EP1468301A1 - Method and device for optically testing semiconductor elements - Google Patents

Method and device for optically testing semiconductor elements

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EP1468301A1
EP1468301A1 EP03702185A EP03702185A EP1468301A1 EP 1468301 A1 EP1468301 A1 EP 1468301A1 EP 03702185 A EP03702185 A EP 03702185A EP 03702185 A EP03702185 A EP 03702185A EP 1468301 A1 EP1468301 A1 EP 1468301A1
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EP
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semiconductor component
light
interference
semiconductor
load
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Withdrawn
Application number
EP03702185A
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German (de)
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Inventor
Erich Gornik
Dionyz Pogany
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Original Assignee
Innovationsagentur GmbH
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Publication date
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1717—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with a modulation of one or more physical properties of the sample during the optical investigation, e.g. electro-reflectance
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    • G—PHYSICS
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    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302—Contactless testing
    • G01R31/308—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation

Abstract

The invention relates to a method and a device for optically testing specific internal physical parameters of semiconductor components (12) of a certain thickness (L), comprising at least one light source (1) for emitting a monochromatic light beam (2) with a wavelength (μ), to which the material of the semiconductor element (12) is at least partially transparent and comprising a beam splitter (8), for separating the light beam (2) into a reference beam (15) and a sample beam (16), and at least one detection system (41) for recording the two-dimensional images, which are generated by the interference of the light beam (20) reflected from the semiconductor element with the reflected reference beam (25). According to the invention, the rear face (18) of the semiconductor element (12) to be tested faces the sample beam (16) and a charge device (74) is provided for emitting an external charge for the semiconductor element (12). In addition, the device is provided with a memory (81) for storing at least two interferometric images that have been recorded at intervals and with a device (133) for automatically comparing the interferometric images.

Description

Verfahren und Einrichtung zum optischen Testen von Halbleiterbaue1ementen Method and device for optical testing of semiconductor components
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen bestimmter Dicke unter Verwendung eines optischen Interferenz-Systems mit zumindest einer Lichtquelle zur Aussendung eines monochromatischen Lichtstrahls mit einer Wellenlänge, für welche das Material des Halbleiterbauelements zumindest teilweise transparent ist, wobei der Lichtstrahl in einen Referenzstrahl und einen Probenstrahl aufgetrennt wird, der Probenstrahl auf das Halbleiterbauelement gerichtet wird und mit Hilfe eines Detektionssystems die durch Interferenz des vom Halbleiterbauelement reflektierten Lichtstrahls mit dem reflektierten Referenzstrahl erzeugten Bildes zur zweidimensionalen Darstellung bestimmter interner physikalischer Eigenschaften des Halbleiterbauelements aufgenommen werden.The invention relates to a method for the optical testing of semiconductor components of certain thickness using an optical interference system with at least one light source for emitting a monochromatic light beam with a wavelength for which the material of the semiconductor component is at least partially transparent, the light beam being in a reference beam and a sample beam is separated, the sample beam is directed onto the semiconductor component and, with the aid of a detection system, the image generated by interference of the light beam reflected by the semiconductor component with the reflected reference beam is recorded for the two-dimensional representation of certain internal physical properties of the semiconductor component.
Die Erfindung betrifft weiters eine Einrichtung zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen bestimmter Dicke mit zumindest einer Lichtquelle zur Aussendung eines monochromatischen Lichtstrahls mit einer Wellenlänge, für welche das Material des Halbleiterbauelements zumindest teilweise transparent ist und mit einem Strahlteiler zum Auftrennen des Lichtstrahls in einen Referenzstrahl und einen Probenstrahl und mit zumindest einem Detektionssystem zum Aufnehmen der durch Interferenz des vom Halbleiterbauelement reflektierten Lichtstrahls mit dem reflektierten Referenzstrahl erzeugten zweidimensionalen Bilder.The invention further relates to a device for the optical testing of semiconductor components of a certain thickness with at least one light source for emitting a monochromatic light beam with a wavelength for which the material of the semiconductor component is at least partially transparent and with a beam splitter for separating the light beam into a reference beam and a sample beam and with at least one detection system for recording the two-dimensional images generated by interference of the light beam reflected by the semiconductor component with the reflected reference beam.
Die Erfindung betrifft den Bereich des optischen Testens von Halbleiterbauelementen und integrierten Halbleiterschaltkreisen (Integrated Circuits, IC) in der Mikroelektronikindustrie. Derartige Tests von Halbleiterbauelementen werden beispielsweise in der Qualitätskontrolle für RoutineInspektionen zur Untersuchung interner Bauelemente-Parameter, z.B. der Temperaturverteilung oder der Verteilung der freien Ladungsträger während externer Belastungen, beispielsweise mit Hochstromimpulsen bei Schutz- Strukturen gegen elektrostatische Entladungen (ESD) oder in Leistungsbauelementen aber auch in optoelektronischen Bauelementen etc., eingesetzt. Ebenso können derartige Verfahren bei der Fehleranalyse zum Auffinden lokaler Ströme und lokaler Schäden in Halbleiterbauelementen und in jeder Art von Mate- rialien, in denen sich lokale physikalische Größen zeitabhängig ändern und die eine Auswirkung in den lokalen optischen Größen haben, verwendet werden.The invention relates to the field of optical testing of semiconductor components and integrated semiconductor circuits (Integrated Circuits, IC) in the microelectronics industry. Such tests of semiconductor components are used, for example, in quality control for routine inspections to investigate internal component parameters, e.g. the temperature distribution or the distribution of free charge carriers during external loads, e.g. with high current pulses in protective structures against electrostatic discharge (ESD) or in power components optoelectronic components etc., used. Such methods can also be used in fault analysis to find local currents and local damage in semiconductor components and in any type of material. materials in which local physical quantities change over time and which have an effect on the local optical quantities are used.
Die Untersuchung interner physikalischer Parameter, wie zum Beispiel der Temperatur, der thermischen Energie, der Dichte der freien Ladungsträger, des elektrischen Feldes, ist von wesentlichem Interesse für das Verständnis der Funktion von Halbleiterbauelementen. Speziell in Schutzstrukturen gegen elektrostatische Ladung (ESD) und in Leistungsbauelementen ist die Selbsterwärmung die Hauptursache für den Ausfall der Bauelemente, weshalb das Lokalisieren von Schwachstellen und das Verständnis der Ausfallmechanismen von primärem Interesse sind. Während der Entwicklungsphase eines Halbleiterbauelements oder eines integrierten Schaltkreises werden zur Vorhersage der Funktionalität und zum Abschätzen der Zuverlässigkeit normalerweise Simulationsprogramme und intensive Tests, basierend auf zerstörender Fehleranalyse, verwendet. Aufgrund unpräziser Simulationsmodelle für den Bereich hoher Ströme und hoher Temperaturen, wie sie zum Beispiel während der ESD Belastung in ESD Schutzstrukturen auftreten, können die verwendeten Simulationsprogramme die unter solchen Bedingungen auftretende Dynamik und die Verteilung der internen physikalischen Parameter nicht korrekt voraussagen. Auf der anderen Seite ist die zerstörende Prüfung der Bauelemente zeitaufwendig und auch teuer, da eine große Anzahl von Bauelementen verbraucht werden muss . Daher ist eine Messung der internen physikalischen Bauelemente-Parameter mit einer schnellen, nicht invasiven und einfachen Methode wichtig.The investigation of internal physical parameters, such as temperature, thermal energy, the density of free charge carriers, and the electrical field, is of essential interest for understanding the function of semiconductor components. Especially in protective structures against electrostatic charge (ESD) and in power components, self-heating is the main cause for the failure of the components, which is why the localization of weak points and the understanding of the failure mechanisms are of primary interest. During the development phase of a semiconductor device or an integrated circuit, simulation programs and intensive tests based on destructive fault analysis are normally used to predict the functionality and to estimate the reliability. Due to imprecise simulation models for the area of high currents and high temperatures, such as those that occur in ESD protection structures during ESD loading, the simulation programs used cannot correctly predict the dynamics occurring under such conditions and the distribution of the internal physical parameters. On the other hand, the destructive inspection of the components is time-consuming and also expensive, since a large number of components have to be consumed. It is therefore important to measure the internal physical component parameters using a fast, non-invasive and simple method.
Für die Leistungsüberprüfung, die Verifikation von Simulationsergebnissen und für Fehleranalysen in Halbleiterbauelementen unter verschiedenen Arten der Anregung wurden optische Methoden entwickelt. Es ist in vielen Fällen von großem Interesse, die physikalischen Parameter während eines einzigen Belastungsimpulses zu messen, um die Testzeit zu verkürzen aber auch um nicht wiederholbare Phänomene zu untersuchen. Mit Belastungs- impuls ist in diesem Fall jede Art der Anregung des Halbleiterbauelements gemeint, bei der sich die physikalischen Parameter ändern.Optical methods have been developed for the performance check, the verification of simulation results and for fault analysis in semiconductor components under different types of excitation. In many cases it is of great interest to measure the physical parameters during a single load pulse in order to shorten the test time but also to investigate non-repeatable phenomena. In this case, the load pulse means any type of excitation of the semiconductor component in which the physical parameters change.
Um die Änderungen der internen physikalischen Parameter optisch im Volumen ("bulk") zu messen, werden Halbleiterbauelemente gewöhnlich von der Chiprückseite oder lateral unter- sucht. Da in vielen Fällen der optische Zugang von der Chipvorderseite nicht möglich ist (beispielsweise aufgrund von sogenannten "flip-chip" -Gehäusen und vieler komplexer Verdrahtungsebenen) , ist der Zugang von der Chiprückseite unumgänglich. Für die Messung von wiederkehrenden Signalverläufen an den Knoten von IC's mit GHz Bandbreite wurde eine große Anzahl von verschiedenen, nicht invasiven Infrarot-Lasersonden- Techniken entwickelt, die auf der Messung der Änderung des Brechungsindex oder der Absorption mit der Änderung in der Dichte der freien Ladungsträger (plasma-optischer Effekt) , der Temperatur (thermo-optischer Effekt) oder des elektrischen FeldesIn order to measure the changes in the internal physical parameters optically in the volume (“bulk”), semiconductor components are usually from the back of the chip or laterally examined. Since optical access from the front of the chip is not possible in many cases (for example due to so-called "flip-chip" packages and many complex wiring levels), access from the back of the chip is essential. A large number of different, non-invasive infrared laser probe techniques have been developed for the measurement of recurring waveforms at the nodes of ICs with GHz bandwidth, based on the measurement of the change in the refractive index or the absorption with the change in the density of the free charge carriers (plasma-optical effect), the temperature (thermo-optical effect) or the electric field
(elektro-optischer Effekt) basieren. Unter diesen werden in- terferometrische Rückseiten-Techniken verwendet, wobei ein Infrarot-Laserstrahl mit einer Wellenlänge λ=l,3μm (der in Si nicht absorbiert wird) von der Chiprückseite her in das aktive Gebiet(electro-optical effect) based. Among these, interferometric backside techniques are used, an infrared laser beam with a wavelength λ = 1.3 μm (which is not absorbed in Si) from the back of the chip into the active region
(z.B. Kanal, Emitter etc.) der Bauelemente fokussiert. Derartige Verfahren wurden erfolgreich in CMOS und BiCMOS Bauelementen eingesetzt (siehe: H.K. Heinrich et al . : Noninvasive sheet Charge density probe for integrated Silicon devices, Appl . Phys . Lett. vol.48, 1986, pp.1066-1068 ; M. Goldstein et al . : Heterody- ne interferometer for the detection of electric and thermal Signals in integrated circuits through the Substrate, Rev. Sei. Instrum., vol. 64 (1993), pp.3009-3013; G. N. Koskovich et al . : Voltage Measurement in GaAs Schottky barrier using optical phase modulation, IEEE Electron. Dev.Lett vol.9, 1988, pp.433-435). Weiters wurde eine Lasersonden-Technik (λ=l,3μm) verwendet, um die Temperaturdynamik und die Dynamik freier Ladungsträger in Leistungsbauelementen mit einer Ortsauflösung von 2μm und einer Zeitauflösung von lμs zu messen (siehe: N. Seliger et al . : Time resolved analysis of self-heating in power VDMOSFETs using back- side laserprobing, Solid St. Electron., vol.41, 1997, pp.1285- 1292) .(e.g. channel, emitter, etc.) of the components. Such methods have been successfully used in CMOS and BiCMOS devices (see: HK Heinrich et al.: Noninvasive sheet Charge density probe for integrated Silicon devices, Appl. Phys. Lett. Vol. 48, 1986, pp.1066-1068; M. Goldstein et al.: Heterodyne interferometer for the detection of electric and thermal signals in integrated circuits through the substrates, Rev. Sei. Instrum., vol. 64 (1993), pp. 3009-3013; GN Koskovich et al.: Voltage Measurement in GaAs Schottky barrier using optical phase modulation, IEEE Electron. Dev.Lett vol. 9, 1988, pp.433-435). Furthermore, a laser probe technique (λ = 1.3μm) was used to measure the temperature dynamics and the dynamics of free charge carriers in power components with a spatial resolution of 2μm and a time resolution of lμs (see: N. Seliger et al.: Time resolved analysis of self-heating in power VDMOSFETs using back-side laserprobing, Solid St. Electron., vol.41, 1997, pp.1285-1292).
Kürzlich wurde eine Methode zur Aufnahme der zweidimensionalen Temperatur- und Ladungsträgerdichteverteilung vorgestelltA method for recording the two-dimensional temperature and charge density distribution was recently presented
(λ=l,3μm), welche zur Analyse des Bauelementeverhaltens während einzelner Hochstromimpulse geeignet ist (siehe: C. Fürböck et al., Interferometric temperature apping during ESD and failure analysis of smart power technology ESD protection devices, J. Electrostat. , vol.49, 2000, pp. 195-213). Diese Methode basiert auf einer interferometrischen Rückseiten-Lasersondentechnik, mit welcher die Temperatur-induzierte oder Ladungsträgerdichte-induzierte Phasenverschiebung in einem fokussierten, nicht-absor- bierten Laserstrahl gemessen wird. Die zweidimensionale Abbildung der thermischen Energie und der Ladungsträgerdichte werden durch schrittweises, laterales Abtasten der Bauelement- fläche erzielt. Die Stress-induzierte Phasenverschiebung ist proportional der Summe der Integrale der Temperatur- und Ladungsträgerdichteänderungen längs des Laserstrahlweges . Die Zeitauflösung ist besser als 10ns und die Ortsauflösung, bestimmt durch die Laserwellenlänge, ist ungefähr 1.5μm. In erster Näherung kann die Variation der optischen Phase im Laserstrahl als Änderung der optischen Weglänge hervorgerufen durch eine Änderung der Temperatur und der Elektron- und Löcherdichte zum Zeitpunkt t (dargestellt durch T(x,y,z,t), cn(x,y, z, t) , cp(x,y,z,t)) bezogen auf Zeitpunkt to (dargestellt durch To, Cn(x,y, z,t0) , cp(x,y, z, t0) , Gleichgewichtszustand, z.B. Umgebungstemperatur ohne Belastung des Bauelements) beschrieben werden:(λ = 1.3μm), which is suitable for analyzing component behavior during individual high-current pulses (see: C. Fürböck et al., Interferometric temperature apping during ESD and failure analysis of smart power technology ESD protection devices, J. Electrostat., vol .49, 2000, pp. 195-213). This method is based on an interferometric backside laser probe technique which is the temperature-induced or carrier density-induced phase shift measured in a focused, non-absorbed laser beam. The two-dimensional mapping of the thermal energy and the charge carrier density are achieved by stepwise, lateral scanning of the component surface. The stress-induced phase shift is proportional to the sum of the integrals of the temperature and charge density changes along the laser beam path. The time resolution is better than 10ns and the spatial resolution, determined by the laser wavelength, is approximately 1.5μm. In a first approximation, the variation of the optical phase in the laser beam as a change in the optical path length can be caused by a change in the temperature and the electron and hole density at the time t (represented by T (x, y, z, t), c n (x, y, z, t), c p (x, y, z, t)) related to time to (represented by To, Cn (x, y, z, t 0 ), c p (x, y, z, t 0 ), state of equilibrium, e.g. ambient temperature without loading the component):
wobei n(T,cn,cp)=n(T,cn,cp)|t-n(T,cn,cp)|t0 (1b) where n (T, c n , c p ) = n (T, c n , c p ) | t -n (T, c n , c p ) | t0 (1b)
wobei n(T,cn,Cp) |t und n(T,cn,cp) |t0 der Brechungsindex des Halbleitermaterials zu den Zeitpunkten t und to ist, und die Integration längs des Laserstrahlweges (z-Achse, der Laserstrahl ist normal auf die Chipoberfläche, die x und y Achsen bilden die laterale Ebene) durchgeführt wird. Der Faktor 2 auf der rechten Seite der Gleichung (la) erklärt sich aus dem zweimaligen Durchgang des Laserstrahls durch das Halbleitersubstrat. Diese Gleichung für die Phasenverschiebung ist nur dann gültig, wenn Mehrfachreflexionen zwischen der Chipvorderseite und der polierten Rückseite vernachlässigt werden können. In der Praxis kann das durch das Aufbringen einer Antireflexionsschicht auf der Chiprückseite oder durch die Verwendung eines Mikroskopobjektivs mit hoher nummerischer Apertur und eines Raumfilters erzielt werden. Die Abhängigkeit des Brechungsindex von der Temperatur und der Ladungsträgerdichte kann in der Literatur gefunden werden (McCaulley et al . Phys Rev.B, 49 (1994), pp.7408- 7417), Soref et al . , IEEE J. Quant Electron, 23 (1987), pp.123- 129) ) . Die Änderung des Brechungsindex mit dem elektrischen Feld wird vernachlässigt. In Silizium hängt der Brechungsindex nicht vom elektrischen Feld ab (centro-symmetrischer Halbleiter) und die Temperatur- und Ladungsträgereffekte dominieren. Weiters wird die Wirkung der thermischen Expansion auf die Phasenverschiebung vernachlässigt, da die Auswirkung auf die Änderung in der optischen Weglänge gewöhnlich zwei Größenordnungen kleiner ist als die der Temperaturänderung und der Ladungsträgerdichte- änderung (in Halbleitern wie Si und GaAs) .where n (T, c n , Cp) | t and n (T, c n , c p ) | t0 is the refractive index of the semiconductor material at times t and to, and the integration along the laser beam path (z-axis, the laser beam is normal to the chip surface, the x and y axes form the lateral plane) is carried out. The factor 2 on the right side of the equation (la) is explained by the double passage of the laser beam through the semiconductor substrate. This equation for the phase shift is only valid if multiple reflections between the chip front side and the polished rear side can be neglected. In practice, this can be achieved by applying an anti-reflection layer on the back of the chip or by using a microscope objective with a high numerical aperture and a spatial filter. The dependence of the refractive index on temperature and charge carrier density can be found in the literature (McCaulley et al. Phys Rev B, 49 (1994), pp. 7408-7417), Soref et al. , IEEE J. Quant Electron, 23 (1987), pp.123- 129)). The change in the refractive index with the electric field is neglected. In silicon, the refractive index does not depend on the electrical field (centro-symmetric semiconductors) and the temperature and charge carrier effects dominate. Furthermore, the effect of thermal expansion on the phase shift is neglected, since the effect on the change in the optical path length is usually two orders of magnitude smaller than that of the temperature change and the charge carrier density change (in semiconductors such as Si and GaAs).
