CN108369255A - 可调谐波长电子光学分析器 - Google Patents

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Abstract

一种电子光学分析系统提供有波长可调谐激光器，使得DUT可由不同波长的激光照射。确定与来自以多个波长进行激光器照射的DUT的反射相对应的信号质量。每一波长的信号质量可以在一波长范围上与阈值信号质量相比较，或者彼此相比较，以标识提高分辨率并减少破坏性干扰和串扰的波长。

Description

可调谐波长电子光学分析器
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年9月19日提交的美国申请No.15/269,751的权益，美国申请No.15/269,751要求2015年12月7日提交的美国临时申请No.62/268,928的权益。
技术领域
本申请涉及用于集成电路(IC)的电子光学分析器，且更具体地涉及可调谐波长电子光学分析器。
背景
为了确定诸如在电路板中的迹线上携带的信号的行为，技术人员可直接用工具(诸如示波器)探测迹线。但现代集成电路(IC)中的晶体管归因于IC中组件的高集成度和较小节点大小而不是按此类直接采样能处理的。为了实现直接探测的等效方案来测试和调试此类本来不可访问的器件，已开发了电子光学分析器系统(诸如激光电压探测系统)。这些技术利用半导体基板(诸如硅)对于某些光波长的相对透明度。例如，典型的互补金属氧化物半导体(CMOS)电路中的电压波形的电子光学探测是可能的，因来自电路的有源区的响应一般能易于透过硅来检测。CMOS晶体管的p-n结处的耗尽区具有导致该结处的硅的折射率和光吸收系数的变化的强电场。在通过块体硅进行检查时，CMOS结区域的相对不复杂的结构和耗尽区所展现的强电场两者都支持电子光学探测，由此来自电路的响应可被检测到。
为了增加这一透明度，被测器件(DUT)通常经历基板的背侧打薄。DUT随后接收一些刺激(诸如信号测试向量)，同时激光电压探测(LVP)系统在预期位置处(例如，目标晶体管的区域处)照射DUT的基板的打薄的背侧表面。基于DUT上的陆标，激光电压探测系统可以确信它正在照射DUT管芯的所需部分。
作为激光电压探测的补充，称为动态激光刺激(DLS)的相关技术也涉及在DUT接收输入信号测试向量或其他刺激的同时由激光器照射DUT。响应于该输入信号测试向量，DUT提供输出向量(例如，数字信号，诸如数字字或时钟)。这一输出向量或是正确的或不是正确的。如果输出向量是正确的，则DUT在工作，而不管它在DLS规程期间接收到的激光刺激。与LVP相对比，DLS确定软故障的存在，诸如易受热。例如，DLS系统中的红外激光器可能加热DUT，使得输出向量指示故障。替换地，可见光(或紫外光)激光器可以刺激DUT中的造成输出向量中的故障的电子-空穴对。
DLS规程检查到DUT中软故障的存在，而LVP测试标识硬故障。例如，输入测试向量可以是具有某一RF频率的时钟信号。如果DUT中被照射的晶体管正在正确地工作，则它将根据输入测试向量的RF频率来循环。如果被照射晶体管正在正确地运作，则从DUT反射的激光因而将具有对应的RF调制。但在实践中，DLS和LVP两者都经受非理想性的影响。例如，DUT中不同材料之间的界面可以使得难以获得光学响应，例如归因于在每一界面处发生的折射率变化。这些折射率变化导致不期望的反射光。这一不期望的反射光可干扰反射光的有用部分(例如，有用于分析该电路)。在DUT的处理节点变得更加高级时，激光电压探测和动态激光刺激两者都经受信号强度降低、变差的分辨率、增加的串扰、以及破坏性干扰的影响。这些有害效果导致不可靠且不可重复的测量以及长调试时间。
相应地，在本领域中存在对改进的电子光学分析系统的需求。
概述
为了提供可靠的测量，提供了一种提供改进的测试解决方案的波长可调谐电子光学分析系统。具体而言，该系统包括可在被测集成电路器件(DUT)的激光电压探测分析或动态激光刺激期间手动地或自动地调谐的一个或多个波长可调谐激光器。波长可被调谐的带宽或调谐范围可包括1064nm和1340(或1319)nm的常规波长且可横跨包括全部红外(IR)到紫外(UV)波长的波长范围。替换地，调谐范围可只包括这些频带的一部分。
