JP2004294197A

JP2004294197A - 半導体集積回路の検査装置および検査方法

Info

Publication number: JP2004294197A
Application number: JP2003085239A
Authority: JP
Inventors: Shuji Kikuchi; 修司菊地; Koichi Kamisaka; 晃一上坂; Yasumaro Komiya; 泰麿小宮
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】ＬＳＩの不良位置特定の時間短縮を可能にし、高速に不良位置を特定することができる不良位置特定技術を提供する。
【解決手段】電子機器、電子回路基板、半導体などの電子回路の不良位置を特定するＬＳＩの検査装置であって、ＬＳＩ１００に複数のプローブ１０１ａ〜１０１ｃからそれぞれ周波数成分または信号波形の異なる電磁波１０２を照射し、この状態でＬＳＩ１００から出力される複数の信号の電流変動１０４を検出し、この電流変動１０４からＬＳＩ１００の不良位置１０３を特定する。さらに、複数のプローブ１０１ａ〜１０１ｃのうちの少なくとも１つのプローブの位置を変え、このプローブの位置を変える前と変えた後の信号の変動の差分からＬＳＩ１００の不良位置１０３を特定することもできる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路（ＬＳＩ）の不良を検査する検査技術に関し、たとえば電子機器、電子回路基板、半導体などの電子回路の不良位置を特定する装置および方法に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者が検討したところによれば、ＬＳＩの不良を検査する検査技術に関しては、以下のような技術が考えられる。
【０００３】
近年、ＬＳＩの不良を検査する検査技術においては、ＬＳＩの微細化や高集積化に伴って配線パターンが膨大となり、解析時間の長期化だけではなく、不良箇所が特定されない事例が生じ、断線不良を始めとするＬＳＩの不良解析が困難なものとなっている。
【０００４】
たとえば、ＬＳＩの不良を検出する検査技術としては、特許文献１，２などがある。特許文献１は、任意の断線配線部に電子ビームを照射し、不良箇所の電位を中間電位と「Ｌ」および「Ｈ」の間で変化させ、断線配線部またはこれにつながる回路のみが点滅する電位像を得ることにより、故障個所を特定するものである。また、特許文献２は、電位変化の供与に対して、電子ビーム照射だけではなく、磁界発生ヘッドに局所的に磁界を加え、発生した起電力によって電位変化を発生し、これを電位像として取得して不良の有無を検出するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１０２０８号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−１４１７７６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のようなＬＳＩの不良を検査する検査技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【０００８】
たとえば、前記特許文献１では、断線配線に対する電位変化の供与に電子ビーム、電位像取得にＥＢテスタなどを用いるため、ＬＳＩを真空状態に保つ装置が要求されるなど、装置の大型化、高価格化の問題が生ずる。また、断線配線部において明瞭な点滅電位像を取得するためには、電子ビームの照射電流量を多く与える必要がある。このため、不良事例、試料によっては電子ビームの照射を停止しても試料表面の電位が未照射の状態に戻らない不可逆的なチャージアップを生じてしまい、電子ビーム照射に対して高精度な制御が要求される。
【０００９】
また、前記特許文献２では、電位変化の供与に対して、電子ビーム照射ではなく、磁界発生ヘッドによる励振を行うため、電子ビームによるチャージアップの影響は改善されるが、電位像の取得にＥＢテスタを用いるため、装置の大型化、高価格化の問題は発生する。
【００１０】
