JP2015175851A - 発光スペクトル分析による欠陥の分離のためのシステムと方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 テスト対象デバイス（ＤＵＴ）の光学プロービングのための装置及び方法が開示される。このシステムによって、ＤＵＴの欠陥デバイスの検出、位置特定、及び分類が可能になる。
【解決手段】 静的又は動的であるテストシグナル、つまり、任意の能動デバイスを変化させるテストシグナルをＤＵＴが受信しているときに、ＤＵＴの選択領域が撮像される。ＤＵＴからの光は収集され、回転可能な回折素子を通過し、そしてセンサによって撮像されて電気信号に変換される。取得された画像はグレーティングの回転位置次第で変化する。回折された画像は、ＤＵＴの欠陥デバイスを検出、位置特定、及び分類するために調べられる。
【選択図】図２

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１４年３月１３日に出願された米国仮出願第６１／９５２，８６１号に関し、またそれに基づく優先権を主張し、その開示の全体が参照文献として本願明細書に組み込まれる。

［技術分野］
本発明は、テスト対象デバイス（ＤＵＴ）における電子素子のスイッチングによって、集積回路の光学的なプロービングをおこなうための装置及び方法に関する。本発明は、機能不良の素子を検出し、位置を特定し、そして分類することに関する。

［関連技術について］
プロービングシステムは、当該技術分野において、集積回路（ＩＣ）設計及びレイアウトのテストやデバッグに用いられてきた。ＩＣのプロービングのための発光やレーザを利用した様々なシステムが先行技術において既知である。本明細書には先行技術の一部の記載が提供されているものの、米国仮出願第５，２０８，６４８号、５，２２０，４０３号、５，９４０，５４５号、６，９４３，５７２号、７，０１２，５３７号、７，０３８，４４２号、７，２２４，８２８号、及び７，３２３，８６２号も閲読することが読者に推奨され、またそれらの全体が参照文献として本願明細書に組み込まれる。さらなる関連情報は、Ｙｅｅ，Ｗ．Ｍ．他、Ｌａｓｅｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｐｒｏｂｅ （ＬＶＰ）： Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｂｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｆｌｉｐ−Ｃｈｉｐ Ｐａｃｋａｇｅｄ Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ （ＩＳＴＦＡ）、２０００年、ｐｐ．３〜８）、Ｂｒｕｃｅ，Ｍ．他、 Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｂａｃｋｓｉｄｅ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｐｒｏｂｉｎｇ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ （ＩＳＴＦＡ）， １９９９年， ｐｐ．１９−２５）、Ｋｏｌａｃｈｉｎａ，Ｓ．他、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ｐｒｏｂｉｎｇ- Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｆｏｒ Ｎｏｎ−Ｆｌｉｐｃｈｉｐ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ （ＩＳＴＦＡ）、２００１年、ｐｐ．５１−５７）、Ｓｏｒｅｆ，Ｒ．Ａ．及びＢ．Ｒ．Ｂｅｎｎｅｔｔ、Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃａｌ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ．（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、１９８７年、ＱＥ−２３（１）、ｐｐ．１２３−９）、Ｋａｓａｐｉ，Ｓ．他、Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ Ｂａｃｋｓｉｄｅ Ｐｒｏｂｉｎｇ ｏｆ ＣＭＯＳ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ．（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ、１９９９年、３９：ｐ．９５７）、Ｗｉｌｓｈｅｒ，Ｋ．他、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ｐｒｏｂｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＩＳＴＦＡ）、２０００年、ｐｐ．４７９−８５）、Ｈｅｉｎｒｉｃｈ，Ｈ．Ｋ．、Ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌｓ ｉｎ Ｆｌｉｐ−Ｃｈｉｐ−Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ．（ＩＢＭ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ、１９９０年、３４（２／３）：ｐｐ．１６２−７２）、Ｈｅｉｎｒｉｃｈ，Ｈ．Ｋ．、Ｄ．Ｍ．Ｂｌｏｏｍ，及びＢ．Ｒ． Ｈｅｍｅｎｗａｙ、Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ｓｈｅｅｔ ｃｈａｒｇｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｒｏｂｅ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓ．（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９８６年、４８（１６）：ｐｐ．１０６６−１０６８）、Ｈｅｉｎｒｉｃｈ，Ｈ．Ｋ．、Ｄ．Ｍ．Ｂｌｏｏｍ、及びＢ．Ｒ．Ｈｅｍｅｎｗａｙ、Ｅｒｒａｔｕｍ ｔｏ Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ｓｈｅｅｔ ｃｈａｒｇｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｒｏｂｅ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓ．（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９８６年、４８（２６）：ｐ．１８１１）、Ｈｅｉｎｒｉｃｈ，Ｈ．Ｋ．他、Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌｓ ｉｎ ａ ｓｉｌｉｃｏｎ ｂｉｐｏｌａｒ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｕｓｉｎｇ ａ ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｂｅ．（ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９８６年、２２（１２）：ｐｐ．６５０−６５２）、Ｈｅｍｅｎｗａｙ，Ｂ．Ｒ．他、Ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｕｓｉｎｇ ａ ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｌａｓｅｒ−ｄｉｏｄｅ ｐｒｏｂｅ．（ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９８７年、８（８）：ｐｐ．３４４−３４６）、Ａ．Ｂｌａｃｋ、Ｃ．Ｃｏｕｒｖｉｌｌｅ、Ｇ．Ｓｃｈｕｌｔｈｅｉｓ、Ｈ．Ｈｅｉｎｒｉｃｈ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｏｆ ＧＨｚ Ｃｈａｒｇｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ＳＩｌｉｃｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９８７年、Ｖｏｌ．２３、Ｎｏ．１５、ｐｐ．７８３−７８４）において見受けられ、それらの全体が参照文献として本願明細書に組み込まれ、そしてＫｉｎｄｅｒｅｉｔ Ｕ、Ｂｏｉｔ Ｃ、Ｋｅｒｓｔ Ｕ、Ｋａｓａｐｉ Ｓ、Ｉｓｐａｓｏｉｕ Ｒ、Ｎｇ Ｒ、Ｌｏ Ｗ、Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｐｒｏｂｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ Ｏｖｅｒｓｉｚｅｄ ａｎｄ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｓｉｚｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｏｆ １２０ｎｍ ａｎｄ ６５ｎｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ４８ （２００８年、１３２２−１３２６），１９ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｆａｉｌｕｒｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ （ＥＳＲＥＦ ２００８年））において見受けられる。