Die Messung der Temperatur- und Ladungsträgerverteilung über die Phasenverschiebung eignet sich für eine quantitative Analyse dieser Parameter, da der Brechungsindex fast linear von Temperatur und Ladungsträgerdichte abhängt . Die beiden Beiträge zur Phasenverschiebung können anhand ihres Vorzeichens unterschieden werden, da der Temperaturbeitrag und der Ladungsträgerbeitrag unterschiedliches Vorzeichen haben. In den Fällen, in denen der Temperaturbeitrag dominiert, ist die Temperatur-induzierte Phasenverschiebung in erster Näherung proportional der thermischen Energie im vom Laserstrahl erfüllten Volumen. Daher ist die Bestimmung der Phasenverschiebung tatsächlich ein Maß für die Energiedichte. Die laterale Auflösung für die Abbildung zweier Wärmequellen ist durch die thermische Diffusionslänge bestimmt und ist in Silizium z.B. für einen 100ns langen Stressimpuls ca. 3μm ( Lth= 3 μ m • Vt/l00ns , wobei t die Länge des Stressimpulses ist) . Dies zeigt, dass es durch die Abbildung der Energiedichte bei kurzen Stressimpulsen möglich wird, Wärmequellen innerhalb der thermischen Diffusionslänge zu lokalisieren. Bei Ansteuerung mit längeren Stressimpulsen oder mit Gleichstrom kommt es zu einer starken Verbreiterung der Temperaturverteilung und damit zu einer Verringerung des thermischen Auflösungsvermögens.The measurement of the temperature and charge carrier distribution via the phase shift is suitable for a quantitative analysis of these parameters, since the refractive index depends almost linearly on temperature and charge carrier density. The two contributions to the phase shift can be distinguished on the basis of their signs, since the temperature contribution and the charge carrier contribution have different signs. In cases where the temperature contribution dominates, the temperature-induced phase shift is in a first approximation proportional to the thermal energy in the volume filled by the laser beam. Therefore, the determination of the phase shift is actually a measure of the energy density. The lateral resolution for the mapping of two heat sources is determined by the thermal diffusion length and is approx. 3μm in silicon for a 100ns long stress pulse (L th = 3μm • Vt / l00ns, where t is the length of the stress pulse). This shows that by mapping the energy density with short stress impulses it is possible to localize heat sources within the thermal diffusion length. When actuated with longer stress pulses or with direct current, the temperature distribution is greatly broadened and the thermal resolution capacity is thus reduced.
Repetitive elektrische Signale in ICs wurden ebenfalls mit einer Laserstrahlsonde (λ=1064nm) von der Substratrückseite her gemessen, wobei die Modulation der Laserstrahlintensität durch die Variation der Elektro-Absorption mit der elektrischen Ansteuerung des Bauelements verursacht wird (S. Kasapi et al . : Laser beam backside probing of CMOS integrated circuits, Microel . Reliab. vol.39 (1999), pp. 957-961; M. Paniccia et al . : Optical probing of flip chip packaged microprocessors, J. Vac. Sei. technol., B, vol.16, 1998, pp.3625-3630) . Basierend auf diesem Prinzip wurde von der Firma Schlumberger ein kommerzielles Gerät (IDS2000) zur Rückseiten-Messung von repetitiven elektrischen Signalen mit der Zeitauflösung von Pikosekunden an Knotenpunkten in integrierten Schaltkreisen entwickelt und vermarktet. Wegen der geringen Sensitivität der Methode muss das Messsignal über einen langen Zeitraum (Minuten) gemittelt werden und das Bauelement oftmalig wiederholten Stressimpulsen ausgesetzt werden.Repetitive electrical signals in ICs were also measured with a laser beam probe (λ = 1064nm) from the back of the substrate, whereby the modulation of the laser beam intensity is caused by the variation of the electrical absorption with the electrical control of the component (S. Kasapi et al.: Laser beam backside probing of CMOS integrated circuits, Microel. Reliab. vol. 39 (1999), pp. 957-961; M. Paniccia et al.: Optical probing of flip chip packaged microprocessors, J. Vac. Sei. technol., B , vol.16, 1998, pp.3625-3630). Based on this principle, the Schlumberger company developed a commercial device (IDS2000) for the back measurement of repetitive electrical signals with the time resolution of picoseconds at nodes in integrated circuits developed and marketed. Due to the low sensitivity of the method, the measurement signal must be averaged over a long period of time (minutes) and the component often exposed to repeated stress impulses.
In erster Näherung kann die relative Intensitätsänderung Δl/I, die im reflektieren Laserstrahl durch die Änderung der Absorption (verursacht durch die Änderung der Temperatur, der Elektronen- oder Löcherdichte) vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t auftritt, durch:In a first approximation, the relative change in intensity Δl / I, which occurs in the reflected laser beam due to the change in absorption (caused by the change in temperature, electron or hole density) from time t 0 to time t, can be caused by:
^=l-exp{-2j[«(τ,cn,cp)|t-o(τ,cn,cp)|t0]dz} (2)^ = l-exp {-2j [«(τ, c n , c p ) | t -o (τ, c n , c p ) | t0 ] dz} (2)
beschrieben werden, wobei α(T,cn,cp)|t und α(T,cn,cp) |t0 die Absorptionskoeffizienten zu den Zeitpunkten t und t0 sind. I ist die konstante Lichtintensität, die von der Reflektivität des Bauelements abhängt. Aufgrund des exponentiellen Terms in Gleichung 2 ist die relative Intensitätsänderung Δl/I bei großen Werten der Temperatur oder Ladungsträgerdichte nicht empfindlich auf Variationen in diesen Parametern. Daher ist die Messung der Absorption für eine quantitative Analyse des internen Bauelementeverhaltens ungeeignet. Andererseits ist die Messung relativ einfach durchzuführen. Zur Steigerung der Empfindlichkeit des Instrumentes für die Inspektion von Spannungspulsen an Bauelemente-Knoten in ICs wurde von der Firma Schlumberger das Gerät IDS2500 entwickelt, das auf einem Michelson Interferometer beruht und den Brechungsindex mit Hilfe eines fokussierten Laserstrahls erfasst. Dabei ist diese Methode auf die Fehleranalyse von Schaltkreisen ausgerichtet und braucht dazu eine hohe Wiederholfrequenz der Pulse.are described, where α (T, c n , c p ) | t and α (T, c n , c p ) | t0 are the absorption coefficients at times t and t 0 . I is the constant light intensity, which depends on the reflectivity of the component. Due to the exponential term in equation 2, the relative change in intensity Δl / I is not sensitive to variations in these parameters for large values of temperature or charge carrier density. The absorption measurement is therefore unsuitable for a quantitative analysis of the internal component behavior. On the other hand, the measurement is relatively easy to carry out. To increase the sensitivity of the instrument for the inspection of voltage pulses at component nodes in ICs, Schlumberger developed the device IDS2500, which is based on a Michelson interferometer and detects the refractive index with the help of a focused laser beam. This method is aimed at the error analysis of circuits and therefore requires a high repetition frequency of the pulses.
Die Änderungen der Temperatur und der Ladungsträgerdichte während Stromimpulsen in Halbleiterbauelementen wurden auch mit der sogenannten "Mirage" Technik untersucht, bei der eine Laserstrahlsonde das Bauelement von einer Seite durchdringt (G. Deboy et al . : Absolute measurements of transient carrier con- centration and temperature gradients in power semiconductor devices by internal IR-laser deflection, Microel. Eng., vol. 31, 1996, pp. 299-307) . Die Ablenkung des Laserstrahls aufgrund des temperatur- oder Ladungsträger-induzierten Brechungsindexgradi- enten im Bauelement wird gemessen. Die Verteilung der Temperatur und der Ladungsträgerdichte wird durch Abtasten des Bauelements abgebildet .The changes in temperature and charge carrier density during current pulses in semiconductor components were also examined using the so-called "Mirage" technique, in which a laser beam probe penetrates the component from one side (G. Deboy et al.: Absolute measurements of transient carrier concentration and temperature gradients in power semiconductor devices by internal IR laser deflection, Microel. Eng., vol. 31, 1996, pp. 299-307). The deflection of the laser beam due to the Temperature- or charge carrier-induced refractive index gradients in the component are measured. The distribution of the temperature and the charge carrier density is mapped by scanning the component.
R. A. Sunshine et al . ("Stroboscopic investigation of thermal switching in an avalanching diode", Appl . Phys Lett. vol.18, 1971, pp. 468-470.) und W. B. Smith et al . ("Second breakdown and damage in junction devices", IEEE Tr. ED, vol.20, 1973, pp.731-744) berichten von einer stroboskopisehen Methode zur Messung des Temperaturanstiegs und von Stromfilamenten während des Lawinendurchbruchs in semitransparenten Dünnfilmtransistoren, die auf einem Saphirsubstrat präpariert wurden. Die räumliche Temperaturverteilung im Bauelement während der Belastung mit einem Stromimpuls wurde über die Beobachtung der Ab- sorptions-Änderung im Bauelement gemessen. Das Bauelement wird mit einer Frequenz von ca. 20Hz belastet (resultierend in einer entsprechenden Erwärmung) und mit der selben Frequenz belichtet. Für die Belichtung wird eine breitbandige, weiße Lichtquelle (beispielsweise eine Xenon Blitzlampe) verwendet. Die Belichtungszeit (20ns) ist wesentlich kürzer als die Dauer des Stromimpulses (>>10μs) . Das Transmissions-Bild des Bauelements konnte aufgrund des langen Nachleuchtens des Kathodenmaterials mit einer Vidicon- amera aufgezeichnet werden. Durch Variieren der Verzögerungszeit zwischen dem Stromimpuls und der Belichtung konnten Bilder zu verschiedenen Zeitenfenstern aufgenommen werden. Diese Methode wurde für Transmissionsaufnahmen entwickelt und ist auf Bauelemente beschränkt, die für sichtbares Licht transparent sind. Die Methode kann deshalb nicht für die Abbildung von Bauelementen auf Halbleitersubstrat eingesetzt werden, wo Licht im Infrarotbereich verwendet werden muss.R. A. Sunshine et al. ("Stroboscopic investigation of thermal switching in an avalanching diode", Appl. Phys Lett. Vol. 18, 1971, pp. 468-470.) And W. B. Smith et al. ("Second breakdown and damage in junction devices", IEEE Tr. ED, vol.20, 1973, pp.731-744) report a stroboscopic method for measuring the temperature rise and current filaments during avalanche breakdown in semitransparent thin-film transistors, which are on a Sapphire substrate were prepared. The spatial temperature distribution in the component during exposure to a current pulse was measured by observing the change in absorption in the component. The component is loaded with a frequency of approximately 20 Hz (resulting in a corresponding heating) and exposed to the same frequency. A broadband, white light source (for example a xenon flash lamp) is used for the exposure. The exposure time (20ns) is much shorter than the duration of the current pulse (>> 10μs). The transmission image of the component could be recorded with a Vidicon amera due to the long afterglow of the cathode material. By varying the delay time between the current pulse and the exposure, images could be taken at different time windows. This method was developed for transmission recordings and is limited to components that are transparent to visible light. The method can therefore not be used for imaging components on semiconductor substrates, where light in the infrared range must be used.
Die US 4 841 150 beschreibt eine Methode zur Abbildung von Temperaturverteilungen in Halbleiterbauelementen, bei der ein aufgeweiteter, reflektierter Lichtstrahl verwendet wird. Die Methode basiert auf der spektralen Analyse der Reflektivitäts- änderung aufgrund der Temperatur-induzierten Änderung in der Absorption. Die Methode wurde für die Messung der Temperaturver- teilung unter Gleichstrombelastung auf Waferebene während einzelner Herstellungsprozesse entwickelt und kann nicht für zeitaufgelöste Messungen interner physikalischer Eigenschaften von einzelnen Bauelementen verwendet werden. D.C. Hall et al . ( "Interferometric near field imaging technique for phase and refractive index profiling in large-area planar-waveguide optoelectronic devices", IEEE J. Sei. Top. Quant. Electron, vol.l, 1995, pp.1017-1029) beschreiben eine Methode zur Abbildung der räumlichen Änderungen im Brechungsindex in einem planaren Hohlleiter mittels Interferometrie unter Verwendung eines aufgeweiteten IR Laserstrahls (λ=910nm) . Es wurde ein Mach-Zehnder Interferometer verwendet, wobei der Laserstrahl des Probenarms des Interferometers durch die Probe dringt und mit dem Laserstrahl des Referenzarms interferiert . Das Interferenzbild wird mit einer CCD (Charged Coupled Device) Kamera aufgezeichnet. Die räumliche Verteilung der Brechungsindexänderung wird durch den Vergleich der aus den Interferenzbildern extrahierten Phasenverteilung, im erwärmten und nicht erwärmten Fall, erzielt. Auch diese Methode arbeitet mit Lichttransmission durch das Bauelement und ist nicht geeignet, Halbleiterbauelemente in einem Wafer zu untersuchen.US 4,841,150 describes a method for mapping temperature distributions in semiconductor components, in which an expanded, reflected light beam is used. The method is based on the spectral analysis of the change in reflectivity due to the temperature-induced change in absorption. The method was developed for the measurement of the temperature distribution under direct current loading at the wafer level during individual manufacturing processes and cannot be used for time-resolved measurements of internal physical properties of individual components. DC Hall et al. ("Interferometric near field imaging technique for phase and refractive index profiling in large-area planar-waveguide optoelectronic devices", IEEE J. Sei. Top. Quant. Electron, vol.l, 1995, pp.1017-1029) describe a method for mapping the spatial changes in the refractive index in a planar waveguide using interferometry using an expanded IR laser beam (λ = 910nm). A Mach-Zehnder interferometer was used, the laser beam of the sample arm of the interferometer penetrating through the sample and interfering with the laser beam of the reference arm. The interference image is recorded with a CCD (Charged Coupled Device) camera. The spatial distribution of the change in refractive index is achieved by comparing the phase distribution extracted from the interference images, in the heated and non-heated case. This method also works with light transmission through the component and is not suitable for examining semiconductor components in a wafer.
Methoden und Apparate für die berührungslose Messung der Substrattemperatur basierend auf Laserinterferometrie werden in der US 5 229 303 und der US 5 773 316 beschrieben. Die Temperaturmessung bei diesen Methoden wird durch die Messung der Änderung in der Intensität eines reflektierten oder trans- mittierten Lichtstrahls, der auf ein Halbleitersubstrat auf- trifft, bewerkstelligt. Dies wird durch die Änderung der optischen Weglänge aufgrund der Temperatur-induzierten Änderung im Brechungsindex verursacht. Der Lichtstrahl erfährt im Substrat mehrfache Reflexionen, was zur Ausbildung von Interferenz- maxima und -minima führt, aus welchen die Temperatur abgeleitet werden kann. Durch die Verwendung eines leicht gekippten Substrats oder von zwei verschiedenen Laserwellenlängen kann das Vorzeichen der Temperaturänderung durch die Messung der Bewegungsrichtung der Interferenzstreifen oder durch die Messung der Richtung der Intensitätsänderung in zwei Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge gewonnen werden. Bei dieser Methode werden die Interferenzstreifen durch die Interferenz innerhalb des Substrats erzeugt. Diese Methode eignet sich nicht für die Messung der Temperatur in Halbleiterbauelementen, da die Mehrfachreflexionen innerhalb des Bauelements ein störender Faktor sind, die eine quantitative Analyse unmöglich machen.Methods and apparatus for the contactless measurement of the substrate temperature based on laser interferometry are described in US Pat. No. 5,229,303 and US Pat. No. 5,773,316. Temperature measurement in these methods is accomplished by measuring the change in the intensity of a reflected or transmitted light beam that strikes a semiconductor substrate. This is caused by the change in the optical path length due to the temperature-induced change in the refractive index. The light beam experiences multiple reflections in the substrate, which leads to the formation of interference maxima and minima from which the temperature can be derived. By using a slightly tilted substrate or two different laser wavelengths, the sign of the temperature change can be obtained by measuring the direction of movement of the interference fringes or by measuring the direction of the intensity change in two laser beams of different wavelengths. In this method, the interference fringes are generated by the interference within the substrate. This method is not suitable for measuring the temperature in semiconductor components, since the multiple reflections within the component are a disruptive factor that make quantitative analysis impossible.
In der US 6 181 416 wird eine Methode und ein Apparat für die Abbildung der Temperatur und der Ladungsträgerdichte in Halbleiterbauelementen beschrieben, welche auf der sogenannten Schlieren-Methode beruht, einem Abbildungsverfahren das auf der Abbildung des Brechungsindexgradienten basiert. Der Apparat kann eine Abbildung des Bauelements auch von der Chiprückseite erzeugen, wobei die Zeitauflösung dabei von der Dauer des Laser- Belichtungsimpulses abhängig ist. Die Winkelablenkung des Laserlichts aufgrund des Brechungsindexgradienten wird in eine Änderung der Lichtintensitat im Bild des Bauelements transformiert. Durch Vergleich der Bilder die im ausgeschalteten Zustand und im eingeschalteten, aktiven Zustand des Bauelements aufgenommen werden, lassen sich die räumliche Verteilung der Temperatur- und Ladungsträgerdichteänderung innerhalb eines gewissen Zeitfensters ableiten. Die Gewinnung quantitativer Aussagen über die internen physikalischen Parameter (Temperatur, thermische Energie, Ladungsträgerkonzentration) ist mit dieser Methode allerdings schwierig. Ebenso erlaubt der Zeitablauf des Messaufbaus nicht die Auslösung des Belichtungsimpulses durch den Belastungsimpuls, welcher die Änderung der Temperatur im Bauelement oder der Konzentration der freien Ladungsträgerverursacht .In US 6 181 416 a method and an apparatus for describes the mapping of the temperature and the charge carrier density in semiconductor components, which is based on the so-called Schlieren method, an imaging method based on the mapping of the refractive index gradient. The apparatus can also generate an image of the component from the back of the chip, the time resolution being dependent on the duration of the laser exposure pulse. The angular deflection of the laser light due to the refractive index gradient is transformed into a change in the light intensity in the image of the component. The spatial distribution of the change in temperature and charge density can be derived within a certain time window by comparing the images which are recorded when the component is switched off and when the component is switched on and active. Obtaining quantitative statements about the internal physical parameters (temperature, thermal energy, charge carrier concentration) is difficult with this method. Likewise, the timing of the measurement setup does not allow the exposure pulse to be triggered by the load pulse, which causes the change in the temperature in the component or the concentration of the free charge carriers.
