DE69900869T2

DE69900869T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung eines elektronischen Bauteils

Info

Publication number: DE69900869T2
Application number: DE69900869T
Authority: DE
Inventors: Dr. Frosien; Reinhold Schmitt
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: EP1079235B1; US6459283B1; EP1079235A1; DE69900869D1; JP2001085282A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Testen eines elektronischen Bauteils.
Elektronische Bauteile, wie Netzwerke von gedruckten Schaltungsplatten oder integrierten Schaltungen, müssen hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften getestet werden. Diese Messungen umfassen beispielsweise die Kapazität, RC-Konstanten, Unterbrechungen und/oder Kurzschlüsse des Bauteils.
Ein herkömmliches Verfahren zur Kapazitätsmessung ist die Verwendung einer elektrischen C-Meßbrücke, bei der der Kontakt zum zu überprüfenden Bauteil mittels mechanischer Tastspitzen durchgeführt wird.
Es ist außerdem bekannt, einen Korpuskularstrahl zur berührungslosen Messung von Kurzschlüssen und/oder Unterbrechungen zu verwenden. Bei dieser Technik wird ein Netzwerk aufgeladen und die Potentialverteilung im Netzwerk und bei benachbarten Netzwerken wird durch berührungslose Potentialmeßtechniken gemessen, wie beispielsweise durch die Energieanalyse von ausgelösten Sekundärkorpuskeln. Dieses Verfahren gibt detaillierte Ortsinformationen über Kurzschlüsse und Unterbrechungen, es können jedoch keine Kapazitäts- oder RC-Messungen durchgeführt werden.
US-A-5 602 489 beschreibt ein Verfahren zum Testen der Verbindungsnetzwerke auf einem Mehrchipmodul auf Durchbrechungen und Kurzschlüsse. Es weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
- Halten eines Absauggitters auf einem ersten Gitterpotential;
- Aufbringen eines Potentials auf einer Kontaktstelle, wobei diese Kontaktstelle und das Absauggitter einen ersten Zustand erreichen;
- Umschalten des Absauggitters auf ein zweites Gitterpotential;
- Aufrechterhalten des Absauggitters und des zweiten Gitterpotentials bis die Kontaktstelle und das Absauggitter einen zweiten Zustand erreichen;
- und Messen einer Testzeit, um die Kapazität des zu testenden Verbindungsnetzwerks zu bestimmen.
Unregelmäßigkeiten im Netzwerk (Kurzschlüsse zu anderen Netzwerken oder Durchbrechungen innerhalb eines Netzwerks) werden die Kapazität und damit die Testzeit zum Erreichen des zweiten Zustands verändern. Die Beobachtungen dieses Lade- und Entladevorgangs wird durch einen Detektor durchgeführt, der die Sekundärkorpuskel detektiert, die das Absauggitter passieren.
Obwohl das aus der US 5,602,489 bekannte Verfahren sehr viel schneller ist, weil lediglich ein Ort des Bauteils überprüft werden muß, hat es auch einige gravierende Nachteile, die die Meßgenauigkeit und dementsprechend seine Anwendbarkeit begrenzen. Nachdem die Messung lediglich auf einer Zeitdifferenzmessung beruht, wirken sich Änderungen im Strahlstrom und der Sekundärkorpuskelausbeute auf die Zeitdifferenzmessung zwischen dem ersten und zweiten Zustand aus. Strahlstromveränderungen können durch Strahlstrommessungen überprüft werden. Veränderungen der Sekundärkorpuskelausbeute sind jedoch schwierig zu erkennen. Sie können durch Oberflächenverschmutzungen, Oberflächenrauhigkeiten, den Einstrahlwinkel usw. beeinflußt werden. Die Messung enthält demnach nicht notwendigerweise eine Information über die Kapazität alleine, sondern beinhaltet die Effekte vieler anderer Parameter. Das Verfahren ist daher nicht zuverlässig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zum Testen eines elektronischen Bauteils anzugeben, welches schnell ist und zuverlässige Ergebnisse liefert.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Verfahren zum Testen eines elektronischen Bauteils gemäß der Erfindung umfaßt folgende Verfahrensschritte:
- Ausrichten eines primären Korpuskularstrahls auf ein Bauteil,
- Zuführen eines Wechselspannungssignals zu einer vor dem Bauteil angeordneten Elektrode,
- Verändern der Frequenz des Wechselspannungssignals,