既知であるように、ＩＣのデバッグ及びテストの際、例えば自動試験及び評価（ＡＴＥ）テスタとしても知られる自動試験装置などの商業上利用可能であるテストプラットフォームは、ＩＣのテスト対象デバイス（ＤＵＴ）に適用されるテストパターン（テストベクトルとしても言及される）を生成するために用いられる。また、種々のシステム及び方法がテストベクトルに対するＤＵＴの応答をテストするために用いられ得る。そのような一方法は一般にエミッション顕微鏡法として言及される。エミッション顕微鏡法はＤＵＴが能動状態であるときに発生される光子放出を収集する。つまり、エミッション顕微鏡法ではテストの際に照射は使用されない。また、その他の方法では、例えばレーザボルテージプロービング（ＬＶＰ）などのテストに照射が用いられる。ＬＶＰなどのレーザを利用したシステムがプロービングに用いられる場合、ＤＵＴはレーザによって照射され、ＤＵＴから反射した光がプロービングシステムにより収集される。レーザビームがＤＵＴに当たるとき、レーザビームはテストベクトルに対するＤＵＴの種々の素子（スイッチングトランジスタ）の応答によって変化する。これは自由キャリア密度の電気的変化と、屈折率の結果的な摂動と、最も一般にはシリコンであるＩＣ材料の吸収率とに起因している。従って、反射光の解析によってＤＵＴにおける様々なデバイスの動作に関する情報が提供される。

エミッション顕微鏡法のシステムは、レーザを利用したシステムの構成要素の大部分を用いる。これは、エミッション顕微鏡においてさえ、レーザ照射などの照射がナビゲーションとＤＵＴの撮像とに用いられるからである。よって、レーザを利用した顕微鏡について以下に簡単に記載される。

図１は、先行技術による、光プロービングシステム構造１００の主要な構成要素を示す一般的な概略図である。図１では、破線矢印は光路を示し、実線矢印は電気信号路を示す。曲線によって表される光路は、通常、光ファイバケーブルを用いて構成される。プロービングシステム１００は、特にこの例ではデュアルレーザ源であるレーザ源ＤＬＳ１１０、光学ベンチ１１２、並びにデータ取得及び解析装置１１４を含む。光学ベンチ１１２はＤＵＴ１６０を設置するための設備を含む。