Ein weiteres Prinzip der Temperaturmessung in Halbleiterbauelementen ist die Auswertung der Schwarzkörperstrahlung (I.P. Herman: Real time optical thermometry during semiconductor pro- cessing, J. Sei. Top. Quantum Electron, vol.l, 1995, pp.1047- 1053) . Die Ortsauflösung dieser Methode ist aufgrund der Wellenlänge im Bereich von 3-10μm limitiert. Weiters benötigt die Methode eine aufwendige Kalibrierung und es müssen Mehrfachreflexionen innerhalb des Halbleiterbauelements in Betracht gezogen werden. Verfahren zur Temperaturmessung in Halbleiterbauelementen mittels der Schwarzkörperstrahlung werden beispielsweise in der EP 0 618 455, der WO 99/28715 oder der EP 0 880 853 beschrieben.Another principle of temperature measurement in semiconductor components is the evaluation of blackbody radiation (I.P. Herman: Real time optical thermometry during semiconductor processing, J. Sei. Top. Quantum Electron, vol.l, 1995, pp.1047-1053). The spatial resolution of this method is limited due to the wavelength in the range of 3-10μm. Furthermore, the method requires a complex calibration and multiple reflections within the semiconductor component have to be taken into account. Methods for temperature measurement in semiconductor components using blackbody radiation are described, for example, in EP 0 618 455, WO 99/28715 or EP 0 880 853.
Die Stromverteilung in einem Halbleiterbauelement kann qualitativ auch über die Messung der Lichtemission aus dem Bauelement gewonnen werden (M. Hanneman et al : "Photon emission as a tool for ESD failure localization and as a technique for stu- dying ESD phenomena", Proc. ESREF, 1990, pp.77-83, J. Költzer et al . : "Quantitative emission microscopy" , J. Appl . Phys., vol.71, 1992, pp. R23-R41) . Die Emission wird durch die strahlenden Übergänge der Elektronen und Löcher und durch die Emission heißer Ladungsträger ('hot carrier emission', Bremsstrahlung, Ladungsträgerrekombination etc.) verursacht. Eine Methode zur Analyse integrierter Schaltkreise mit einer Zeitauflösung im Bereich von Pikosekunden wurde für die Rückseiten-Messung von Signalverläufen in CMOS Schaltkreisen entwickelt (M.K. McManus et al . : "PICA: Backside failure analysis of CMOS circuit using pi- cosecond imaging circuit analysis", Microel. Reliab., vol.40, 2000, pp. 1353-1358). Diese Methode basiert auf der strobosko- pischen Abbildung der EmissionsStrahlung, die während des hochfrequenten zyklischen Schaltens der Bauelemente auftritt. Dazu werden die Aufnahmen einer CCD Kamera über einen längeren Zeitraum (Stunden) gemittelt. Ein derartiges Verfahren, welches für die Emissionsmikroskopie oder die Mikroskopie im Volumen eines integrierten Schaltkreises relevant ist, wird beispielsweise in der US 6 222 187 beschrieben.The current distribution in a semiconductor component can also be obtained qualitatively by measuring the light emission from the component (M. Hanneman et al: "Photon emission as a tool for ESD failure localization and as a technique for studying ESD phenomena", Proc. ESREF , 1990, pp.77-83, J. Költzer et al.: "Quantitative emission microscopy", J. Appl. Phys., Vol.71, 1992, pp. R23-R41). The emission is due to the radiant Transitions of the electrons and holes and caused by the emission of hot charge carriers ('hot carrier emission', brake radiation, charge carrier recombination, etc.). A method for the analysis of integrated circuits with a time resolution in the range of picoseconds was developed for the back side measurement of signal curves in CMOS circuits (MK McManus et al.: "PICA: Backside failure analysis of CMOS circuit using picosecond imaging circuit analysis", Microel. Reliab., Vol.40, 2000, pp. 1353-1358). This method is based on the stroboscopic mapping of the emission radiation that occurs during the high-frequency cyclic switching of the components. For this purpose, the recordings of a CCD camera are averaged over a longer period (hours). Such a method, which is relevant for emission microscopy or microscopy in the volume of an integrated circuit, is described, for example, in US Pat. No. 6,222,187.
Optische Methoden zur Fehleranalyse in integrierten Schaltkreisen von der Chipvorderseite werden beispielsweise in der US 4 682 605 und der GB 2 217 011 beschrieben. Beim fluo- reszenten mikrothermischen "mapping" wird die lokale Erwärmung durch Wärmedissipation an einer Fehler-Stelle durch eine organische Schicht, die auf die Vorderseite des ICs aufgebracht wird, angezeigt. Die Methode zeigt allerdings eine stark reduzierte Genauigkeit, wenn die Fehlerstelle tief im Substrat lokalisiert ist und/oder wenn der IC eine große Anzahl von Metallisierungsschichten aufweist. Weiters kann diese Methode nicht angewandt werden, wenn der IC in einem "flip-chip"-Gehäuse eingebaut ist.Optical methods for fault analysis in integrated circuits from the chip front are described, for example, in US Pat. No. 4,682,605 and GB 2 217 011. In the case of fluorescent microthermal "mapping", the local heating by heat dissipation at a fault location is indicated by an organic layer that is applied to the front of the IC. However, the method shows a greatly reduced accuracy if the defect is located deep in the substrate and / or if the IC has a large number of metallization layers. Furthermore, this method cannot be used if the IC is installed in a "flip-chip" package.
Holographische Interferometrie wird häufig für die (auch zeitaufgelöste) Abbildung von Oberflächentopologien, Verbiegung, Änderungen im Brechungsindex oder anderen zeitabhängigen Änderungen in Objekten verwendet und auch in Interferenzmikroskopen für die Inspektion der Oberflächen von Halbleiterbauelementen eingesetzt (siehe: P.C. Montgomery et al . , "Phase stepping microscopy (PSM) : a qualification tool for electronic and optoelectronic devices", Semicond. Sei. Technol . , vol.7, 1992, pp.A237-A242; K.Snow et al . , "An Application of holography to interference microscopy", Appl . Optics, vol.7, 1968, pp. 549- 554) . Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise in der US 4 818 110 beschrieben. Unter Verwendung der oben genannten Verfahren kann die Oberflächen-Topographie oder die Höhe der Oberflächenstrukturen von Halbleiterbauelementen aus der Änderung der Interferenzstreifen bestimmt werden, welche mit der Phasenänderung eines monochromatischen Lichtstrahls zusammenhängt . Ebenso kann die Höhe der Oberflächenstruktur eines Halbleiterbauelements über den Kohärenzgrad eines breitbandigen Lichtstrahls ermittelt werden. In keinem der bekannten Verfahren wird die holographische Interferometrie zur zweidimensionalen Abbildung der Brechungsindexänderungen im Inneren des Halbleitermaterials eines Halbleiterbauelements verwendet .Holographic interferometry is often used for the (also time-resolved) imaging of surface topologies, bending, changes in the refractive index or other time-dependent changes in objects and is also used in interference microscopes for the inspection of the surfaces of semiconductor components (see: PC Montgomery et al., "Phase stepping microscopy (PSM): a qualification tool for electronic and optoelectronic devices ", Semicond. Sei. Technol., vol.7, 1992, pp.A237-A242; K.Snow et al.," An Application of holography to interference microscopy " , Appl. Optics, vol.7, 1968, pp. 549-554). Such a method is described for example in US 4,818,110. Using the above The surface topography or the height of the surface structures of semiconductor components can be determined from the change in the interference fringes which is related to the phase change of a monochromatic light beam. The height of the surface structure of a semiconductor component can also be determined via the degree of coherence of a broadband light beam. In none of the known methods is holographic interferometry used for two-dimensional imaging of the refractive index changes in the interior of the semiconductor material of a semiconductor component.
Für die zeitaufgelöste interferometrische Analyse von schwingenden Objekten wurde eine stroboskopische Methode eingesetzt (P. Shajenko et al . : "Stroboscopic holographic interfe- rometry", Appl . Phys . Lett, vol .13 , 1968, pp.44-46S, Nakadate et al.: "Vibrational measurements using phase-shifting stroboscopic holographic interferometry" , Optica Acta, vol.33, 1986, pp.1295- 1309) . Für die Extraktion der Phase aus Interferenzstreifen wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, welche beispielsweise auf Fast Fourier Transformation (FFT) und "phase unwrap- ping" beruhen (siehe: T. Kreis: "Digital holographic interference-phase measurements using the Fourier-transform me- thod", J.Opt.Soc Am. A vol .3 , 1986, pp.847-855; M. Takeda: "Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for compu- ter-based topography and interferometry" , J. Opt . Soc. Am. vol 72, 1982, pp. 156-160) .A stroboscopic method was used for the time-resolved interferometric analysis of vibrating objects (P. Shajenko et al.: "Stroboscopic holographic interferometry", Appl. Phys. Lett, vol. 13, 1968, pp.44-46S, Nakadate et al .: "Vibrational measurements using phase-shifting stroboscopic holographic interferometry", Optica Acta, vol.33, 1986, pp.1295-1309). Various methods have been proposed for the extraction of the phase from interference fringes, which are based, for example, on Fast Fourier Transformation (FFT) and "phase unwraping" (see: T. Kreis: "Digital holographic interference-phase measurements using the Fourier-transform measurement" thod ", J.Opt.Soc Am. A vol. 3, 1986, pp.847-855; M. Takeda:" Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry ", J. Opt. Soc. Am. Vol 72, 1982, pp. 156-160).
Ein Nachteil aller abtastenden Methoden wie der Interferometrie, der Mirage-Technik und der Absorption ist die Notwendigkeit, dass das Halbleiterbauelement mehrfach wiederholten Belastungsimpulsen ausgesetzt werden muss, um eine Abbildung zu erzeugen. Dies kann durch die kumulative Belastung zu einer Zerstörung des Bauelements führen.A disadvantage of all scanning methods such as interferometry, the Mirage technique and absorption is the necessity that the semiconductor component has to be subjected to repeatedly repeated stress pulses in order to produce an image. This can lead to the destruction of the component due to the cumulative load.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Verfahrens zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen der angegebenen Art, welches möglichst rasch und einfach durchführbar ist, so dass das zu testende Halbleiterbauelement möglichst wenig belastet wird. Das Verfahren soll sich weiters durch besonders hohe Empfindlichkeit bezüglich der Änderungen bestimmter physikalischer Eigenschaften innerhalb des Halbleiterbauelements auszeichnen. Nachteile bekannter Verfahren sollen vermieden oder reduziert werden. Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch, dass der Probenstrahl auf die Rückseite des zu testenden Halbleiterbauelements gerichtet wird und an dessen Vorderseite reflektiert wird, und dass zumindest zwei Interferenzbilder unter unter- .. schiedlichen Belastungszuständen des Halbleiterbauelements zeitlich hintereinander detektiert werden.It is therefore an object of the present invention to provide a method for the optical testing of semiconductor components of the type specified, which can be carried out as quickly and easily as possible, so that the semiconductor component to be tested is loaded as little as possible. The method is also said to be particularly sensitive to changes in certain physical properties within the semiconductor component. Disadvantages of known methods should be avoided or reduced. The object according to the invention is achieved in that the sample beam is directed onto the rear side of the semiconductor component to be tested and is reflected on its front side, and in that at least two interference images are detected in succession under different stress conditions of the semiconductor component.
Durch die Untersuchung des Bauelements von der Substrat- rückseite her, ist das Testen auch von Halbleiterbauelementen, bei denen der optische Zugang von der Vorderseite nicht möglich ist, zulässig. Das optische Interferenzsystem kann beispielsweise durch einen Michelson Interferometer realisiert sein. Der Probenstrahl durchleutet das Halbleiterbauelement, wird von der Vorderseite des Bauelements reflektiert und geht wieder durch das Bauelement zurück in Richtung des Strahlteilers. Der reflektierte Strahl enthält nun Informationen über die Änderung des Brechungsindex innerhalb des Halbleiterbauelements und über die Änderung der Reflektivität der Vorderseite des Halblei- terbauelements. Durch die Interferenz des Probenstrahls mit dem reflektierten Referenzstrahl, welcher durch Reflexion an einem Spiegel oder an einem mit dem zu testenden Halbleiterbauelement identischen Halbleiterbauelement erzeugt wurde, wird ein Interferenzbild erzeugt, welches mit einem geeigneten Detektionssystem aufgenommen wird. Aus dem Interferenzbild kann das Phasenprofil, in dem das Brechungsindexprofil und die Morphologie des Halbleiterbauelements enthalten sind, extrahiert werden. Das Phasenprofil korreliert mit der zeitabhängigen Änderung des Brechungsindex. Die Änderungen des Brechungsindex werden durch eine Änderung der Temperatur und bzw. der freien Ladungsträgerdichte innerhalb des Halbleiterbauelements verursacht. Die gemessene Phasenänderung wird durch das Integral der Brechungsindexänderung entlang des optischen Weges des Lichtstrahls im Halbleiterbauelement festgelegt. Auf diese Weise können Bilder der Temperaturverteilung und der Verteilung der Ladungsträgerdichte erzeugt werden.By examining the component from the back of the substrate, testing of semiconductor components for which optical access from the front is not possible is also permitted. The optical interference system can be implemented, for example, by a Michelson interferometer. The sample beam passes through the semiconductor component, is reflected from the front of the component and goes back through the component in the direction of the beam splitter. The reflected beam now contains information about the change in the refractive index within the semiconductor component and about the change in the reflectivity of the front side of the semiconductor component. The interference of the sample beam with the reflected reference beam, which was generated by reflection on a mirror or on a semiconductor component identical to the semiconductor component to be tested, creates an interference image which is recorded with a suitable detection system. The phase profile, which contains the refractive index profile and the morphology of the semiconductor component, can be extracted from the interference image. The phase profile correlates with the time-dependent change in the refractive index. The changes in the refractive index are caused by a change in the temperature and / or the free charge carrier density within the semiconductor component. The measured phase change is determined by the integral of the refractive index change along the optical path of the light beam in the semiconductor component. In this way, images of the temperature distribution and the distribution of the charge carrier density can be generated.
Durch die Detektion von mindestens zwei Interferenzbildern kann eine Untersuchung der internen physikalischen Eigenschaften des zu testenden Halbleiterbauelements unter unterschiedlichen Belastungszuständen in Abhängigkeit der Zeit abgebildet werden. Die Abbildung wird über die Abbildung der Phasenverschiebung, welche durch die Änderung des Brechungsindex im Inneren des Halbleiterbauelements verursacht wird, bewerkstelligt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine zeitaufgelöste zweidimensionale Darstellung von Brechungsindexänderungen innerhalb des Volumens eines Halbleiterbauelements oder Schaltkreises. Unter Voraussetzung der Verwendung kurzer Lichtimpulse und/oder sehr schneller Detektoren sind extrem hohe Zeitauflösungen im Nanosekundenbereich erreichbar.The detection of at least two interference images enables an examination of the internal physical properties of the semiconductor component to be tested under different load conditions as a function of time. The mapping is over the mapping of the phase shift, which is caused by the change in the refractive index inside the Semiconductor device is caused, accomplished. The method according to the invention enables a time-resolved two-dimensional representation of changes in refractive index within the volume of a semiconductor component or circuit. If short light pulses and / or very fast detectors are used, extremely high time resolutions in the nanosecond range can be achieved.
Für qualitative Auswertungen während des optischen Testens von Halbleiterbauelementen können Lichtstrahlen nahezu beliebig langer Kohärenzlänge verwendet werden. Zur quantitativen Analyse von Halbleiterbauelementen ist es vorteilhaft, wenn die Kohärenzlänge des in den Probenstrahl und den Referenzstrahl aufgetrennten Lichtstrahls geringer ist als die optische WeglängeFor qualitative evaluations during the optical testing of semiconductor components, light beams of almost any length of coherence can be used. For the quantitative analysis of semiconductor components, it is advantageous if the coherence length of the light beam separated into the sample beam and the reference beam is less than the optical path length
2-L-n des zu testenden Halbleiterbauelements, wobei L die Dicke und n der mittlere Brechungsindex des Materials des Halbleiterbauelements ist. Durch die Verwendung eines Lichtstrahls, dessen Kohärenzlänge geringer ist als die optische Weglänge des zu testenden Halbleiterbauelements, wird ein korrektes Interfe- rogramm erhalten, welches von den Effekten der interessierenden internen physikalischen Eigenschaften des Halbleiterbauelements bestimmt und nicht von Vielfachreflexionen durch die Bauelement- Oberflächen verfälscht wird. Die Verwendung einer ausreichend kurzen Kohärenzlänge und das dadurch bedingte Ausschalten des Einflusses von Vielstrahlinterferenzen innerhalb des Halbleiterbauelements vereinfachen die Anordnung, da eine Antirefle- xionsbeschichtung der Rückseite des Halbleiterbauelements vermieden werden kann. Eine derartige Beschichtung ist sehr teuer und aufwendig und würde das Verfahren zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen erschweren. Durch die Ausschaltung unerwünschter Interferenzen ist eine quantitative Analyse der Daten und eine eindeutige Interpretation möglich.2-L-n of the semiconductor device under test, where L is the thickness and n is the average refractive index of the material of the semiconductor device. By using a light beam whose coherence length is less than the optical path length of the semiconductor component to be tested, a correct interferogram is obtained which is determined by the effects of the internal physical properties of the semiconductor component of interest and is not distorted by multiple reflections from the component surfaces , The use of a sufficiently short coherence length and the resulting switching off of the influence of multibeam interference within the semiconductor component simplify the arrangement, since an anti-reflection coating on the rear side of the semiconductor component can be avoided. Such a coating is very expensive and complex and would make the method for optical testing of semiconductor components more difficult. By eliminating unwanted interference, a quantitative analysis of the data and a clear interpretation is possible.
Wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der Durchmesser des Probenstrahls adjustiert wird, kann erreicht werden, dass das gewünschte Areal des Halbleiterbauelements vom Probenstrahl erfasst wird, so dass eine Messung für das gesamte zu untersuchende Areal resultiert. Die Adjustierung des Durchmessers des Probenstrahls kann mit entsprechenden Strahlaufweitern oder Galileo-Mikroskopen in herkömmlicher Art und Weise erfolgen.If, according to a further feature of the invention, the diameter of the sample beam is adjusted, it can be achieved that the desired area of the semiconductor component is captured by the sample beam, so that a measurement results for the entire area to be examined. The diameter of the sample beam can be adjusted in a conventional manner using appropriate beam expanders or Galileo microscopes.
