JP2010045177A - 多層配線基板及び多層配線基板の試験方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 多層配線基板及び多層配線基板の試験方法に関し、目視を伴った破壊解析を要することなく欠陥識別パターンの評価を精度良く行う。
【解決手段】 積層された複数の配線層と、前記各配線層に配置された欠陥識別用パターンと、前記各欠陥識別用パターンに対して設けられた入力部及び出力部と、前記各入力部に接続された入出力用信号線評価パターンとを含む。
【選択図】 図1

Description

本発明は、例えば半導体配線製造工程で発生した欠陥や異物を精度良く評価することができる多層配線基板及び多層配線基板の試験方法に関する。
従来より、半導体配線製造工程で発生した欠陥や異物を見つける手法としては、半導体構造物中に欠陥検出用の識別パターンを配置し、電気的特性や電子ビーム照射時のコントラス像差異などによる異常検出が広く行われている。なお、この識別用パターンとしては、櫛形、蛇行パターン形状などが広く用いられている(例えば、特許文献1或いは特許文献2参照)。
このような欠陥検出評価は、製品をはじめTEG(test element group)とよばれる評価用品種を主体に行なわれる場合が多い。
特開2007−278820号公報 特開平05−346439号公報
しかし、近年においては、対象となる配線層数が10層以上と多く、各配線層毎へ欠陥識別パターンを配置するには、欠陥識別パターンとは別に各配線層毎への入出力用信号線が多数必要となる。特に、入出力を特定層から行なうように設けた場合では、入出力用信号線自体が長配線の形状にならざるをえない。
この場合、入出力用信号線の途中にて欠陥や異物が存在した場合、故障検出を行いたい対象配線層での不良が存在しないにもかかわらず試験結果が不良となるため、真の不良箇所を見極めるには、目視を伴った破壊解析が必要となる。その結果、多くの工数と時間を費やすことになるという問題がある。
また、TEGにより欠陥検出評価を行う場合は、不要な配線層の製造を省略して、コストや時間的な無駄をなくしたい。しかし、任意の配線層を省略することは回路構成上成り立たなくなることを意味し、結果として、評価は実現不可能である。
したがって、本発明は、目視を伴った破壊解析を要することなく欠陥識別パターンの評価を精度良く行うことを目的とする。
本発明の一観点からは、積層された複数の配線層と、前記各配線層に配置された欠陥識別用パターンと、前記各欠陥識別用パターンに対して設けられた入力部及び出力部と、前記各入力部に接続された入出力用信号線評価パターンと、を含むことを特徴とする多層配線基板が提供される。
また、本発明の別の観点からは、積層された複数の配線層にそれぞれ配置された欠陥識別用パターンに対する導通試験と、前記各欠陥識別用パターンに対して設けられた入力部と前記各入力部に接続された入出力用信号線評価パターンとの間の導通試験とを別個に行うことを特徴とする多層配線基板の試験方法が提供される。
開示の多層配線基板及び多層配線基板の試験方法によれば、欠陥識別用パターンの試験結果の精度の向上及び入出力信号線用評価パターンのスタックビア系評価への兼用が可能になる。また、同時に、任意の配線層の製造を省略した場合でも、欠陥識別用パターンの出力部と入力部をスタックビア構造を介して各配線層間で共有しているため、回路構成を維持することができる。
また、欠陥識別用パターンの出力部に対して入力部を配線層別にグループ分けすることによって、下層側パターンの追加配置が可能になり、それによって、評価精度を向上することができる。
ここで、図1乃至図4を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の実施の形態の配線欠陥検出用多層配線構造の概念的構成図であり、欠陥識別用パターン部10と入出力用信号評価パターン部20から構成される。
欠陥識別用パターン部10は、各積層次数の配線層毎に設けた欠陥識別用パターン