従来のＡＴＥテスタ１４０は、刺激信号を供給し、ＤＵＴ１６０へそしてＤＵＴ１６０から応答信号１４２を受信し、また、トリガ及びクロック信号１４４をタイムベースボード１５５へと供給し得る。通常、テスタからの信号はテストボード、ＤＵＴボード（アダプタープレート）、並びにこれらの部品すべてを接続する種々の配線及びインターフェイスを介してＤＵＴに伝送される。ＡＴＥと光プロービングシステムとは、一般に、関連をもたない様々な会社によって製造され販売される。このように、本発明のシステムの実施形態に記載される論及は光プロービングシステムのみに関し、ＡＴＥには関しない。つまり、ＡＴＥは光プロービングシステム１００の一部ではない。

光プロービングシステム１００に戻ると、タイムベースボード１５５は信号の取得をＤＵＴ刺激及びレーザパルスと同期させる。ワークステーション１７０は、信号取得ボード１５０、タイムベースボード１５５、及び光学ベンチ１１２からのデータを制御、並びに受信、処理、そして表示する。

ここで、プロービングシステム１００の様々な構成要素はより詳細に記載される。一部のＤＵＴテストにおいて、時間分解能は重要度が高いので、図１の実施形態では先行技術のパルス状のレーザが用いられ、そのレーザパルス幅はシステムの時間分解能を決定する。デュアルレーザ源１１０は、１０〜３５ｐｓ幅のパルスを発生するために用いられるパルスモード同期レーザ源ＭＬＬ１０４と、外部でゲートをかけて約１μｓ幅のパルスを発生することができる連続波レーザ源ＣＷＬ１０６との、２つのレーザからなる。ＭＬＬ１０４のソースは固定周波数、典型として１００ＭＨｚで動作し、タイムベースボード１５５の位相同期ループ（ＰＬＬ）とＡＴＥテスタによって供給されるトリガ及びクロック信号１４４とを介して、ＤＵＴに供給される刺激１４２と同期される必要がある。ＤＬＳ１１０の出力は、光ファイバケーブル１１５を用いて光学ベンチ１１２に伝送される。そして、光ビームは、ＤＵＴ１６０の選択部分を照射するように光ビームを方向づけるビーム光学系１２５によって操作される。

ビーム光学系１２５はレーザ走査型顕微鏡（ＬＳＭ１３０）とビーム操作光学系（ＢＥＡＭ ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＩＯＮ ＯＰＴＩＣＳ）（ＢＭＯ１３５）からなる。対物レンズなど、このような光学系設定において従来から用いられる特定の素子は表示されていない。一般に、ＢＭＯ１３５はビームを要求される形状、焦点、偏光などに操作するのに必要である光学素子からなり、ＬＳＭ１３０はＤＵＴの特定の領域でビームをスキャンさせるために必要とされる素子からなる。ＬＳＭ１３０は、ビームをスキャンさせることに加えて、ＬＳＭ及び対物レンズの視野内のどこにでもレーザビームを方向づけ、「とどめる」ためのベクトルポイントモードを有する。Ｘ−Ｙ−Ｚステージ１２０は静止しているＤＵＴ１６０に関してビーム光学系１２５を動作させる。ステージ１２０とＬＳＭ１３０のベクトルポイントモードとを用いて、ＤＵＴ１６０の任意の対象点が照射され、プロービングされ得る。発光モードでは、例えばＬＳＭの「とどめる」モードを用いて、ビーム光学系はＤＵＴの選択領域から放出された光子を収集する。

ＤＵＴ１６０のプロービングにおいて、ＡＴＥ１４０は、刺激信号１４２を、タイムベースボード１５５の位相同期ループへと供給されるトリガ及びクロック信号と同期したＤＵＴに送信する。位相同期ループは、ＭＬＬ１０４を制御してその出力パルスをＤＵＴへの刺激信号１４２に同期させるか、又はクロック信号を光子検出に同期させて時間分解された光子放出を提供する。ＭＬＬ１０４は、刺激されるＤＵＴの特定の対象デバイスを照射するレーザパルスを放射する。ＤＵＴからの反射光又は放出光はビーム光学系１２５によって収集され、光ファイバケーブル１３４を介して光検出装置１３８に伝送される。放出ビーム又は反射ビームは、刺激信号に対するデバイスの応答次第で、（例えば強度などの）特性を変化させる。

付随的に、入射レーザパワーをモニターし、またレーザパワーの変動を補償する目的で、例えば光学ベンチ１１２は、ＭＬＬ１０４入射パルスの一部分を、光ファイバケーブル１３２を介して光検出装置１３６に転換する手段を提供する。