- Detektieren von Sekundärkorpuskeln, die an der Probe ausgelöst wurden und die Elektrode durchdrungen haben, um ein Sekundärkorpuskelsignal zu bilden,
- und Bewertung des entsprechenden Sekundärkorpuskelsignals relativ zum Elektrodensignal.
Vorzugsweise wird das entsprechende Sekundärkorpuskelsignal im Hinblick auf eine Wechselspannungsamplitudenveränderung und/oder Phasenverschiebung relativ zum Wechselspannungssignal der Elektrode beurteilt.
Weitere Vorteile uni Ausgestaltungen der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung und der Zeichnung detaillierter beschrieben. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Systems zum Testen eines elektronischen Bauteils,
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Frequenzveränderung des Elektrodensignals des Bauteilpotentials und des Sekundärkorpuskelsignals,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Amplitudenveränderung des Sekundärkorpuskelsignals,
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Phase des Elektrodensignals, des Bauteilpotentials und des Sekundärkorpuskelsignals bei der Frequenz Fg und
Fig. 5 eine graphische Darstellung des Elektrodensignals mit einem unterschiedlichen Wechselspannungs-Offset.
Fig. 1 zeigt ein System zum Testen eines elektronischen Bauteils 3, insbesondere zum Testen seiner Kapazität und RC-Konstanten. Es enthält eine Korpuskularstrahlsäule 1, eine vor dem Bauteil 3 angeordnete Elektrode 2, Mittel zum Detektieren von Sekundärkorpuskeln 5, die an dem Bauteil 3 ausgelöst wurden und die Elektrode 2 durchdrungen haben, um ein Sekundärkorpuskelsignal 6 zu bilden, und Mittel 7 zur Beurteilung des Sekundärkorpuskelsignals.
Die Korpuskularstrahlsäule 1 besteht aus einer Quelle 1a zur Erzeugung eines primären Korpuskularstrahls 8, Linsen zur Erzeugung einer Korpuskularsonde auf dem Bauteil 3 und Ablenkmittel 1c, um den primären Korpuskularstrahl 8 in der Säule auszurichten, und zum Positionieren und/oder Scannen der Sonde auf dem Bauteil. Um den primären Korpuskularstrahl 8 ein- und auszuschalten, sind Austastmittel 1d vorgesehen. Eine Apertur 1e begrenzt den primären Korpuskularstrahl.
Weitere Mittel, wie Blenden, Stigmatoren u. dgl. sind nicht im Detail gezeigt, da sie für das Verständnis der Erfindung nicht relevant sind.
Die Elektrode 2 ist vor dem zu testenden Bauteil 3 angeordnet. Es sind Mittel 9 vorgesehen, um an die Elektrode 2 ein Wechselspannungssignal anzulegen und um die Frequenz des Wechselspannungssignals zu verändern.
Das Verfahren zum Testen des elektronischen Bauteils wird im folgenden näher beschrieben:
Zur Messung der Kapazität eines Bauteils, beispielsweise eines Netzwerks oder einer integrierten Schaltung, wird der primäre Korpuskularstrahl 8 auf wenigstens eine Stelle dieses Bauteils positioniert. Zur gleichen Zeit wird ein Wechselspannungssignal 10 mit einer Amplitude A und einer Offsetspannung OS und einer Frequenz F der vor dem Bauteil angeordneten Elektrode zugeführt. Die vom Bauteil 3 ausgelösten und die Elektrode 2 durchdringenden sekundären Korpuskel 5 werden durch die Mittel 4 detektiert, um ein Sekundärkorpuskelsignal 6 zu bilden.
Das Sekundärkorpuskelsignal 6 und das Elektrodensignal 10 werden durch die Bewertungsmittel 7 synchron aufgezeichnet. Nachdem die Spannung des Bauteils versucht, das Elektrodenpotential zu erreichen, wird auch das Bauteilpotential 11 dem angelegten Elektrodensignal 10 folgen. Dementsprechend wird das Bauteilpotential die gleiche Frequenz wie das an der Elektrode 2 angelegte Wechselspannungssignal haben. Eine Veränderung der Frequenz des Elektrodensignals wird normalerweise lediglich in einer Veränderung der Bauteilspannungsmodulation resultieren.
Das durch den Detektor 4 detektierte Sekundärkorpuskelsignal 6 ist eine Funktion der Differenz zwischen dem Elektrodensignal 10 und dem Bauteilspannungssignal, Solange das Bauteilpotential 11 dem Elektrodensignal folgen kann, ist das Detektorsignal 6 konstant. Sobald das Bauteilpotential dem Elektrodensignal nicht mehr folgen kann, welches durch die Bauteilkapazität festgelegt und bestimmt wird, erscheint ein Wechselspannungssignal mit einer größer werdenden Amplitude (siehe Fig. 2).