通过扫掠通过这一调谐范围，电子光学分析可以找出提供对被分析的特定电路的最大响应的波长，使得困扰常规固定波长分析的破坏性干扰被消除或减少并且分辨率得到增加。
附图简述
图1A解说了根据本公开的一方面的示例激光电压探测系统。
图1B解说了根据本公开的一方面的示例动态激光刺激系统。
图2是示出用于图1A的系统的示例操作方法的流程图。
图3解说了根据本公开的一方面的另一示例激光电压探测系统。
图4是示出用于图3的系统的示例操作方法的流程图。
图5是示出用于图3的系统的另一示例操作方法的流程图。
本公开的各实施例及其优势通过参考以下详细描述而被最好地理解。应当领会，相同参考标记被用来标识在一个或多个附图中所解说的相同元件。
详细描述
提供了可调谐电子光学分析系统以提供经改进的分辨率和可靠性。本文公开了可调谐电子光学分析系统的两个主要实施例。可调谐电子光学分析系统的第一实施例是激光电压探测(LVP)系统，它是用于执行对集成电路(IC)的故障分析的基于激光的电压和定时波形采集系统。被测器件(DUT)被解除封装以暴露管芯的背侧。硅基板随后被打薄，例如使用背侧机械打薄工具。经打薄DUT随后被安装在可移动台上且连接至电刺激源。在执行基板打薄之后，通过DUT的背侧来执行信号测量。必须使用重复测试模式对DUT进行电刺激，其中触发脉冲作为参考提供给LVP系统
LVP系统检测来自器件衍射区的反射激光的RF调制。设备成像是通过使用激光扫描显微镜来实现的。LVP使用红外(IR)或可见光激光器来执行器件成像和波形采集。在电有源器件上，LVP系统监视施加到器件结(诸如晶体管p-n结)(p掺杂半导体与n掺杂半导体之间的结)的信号周围的电磁场的相位变化。
LVP系统通过监视激光与跨DUT中的p-n结的电场的变化的相互作用来获得电压波形和定时信息。在激光传播到p-n结时，该光的特定量被反射回来。在各时间点处对从p-n结反射的激光的量进行采样。p-n结处的变化电磁场影响反射回来的激光的量。通过检测反射激光相对时间的变化(响应于刺激包括该p-n结的晶体管的输入信号的反射激光的RF调制)，构造该信号在该结处的定时波形是可能的。随着测试模式持续循环，附加测量被获取并被平均到先前测量中。在一段时间期间，测量的这一平均产生了更精细的波形。最终结果是表示在p-n结处存在的电信号的波形。
现在转向附图，示例性LVP系统100包括波长可调谐激光器105，如图1A所示。一种类型的波长可调谐激光器是产生具有能被调谐的波长的激光照射的钛蓝宝石激光器。在该设备中，一组钛蓝宝石盘被置于支架中，该支架允许各板在它们自己的相应平面中同时旋转。通过改变角度，激光发射可在一定范围的波长中在频谱上被调谐。在各替换实现中，激光器105的调谐范围或带宽可以不同，但范围可以从IR到UV且包括典型地使用的1064nm和1340/1319nm的波长。
调谐控制器110控制来自激光器105的激光照射波长。调谐控制器110可被手动或自动地控制，如本文将进一步讨论的。来自激光器105的激光照射在被聚焦于物镜125中之前，穿过激光扫描模块115和偏振分束器120到达DUT管芯130的经打薄背侧表面上。在LVP系统100进行分析期间，DUT 130接收来自信号发生器135(诸如脉冲发生器)的信号测试向量。
激光扫描模块115产生在多通道帧抓取器140中采样的光学图像(X,Y)。然而，将明白，代替帧抓取的其他信号检测方案也可被实现。通过在所得的光学图像中标识电路陆标，使用系统100的技术人员可以确信DUT 130内的所需目标电路系统(例如，晶体管中的耗尽区)正被激光器105照射。
被照射的晶体管将响应于来自信号发生器135的刺激而具有变化的光学参数。这些变化的光学参数对由偏振分束器120接收并定向到检测器145的来自DUT 130的反射激光进行调制。例如，如果信号发生器135产生DUT 130的11MHz刺激并且DUT 130正在响应于这一刺激正常操作，则来自检测器145的检测到的信号将具有11MHz RF分量。RF放大器150对RF信号进行放大以驱动示波器155和/或频谱分析器160。检测到的信号的DC分量被用来生成DUT130的光学图像。将明白，频谱分析器160可由另选的分析器替换，诸如在替换实施例中的板外数据分析器。