光センサ１３６、１３８の出力信号は、信号取得ボード１５０に送信され、そして信号取得ボード１５０は信号をコントローラ１７０に送信する。また、タイムベースボード１５５の位相同期ループの操作によって、コントローラ１７０は、ＤＵＴ１６０の刺激信号１４２に関してＭＬＬ１０４パルスの正確な時間位置を制御する。時間位置を変化させ、光センサ信号をモニターすることによって、コントローラ１７０は刺激信号１４２に対するＤＵＴの時間応答性を解析することができる。解析の時間分解能はＭＬＬ１０４パルスの幅に依存する。

また、連続波ＬＶＰをおこなうことも当該技術分野において知られており、連続波レーザはＤＵＴのデバイスを照射するために用いられ、連続的な反射光が収集される。連続的な反射光は、種々の刺激信号に対する能動状態のデバイスの応答、つまりスイッチングに関するタイミング情報を含む。反射光信号は、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などの光検出装置によって連続的に電気信号に変換され、増幅される。タイミング情報は、電気信号に含まれ、デバイス変化の検出を示し、その変化はオシロスコープを用いて時間領域か、或いはスペクトラムアナライザを用いて周波数領域で表示されることが可能である。

特にムーアの法則にのっとったサイズの縮小について、いくつかの問題がＤＵＴのプロービングを複雑にしている。中でも問題は機能不良のデバイスの検出である。つまり、サイズの縮小と動作電圧の低下とに伴い、光の放出が弱すぎるか、或いはバックグラウンドノイズと比較して光の変化が小さすぎるかの理由により、機能不良のデバイスを検出することがより困難になっている。また別の問題として欠陥デバイスの位置特定が挙げられる。ＤＵＴの特定の領域に欠陥デバイスが含まれることが突き止められても、デバイスの集積化により、欠陥デバイスの場所又はどれが欠陥デバイスかを正確に知ることは困難である。さらなる問題は、欠陥解析を補助するための欠陥のタイプの特定である。例えば、欠陥のトランジスタは過負荷になるか、又は飽和し得る。これについて、欠陥のうちの１つのタイプはトランジスタが過負荷状態で導通し続ける場合である。これはいくつかの機構により起こり得り、そのような１つは低いゲート電圧である。本明細書において、この現象は「トライステート」として言及される。

このように、欠陥デバイスの検出、位置特定、及び分類を補助する当該技術分野における先進的な技術が必要とされる。これに関し、本技術分野において使用される一般的な用語はやや分かりにくいということが言及される。本技術において、テストされる集積回路（ＩＣ）チップはテスト対象デバイス（ＤＵＴ）として言及される。また当然ながらチップは、トランジスタ、ダイオードなどの多くの電子素子からなり、これらもデバイスとして言及される。本明細書において、混同を避ける必要がある際に、ＤＵＴはＩＣとして、電子素子はデバイスとして言及される。

本発明の概要は、本発明の一部の態様及び特性に対して基本的な理解をするために含まれる。この発明の概要は、本発明の広範な概要ではなく、また本発明のキーになる若しくは重要な要素を具体的に特定すること、又は本発明の範囲を示すこと、を意図するものではない。その唯一の目的は、以下に示されるより詳細な説明の前置きとして、本発明のいくつかのコンセプトを単純化した形態で示すことである。

本発明の種々の実施形態において、ＩＣにおける欠陥デバイスの検出のための装置及び方法が提供される。また、本発明の種々の実施形態は、ＩＣにおける欠陥デバイスの位置特定のための装置及び方法を提供する。さらに、本発明の種々の実施形態は、ＩＣにおける欠陥デバイスの分類のための装置及び方法を提供する。

本開示の実施形態のコンセプトは、ＩＣにおける欠陥デバイスを検出、位置特定、及び分類するための回転可能なグレーティングの使用にある。グレーティングは検出された光をその周波数成分へ分割するために用いられ、欠陥の特定及び分類を支援する。本願の発明者らは、グレーティングの様々な回転方向を用いてＩＣを撮像することによって有益な情報を取得できることを発見した。この有効性は欠陥の検出、位置特定、及び分類の支援に用いられる。