Sobald die Frequenz des Elektrodensignals so hoch wird, daß die Kapazität des Bauteils den schnellen Signaländerungen nicht mehr folgen kann (weil seine Kapazität zu hoch ist), ist die gemessene Sekundärkorpuskelsignalamplitude durch das Elektrodensignal bestimmt und wird beginnen, sich zu sättigen. Fig. 3 zeigt die Amplitude des Sekundärkorpuskelsignals als Funktion der Frequenz F des Elektrodensignals. In Abhängigkeit der Kapazität des Bauteils beginnt die Amplitude des Sekundärkorpuskelsignals sich signifikant zu vergrößern, wenn die Frequenz des Elektrodensignals größer als eine bestimmte Frequenz F&sub1; ist. Die Kapazität des Bauteils kann durch die Form dieses Anstiegs, beispielsweise durch die Frequenz Fg, welche einem Anstieg der Amplitude um 70% entspricht, bestimmt werden. Das kommende Sekundärkorpuskelsignal 6 ist auch gegenüber dem Elektrodensignal 10 phasenverschoben. Es startet mit einer Phasenverschiebung von 90º. Wenn die Amplitude sich auf 70% der vollen Amplitude vergrößert hat, ist eine Phasenverschiebung von 45º gegeben, wie das der Fig. 4 entnommen werden kann, die das Verhalten der Phasenverschiebung des Bauteilpotentials 11 und des Sekundärkorpuskelsignals 6 relativ zum Elektrodensignal 10 zeigt. Dementsprechend kann entweder die Amplitudenvariation und/oder die Phasenverschiebung des Sekundärkorpuskelsignals relativ zum Elektrodensignal verwendet werden, um die Kapazität und/oder RC-Konstanten des Bauteils zu bestimmen.
Das grundlegende Verfahren der Erfindung stellt die Zuführung eines Wechselspannungssignals an die oberhalb des Bauteils angeordnete Elektrode und die Registrierung des entsprechenden Sekundärkorpuskelsignals sicher. Die Frequenz des Elektrodensignals wird (kontinuierlich oder durch Setzen von konkreten Werten) verändert und das korrespondierende Sekundärkorpuskelsignal wird aufgezeichnet und hinsichtlich der Wechselspannungsamplitudenveränderung und/oder Phasenverschiebung relativ zum Elektrodensignal analysiert. Von einer oder beiden Informationen kann die Kapazität des Bauteils bestimmt werden, indem beispielsweise ein Vergleich mit Messungen von kalibirierten Bauteilen durchgeführt wird. Die Form der Signalveränderung als Funktion der Frequenz gibt außerdem weitere Informationen über das RC-Verhalten des Bauteils oder des Netzwerks.
Um ein aussagekräftiges Sekundärkorpuskelsignal zu erhalten, muß die Amplitude des Elektrodensignals in geeigneter Weise ausgewählt werden. Abhängig von der Meßgenauigkeit sind in den meisten Fällen einige wenige Volt ausreichend. Da die Signalerzeugung auch vom absoluten Ladungspotential abhängt, welches durch das Material des Bauteils beeinflußt werden kann, kann ein positiver oder negativer Gleichspannungs-Offset durch Mittel 9 dem Wechselspannungssignal überlagert werden. Dementsprechend kann sich die Amplitude des Elektrodensignals symmetrisch zur Masse verändern, einen mehr positiven oder negativen Teil aufweisen, von null mit positiver oder negativer Polarität starten oder zwischen positiven und negativen Spannungen variieren, wie das in Fig. 5 gezeigt ist.
Die Strahlenergie des Korpuskularstrahls sollte in der Näher der Strahlenergie liegen, bei der die Sekundärkorpuskelausbeute des Bauteils 1 ist. Vorzugsweise wird ein Elektronenstrahl als primärer Korpuskularstrahl verwendet. Typische Energien von Elektronenstrahlen liegen im Bereich von 500 eV bis zu einige keVs. Es sind aber auch andere Energien möglich.
Da das oben beschriebene Verfahren lediglich die Amplitudenveränderungen als Funktion der Frequenz überprüft, ist es bezüglich langsamer Stromänderungen des primären Korpuskularstrahls und Veränderungen der Sekundärkorpuskelausbeute unempfindlich. Es ist daher gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ein uneingeschränktes und zuverlässigeres Verfahren. Nachdem die Messung an lediglich einer Stelle des Bauteils durchgeführt werden kann und die Frequenzänderungen sehr schnell durchgeführt werden können (Frequenzablenkung), ist es auch ein sehr schnelles Meßverfahren.