11と、各欠陥識別用パターン11に設けた入力部13及び出力部12とからなる。図においては、入力部13及び出力部12をそれぞれスタックビア構造14,15を介して取り出したパッド16,17として示しているが、パッドである必要はない。
また、この場合には、出力部12を各欠陥識別用パターン11に対して共有する場合を図示しており、したがって、出力部12のスタックビア構造14には、各積層次数の配線層毎に設けた欠陥識別用パターン11の一端が接続される。なお、図においては便宜上、6層構造を示しており、欠陥識別用パターン11〜11を示している。
また、入力部13を構成するスタックビア構造15には、試験対象となる積層次数の配線層に設けた欠陥識別用パターン11が接続され、ここでは、第6層目の欠陥識別用パターン11の他端が接続される。なお、後述するように、他の位置に設けた出力部(図示を省略)と接続する第6層目の欠陥識別用パターン11より下層の欠陥識別用パターン11を接続しても良い。
また、入力部13を構成するスタックビア構造15は、試験対象となる積層次数の配線層に設けた欠陥識別用パターン11に対応する積層次数のスタックビア構造15が設けらており、例えば、試験対象となる積層次数が第3層目であれば、スタックビア構造15を構成するビアの数は2となる。
一方、入出力用信号評価パターン部20は、各積層次数の配線層毎に設けた入出力用信号評価パターン21と、各入出力用信号評価パターン21の一端に設けられた入力部22とからなり、各入出力用信号評価パターン21の他端は、欠陥識別用パターン部10の入力部13を構成するスタックビア構造15接続される。
また、各入出力用信号評価パターン21の一端に設けられた入力部22は、それぞれ各入出力用信号評価パターン21に対して複数個設け、入出力用信号評価パターン部20の信頼性を確保する。
また、この入力部22もスタックビア構造23を介して取り出したパッド24で構成され、図においては、第6層目の入出力用信号評価パターン21に対する入力部22を2個示している。また、第4層目の入出力用信号評価パターン21に対する入力部22は図示の便宜上1個しか示していないが、通常は他の積層次数の入出力用信号評価パターン21に対する入力部22と同数設ける。
この場合の第4層目の入出力用信号評価パターン21は、図示を省略した第4層目の欠陥識別用パターン11の他端が接続される入力部(13)を構成するビアを3個積層した構造のスタックビア構造に接続される。なお、図示は省略しているが、第1層目、第2層目、第3層目、或いは、第5層目に対する接続構造も同様である。これらの各入出力用信号評価パターン21は各積層次数の配線層毎に独立して設けられている。
このような、欠陥識別用パターン部10はチップ内に多数箇所配置されており、各欠陥識別用パターン部10に対して共通の入出力用信号評価パターン部が接続されるように、入出力用信号評価パターン部はチップ内にメッシュ状に配置される。
図2は、入出力用信号評価パターン部による試験評価方法の説明図であり、図2(a)は第4層目の試験評価方法、図2(b)は第5層目の試験評価方法、図2(c)は第6層目の試験評価方法を概念的に示したものであり、第3層目以下も同様である。なお、図においては、入出力用信号評価パターン21は簡略化して示している。
図2(a)に示すように、第4層目を試験評価する場合には、複数のパッド24から信号を入力してパッド17から出力を取り出して導通状態を評価する。この時、入出力用信号評価パターン21に対するパッド24は複数個(図においては4個)設けているので、仮に、複数の入力部22のスタックビア構造23のどれかに欠陥があったとしても全てのスタックビア構造23に欠陥がある可能性は非常に低い。
したがって、評価結果が非導通の場合には、入力部13を構成するスタックビア構造15のどこかに欠陥が発生していると評価する。また、図2(b)及び図2(c)に示す第5層目及び第6層目の場合も同様である。このような試験評価は積層次数が下層の配線層から順次行っていく。
図3は、欠陥識別用パターン部の試験評価方法の説明図であり、各欠陥識別用パターン11に共有されている出力部12に対して、各欠陥識別用パターン11に対応する入力部13が、各欠陥識別用パターン11を介して接続されている。なお、第2層目以下も同様である。また、図においては、欠陥識別用パターン11は簡略化して示している。
