Materialprüfung und Prozessanalyse beim EMS Elektronenmikroskop in der Analyse- und Werkstofftechnik

Zollner Elektronik hat seine Untersuchungsmethoden um Analysen mit dem Rasterelektronenmikroskop erweitert. Die Ausrüstung kommt zum Einsatz, um die Anlieferqualität von Bauteilen zu prüfen, Qualifizierungen zu begleiten und Fertigungsprozesse noch exakter zu beurteilen.

Um Kunden neben den bisherigen lichtmikroskopischen Untersuchungen einen noch größeren Mehrwert bieten zu können, hat der Mechatronik – und EMS-Spezialist Zollner Elektronik AG seine Analysemethoden um ein Rasterelektronenmikroskop ergänzt. Zur Verfügung steht ein Messplatz mit einem Elektronenmikroskop SU3500 von Hitachi sowie ein EDS-Detektor XFlash6/60 der Bruker Nano GmbH (Bild 1).

Die Geräte wurden für die folgenden Aufgaben ausgewählt: die Sicherung der Anlieferqualität von Materialien und Bauteilen, die Begleitung von Produkten bei Qualifizierungen sowie das schnelle und fundierte Beurteilen von internen und externen Prozessen.

Bildergalerie

Aufnahmen mit hoher Schärfentiefe

Bei einem Elektronenmikroskop wird ein Elektronenstrahl über die Oberfläche des Untersuchungsobjekts geführt (gerastert). Dabei treten die Elektronen mit den Atomen des abzubildenden Objekts in Wechselwirkungen, die mit Hilfe verschiedener Detektoren zur Erzeugung eines Bildes genutzt werden können.

Die so erzeugten Bilder zeichnen sich durch eine hohe Schärfentiefe aus. Auch die erreichbare Vergrößerung bis 60.000-fach im Hochvakuum ist bei einem Elektronenmikroskop wesentlich höher als bei einem Lichtmikroskop, bei dem das Auflösungsvermögen physikalisch durch die Wellenlänge des Lichts begrenzt ist.

EDS-Detektor ermittelt komplexe Materialzusammensetzungen auf der Oberfläche

Je nach Art der benötigten Information stehen verschiedenste Detektoren zur Verfügung. Neben dem Topographiekontrast, das heißt der räumlichen Darstellung, ist auch die Abbildung eines Materialkontrasts möglich. Die beiden Darstellungen Thermographie- und Materialkontrast zeigt Bild 2.

Bei der Materialkontrast-Abbildung werden die Bonddrähte aus Gold aufgrund der hohen Dichte des Goldes sehr hell dargestellt. Dagegen ist die Oberflächenstruktur auf dem Chip nur im Topographiekontrast zu erkennen.

Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS)

Umfassendere Informationen erhält man durch den EDS-Detektor. EDS ist die Abkürzung für Energiedispersive Röntgenspektroskopie. Mit Hilfe dieser Technik lassen sich komplexe Materialzusammensetzungen auf der Oberfläche analysieren. Dies zeigen die in Bild 3 dargestellten Aufnahmen für einzelne Elemente auf der Chipoberfläche.

Ein großer Vorteil des Elektronenmikroskops in der Analyse- und Werkstofftechnik besteht darin, dass Proben auch im Niedervakuum untersucht werden können. Dies ist besonders wichtig bei nicht leitfähigen Oberflächen wie Kunststoffen, Schliffen und ICs, die sich im Hochvakuum durch den Elektronenstrahl elektrisch aufladen und dann nicht mehr darstellbar sind. Im Niedervakuum können auftretende Ladungen durch die Atome in der Gasphase abgeleitet werden.

Ein Beispiel für die Abbildung im Niedervakuum zeigt Bild 4. Es handelt sich um eine Fehlstelle auf dem Chip einer Diode. Dieses Bild konnte direkt ohne eine Vorbehandlung der Oberfläche aufgenommen werden, das heißt ohne Beschichten (Besputtern) mit Gold oder Kohlenstoff.

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