在DUT 130的故障分析期间，技术人员可以通过调谐控制器110来对激光器105进行调谐来使用第一波长(λ_1)(例如，1064nm)，并且在频谱分析器160和/或示波器155处观察所得的信号质量。如果信号质量很差(诸如由于破坏性干扰)，则技术人员随后可以调整调谐控制器110，以便激光器105调整到另一合适频率(λ_2)，例如1340nm。激光器105的调谐相当有利，因为破坏性干扰是DUT 130中的内部器件层和基板厚度(以及其他因素)以及选择用于可调谐激光器105的波长的函数。为了抵消这一破坏性干扰，激光器105的波长可被相应地选择。其他有害效果(诸如串扰)可以按相同方式通过对激光波长进行适当选择来减少。
对激光器105进行调谐的益处可由DLS系统170享有，如图1B中所示。DLS系统170包括如参考LVP系统100讨论的调谐控制器110、激光扫描模块115、PBS 120、检测器145、物镜125以及DUT 130。然而，在DLS系统170中，DUT响应于来自信号发生器135的数字输入向量而产生通过/失败信号175。信号处理和成像模块180接收检测器145、LSM 115的输出以及通过/失败信号175。例如，信号处理和成像模块180可包括参考LVP系统100讨论的频谱分析器160和帧抓取器140。然而，DLS系统170的信号质量可通过诸如经由逻辑分析器或经由合适的自动测试装备(ATE)分析通过/失败信号175来确定。将明白，在一些实施例中，通过/失败信号175可由ATE生成。基于例如检测器145的输出的质量决定随后可被手动地或自动地用来通过调谐控制器110来对激光器105进行调谐。
与LVP系统100相对比，DLS系统170检测在激光刺激将通过/失败信号175从通过状态推到故障状态时导致的软故障的存在。如果这些类型的故障只在特定电压、温度或频率范围下发生，则它们被称为“软的”。典型地，这些故障是针对在产品规范中定义的操作窗或操作框的边缘或角落的。这些故障也可在某些功能条件下发生，例如将附加压力施加在IC上的一类操作，如微处理器中的图形密集例程。DLS分析正变得更重要，因为当今高级IC的增加的片段发生“软”故障。归因于工艺变化的问题导致这些故障。缩小部件大小导致更大的可变性，因为容限不能按与部件大小相同的比率来伸缩。使用分辨率增强技术(RET)(如光学邻近度校正、相移掩膜以及双图案化)导致难以在设计过程期间准确地建模的光刻变化。归因于表面密度效果和其他问题的化学机械平坦化变化也对这一问题作出贡献。DLS允许电路制造商标识这些软故障以改进产品质量。
但LVP系统100检测到硬故障的存在，该硬故障无论DUT 130是否被激光刺激都存在。尽管有这些差异，LVP系统100和DLS系统170的操作方法是类似的。例如，现在将参考图2讨论系统100的操作方法。该方法包括使用调谐到第一波长(λ_1)的可调谐激光器来照射集成电路上的目标，同时使用测试向量信号来刺激集成电路，以便集成电路在第一波长处调制激光照射的第一反射的动作200。另外，该方法包括确定第一反射的信号质量的动作205。对于DLS系统170，动作200将改为发生在集成电路将输入测试向量处理成通过/失败信号时。在信号质量很差的情况下，该方法能以动作210来继续，在动作210中，对可调谐激光器进行调谐以用第二波长(λ_2)的激光来照射集成电路，同时使用测试向量信号来刺激集成电路，以便集成电路在第二波长处调制激光的第二反射，此后是确定第二反射的信号质量的动作215。将明白，DLS系统170中的动作210将改为发生在集成电路将输入测试向量处理成通过/失败信号时。在操作220中，展现出最佳质量的波长随后可被选择用于LVP操作。以此方式，激光器可被调谐以改进所得的激光电压探测(或动态激光刺激)分析的分辨率。
如上所述，控制调谐控制器110来调谐和选择要被用来执行LVP操作的波长可以由LVP系统100或DLS系统170自动执行。例如，图3示出了提供对被确定为对于特定LVP分析而言最佳的波长的自动调谐的另一示例性LVP系统300。在LVP系统300中，调谐控制器110、LSM115、PBS 120、物镜125、信号发生器135、DUT 130检测器145、RF放大器150、帧抓取器140、频谱分析器160以及示波器155如参考LVP系统100讨论地那样起作用。信号质量分析器306接收来自示波器155和/或频谱分析器160的信息。信号质量分析器306使用这一信息来确定来自RF放大器150的RF信号的质量(例如，RF信号的信噪比)并可将该信息存储在存储器310中。比较器320用以比较针对在一个波长处的分析与一不同波长处的分析的信号质量(诸如从存储器310检索的)，以确定哪一波长相对于通过调谐控制器110进行调谐是优选的。