Vorteilhafterweise werden die detektierten Interferenzbilder gespeichert, wobei die Daten vor der Speicherung, beispielsweise mittels eines Videorecorders oder eines Computers, vorzugsweise digitalisiert werden.The detected interference images are advantageously stored, the data before the storage, for example by means of a video recorder or a computer, preferably digitized.
Dabei werden die unterschiedlichen Belastungszustände durch die Anregung des Halbleiterbauelements mit zumindest einer externen Belastung hervorgerufen, durch die bestimmte Eigenschaften des Halbleiterbauelements beeinflusst werden, und es wird zumindest ein Lichtstrahl während der externen Belastung ausgesandt und ein entsprechendes Interferenzbild detektiert. Durch den Vergleich zeitlich aufeinander folgender Interferenzbilder in Abhängigkeit der Belastung können wichtige Informationen über bestimmte physikalische Eigenschaften des Halbleiterbauelements in Abhängigkeit der Belastung gewonnen werden. Dabei kann das Halbleiterbauelement ohne Belastung und unter einer Belastung oder unter verschieden starken Belastungen untersucht werden.The different load states are caused by the excitation of the semiconductor component with at least one external load, which influences certain properties of the semiconductor component, and at least one light beam is emitted during the external load and a corresponding interference image is detected. By comparing temporally successive interference images depending on the load, important information about certain physical properties of the semiconductor component depending on the load can be obtained. The semiconductor component can be examined without load and under one load or under different loads.
Dabei wird die externe Belastung vorzugsweise durch Hoch- spannungs- oder Hochstromimpulse hervorgerufen. Ebenso können Lichtblitze als externe Belastungsquellen für die zu testenden Halbleiterbauelemente verwendet werden.The external load is preferably caused by high voltage or high current pulses. Flashes of light can also be used as external sources of stress for the semiconductor components to be tested.
Um zeitaufgelδste Interferenzbilder der Halbleiterbauelemente für einzelne Belastungsimpulse zu erhalten, werden vorzugsweise mehrere Lichtstrahlen vor, während und bzw. oder nach der Belastung ausgesandt und die entsprechenden Interferenzbilder detektiert. Durch Subtraktion der aus den Interferenzbildern extrahierbaren Phasenprofile vor der externen Belastung und während der externen Belastung kann ein mit der zeitabhängigen Änderung des Brechungsindex korrelierendes Phasenprofil ermittelt werden und es können somit interne physikalische Parameter der Halbleiterbauelemente, wie die Temperatur oder die Dichte der freien Ladungsträger, in Abhängigkeit der Zeit während eines einzelnen Belastungsimpulses abgebildet werden. Durch den externen Belastungsimpuls werden freie Ladungsträger und bzw. oder eine lokale Erwärmung im Halbleiterbauelement erzeugt .In order to obtain time-resolved interference images of the semiconductor components for individual load pulses, a plurality of light beams are preferably emitted before, during and / or after the load and the corresponding interference images are detected. By subtracting the phase profiles that can be extracted from the interference images before the external load and during the external load, a phase profile correlating with the time-dependent change in the refractive index can be determined, and internal physical parameters of the semiconductor components, such as the temperature or the density of the free charge carriers, can thus be determined Dependence of the time during a single load pulse can be mapped. The external load impulse generates free charge carriers and / or local heating in the semiconductor component.
Um ein zeitlich beliebiges Auftreten der externen Belastung zu ermöglichen, um beispielsweise zufällige Belastungen simulieren zu können, ist vorgesehen, dass die Belastung detektiert wird, und zumindest ein Lichtstrahl eine vordefinierte Zeit nach der Detektion der Belastung ausgelöst wird.In order to allow the external load to occur at any time, for example to be able to simulate random loads, it is provided that the load is detected and at least one light beam is triggered a predefined time after the load has been detected.
Zur Messung der Temperatur- oder Ladungsträgerdichte-Vertei- lung im Halbleiterbauelement während einer Belastung kann auch ein Lichtstrahl längerer Dauer zumindest während des belasteten Zustands ausgesandt werden und vor, während und bzw. oder nach des belasteten Zustands mehrere Interferenzbilder detektiert werden. Dies stellt eine Variante zur Verwendung mehrerer Lichtimpulse dar, wobei, beispielsweise mit Hilfe sogenannter "gegateter Detektionssysteme" , mehrere zeitlich aufeinander folgende Interferenzbilder aufgenommen werden können.For measuring the temperature or charge density distribution In the semiconductor component during a load, a light beam of longer duration can also be emitted at least during the loaded state and a plurality of interference images can be detected before, during and / or after the loaded state. This represents a variant of the use of several light pulses, it being possible, for example with the aid of so-called "gated detection systems", to record several successive interference images.
Zur Erhöhung der Qualität der Messdaten kann die Rückseite des Halbleiterbauelements vor dem optischen Testen poliert werden.To increase the quality of the measurement data, the back of the semiconductor component can be polished before optical testing.
Um mehrere zeitlich aufeinander folgende Interferenzbilder detektieren zu können, können die resultierenden interferierenden Lichtstrahlen aufgespaltet werden und die aufgespalteten Teilstrahlen von einzelnen Detektionssystemen aufgenommen werden. Damit können Interferenzbilder zu zwei oder mehreren Zeitpunkten von verschiedenen Detektionssystemen aufgenommen werden.In order to be able to detect a plurality of interference images which follow one another in time, the resulting interfering light beams can be split up and the split partial beams can be recorded by individual detection systems. Interference images can thus be recorded at two or more points in time by different detection systems.
Dabei kann das Detektionssystem in Abhängigkeit der ausgesandten Lichtstrahlen aktiviert werden und die ausgesandten Lichtstrahlen unterschiedliche Polarisation, vorzugsweise orthogonale Polarisation, oder unterschiedliche Wellenlänge aufweisen. Der Lichtstrahl kann dann in Abhängigkeit seiner Eigenschaften (Polarisation, Wellenlänge) aufgespaltet werden und durch eigene Detektionssysteme zu jedem Zeitsegment aufgenommen werden. Durch Vergleich der Interferenzbilder können die Informationen über das Verhalten des Halbleiterbauelements in Abhängigkeit der verschiedenen Belastungen gewonnen werden.The detection system can be activated as a function of the emitted light beams and the emitted light beams can have different polarization, preferably orthogonal polarization, or different wavelengths. The light beam can then be split as a function of its properties (polarization, wavelength) and recorded by means of its own detection systems for each time segment. The information about the behavior of the semiconductor component as a function of the various loads can be obtained by comparing the interference images.
Der Referenzstrahl kann anstelle an einem üblicherweise verwendeten Referenzspiegels auch an einem Referenzhalbleiterbauelement reflektiert werden, wobei das Referenzhalbleiterbauelement mit dem zu testenden Halbleiterbauelement identisch ist und während des Testverfahrens keiner externen Belastung ausgesetzt wird.The reference beam can also be reflected on a reference semiconductor component instead of on a commonly used reference mirror, wherein the reference semiconductor component is identical to the semiconductor component to be tested and is not exposed to any external load during the test method.
Wenn die Intensität des Referenzstrahls abgeschwächt wird, kann der Kontrast der Interferenzlinien im Interferenzbild optimiert werden.If the intensity of the reference beam is weakened, the contrast of the interference lines in the interference image can be optimized.
Wenn der reflektierte Referenzstrahl in seiner Lage verändert wird, beispielsweise durch Verkippen des Referenzspiegels, kann der Abstand der Interferenzlinien im Interferenz- bild eingestellt werden.If the position of the reflected reference beam is changed, for example by tilting the reference mirror, the distance of the interference lines in the interference picture can be adjusted.
Vorzugsweise werden die zeitlich hintereinander .aufgenommenen Interferenzbilder automatisch miteinander verglichen, so dass die Informationen über die gewünschten physikalischen Parameter des Halbleiterbauelements rasch gewonnen und analysiert werden können.The interference images recorded in time are preferably automatically compared with one another, so that the information about the desired physical parameters of the semiconductor component can be quickly obtained and analyzed.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Einrichtung zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen der angegebenen Art, welche möglichst einfach aufgebaut ist und zuverlässige Messungsergebnisse liefert.Another object of the invention is to provide a device for the optical testing of semiconductor components of the type specified, which is constructed as simply as possible and delivers reliable measurement results.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die Rückseite des Halbleiterbauelements dem Probenstrahl zugewandt ist, dass eine Belastungseinrichtung zum Aussenden einer externen Belastung für das Halbleiterbauelement vorgesehen ist, und dass weiters ein Speicher zum Speichern zumindest zweier in zeitlichen Abständen aufgenommenen Interferenzbildern und eine Einrichtung zum automatischen Vergleichen der Interferenzbilder vorgesehen ist. Durch diese Einrichtung wird die zeitaufgelöste Abbildung bestimmter physikalischer Parameter, wie der Temperatur oder der freien Ladungsträgerdichte, in Halbleiterbauelementen von der Chiprückseite her möglich. Durch die Belastungseinrichtung zum Aussenden einer externen Belastung für das Halbleiterbauelement, welche beispielsweise durch eine Hochspannungs- oder Hochstromquelle oder durch eine Lichtquelle zur Aussendung von starken Lichtblitzen gebildet sein kann, ist es möglich, insbesondere für die Fehleranalyse das Verhalten eines Halbleiterbauelements im Belastungsfall zu untersuchen. Zum Speichern der aufgenommenen Interferenzbilder und zur nachträglichen mathematischen Erfassung ist ein Speicher vorgesehen, der beispielsweise durch einen Videorecorder oder einen entsprechenden Rechner gebildet sein kann. Zum leichteren und rascheren Vergleich der zeitlich hintereinander aufgenommenen Interferenzbilder ist eine Einrichtung zum automatischen Vergleich der gespeicherten Interferenzbilder vorgesehen.This object is achieved in that the rear side of the semiconductor component faces the sample beam, that a load device is provided for transmitting an external load for the semiconductor component, and that a memory for storing at least two interference images recorded at time intervals and a device for automatic comparison are also provided the interference images is provided. This device enables the time-resolved mapping of certain physical parameters, such as the temperature or the free charge carrier density, in semiconductor components from the back of the chip. The load device for transmitting an external load for the semiconductor component, which can be formed, for example, by a high-voltage or high-current source or by a light source for emitting strong flashes of light, makes it possible to investigate the behavior of a semiconductor component in the event of a load, in particular for fault analysis. A memory is provided for storing the recorded interference images and for subsequent mathematical acquisition, which can be formed, for example, by a video recorder or a corresponding computer. A device for automatic comparison of the stored interference images is provided for easier and faster comparison of the interference images recorded in time.
Um möglichst das ganze zu testende Halbleiterbauelement mit einem einzigen Messdurchgang erfassen und analysieren zu können, ist vor der Lichtquelle vorzugsweise eine Einrichtung zur Adjustierung des Durchmessers des ausgesandten Lichtstrahls an das zu untersuchende Areal des Halbleiterbauelements angeordnet. Beispielsweise kann die Einrichtung durch einen Strahlaufweiter zur Vergrößerung des Durchmessers des ausgesandten Lichtstrahls oder ein Mikroskop zur Verkleinerung des Durchmessers des ausgesandten Lichtstrahls realisiert sein. Ein Strahlaufweiter wird beispielsweise durch die Anordnung von Linsen bestimmter Brennweite gebildet.In order to be able to record and analyze the entire semiconductor component to be tested with a single measurement pass, a device for adjusting the diameter of the emitted light beam to the area of the semiconductor component to be examined is preferably arranged in front of the light source. For example, the device can be expanded by a beam expander Enlargement of the diameter of the emitted light beam or a microscope to reduce the diameter of the emitted light beam can be realized. A beam expander is formed, for example, by the arrangement of lenses with a certain focal length.
Um eine Aufzeichnung der Interferenzbilder in Abhängigkeit zufällig auftretender Belastungsimpulse zu ermöglichen, ist die Belastungseinrichtung vorzugsweise mit einer Einrichtung zur Steuerung der Lichtquelle verbunden, welche das Aussenden von Lichtstrahlen und somit das Einleiten von Messungen am Halbleiterbauelement in zeitlicher Abhängigkeit des Belastungsimpulses steuern kann.In order to enable the interference images to be recorded as a function of randomly occurring load pulses, the load device is preferably connected to a device for controlling the light source, which can control the emission of light beams and thus the initiation of measurements on the semiconductor component as a function of the time of the load pulse.
Dabei kann die Steuereinrichtung eine Verzögerungseinrichtung beinhalten, so dass die Messung eine vorbestimmte Zeitspanne nach Einleitung des Belastungsimpulses ausgelöst werden kann.The control device can include a delay device so that the measurement can be triggered a predetermined time period after the introduction of the load pulse.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass das Detektionssystem einen Strahlteiler zum Aufspalten der Lichtstrahlen in einzelne Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Lichtparametern und zur Aufnahme der Bilder dieser einzelnen Lichtstrahlen jeweils eine Kamera aufweist.According to a further feature of the invention, it is provided that the detection system has a beam splitter for splitting the light beams into individual light beams with different light parameters and for recording the images of these individual light beams.
Zur Unterscheidung der ausgesandten Lichtstrahlen bei der Verwendung mehrerer Kameras kann der Strahlteiler eine Polarisationseinrichtung zum Aufspalten der Lichtstrahlen in einzelne Lichtstrahlen mit unterschiedlicher Polarisation aufweisen.To differentiate the emitted light beams when using several cameras, the beam splitter can have a polarization device for splitting the light beams into individual light beams with different polarization.
Ebenso kann der Strahlteiler dikroide Strahlteiler zum Aufspalten der Lichtstrahlen in einzelne Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen aufweisen.The beam splitter can also have dicroid beam splitters for splitting the light beams into individual light beams with different wavelengths.
Zur Verbesserung der Messergebnisse kann vor dem Halbleiterbauelement ein Kollimator zur Parallelisierung des Probenstrahls angeordnet sein.To improve the measurement results, a collimator for parallelizing the sample beam can be arranged in front of the semiconductor component.
Zur Optimierung des Kontrasts der Interferenzlinien im resultierenden Interferenzbild kann im Gang des Referenzstrahls ein Abschwächer angeordnet werden.To optimize the contrast of the interference lines in the resulting interference image, an attenuator can be arranged in the path of the reference beam.
Durch Vorsehen einer Einrichtung zur Veränderung der Lage des reflektierten Referenzstrahls, welche durch eine Einrichtung zum leichten Verkippen des Referenzspiegels gebildet werden kann, ist es möglich, den Abstand der Interferenzlinien im Interferenzbild einzustellen.By providing a device for changing the position of the reflected reference beam, which can be formed by a device for slightly tilting the reference mirror, it is possible to set the distance between the interference lines in the interference image.
Die Einrichtung zum automatischen Vergleichen der gespei- cherten Interferenzbilder kann durch einen entsprechenden Rechner gebildet sein.The device for automatic comparison of the stored interference images can be formed by an appropriate computer.
Vorzugsweise ist die Lichtquelle eines monochromatischen Lichtstrahls durch einen Laser gebildet.The light source of a monochromatic light beam is preferably formed by a laser.
Die Detektionseinrichtung kann beispielsweise eine Vidicon- oder CCD-Kamera oder auch einen zweidimensionalen Multielement- Detektor beinhalten. Zur geeigneten Detektion zweidimensionaler Interferenzbilder eignen sich auch Detektor-Arrays .The detection device can include, for example, a Vidicon or CCD camera or a two-dimensional multi-element detector. Detector arrays are also suitable for the suitable detection of two-dimensional interference images.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert .The invention is explained in more detail below with the aid of the attached figures.
