JP2758562B2 - Internal heat generation analyzer - Google Patents
Internal heat generation analyzerInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣ回路等の発熱箇所
を解析する解析装置に関し、特に半導体素子の回路パタ
ーンのショート等、異常電流による発熱不良箇所を適確
に検出できる解析装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an analyzer for analyzing a heat generating portion of an IC circuit or the like, and more particularly to an analyzer which can accurately detect a heat generating defective portion due to an abnormal current such as a short circuit of a semiconductor element circuit pattern.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
特開平２−１９８３４７号公報のものが知られている。
この文献に記載された従来の内部発熱解析装置の構成を
図６のブロック図に示す。同図より、試料台２００には
被測定物である半導体素子２０１が載置されており、こ
の半導体素子２０１の回路表面に照明光源２０２からの
可視光線２０３あるいはレーザ発生装置２０４からのレ
ーザ光２０５が選択的に照射される。照明光源２０２か
らの可視光線２０３の照射による反射画像は可視カメラ
２０６で撮像され、レーザ発生装置２０４からのレーザ
光２０５の照射により加熱された半導体素子２０１表面
の赤外線画像は赤外カメラ２０７で撮像される。このよ
うに撮像された２つの画像は画像合成回路２０８に与え
られ、回路パターンの可視光像上に温度情報画像が重畳
された合成画像が作成される。この合成画像はディスプ
レイ装置２０９に表示され、肉眼による回路パターン中
の発熱箇所の識別を行うことができる。2. Description of the Related Art Conventionally, techniques in such a field include:
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-198347 is known.
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a conventional internal heat generation analyzer described in this document. As shown in the figure, a semiconductor element 201 as an object to be measured is placed on a sample stage 200, and a visible light 203 from an illumination light source 202 or a laser light 205 from a laser generator 204 is placed on a circuit surface of the semiconductor element 201. Are selectively irradiated. The reflected image by the irradiation of the visible light 203 from the illumination light source 202 is imaged by the visible camera 206, and the infrared image of the surface of the semiconductor element 201 heated by the irradiation of the laser light 205 from the laser generator 204 is imaged by the infrared camera 207. Is done. The two images captured in this manner are provided to the image combining circuit 208, and a combined image in which the temperature information image is superimposed on the visible light image of the circuit pattern is created. This composite image is displayed on the display device 209, and the heat generation part in the circuit pattern can be identified by the naked eye.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
内部発熱解析装置では、画像合成回路２０８に与えられ
る２つの画像は異なる２台のカメラ２０６，２０７で撮
像されるため、２つの画像を高精度に合わせて合成する
ことは極めて困難であった。このため、半導体素子２０
１の回路パターンが微細な場合には、発熱箇所の特定が
難しく問題であった。However, in the conventional internal heat generation analyzer, two images given to the image synthesizing circuit 208 are picked up by two different cameras 206 and 207, so that the two images are highly accurate. It was extremely difficult to synthesize according to. Therefore, the semiconductor device 20
In the case where the first circuit pattern is fine, it is difficult to identify a heat generating portion, which is a problem.
【０００４】本発明は、このような問題を解決し、微細
な回路パターンの発熱箇所の特定が可能な内部発熱解析
装置を提供することを目的とする。[0004] It is an object of the present invention to solve such a problem and to provide an internal heat generation analyzer capable of specifying a heat generation portion of a fine circuit pattern.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の内部発熱解析装置は、回路パターン面が露
出された半導体集積回路部材の発熱箇所を解析する解析
装置において、半導体集積回路部材を装着する装着台
と、装着台と対向して設けられて、装着台に装着された
半導体集積回路部材の回路パターン像を撮像する赤外線
撮像手段と、赤外線撮像手段の光入射部分に設けられ
て、半導体集積回路部材から放射された光のうち赤外光
のみを赤外線撮像手段に入射させると共に、回路パター
ン像を拡大させる赤外レンズと、装着台を回路パターン
面と略平行な２次元方向に移動させて回路パターン面を
赤外線撮像手段の撮像視野に収めると共に、装着台を回
路パターン面と略垂直な方向に移動させて赤外線撮像手
段で撮像される回路パターン像のフォーカスを合わせる
ＸＹＺステージと、回路パターン像を撮像する際に半導
体集積回路部材を加熱する加熱手段と、半導体集積回路
部材が最適な温度を保持するように加熱手段を制御する
温度コントローラと、半導体集積回路部材の回路にバイ
アス電圧を印加する電源手段と、電源手段をオン・オフ
操作して発熱画像及びパターン画像を撮像する電源制御
手段と、赤外線撮像手段で撮像された発熱画像及びパタ
ーン画像を保存する画像メモリと、画像メモリに保存さ
れた発熱画像及びパターン画像を読み出して、発熱画像
とパターン画像とを合成して合成画像を作成する合成手
段と、合成手段で作成された合成画像を表示する表示手
段とを備えることを特徴とする。ここで、パターン画像
は、電源手段をオフ操作して被測定物の回路にバイアス
電圧が印加されていない状態で撮像された画像であり、
発熱画像は、電源手段をオフ操作して被測定物の回路に
バイアス電圧が印加されていない状態で第１の発熱画像
を撮像すると共に電源手段をオン操作して被測定物の回
路にバイアス電圧が印加された状態で第２の発熱画像を
撮像して、第１の発熱画像から第２の発熱画像を画素ご
とに減算して得られた画像であることが好ましい。In order to solve the above-mentioned problems, an internal heat generation analyzing apparatus according to the present invention is an analysis apparatus for analyzing a heat-generating portion of a semiconductor integrated circuit member having an exposed circuit pattern surface. A mounting table for mounting the member, an infrared imaging unit provided opposite to the mounting table to capture a circuit pattern image of the semiconductor integrated circuit member mounted on the mounting table, and a light incident portion of the infrared imaging unit; In addition, only infrared light out of light emitted from the semiconductor integrated circuit member is made incident on the infrared imaging means, and an infrared lens for enlarging a circuit pattern image, and a mounting table is arranged in a two-dimensional direction substantially parallel to the circuit pattern surface. To the circuit pattern surface within the imaging field of view of the infrared imaging means, and the mounting table is moved in a direction substantially perpendicular to the circuit pattern surface to thereby obtain a circuit pattern imaged by the infrared imaging means. XYZ stage for adjusting the focus of the laser image, heating means for heating the semiconductor integrated circuit member when capturing the circuit pattern image, and temperature controller for controlling the heating means so that the semiconductor integrated circuit member maintains an optimum temperature Power supply means for applying a bias voltage to a circuit of a semiconductor integrated circuit member, power supply control means for turning on and off the power supply means to capture a heat generation image and a pattern image, and a heat generation image captured by an infrared imaging means. An image memory for storing the pattern image, a synthesizing unit for reading the heat generation image and the pattern image stored in the image memory, and synthesizing the heat generation image and the pattern image to create a synthetic image; Display means for displaying an image. Here, the pattern image is an image captured in a state where the power supply means is turned off and a bias voltage is not applied to the circuit of the device under test,
The heat generation image is obtained by capturing the first heat generation image in a state where the bias voltage is not applied to the circuit of the device under test by turning off the power supply means and turning on the power supply device to apply the bias voltage to the circuit of the device under test. It is preferable that the image is obtained by capturing the second heat generation image in a state in which is applied and subtracting the second heat generation image from the first heat generation image for each pixel.