以上の問題を解決するためには、不良箇所の活性化を電子ビームによる照射と異なる手法で実現し、さらに検出するＬＳＩ内の電気的な特性変動をＥＢテスタなどの電位像取得とは異なる手法で行うことが要求される。
【００１１】
そこで、本発明者が本発明の前提として検討したＬＳＩの不良検査技術として、たとえば図４および図５に示すような技術が考えられる。この技術では、単一のプローブ１０１でＬＳＩ１００上を走査し、このプローブ１０１から単一の信号を電磁波１０２として印加し、その印加した電磁波１０２による電流変動１０４を電流変動検出部１０６で検出する手法を採用する。しかし、この手法でも、単一のプローブ１０１を走査するために長時間必要になり、さらに不良位置１０３の特定解析に要する時間が必要であるために、高速化が困難であるという問題が発生する。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、電子ビームやＥＢテスタなどによる不良検査手法を用いることなく、ＬＳＩの不良位置特定の時間短縮を可能にし、高速に不良位置を特定することができる不良位置特定技術を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、プローブの数を増やし、走査時間を短縮する方法を採用する。また、これらのプローブが照射する電磁波信号が単一の周波数成分または信号波形では、どのプローブによって不良位置に起因する電流変動が生じたのかの判別が困難であるため、これら印加電磁波の周波数成分または信号波形を各々異なるものとし、解析的に不良位置を特定する方法を用いる。これら手法の各々または複合形態により、被測定対象のＬＳＩ上の不良位置を高速に特定することを可能にするものである。
【００１４】
すなわち、本発明によるＬＳＩの検査装置は、ＬＳＩに電磁波を照射する複数のプローブと、これらのプローブから電磁波を照射した状態でＬＳＩから出力される複数の信号の変動を検出する検出手段と、この検出手段による複数の信号の変動からＬＳＩの不良位置を特定する特定手段とを有するものである。さらに、複数のプローブから照射する電磁波を発生する発生手段、複数のプローブのうちの少なくとも１つのプローブの位置を変える駆動手段を有するものである。
【００１５】
また、本発明によるＬＳＩの検査方法は、ＬＳＩに複数のプローブから電磁波を照射し、この状態でＬＳＩから出力される複数の信号の変動を検出し、この複数の信号の変動からＬＳＩの不良位置を特定するものである。さらに、複数のプローブのうちの少なくとも１つのプローブの位置を変えてＬＳＩから出力される信号の変動を検出し、プローブの位置を変える前と変えた後の信号の変動の差分からＬＳＩの不良位置を特定するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１により、本発明の実施の形態１のＬＳＩの検査装置および検査方法の一例を説明する。図１は、本実施の形態のＬＳＩの検査装置の構成および検査方法の手順を説明するための概略図である。
【００１８】
本実施の形態のＬＳＩの検査装置は、たとえば電子機器、電子回路基板、半導体などの電子回路の不良位置を特定する検査装置であって、ＬＳＩ１００に電磁波を照射する複数（図１では３個）のプローブ１０１と、これらのプローブ１０１から電磁波を照射した状態でＬＳＩ１００から出力される複数の信号の変動を検出する電流変動検出部（検出手段）１０６と、この電流変動検出部１０６による複数の信号の変動からＬＳＩ１００の不良位置を特定するスペクトラム解析部（特定手段）１０７と、プローブ１０１から照射する電磁波を発生する信号発生器（発生手段）１０９などから構成される。
【００１９】
このＬＳＩ１００の検査装置においては、信号発生器１０９によってそれぞれ、第１のプローブ１０１ａからは周波数α、第２のプローブ１０１ｂからは周波数β、第３のプローブ１０１ｃからは周波数γの周波数成分の電磁波１０２を照射し、これらの照射した電磁波１０２が不良位置１０３に電気的変動を与えることで、貫通電流などの電流変動１０４を発生させる。一例として、周波数α，β，γは１０ＫＨｚ，７ＫＨｚ，１１ＫＨｚなどに設定し、互いに周波数が異なり、整数倍の関係でないことが望ましい。
【００２０】