在LVP系统300中，激光器105可由包括两个或更多个激光器325的波长可调谐激光器阵列315代替，每一激光器专用于单个波长，例如两个激光器分别产生通常使用的波长1640nm或1340/1319nm。替换地，对于更大分辨率，激光器阵列中的每一激光器可在感兴趣的不同波长范围上被单独地调谐。取决于期望什么波长，调谐控制器110控制激光器阵列中的哪一激光器照射DUT130(以及在激光器是可调谐的情况下还控制特定波长)。
图4示出了系统300的操作方法。该方法包括使用调谐到第一波长(λ_n)(其中n＝1)的可调谐激光器来照射集成电路上的目标，同时使用测试向量信号来刺激集成电路，以便集成电路在第一波长处调制激光照射的第一反射的动作400。在动作405中，信号质量分析器确定信号的质量，并接着在动作410中确定它是否满足最小阈值信号质量。如果是，则该方法以在波长λ_1处执行LVP的动作415来继续。如果否，则该方法以将可调谐激光器调谐到下一波长(λ_n+1)的动作420来继续，在这一情形中是λ_2，并且随后通过以下操作来返回动作400：使用该下一波长(λ_2)处的激光照射集成电路，同时用测试向量信号刺激集成电路，以使得集成电路在λ_2波长处调制激光的第二反射。如果在动作410中确定信号质量满足或超过阈值信号质量，则在λ_2处执行LVP过程。如果否，则该过程被重复，直至找到满足最小信号质量阈值准则的波长。初始波长λ_1和要测试的后续波长序列可以是预选择的，或者可以基于按某一间隔来增加或减少先前测试的波长。
图5示出了系统300的替换操作方法，其中波长范围在选择最终波长之前被测试。该方法包括使用调谐到第一波长(λ_n)(其中n＝1)的可调谐激光器来照射集成电路上的目标，同时使用测试向量信号来刺激集成电路，以便集成电路在第一波长处调制激光照射的第一反射的动作500。在动作505中，信号质量分析器确定信号的质量，并随后在动作510中将该波长的信号质量信息存储在存储器310中。该方法以将可调谐激光器调谐到下一波长(λ_n+1)的动作515来继续，并且通过以下操作来返回动作500：使用该下一波长处的激光照射集成电路，同时用测试向量信号刺激集成电路，以使得集成电路在该下一波长处调制激光的下一反射。这一过程继续直至确定并存储了波长范围中的最终波长(λ_k)的信号质量。该方法以动作520来继续，其中信号质量分析器使用比较器320来比较经测试波长的所存储的信号质量并且选择具有最高信号质量的波长。随后，在动作425中，调谐控制器110将波长可调谐激光器调谐到所选波长，例如通过选择激光器阵列315中产生该波长的激光器，并且在动作530中执行LVP。
如本领域普通技术人员至此将领会的并取决于手头的具体应用，可以在本公开的设备的材料、装置、配置和使用方法上做出许多修改、替换和变动而不会脱离本公开的范围。有鉴于此，本公开的范围不应当被限定于本文所解说和描述的特定实施例(因为其仅是作为本公开的一些示例)，而应当与所附权利要求及其功能等同方案完全相当。

Claims (20)

1.一种电子光学分析系统，包括：
波长可调谐激光器，其被配置成对调谐控制信号作出响应以生成具有响应于所述调谐控制信号来调整的波长的激光；
信号发生器，其被配置成使用测试向量信号来刺激集成电路；以及
检测器，其被配置成在所述集成电路由所述测试向量信号刺激的同时检测来自所述波长可调谐激光器的由所述集成电路反射的激光。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：
配置成生成所述调谐控制信号的调谐控制器。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，进一步包括：
信号质量分析器，其被配置成根据与所述波长可调谐激光器所生成的波长相对应的检测到的激光来生成信号质量。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，进一步包括：