【０００６】[0006]
【０００７】本発明の内部発熱解析装置によれば、半導
体集積回路部材を装着台に装着することにより、この半
導体集積回路部材の回路パターン像を赤外線撮像手段で
撮像することができる。この撮像においては、ＸＹＺス
テージを操作して、装着台を回路パターン面と略平行な
２次元方向に移動させることにより、回路パターン面を
赤外線撮像手段の撮像視野に収めることができる。ま
た、ＸＹＺステージを操作して、装着台を回路パターン
面と略垂直な方向に移動させて赤外線撮像手段で撮像さ
れる回路パターン像のフォーカスを合わせることができ
る。さらに撮像時には、加熱手段によって半導体集積回
路部材が加熱されるので、回路パターンの表面から放射
される赤外線量が増大する。この赤外線量の増大によっ
て、赤外線撮像手段での回路パターンの撮像が可能とな
る。そして、電源制御手段によって電源手段をオン操作
することによって、例えば回路がショートした箇所が発
熱して、この発熱箇所を示す像が赤外線撮像手段で撮像
される。また、電源制御手段によって電源手段をオフ操
作することによって、発熱箇所のない回路パターンの像
が赤外線撮像手段で撮像される。このように、電源手段
をオン・オフ操作することにより発熱画像及びパターン
画像が赤外線撮像手段で撮像され、これらの画像が画像
メモリに保存される。画像メモリに保存された画像は合
成手段で読み出されて、発熱画像とパターン画像とが合
成されて合成画像となる。この合成画像は表示手段に表
示されて、操作者がこの表示画面を目視することによっ
て回路パターン上の発熱箇所を容易に特定することがで
きる。According to the internal heat generation analyzing apparatus of the present invention, the circuit pattern image of the semiconductor integrated circuit member can be captured by the infrared imaging means by mounting the semiconductor integrated circuit member on the mounting table. In this imaging, by operating the XYZ stage and moving the mounting table in a two-dimensional direction substantially parallel to the circuit pattern surface, the circuit pattern surface can be included in the imaging field of view of the infrared imaging means. Further, by operating the XYZ stage, the mounting table can be moved in a direction substantially perpendicular to the circuit pattern surface to focus the circuit pattern image picked up by the infrared image pickup means. Further, at the time of imaging, since the semiconductor integrated circuit member is heated by the heating means, the amount of infrared radiation radiated from the surface of the circuit pattern increases. This increase in the amount of infrared light makes it possible to image the circuit pattern by the infrared image pickup means. Then, when the power supply unit is turned on by the power supply control unit, for example, a portion where the circuit is short-circuited generates heat, and an image indicating the heated portion is captured by the infrared imaging unit. Further, by turning off the power supply means by the power supply control means, an image of the circuit pattern having no heat generating portion is captured by the infrared imaging means. As described above, by turning on / off the power supply unit, the heat generation image and the pattern image are captured by the infrared imaging unit, and these images are stored in the image memory. The image stored in the image memory is read by the synthesizing means, and the heat generation image and the pattern image are synthesized to form a synthesized image. This composite image is displayed on the display means, and the operator can easily identify a heat generating portion on the circuit pattern by looking at the display screen.
【０００８】[0008]
【０００９】[0009]
【００１０】[0010]
【実施例】以下、本発明の一実施例について添付図面を
参照して説明する。図１は、本実施例に係る内部発熱解
析装置の構成を示す斜視図である。同図より、本実施例
の内部発熱解析装置は、モールドを化学的手法等によっ
て除去することにより回路パターン面１０ａが露出した
ＩＣサンプル１０を上部に装着するサンプルチャック２
０と、サンプルチャック２０上面に内蔵されＩＣサンプ
ル１０を加熱するセラミックヒータ３０と、サンプルチ
ャック２０の上部空間に配設されサンプルチャック２０
に装着されたＩＣサンプル１０の回路パターンを撮像す
る赤外カメラ４０とを備えている。さらに、ＩＣサンプ
ル１０の回路にバイアス電圧を印加するバイアス用電源
装置５０と、セラミックヒータ３０に電力を供給する加
熱用電源装置６０と、赤外カメラ４０で撮像された画像
を処理する画像処理装置７０と、画像処理装置７０から
出力された画像を表示するモニタ８０とを備えている。
ここで、ＩＣサンプル１０、サンプルチャック２０、赤
外カメラ４０等は遮熱ボックス９０に収められており、
外部からの赤外線はこの遮熱ボックス９０で遮断され
る。このため、ＩＣサンプル１０の発熱解析の誤測定が
防止できる。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view illustrating the configuration of the internal heat generation analyzer according to the present embodiment. As shown in the figure, the internal heat generation analyzer of the present embodiment uses a sample chuck 2 for mounting an IC sample 10 having a circuit pattern surface 10a exposed by removing a mold by a chemical method or the like.