たとえば、各プローブ１０１ａ〜１０１ｃから照射された電磁波１０２は、所望の状態に設定されているＬＳＩ１００の配線に電界または磁界の強度に応じた起電力を与え、正常な配線部に対する電磁波１０２の照射では、接続先のインバータ回路（図１ではＰＭＯＳとＮＭＯＳによるＣＭＯＳインバータ）などのゲート電位は任意の論理状態に駆動されているため、電磁波１０２を照射しても電位変化はほとんど発生することはない。
【００２１】
これに対して、たとえば図１のように断線による不良がある断線配線部では、断線配線に接続されたＮＭＯＳのゲート電位は、任意の論理状態に駆動されておらず、「Ｌ」と「Ｈ」の間の中間電位に留まり、オープンゲートとなる。このオープンゲートの中間電位を、プローブ１０１ａ〜１０１ｃによる電磁波１０２の照射によって変動させ、ゲート回路またはゲート電位を活性化することで貫通電流を流すことができ、これによって電源電流を変動させることができる。
【００２２】
そして、発生した電流変動１０４を電源ピン（または配線）１０５から、測定器などを用いた電流変動検出部１０６によってその変動を検出する。さらに、検出した電流変動１０４をスペクトラム解析部１０７で周波数成分に対する信号強度の周波数特性（スペクトル分布）１０８に変換することで、各周波数成分の不良位置１０３への影響度を得ることができる。これにより、各プローブ１０１ａ〜１０１ｃから不良位置１０３までの距離がわかることから、３点測量によりＬＳＩ１００上の不良位置１０３を特定することができる。
【００２３】
たとえば、不良位置Ｄｅｆｅｃｔ−Ｌｏｃａｔｉｏｎは、各プローブ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの位置をｐｏｓ（Ｐ１），ｐｏｓ（Ｐ２），ｐｏｓ（Ｐ３）とし、また各プローブからの電磁波照射による電流変動スペクトラムの信号強度をｐｏｗ（α），ｐｏｗ（β），ｐｏｗ（γ）とすると、
Ｄｅｆｅｃｔ−Ｌｏｃａｔｉｏｎ＝ｆｕｎｃ（ｐｏｓ（Ｐ１），ｐｏｓ（Ｐ２），ｐｏｓ（Ｐ３），ｐｏｗ（α），ｐｏｗ（β），ｐｏｗ（γ））・・・（１）
から推定することができる。
【００２４】
よって、本実施の形態によれば、複数のプローブ１０１ａ〜１０１ｃから電磁波１０２を照射し、ＬＳＩ１００の不良位置１０３に電気的変動を与え、この電流変動１０４を電流変動検出部１０６で検出し、さらにスペクトラム解析部１０７で解析することにより、不良位置１０３を特定する時間を短縮し、高速にＬＳＩ１００の不良位置１０３を特定することができる。
【００２５】
（実施の形態２）
図２により、本発明の実施の形態２のＬＳＩの検査装置および検査方法の一例を説明する。図２は、本実施の形態のＬＳＩの検査装置の構成および検査方法の手順を説明するための概略図である。
【００２６】
本実施の形態のＬＳＩの検査装置は、複数のプローブのうちの少なくとも１つのプローブの位置を変え、このプローブの位置を変えた前後の信号の変動の差分からＬＳＩの不良位置を特定するようにしたものである。
【００２７】
すなわち、本実施の形態のＬＳＩの検査装置は、前記実施の形態１と同様の、複数のプローブ１０１、電流変動検出部（検出手段）１０６、スペクトラム解析部（特定手段）１０７、信号発生器（発生手段）１０９に加えて、プローブ１０１の位置を変えるプローブ駆動部（駆動手段）１１０などから構成される。
【００２８】
本実施の形態において、プローブ駆動部１１０はプローブ１０１ａ〜１０１ｃの位置を変え、また電流変動検出部１０６はプローブ１０１ａ〜１０１ｃの位置を変える前と変えた後の状態でＬＳＩ１００から出力される信号の変動を検出し、そしてスペクトラム解析部１０７はプローブ１０１ａ〜１０１ｃの位置を変える前と変えた後の信号の変動の差分からＬＳＩ１００の不良位置１０３を特定するようになっている。
【００２９】
たとえば、不良位置Ｄｅｆｅｃｔ−Ｌｏｃａｔｉｏｎは、各プローブ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの移動前の位置をｐｏｓ（Ｐ１），ｐｏｓ（Ｐ２），ｐｏｓ（Ｐ３）、各プローブの移動ベクトルをｄｘ，ｄｙとし、また各プローブからの電磁波照射による電流変動スペクトラムの相対的な変化量をｄｉｆ（α），ｄｉｆ（β），ｄｉｆ（γ）とすると、
