CN105717170A - 激光诱导阻抗变化测试方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光诱导阻抗变化测试方法和系统。所述方法包括：将激光器输出的激光转换为特定频率的调制光信号；按照设定的扫描路径将所述调制光信号聚焦到测试样品的表面；对所述测试样品在所述调制光信号作用下产生的电流信号进行处理，使其中频率为所述特定频率的电流分量得以放大，同时其它频率的信号分量受到抑制；根据所述扫描路径以及处理后的电流信号，得到测试样品表面与电流变化对应关系的测试结果。通过本发明，能够消除背景噪声、电源的参数漂移、电磁干扰和激光参数不稳定等消极因素会对测试结果的干扰，提高测试可信度。

Description

激光诱导阻抗变化测试方法和系统
技术领域
本发明涉及失效分析技术领域，特别是涉及激光诱导阻抗变化测试方法和激光诱导阻抗变化测试系统。
背景技术
在失效分析中，常采用激光诱导阻抗变化测试进行失效定位，如图1所示，现有的激光光束诱导阻抗变化测试系统为：将集成电路10固定在连接器12上，夹具16用来固定和夹持集成电路10，激光器18输出的激光通过扫描显微镜20聚焦在集成电路10上，电脑24控制扫描显微镜20在集成电路10上扫描，电压源26和集成电路10连接，电流计28用来监测集成电路10在激光作用下电流的变化，并将电流信号传输到电脑24，电源30通过电路插槽14与集成电路10电连接，用来为集成电路10提供可选的“核电压”和“工作电压”，之后可在电脑24上形成一幅关于集成电路10的感应电流的图像，并显示在显示器32上。
基于传统的测试系统，激光诱导阻抗变化测试原理为：在被测样品(集成电路10)上施加恒定的电压，被测样品中会产生恒定的电流；当激光光束在被测样品表面逐点扫描时，激光光束的部分能量将转化为热能，使被测样品的温度升高，材料的电阻发生变化。若被测样品中存在有缺陷，由于缺陷区域和正常区域的材料特性不同，热传导性不同，引起缺陷区域的温度升高，电阻增大，将导致被测样品中的电流发生变化。
然而，在实际测试中，基于传统测试系统和方法，测试结果经常会受到背景噪声、电源的参数漂移、电磁干扰和激光参数不稳定等消极因素的影响，导致测试结果不准确。
发明内容
基于此，本发明提供一种激光诱导阻抗变化测试方法和系统，能够消除背景噪声、电源的参数漂移、电磁干扰和激光参数不稳定等消极因素会对测试结果的干扰，提高测试可信度。
本发明一方面提供激光诱导阻抗变化测试方法，包括：
将激光器输出的激光转换为特定频率的调制光信号；
按照设定的扫描路径将所述调制光信号聚焦到测试样品的表面；
对所述测试样品在所述调制光信号作用下产生的电流信号进行处理，使其中频率为所述特定频率的电流分量得以放大，同时其它频率的信号分量受到抑制；
根据所述扫描路径以及处理后的电流信号，得到测试样品表面与电流变化对应关系的测试结果。
优选的，将激光器输出的激光转换为特定频率的调制光信号，包括：将激光器输出的激光输入斩波器，通过斩波器调制所述激光的时间特性，将连续的激光转换为频率为f0的光学方波信号。
优选的，按照设定的扫描路径将所述调制光信号聚焦到测试样品的表面，包括：
控制扫描显微镜按照设定的扫描路径将所述调制光信号聚焦到测试样品的表面；以及，矫正扫描显微镜镜头的像差，使聚焦到测试样品表面的光斑直径小于3μm。
优选的，对所述测试样品在所述调制光信号作用下产生的电流信号进行处理，包括：将所述测试样品在所述调制光信号作用下产生的电流信号通过锁相放大器进行处理，所述锁相放大器的参考信号频率设为所述特定频率。
优选的，得到测试样品表面与电流变化对应关系的测试结果，包括：
得到与所述测试样品的表面形貌相对应的电流变量图，根据所述电流变量图得出激光诱导阻抗变化的测试结果。
优选的，包括：激光器、斩波器、扫描显微镜、锁相放大器以及数据处理设备；
斩波器将激光器输出的激光转换为特定频率的调制光信号；数据处理设备控制扫描显微镜按照设定的扫描路径将所述调制光信号聚焦到测试样品的表面；锁相放大器对测试样品在激光作用下产生的电流信号进行处理，使其中频率为所述特定频率的电流分量得以放大，同时其它频率的信号分量受到抑制；所述数据处理设备获取处理后的电流信号，根据所述扫描路径与处理后的电流信号，得到测试样品表面与电流变化对应关系的测试结果。
优选的，还包括夹具，夹具固定并电连接测试样品，测试样品在激光作用下产生的电流信号通过所述夹具传输到锁相放大器。
优选的，还包括内核电源，电压源，以及电流计；
内核电源用于为测试样品提供测试时的内核电压；电压源用于为测试样品提供测试时的偏置电压；电流计用于测试测试样品在激光作用下产生的电流信号。