0, a ceramic heater 30 built in the upper surface of the sample chuck 20 for heating the IC sample 10, and a sample chuck 20 disposed in an upper space of the sample chuck 20.
And an infrared camera 40 for imaging the circuit pattern of the IC sample 10 mounted on the camera. Further, a bias power supply device 50 for applying a bias voltage to the circuit of the IC sample 10, a heating power supply device 60 for supplying power to the ceramic heater 30, and an image processing device for processing an image captured by the infrared camera 40 70, and a monitor 80 for displaying an image output from the image processing device 70.
Here, the IC sample 10, the sample chuck 20, the infrared camera 40 and the like are housed in a heat shield box 90,
Infrared rays from the outside are blocked by the heat shield box 90. Therefore, erroneous measurement of the heat generation analysis of the IC sample 10 can be prevented.
【００１１】次に、本実施例の各構成機器の詳細につい
て説明する。まず、サンプルチャック２０は、セラミッ
クヒータ３０を埋め込むための削り加工が施されたＩＣ
ソケット２１と、ＩＣソケット２１が実装されたプリン
ト基板２２と、プリント基板２２に取り付けられＩＣサ
ンプル１０の各リードピン（足）と電気的に接続された
取出ピン２３とから構成されている。このため、バイア
ス用電源装置５０からのバイアス電圧は取出ピン２３を
介してＩＣサンプル１０に印加される。また、サンプル
チャック２０はＸＹＺステージ１００上面に固定されて
いる。ＸＹＺステージ１００は、測定箇所を微小移動し
てカメラ視野に入射するためのＸＹ軸ステージと、フォ
ーカスを合わせるためのＺ軸ステージとが一体となった
３軸の微動ステージであり、ＩＣサンプル１０の微細な
位置調整が可能である。Next, details of each component of the embodiment will be described. First, the sample chuck 20 is provided with a shaved IC for embedding the ceramic heater 30.
It comprises a socket 21, a printed board 22 on which the IC socket 21 is mounted, and an extraction pin 23 attached to the printed board 22 and electrically connected to each lead pin (foot) of the IC sample 10. Therefore, the bias voltage from the bias power supply device 50 is applied to the IC sample 10 through the extraction pin 23. The sample chuck 20 is fixed on the upper surface of the XYZ stage 100. The XYZ stage 100 is a three-axis fine movement stage in which an XY-axis stage for finely moving a measurement point and entering a camera field of view and a Z-axis stage for focusing are integrated. Fine position adjustment is possible.
【００１２】セラミックヒータ３０は、ＩＣサンプル１
０の裏面とサンプルチャック２０の上面の間に配設され
容易にＩＣサンプル１０の取り外しが出来るよう考慮さ
れている。また、セラミックヒータ３０は比較的小さな
電力でＩＣサンプル１０全体が均一に加熱されるように
板状に加工されている。ＩＣサンプル１０の大きさによ
っては、板状以外にも種々の形状のものが用いられる。
さらに、セラミックヒータ３０の一端には白金温度セン
サ３１が備えられ、最適な温度を保持するよう温度調整
が行われている。The ceramic heater 30 is an IC sample 1
0 and the upper surface of the sample chuck 20 so that the IC sample 10 can be easily removed. The ceramic heater 30 is formed in a plate shape so that the entire IC sample 10 is uniformly heated with relatively small electric power. Depending on the size of the IC sample 10, various shapes other than the plate shape are used.
Further, a platinum temperature sensor 31 is provided at one end of the ceramic heater 30, and the temperature is adjusted so as to maintain an optimum temperature.
【００１３】赤外カメラ４０には、分解能を重視して５
１２×５１２素子で３〜５μｍ帯域に感度を有する赤外
ＣＣＤカメラが用いられている。したがって、分解能を
重視しなければ他の二次元赤外センサを用いてもよい。
また、赤外カメラ４０には赤外レンズ４１が装着されて
おり、ＩＣサンプル１０の回路パターンを拡大して撮像
することができる。ここで、赤外レンズ４１は赤外波長
域の透過率が高く、ＮＡ（Numerical Aperture：レンズ
開口率）の大きいレンズが望ましい。本実施例ではＦナ
ンバー１．２のゲルマニウムレンズが用いられている。
また、被測定物の種類により光学倍率が１倍、４倍、１
５倍の３種類のレンズから選択することができる。The infrared camera 40 has a 5
An infrared CCD camera having 12 × 512 elements and having sensitivity in a band of 3 to 5 μm is used. Therefore, another two-dimensional infrared sensor may be used unless importance is placed on the resolution.
The infrared camera 40 is provided with an infrared lens 41, so that the circuit pattern of the IC sample 10 can be enlarged and imaged. Here, it is desirable that the infrared lens 41 has a high transmittance in an infrared wavelength region and a lens having a large NA (Numerical Aperture). In this embodiment, a germanium lens having an F number of 1.2 is used.
Further, the optical magnification is 1 ×, 4 ×, 1 ×, or 1 × depending on the type of the DUT
You can choose from three types of five-fold lenses.