図3に示すように、第3層目を試験評価する場合には、パッド17から信号を入力して出力部12を構成するパッド16から出力を取り出して導通状態を評価する。この時、評価結果が非導通の場合には、欠陥識別用パターン11に欠陥が発生していると評価する。なお、この試験評価も積層次数が下層の配線層から順次行っていく。
次に、図4を参照してグループ分けによる試験評価方法を説明する。図4はグループ分けを説明するための概念的配置図であり、図示を簡単にするために、第3層目の欠陥識別用パターン11に接続された出力部12〜12と、入力部13〜13との複数の対、図においては4つの対の入出力を図示している。このような複数の入出力部の対からなる同様の構成はチップ内に多数配置されている。
図における左端の出力部12と入力部13の対は、第3層目の欠陥識別用パターン11の両端に接続されて、入力部13に信号を入力して出力部12で出力を検出することによって、第3層目の欠陥識別用パターン11に欠陥が発生しているか否かを評価する。また、この入出力対はチップ内の他の位置に設けられた同様の構成とともにGroup−3Lを構成する。
また、Group−3Lを構成する各入力部13は、チップ内のメッシュ状に配置された入出力用信号評価パターン部20を構成する第3層目の入出力用信号評価パターン21に接続される。
図における左端から2番目の出力部12と入力部13の対も、第3層目の欠陥識別用パターン11の両端に接続されて、入力部13に信号を入力して出力部12で出力を検出することによって、第3層目の欠陥識別用パターン113 に欠陥が発生しているか否かを評価する。また、この入力部13は、第4層目の欠陥識別用パターン11を介して左端の出力部12とも接続されて、チップ内の他の位置に設けられた同様の構成とともに第4層目の欠陥識別用パターン11を評価するGroup−4Lを構成する。
また、Group−4Lを構成する各入力部13も、チップ内のメッシュ状に配置された入出力用信号評価パターン部20を構成する第4層目の入出力用信号評価パターン21に接続される。
図における左端から3番目の出力部12と入力部13の対も、第3層目の欠陥識別用パターン11の両端に接続されて、入力部13に信号を入力して出力部12で出力を検出することによって、第3層目の欠陥識別用パターン11に欠陥が発生しているか否かを評価する。また、この入力部13は、第5層目の欠陥識別用パターン11を介して左端の出力部12とも接続されて、チップ内の他の位置に設けられた同様の構成とともに第5層目の欠陥識別用パターン11を評価するGroup−5Lを構成する。
また、Group−5Lを構成する各入力部13も、チップ内のメッシュ状に配置された入出力用信号評価パターン部20を構成する第5層目の入出力用信号評価パターン21に接続される。
図における右端の出力部12と入力部13の対も、第3層目の欠陥識別用パターン113 の両端に接続されて、入力部13に信号を入力して出力部12で出力を検出することによって、第3層目の欠陥識別用パターン11に欠陥が発生しているか否かを評価する。また、この入力部13は、第6層目の欠陥識別用パターン11を介して左端の出力部12とも接続されて、チップ内の他の位置に設けられた同様の構成とともに第6層目の欠陥識別用パターン11を評価するGroup−6Lを構成する。
また、Group−6Lを構成する各入力部13も、チップ内のメッシュ状に配置された入出力用信号評価パターン部20を構成する第6層目の入出力用信号評価パターン21に接続される。
このように、一つの出力部12を各入力部13〜13で共有して、各積層次数の配線層に設けた欠陥識別用パターン11と接続する入力部13毎にグループ化することによって、各入力部13に接続する欠陥識別用パターン11の下層側に欠陥識別用パターン11の積層次数iより次数の低い欠陥識別用パターン11(k<i)を追加配置することができる。
したがって、導通試験を行う入力部と出力部の組み合わせにより、異なる層の欠陥識別用パターン、例えば、2つの積層次数i,kの配線層に設けた欠陥識別用パターン11及び欠陥識別用パターン11の評価が可能になるため、評価精度が向上することになる。
