenommen
werden.
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In Schritt b wird eine Metallschicht 5 flächenförmig auf die
gesamte dünne Platte 1 aufgebracht, 50 daß die oberen und
unteren Flächen der Platte sowie auch die Wände der Löcher 2, 3
und 4 bedeckt sind. In Schritt c wird in einem herkömmlichen
photolithographischen Verfahren eine Metallschicht 5
entsprechend dem Entwurf der Schaltung 6, welche von den oberen
beziehungsweise unteren Flächen der Platte 1 getragen werden
soll, geätzt.
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In Schritt d werden vorgefertigte Durchkontaktstifte 7,
welche auf einem Träger 8 aufgebracht wurden und eine
Metallschicht 9 sowie eine Übermetallisierung 10 umfassen, mit den
Löchern 2, 3 und 4 auf beiden Seiten der Platte 1
deckungsgleich ausgerichtet. Die Sandwichstruktur wird dann gepreßt
und die Metallschicht 9 in Schritt e teilweise
aufgeschmolzen. Die Metallschicht 9 hat jetzt elektrischen Kontakt mit
der Metallschicht 5 hergestellt und hat begonnen, in die
betreffenden Löcher 2, 3 oder 4 einzudringen. Die Schicht 11
kann jetzt mit anderen Schichten, zum Beispiel Schicht 12,
zusammengebaut werden, und bildet eine integrierte
Schaltungspackung 13, wie in Figur 2 dargestellt.
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Die Verbindung der Schichten 11 und 12 wird durch
Aufschmelzen einer Verbindungsmetallisierung 14 erreicht, welche zuvor
auf den jeweiligen Übermetallisierungen 10 niedergeschlagen
wurde. Der Verbindungsschritt umfaßt ein komplettes
Aufschmelzen der Metallschicht 9, so daß die Metallschicht 5 der
Durchkontaktlöcher schließlich vollständig mit der
aufgeschmolzenen Metallisierung 9, wie in Figur 2 gezeigt, bedeckt
ist.
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Wenden wir uns nun der Fig. 3 zu; wenn während der
Durchführung eines oder mehrerer der vielen Verarbeitungsschritte,
welche zu der Struktur der Figur 2 führen, ein
Verunreinigungsstoff auf der Oberfläche der Platte 1 oder auf der
Metallschicht 5 zurückbleibt, wie zum Beispiel die
Verunreinigungsstoffe 15, 16 oder 17 in Figur 3, wird entweder die
vorschriftsmäßige Metallisierung der Löcher 2, 3 und 4 oder die
dünne Schicht des Durchkontaktstiftes 7 zur Metallschicht 5,
oder beides, beeinträchtigt oder unmöglicht gemacht. Die
Folge kann eine vollständig fehlende elektrische Verbindung
oder ein zu hoher Widerstand zwischen den betreffenden
Leitern sein.
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Gemäß der Erfindung wird daher eine Methode zur Prüfung
einzelner Durchkontaktverbindungen 18, 19 auf verschiedenen
Stufen während der Fertigung der integrierten
Schaltungspackungen vorgeschlagen, mit deren Hilfe mögliche Rückstände von
Isoliermaterial in den Durchkontaktlöchern oder deren
Umgebung, die die übrigen Verarbeitungsschritte gefährden oder zu
fehlerhaften Packungen führen können, festgestellt werden
können. Wie bereits oben erwähnt, beinhaltet die Methode den
Beschuß ausgewählter Durchkontaktverbindungen mit einem
Laserstrahl und die Kontrolle der entstehenden Strahlung zum
Nachweis von Isoliermaterialresten.
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Aufgrund der Erfahrung, daß Rückstände von Isoliermaterial in
oder an Durchkontaktverbindungen in Form von Anhäufungen
einer bestimmten Größe auftreten, und nicht gleichmäßig über
eine größere Fläche verteilt sind, und daß sogar ein sehr
dünner Isolator, der einen Oberflächenbereich abdeckt, die
Photoemission komplett unterdrücken würde und somit leicht
erkennbar wäre, wird eine Prüfmethode gemäß der Erfindung
vorgeschlagen, welche die folgenden Eigenschaften aufweist:
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- sie nutzt den starken Kontrast zwischen Metallen und
Isolatoren aus;
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- sie benötigt nur eine sehr kurze Signalintegrationszeit
zur Erreichung dieses Kontrasts;
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- sie ist für eine Automatisierung geeignet;
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- sie erfordert keine Verarbeitung von Bilddaten.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Anlage, mit der die
Methode der Erfindung ausgeführt werden kann, ist in Fig. 4
dargestellt. Auf einer geerdeten Tragkonstruktion 20 ist eine
integrierte Schaltungspackung 21 des in Fig. 2 gezeigten Typs
angeordnet, welche eine erste Schicht 22 und eine zweite
Schicht 23 einer elektronischen Schaltungsanordnung umfaßt.