【００１４】バイアス用電源装置５０には単一のＤＣ電
源が用いられているが、ＩＣサンプル１０によっては複
数のＤＣ出力電源や半導体パラメータアナライザが用い
られることもある。Although a single DC power supply is used for the bias power supply device 50, a plurality of DC output power supplies or semiconductor parameter analyzers may be used depending on the IC sample 10.
【００１５】加熱用電源装置６０は、白金温度センサ３
１によりセラミックヒータ３０に流す電流を可変にして
印加温度を制御する電源装置で、画像処理装置７０から
の遠隔操作で電源をＯＮ（投入）／ＯＦＦ（切断）でき
る。またＯＮ／ＯＦＦ用のスイッチ６１も備えられてお
り、手動での電源のＯＮ／ＯＦＦを可能としている。同
様に、バイアス用電源装置５０も画像処理装置７０から
の遠隔操作、またはＯＮ／ＯＦＦ用のスイッチ５１によ
る手動によって電源をＯＮ／ＯＦＦできる。The heating power supply device 60 includes a platinum temperature sensor 3
The power supply device 1 controls the applied temperature by making the current flowing through the ceramic heater 30 variable, and the power supply can be turned on (turned on) / off (disconnected) by remote control from the image processing device 70. An ON / OFF switch 61 is also provided to enable manual power ON / OFF. Similarly, the power supply of the bias power supply device 50 can be turned on / off by remote control from the image processing device 70 or manually by the ON / OFF switch 51.
【００１６】次に、加熱用電源装置６０の内部構造につ
いて図２を用いて説明する。加熱用電源装置６０は、電
源ＯＮ／ＯＦＦ用のスイッチ６１と、電力を供給する電
源部６２と、電源部６２での電力供給量を調整する可変
抵抗６３とを備えている。電源部６２には白金温度セン
サ３１からの出力信号が与えられ、電源部６２ではこの
出力信号に基づいてセラミックヒータ３０への出力電力
量が調整される。このため、セラミックヒータ３０の温
度はほぼ一定に保たれる。具体的に説明すると、いまセ
ラミックヒータ３０の温度が上昇して許容温度を越える
と、白金温度センサ３１が反応して温度上昇の出力信号
を電源部６２に与える。電源部６２ではこの出力信号に
基づいて可変抵抗６３を制御して、セラミックヒータ３
０への出力電力量を所定量減少させる。出力電力量の減
少によってセラミックヒータ３０に流れる電流量も減少
する。このため、セラミックヒータ３０の温度は一定温
度まで降下する。同様に、セラミックヒータ３０の温度
が降下した場合にはセラミックヒータ３０に流れる電流
量が増加して、セラミックヒータ３０の温度は一定温度
まで上昇する。このように温度調整が行われることによ
り、セラミックヒータ３０は常にほぼ一定の温度を保持
する。Next, the internal structure of the heating power supply device 60 will be described with reference to FIG. The heating power supply device 60 includes a power ON / OFF switch 61, a power supply unit 62 for supplying power, and a variable resistor 63 for adjusting the amount of power supplied by the power supply unit 62. An output signal from the platinum temperature sensor 31 is supplied to the power supply unit 62, and the power supply unit 62 adjusts the amount of power output to the ceramic heater 30 based on the output signal. For this reason, the temperature of the ceramic heater 30 is kept almost constant. More specifically, when the temperature of the ceramic heater 30 rises and exceeds the allowable temperature, the platinum temperature sensor 31 reacts and gives an output signal of the temperature rise to the power supply unit 62. The power supply unit 62 controls the variable resistor 63 based on the output signal, and
The output power amount to 0 is reduced by a predetermined amount. As the output power decreases, the amount of current flowing through the ceramic heater 30 also decreases. Therefore, the temperature of the ceramic heater 30 drops to a certain temperature. Similarly, when the temperature of the ceramic heater 30 decreases, the amount of current flowing through the ceramic heater 30 increases, and the temperature of the ceramic heater 30 increases to a certain temperature. By performing the temperature adjustment as described above, the ceramic heater 30 always keeps a substantially constant temperature.
【００１７】本実施例の内部発熱解析装置には、２種類
の発熱解析手順が用意されている。これらの手順のどち
らもバイアス用電源装置５０および加熱用電源装置６０
の電源のＯＮ／ＯＦＦは、画像処理装置７０からの遠隔
操作によって自動的に行われているが、操作者がスイッ
チ５１，６１を操作して手動で電源をＯＮ／ＯＦＦして
もよい。The internal heat generation analyzer of this embodiment has two types of heat generation analysis procedures. In either of these procedures, the bias power supply 50 and the heating power supply 60
Is automatically performed by remote control from the image processing apparatus 70, but the power may be manually turned on / off by operating the switches 51 and 61 by an operator.