以上を前提として、次に、図5及び図6を参照して本発明の実施例1の配線欠陥試験方法を説明するが、欠陥識別用パターン及び入出力信号評価用パターンの配置は図4に示した通りである。図5は、本発明の実施例1の配線欠陥試験方法のフローチャートである。A.まず、最下層の入出力評価パターン部の評価を行う。ここでは、最下層の入出力評価パターン部を構成する入力部のパッド(パッドC)と、最下層の欠陥識別用パターン部を構成する入力パッド(パッドB)間の導通試験を行う。
.次いで、導通試験結果(Pass/Fail情報)からFBM(Fail Bit Map)を作成する。この導通試験結果は上述のように最下層の欠陥識別用パターン部の入力部を構成するスタックビア構造等の欠陥の有無を表す。
A3 .次いで、この導通試験を順次積層次数を順次上げて最上層まで行い、最上層の導通試験が終了すると、全ての積層次数の配線層の入出力評価パターン部に関するFBMからなるデータBが得られる。
次に入出力評価パターン部の評価を行う。
.まず、最下層の欠陥識別用パターン部の評価を行う。ここでは、最下層の欠陥識別用パターン部を構成する入力部のパッド(パッドB)と、最下層の欠陥識別用パターン部を構成する出力パッド(パッドA)間の導通試験を行う。
.次いで、導通試験結果(Pass/Fail情報)からFBM(Fail Bit Map)を作成する。この導通試験結果は上述のように最下層の欠陥識別用パターンの欠陥の有無を表す。
.次いで、この導通試験を順次積層次数を上げて最上層まで行い、最上層の導通試験が終了すると、全ての積層次数の配線層の欠陥識別用パターン部に関するFBMからなるデータAが得られる。
最後に、最終的な結果判定を行う。
C.データAとデータBのマージ処理を行って欠陥層の判定を行う。
図6は、このようにして得られた判定結果の一例を示す説明図である。
.まず、パッドB−パッドC間の欠陥検査評価において、Group−5Lで不良(Fail)が不良発生している。したがって、欠陥識別用パターンにおける欠陥の有無に拘わらず、該当個所では欠陥識別用パターンについての5L検証は不可能となる。したがって、欠陥識別用パターンについての5L検証はチップ内の別位置に配置されているGroup−5Lにおいて評価実施する必要がある。
.次に、Group−4Lでも不良が発生している。しかし、Group−4LではパッドB−パッドC間の入出力信号評価パターン側では不良は発生していない(Pass)ので、本位置において、4Lの欠陥識別用パターン或いはパッドAに接続するスタックビア構造において不良が存在することになる。
このように、本発明の実施例1においては、欠陥識別用(パッドA−パッドB間)の試験評価と入出力信号線評価用(パッドB−パッドC間)の試験評価を分離して行っているので、欠陥識別用(パッドA−パッドB間)の試験評価を精度良く行うことができる。
次に、図7を参照して本発明の実施例2の配線欠陥試験方法を説明する。図7は、本発明の実施例2の配線欠陥試験方法のフローチャートである。
A.まず、最下層の入出力評価パターン部の評価を行う。ここでは、最下層の入出力評価パターン部を構成する入力部のパッドと、最下層の欠陥識別用パターン部を構成する入力パッド間の導通試験を行う。
B.次いで、導通試験結果(Pass/Fail情報)からFBM(Fail Bit Map)を作成し、データBに格納する。この導通試験結果は上述のように最下層の欠陥識別用パターン部の入力部を構成するスタックビア構造等の欠陥の有無を表す。
C.次いで、同じ最下層の欠陥識別用パターン部の評価を行う。ここでは、最下層の欠陥識別用パターン部を構成する入力部のパッドと、最下層の欠陥識別用パターン部を構成する出力パッド間の導通試験を行う。
D.次いで、導通試験結果(Pass/Fail情報)からFBM(Fail Bit Map)を作成して、データAに格納する。この導通試験結果は上述のように最下層の欠陥識別用パターンの欠陥の有無を表す。
E.次いで、最下層の配線層についてデータAとデータBのマージ処理を行って欠陥層に関する判定を行う。