Dabei zeigenShow
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen;1 shows a block diagram of a device for the optical testing of semiconductor components;
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement, welches von Lichtstrahlen durchdrungen wird;2 shows a schematic cross section through a semiconductor component which is penetrated by light rays;
Fig. 3a eine Draufsicht auf ein Halbleiterbauelement mit einer Oberflächen-Morphologie auf der Vorderseite;3a shows a plan view of a semiconductor component with a surface morphology on the front;
Fig. 3b einen Schnitt durch das Halbleiterbauelement gemäß Fig. 3a entlang der Schnittlinie III-III;3b shows a section through the semiconductor component according to FIG. 3a along the section line III-III;
Fig. 3c die optische Phasenverschiebung längs der Schnittlinie III-III in Abbildung 3a, welche durch die Morphologie der Vorderseite des Halbleiterbauelements verursacht wird;3c shows the optical phase shift along the section line III-III in FIG. 3a, which is caused by the morphology of the front side of the semiconductor component;
Fig. 3d den Verlauf des Brechungsindex längs der Schnittlinie III-III im belasteten Zustand undFig. 3d shows the course of the refractive index along the section line III-III in the loaded state and
Fig. 3e den Verlauf der optischen Phasenverschiebung längs der Schnittlinie III-III im Halbleiterbauelement, welche durch den kombinierten Effekt der Oberflächen-Morphologie auf der Vorderseite des Halbleiterbauelements und durch die Änderung des Brechungsindex im Bauelement verursacht wird;3e shows the course of the optical phase shift along the section line III-III in the semiconductor component, which is caused by the combined effect of the surface morphology on the front side of the semiconductor component and by the change in the refractive index in the component;
Fig. 4a an ein Beispiel für ein Interferenzbild des Halbleiterbauelements, welches durch die Morphologie des Bauelements und durch den Verlauf des Brechungsindex im unbelasteten Fall entsprechend Fig. 3a verursacht wird und4a shows an example of an interference image of the semiconductor component, which is caused by the morphology of the component and by the course of the refractive index in the unloaded case according to FIG. 3a and
Fig. 4b den Verlauf der Lichtintensität längs der Linie IV- IV in Abbildung 4a;4b shows the course of the light intensity along the line IV-IV in FIG. 4a;
Fig. 5a das Beispiel für ein Interferenzbild eines Halbleiterbauelements mit Einfluss der Oberflächenmorphologie und den Verlauf des Brechungsindex im angeregten Zustand entsprechend den Fig. 3a und 3e sowie5a shows the example of an interference image of a semiconductor component with the influence of the surface morphology and the course of the refractive index in the excited state in accordance with FIGS. 3a and 3e and
Fig. 5b den Verlauf der Lichtintensität längs der Linie V-V in Fig . 5a;5b shows the course of the light intensity along the line VV in Fig. 5a;
Fig. 6a ein Beispiel für ein Interferenzbild eines Halbleiterbauelements mit Einfluss der Oberflächen-Morphologie und des Verlaufs des Brechungsindex im unbelasteten Zustand und6a shows an example of an interference image of a semiconductor component with the influence of the surface morphology and the course of the refractive index in the unloaded state and
Fig. 6b das Interferenzbild gemäß Abbildung 6a mit Einfluss der Oberflächen-Morphologie und des Verlaufs des Brechungsindex im angeregten Zustand;6b shows the interference image according to FIG. 6a with the influence of the surface morphology and the course of the refractive index in the excited state;
Fig. 7 die schematischen Zeitverläufe der Signale während der Anwendung des Verfahrens zum optischen Testen eines Halbleiterbauelements unter Belastung;7 shows the schematic time profiles of the signals during the application of the method for the optical testing of a semiconductor component under load;
Fig. 8 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Einrichtung zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen;8 shows a simplified block diagram of a device for optical testing of semiconductor components;
Fig. 9 eine Variante einer Einrichtung zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen;9 shows a variant of a device for the optical testing of semiconductor components;
Fig. 10 die schematischen Zeitverläufe der Signale während der Messung mit einer Einrichtung gemäß Fig. 9;10 shows the schematic time profiles of the signals during the measurement with a device according to FIG. 9;
Fig. 11 das Blockschaltbild einer Einrichtung zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen unter Verwendung zweier Detektionssysteme;11 shows the block diagram of a device for optical testing of semiconductor components using two detection systems;
Fig. 12 die schematischen Zeitverläufe des Belastungs- impulses und der Lichtimpulse während der Durchführung des Verfahrens mit einer Einrichtung gemäß Fig. 11;12 shows the schematic time profiles of the load pulse and the light pulses during the implementation of the method with a device according to FIG. 11;
Fig. 13 eine Variante einer Testeinrichtung unter Verwendung von Lichtstrahlen verschiedener Polarisation;13 shows a variant of a test device using light beams of different polarization;
Fig. 14 eine Variante einer Testeinrichtung unter Verwendung zweier Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge;14 shows a variant of a test device using two light sources of different wavelengths;
Fig. 15 eine weitere Variante einer Testeinrichtung unter Verwendung einer Lichtquelle in Langpulsbetrieb und eines zeitlich gesteuerten Detektionssystems; und15 shows a further variant of a test device using a light source in long-pulse operation and a time-controlled detection system; and
Fig. 16 ein Schema der zeitlichen Abfolge der Signale bei einer Messung mit Hilfe der Einrichtung gemäß Fig. 15.16 shows a diagram of the temporal sequence of the signals during a measurement with the aid of the device according to FIG. 15.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Einrichtung zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen unter Verwendung eines optischen Interferenzsystems. Die Einrichtung besteht aus zumindest einer Lichtquelle 1 zur Aussendung eines monochromatischen Lichtstrahls 2 mit einer Wellenlänge λ, welche für das Material des dazu testenden Halbleiterbauelements 12 zumindest teilweise transparent ist. Der ausgesandte monochromatische Lichtstrahl 2 kann einen Strahlaufweiter 5 passieren, welcher beispielsweise aus entsprechend angeordneten Linsen 3 und 4 bestehen kann und zur Vergrößerung des Strahl- durchmessers des Lichtstrahls 2 dient. Der ausgesandte monochromatische Lichtstrahl 2 wird in einem Strahlteiler 8 in einen Probenstrahl 16 und einen Referenzstrahl 15 geteilt. Der Probenstrahl 16 wird auf die Rückseite 18 des Halbleiterbauelements 12 gerichtet und durchdringt das Halbleiterbauelement 12 und wird an seiner Vorderseite 23 reflektiert, worauf dieser noch einmal das Halbleiterbauelement 12 passiert und an der Rückseite 18 des Halbleiterbauelements 12 der reflektierte Lichtstrahl 20 austritt. Der Probenstrahl 16 kann einen Kollimator 10 durchlaufen, welcher beispielsweise aus einer Linse 9 und einem Objektiv 11 besteht. Die Rückseite 18 des Halbleiterbauelements 12 kann auf optische Qualität poliert sein. Der vom Halbleiterbauelement 12 reflektierte Lichtstrahl 20 enthält die Information über die räumliche Verteilung der Phasenverschiebung, welche durch die Modulation des Brechungsindex n im Halbleiterbauelement 12 und durch die Morphologie auf der Vorderseite 23 des Halbleiterbauelements 12 verursacht wird. Wenn der Brechungsindex n im Halbleiterbauelement 12 auch einer zeitlichen Änderung unterworfen ist, enthält der reflektierte Lichtstrahl 20 ebenfalls die Information über die zeitliche Entwicklung des Brechungsindex n innerhalb des Halbleiterbauelements 12. Der Durchmesser des auf das Halbleiterbauelement 12 auftreffenden Probenstrahls 16 hängt vom Durchmesser des ausgesandten Lichtstrahls 2 ab und kann durch den Strahlaufweiter 5 und den allfälligen Kollimator 10 eingestellt werden. Das Halbleiterbauelement 12 kann auf einem Tisch 13 angeordnet werden, welcher in verschiedene Richtung bewegt werden kann. Der vom Halbleiterbauelement 12 reflektierte Lichtstrahl 20, wird am Strahlteiler 8 reflektiert und auf das Detektionssystem 41 gerichtet. Der Referenzstrahl 15 wird von einem Referenzspiegel 24 reflektiert und produziert den Lichtstrahl 25, der ebenfalls den Strahlteiler 8 passiert und auf das Detektionssystem 41 auftrifft. Durch die Überlagerung des vom Halbleiterbauelement 12 reflektierten Lichtstrahls 20 und den am Referenzspiegel 24 reflektierten Lichtstrahl 25 wird ein Interferenzbild erzeugt, welches durch beispielsweise eine Kamera 22 mit vorgeschalteter Linse 27 des Detektionssystems 41 betrachtet und aufgezeichnet werden kann. Die Lage der Interfe- renzmaxima und -minima im Interferenzbild hängt von der räumlichen Verteilung der optischen Weglängendifferenz (phase) zwischen dem Referenzstrahl 15 und dem Probenstrahl 16 ab. Durch die Anordnung eines Abschwächers 26 zwischen dem Referenzspiegel 24 und dem Strahlteiler 8 kann eine Optimierung des Kontrasts der Interferenzlinien im Interferenzbild erfolgen. Durch Kippen des Referenzspiegels 24 kann der Abstand der Interferenzlinien im Interferenzbild eingestellt werden. Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen 12 verwendet ein Michelson-ähnliches Interferometer. Es können aber auch andere Typen eines Interferometers (beispielsweise Mireau oder Linie) eingesetzt werden, um ein Interferenzbild des Halbleiterbauelements 12 zu erzeugen. Ein Interferenzbild kann in der Kamera 22 des Detektionssystems 41 beobachtet werden, wenn der Unterschied in den optischen Weglängen des Probenstrahls 16 und des ReferenzStrahls 15 innerhalb der Kohärenzlänge LCθh der verwendeten Lichtquelle 1 liegt.1 shows a block diagram of an embodiment of a device for the optical testing of semiconductor components using an optical interference system. The device consists of at least one light source 1 for emitting a monochromatic light beam 2 with a wavelength λ, which is at least partially transparent to the material of the semiconductor component 12 to be tested. The emitted monochromatic light beam 2 can pass through a beam expander 5 which, for example, consists of appropriately arranged ones Lenses 3 and 4 can exist and serve to enlarge the beam diameter of the light beam 2. The emitted monochromatic light beam 2 is split in a beam splitter 8 into a sample beam 16 and a reference beam 15. The sample beam 16 is directed onto the rear side 18 of the semiconductor component 12 and penetrates the semiconductor component 12 and is reflected on its front side 23, whereupon it passes the semiconductor component 12 again and the reflected light beam 20 emerges on the rear side 18 of the semiconductor component 12. The sample beam 16 can pass through a collimator 10, which consists for example of a lens 9 and an objective 11. The rear side 18 of the semiconductor component 12 can be polished to optical quality. The light beam 20 reflected by the semiconductor component 12 contains the information about the spatial distribution of the phase shift, which is caused by the modulation of the refractive index n in the semiconductor component 12 and by the morphology on the front side 23 of the semiconductor component 12. If the refractive index n in the semiconductor component 12 is also subjected to a change over time, the reflected light beam 20 also contains the information about the temporal development of the refractive index n within the semiconductor component 12. The diameter of the sample beam 16 impinging on the semiconductor component 12 depends on the diameter of the emitted light beam 2 and can be adjusted by the beam expander 5 and the possible collimator 10. The semiconductor component 12 can be arranged on a table 13, which can be moved in different directions. The light beam 20 reflected by the semiconductor component 12 is reflected on the beam splitter 8 and directed onto the detection system 41. The reference beam 15 is reflected by a reference mirror 24 and produces the light beam 25, which also passes through the beam splitter 8 and strikes the detection system 41. The interference of the light beam 20 reflected by the semiconductor component 12 and the light beam 25 reflected on the reference mirror 24 produces an interference image which can be viewed and recorded, for example, by a camera 22 with an upstream lens 27 of the detection system 41. The position of the interference maxima and minima in the interference image depends on the spatial distribution of the optical path length difference (phase) between the reference beam 15 and the sample beam 16. By arranging an attenuator 26 between the reference mirror 24 and the beam splitter 8, the contrast of the interference lines in the interference image can be optimized. The distance of the interference lines in the interference image can be set by tilting the reference mirror 24. The device for optical testing of semiconductor components 12 shown in FIG. 1 uses a Michelson-like interferometer. However, other types of an interferometer (for example Mireau or line) can also be used to generate an interference image of the semiconductor component 12. An interference image can be observed in the camera 22 of the detection system 41 if the difference in the optical path lengths of the sample beam 16 and the reference beam 15 lies within the coherence length L Cθ h of the light source 1 used.
Fig. 2 zeigt eine detaillierte Darstellung der Lichtwege in einem Halbleiterbauelement 12 mit der Dicke L im Querschnitt, wobei ein auf die Rückseite 18 des Halbleiterbauelements 12 auftreffender Lichtstrahl 16 eingezeichnet ist. Innerhalb des Halbleiterbauelements 12 ist ein Bereich 17 eingezeichnet, in dem eine Änderung des Brechungsindex n beispielsweise durch einen externen Belastungsimpuls hervorgerufen wurde. An der Vorderseite 23 des Halbleiterbauelements 12 ist eine Änderung in der Oberflächenmorphologie skizziert. Der auf die Rückseite 18 des Halbleiterbauelements 12 auftreffende Lichtstrahl 16 wird in einen in das Halbleiterbauelement 12 eindringenden Lichtstrahl 30 und einen an der Rückseite 18 reflektierten Lichtstrahl 31 geteilt. Der eindringende Lichtstrahl 30 wird an der Vorderseite 23 des Halbleiterbauelements 12 reflektiert. Dieser reflektierte Lichtstrahl 32 passiert das Halbleiterbauelement 12 erneut und dringt zum Teil durch die Rückseite 18 nach außen aus und bildet den Lichtstrahl 33, wird aber zum Teil an der Rückseite 18 des Halbleiterbauelements 12 reflektiert, worauf ein Lichtstrahl 34 wiederum in Richtung der Vorderseite 23 das Halbleiterbauelement 12 durchdringt. An der Vorderseite 23 des Halbleiterbauelements 12 wird dieser Lichtstrahl 34 wiederum reflektiert und bildet einen Lichtstrahl 35, der zum Teil aus dem Halbleiterbauelement 12 austritt (Lichtstrahl 36) und zum Teil erneut an der Rückseite 18 des Halbleiterbauelements 12 reflektiert wird (Lichtstrahl 37) usw. Dieser Vorgang ist in der Optik als Mehrfachreflexion bekannt. Der vom Halbleiterbauelement 12 reflektierte Lichtstrahl ist daher eine komplizierte Summe von Beiträgen der Lichtstrahlen 31, 33 und 36 gemäß Fig. 2. Die räumliche Verteilung der Phase und der Intensität im reflektierten Strahl ist durch die Morphologie und Reflektivitat an der Vorderseite 23 und durch die Variation des Brechungsindex n im Gebiet 17 und durch die Absorption im Substrat des Halbleiterbauelements 12 und durch die Reflektivitat der Rückseite 18 und der Dicke L des Substrats des Halbleiterbauelements 12 bestimmt. Dies ergibt eine sehr komplizierte Funktion.2 shows a detailed illustration of the light paths in a semiconductor component 12 with the thickness L in cross section, a light beam 16 striking the rear side 18 of the semiconductor component 12 being shown. A region 17 is drawn within the semiconductor component 12, in which a change in the refractive index n was caused, for example, by an external load pulse. A change in the surface morphology is outlined on the front side 23 of the semiconductor component 12. The light beam 16 incident on the rear side 18 of the semiconductor component 12 is divided into a light beam 30 penetrating into the semiconductor component 12 and a light beam 31 reflected on the rear side 18. The penetrating light beam 30 is reflected on the front side 23 of the semiconductor component 12. This reflected light beam 32 passes through the semiconductor component 12 again and partly penetrates outward through the rear side 18 and forms the light beam 33, but is partly reflected on the rear side 18 of the semiconductor component 12, whereupon a light beam 34 in turn in the direction of the front side 23 Semiconductor component 12 penetrates. This light beam 34 is in turn reflected on the front side 23 of the semiconductor component 12 and forms a light beam 35 which partly emerges from the semiconductor component 12 (light beam 36) and partly is reflected again on the rear side 18 of the semiconductor component 12 (light beam 37) etc. This process is in the optics as multiple reflection known. The light beam reflected by the semiconductor component 12 is therefore a complicated sum of contributions from the light beams 31, 33 and 36 according to FIG. 2. The spatial distribution of the phase and the intensity in the reflected beam is due to the morphology and reflectivity on the front side 23 and the variation of the refractive index n in the region 17 and by the absorption in the substrate of the semiconductor component 12 and by the reflectivity of the rear side 18 and the thickness L of the substrate of the semiconductor component 12. This results in a very complicated function.
Ein zentraler Aspekt der Erfindung ist es, den Einfluss der Reflektivitat der Rückseite 18 des Halbleiterbauelements 12 zu eliminieren, und es dadurch zu ermöglichen die gemessene Phasenverschiebung direkt mit der Änderung des Brechungsindex im Bereich 17 in Beziehung zu setzen. Dies kann entweder durch Aufbringen einer Antireflexionsbeschichtung auf der Rückseite 18 oder durch die Verwendung von Licht mit einer genau gewählten Kohärenzlänge für die Erzeugung des Interferenzbilds erzielt werden. Das Aufbringen einer Antireflexionsbeschichtung ist schwierig und für eine industrielle Anwendung der Methode zu umständlich. Für quantitative Aussagen bei der optischen Untersuchung von Halbleiterbauelementen werden vorzugsweise Lichtstrahlen 2 mit einer Kohärenzlänge LCθh verwendet, welche geringer ist als die optische Weglänge 2-L-n des zu testenden Halbleiterbauelements 12, wobei L die Dicke und n der mittlere Brechungsindex des Materials des Halbleiterbauelements 12 ist. Weiters wird vorzugsweise eine Wellenlänge λ des von der Lichtquelle 1 ausgesandten Lichtstrahls 2 gewählt, so dass die Energie der Photonen geringer ist als der Bandabstand des Materials des Halbleiterbauelements 12. Die Intensität des reflektierten Strahls 20 muss groß genug sein, um von der Kamera 22 detektiert zu werden. Für Silizium zum Beispiel kann die Wellenlänge im Bereich l,lμm-2μm liegen, für Gallium-Arsenid im Bereich 980nm-l,5μm. Für Silizium liegt die optimale Wellenlänge bei l,3μm bis l,5μm, da dies weit von der Absorptionskante entfernt ist und die Band-zu-Band Absorption auch bei höheren Temperaturen (500-700K) vernachlässigt werden kann, was die Aufnahme von Interferenzbildern bei diesen Temperaturen ohne störende Absorption möglich macht. Die Verwendung noch längerer Lichtwellenlängen ist nicht sinnvoll, da die räumliche Auflösung vermindert wird und die Absorption durch freie Ladungsträger erhöht wird. Da die optische Weglängendifferenz durch die Änderung des Brechungsindex im Gebiet 17 des Halbleiterbauelements 12 in der Größenordnung mehrerer Lichtweilenlängen liegt, sollte die Kohärenzlänge Lθh der verwendeten Lichtquelle größer als einige Wellenlängen λ sein. Deshalb muss eine Laserlichtquelle verwendet werden. Um ein Interferenzbild zu erzeugen, welches nur vom Lichtstrahl 33 gemäß Fig. 2 erzeugt wird und vom zweifachen Durchgang durch das Halbleiterbauelement 12 herrührt, muss die Kohärenzlänge der verwendeten Laserlichtquelle kürzer sein als die optische Weglänge 2 • L • n im Bauelement 12, wobei L die Substratdicke und n der Brechungsindex des Materials des Halbleiterbauelements 12 ist. Unter diesen Voraussetzungen werden die mehrfach reflektierten Strahlen, wie zum Beispiel 31 und 36 (aus Fig. 2) , nicht mit dem reflektierten Referenzstrahl 25 (siehe Fig. 1) interferieren können. Der von der Rückseite 18 des Halbleiterbauelements 12 reflektierte Strahl 31 wird daher lediglich den Hintergrund des Interferenzbilds aufhellen und damit den Kontrast der Interferenzlinien (die Sichtbarkeit des Interferenzbilds) geringfügig vermindern. Die weiteren reflektierten Strahlen, wie zum Beispiel der Strahl 36, resultieren aus einer vierfachen (und mehrfachen) Passage des Lichts durch das Halbleiterbauelement 12. Aufgrund der geringen Intensität dieser Strahlen tragen diese nur mehr als Hintergrund zum Nutzbild bei. Es sei angemerkt, dass bei einer sehr viel größeren Kohärenzlänge LCθh>>2Ln das Interferenzbild des Bauelements sehr viel komplexer und damit weniger leicht interpretierbar wird, da die Phasenverschiebung nicht nur mehr durch die Temperatur im Halbleiterbauelement 12 sondern auch durch die Abmessung L des Halbleiterbauelements 12 bestimmt wird. Eine weitere Anforderung für die Lichtquelle 1 ist eine ausreichende räumliche Kohärenz um ein Interferenzbild mit hohem Kontrast im gesamten Bildfeldbereich zu erzeugen.A central aspect of the invention is to eliminate the influence of the reflectivity of the rear side 18 of the semiconductor component 12, thereby making it possible to directly relate the measured phase shift to the change in the refractive index in the region 17. This can be achieved either by applying an anti-reflective coating on the rear side 18 or by using light with a precisely selected coherence length for the generation of the interference image. The application of an anti-reflection coating is difficult and too cumbersome for an industrial application of the method. For quantitative statements in the optical examination of semiconductor components, light beams 2 with a coherence length L Cθ h, which is less than the optical path length 2-Ln of the semiconductor component 12 to be tested, are preferably used, where L is the thickness and n is the average refractive index of the material of the semiconductor component 12 is. Furthermore, a wavelength λ of the light beam 2 emitted by the light source 1 is preferably selected so that the energy of the photons is less than the bandgap of the material of the semiconductor component 12. The intensity of the reflected beam 20 must be large enough to be detected by the camera 22 to become. For silicon, for example, the wavelength can be in the range l, lμm-2μm, for gallium arsenide in the range 980nm-1, 5μm. For silicon, the optimal wavelength is 1.3 to 1.5 μm, since this is far from the absorption edge and the band-to-band absorption can also be neglected at higher temperatures (500-700K), which helps to record interference images makes these temperatures possible without disturbing absorption. The use of even longer light wavelengths does not make sense, since the spatial resolution is reduced and the absorption by free charge carriers is increased. Since the optical path length difference due to the change in the refractive index in the region 17 of the semiconductor component 12 is of the order of magnitude of several light wavelengths, the coherence length L θ h of the light source used should be greater than a few wavelengths λ. Therefore a laser light source must be used. In order to generate an interference image which is only generated by the light beam 33 according to FIG. 2 and results from the double passage through the semiconductor component 12, the coherence length of the laser light source used must be shorter than the optical path length 2 • L • n in the component 12, where L is the substrate thickness and n is the refractive index of the material of the semiconductor device 12. Under these conditions, the multiply reflected beams, such as 31 and 36 (from FIG. 2), will not be able to interfere with the reflected reference beam 25 (see FIG. 1). The beam 31 reflected by the rear side 18 of the semiconductor component 12 will therefore only brighten the background of the interference image and thus slightly reduce the contrast of the interference lines (the visibility of the interference image). The further reflected beams, such as beam 36, result from a fourfold (and multiple) passage of light through the semiconductor component 12. Because of the low intensity of these beams, they only contribute to the useful image as a background. It should be noted that with a much larger coherence length L Cθ h >> 2Ln, the interference pattern of the component becomes much more complex and therefore less easy to interpret, since the phase shift is not only due to the temperature in the semiconductor component 12 but also due to the dimension L des Semiconductor component 12 is determined. A further requirement for the light source 1 is sufficient spatial coherence to generate an interference image with high contrast in the entire image field area.