【００１８】まず、第１の発熱解析手順について図３を
用いて説明する。解析にあたって事前にＩＣサンプル１
０の大きさに応じたサンプルチャック２０と、観察しよ
うとする視野に応じた倍率の赤外レンズ４１とを選択
し、所定の位置に装着しておく。次に、画像処理装置７
０から指示が与えられて、加熱用電源装置６０の電源は
ＯＮになる。この場合、バイアス用電源装置５０の電源
はＯＦＦのままである。加熱用電源装置６０の電源がＯ
Ｎになるとセラミックヒータ３０に電流が流れ、セラミ
ックヒータ３０の温度が上昇する。そして、セラミック
ヒータ３０の温度が所定温度まで上昇すると、白金温度
センサ３１が働いて通電量が減少する。このため、セラ
ミックヒータ３０はほぼ所定の温度を保持し続ける。所
定の温度とは、ＩＣサンプル１０の許容可能な温度であ
る例えば約１００℃である。このように、セラミックヒ
ータ３０が所定の温度を保持し続けるとＩＣサンプル１
０は加熱され、ＩＣサンプル１０の回路表面からの放射
量が増大する。操作者はモニタ８０を観察しながらＸＹ
Ｚステージ１００を微動させ、目標とするＩＣパターン
を赤外カメラ４０で撮像する。ＩＣサンプル１０の回路
表面からの放射量が増大しているので、赤外カメラ４０
を用いても、可視カメラと同じようにＩＣパターンの画
像が撮像できる。そして、赤外カメラ４０で撮像された
ＩＣパターン画像１１０は、画像処理装置７０内のメモ
リに記憶される（解析手順１）。First, the first heat generation analysis procedure will be described with reference to FIG. IC sample 1 before analysis
A sample chuck 20 corresponding to the size of 0 and an infrared lens 41 having a magnification corresponding to the visual field to be observed are selected and mounted at predetermined positions. Next, the image processing device 7
An instruction is given from 0, and the power supply of the heating power supply device 60 is turned on. In this case, the power supply of the bias power supply device 50 remains OFF. The power supply of the heating power supply 60 is O
When the temperature reaches N, a current flows through the ceramic heater 30 and the temperature of the ceramic heater 30 increases. Then, when the temperature of the ceramic heater 30 rises to a predetermined temperature, the platinum temperature sensor 31 operates to reduce the amount of electricity. For this reason, the ceramic heater 30 keeps maintaining a substantially predetermined temperature. The predetermined temperature is an allowable temperature of the IC sample 10, for example, about 100 ° C. As described above, when the ceramic heater 30 keeps the predetermined temperature, the IC sample 1
0 is heated, and the amount of radiation from the circuit surface of the IC sample 10 increases. The operator observes the monitor 80 while moving the XY
The Z stage 100 is slightly moved, and the target IC pattern is imaged by the infrared camera 40. Since the amount of radiation from the circuit surface of the IC sample 10 has increased, the infrared camera 40
Is used, an image of an IC pattern can be captured in the same manner as a visible camera. Then, the IC pattern image 110 captured by the infrared camera 40 is stored in a memory in the image processing device 70 (analysis procedure 1).
【００１９】次に、画像処理装置７０から指示が与えら
れて、加熱用電源装置６０の電源はＯＦＦになる。この
ため、ＩＣサンプル１０の温度は低下して、回路表面か
らの放射量は減少し、赤外カメラ４０ではＩＣパターン
の画像は撮像できなくなる。また、画像処理装置７０か
らの指示でバイアス用電源装置５０の電源がＯＮにな
り、ＩＣサンプル１０の回路にバイアス電圧が印加され
る。バイアス電圧の印加によって、回路の発熱箇所から
赤外線が放射される。この赤外線放射領域の像（つまり
発熱箇所の像）が発熱画像１２０として赤外カメラ４０
で撮像され、画像処理装置７０内のメモリに記憶される
（解析手順２）。Next, an instruction is given from the image processing device 70, and the power supply of the heating power supply device 60 is turned off. For this reason, the temperature of the IC sample 10 decreases, the radiation amount from the circuit surface decreases, and the infrared camera 40 cannot capture an image of the IC pattern. In addition, the power of the bias power supply device 50 is turned on by an instruction from the image processing device 70, and a bias voltage is applied to the circuit of the IC sample 10. By applying the bias voltage, infrared rays are radiated from the heat generating portion of the circuit. The image of the infrared radiation area (that is, the image of the heat generating portion) is used as the heat image 120 as the infrared camera 40.
And stored in a memory in the image processing device 70 (analysis procedure 2).
【００２０】次に、画像処理装置７０の指示によりメモ
リからＩＣパターン画像１１０と発熱画像１２０が読み
出され、ＩＣパターン画像１１０の回路パターン上に発
熱画像１２０の発熱箇所を示す像が重畳されて、スーパ
ーインポーズ画像１３０が作成される（解析手順３）。
このように作成されたスーパーインポーズ画像１３０は
モニタ８０に表示され、操作者はスーパーインポーズ画
像１３０から容易にＩＣパターン上の発熱箇所を特定す
ることができる。Next, the IC pattern image 110 and the heat generation image 120 are read from the memory in accordance with an instruction from the image processing device 70, and an image indicating the heat generation location of the heat generation image 120 is superimposed on the circuit pattern of the IC pattern image 110. , A superimposed image 130 is created (analysis procedure 3).
The superimposed image 130 created in this manner is displayed on the monitor 80, and the operator can easily specify a heat generating portion on the IC pattern from the superimposed image 130.
【００２１】次に、第２の発熱解析手順について図４を
用いて説明する。ＩＣパターン画像１１０を取得するま
では、第１の発熱解析手順と同じである。Next, a second heat generation analysis procedure will be described with reference to FIG. Until the IC pattern image 110 is obtained, the procedure is the same as the first heat generation analysis procedure.
【００２２】ＩＣパターン画像１１０の取得後、画像処
理装置７０から指示が与えられて、加熱用電源装置６０
の電源とバイアス用電源装置５０の電源は共にＯＦＦに
なる。このため、ＩＣサンプル１０の温度は低下して回
路表面からの放射量は減少し、ＩＣパターンの画像は撮
像できなくなる。また、回路が発熱することもないの
で、回路から赤外線が放射されることもない。この状態
で、ＩＣサンプル１０の回路パターンの発熱画像１２１
が赤外カメラ４０によって撮像される（解析手順２）。
このようにして撮像された発熱画像１２１は、バックグ
ラウンドのノイズのみが取り込まれた画像である。次
に、第１の発熱解析手順と同様に、加熱用電源装置６０
の電源がＯＦＦ、バイアス用電源装置５０の電源がＯＮ
の状態で、発熱画像１２０が赤外カメラ４０によって撮
像される（解析手順３）。このように撮像された発熱画
像１２０は、発熱箇所の像とバックグラウンドのノイズ
が取り込まれた画像である。After the acquisition of the IC pattern image 110, an instruction is given from the image processing device 70 and the heating power supply device 60
And the power supply of the bias power supply device 50 are both turned off. For this reason, the temperature of the IC sample 10 decreases, the amount of radiation from the circuit surface decreases, and an image of the IC pattern cannot be captured. Further, since the circuit does not generate heat, the circuit does not emit infrared rays. In this state, the heat image 121 of the circuit pattern of the IC sample 10 is obtained.