F.次いで、この一連の2段階の導通試験を順次積層次数を順次上げて最上層まで行い、最上層の導通試験が終了すると、全ての積層次数の配線層の欠陥識別用パターン部の入力部を構成するスタックビア構造等の欠陥の有無に関するデータBと欠陥識別用パターン部の欠陥に関するデータAとが得られるともに最終的な判定結果が得られる。
なお、判定結果は上述の図6と同様に表される。
このように、本発明の実施例2においても、各積層次数毎に一連の2段階試験を行うか、試験種別の全積層次数について行うかの違いはあるものの、欠陥識別用(パッドA−パッドB間)の試験評価と入出力信号線評価用(パッドB−パッドC間)の試験評価を分離して行っているので、欠陥識別用(パッドA−パッドB間)の試験評価を精度良く行うことができる。
次に、図8を参照して本発明の実施例3の欠陥識別用パターンの配置状態を説明する。図8は、本発明の実施例3の欠陥識別用パターンの概念的配置図であり、ここでも、図示を簡単にするために、出力部を共有する4つの入出力対を図示している。このような複数の入出力部の対からなる同様の構成はチップ内に多数配置されている。
図における左端の出力部12と入力部13の対は、第3層目の欠陥識別用パターン11の両端に接続されて、入力部13に信号を入力して出力部12で出力を検出することによって、第3層目の欠陥識別用パターン11に欠陥が発生しているか否かを評価する。また、この入出力対はチップ内の他の位置に設けられた同様の構成とともにGroup−3Lを構成する。
図における左端から2番目の出力部12と入力部13の対は第4層目の欠陥識別用パターン11の両端に接続されて、入力部13に信号を入力して出力部12で出力を検出することによって、第4層目の欠陥識別用パターン11に欠陥が発生しているか否かを評価する。この入出力対はチップ内の他の位置に設けられた同様の構成とともにGroup−4Lを構成する。
図における左端から3番目の出力部12と入力部13の対は第5層目の欠陥識別用パターン11の両端に接続されて、入力部13に信号を入力して出力部12で出力を検出することによって、第5層目の欠陥識別用パターン11に欠陥が発生しているか否かを評価する。この入出力対はチップ内の他の位置に設けられた同様の構成とともにGroup−5Lを構成する。
図における右端の出力部12と入力部13の対は第6層目の欠陥識別用パターン11の両端に接続されて、入力部13に信号を入力して出力部12で出力を検出することによって、第6層目の欠陥識別用パターン11に欠陥が発生しているか否かを評価する。この入出力対はチップ内の他の位置に設けられた同様の構成とともにGroup−6Lを構成する。
この本発明の実施例3においては、一つの入出力対に一つの欠陥識別用パターンしか接続していないが、欠陥識別用(パッドA−パッドB間)の試験評価と入出力信号線評価用(パッドB−パッドC間)の試験評価を分離して行っているので、欠陥識別用(パッドA−パッドB間)の試験評価を精度良く行うことができる。
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は、各実施例に示した条件に限られるものではない。例えば、上記各実施例においては、入出力部をスタックビア構造を含むパッドとして示しているが、パッドを設けることは必須ではなく、例えば、メタル配線への直接的な接触で試験を行っても良く、或いは、論理回路からのアクセスなど手法を用いても良い。
また、上記実施例2においては、各配線層毎にデータAとデータBのマージ処理を行っているが、全配線層についてのデータAとデータBが全て揃ってからマージ処理を行っても良いものである。
ここで、実施例1乃至実施例3を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を開示する。
(付記1) 積層された複数の配線層と、
前記各配線層に配置された欠陥識別用パターンと、
前記各欠陥識別用パターンに対して設けられた入力部及び出力部と、
前記各入力部に接続された入出力用信号線評価パターンと、
を含むことを特徴とする多層配線基板。