Die Schichten 22 und 23 können zum Beispiel Platten aus
Keramikmaterial oder aus dünnen Filmen nicht leitenden
Oxidmaterials sein. Die Durchkontaktverbindungen 24...26 führen an
denjenigen Stellen durch die Schicht 22 und/oder Schicht 23,
die durch die auf den betreffenden Flächen der Schicht 22 und
23 aufliegende elektronische Schaltungsanordnung festgelegt
werden.
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Eine Lichtquelle 27, vorzugsweise ein Laser, welcher Photonen
mit Photonenenergien von etwa 5 eV (entsprechend einer
Wellenlänge von 250 nm) abgibt, wird über der
Schaltungspakkung 21 in der Weise angeordnet, daß ihr Lichtstrahl einzeln
auf jedes Durchkontaktloch der Schaltungspackung 21
fokussiert werden kann. Der Grund, warum Photonenenergien im
Bereich von 5 eV vorliegen müssen, ist folgender: Isolatoren
der Art, wie sie in integrierten Schaltungen verwendet
werden, wie z. B. Polyimide, haben
Photoemissions-Austrittsarbeiten von etwa 7 eV (oder höher), so daß keine Photoemission
von Elektronen durch Photonen von 5 ev eingeleitet werden
kann. Demgegenüber haben Metalle
Photoemissions-Austrittsarbeiten im Bereich von 4 eV, so daß ihre Photoemission
theoretisch ein Maximum sein müßte. In Wirklichkeit liegt der
Materialkontrast MC
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nur geringfügig über 97 %, und zwar aufgrund photoemissiver
Oberflächenverunreinigungen oben auf dem Isoliermaterial.
Dieser Materialkontrast MC kann mit Signalintegrationszeiten
von unter 1,25 ms erreicht werden.
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Eine theoretische Schätzung des in
Photoemissions-Kontrastmessungen zu erwartenden Signal-Rauschverhältnisses NPh führt
uns zu dem folgenden Ausdruck:
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wobei p die Wahrscheinlichkeit ist, ein Elektron für ein auf
die Durchkontaktverbindung auftreffendes Photon nachzuweisen,
MC ist der Materialkontrast zwischen Metall und Isolator und
Kconf ist eine Vertrauenskonstante der Messung, wobei
Kconf = 3 ist, was bedeutet, daß die Messung die korrekte
Unterscheidung zwischen Metall und Isolator mit einer
Wahrscheinlichkeit von 96 % liefert. Kconf = 5 reduziert die
Wahrscheinlichkeit eines Fehler noch weiter auf 5 x 10&supmin;&sup5; %.
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Die Nachweiswahrscheinlichkeit p für die Photoemission aus
Metall ist p = ηDY, das heißt, das Produkt der
Photoemissionsausbeute Y und der Effizienz ηD des Elektronendetektors.
Dieses Produkt liegt in der Größenordnung von 10&supmin;&sup7; bis 10&supmin;&sup6;.
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Dies führt zu der Forderung, innerhalb der gewünschten
Signalintegrationszeit NPh = 5 x 10&sup7; Photonen zu liefern, wenn
für die Vertrauenskonstante Kconf = 5 gewählt wird. Mit den
heutigen Lasersystemen kann diese Photonenintensität in
weniger als einer Mikrosekunde erreicht werden.