Is captured by the infrared camera 40 (analysis procedure 2).
The heat image 121 captured in this manner is an image in which only background noise is captured. Next, similarly to the first heat generation analysis procedure, the heating power supply device 60 is used.
Is turned off, and the power supply for bias power supply 50 is turned on.
In this state, the heat generation image 120 is captured by the infrared camera 40 (analysis procedure 3). The exothermic image 120 captured in this manner is an image in which an image of the exothermic portion and background noise are captured.
【００２３】次に、画像処理装置７０の指示によりメモ
リから発熱画像１２０，１２１が読み出され、発熱画像
１２０から発熱画像１２１を画素ごとに減算して、発熱
画像１２２が作成される（解析手順４）。発熱画像１２
０は発熱箇所の像とバックグラウンドのノイズが含まれ
た画像であり、発熱画像１２１はバックグラウンドのノ
イズのみの画像なので、減算によって発熱画像１２１の
バックグラウンドのノイズが取り除かれる。そして、画
像処理装置７０の指示によりメモリからＩＣパターン画
像１１０が読み出され、ＩＣパターン画像１１０の回路
パターン上に発熱画像１２２の発熱箇所を示す像が重畳
されて、スーパーインポーズ画像１３１が作成される
（解析手順５）。このように作成されたスーパーインポ
ーズ画像１３１はモニタ８０に表示され、操作者はスー
パーインポーズ画像１３１から容易にＩＣパターン上の
発熱箇所を特定することができる。Next, the heat generation images 120 and 121 are read from the memory in accordance with an instruction from the image processing apparatus 70, and the heat generation image 121 is created by subtracting the heat generation image 121 from the heat generation image 120 for each pixel. 4). Fever image 12
0 is an image including the image of the heat generation portion and the background noise. Since the heat generation image 121 is an image including only the background noise, the background noise of the heat generation image 121 is removed by subtraction. Then, the IC pattern image 110 is read from the memory in accordance with an instruction from the image processing device 70, and an image indicating a heat generation portion of the heat generation image 122 is superimposed on the circuit pattern of the IC pattern image 110, thereby creating a superimposed image 131. (Analysis procedure 5). The superimposed image 131 created in this way is displayed on the monitor 80, and the operator can easily specify a heat generating portion on the IC pattern from the superimposed image 131.
【００２４】本実施例の特徴は、ＩＣパターン画像１１
０を撮像する時のみＩＣサンプル１０を加熱して、赤外
カメラ４０で鮮明な画像を取得している点にある。ＩＣ
サンプル１０が常温の状態では、赤外カメラ４０でＩＣ
パターン画像１１０を撮像することは困難である。これ
は、常温ではＩＣサンプル１０からの放射エネルギーが
低いため、赤外カメラ４０によってはＩＣパターン画像
１１０を可視化することが難しいからである。そこで、
本実施例ではＩＣサンプル１０を加熱してＩＣサンプル
１０の温度を上昇させることにより、ＩＣサンプル１０
の表面から放射される赤外線の放射エネルギーを増大さ
せ、ＩＣパターン画像１１０を可視化しているのであ
る。このため、赤外カメラ４０でも鮮明なＩＣパターン
画像１１０が得られる。The feature of this embodiment is that the IC pattern image 11
The point is that the IC sample 10 is heated only when capturing 0, and a clear image is acquired by the infrared camera 40. IC
When the sample 10 is at room temperature, the infrared camera 40
It is difficult to capture the pattern image 110. This is because it is difficult for the infrared camera 40 to visualize the IC pattern image 110 because the radiant energy from the IC sample 10 is low at normal temperature. Therefore,
In this embodiment, the temperature of the IC sample 10 is increased by heating the IC sample 10 to thereby increase the temperature of the IC sample 10.
The radiant energy of infrared rays radiated from the surface is increased, and the IC pattern image 110 is visualized. Therefore, a clear IC pattern image 110 can be obtained even with the infrared camera 40.
【００２５】温度上昇によって赤外線の放射エネルギー
が増大するのは、Ｅ＝σＴ4 の式に示すように放射エネ
ルギーＥが絶対温度の４乗に比例することからも明らか
である。また、このことは図５のグラフからも判る。同
図に示すグラフは、ＩＣサンプル１０の表面から放射さ
れる赤外線の波長をｘ軸に、ＩＣサンプル１０の温度を
ｙ軸に、ＩＣサンプル１０の表面から放射される赤外線
のエネルギーをｚ軸に取っている。このグラフから判る
ように、特に３〜５μｍ帯の波長で温度上昇による赤外
線エネルギーの増加率が高い。したがって、ＩＣサンプ
ル１０を加熱して３〜５μｍ帯の波長の赤外線を赤外カ
メラ４０で撮像すれば、鮮明なＩＣパターン画像１１０
を得ることができる。The fact that the radiant energy of the infrared ray increases as the temperature rises is also evident from the fact that the radiant energy E is proportional to the fourth power of the absolute temperature as shown in the equation of E = σT 4 . This can also be seen from the graph of FIG. The graph shown in the figure shows the wavelength of the infrared ray radiated from the surface of the IC sample 10 on the x-axis, the temperature of the IC sample 10 on the y-axis, and the energy of the infrared ray radiated from the surface of the IC sample 10 on the z-axis. taking it. As can be seen from this graph, the rate of increase in infrared energy due to temperature rise is particularly high at wavelengths in the 3-5 μm band. Therefore, if the IC sample 10 is heated and infrared rays having a wavelength in the 3 to 5 μm band are imaged by the infrared camera 40, a clear IC pattern image 110 is obtained.