优选的，所述激光器的工作模式为连续输出，功率小于500mW，光束质量因子优于1.5，输出激光的光子能量小于测试样品的禁带宽度；
通过所述扫描显微镜将所述调制光信号聚焦到测试样品表面的光斑直径小于3μm。
优选的，所述测试样品为硅材料的半导体器件，所述激光器输出的激光波长为1340nm。
上述技术方案的激光诱导阻抗变化测试方法和系统，通过将所述激光转换为特定频率的调制光信号，对应的被测样品作用位置的电阻也是以该特定频率变化，导致被测样品中的电流也有该特定频率的分量，进一步的通过锁相放大器对该特定频率的信号进行放大、同时抑制其它频率的信号，可实现消极因素会对测试结果的干扰，提高测试可信度。
附图说明
图1为传统的激光光束诱导阻抗变化测试系统的示意性结构图；
图2为一实施例的激光诱导阻抗变化测试方法的示意性流程图；
图3为一实施例的激光诱导阻抗变化测试系统的示意性结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的实施例包括激光诱导阻抗变化测试方法实施例，还包括相应的激光诱导阻抗变化测试系统实施例。以下分别进行详细说明。
图2为一实施例的激光诱导阻抗变化测试方法的示意性流程图；如图2所示，本实施例的激光诱导阻抗变化测试方法包括如下步骤S1至S4，各步骤详述如下：
S1，将激光器输出的激光转换为特定频率的调制光信号；
作为一优选实施方式，激光器输出的激光为连续的激光，将其输入斩波器，通过斩波器调制所述激光的时间特性，将所述激光转换为频率为f0的光学方波信号。
S2，按照设定的扫描路径将所述调制光信号聚焦到测试样品的表面；
本实施例中，通过扫描显微镜按照设定的扫描路径将所述调制光信号聚焦到测试样品的表面；为了提高测试准确度，还需矫正扫描显微镜镜头的像差，使聚焦到测试样品表面的光斑直径小于3μm。
具体实施时，可将扫描显微镜与电脑等数据处理设备信号连接，电脑中设定扫描路径后，控制所述扫描显微镜按照所述扫描路径扫描测试样品，以将所述调制光信号聚焦到测试样品的表面。
S3，对所述测试样品在所述调制光信号作用下产生的电流信号进行处理，使其中频率为所述特定频率的电流分量得以放大，同时其它频率的信号分量受到抑制；
作为一优选实施方式，可将所述测试样品在所述调制光信号作用下产生的电流信号通过锁相放大器进行处理，所述锁相放大器的参考信号频率设为所述特定频率，使电流信号中频率为所述特定频率的电流分量得以放大，同时其它频率的信号分量受到抑制；即利用锁相放大器将激光导致的电流变化放大，同时抑制其它噪声信号，从而达到了排除背景噪声、电源的参数漂移、电磁干扰和激光参数不稳定等消极因素干扰，提高测试可信度的目的。
S4，根据所述扫描路径以及处理后的电流信号，得到测试样品表面与电流变化对应关系的测试结果。
作为一优选实施方式，根据所述扫描路径以及处理后的电流信号，可得到与所述测试样品的表面形貌相对应的电流变量图，根据所述电流变量图得出激光诱导阻抗变化的测试结果，例如如果发现异常点，则很有可能是失效部位，从而达到了准确进行失效定位的目的。
通过本实施例的激光诱导阻抗变化测试方法，通过将所述激光转换为特定频率的调制光信号，对应的被测样品作用位置的电阻也是以该特定频率变化，导致被测样品中的电流也有该特定频率的分量，进一步的通过锁相放大器对该特定频率的信号进行放大、同时抑制其它频率的信号，可实现消极因素会对测试结果的干扰，提高测试可信度。
需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简便描述，将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。
以下对可用于执行上述激光诱导阻抗变化测试方法的激光诱导阻抗变化测试系统实施例进行说明。为了便于说明，激光诱导阻抗变化测试系统实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图中示出的系统结构并不构成对系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
图3为一实施例的激光诱导阻抗变化测试系统的示意性结构图；如图3所示，本实施例的激光诱导阻抗变化测试系统包括：激光器1、斩波器2、扫描显微镜3、锁相放大器9以及数据处理设备10；通过该系统进行激光诱导阻抗变化测试的原理为：