原則的に、グレーティングを伴わないシステムにおいて収集された光は円形状に現れるが、グレーティングを用いると発光のスペクトルが撮像されることも可能であり、通常は直線的形態で現れる。グレーティングの回転次第で、スペクトルの形状は異なって現れる、即ち、スペクトルの軸は異なる角度に方向づけられる。さらに、スペクトルの形状は、欠陥のタイプ次第で、例えば直線的な筋、「彗星の尾」などとして、それ自体異なって見える。これらすべての事象により、欠陥デバイスの検出、位置特定、及び分類の支援が可能である。また、発光が筋状に現れるとき、筋に沿った周波数分布によって、欠陥デバイスの検出、位置特定、及び分類の支援が可能である。

また、ＤＵＴのプロービングのための装置及び方法が開示される。本システムによって、光プロービング、並びに／又は、ＤＵＴ内の欠陥のあるデバイスの撮像及びマッピングが可能になる。ＤＵＴがテストシグナルを受けているときにＤＵＴの選択領域がプロービングされ、特定の能動デバイスをスイッチングさせる。このコンセプトは静的な発光でも有効であり、デバイスは必ずしもスイッチングされることを必要とするわけではない。ＤＵＴから放出又は反射される光は収集され、光センサによって電気信号に変換される。光センサの出力はサンプリングされ分析される。これは、光路に配置されたグレーティングの様々な回転方向で反復されてもよい。代替的に、データ収集及び分析は、グレーティングの最適な回転方向が得られたときにおこなわれてもよい。また、分析において、スペクトル応答は、グレーティングの様々な回転方向で比較されてもよい。

本発明のその他の態様及び特徴は、本明細書に記述される種々の実施形態の記載により明らかになり、添付の特許請求の範囲に記載されるような本発明の範囲及び意思の内に含まれる。

本明細書に包含され、その一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、発明を実施するための形態と共に本発明の原理を説明し描出する役割を担う。図面は図によって例示の実施形態の主な特徴を示すことが意図されている。また、図面では、実際の実施形態のすべての特徴や、描かれる要素の相対的なサイズが提示されることは意図されていない。そして、図面は正確な縮尺率ではない。

図１は、先行技術によるレーザを利用した電圧プローブシステム構造の主要な構成要素を示す一般的な概略図である。 図２は、本発明の実施形態におけるビーム操作光学系の主な構成要素を示すダイアグラムである。 図３は、標準的な光学系を用いて、そして回転可能なグレーティングを伴って、欠陥デバイスから取得された発光を示す概略図である。 図４は、本発明の別の実施形態による光路４００の素子の概略図である。 図５は、本発明のさらに別の実施形態による光路５００の素子の概略図である。 図６は、本発明のさらに別の実施形態による光路６００の素子の概略図である。 図７は、３つのスペクトルの軸に沿った任意のラインスキャンのプロットを示す。

本発明は、図面において例示される特定の実施形態に関して本明細書に記載される。しかしながら、図面に示される種々の実施形態は例示のみであり、添付の特許請求の範囲において規定される発明を限定しないということが理解される必要がある。

本発明の様々な実施形態において、ＤＵＴの選択領域内の能動状態のトランジスタをプロービングするための非侵襲、非接触の装置及び方法が提供される。記載の方法論では、欠陥デバイスを検出する能力、又は、工程か、設計かの少なくとも一方のエラーによるショートなどの周囲の問題のために不適切な状態にある動作中のトランジスタを検出する能力を向上することで先行技術のシステムが拡大され、高密度の領域においても欠陥デバイスの位置を特定する能力が向上され、そして、欠陥解析を補助するための欠陥の分類の方法が提供される。事実、本発明の実施形態によって熱の放出を特定することも可能になる。例えば、導体線路抵抗の放出、つまり、トランジスタ又はデバイスではなく、熱を放出する単なる抵抗金属線を特定することができる。この場合の曲線又はスペクトルプロファイルは、飽和状態のＮＭＯＳよりもさらにより指数関数的である。本システムの適用を例示する種々の実施形態は以下に記載される。

図２は、ＤＵＴ２６０をプロービングするための任意の先行技術の光学システムにおいて適用され得る、本発明の実施形態による光路２００の素子の概略図である。対物レンズ２２２はＤＵＴ２６０から放出又は反射された光を収集する。光は、センサ２２４によって撮像される光を調整する種々の光学素子を通過してもよい。これらの素子は当該技術分野で既知であるように示されておらずシステム間で異なり得る。しかし、図２の実施形態では、回転可能なグレーティング２２６がセンサ２２４の直前に挿入される。本実施形態のセンサはＩｎＧａＡｓカメラである。その他のカメラ、例えば短波赤外線（ＳＷＩＲ）カメラ、ＨｇＣｄＴｅカメラなどが用いられてもよい。衝突する光の画像はグレーティングの回転方向次第で変化する。