Can be obtained.
【００２６】一般に赤外カメラは３〜５μｍ帯に感度を
有するタイプと、８〜１３μｍ帯に感度を有するタイプ
の２種に大別できるが、上記した理由より本実施例では
３〜５μｍ帯に感度を有するタイプの赤外カメラを用い
ている。このように低波長に感度を有する赤外カメラを
採用することは分解能の点でも有利である。それは、Ｒ
＝λ／２ＮＡ （λ：検出波長，ＮＡ：レンズ開口率）
の式から判るように、分解能Ｒは検出波長λとレンズ開
口率ＮＡで決定され、検出波長λが短いほど分解能Ｒが
高くなるからである。In general, infrared cameras can be roughly classified into two types: those having a sensitivity in the 3 to 5 μm band and those having the sensitivity in the 8 to 13 μm band. An infrared camera of a type having sensitivity is used. Adopting an infrared camera having sensitivity to a low wavelength as described above is advantageous also in terms of resolution. It is R
= Λ / 2NA (λ: detection wavelength, NA: lens aperture ratio)
This is because the resolution R is determined by the detection wavelength λ and the lens aperture ratio NA, and the shorter the detection wavelength λ, the higher the resolution R.
【００２７】以上のように本実施例では、１台の赤外カ
メラ４０を用いて発熱画像１２０（１２１，１２２）の
みならず、ＩＣパターン画像１１０も撮像している。こ
のため、２台のカメラ（可視カメラ２０６、赤外カメラ
２０７）を必要とした従来の内部発熱解析装置に比べて
回路構成が簡単になると共に、２つの画像を高精度に合
わせて合成することが容易であるため、微細な回路パタ
ーンの発熱箇所の検出が可能となった。As described above, in this embodiment, not only the heat generation image 120 (121, 122) but also the IC pattern image 110 is captured using one infrared camera 40. For this reason, the circuit configuration is simpler than that of a conventional internal heat generation analyzer that requires two cameras (the visible camera 206 and the infrared camera 207), and the two images are synthesized with high accuracy. Therefore, it is possible to detect a heat generation portion of a fine circuit pattern.
【００２８】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
となく、種々の変形が可能である。例えば、本実施例で
は被測定物としてＩＣサンプル１０を用いたが、回路配
線が施されたウェハを用いてもよい。この場合、サンプ
ルチャック２０の代りにプローバ用ウェハチャックを用
いる必要がある。また、被測定物は半導体ＩＣ以外に、
混成ＩＣ、膜ＩＣ、ＬＳＩ等であってもよい。さらに、
本実施例では加熱手段にセラミックヒータ３０を用いた
が、セラミックヒータ３０の代りにペルチェ素子を用い
てもよい。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified. For example, in this embodiment, the IC sample 10 is used as the measured object, but a wafer provided with circuit wiring may be used. In this case, it is necessary to use a prober wafer chuck instead of the sample chuck 20. The device under test is not only a semiconductor IC,
It may be a hybrid IC, a membrane IC, an LSI, or the like. further,
In this embodiment, the ceramic heater 30 is used as the heating means, but a Peltier element may be used instead of the ceramic heater 30.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の内
部発熱解析装置であれば、パターン画像と発熱画像とを
一台の赤外カメラで撮像し、これらの画像を合成手段で
合成して合成画像を作成している。合成画像はパターン
画像の回路パターン上に発熱画像の発熱箇所を示す像が
重畳された画像である。この合成画像は表示手段に表示
され、操作者がこの合成画像を目視により観察すること
により、回路パターン上の発熱箇所を容易に特定するこ
とができる。このため、回路パターンのショート等、異
常電流による発熱不良箇所を適確に検出することができ
る。As described in detail above, according to the internal heat generation analyzing apparatus of the present invention, a pattern image and a heat generation image are picked up by one infrared camera, and these images are synthesized by the synthesizing means. To create a composite image. The composite image is an image in which an image indicating a heat generation location of the heat generation image is superimposed on the circuit pattern of the pattern image. This composite image is displayed on the display means, and the operator can easily identify the heat generating portion on the circuit pattern by visually observing the composite image. For this reason, it is possible to accurately detect a heat generation failure portion due to an abnormal current such as a short circuit circuit.
【００３０】このように、２台のカメラ（可視カメラお
よび赤外カメラ）を必要とした従来の解析装置に比べて
回路構成が簡単になると共に、２つの画像を高精度に合
わせて合成することが容易であるため、半導体ＩＣなど
の微細な回路の発熱箇所の検出が可能となった。As described above, the circuit configuration is simpler than that of the conventional analyzer that requires two cameras (a visible camera and an infrared camera), and the two images are synthesized with high accuracy. Therefore, it is possible to detect a heat generating portion of a fine circuit such as a semiconductor IC.
【図１】本実施例に係る内部発熱解析装置の構成を示す
斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of an internal heat generation analyzer according to an embodiment.
【図２】加熱用電源装置の内部構造を示すブロック図で
ある。FIG. 2 is a block diagram showing an internal structure of a heating power supply device.
【図３】第１の発熱解析手順を示す解析手順チャートで
ある。FIG. 3 is an analysis procedure chart showing a first heat generation analysis procedure.
【図４】第２の発熱解析手順を示す解析手順チャートで
ある。FIG. 4 is an analysis procedure chart showing a second heat generation analysis procedure.
【図５】温度と赤外線エネルギーの関係を示すグラフで
ある。FIG. 5 is a graph showing the relationship between temperature and infrared energy.
【図６】従来の内部発熱解析装置の構成を示すブロック
図である。FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional internal heat generation analyzer.