Ｄｅｆｅｃｔ−Ｌｏｃａｔｉｏｎ＝ｆｕｎｃ（ｐｏｓ（Ｐ１），ｐｏｓ（Ｐ２），ｐｏｓ（Ｐ３），ｄｘ，ｄｙ，ｄｉｆ（α），ｄｉｆ（β），ｄｉｆ（γ））・・・（２）
から推定することができる。
【００３０】
よって、本実施の形態によれば、電磁波を照射するプローブ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの位置を変えることにより、前記実施の形態１と同様の方法で検出した周波数特性１０８の移動前の周波数特性１０８ａと移動後の周波数特性１０８ｂの差分から、解析的にＬＳＩ１００上の不良位置１０３を特定することができる。特に、前記実施の形態１に比べて、同じ周波数成分での相対値から求めるため、不良位置１０３の特定精度を向上させることができる。
【００３１】
（実施の形態３）
図３により、本発明の実施の形態３のＬＳＩの検査装置および検査方法の一例を説明する。図３は、本実施の形態のＬＳＩの検査装置の構成および検査方法の手順を説明するための概略図である。
【００３２】
本実施の形態のＬＳＩの検査装置は、複数のプローブから複数の周波数成分を持つ変調信号による電磁波を照射するようにしたものである。
【００３３】
すなわち、本実施の形態のＬＳＩの検査装置は、前記実施の形態１と同様に、複数のプローブ１０１、電流変動検出部（検出手段）１０６、スペクトラム解析部（特定手段）１０７、信号発生器（発生手段）１０９などから構成され、信号発生器１０９によって各プローブ１０１ａ〜１０１ｃに複数の周波数成分を持つ変調信号が供給されるようになっている。
【００３４】
本実施の形態においては、各プローブ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃに、複数の周波数成分を含んだ方形波であるクロック波形などの信号波形５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃを供給し、その信号波形の電磁波１０２を照射することで、前記実施の形態１と同様の方法で検出した周波数特性１０８ｃのスペクトル分布から、ＬＳＩ１００上の不良位置１０３を特定することができる。
【００３５】
たとえば、複数の周波数成分を含んだ方形波では、正弦波と違い、基本周波数とその高調波成分が含まれているので、この信号波形に含まれる周波数成分の数だけスペクトル分布が得られる。一例として、図３においては、信号波形５０１ａに対して周波数成分α１，α２，α３、５０１ｂに対してβ１，β２，β３、５０１ｃに対してγ１，γ２，γ３がそれぞれ得られる。
【００３６】
また、前記実施の形態２と同様に、プローブ駆動部（駆動手段）１１０を備え、これらのプローブ１０１ａ〜１０１ｃの少なくとも１つ以上の位置を変えた場合には、各プローブ１０１ａ〜１０１ｃの位置の変化前後の周波数スペクトルの差分から、ＬＳＩ１００上の不良位置１０３を特定することができる。
【００３７】
よって、本実施の形態によれば、前記実施の形態１，２と同様の効果が得られるとともに、前記実施の形態１，２に比べて、複数の周波数成分から不良位置１０３を特定するため、分解能の向上が可能となり、正確かつ高速に不良位置を特定することができる。特に、１つの周波数成分から特定した不良位置に対して、さらに高調波成分から求めた不良位置と論理積をとることで不良位置の領域を狭めるため、不良位置特定の分解能は含有周波数成分が多いほど、また高いほど向上することとなる。
【００３８】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００３９】
たとえば、複数のプローブを用いることなく、単一のプローブを用い、この単一のプローブを移動させ、複数の位置からそれぞれ周波数成分または信号波形の異なる電磁波をＬＳＩに照射し、この状態でＬＳＩから出力される複数の信号の電流変動を検出し、これらの信号の電流変動からＬＳＩの不良位置を特定することも可能である。この場合にも、プローブをＬＳＩ上で走査する必要がないので、プローブを複数の位置へ移動させるだけで不良位置を高速に特定することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、ＬＳＩの不良を検査する検査技術において、たとえば電子機器、電子回路基板、半導体などの電子回路の不良位置を高速に特定することができる。特に、プローブの走査が不要となり、また複数の周波数成分または信号波形から不良位置を特定することにより、正確かつ高速に不良位置を特定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のＬＳＩの検査装置の構成および検査方法の手順を説明するための概略図である。