Die Beziehung des räumlichen Profils des Bereichs 17 innerhalb des Halbleiterbauelements 12 mit der Änderung im Brechungsindex und der Morphologie der Vorderseite 23 des Halbleiterbauelements 12 wird anhand der Fig. 3a bis 3e erläutert. Die Fig. 3a und 3b repräsentieren ein Beispiel für die laterale Ansicht und einen Querschnitt durch ein Bauelement 12. Im Bereich 51 befindet sich eine Stufe im Halbleiterbauelement 12, welche eine Verlängerung des optischen Weges verglichen mit den anderen Bereichen verursacht. Die Fig. 3c zeigt das durch diese optische Weglängendifferenz verursachte Profil der Phasenverschiebung in einem Bauelement 12, welches sich im unerregten Zustand befindet. Die Phasenverschiebung im Bereich 51 ist größer als in den übrigen Bereichen entlang der Schnittlinie III-III gemäß Fig. 3a. Ein Beispiel für einen Bereich mit einer Variation des Brechungsindex ist in der lateralen Ansicht und im Querschnitt in den Fig. 3a und 3b mit 52 und 54 bezeichnet. Ein Beispiel für das Profil des Brechungsindex längs der Linie 58 in Fig. 3b, wenn sich das Bauelement 12 im belasteten Zustand befindet, ist in Fig. 3d gezeigt. Anstelle des absoluten Brechungsindex kann auch der relative Brechungsindex bzw. die Brechungsindexänderung dargestellt werden. In diesem Beispiel ist die Änderung des Brechungsindex, unter der Annahme einer Temperaturerhöhung, in den Bereichen 52, 54 positiv. Das Profil der Phasenverschiebung, hervorgerufen durch die Oberflächenmorphologie von der Vorderseite 23 des Bauelements 12 und die Brechungsindexänderung im Bereich 54 im belasteten Zustand ist in Fig. 3e gezeigt.The relationship of the spatial profile of the region 17 within the semiconductor component 12 with the change in the refractive index and the morphology of the front side 23 of the semiconductor component 12 is explained with reference to FIGS. 3a to 3e. 3a and 3b represent an example of the lateral view and a cross section through a component 12. In the area 51 there is a step in the semiconductor component 12, which causes an extension of the optical path compared to the other areas. 3c shows the profile of the phase shift caused by this optical path length difference in a component 12 which is in the de-energized state. The phase shift in the area 51 is greater than in the other areas along the section line III-III according to FIG. 3a. An example of a region with a variation in the refractive index is denoted by 52 and 54 in the lateral view and in cross section in FIGS. 3a and 3b. An example of the profile of the refractive index along line 58 in FIG. 3b when component 12 is in the loaded state is shown in FIG. 3d. Instead of the absolute refractive index, the relative refractive index or the change in refractive index can also be displayed. In this example, the change in the refractive index, assuming a temperature increase, is positive in the areas 52, 54. The profile of the phase shift, caused by the surface morphology from the front side 23 of the component 12 and the refractive index change in the region 54 in the loaded state, is shown in FIG. 3e.
Die Fig. 4a und 5a zeigen illustrative Beispiele für zweidimensionale Interferenzbilder des Halbleiterbauelements 12 im unbelasteten bzw. im belasteten Zustand, mit der selben Struktur, Oberflächenmorphologie und Brechungsindexprofil wie in Fig. 3a und 3b. Dabei ist der Referenzspiegel 24 senkrecht auf den Referenzstrahl 15 (siehe Fig. 1) ausgerichtet, so dass ein einziger, unendlich ausgedehnter Interferenzstreifen entsteht. Die entsprechenden Lichtintensitätsprofile längs der Linien IV- IV in den Fig. 4a und V-V in Fig. 5a sind in den Fig. 4b bzw. 5b wiedergegeben. Der Kontrastunterschied zwischen den Gebieten 64 und 65 in Fig. 4a entsteht durch die optische Weglängendifferenz zwischen dem Bereich 51 und dem übrigen Bereich des Halbleiterbauelements 12 gemäß Fig. 3b. Das Interferenzbild des Bauelements 12 im belasteten Zustand in Fig. 5a zeigt zusätzliche Interferenzmaxima und -minima, welche durch die Brechungsindexänderung im Bereich 66 (in diesem Fall Erhöhung des Brechungsindex, siehe Fig. 3d) entstehen. Es sei bemerkt, dass der kürzeste Abstand zwischen zwei Interferenzmaxima (oder -minima) einem Phasenunterschied von 2π entspricht .4a and 5a show illustrative examples of two-dimensional interference images of the semiconductor component 12 in the unloaded or in the loaded state, with the same structure, surface morphology and refractive index profile as in FIGS. 3a and 3b. The reference mirror 24 is oriented perpendicular to the reference beam 15 (see FIG. 1), so that a single, infinitely extended interference fringe arises. The corresponding light intensity profiles along lines IV-IV in FIGS. 4a and V-V in FIG. 5a are shown in FIGS. 4b and 5b. The contrast difference between the regions 64 and 65 in FIG. 4a arises from the optical path length difference between the region 51 and the remaining region of the semiconductor component 12 according to FIG. 3b. The interference image of the component 12 in the loaded state in FIG. 5a shows additional interference maxima and minima which result from the change in the refractive index in the region 66 (in this case increase in the refractive index, see FIG. 3d). It should be noted that the shortest distance between two interference maxima (or minima) corresponds to a phase difference of 2π.
In einigen Fällen ist es für die Auswertung der Phasenver- Schiebung von Vorteil, wenn das Interferenzbild Interferenzstreifen aufweist. Solche Bilder eignen sich besonders für die computerunterstützte Auswertung der Phasenverschiebung mit sogenannten "Fast Fourier Transform" (FFT) Algorithmen. Die Interferenzstreifen können durch ein leichtes Verkippen des Referenzspiegels 24 erzeugt werden, so dass die Lichtstrahlen 20 und 25 zwischen dem Strahlteiler 8 und der Detektionseinheit 41 (in Fig. 1) nicht mehr parallel sind. Das erzeugt einen Phasengradienten, durch welchen Interferenzmaxima und -minima, Interferenzstreifen genannt, entstehen. Der Abstand und die Ausrichtung der Interferenzstreifen hängt vom Kippwinkel des Referenzspiegels 24 gegenüber dem Referenzstrahl 15 ab. Beispiele für Interferenzbilder mit Interferenzstreifen, wie sie in einem Halbleiterbauelement 12 auftreten, das die selbe Morphologie und Brechungsindexänderung aufweist, wie das in Fig. 3a und 3b gezeigt, sind für den unbelasteten und belasteten Zustand in den Fig. 6a und 6b schematisch abgebildet. Im unbelasteten Zustand sind die Interferenzstreifen im Bereich 67 wegen der optischen Weglängendifferenz zwischen den Bereichen 51 und den übrigen Bereichen (in Fig. 3) verschoben. Für den belasteten Zustand werden die Interferenzstreifen zusätzlich im Bereich 68, durch die angenommene Änderung des Brechungsindex (wie in Fig. 3d gezeigt) , deformiert und verschoben.In some cases it is necessary to evaluate the phase Shifting is advantageous if the interference image has interference fringes. Such images are particularly suitable for computer-aided evaluation of the phase shift using so-called "Fast Fourier Transform" (FFT) algorithms. The interference fringes can be generated by slightly tilting the reference mirror 24 so that the light beams 20 and 25 are no longer parallel between the beam splitter 8 and the detection unit 41 (in FIG. 1). This creates a phase gradient through which interference maxima and minima, called interference fringes, arise. The distance and the orientation of the interference fringes depend on the tilt angle of the reference mirror 24 with respect to the reference beam 15. Examples of interference images with interference fringes, as they occur in a semiconductor component 12 that has the same morphology and refractive index change as that shown in FIGS. 3a and 3b, are shown schematically for the unloaded and loaded state in FIGS. 6a and 6b. In the unloaded state, the interference fringes in region 67 are shifted because of the optical path length difference between regions 51 and the other regions (in FIG. 3). For the stressed state, the interference fringes are additionally deformed and displaced in the region 68 by the assumed change in the refractive index (as shown in FIG. 3d).
Eine Methode um die Phasenverschiebung aus dem Interferenz- bild zu erhalten, ist die Durchführung einer zweidimensionalen Fourieranalyse des Interferenzmusters, wie in den Fig. 6a und 6b dargestellt und die Extraktion der Phasenverteilung aus deren Ergebnis. Eine weitere Methode ist es, die Phasenverschiebung direkt aus der räumlichen Verschiebung der Interferenzstreifen zu gewinnen. Beide Methoden sind bekannte Verfahren in der Verarbeitung von Interferenzbildern.One method for obtaining the phase shift from the interference image is to carry out a two-dimensional Fourier analysis of the interference pattern, as shown in FIGS. 6a and 6b, and to extract the phase distribution from the result. Another method is to obtain the phase shift directly from the spatial shift of the interference fringes. Both methods are known methods in the processing of interference images.
Fig. 7 zeigt die schematischen Zeitabläufe bei der Durchführung des Verfahrens zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen 12, bei dem ein Interferenzbild eines Halbleiterbauelements 12, das durch einen kurzen Belastungsimpuls angeregt wurde, erzeugt wird. Gemäß Fig. 7 wird das zu testende Halbleiterbauelement 12 über die Zeit T einer Belastung in Form eines Belastungsimpulses 70 ausgesetzt. Übliche Zeiten T für den Belastungsimpuls 70 betragen zwischen 10ns und 100ns, es können aber auch längere Impulse angewendet werden. Der Belas- tungsimpuls 70 kann zur Simulation von plötzlichen Belastungen zeitlich zufällig erfolgen oder durch ein externes Auslösesignal gesteuert werden. Nach der Detektion des Beginns des Belastungsimpulses 70 wird vorzugsweise nach einer bestimmten Zeitspanne tD die Aussendung eines Lichtimpulses 71 mit der Dauer tp ausgelöst, worauf die Aufnahme eines Interferenzbildes des Halbleiterbauelements 12 im belasteten Zustand für ein bestimmtes Zeitfenster, welches durch die Länge tp des ausgesandten Lichtstrahls 71 und die Verzögerungszeit tD bestimmt ist, erfolgt. Darüber hinaus wird ein Interferenzbild des Halbleiterbauelements 12 im Ausgangszustand, also im unbelasteten Zustand, erzeugt und gespeichert. Durch die Differenz der Phasenverschiebung in den Interferenzbildern, für den unbelasteten und den belasteten Zustand kann der Einfluss des Belastungsimpulses auf den Brechungsindex n im Halbleiterbauelement 12 berechnet werden. Die Zeitauslösung wird durch die Dauer tp des Lichtstrahls 71 und durch die zeitliche Präzision bei der Auslösung des Lichtstrahls 71 in Bezug zum Beginn des Belastungsimpulses 70 bestimmt.FIG. 7 shows the schematic time sequences in the implementation of the method for the optical testing of semiconductor components 12, in which an interference image of a semiconductor component 12, which was excited by a short load pulse, is generated. 7, the semiconductor component 12 to be tested is exposed to a load in the form of a load pulse 70 over time T. Usual times T for the load pulse 70 are between 10ns and 100ns, but longer pulses can also be used. The Belas tion pulse 70 can occur at random to simulate sudden loads or be controlled by an external trigger signal. After the detection of the start of the load pulse 70, the emission of a light pulse 71 with the duration t p is preferably triggered after a specific time period t D , whereupon the recording of an interference image of the semiconductor component 12 in the loaded state for a specific time window, which is determined by the length t p of the emitted light beam 71 and the delay time t D is determined. In addition, an interference image of the semiconductor component 12 is generated and stored in the initial state, that is to say in the unloaded state. The influence of the load pulse on the refractive index n in the semiconductor component 12 can be calculated from the difference in the phase shift in the interference images, for the unloaded and the loaded state. The time trigger is determined by the duration t p of the light beam 71 and by the precision in time when the light beam 71 is triggered in relation to the start of the loading pulse 70.
Für eine rein qualitative Messung, an welcher Stelle im Bauelement sich die internen Parameter im belasteten Zustand ändern, ohne eine Information über den genauen Wert der Phasenverschiebung zu erhalten, genügt es, direkt die Interferenz- bilder für den unbelasteten und den belasteten Zustand von einander zu subtrahieren. Das Differenzbild stellt das Gebiet, in dem es im angeregten Zustand zu einer Änderung in den internen Bauelemente-Parametern kommt, dar. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, ein Interferenzbild des Bauelements im belasteten Zustand während eines einzelnen Belastungsimpulses 70 aufzunehmen. Dazu muss die Abbildung mittels eines einzelnen Lichtstrahls 71 erzeugt werden. Um ein solches Interferenzbild mit einer Kamera aufzunehmen, muss die Lichtintensität des Bildes sehr viel größer als die Sensitivitätsgrenze der Kamera sein. Dies kann mit einer Laser-Lichtquelle realisiert werden, die eine Pulsenergie in der Größenordnung von lμJ erreicht. Für die Abbildung des Bauelements in einem Wellenlängenbereich λ<1100nm kann eine CCD (Charged Couple Device) Kamera verwendet werden. Für die Abbildung in einem Wellenlängenbereich 400nm<λ< (1800-2200nm) (typisch um 1300nm) kann eine Inf arotkamera verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung eines ' focal plane arrays ' , das ein CCD-ähnlicher, planarer De- tektor aus einer rasterförmigen Anordnung von Halbleiterdetektoren, aus z.B. InGaAs, ist. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung einer preisgünstigen Kamera mit einer Vidicon-Bild- röhre (z.B. Hamamatsu C5310) . Die Beschichtung der Vidicon-Bild- röhre hat eine lange Nachleuchtdauer (10-100ms) , was das elektronische Auslesen des Interferenzbildes von der Kameraröhre nach dem Belichtungsimpuls innerhalb der Nachleuchtphase möglich macht .For a purely qualitative measurement at which point in the component the internal parameters change in the loaded state without receiving information about the exact value of the phase shift, it is sufficient to directly collide the interference images for the unloaded and the loaded state subtract. The difference image represents the area in which there is a change in the internal component parameters in the excited state. The method according to the invention makes it possible to record an interference image of the component in the loaded state during a single loading pulse 70. For this purpose, the image must be generated using a single light beam 71. In order to record such an interference image with a camera, the light intensity of the image must be much greater than the sensitivity limit of the camera. This can be achieved with a laser light source that achieves a pulse energy of the order of 1μJ. A CCD (Charged Couple Device) camera can be used to image the component in a wavelength range λ <1100nm. An infrared camera can be used for imaging in a wavelength range of 400nm <λ <(1800-2200nm) (typically around 1300nm). Another possibility is the use of a 'focal plane array', which is a CCD-like, planar de- tector from a grid-shaped arrangement of semiconductor detectors, for example InGaAs. Another option is to use an inexpensive camera with a Vidicon picture tube (eg Hamamatsu C5310). The coating of the Vidicon picture tube has a long afterglow duration (10-100ms), which makes it possible to read out the interference image electronically from the camera tube after the exposure pulse within the afterglow phase.
Für die Belichtung des Bauelements bei einer Wellenlänge λ=1064nm kann ein gütegeschaltener (Q-switched) YAG Laser verwendet werden. Für die Belichtung im infraroten und sichtbaren Bereich stehen eine Reihe von gepulsten Laserquellen zur Verfügung. Für den Bereich größerer Wellenlängen kann ein, mittels eines YAG Lasers gepumpter, optischer parametrischer Oszillator (OPO) mit einer stufenlosen Einstellbarkeit der Wellenlänge im Infrarotbereich verwendet werden.A Q-switched YAG laser can be used to illuminate the component at a wavelength λ = 1064nm. A number of pulsed laser sources are available for exposure in the infrared and visible range. For the range of longer wavelengths, an optical parametric oscillator (OPO) pumped by means of a YAG laser can be used with a stepless adjustability of the wavelength in the infrared range.