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Somit erfüllen Kontrastmessungen mit Hilfe der Photoemission
in idealer Weise die beiden ersten der oben genannten
Forderungen. Leider treten jedoch bei der Prüfung von
Durchkontaktverbindungen in Zusammenhang mit der Anwendung von
Photoemissions-Kontrastmessungen zwei Probleme auf. Das erste
Problem hängt mit der Tatsache zusammen, daß, obwohl der
Materialkontrast zwischen Metallen und Isolatoren sehr hoch ist,
die Schwankungen der Photoemissionsintensität aus einer
Metalloberfläche 30 bis 50 % der durchschnittlichen
Photoemissionsintensität erreichen können. Diese Schwankungen können
der Metallzusammensetzung, Strukturfehlern im Kristallgitter
des Metalls oder einer Oberflächenverunreinigung zugeordnet
werden. Bei einer Schwankung von 50 %, auch bei einem
Materialkontrast von 100 % (keine Elektronenemission aus dem
Isolator) ist es notwendig, daß der Isolator mehr als 50 % der
Oberfläche der Durchkontaktverbindung abdeckt, um die
Photoemissionsintensität insgesamt auf einen Wert zu reduzieren,
der außerhalb des Bereichs der möglichen Schwankung einer
Ganzmetall-Photoemission liegt. Demnach ist das über der
gesamten Fläche einer Durchkontaktverbindung integrierte
Photoemissionssignal nicht geeignet, darüber zu entscheiden, ob
die Durchkontaktverbindung für den nächsten durchzuführenden
elektrischen Verbindungsschritt gut oder schlecht ist.
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Das zweite Problem ist, daß nicht alle
Durchkontaktverbindungen in einer Packung an ein festes Potential angeschlossen
werden können. Durchkontaktverbindungen, welche nur interne
Punkte in der Packungsstruktur miteinander verbinden, haben
möglicherweise keine zugängliche Verbindung nach außen und
können daher ein gleitendes Potential aufweisen. Nach einer
gewissen Verzögerung, die von der Kapazitanz des an diese
Durchkontaktverbindungen angeschlossenen Netzes abhängt,
laden sie auf ein Potential auf, welches eine weitere
Elektronenemission bei der Photoemissionsmessung verhindert.
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Zur Überwindung des ersten Problems und zur Ermöglichung
einer automatischen Messung mit Hilfe der Photoemission ohne
die Notwendigkeit einer Bildverarbeitung über die Software
wird folgende Prüfstrategie gemäß der Erfindung
vorgeschlagen:
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1. Die induzierten photoemittierten Elektronen werden auf
einem Kanalplattendetektor 28, 29 abgebildet. Dieser
Detektor ist zum Beispiel in 100 Segmente 30 von gleicher
Größe aufgeteilt, wie in Figur 5 gezeigt. Dies entspricht
einer Unterteilung der Oberfläche der zu prüfenden
Durchkontaktverbindung in eine gleiche Anzahl von Segmenten,
wobei diese Anzahl so ausgewählt wird, daß die Größe
jedes Segments etwas unter der Größe der kleinsten, noch
signifikanten Isolierinseln liegt, die in einer
Durchkontaktverbindung zu erwarten sind. In den durch solche
Inseln abgedeckten Segmenten wird die Intensität der
Photoemission auf Werte reduziert, welche weit unter der
Unsicherheit der oben genannten
Photoemissionsintensitätsschwankungen liegen.
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Figur 5 zeigt das Bild verunreinigter
Durchkontaktverbindungen, wie sie auf die Segmente 30 der Kanalplatten 28
projiziert wurden.
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2. Gleichzeitig (das heißt parallel) wird das
Intensitätssignal jedes Segments elektronisch mit einem
vorgespeicherten Idealwert verglichen, der die Emission aus einem
entsprechenden Ganzmetallsegment in der
Durchkontaktverbindung darstellt, und die Zahl der
Segmente, welche die erwartete Emissionsintensität nicht
erfüllen, wird gezählt. Figur 6 zeigt die Signale, welche
diese Durchkontaktverbindungen darstellen.
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3. Der geprüften Durchkontaktverbindung wird eine
Bezeichnung "gut" oder "schlecht" zugewiesen, je nachdem, ob die
Anzahl der Nichtmetallsegmente einen bestimmten
vorbestimmten Wert übersteigt oder nicht. Dies kann mit hoher
Genauigkeit durchgeführt werden.
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Diese Strategie kann mit einer Kombination aus
Kanalplatten 28 und Detektor 29 implementiert werden, welche über der
integrierten Schaltungspackung 21 montiert werden, und indem
man durch eine geeignete Elektronenoptik 31 diejenige Stelle
"betrachtet", auf welche die Lichtquelle 27 fokussiert ist.