プローバの光路に回折素子を用いることが以前にも提示されたことは特に言及される。例えばＲｕｓｕ他は、グレーティングを用いて生成されたスペクトルの波長軸を調整することで、対象の２点間のＤＣ電圧差を相関させることができることを提示した（Ｂａｃｋｓｉｄｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｒｏｂｉｎｇ ｆｏｒ Ｓｔａｔｉｃ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｒｏｐ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｔｉｍｉｎｇ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ、Ｓ．Ｒｕｓｕ他、ＩＥＥＥ ＩＳＳＣＣ ２００１、Ｓｅｓｓｉｏｎ１７、ＴＤ：３Ｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ １７．５、ｐｐ．２７６、２７７、４５４）。同様に、Ｓｃｈｏｌｚ他は回折素子としてプリズムを用いた（Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ） ｏｆ ＧａＮ ＨＥＭＴｓ、ｐ．Ｓｃｈｏｌｚ他、ＩＥＥＥ−ＩＲＰＳ ２０１３、ｐｐ．ＣＤ３．１−ＣＤ３．７）。しかしながら、欠陥デバイスを検出、位置特定、そして分類可能にするために回転可能である回折素子を備えるというアイデアを、どちらも提示してはいない。実際に、Ｓｃｈｏｌｚは、１つを超える発光デバイスが視野内にある場合のスペクトルの重なりの問題について言及している。この問題を解決するため、Ｓｃｈｏｌｚは、単独の発光点のみが一度にテストされる必要があること、その他のすべての発光部分は、倍率、プリズムの分散能、及び発光部分のスペクトル特性の関数として提供される「許容される距離」よりも近接しないこと、を言及している。反対に、本願の発明者らは、回転可能な回折素子を用いて複数の発光スペクトルを分離し、回転特性を用いて欠陥デバイスのよりよい検出、位置特定、及び分類をおこなうことができるということを発見した。これは、以下の図３の説明からさらに理解される。

図３は、回転可能なグレーティングが追加された標準的な光学系を用いて、欠陥デバイスから取得された発光を示す概略図である。図３において、図は、同じ画像における発光部分と発光部分のスペクトルとを示す。各スペクトルの軸は発光部分を通過する。また図３において、３０２、３０４、及び３０６は、それぞれ順方向バイアスのダイオード、飽和状態のＮＭＯＳ、及びのトライステートのＮＭＯＳの発光部分の取得された画像を示す戯画風の図である。図のサイズは取得された実際の円状の発光画像に合致する。最大効果になるように方向づけられた、つまり４５度で回転されたグレーティングによって、それぞれ順方向バイアスのダイオード、飽和状態のＮＭＯＳ、及びのトライステートのＮＭＯＳのスペクトルである画像３１２、３１４、及び３１６は、明確な分離と異なる特性とを示す。また、本実施形態では、グレーティングによって、発光部分に近接する、より短い波長と、発光部分から離れる、より長い波長とがもたらされる。こうして、各スペクトルの軸に沿ったラインスキャンによって欠陥の分類の支援が可能である。図示されるように、トライステートのＮＭＯＳは筋にすら見えるような平坦なスペクトルを示す。また、飽和状態のＮＭＯＳは彗星のように見える。「しみ」のような、又は「しずく」形状のダイオードのスペクトルは、２つのＮＭＯＳスペクトルから容易に識別される。このように、適切に方向づけられた、回転可能なグレーティングで撮像されたスペクトルを用いて、様々な欠陥デバイスが検出、位置特定、及び分類されることが可能である。

図３において、グレーティングは、スペクトルの明確な分離が可能になるように最適な方向が得られるまで回転され、画像が撮像される。図３では、約４５度の回転によってスペクトルの明確な分離がもたらされる。だが、グレーティングが回転可能ではない場合、ダイオード及び飽和状態のＮＭＯＳからのスペクトルは重なり合うので、これらのデバイスのスペクトルは分離できない。好ましいグレーティングの回転方向は、欠陥デバイスの実際の方向次第であるということが特に言及される。例えば、図３の場合には、９０度の回転により２つのＮＭＯＳからのスペクトルは重なり得る。故に、欠陥デバイスの方向および密度次第で、各画像用に異なる回転角度に方向づけられたグレーティングでいくつかの画像を撮像する必要があり得る。また、対象のクラスタはその他のクラスタからの分離又は縮小された視野を必要とし得る。これは、図４で示される実施形態を用いて可能である。