Die Pulslänge beträgt 5ns . Diese Laserquelle erreicht eine Energie von bis zu 500μJ pro Puls. Das erzeugte Laserlicht hat eine Kohärenzlänge von ca. 300μm. Deshalb kann die störende Interferenz der Reflexionen der Strahlen 31 und 36 (in Fig. 2) von der Substratrückseite vermieden werden. Das Interferenzbild des Bauelements wird in solcher Weise ausschließlich vom Strahl 33 erzeugt. Andere Laserlichtquellen, wie zum Beispiel Hochleistungslaserdioden, könnten ebenfalls zur Belichtung des Halbleiterbauelements geeignet sein.The pulse length is 5ns. This laser source achieves an energy of up to 500μJ per pulse. The laser light generated has a coherence length of approx. 300 μm. Therefore, the disturbing interference of the reflections of the beams 31 and 36 (in Fig. 2) from the back of the substrate can be avoided. In this way, the interference image of the component is generated exclusively by the beam 33. Other laser light sources, such as high-power laser diodes, could also be suitable for exposing the semiconductor component.
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild einer Variante einer Einrichtung zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen 12 für die Steuerung der Zeitabfolge von Belastungsimpulsen und Lichtimpulsen für den Fall, dass der Belastungsimpuls zeitlich kontrolliert erfolgt. Ein Pulsgenerator 73 erzeugt ein Signal, das eine Belastungseinrichtung 74 zur Erzeugung eines Belastungsimpulses anregt. Der in der Belastungseinrichtung 74 erzeugte Belastungsimpuls wirkt auf das zu testende Halbleiterbauelement 12 ein. Der Pulsgenerator 73 bzw. die Belastungseinrichtung 74 ist mit einer Einrichtung 76 zur Steuerung der Lichtquelle 1 verbunden, welche beispielsweise eine Verzögerungsstufe enthalten kann und nach Auslösung der Belastungseinrichtung 74 durch den Pulsgenerator 73 nach einer bestimmten Verzögerung einen Lichtstrahl auf das Halbleiterbauelement 12 aussendet, worauf durch das Detektionssystem 41 das Interferenz- bild des Halbleiterbauelements 12 zu dem festgelegten Zeitfenster aufgenommen wird. Das von einer Kamera aufgenommene Bild kann in einem Speicher 81, beispielsweise einem Videorecorder, abgelegt werden und in einen Computer 80 übertragen werden.FIG. 8 shows a block diagram of a variant of a device for the optical testing of semiconductor components 12 for controlling the time sequence of loading pulses and light pulses in the event that the loading pulse takes place in a time-controlled manner. A pulse generator 73 generates a signal which excites a loading device 74 to generate a loading pulse. The load pulse generated in the load device 74 acts on the semiconductor component 12 to be tested. The pulse generator 73 or the loading device 74 is connected to a device 76 for controlling the light source 1, which can contain, for example, a delay stage and, after the loading device 74 has been triggered by the pulse generator 73, emits a light beam to the semiconductor component 12 after a certain delay, whereupon the detection system 41 the interference Image of the semiconductor device 12 is recorded at the specified time window. The image recorded by a camera can be stored in a memory 81, for example a video recorder, and transferred to a computer 80.
Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild einer gegenüber Fig. 8 abgewandelten Einrichtung zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen 12, wobei der Belastungsimpuls zu einem zufälligen, nicht kontrollierbaren Zeitpunkt auftritt. Zufällig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die zeitliche Unsicherheit für das Auftreten des Belastungsimpulses innerhalb eines Zeitfensters liegt, welches sehr viel länger als die Dauer des Belastungsimpulses selbst ist. Die Belastungseinrichtung 74 wird von einer Pulsauslöseeinheit 82, welche im einfachsten Fall durch einen Schalter gebildet sein kann, angeregt, der zu einem zufälligen Zeitpunkt die Belastungseinrichtung 74 zur Aussendung eines Belastungsimpulses anregt und auf das Halbleiterbauelement 12 einwirken lässt. Die Belastungseinheit 74 ist mit einer Einrichtung 76 zur Steuerung der Lichtquelle 1 verbunden, so dass nach der Detektion des Auslösens des Belastungsimpulses, beispielsweise nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit ein Lichtimpuls durch die Lichtquelle 1 ausgelöst werden kann, worauf das entstehende Interferenzbild durch das Detektionssystem 41 aufgenommen und allenfalls in einem Speicher 81 gespeichert und in einen Computer 80 weiter verarbeitet werden kann.FIG. 9 shows a block diagram of a device for optical testing of semiconductor components 12 which is modified compared to FIG. 8, the load pulse occurring at a random, uncontrollable point in time. In this context, coincidence means that the temporal uncertainty for the occurrence of the stress pulse lies within a time window which is much longer than the duration of the stress pulse itself. The loading device 74 is excited by a pulse triggering unit 82, which in the simplest case can be formed by a switch, which, at a random point in time, excites the loading device 74 to emit a loading pulse and has it act on the semiconductor component 12. The load unit 74 is connected to a device 76 for controlling the light source 1, so that after the detection of the triggering of the load pulse, for example after a predetermined delay time, a light pulse can be triggered by the light source 1, whereupon the resulting interference image is recorded by the detection system 41 and at most, it can be stored in a memory 81 and further processed in a computer 80.
Fig. 10 zeigt die Zeitverläufe bei Verwendung einer Test- einrichtung gemäß Fig. 9, wobei der Belastungsimpuls 70 während einer bestimmten Dauer T und zu einem zufälligen Zeitpunkt star ausgelöst wird. Nach der Detektion des Beginns tstart des Belastungsimpulses 70 erfolgt nach einer gewissen Verzögerungszeit TfiX das Aussenden eines Lichtimpulses 71 mit einer vorgegebenen Dauer tp. Der zufällige Belastungsimpuls 70 kann zum Beispiel als Folge von elektromagnetischen Störungen auftreten. Es kann sich dabei auch um Impulse, die durch elektrostatische EntladungFIG. 10 shows the time profiles when using a test device according to FIG. 9, the loading pulse 70 being triggered during a specific duration T and at a random point in time star. After detection of the beginning t sta rt of the load pulse 70 occurs after a certain delay time T f i X emitting a light pulse 71 having a predetermined duration t p. The random load pulse 70 may occur, for example, as a result of electromagnetic interference. It can also be pulses caused by electrostatic discharge
(ESD) erzeugt werden, handeln. Dieser EntladungsVorgang wird gewöhnlich durch die Entladung eines geladenen Koaxialleiters(ESD) generated, act. This discharge process is usually accomplished by the discharge of a charged coaxial conductor
(transmission line) mit einem mechanischen Schalter simuliert. Die typische Länge T eines solchen Impulses 70 ist 100ns-500ns, abhängig von der Länge des Koaxialleiters. Das Schalten des mechanischen Schalters erfolgt typischerweise mit einer zeitlichen Unbestimmtheit von 5μs. Somit müssen die Belastungsimpulse 70, die durch die Entladung eines solchen Koaxialleiters erzeugt werden, als zeitlich zufällig auftretend angesehen werden. Die minimale Zeitverzögerung Tfιx ist gewöhnlich konstant und wird von der Steuerelektronik und von optischen Prozessen innerhalb der Beleuchtungsquelle bestimmt. Die Existenz dieser Verzögerungs- zeit Tfix würde im Prinzip die Abbildung des Bauelementes 12 vor dieser Zeit verhindern. Um diese Einschränkung zu umgehen, kann der Belastungsimpuls 70 mit einer Verzögerungseinheit 86 verzögert werden, so dass ein um die Zeit tyy verzögerter Belastungsimpuls 70' am Bauelement 12 (siehe Fig. 10) angelegt wird. Die Methodik der Pulsverzögerung in der Verzögerungseinheit 86 ist von der Art des Belastungsimpulses 70 abhängig und ist Stand der Technik. Zum Beispiel kann für den Fall der elektrostatischen Entladung eines koaxialen Leiters eine Verzögerungseinheit 86 durch Anfügen eines zusätzlichen koaxialen Leiters von bestimmter Länge realisiert werden.(transmission line) simulated with a mechanical switch. The typical length T of such a pulse 70 is 100ns-500ns, depending on the length of the coaxial conductor. The switching of the mechanical switch typically takes place with a time uncertainty of 5μs. Thus, the load pulses 70, which are generated by the discharge of such a coaxial conductor are considered to occur at random. The minimum time delay T f ι x is usually constant and is determined by the control electronics and by optical processes within the lighting source. The existence of this delay time Tfi x would in principle prevent the imaging of the component 12 before this time. In order to circumvent this restriction, the load pulse 70 can be delayed with a delay unit 86, so that a load pulse 70 'delayed by the time tyy is applied to the component 12 (see FIG. 10). The methodology of the pulse delay in the delay unit 86 depends on the type of the load pulse 70 and is state of the art. For example, in the case of electrostatic discharge of a coaxial conductor, a delay unit 86 can be implemented by adding an additional coaxial conductor of a certain length.
Neben zeitausgelösten Aufnahmen der Änderung des Brechungs- index n unter hohem Stromstress, was zu einer großen Variation der gemessenen Phasenverschiebung führt, kann die Apparatur auch für interferometrische Messungen von kleinen Variationen des Brechungsindex unter Gleichstrombedingungen verwendet werden. Das Verfahren kann verwendet werden, um Schäden in Halbleiterbauelementen 12 oder komplexen Schaltungen zu lokalisieren unter der Bedingung, dass der Schaden lokal einen Energieverlust im Halbleiter hervorruft. Ein Beispiel für einen Schaden kann ein Kurzschluss in der Metallisation oder ein lokalisiertes Leck in einem pn-Übergang sein. Als erstes wird Interferenzbild der Probe im unbelasteten Zustand aufgenommen. In dieser Situation ist der Referenzspiegel 24 senkrecht zum Referenzstrahl 15 orientiert (siehe Fig. 1) . Dann wird das Bauelement 12 durch die Anwendung des notwendigen Gleichstromes oder durch repetitive Ansteuerung in einen anderen Zustand versetzt und das Interferenzbild aufgenommen. Die beiden Interferenzbilder werden subtrahiert, was ein differenzielles Bild ergibt, bei dem die Region, in der Wärmedissipation (Schadenslokalisierung) auftritt, klar sichtbar wird.In addition to time-triggered recordings of the change in the refractive index n under high current stress, which leads to a large variation in the measured phase shift, the apparatus can also be used for interferometric measurements of small variations in the refractive index under direct current conditions. The method can be used to locate damage in semiconductor devices 12 or complex circuits on the condition that the damage locally causes energy loss in the semiconductor. An example of a damage can be a short circuit in the metallization or a localized leak in a pn junction. First, an interference image of the sample is taken in the unloaded state. In this situation, the reference mirror 24 is oriented perpendicular to the reference beam 15 (see FIG. 1). Then the component 12 is put into another state by the application of the necessary direct current or by repetitive control and the interference image is recorded. The two interference images are subtracted, resulting in a differential image in which the region in which heat dissipation occurs (damage localization) is clearly visible.
Mit der oben genannten Erfindung können Interferenzbilder von Halbleiterbauelementen für bestimmte Zeitfenster aufgenommen werden, während das Bauelement 12 in einem bestimmten Zustand ist. Für manche Anwendungen ist es aber notwendig, die Evolution von internen Parametern wie Temperatur oder freie Ladungsträgerkonzentration während eines Stresspulses bei einem oder mehreren Zeitfenstern aufzunehmen. Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild einer Abwandlung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen 12, bei dem die Lichtquelle 1 einen Lichtstrahl 2 auf ein zu testendes Halbleiterbauelement 12 aussendet und das entstehende Interferenzbild von einem Detektionssystem 41 aufgenommen wird. Ein Pulsgenerator 73 erzeugt ein Signal, das eine Belastungseinrichtung 74 zum Aussenden eines Belastungsimpulses an das zu testende Halbleiterbauelement 12 aussendet. Der Pulsgenerator 73 ist mit einer Steuereinrichtung 76 zur Steuerung der Lichtquelle 1 verbunden. Die Lichtquelle 1 erzeugt Lichtstrahlen 2 zu definierten Zeitfenstern, wobei jeder Lichtstrahl verschiedene Lichtparameter, wie z.B. Polarisation oder Wellenlänge, haben kann. Das Detektionssystem 41 beinhaltet einen Strahlaufteiler 126, der die von der Lichtquelle 1 herrührenden Lichtstrahlen 2 in einzelne Strahlen aufspaltet, entsprechend ihren verschiedenen Lichtparametern, wie z.B. Lichtpolarisation oder Wellenlänge. Das Bild jedes einzelnen Strahles wird durch einzelne Kameras 22 aufgenommen und in Speichern 81 gespeichert. Eine beispielsweise durch einen Computer gebildete Vergleichseinrichtung 133 kann zum automatischen Vergleich der unterschiedlichen Interferenzbilder dienen.With the above-mentioned invention, interference images of semiconductor components can be recorded for specific time windows while the component 12 is in a specific state. For some applications, however, evolution is necessary of internal parameters such as temperature or free charge carrier concentration during a stress pulse in one or more time windows. FIG. 11 shows a block diagram of a modification of a device according to the invention for the optical testing of semiconductor components 12, in which the light source 1 emits a light beam 2 onto a semiconductor component 12 to be tested and the resulting interference image is recorded by a detection system 41. A pulse generator 73 generates a signal which a load device 74 sends to the semiconductor component 12 to be tested for sending a load pulse. The pulse generator 73 is connected to a control device 76 for controlling the light source 1. The light source 1 generates light beams 2 at defined time windows, each light beam having different light parameters, such as polarization or wavelength. The detection system 41 includes a beam splitter 126, which splits the light beams 2 coming from the light source 1 into individual beams according to their different light parameters, such as light polarization or wavelength. The image of each individual beam is recorded by individual cameras 22 and stored in memories 81. A comparison device 133 formed, for example, by a computer can be used to automatically compare the different interference images.
Fig. 12 zeigt die Zeitverläufe bei Verwendung einer Einrichtung gemäß Fig. 11, wobei nach Auftreten des Belastungsimpulses 70 zwei Lichtimpulse 71 von der Lichtquelle 1 ausgesandt werden und die zugehörigen Interferenzbilder von verschiedenen Kameras aufgenommen werden.FIG. 12 shows the time profiles when using a device according to FIG. 11, wherein after the occurrence of the load pulse 70 two light pulses 71 are emitted by the light source 1 and the associated interference images are recorded by different cameras.
Fig. 13 zeigt eine Realisierung einer Einrichtung gemäß Fig. 11, bei der die Lichtparameter zur Unterscheidung der von der Lichtquelle 1 ausgesandten Lichtstrahlen 2 Polarisationszustände sind. Die Polarisation wird durch Aufteilung der von der Lichtquelle 1 ausgesandten Lichtstrahlen und kontrollierte Verzögerung in einen Polarisator 165 erzielt. Der Strahlaufteiler 126 besteht aus einem polarisierenden Strahlteiler 166, der die das Interferenzbild enthaltenden Lichtstrahlen in zwei Strahlen unterschiedlicher Polarisation aufteilt, welche von entsprechenden Kameras 22 aufgenommen werden.FIG. 13 shows a realization of a device according to FIG. 11, in which the light parameters for differentiating the light beams emitted by the light source 1 are polarization states. The polarization is achieved by dividing the light beams emitted by the light source 1 and controlled delay into a polarizer 165. The beam splitter 126 consists of a polarizing beam splitter 166, which divides the light beams containing the interference image into two beams of different polarization, which are recorded by corresponding cameras 22.
Fig. 14 zeigt eine Variante einer Einrichtung gemäß Fig. 11, bei der die Lichtquelle 1 in zwei Lichtquellen 180 und 182 mit verschiedenen Wellenlängen aufgeteilt ist, deren Lichtstrahlen in einen Strahlteiler 185 kombiniert und auf das Halbleiterbauelement 12 gerichtet werden. Im Strahlteiler 126 erfolgt eine Strahlaufspaltung in einem dikroiden Strahlteiler 189, der für eine Wellenlänge hochtransmittierend und für die andere Wellenlänge hochreflektierend ist.14 shows a variant of a device according to FIG. 11, in which the light source 1 is divided into two light sources 180 and 182 with different wavelengths, the light beams of which are combined in a beam splitter 185 and directed onto the semiconductor component 12. A beam splitting takes place in the beam splitter 126 in a dicroid beam splitter 189 which is highly transmissive for one wavelength and highly reflective for the other wavelength.
Eine weitere Möglichkeit der Realisierung eines Strahlteilers 126 gemäß Fig. 11 kann durch entsprechende Frequenzfilter, die den Wellenlängenbereich für die entsprechenden Strahlen selektieren und zu verschiedenen Zeitfenstern in Beziehung stehen, realisiert werden.A further possibility of realizing a beam splitter 126 according to FIG. 11 can be realized by means of corresponding frequency filters which select the wavelength range for the corresponding beams and which are related to different time windows.
In den vorher beschriebenen Methoden und Aufbauten zur Erzeugung von Probenbildern zu bestimmten Zeitfenstern wurde eine gepulste Lichtquelle 1 (Einzellichtquelle oder Viel- strahllichtquelle) zusammen mit langsamen Aufnahmekameras verwendet. Die Zeitauflösung ist durch die Zeitdauer und die Zeitverzögerung der ausgesandten Lichtpulse bestimmt. Ein anderer Aufbau für die Aufnahme der Interferenz zu verschiedenen Zeit- fenstern während eines Stresspulses am Halbleiterbauelement 12 ist schematisch in Fig. 15 dargestellt. Bei dieser Methode wird das Bauelement 12 durch einen Lichtstrahl beleuchtet, der nahezu eine konstante Amplitude hat, während das Bauelement 12 in den verschiedenen Belastungszuständen ist. Die Zeitauflösung dieser Methode ist bestimmt durch die zeitabhängige Aufnahme der Probenbilder während vordefinierten Zeitfenstern durch sogenannte "gegatete" Kameras. Eine gegatete Kamera zeichnet Bilder nur zu Zeitfenstern auf, die durch ein elektronisches Gate aktiviert werden. Dabei besteht das Detektionssystem 41 aus mehreren Kameras 22, welche durch ein Strahlaufspaltungssystem 320 mit den entsprechenden Interferenzbildern in den entsprechenden Zeit- fenstern versorgt werden. Zur Steuerung der gegateten Kameras 22 ist eine Zeitkontrolleinheit 331 vorgesehen. Schließlich können die aufgezeichneten Interferenzbilder zur weiteren Verarbeitung in einen Computer 133 übermittelt werden.In the previously described methods and structures for generating sample images at specific time windows, a pulsed light source 1 (single light source or multi-beam light source) was used together with slow recording cameras. The time resolution is determined by the length of time and the time delay of the emitted light pulses. Another structure for recording the interference at different time windows during a stress pulse on the semiconductor component 12 is shown schematically in FIG. 15. In this method, the component 12 is illuminated by a light beam which has an almost constant amplitude, while the component 12 is in the different load states. The time resolution of this method is determined by the time-dependent recording of the sample images during predefined time windows by so-called "gated" cameras. A gated camera only records images in time windows that are activated by an electronic gate. The detection system 41 consists of a plurality of cameras 22, which are supplied by a beam splitting system 320 with the corresponding interference images in the corresponding time windows. A time control unit 331 is provided to control the gated cameras 22. Finally, the recorded interference images can be transmitted to a computer 133 for further processing.