Die Kanalplatten 28, der Detektor 29 und die Lichtquelle 27
können in einem gemeinsamen Rahmen angeordnet werden, welcher
eine Verschiebung in bezug auf die Schaltungspackung 21
ermöglicht. Umgekehrt kann auch die Schaltungspackung 21
beweglich angeordnet sein, so daß ein kontrolliertes Verschieben
dieser beiden Teile zueinander möglich ist.
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Das Ausgangssignal des Detektors 29 wird zu einem
Signalauswerter 32 und weiter zu einem Prozessor 33 geleitet, der mit
entsprechenden Speichereinrichtungen ausgestattet sein kann.
Der Signalauswerter 32 kann die Komparatoren zum Vergleichen
der von den Kanalplatten 28 ankommenden Daten mit durch den
Prozessor 33 gespeicherten Referenzdaten enthalten. Die
Kanalplatten 28, der Detektor 29 und die Elektronenoptik 31
sind herkömmliche und im Handel erhältliche Teile. Dasselbe
gilt für die elektronische Zähl-Hardware und die
Komparatoren.
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Zur Lösung des zweiten Problems, nämlich der Ladung des an
die zu prüfende Durchkontaktverbindung angeschlossenen
Netzwerks durch Elektronenverlust, wird eine Elektronenkanone 34
mit einem sehr geringen Energiespektrum montiert, welche
einen Elektronenstrahl mindestens auf einen Teil der
Oberfläche der ingetrierten Schaltungspackung 21 richtet. Der
Elektronenstrahl bewirkt, daß eine Wolke von Elektronen sehr
niedriger Energie den Photoemissionsbereich einhüllt. Sobald
eine gleitende Durchkontaktverbindung aufgrund eines Verlusts
von photoemittierten Elektronen aufzuladen beginnt, wird
diese positive Ladung die Elektronen aus der genannten
Elektronenwolke anziehen, so daß sich die betreffende
Durchkontaktverbindung wieder entlädt, wodurch ein Gleichgewicht
zwischen der durch die Photoemission bewirkten Ladung und der
durch freie Elektronen niedriger Energie bewirkten Entladung
hergestellt wird.
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Es gibt zwei Möglichkeiten, auf die abgegebenen Elektronen
niedriger Energie zu reagieren: Die erste Möglichkeit ist,
sie als einen zusätzlichen, in etwa konstanten Hintergrund zu
akzeptieren. Dies kann sich als problematisch erweisen, da es
den Materialkontrast zwischen Metall und Isolator reduziert.
Die zweite Möglichkeit ist, der Elektronenoptik 31 ein
energiefilterndes Element hinzuzufügen, um hierdurch zu
verhindern, daß die Photoelektronen niedriger Energie die
Kanalplatte 28 und den Detektor 29 erreichen. Dies ist eine
akzeptable Lösung, wobei lediglich erforderlich ist, daß die
Elektronenstromkanone 34, welche die ausgleichenden Elektronen
liefert, ein Energiespektrum anbietet, das im Vergleich zu
der Energieverteilung der photoemittierten Elektronen gering
ist, so daß deren klare Trennung möglich ist.
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Wie für den Fachmann erkennbar ist, erfordert die Verwendung
einer Elektronenkanone 34, wie oben beschrieben, daß diese
zusammen mit der zu prüfenden integrierten
Schaltungspakkung
21, der Elektronenoptik 31, den Kanalplatten 28 und dem
Detektor 29 in einer Vakuumkammer 35 angeordnet wird, während
sich die Lichtquelle 27 innerhalb oder außerhalb der
Vakuumkammer 35 befinden kann.
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Haben die Durchkontaktverbindungen in der integrierten
Schaltungspackung eine feste geometrische Anordnung, kann eine
Vielzahl von Aggregaten, welche eine Lichtquelle 27,
Kanalplatten 28, einen Detektor 29 und die Elektronenoptik 30
umfassen, linienförmig oder auch matrixartig angeordnet sein,
so daß eine parallele oder gleichzeitige Prüfung einer
größeren Anzahl von Durchkontaktverbindungen zum gleichen
Zeitpunkt möglich ist.