【図２】本発明の実施の形態２のＬＳＩの検査装置の構成および検査方法の手順を説明するための概略図である。
【図３】本発明の実施の形態３のＬＳＩの検査装置の構成および検査方法の手順を説明するための概略図である。
【図４】本発明の前提として検討したＬＳＩの検査装置の構成および検査方法の手順を説明するための概略図である。
【図５】本発明の前提として検討したＬＳＩの検査装置において、プローブの移動経路を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１００…ＬＳＩ、１０１，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ…プローブ、１０２…電磁波、１０３…不良位置、１０４…電流変動、１０５…電源ピン、１０６…電流変動検出部、１０７…スペクトラム解析部、１０８，１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ…周波数特性、１０９…信号発生器、１１０…プローブ駆動部、５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃ…信号波形。

Claims

半導体集積回路に電磁波を照射する複数のプローブと、
前記複数のプローブから前記電磁波を照射した状態で前記半導体集積回路の電気的変動を検出する検出手段と、
前記検出手段による前記電気的変動から前記半導体集積回路の不良位置を特定する特定手段とを有することを特徴とする半導体集積回路の検査装置。
請求項１記載の半導体集積回路の検査装置において、
前記複数のプローブから照射する電磁波を発生する発生手段を有し、
前記複数のプローブから照射する電磁波は、周波数がそれぞれ異なることを特徴とする半導体集積回路の検査装置。
請求項２記載の半導体集積回路の検査装置において、
前記電磁波の周波数は、互いに整数倍の関係でないことを特徴とする半導体集積回路の検査装置。
請求項２記載の半導体集積回路の検査装置において、
前記複数のプローブから照射する電磁波は、複数の周波数成分を持つ変調信号であることを特徴とする半導体集積回路の検査装置。
請求項１記載の半導体集積回路の検査装置において、
前記検出手段は、前記半導体集積回路の電源電流の変動を検出することを特徴とする半導体集積回路の検査装置。
請求項５記載の半導体集積回路の検査装置において、
前記特定手段は、前記電源電流の変動に伴う周波数成分に対する信号強度のスペクトル分布から不良位置を特定することを特徴とする半導体集積回路の検査装置。
請求項１、２、３、４、５または６記載の半導体集積回路の検査装置において、
前記複数のプローブのうちの少なくとも１つのプローブの位置を変える駆動手段を有し、
前記検出手段は、前記複数のプローブのうちの少なくとも１つのプローブの位置を変える前と変えた後の状態で前記半導体集積回路の電気的変動を検出し、
前記特定手段は、前記プローブの位置を変える前と変えた後の電気的変動の差分から前記半導体集積回路の不良位置を特定することを特徴とする半導体集積回路の検査装置。
半導体集積回路に複数のプローブから電磁波を照射し、この状態で前記半導体集積回路の電気的変動を検出し、この電気的変動から前記半導体集積回路の不良位置を特定することを特徴とする半導体集積回路の検査方法。
半導体集積回路に複数のプローブから電磁波を照射し、この状態で前記半導体集積回路の電気的変動を検出し、前記複数のプローブのうちの少なくとも１つのプローブの位置を変えて前記半導体集積回路に電磁波を照射し、この状態で前記半導体集積回路の電気的変動を検出し、前記プローブの位置を変える前と変えた後の電気的変動の差分から前記半導体集積回路の不良位置を特定することを特徴とする半導体集積回路の検査方法。