(付記2) 前記各配線層毎に配置された欠陥識別用パターンの出力部が共有されていることを特徴とする付記1記載の多層配線基板。
(付記3) 前記入出力用信号線評価パターンの入力部を、各配線層の入出力用信号線評価パターンに対して複数箇所設けたことを特徴とする付記1または2に記載の多層配線基板。
(付記4) 積層された複数の配線層にそれぞれ配置された欠陥識別用パターンに対する導通試験と、前記各欠陥識別用パターンに対して設けられた入力部と前記各入力部に接続された入出力用信号線評価パターンとの間の導通試験とを別個に行うことを特徴とする多層配線基板の試験方法。
(付記5) 前記各欠陥識別用パターンに対して設けられた出力部を共有させ、前記共有させた出力部と、前記入力部とを前記各配線層毎に組み合わせて試験を実施することを特徴とする付記4記載の多層配線基板の試験方法。
(付記6) 前記欠陥識別用パターンの入力部と前記入出力用信号線評価パターン間の導通試験を前記配線層毎に最下層から順次行った後、前記欠陥識別用パターンに対する導通試験を前記配線層毎に最下層から順次行うことを特徴とする付記4または5に記載の多層配線基板の試験方法。
(付記7) 前記欠陥識別用パターンの入力部と前記入出力用信号線評価パターン間の導通試験を最下層の配線層に対して行った後、前記欠陥識別用パターンに対する導通試験を同じ配線層に対して行う工程を、前記配線層の積層次数を上げつつ繰り返すことを特徴とする付記4または5に記載の多層配線基板の試験方法。
本発明の実施の形態の配線欠陥検出用多層配線構造の概念的構成図である。 入出力用信号評価パターン部による試験評価方法の説明図である。 欠陥識別用パターン部の試験評価方法の説明図である。 グループ分けを説明するための概念的配置図である。 本発明の実施例1の配線欠陥試験方法のフローチャートである。 判定結果の一例を示す説明図である。 本発明の実施例2の配線欠陥試験方法のフローチャートである。 本発明の実施例3の欠陥識別用パターンの概念的配置図である。
符号の説明
10 欠陥識別用パターン部
11〜11 欠陥識別用パターン
12,12〜12 出力部
13,13〜13 入力部
14,15,15〜15 スタックビア構造
16,17,17〜17 パッド
20 入出力用信号評価パターン部
21〜21 入出力用信号評価パターン
22,22〜22 入力部
23,23〜23 スタックビア構造
24 パッド

Claims (6)

  1. 積層された複数の配線層と、
    前記各配線層に配置された欠陥識別用パターンと、
    前記各欠陥識別用パターンに対して設けられた入力部及び出力部と、
    前記各入力部に接続された入出力用信号線評価パターンと、
    を含むことを特徴とする多層配線基板。
  2. 前記各配線層毎に配置された欠陥識別用パターンの出力部が共有されていることを特徴とする請求項1記載の多層配線基板。
  3. 積層された複数の配線層にそれぞれ配置された欠陥識別用パターンに対する導通試験と、前記各欠陥識別用パターンに対して設けられた入力部と前記各入力部に接続された入出力用信号線評価パターンとの間の導通試験とを別個に行うことを特徴とする多層配線基板の試験方法。
  4. 前記各欠陥識別用パターンに対して設けられた出力部を共有させ、前記共有させた出力部と、前記入力部とを前記各配線層毎に組み合わせて試験を実施することを特徴とする請求項3記載の多層配線基板の試験方法。
  5. 前記欠陥識別用パターンの入力部と前記入出力用信号線評価パターン間の導通試験を前記配線層毎に最下層から順次行った後、前記欠陥識別用パターンに対する導通試験を前記配線層毎に最下層から順次行うことを特徴とする請求項3または4に記載の多層配線基板の試験方法。
  6. 前記欠陥識別用パターンの入力部と前記入出力用信号線評価パターン間の導通試験を最下層の配線層に対して行った後、前記欠陥識別用パターンに対する導通試験を同じ配線層に対して行う工程を、前記配線層の積層次数を上げつつ繰り返すことを特徴とする請求項3または4に記載の多層配線基板の試験方法。
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