１０…ＩＣサンプル、２０…サンプルチャック、２１…
ＩＣソケット、２２…プリント基板、２３…取出ピン、
３０…セラミックヒータ、３１…白金温度センサ、４０
…赤外カメラ、４１…赤外レンズ、５０…バイアス用電
源装置、５１，６１…スイッチ、６０…加熱用電源装
置、６２…電源部、６３…可変抵抗、７０…画像処理装
置、８０…モニタ、９０…遮熱ボックス、１００…ＸＹ
Ｚステージ、１１０…ＩＣパターン画像、１２０〜１２
２…発熱画像、１３０…スーパーインポーズ画像。10 ... IC sample, 20 ... Sample chuck, 21 ...
IC socket, 22: printed circuit board, 23: extraction pin,
30: ceramic heater, 31: platinum temperature sensor, 40
... Infrared camera, 41 ... Infrared lens, 50 ... Bias power supply, 51,61 ... Switch, 60 ... Heating power supply, 62 ... Power supply, 63 ... Variable resistance, 70 ... Image processing device, 80 ... Monitor , 90 ... heat shield box, 100 ... XY
Z stage, 110 ... IC pattern image, 120-12
2: heat generation image, 130: superimposed image.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 25/72 H01L 21/64 - 21/66──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01N 25/72 H01L 21/64-21/66
Claims (2)
回路部材の発熱箇所を解析する内部発熱解析装置におい
て、 前記半導体集積回路部材を装着する装着台と、 前記装着台と対向して設けられて、前記装着台に装着さ
れた前記半導体集積回路部材の回路パターン像を撮像す
る赤外線撮像手段と、 前記赤外線撮像手段の光入射部分に設けられて、前記半
導体集積回路部材から放射された光のうち赤外光のみを
前記赤外線撮像手段に入射させると共に、前記回路パタ
ーン像を拡大させる赤外レンズと、 前記装着台を前記回路パターン面と略平行な２次元方向
に移動させて前記回路パターン面を前記赤外線撮像手段
の撮像視野に収めると共に、前記装着台を前記回路パタ
ーン面と略垂直な方向に移動させて前記赤外線撮像手段
で撮像される回路パターン像のフォーカスを合わせるＸ
ＹＺステージと、 前記回路パターン像を撮像する際に前記半導体集積回路
部材を加熱する加熱手段と、 前記半導体集積回路部材が最適な温度を保持するように
前記加熱手段を制御する温度コントローラと、 前記半導体集積回路部材の回路にバイアス電圧を印加す
る電源手段と、 前記電源手段をオン・オフ操作して発熱画像及びパター
ン画像を撮像する電源制御手段と、 前記赤外線撮像手段で撮像された発熱画像及びパターン
画像を保存する画像メモリと、 前記画像メモリに保存された発熱画像及びパターン画像
を読み出して、発熱画像とパターン画像とを合成して合
成画像を作成する合成手段と、 前記合成手段で作成された合成画像を表示する表示手段
とを備えることを特徴とした内部発熱解析装置。1. An internal heat generation analyzing apparatus for analyzing a heat generation portion of a semiconductor integrated circuit member having an exposed circuit pattern surface, comprising: a mounting table on which the semiconductor integrated circuit member is mounted; An infrared imaging unit that captures a circuit pattern image of the semiconductor integrated circuit member mounted on the mounting table; and an infrared imaging unit that is provided at a light incident portion of the infrared imaging unit and emits light from the semiconductor integrated circuit member. An infrared lens that allows only the infrared light to be incident on the infrared imaging unit, and an infrared lens that enlarges the circuit pattern image, and the mounting table is moved in a two-dimensional direction substantially parallel to the circuit pattern surface to move the circuit pattern surface. A circuit which is captured by the infrared imaging means while being placed in the imaging field of view of the infrared imaging means and moving the mounting table in a direction substantially perpendicular to the circuit pattern surface. X to adjust the focus of the turn image
A YZ stage, a heating unit for heating the semiconductor integrated circuit member when capturing the circuit pattern image, a temperature controller for controlling the heating unit so that the semiconductor integrated circuit member maintains an optimum temperature, Power supply means for applying a bias voltage to a circuit of a semiconductor integrated circuit member; power supply control means for turning on and off the power supply means to capture a heat generation image and a pattern image; and a heat generation image captured by the infrared imaging means. An image memory for storing the pattern image, a heat generating image and a pattern image stored in the image memory, and a synthesizing unit for synthesizing the heat generation image and the pattern image to generate a synthetic image; And a display means for displaying the synthesized image.
フ操作して前記被測定物の回路にバイアス電圧が印加さ
れていない状態で撮像された画像であり、 前記発熱画像は、前記電源手段をオフ操作して前記被測
定物の回路にバイアス電圧が印加されていない状態で第
１の発熱画像を撮像すると共に前記電源手段をオン操作
して前記被測定物の回路にバイアス電圧が印加された状
態で第２の発熱画像を撮像して、前記第１の発熱画像か
ら前記第２の発熱画像を画素ごとに減算して得られた画
像であることを特徴とした請求項１記載の内部発熱解析
装置。2. The pattern image is an image captured in a state where a bias voltage is not applied to a circuit of the device under test by turning off the power supply unit. The first heating image was captured in a state where the bias voltage was not applied to the circuit of the device under test and the bias voltage was applied to the circuit of the device under test by turning on the power supply unit. 2. The internal heat generation according to claim 1, wherein the second heat generation image is captured in a state, and the second heat generation image is obtained by subtracting the second heat generation image for each pixel from the first heat generation image. Analysis device.
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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| JPH07311168A JPH07311168A (en) | 1995-11-28 |
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1994
- 1994-05-17 JP JP6102543A patent/JP2758562B2/en not_active Expired - Fee Related
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