Fig. 16 zeigt die zeitlichen Abläufe bei Verwendung einer Einrichtung gemäß Fig. 15, wobei Interferenzbilder zu vier Zeiten während eines Belastungsimpulses 70 aufgenommen werden. Zu diesem Zweck sendet die Lichtquelle einen Lichtimpuls 71 über eine Dauer, die größer als die Dauer des Belastungsimpulses 70 ist, aus, und die Kameras 22 werden zu bestimmten Zeiten während der Aussendung des Lichtimpulses 71 aktiviert, so dass vier verschiedene Interferenzbilder aufgenommen werden.FIG. 16 shows the temporal sequences when using a device according to FIG. 15, interference images being recorded at four times during a load pulse 70. For this purpose, the light source sends a light pulse 71 over a duration that is greater than the duration of the loading pulse 70 is off, and the cameras 22 are activated at certain times during the emission of the light pulse 71, so that four different interference images are recorded.
Wichtig ist es hier noch zu erwähnen, dass diese Erfindung auch in eine Waferteststation inkorporiert werden kann, und dass man damit Interferenzbilder sowohl von Einzelhalbleiterbauelementen als auch von Schaltkreisen auf Waferebene darstellen kann. It is important to mention here that this invention can also be incorporated into a wafer test station, and that it can be used to display interference images of both single semiconductor components and of circuits at the wafer level.

Claims

- 33 -Patentansprüche : - 33 patent claims:
1. Verfahren zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen (12) bestimmter Dicke (L) unter Verwendung eines optischen Interferenzsystems mit zumindest einer Lichtquelle (1) zur Aussendung eines monochromatischen Lichtstrahls (2) mit einer Wellenlänge (λ) , für welche das Material des Halbleiterbauelements (12) zumindest teilweise transparent ist, wobei der Lichtstrahl (2) in einen Referenzstrahl (15) und einen Probenstrahl (16) aufgetrennt wird, der Probenstrahl (16) auf das Halbleiterbauelement (12) gerichtet wird, und mit Hilfe eines Detektionssystems (41) die durch Interferenz des vom Halbleiterbauelement (12) reflektierten Lichtstrahls (20) mit dem reflektierten Referenzstrahl (25) erzeugten Bilder zur zweidimensionalen Darstellung bestimmter interner physikalischer Eigenschaften des Halbleiterbauelements (12) aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenstrahl (16) auf die Rückseite (18) des zu testenden Halbleiterbauelements (12) gerichtet wird und an dessen Vorderseite (23) reflektiert wird, und dass zumindest zwei Interferenzbilder unter unterschiedlichen Belastungszuständen des Halbleiterbauelements (12) zeitlich hintereinander detektiert werden.1. Method for the optical testing of semiconductor components (12) of a certain thickness (L) using an optical interference system with at least one light source (1) for emitting a monochromatic light beam (2) with a wavelength (λ) for which the material of the semiconductor component ( 12) is at least partially transparent, the light beam (2) being split into a reference beam (15) and a sample beam (16), the sample beam (16) being directed onto the semiconductor component (12), and with the aid of a detection system (41) the images generated by interference of the light beam (20) reflected by the semiconductor component (12) with the reflected reference beam (25) are recorded for the two-dimensional representation of certain internal physical properties of the semiconductor component (12), characterized in that the sample beam (16) is on the back (18) of the semiconductor component (12) to be tested and at the V order side (23) is reflected, and that at least two interference images are detected one after the other under different load conditions of the semiconductor component (12).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohärenzlänge (LCθ) des in den Probenstrahl (16) und den Referenzstrahl (15) aufgetrennten Lichtstrahls (2) geringer ist als die optische Weglänge 2 • L • n des zu testenden Halbleiterbauelements (12) , wobei L die Dicke und n der mittlere Brechungs- index des Materials des Halbleiterbauelements (12) ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the coherence length (L Cθ ) of the light beam (2) split into the sample beam (16) and the reference beam (15) is less than the optical path length 2 • L • n of the semiconductor component to be tested (12), where L is the thickness and n is the average refractive index of the material of the semiconductor component (12).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Probenstrahls (16) an das zu untersuchende Areal des Halbleiterbauelements (12) adjustiert wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the diameter of the sample beam (16) is adjusted to the area of the semiconductor component (12) to be examined.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die detektierten Interferenzbilder gespeichert werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the detected interference images are stored.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Belastungszustände durch - 34 - die Anregung des Halbleiterbauelements (12) mit zumindest einer externen Belastung hervorgerufen werden, durch die bestimmten Eigenschaften des Halbleiterbauelements (12) beeinflusst werden, und dass zumindest ein Lichtstrahl (2) während der Belastung ausgesandt und ein entsprechendes Interferenzbild detektiert wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the different load conditions - 34 - the excitation of the semiconductor component (12) is caused by at least one external load, which influences certain properties of the semiconductor component (12), and that at least one light beam (2) is emitted during the load and a corresponding interference image is detected.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Belastung durch Hochspannungs- oder Hochstromimpulse hervorgerufen wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the external load is caused by high voltage or high current pulses.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Belastung durch Lichtblitze hervorgerufen wird.7. The method according to claim 5, characterized in that the external load is caused by light flashes.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtstrahlen (2) vor, während und bzw. oder nach der Belastung ausgesandt und die entsprechenden Interferenzbilder detektiert werden.8. The method according to any one of claims 5 to 7, characterized in that a plurality of light beams (2) are emitted before, during and / or after the load and the corresponding interference images are detected.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastung detektiert wird und zumindest ein Lichtstrahl (2) eine vordefinierte Zeit (tD) nach der Detektion der Belastung ausgelöst wird.9. The method according to any one of claims 5 to 8, characterized in that the load is detected and at least one light beam (2) is triggered a predefined time (t D ) after the detection of the load.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtstrahl (2) zumindest während des belasteten Zustandes ausgesandt wird, und vor, während und bzw. oder nach dem belasteten Zustand mehrere Interferenzbilder detektiert werden.10. The method according to any one of claims 5 to 7, characterized in that a light beam (2) is emitted at least during the loaded state, and a plurality of interference images are detected before, during and / or after the loaded state.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite (18) des Halbleiterbauelements (12) vor dem optischen Testen poliert wird.11. The method according to any one of claims 5 to 10, characterized in that the back (18) of the semiconductor component (12) is polished before optical testing.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die interferierenden Lichtstrahlen aufgespaltet werden und die aufgespalteten Teilstrahlen von einzelnen Detektionssystemen (41) aufgenommen werden.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the interfering light beams are split and the split partial beams are recorded by individual detection systems (41).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das - 35 -13. The method according to claim 12, characterized in that the - 35 -
Detektionssystem (41) in Abhängigkeit der ausgesandten Lichtstrahlen aktiviert wird.Detection system (41) is activated depending on the emitted light beams.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesandten Lichtstrahlen (2) unterschiedliche Polarisation, vorzugsweise orthogonale Polarisation, aufweisen.14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the emitted light beams (2) have different polarization, preferably orthogonal polarization.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesandten Lichtstrahlen (2) unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.15. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized in that the emitted light beams (2) have different wavelengths.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzstrahl (15) an einem Referenz-Halbleiterbauelement reflektiert wird, wobei das Referenz- Halbleiterbauelement mit dem zu testenden Halbleiterbauelement (12) identisch ist.16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the reference beam (15) is reflected on a reference semiconductor component, the reference semiconductor component being identical to the semiconductor component (12) to be tested.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des Referenzstrahls (15) abgeschwächt wird.17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the intensity of the reference beam (15) is weakened.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des reflektierten Referenzstrahls (25) beispielsweise durch Verkippen des Referenzspiegels zur Optimierung des Interferenzbildes verändert wird.18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the position of the reflected reference beam (25) is changed, for example, by tilting the reference mirror to optimize the interference image.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Interferenzbilder automatisch miteinander verglichen werden.19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the interference images are automatically compared with each other.
20. Einrichtung zum optischen Testen von Halbleiterbauelementen (12) bestimmter Dicke (L) mit zumindest einer Lichtquelle (1) zur Aussendung eines monochromatischen Lichtstrahls (2) mit einer Wellenlänge, für welche das Material des Halbleiterbauelements (12) zumindest teilweise transparent ist, und mit einem Strahlteiler (8) zum Auftrennen des Lichtstrahls (2) in einen Referenzstrahl (15) und einen Probenstrahl (16) , und mit zumindest einem Detektionssystem (41) zum Aufnehmen der durch Interferenz des vom Halbleiterbauelement (12) reflektierten Lichtstrahls (20) mit dem reflektierten Referenzstrahl (25) erzeugten zweidimensionalen Bilder, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite (18) des Halbleiterbauelements (12) dem Probenstrahl (16) zugewandt ist, dass eine Belastungseinrichtung (74) zum Aussenden einer externen Belastung für das Halbleiterbauelement (12) vorgesehen ist, und dass weiters ein Speicher (81) zum Speichern zumindest zweier, in zeitlichen Abständen aufgenommenen Interferenzbildern und eine Einrichtung (133) zum automatischen Vergleichen der Interferenzbilder vorgesehen ist.20. Device for the optical testing of semiconductor components (12) of certain thickness (L) with at least one light source (1) for emitting a monochromatic light beam (2) with a wavelength for which the material of the semiconductor component (12) is at least partially transparent, and with a beam splitter (8) for separating the light beam (2) into a reference beam (15) and a sample beam (16), and with at least one detection system (41) for recording the light beam (20) reflected by interference of the semiconductor component (12) with the reflected reference beam (25) generated two-dimensional images, characterized in that the rear side (18) of the semiconductor component (12) faces the sample beam (16), that a load device (74) is provided for transmitting an external load for the semiconductor component (12), and that a further Memory (81) for storing at least two interference images recorded at time intervals and a device (133) for automatically comparing the interference images is provided.
21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Lichtquelle (1) eine Einrichtung zur Adjustierung des Durchmessers des ausgesandten Lichtstrahls (2) , beispielsweise ein Strahlaufweiter (5) zur Vergrößerung des Durchmessers, angeordnet ist.21. Device according to claim 20, characterized in that a device for adjusting the diameter of the emitted light beam (2), for example a beam expander (5) for increasing the diameter, is arranged in front of the light source (1).
22. Einrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungseinrichtung (74) mit einer Einrichtung22. Device according to claim 20 or 21, characterized in that the loading device (74) with one device
(76) zur Steuerung der Lichtquelle (1) verbunden ist.(76) for controlling the light source (1) is connected.
23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (76) eine Verzögerungseinrichtung beinhaltet .23. The device according to claim 22, characterized in that the control device (76) includes a delay device.
24. Einrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionssystem (41) einen Strahlteiler (126) zum Aufspalten der Lichtstrahlen in einzelne Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Lichtparametem und zur Aufnahme der Bilder dieser einzelnen Lichtstrahlen jeweils eine Kamera (22) aufweist.24. Device according to one of claims 20 to 23, characterized in that the detection system (41) has a beam splitter (126) for splitting the light beams into individual light beams with different light parameters and for recording the images of these individual light beams, a camera (22) ,
25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (126) eine Polarisationseinrichtung (166) zum Aufspalten der Lichtstrahlen in einzelne Lichtstrahlen mit unterschiedlicher Polarisation aufweist.25. Device according to claim 24, characterized in that the beam splitter (126) has a polarization device (166) for splitting the light beams into individual light beams with different polarization.
26. Einrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (126) dikroide Strahlteiler (189) zum Aufspalten der Lichtstrahlen in einzelne Lichstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen (λ) aufweist. - 37 -26. Device according to claim 24 or 25, characterized in that the beam splitter (126) has dicroid beam splitters (189) for splitting the light beams into individual light beams with different wavelengths (λ). - 37 -
27. Einrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Halbleiterbauelement (12) ein Kollimator (10) zur Parallelisierung des Probenstrahls (16) angeordnet ist .27. Device according to one of claims 20 to 26, characterized in that a collimator (10) for parallelizing the sample beam (16) is arranged in front of the semiconductor component (12).
28. Einrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass im Gang des Referenzstrahls (15) ein Abschwächer (26) angeordnet ist.28. Device according to one of claims 20 to 27, characterized in that an attenuator (26) is arranged in the path of the reference beam (15).
29. Einrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Veränderung der Lage des reflektierten Referenzstrahls (25) vorgesehen ist, welche durch eine Einrichtung zum Verkippen des Referenzspiegels (24) gebildet ist.29. Device according to one of claims 20 to 28, characterized in that a device for changing the position of the reflected reference beam (25) is provided, which is formed by a device for tilting the reference mirror (24).
30. Einrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (133) zum automatischen Vergleichen der zeitlich hintereinander aufgenommenen Interferenzbilder durch einen Rechner (80) gebildet ist.30. Device according to one of claims 20 to 29, characterized in that the device (133) for automatically comparing the interference images recorded one after the other is formed by a computer (80).
31. Einrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) durch einen Laser gebildet ist.31. Device according to one of claims 20 to 30, characterized in that the light source (1) is formed by a laser.
32. Einrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (41) eine Kamera32. Device according to one of claims 20 to 31, characterized in that the detection device (41) is a camera
(22), beispielsweise eine Vidicon- oder CCD-Kamera beinhaltet.(22), for example a Vidicon or CCD camera.
33. Einrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (41) einen zweidimensionalen Multielement-Detektor beinhaltet. 33. Device according to one of claims 20 to 32, characterized in that the detection device (41) includes a two-dimensional multi-element detector.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6512385B1 (en) 1999-07-26 2003-01-28 Paul Pfaff Method for testing a device under test including the interference of two beams
US9952161B2 (en) 2001-12-06 2018-04-24 Attofemto, Inc. Methods for obtaining and analyzing digital interferometric data for computer testing and developing semiconductor and anisotropic devices and materials
US7733499B2 (en) 2001-12-06 2010-06-08 Attofemto, Inc. Method for optically testing semiconductor devices
US8462350B2 (en) 2001-12-06 2013-06-11 Attofemto, Inc. Optically enhanced holographic interferometric testing methods for the development and evaluation of semiconductor devices, materials, wafers, and for monitoring all phases of development and manufacture
WO2007084175A1 (en) * 2005-05-04 2007-07-26 University Of Rochester Interferometric apparatus and method for sizing nanoparticles
US20090323061A1 (en) * 2006-02-28 2009-12-31 Lukas Novotny Multi-color hetereodyne interferometric apparatus and method for sizing nanoparticles
US7876450B2 (en) * 2007-09-14 2011-01-25 University Of Rochester Common-path interferometer rendering amplitude and phase of scattered light
JP5274862B2 (en) 2008-03-10 2013-08-28 東京エレクトロン株式会社 Temperature measuring apparatus and temperature measuring method
US8704155B2 (en) * 2009-12-11 2014-04-22 Washington University Nanoscale object detection using a whispering gallery mode resonator
US20150285728A1 (en) 2009-12-11 2015-10-08 Washington University Detection of nano-scale particles with a self-referenced and self-heterodyned raman micro-laser
US9012830B2 (en) * 2009-12-11 2015-04-21 Washington University Systems and methods for particle detection
US11754488B2 (en) 2009-12-11 2023-09-12 Washington University Opto-mechanical system and method having chaos induced stochastic resonance and opto-mechanically mediated chaos transfer
US8625083B2 (en) * 2011-03-12 2014-01-07 Ken Roberts Thin film stress measurement 3D anisotropic volume
KR20150116512A (en) * 2014-04-07 2015-10-16 삼성전자주식회사 Examination apparatus and examination object examining method
EP3382378B1 (en) * 2017-03-29 2022-10-26 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. Optical monitoring
US11079432B2 (en) * 2019-02-19 2021-08-03 Nxp B.V. Integrated laser voltage probe pad for measuring DC or low frequency AC electrical parameters with laser based optical probing techniques
JP7334664B2 (en) * 2020-04-02 2023-08-29 株式会社島津製作所 Mechanoluminescence measurement method and mechanoluminescence measurement device
CN112945385A (en) * 2021-01-26 2021-06-11 同济大学 Multi-reflection interference automatic measuring system
CN114088734B (en) * 2021-11-18 2022-06-24 广东电网有限责任公司 System and method for detecting internal defects of composite insulator

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4682605A (en) * 1985-10-02 1987-07-28 Murray Electronics Associates Limited Liquid crystal matrix for extended range high resolution temperature mapping
US4818110A (en) * 1986-05-06 1989-04-04 Kla Instruments Corporation Method and apparatus of using a two beam interference microscope for inspection of integrated circuits and the like
US4841150A (en) * 1987-12-28 1989-06-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Reflection technique for thermal mapping of semiconductors
US4957367A (en) * 1988-05-31 1990-09-18 Lev Dulman Inteferometric imaging system
US5229303A (en) * 1989-08-29 1993-07-20 At&T Bell Laboratories Device processing involving an optical interferometric thermometry using the change in refractive index to measure semiconductor wafer temperature
US5414513A (en) * 1993-07-21 1995-05-09 Northrop Grumman Corporation Printed circuit inspection system utilizing interference fringes
US5773316A (en) * 1994-03-11 1998-06-30 Fujitsu Limited Method and device for measuring physical quantity, method for fabricating semiconductor device, and method and device for measuring wavelength
DE19516842C2 (en) * 1994-05-06 2003-10-23 Fraunhofer Ges Forschung Determination of mechanical stress or displacement fields
SG66376A1 (en) * 1997-07-03 1999-07-20 Inst Of Microlectronics Nation Multiwavelength imaging and spectroscopic photoemission microscope system
DE29715904U1 (en) * 1997-09-01 1997-10-23 Omeca Messtechnik Gmbh Interference optical measuring device
US6181416B1 (en) * 1998-04-14 2001-01-30 Optometrix, Inc. Schlieren method for imaging semiconductor device properties
US6323951B1 (en) * 1999-03-22 2001-11-27 Boxer Cross Incorporated Apparatus and method for determining the active dopant profile in a semiconductor wafer
US6496261B1 (en) * 1999-09-24 2002-12-17 Schlumberger Technologies, Inc. Double-pulsed optical interferometer for waveform probing of integrated circuits

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO03062844A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
AT411496B (en) 2004-01-26
WO2003062844A1 (en) 2003-07-31
ATA1242002A (en) 2003-06-15
US20050036151A1 (en) 2005-02-17

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