Claims

1. Verfahren zum Testen eine elektronischen Bauteils (3) mit folgenden Verfahrensschritten:

- Positionieren eines primären Korpuskularstrahls (8) auf das Bauteil,

- Zuführen eines Elektrodensignals (10) zu einer Elektrode (2), die vor dem Bauteil angeordnet ist,

- Detektieren von Sekundärkorpuskeln (5), die an dem Hauteil ausgelöst wurden und die Elektrode (2) durchdrungen haben, um ein Sekundärkorpuskelsignal (6) zu bilden,

- Auswerten des Sekundärkorpuskelsignals (6),

gekennzeichnet durch

- Anlegen eines Wechselspannungssignals an die Elektrode,

- Variieren der Frequenz des Wechselspannungssignals,

- Beurteilen des entsprechenden Sekundärkorpuskelsignals relativ zum Elektrodensignal.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das entsprechende Sekundärkorpuskelsignal (6) im Hinblick auf eine Wechselspannungsamplitudenveränderung und/oder Phasenverschiebung relativ zum Elektrodensignal (10) beurteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Wechselspannungssignals erhöht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Bauteils durch Beurteilung des Sekundärkorpuskelsignals bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die RC-Konstanten des Bauteils durch Beurteilung des Sekundärkorpuskelsignals bestimmt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungen und/oder Kurzschlüsse des Bauteils durch Beurteilung des Sekundärkorpuskelsignals bestimmt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein positiver oder negativer Gleichspannungs- Offset dem Elektrodensignal überlagert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektronenstrahl als primärer Korpuskularstrahl verwendet wird.

9. System zum Testen eines elektronischen Bauteils gemäß Anspruch 1, enthaltend

- eine Korpuskularstrahlsäule (1),

- eine vor dem Bauteil (3) angeordnete Elektrode (2),

- Mittel (4) zum Detektieren der Sekundärkorpuskel, die an dem Bauteil ausgelöst wurden und die Elektrode durchdrungen haben, um ein Sekundärkorpuskelsignal zu bilden,

- Mittel (7) zum Beurteilen des Sekundärkorpuskelsignals,

gekennzeichnet durch

- Mittel (9) zum Beaufschlagen der Elektorde mit einem Wechselspannungssignal zur Elektrode und

- Mittel (9) zur Veränderung der Frequenz des Wechselspannungssignals.