図４は、ＤＵＴ４６０をプロービングするための任意の先行技術の光学システムにおいて適用され得る、本発明の別の実施形態による光路４００の素子の概略図である。対物レンズ４２２はＤＵＴ４６０から放出又は反射された光を収集する。光は、センサ４２４によって撮像される光を調整する種々の光学素子を通過してもよい。これらの素子は当該技術分野で既知であるように示されておらず、システム間で異なり得る。しかし、図４の実施形態では、対物レンズ４２２によって規定される中間結像面に、調節可能な絞りが設置される。絞り４２１の開口サイズは制御可能であり、光学システム４００の視野を限定するのに用いられる。絞り４２１はサイズと位置について調節されることが可能である。また、回転可能なグレーティング４２６は絞り４２１の後ろに挿入される。グレーティング４２６からの光は、センサ４２４（最終画像面）に焦点を合わせるリレーレンズ４２３を通過する。衝突する光の画像はグレーティングの回転方向次第で変化する。可動する絞り４２１は、複数のデバイスからの光の分離を補助し、欠陥デバイスのよりよい位置特定を可能にする。絞りのサイズは、１つ（以上）の発光体の光を通過させるように調節され、その位置は、Ｘ及びＹ方向において移動されるので、光学系の視野における他の発光体の光を遮って、特定の発光体に配置されることが可能である。

また、図４において、対物レンズ組立体の一部を形成するソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）４２７も示される。ＳＩＬは本開示の実施形態のいずれに使用されてもよい。

図５は、ＤＵＴ５６０をプロービングするための任意の先行技術の光学システムにおいて適用され得る、本発明のさらに別の実施形態による光路５００の素子の概略図である。ＳＩＬ５２７を伴う対物レンズ５２２はＤＵＴ５６０から放出又は反射される光を収集する。光は、センサ５２４によって撮像される光を調整する種々の光学素子を通過してもよい。これらの素子は当該技術分野で既知であるように示されておらず、システム間で異なり得る。しかし、図５の実施形態では、調節可能な絞り５２１が対物レンズ５２２によって規定される結像面に設置される。絞り５２１の開口サイズは制御可能であり、光学システム５００の視野を限定するのに用いられる。回転可能な反射グレーティング５２６は、絞り５２１の後ろ、反射ミラー５２８によって作られる光路において挿入される。ミラー５２８はコリメートミラーであってよい。グレーティング５２６から反射される光は、センサ５２４に焦点を合わせるリレーレンズ５２３を通過する。衝突する光の画像は反射グレーティング５２６の回転方向次第で変化する。

本明細書におけるレンズの記載は、レンズとして、つまり、伝送及び反射の素子として作用する任意の光学素子を含むということが理解される必要がある。同様に、本明細書におけるグレーティングの記載は、光を周波数成分に回折させる任意の素子を含む。ゆえに、例えば、透過型グレーティング、反射型グレーティング、プリズム、音響光学チューナブルフィルタや液晶チューナブルフィルタなどのチューナブルフィルタ、などを含む。

図６は、ＤＵＴ６６０をプロービングするための任意の先行技術の光学システムにおいて適用され得る、本発明のさらに別の実施形態による光路６００の素子の概略図である。対物レンズ６２２はＤＵＴ６６０から放出又は反射される光を収集する。光は、センサ６２４によって撮像される光を調整する種々の光学素子を通過してもよい。これらの素子は当該技術分野で既知であるように示されておらず、システム間で異なり得る。先術の実施形態の回転可能なグレーティングはチューナブルフィルタ６２９に置き換えられる。チューナブルフィルタ６２９からの光はセンサ６２４に伝えられる。衝突する光の画像はチューナブルフィルタ６２９のチューニング次第で変化する。異なるチューニングにおける画像は欠陥を分類するのに役に立つが、欠陥の位置特定には、回転グレーティングの実施形態ほどの効果はない。

図７は、３つのスペクトルの軸に沿った任意のラインスキャンのプロットを示す。実線のプロットは、例えば、トライステートのＮＭＯＳなどから取得されるような発光に対応する、至って単調なスペクトルを示す。また、破線のプロットはより短い波長に偏っているスペクトルを示し、このようなスペクトルは順方向バイアスのダイオードをより表している。点線のプロットはより長い波長で多くが示されているスペクトルを示し、飽和状態のＮＭＯＳをより表している。各スペクトルの軸に沿ったラインスキャンは、欠陥を分類するために使用されることが可能である。これは、取得された各スペクトルにラインスキャンをおこなうプログラミングコンピュータ１７０によってなされ得る。