斩波器2将激光器1输出的激光转换为特定频率的调制光信号；数据处理设备10控制扫描显微镜3按照设定的扫描路径将所述调制光信号聚焦到测试样品4的表面；锁相放大器9对测试样品4在激光作用下产生的电流信号进行处理，使其中频率为所述特定频率的电流分量得以放大，同时其它频率的信号分量受到抑制；所述数据处理设备10获取锁相放大器9处理后的电流信号，根据所述扫描路径与处理后的电流信号，得到测试样品4表面与电流变化对应关系的测试结果。其中，所述数据处理设备10可为电脑。
优选的，所述激光器1的工作模式为连续输出，功率小于500mW，光束质量因子M2优于1.5；另外，激光器1输出的激光的光子能量小于被测器件4的禁带宽度，例如，若被测器件4为硅材料的半导体器件，可选用1340nm的激光器，即激光器1输出的激光波长为1340nm。
优选的，通过所述扫描显微镜3将所述调制光信号聚焦到测试样品4表面的光斑直径小于3μm，以保证测试准确度。
进一步的，如图3所示，所述系统还包括内核电源6，电压源7，以及电流计8。内核电源6用于为测试样品4提供测试时的内核电压；电压源7用于为测试样品4提供测试时的偏置电压；电流计8用于检测测试样品4在激光作用下产生的电流信号。
进一步的，所述系统还包括夹具5，夹具5用于固定测试样品，测试样品在激光作用下产生的电流信号通过所述夹具5传输到锁相放大器9，即通过夹具5固定测试样品4之后，夹具5与测试样品4可实现电连接，并且夹具5与所述锁相放大器9信号连接。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.激光诱导阻抗变化测试方法，其特征在于，包括：
将激光器输出的激光转换为特定频率的调制光信号；
按照设定的扫描路径将所述调制光信号聚焦到测试样品的表面；
对所述测试样品在所述调制光信号作用下产生的电流信号进行处理，使其中频率为所述特定频率的电流分量得以放大，同时其它频率的信号分量受到抑制；
根据所述扫描路径以及处理后的电流信号，得到测试样品表面与电流变化对应关系的测试结果。
2.根据权利要求1所述的激光诱导阻抗变化测试方法，其特征在于，将激光器输出的激光转换为特定频率的调制光信号，包括：将激光器输出的激光输入斩波器，通过斩波器调制所述激光的时间特性，将连续的激光转换为频率为f0的光学方波信号。
3.根据权利要求1所述的激光诱导阻抗变化测试方法，其特征在于，按照设定的扫描路径将所述调制光信号聚焦到测试样品的表面，包括：
控制扫描显微镜按照设定的扫描路径将所述调制光信号聚焦到测试样品的表面；以及，矫正扫描显微镜镜头的像差，使聚焦到测试样品表面的光斑直径小于3μm。
4.根据权利要求1所述的激光诱导阻抗变化测试方法，其特征在于，对所述测试样品在所述调制光信号作用下产生的电流信号进行处理，包括：将所述测试样品在所述调制光信号作用下产生的电流信号通过锁相放大器进行处理，所述锁相放大器的参考信号频率设为所述特定频率。
5.根据权利要求1所述的激光诱导阻抗变化测试方法，其特征在于，得到测试样品表面与电流变化对应关系的测试结果，包括：
得到与所述测试样品的表面形貌相对应的电流变量图，根据所述电流变量图得出激光诱导阻抗变化的测试结果。
6.激光诱导阻抗变化测试系统，其特征在于，包括：激光器、斩波器、扫描显微镜、锁相放大器以及数据处理设备；
斩波器将激光器输出的激光转换为特定频率的调制光信号；数据处理设备控制扫描显微镜按照设定的扫描路径将所述调制光信号聚焦到测试样品的表面；锁相放大器对测试样品在激光作用下产生的电流信号进行处理，使其中频率为所述特定频率的电流分量得以放大，同时其它频率的信号分量受到抑制；所述数据处理设备获取处理后的电流信号，根据所述扫描路径与处理后的电流信号，得到测试样品表面与电流变化对应关系的测试结果。
7.根据权利要求6所述的激光诱导阻抗变化测试系统，其特征在于，还包括夹具，夹具固定并电连接测试样品，测试样品在激光作用下产生的电流信号通过所述夹具传输到锁相放大器。
8.根据权利要求6所述的激光诱导阻抗变化测试系统，其特征在于，还包括内核电源，电压源，以及电流计；
内核电源用于为测试样品提供测试时的内核电压；电压源用于为测试样品提供测试时的偏置电压；电流计用于测试测试样品在激光作用下产生的电流信号。
9.根据权利要求6所述的激光诱导阻抗变化测试系统，其特征在于，所述激光器的工作模式为连续输出，功率小于500mW，光束质量因子优于1.5，输出激光的光子能量小于测试样品的禁带宽度；
通过所述扫描显微镜将所述调制光信号聚焦到测试样品表面的光斑直径小于3μm。
10.根据权利要求9所述的激光诱导阻抗变化测试系统，其特征在于，所述测试样品为硅材料的半导体器件，所述激光器输出的激光波长为1340nm。
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