比较器，其被配置成：
将从所述信号质量分析器接收到的多个信号质量相比较，每一信号质量对应于不同波长；
选择与最高信号质量相对应的波长；以及
将标识所述波长的信息传送给所述调谐控制器。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述比较器被进一步配置成在接收到与预定波长范围相对应的信号质量之后将所述多个信号质量彼此相比较。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述比较器被进一步配置成将所述多个信号质量中的每一者与阈值信号质量相比较。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述波长可调谐激光器包括至少两个激光器，每一激光器专用于对应的波长范围。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括配置成分析来自所述检测器的检测到的信号的RF分量的频谱分析器。
9.一种方法，包括：
使用调谐到第一波长的波长可调谐激光器照射集成电路，同时使用测试向量信号刺激所述集成电路，以便所述集成电路在所述第一波长处调制激光照射的第一反射；
确定所述第一反射的信号质量；
调谐所述波长可调谐激光器以使用第二波长的激光照射所述集成电路，同时使用所述测试向量信号刺激所述集成电路，以便所述集成电路在所述第二波长处调制所述激光的第二反射；以及
确定所述第二反射的信号质量。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将所述第一反射和所述第二反射的信号质量相比较；以及
选择与较高信号质量相对应的波长。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将所述波长可调谐激光器调谐到具有所选信号质量的波长；以及
对所述集成电路执行电子光学分析操作。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：
使用调谐到多个波长中的每一者的所述波长可调谐激光器顺序地照射集成电路，同时使用所述测试向量信号刺激所述集成电路，以便所述集成电路在所述多个波长中的每一者处调制激光照射的多个反射；以及
确定所述多个反射中的每一者的信号质量。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将所述信号质量中的每一者顺序地与阈值信号质量相比较；以及
选择满足或超过所述阈值信号质量的波长。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将所述多个信号质量中的每一者彼此相比较；以及
选择具有最高信号质量的波长。
15.一种电子光学分析系统，包括：
波长可调谐激光器，其被配置成对调谐控制信号作出响应以生成具有响应于所述调谐控制信号来调整的波长的激光；
用于使用测试向量信号来刺激集成电路的装置；以及
用于在所述集成电路由所述测试向量信号刺激的同时检测来自所述波长可调谐激光器的由所述集成电路反射的激光的装置。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，进一步包括：
用于生成所述调谐控制信号的装置。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，进一步包括：
用于根据与所述波长可调谐激光器所生成的波长相对应的检测到的激光来生成信号质量的装置。
18.如权利要求16所述的系统，其特征在于，进一步包括用于从所述集成电路接收通过/失败信号的装置。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述系统是动态激光刺激系统。
20.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述测试向量信号是RF信号。
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