本発明は特定の実施形態を参照して記述されているが、これらの実施形態に限定されない。特に、当業者によって、添付の特許請求の範囲により規定される本発明の範囲及び意思からはずれることなく様々な変化形及び改変形が適用されてもよい。さらに、上述のすべての先行技術文献は参考として本明細書に組み込まれる。

Claims (19)

1. 集積回路チップのデバイスの光学プロービングのための方法であり、
   前記チップの選択領域から、対物レンズ組立体を用いて、光を収集するステップと、
   前記光を回転可能な回折素子に通過させ、光センサに伝えるステップと、
   前記光センサの出力から画像を生成するステップと、
   前記画像において、発光部分及び対応する発光スペクトルを観察するステップと、
   複数の発光部分の発光スペクトルが重なり合うような場合に、前記回折素子を回転して、前記スペクトルが重なり合わない第２の画像を取得するステップとを含む、方法。
2. 前記スペクトルのそれぞれの形状を前記スペクトルの軸に沿って観察するステップと、前記スペクトルのそれぞれを少なくとも１つの潜在的な欠陥に対応するように分類するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記対物レンズ組立体によって規定される結像面に、制御可能な絞りを挿入するステップと、前記制御可能な絞りを調節して前記選択領域を規定するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記回折素子の様々な回転方向のそれぞれにおいて、複数の画像を取得するステップと、前記複数の画像を用いて欠陥の前記デバイスを位置特定するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記各スペクトルの軸に沿ったラインスキャンをおこなうステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記ラインスキャンが単調である場合に、欠陥を連続的に導通するトランジスタとして分類し、前記ラインスキャンがより長い波長に偏る場合に、欠陥を飽和状態のトランジスタとして分類する、請求項５に記載の方法。
7. 前記ラインスキャンがより短い波長に偏る場合に、欠陥を順方向バイアスのダイオードとして分類する、請求項６に記載の方法。
8. 前記チップにテストシグナルを印加するステップをさらに含み、
   前記チップの選択領域から光を収集することは、前記チップの選択領域からの光子放出を収集することである、請求項１に記載の方法。
9. 集積回路チップの電子デバイスをプロービングするためのシステムであり、
   前記チップを支持するステージと、
   前記チップからの光を収集するように構成された対物レンズ組立体と、
   光センサと、
   前記対物レンズ組立体と前記光センサとの間に位置し、前記対物レンズ組立体から収集された光を受け取って、前記光センサに回折された光を提供するように構成された回転可能な回折素子と、
   前記光センサによって検出された光に対応する画像を表示するためのディスプレイとを含む、システム。
10. 前記対物レンズ組立体と前記回転可能な回折素子との間で、前記対物レンズ組立体によって規定される結像面に位置する調節可能な絞りをさらに含む、請求項９に記載のシステム。
11. 前記回転可能な回折素子と前記光センサとの間に位置するリレーレンズをさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記調節可能な絞りと前記回転可能な回折素子との間に位置するミラーをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記ミラーはコリメートミラーである、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記光センサは赤外線カメラを含む、請求項９に記載のシステム。
15. 前記回転可能な回折素子によって生成されたスペクトル上でラインスキャンをおこなうように構成されたコントローラをさらに含む、請求項９に記載のシステム。
16. 前記対物レンズ組立体はソリッドイマージョンレンズと対物レンズとを含む、請求項９に記載のシステム。
17. 集積回路チップの電子デバイスをプロービングするためのシステムであり、
    前記チップを支持するステージと、
    前記チップからの光を収集するように構成された対物レンズ組立体と、
    光センサと、
    前記対物レンズ組立体と前記光センサとの間に位置し、前記対物レンズ組立体から収集された光を受け取って、前記光センサに回折された光を提供するように構成されたチューナブルフィルタと、
    前記光センサによって検出された光に対応する画像を表示するためのディスプレイとを含む、システム。
18. 前記対物レンズ組立体と調節可能な前記フィルタとの間で、前記対物レンズ組立体によって規定される結像面に位置する調節可能な絞りをさらに含む、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記光センサと調節可能な前記フィルタとの間に位置するリレーレンズをさらに含む、請求項１７に記載のシステム。